外海島嶼取水設(shè)計(jì)方案-以汕尾龜齡島為例

黃成 中交廣州水運(yùn)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.工程概況

1.1 島嶼現(xiàn)狀

龜齡島位置在紅海灣東部，汕尾市區(qū)捷勝鎮(zhèn)南端海域，距離最近陸地約為3.12公里。龜齡島為未確權(quán)無(wú)居民海島，現(xiàn)在有較小程度的開(kāi)發(fā)利用，開(kāi)發(fā)利用主要集中在海島西側(cè)海岸，主要包括：海島名稱(chēng)標(biāo)志碑、國(guó)家大地測(cè)量控制點(diǎn)、少量廢棄的漁民自建房屋和養(yǎng)殖池、媽祖廟及其附屬建筑、守廟漁民自建房屋、簡(jiǎn)易碼頭、水井以及蓄水池、簡(jiǎn)易道路等基礎(chǔ)設(shè)施。

1.2 供水現(xiàn)狀

龜齡島現(xiàn)有淡水資源為海島西南側(cè)有一古井，已安裝自動(dòng)取水裝置，井水仍可使用；海島西北側(cè)廢棄房屋后方有被填充的廢棄水井?dāng)?shù)口。古井南側(cè)有一人為開(kāi)挖蓄水池，蓄水面積達(dá)303平方米，曾用作蓄積雨水，用于島上生活，現(xiàn)處于閑置狀態(tài)。此外，海島西北側(cè)廢棄房屋后方也有一蓄水池，蓄水面積達(dá)57平方米，處于暫時(shí)閑置狀態(tài)。

本項(xiàng)目海島面積約0.18km2，面積不大，距離大陸約有3km有海路，將來(lái)的功能發(fā)展定位為游客300人次/天，作為一個(gè)半原始生態(tài)島嶼，海島用途為旅游娛樂(lè)用島，海島開(kāi)發(fā)后用水需求主要為島上工作人員及游客生活，通過(guò)市政供水管網(wǎng)在海底預(yù)埋加壓給水管道至龜齡島直接供水，將存在供水總量相對(duì)較小、施工難度相對(duì)較大、預(yù)埋供水管線易出現(xiàn)侵蝕破損、維修困難等問(wèn)題。因此考慮根據(jù)國(guó)家資源政策和海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向，在龜齡島試點(diǎn)通過(guò)小型海水淡化工程滿足島上人員日常生活用水。

由于各種原因，已建供水站位置在島北面山頂平臺(tái)，山頂平臺(tái)和四周海域交界處為陡峭山坡，不利于取水設(shè)備布置和固定，原有取水方案需經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比選后再確定是否可行。

2.取水方案

方案一：山頂平臺(tái)外側(cè)礁石海面建設(shè)高樁引橋，伸出海中50m，之后再建造海水泵平臺(tái)，永久固定海水泵。

方案二：在碼頭引橋外側(cè)固定海水泵。潛海泵安放在鋼槽內(nèi)，采用膨脹螺栓固定鋼槽在引橋的樁身（極端低水位以下），通過(guò)DN100海水管將海水輸送至海水淡化設(shè)備。

方案一和方案二采用的海水泵均為潛海泵，一用一備。

3.取水方案比選

3.1 方案一優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①水泵位于外海，水質(zhì)較好；②管線距離較短；③海水泵所需揚(yáng)程較低，為18m。

缺點(diǎn)：①水泵位于外海，風(fēng)浪較大，海水泵的固定能否經(jīng)受極端氣候的考驗(yàn)無(wú)法確定，存在遭受破壞、無(wú)法正常工作的危險(xiǎn)；②檢修不方便，海水泵位置遠(yuǎn)離陸地，人員作業(yè)時(shí)易發(fā)生不確定的意外情況，并易發(fā)生墮水的危險(xiǎn)；③工程造價(jià)昂貴，并影響工期。因近岸區(qū)域無(wú)位置固定海水泵，并要求取得較好水質(zhì)，需要修建高樁引橋，工程較大。且需要增加海水泵抗風(fēng)浪的投入，由于此海域無(wú)勘察資料和前期咨詢(xún)成果，會(huì)嚴(yán)重影響工期；④盡管海洋局有批準(zhǔn)海域使用權(quán)的權(quán)力，但在此方案設(shè)置引橋和潛水泵平臺(tái)，對(duì)航道的通航安全可能有一定影響，還是需要海事和航道等部門(mén)的批復(fù)。

