摘要：海水淡化的取水系統(tǒng)作為海水淡化廠的重要組成部分，該系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計及穩(wěn)定運行直接影響到海水淡化廠的產(chǎn)水量、產(chǎn)水水質(zhì)及運營成本。本文簡要介紹了海水淡化的取水方法、各方法的優(yōu)缺點及選擇依據(jù)，以及海水淡化取水工程設(shè)計中需注意的關(guān)鍵問題。
關(guān)鍵詞：取水；海灘井；深海；淺海；防護(hù)；
隨著科技的發(fā)展以及人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，海水淡化工藝在近些年得到了廣泛的應(yīng)用與推廣，海水淡化廠的數(shù)量也在逐年增加。而取水系統(tǒng)的作用是在海水淡化廠的全壽命周期內(nèi)提供充足、連續(xù)、穩(wěn)定、合格的原水。取水方式的選擇和取水結(jié)構(gòu)的建設(shè)對整個海水淡化廠的投資、產(chǎn)水成本、系統(tǒng)穩(wěn)定運行和生態(tài)環(huán)境都有重要影響。
取水工程的建設(shè)需考慮海水淡化廠的項目規(guī)模、初始投資、運行維護(hù)、產(chǎn)水水質(zhì)等多個因素。在取水工程設(shè)計時，需要深入調(diào)查取水區(qū)的水文水質(zhì)、地質(zhì)條件、氣象條件、潮位風(fēng)浪等條件的基礎(chǔ)上，合理的選擇取水位置及取水方式。下面分別對比下常用的取水方式及設(shè)計要點：
海水取方式：
海水取水有多種方式，整體上可分為三類：海灘井式取水，深海取水和淺海取水。一般而言，海灘井式取水水質(zhì)最好，深海取水次之，淺海取水水質(zhì)最差，但淺海采水具有建設(shè)投資少，適用范圍廣的特點，因此被廣泛使用。
海灘井取水方式：
海灘井取水方式是基于砂層的自然滲透原理，在海岸邊打井，從井里提取出經(jīng)海床滲濾過的海水作為海水淡化廠的原水。這種方式取得的海水具有濁度低、水質(zhì)好的特點，尤其適用于采用反滲透膜法工藝的海水淡化廠。
能否使用此種取水方法，主要取決于海岸構(gòu)造的透水性、海岸沉積物的厚度及海水對海床的沖刷效果等因素。通常要求海岸地質(zhì)為砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，有良好的滲水性，滲水率至少為1000m3/（d?m），沉積物厚度至少為15m。其工作原理是：海水流經(jīng)海岸時，海水被過濾，固態(tài)顆粒等雜質(zhì)則被留在海床上，這些雜質(zhì)經(jīng)海浪、潮汐等沖刷后大多會被沖回海中，保持了海岸的良好滲透性。但如果這些顆粒不能被及時地沖回海中，將會降低海灘的滲透性，導(dǎo)致海灘供水能力下降。同時，考慮海灘井取水方式時，還需要考慮取水系統(tǒng)是否會污染地下水或被地下水污染，海水對取水結(jié)構(gòu)的腐蝕性以及對沿海自然生態(tài)環(huán)境的影響等因素。
海灘水取水方式的不足之處是建筑面積大，所取原水中可能含鐵和錳，溶解氧含量低等問題。比如產(chǎn)水量40000噸/日的反滲透膜法海水淡化廠，海灘井占地面積大概為20000平方米。
由于可獲得高質(zhì)量的水源且占地面積較大，海灘井取水方式一般適用于小型反滲透膜法海水淡化廠。因受到單井取水能力的影響，當(dāng)?shù)瘡S規(guī)模>40000噸/日時，海灘井取水方案的優(yōu)勢就不再明顯。如我國浙江省嵊山鎮(zhèn)的反滲透海水淡化示范工程，項目產(chǎn)水量為500噸/日，產(chǎn)水水質(zhì)符合我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，為我國首座自選設(shè)計，建造的反滲透法海水淡化廠。項目采用的就是海灘井取水方式，在海岸上建造鋼筋混凝土深井，井深3.7米，底部直徑5 米，省掉了海水澄清沉砂工序。