3.2 方案二優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①方便檢修維護(hù)海水泵，且可保證作業(yè)人員的安全；②風(fēng)浪相對(duì)較小，海水泵工作穩(wěn)定，不易受大風(fēng)浪影響；③造價(jià)相對(duì)便宜，不需建造水工構(gòu)筑物。

缺點(diǎn)：①海水輸送管道較長(zhǎng)，約400m；②水質(zhì)可能受船舶污染，與方案一相比較取用海水水質(zhì)差；③海水泵所需揚(yáng)程較高，為39m。

3.3 方案比選

根據(jù)上述方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，方案一選址位置存在：“作業(yè)環(huán)境危險(xiǎn)、工程造價(jià)高、工期長(zhǎng)”這三個(gè)主要問(wèn)題。方案二管線較長(zhǎng)，會(huì)增加工程費(fèi)用，但和方案一新增高樁引橋相比，其價(jià)格顯得微不足道。

因此，推薦使用方案二，將海水泵固定在碼頭引橋的樁上，此方案較經(jīng)濟(jì)且符合本項(xiàng)目實(shí)際。

4.推薦取水方案優(yōu)化

推薦方案最大缺點(diǎn)在于碼頭區(qū)域水質(zhì)污染較大，為此，設(shè)計(jì)中已制定如下改善出水（淡化后的生活用水）水質(zhì)的措施。

（1）加強(qiáng)船舶管理，嚴(yán)禁船舶在碼頭排放機(jī)艙底污水、生活污水和固體垃圾物。

（2）加強(qiáng)港池附近水質(zhì)巡查，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變差，應(yīng)停止抽水。

（3）在海水調(diào)蓄池前設(shè)混凝沉淀池，可通過(guò)混凝沉淀機(jī)理有效沉淀去除海水中有機(jī)物、貝殼、固體垃圾等雜質(zhì)，改善進(jìn)水水質(zhì)。

（4）根據(jù)《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》（GB 50788-2012），配置自潔式臭氧消毒器，淡化后的生活用水經(jīng)消毒再提供島內(nèi)給水點(diǎn)，可確保用水衛(wèi)生要求。

5.海水淡化工藝

5.1 反滲透膜法

進(jìn)行反滲透前海水先經(jīng)過(guò)預(yù)處理，再經(jīng)過(guò)RO反滲透——深度脫鹽處理，經(jīng)過(guò)數(shù)道工序處理后，可除去水中的微粒、膠體、有機(jī)質(zhì)、重金屬離子、細(xì)菌、病毒、熱源等有害物質(zhì)及溶解鹽，該工藝脫鹽率高達(dá)96～99%，該工藝包括預(yù)處理系統(tǒng)（原水泵、自清洗過(guò)濾器、超濾裝置、10μm過(guò)濾器、5μm保安過(guò)濾器）、RO反滲透系統(tǒng)（設(shè)備電控、高壓泵、RO機(jī)件）。

5.2 多級(jí)閃蒸技術(shù)

先采用澄清和加氯消毒對(duì)海水進(jìn)行處理，然后將海水送入降溫段作為降溫水使用。離開(kāi)降溫段的大部分降溫海水又排入海中，小部分作為補(bǔ)給海水，通過(guò)預(yù)處理，從降溫段末級(jí)閃蒸室流入第一級(jí)閃蒸室，其室內(nèi)的壓力低于海水所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓，一些海水快速汽化，降溫后即為所需淡水；其他剩余海水溫度冷卻下來(lái)，進(jìn)入另一個(gè)壓力更低的閃蒸室，又繼續(xù)蒸發(fā)和降溫的過(guò)程。串聯(lián)系統(tǒng)全部的閃蒸室，室內(nèi)壓力逐步降低，海水也對(duì)逐步級(jí)降溫，持續(xù)產(chǎn)出淡化水。

5.3 工藝比選

反滲透膜法優(yōu)缺點(diǎn)：①耗能小，設(shè)備簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)易，占地面積較小，腐蝕及結(jié)垢均較輕微，對(duì)環(huán)境影響較小，換膜的操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單；②薄膜成本高且其使用壽命有限，單機(jī)產(chǎn)能相對(duì)低于多級(jí)閃蒸技術(shù)；③一次投資較小。

多級(jí)閃蒸技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)：①使用范圍廣、技術(shù)成熟，一般執(zhí)行效率并不直接與閃數(shù)成比例，運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，單機(jī)產(chǎn)能較大，維護(hù)成本低；②對(duì)環(huán)境影響較大，能耗較大，設(shè)備龐大，占地廣，提高了成本，單機(jī)產(chǎn)能大，出現(xiàn)故障后，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的平衡；③一次投資較大。

5.4 比選結(jié)論

通常采用反滲透工藝是適合獨(dú)立設(shè)置的海水淡化設(shè)施，較大型的海水淡化系統(tǒng)適合采用多級(jí)閃蒸等，對(duì)于海水淡化項(xiàng)目（十萬(wàn)噸級(jí)及以上）來(lái)說(shuō)多級(jí)閃蒸技術(shù)則更為經(jīng)濟(jì)、可靠、安全。

由于海水淡化反滲透技術(shù)的日益成熟，且非常適用于對(duì)環(huán)保、節(jié)能有較高要求的海島供水工程。本工程為小型海島海水淡化供水站，采用反滲透工藝較為經(jīng)濟(jì)合理，因此采用此項(xiàng)海水淡化技術(shù)建設(shè)供水站。

6.海水淡化方案

考慮陸用海水淡化設(shè)備適用于海島、海濱浴場(chǎng)及沿海缺水城市，本工程采用一體化海水淡化設(shè)備進(jìn)行海水淡化處理供給島上生活用水。設(shè)計(jì)采用海水作為水源，淡化海水使其滿足國(guó)家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的淡水。能夠滿足島上旅客使用淡水的需求，并能長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行。

設(shè)備按水溫5～35℃狀態(tài)下的數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)的，反滲透主機(jī)及預(yù)處理設(shè)備預(yù)留進(jìn)出水口接駁法蘭，將系統(tǒng)管道連接，通入海水、接通電源并啟動(dòng)設(shè)備后就可以連續(xù)生產(chǎn)淡水。為實(shí)現(xiàn)單機(jī)的作業(yè)和清洗以及設(shè)備的半自動(dòng)化，采用PLC全自動(dòng)控制全套設(shè)備，系統(tǒng)安全可靠及連續(xù)工作能力強(qiáng)。

設(shè)備無(wú)易損零件，無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模維修，可以持久有效運(yùn)行。設(shè)備設(shè)有預(yù)處理系統(tǒng)，保護(hù)高壓泵及RO膜不受微粒雜質(zhì)或其它堅(jiān)硬物體損壞；同時(shí)低壓開(kāi)關(guān)保護(hù)高壓泵，保證不因供水停止損壞設(shè)備。低壓聚酰胺復(fù)合膜脫鹽率高，運(yùn)行壓力低，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行并使其運(yùn)行成本降低。產(chǎn)品水設(shè)置流量計(jì)用來(lái)監(jiān)察并調(diào)節(jié)設(shè)備出水量及設(shè)備水利用率，采用合理的設(shè)計(jì)工藝，提高水利用率。淡水電導(dǎo)率儀連續(xù)監(jiān)測(cè)產(chǎn)水水質(zhì)，先進(jìn)的能量回收裝置可回收反滲透系統(tǒng)98%以上的廢棄能源，降低淡水生產(chǎn)成本60%。

7.結(jié)論

本工程為外海島嶼項(xiàng)目，根據(jù)國(guó)家相關(guān)資源政策和海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向，在龜齡島試點(diǎn)通過(guò)小型海水淡化工程滿足島上人員日常生活用水。經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選：①海水取水方案采用在碼頭引橋外側(cè)固定海水泵，通過(guò)長(zhǎng)距離海水輸水管將海水輸送至海水淡化設(shè)備；②本項(xiàng)目工程為小型海島海水淡化供水，采用反滲透工藝較為經(jīng)濟(jì)合理，考慮采用一體化海水淡化設(shè)備進(jìn)行海水淡化處理供給島上生活用水。