總而言之，海灘井取水適用于取水量穩(wěn)定，離海岸近、海底砂層的滲水性良好，地下礦物質(zhì)溶出量比較少、且取水量不是太大的海水淡化廠。
深海取水
深海進(jìn)水是通過建造管道，將外海的深海水引入岸邊，再通過岸邊的取水泵房將海水輸送至海水淡化廠。
正常情況下，海面以下1-6米內(nèi)的水中會含有沙子、魚蝦、水母、海藻等微生物，水質(zhì)較差。而海面以下35m附近的海水中，這些物質(zhì)的含量將非常少，水質(zhì)較好，可明顯減輕預(yù)處理的負(fù)擔(dān)。同時，深海水溫較低，也有利于海水淡化系統(tǒng)的運行維護(hù)，尤其是對采用熱法海水淡化工藝的項目。
對于海床比較平緩的海岸取水，如需取到海面以下35米附近的水，需要向海中鋪設(shè)相當(dāng)長的取水管道，而海底鋪設(shè)取水管道的工藝復(fù)雜，投資巨大，這種情況下便不適宜采用深海取水方式。因此深海取水方式主要適用于海床陡峭，最好是距離海岸線50米以內(nèi)即達(dá)到深度35米。因此，這種取水方式也不適于大型取水工程。
淺海取水
淺海取水的海水水質(zhì)較差，但投資少，適應(yīng)性廣，應(yīng)用經(jīng)驗豐富，因此被普遍使用，是目前使用最普遍的海水取水方式。常見的淺海取水方式主要有：海岸式取水、海床式取水、引水渠式取水、潮汐式取水等。
①海岸式取水
海岸式取水方式的原理是取水泵直接從海邊抽水，然后經(jīng)過加壓泵將海水輸送到廠區(qū)，這種方式主要適用于海岸線比較陡峭，海水含沙量少，高低潮位差較小，低潮時近岸水深大于1米且取水量較少的項目。
其優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，投資低，方便運行管理。缺點是容易受到海潮變化的影響，泵房會受到海浪的影響且受到海中微生物的危害較大，需做好耐腐蝕及去除微生物的工作。為保證安全性與可靠性，泵房一般距離海岸10-20米，每臺取水泵配置獨立取水頭、獨立取水管并考慮足夠的冗余配置。
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②海床式取水
海床式取水方式的原理是將取水管道（耐腐蝕自流管或隧道）埋入海底，僅取水頭暴露在海水中，在海岸上建造泵房和集水井。適用于取水量大，海岸平坦，深水區(qū)離海岸較遠(yuǎn)或潮汐位差大及海灣條件惡劣的項目。
其優(yōu)點是所取原水為低溫海水，利于海水淡化廠的運行；泵房距離海岸有一定距離，保證泵房免受海浪沖擊，取水的安全性與可靠性更高。缺點是取水管道埋在海床底部，容易積聚海洋生物或泥沙，難以清除；取水管鋪設(shè)工藝復(fù)雜，施工成本高。
③引水渠式取水
引水渠式取水的原理是自深海區(qū)開挖引水渠，將海水引至取水泵房，同時在泵房進(jìn)水側(cè)建造防浪堤，引水渠兩側(cè)建造防浪堤壩。適用于海岸陡峭，取水點海水較深，海水淤泥較少，且高低潮位差值較小的石質(zhì)海岸或港口、碼頭附近。引水渠在設(shè)計時需保證其入口標(biāo)高低于設(shè)計最低潮位0.5米以上，且設(shè)計取水量需考慮足夠的冗余系數(shù)。
其優(yōu)點是取水量不受限制，引水渠內(nèi)的粗細(xì)格柵及清污系統(tǒng)等能截留較大的海生物。缺點是工程量大、海生動植物的活動比較活躍，且容易受海潮影響。
④潮汐式取水
潮汐式取水的原理是利用海水的漲潮落潮，在海岸建造調(diào)節(jié)水庫，并在水庫入口安裝自動逆止閘門。高潮位時，閘板門自動開啟將海水流入水庫。水庫水位到達(dá)一定高度后，閘板門自動關(guān)閉，存儲在水庫中的海水即作為海水淡化廠的供水水源。適用于海岸平坦、深水區(qū)較遠(yuǎn)、且漲落潮位差比較大的地區(qū)。
其優(yōu)點是利用了海水漲落潮的規(guī)律，供水安全可靠；泵房不需要建在海岸，免受海潮威脅；同時蓄水池自身也起到一定的澄清作用，取水水質(zhì)較好。缺點是調(diào)節(jié)水庫占地大，投資高；海中的微生物生長會導(dǎo)致逆止閘門關(guān)閉不嚴(yán)，需考慮配置微生物清除設(shè)備；
在海水淡化廠的設(shè)計階段，可根據(jù)項目所需水質(zhì)、水量、取水結(jié)構(gòu)及地質(zhì)條件等因素綜合考慮取水方式，比如引水渠式和潮汐式組合使用。這種方式的調(diào)節(jié)水庫與引水渠并列獨立布置，水庫中的海水可經(jīng)由引水渠流至取水泵房；高潮位時，調(diào)節(jié)水庫的逆止閘門自動開啟蓄水，但不流入取水泵房，海水直接經(jīng)引水渠取水并流入取水泵房；低潮位時，開啟調(diào)節(jié)水庫與引水渠之間的聯(lián)通閥，同時關(guān)閉引水渠的進(jìn)水閘門關(guān)閉，由調(diào)節(jié)水庫向取水泵房供水。這種取水方式供水量大、水質(zhì)好、供水安全可靠且泵房不易被腐蝕，但施工工程量較大。
海水取水工程設(shè)計要點
因海水水質(zhì)的特殊性，海水取水設(shè)備很容易受到腐蝕、微生物侵襲和海潮影響。在項目設(shè)計階段尤其要注意這些問題的防護(hù)，現(xiàn)對主要的設(shè)計要點進(jìn)行說明：
海水的腐蝕性和防范要點
海水中含有氯化鈉、氯化鎂、硫酸鎂等多種鹽分，會嚴(yán)重腐蝕其中的金屬材料。其腐蝕速度及腐蝕程度主要取決于海水含鹽量、海水流經(jīng)材料表面的相對速度等。
此問題的防范要點主要有：選用耐蝕材料、降低海水與設(shè)備的相對流速、通過耐蝕材料將金屬設(shè)備隔離等方法。具體措施如下：
選擇與海水有直接接觸的設(shè)備或材料時，應(yīng)優(yōu)先考慮其耐腐蝕性，選用耐蝕金屬材料，比如鈦合金、高純度不銹鋼等材質(zhì)；
在金屬表面刷防腐保護(hù)層，比如涂刷防銹漆等；
采用陰極保護(hù)法等電化學(xué)防腐保護(hù)。
盡量降低海水與金屬材料間的相對流速，比如采用低轉(zhuǎn)速的取水泵等。
向水中加入化學(xué)藥劑已減緩腐蝕性或在金屬管道內(nèi)形成保護(hù)性薄膜等。
海洋微生物的影響和防范要點
海洋中的微生物進(jìn)入取水流道或取水泵房后，會附著在管道及設(shè)備表面并不斷生長，造成通水面積減小，取水流量降低，設(shè)備工作負(fù)荷增大，進(jìn)而減少了設(shè)備的使用壽命。針對此問題，一般采用過濾法及化學(xué)加藥法綜合處理，在取水口前設(shè)置濾網(wǎng)攔截微生物并定時清理，同時在取水流道中定期加入化學(xué)藥品，以便及時殺死微生物。
潮汐等自然因素的影響
潮汐、赤潮、風(fēng)暴潮、海冰、凍土、暴風(fēng)雪等對取水結(jié)構(gòu)有很大的影響，在設(shè)計時需綜合考慮這些自然因素的影響；比如盡量將取水結(jié)構(gòu)建在海灣內(nèi)，選擇風(fēng)浪、海潮較小的地方作為廠址，取水泵房建在堅硬的原土層和基巖上等。
結(jié)論
海水淡化廠的常規(guī)取水方式主要有海灘井取水、深海取水及淺海取水三種。海灘井取水水質(zhì)好，能夠節(jié)省預(yù)處理費用，但占地面積大、前期地勘工作量較大，適用于較小的海水淡化廠；深海取水水質(zhì)也比較好，但因投資大、施工復(fù)雜等原因而較少應(yīng)用；淺海取水水質(zhì)相對略差，但適用性大且施工相對簡單，是目前使用最廣泛的取水方式。同時，在海水取水工程設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮海水的腐蝕性、微生物的生長及潮汐等的影響。
