关键词: 海底隧道; 渗水; 反渗透; 海水淡化; 能量回收
随着我国经济腾飞，交通基础设施飞跃发展，海底隧道数量逐渐增加，每天有大量海水渗入隧道内,以厦门翔安隧道为例，其渗水量最高时超过7 000 t /d。目前，这些渗入的海水都会由水泵抽出，通过专门的管道，把海水送到隧道进出口附近地面，再顺着沟渠流向大海.如此大量的海水未经过使用直接排入大海，造成资源浪费。海水取水工程作为海水淡化厂的重要组成部分，其任务是确保在海水淡化厂的整个生命周期内提供足够的、持续的、适合的源水。如果将海底渗水直接送至海水淡化厂进行淡化，可节省海水淡化过程中取水部分的资金投入。同时，从海水淡化源水水质来看，海水通过岩层和沙层以渗入方式进入隧道，相当于进行了“预处理”，其水质将优于直接从海洋中抽取的海水。采用渗入水进行海水淡化可进一步降低海水淡化预处理和处理费用。厦门翔安隧道 7 000 t /d 渗入水，经过海水淡化处理后每天约产生 3 000 t 淡水，可以用于隧道附近的生活生产用水。
因此，文章以厦门翔安隧道渗水作为试验水源，提出针对海底隧道渗水的海水淡化处理工艺及其试验装置，用于研究该类水源的回收利用技术。
1 试验设计要求
原水为海底隧道水附近海水，含盐量 31 000 mg /L，渗水电导率在 23 000 μS /cm ～ 38 000 μS /cm范围间波动，浊度在 3 NTU ～ 5 NTU 左右，SDI 显示仅有夏季检测结果高出平均值，为 13． 96 NTU，其余均为 4． 7 NTU ～ 5 NTU 之间，渗水中微量元素及重金属盐含量大部分结果显示稳定，即随季节变化幅度很小。
海底隧道水海水淡化中试试验装置设计规模为50 m3 /d，反渗透设计水回收率 45% ，产品水水质TDS ＜ 500 mg /L，满 足《生 活 饮 用 水 卫 生 标 准》 ( GB5749 － 2006) 要求。
2 工艺设计
中试 试 验 工 艺 流 程 为: 海 水———潜 水 泵———一级砂滤——二级 砂 滤———中 间 水 箱———中 间 水泵———保安过滤器———高压泵能量回收一体机———反渗透膜组———产品水———产品水箱———水质调节———产品水泵。文章主要对海底隧道水海水淡化中取水、预处理和反渗透装置进行设计与说明，其他工艺环节不做介绍。
2． 1 取水
考虑到试验情况，采用沉箱取水方式，设置防浪坡对沉箱进行保护，以防海浪对沉箱的破坏。取水经潜水泵直接送至预处理系统，取水量为 125 m3 /d。
2． 2 预处理
预处理采用非氧化性杀菌剂 + 两级砂滤 + 还原剂 + 保安过滤器方式，投加杀菌剂，防止反渗透膜元件长期运行中微生物、细菌等对反渗透膜造成污染。
通过电动隔膜计量泵将加药水箱当中的杀菌剂投加向管路中的海水，杀菌剂采用 10% 次氯酸钠溶液，加入量为原水量的 3 mg /kg。经过管道静态混合器的充分混合，进入两级砂滤系统，去除原水中的悬浮物及粘胶质颗粒，降低水浊度。原水经过两级砂滤后进入中间水箱，中间水箱对系统起到缓冲作用。原水中的残余氯对反渗透复合膜有氧化破坏作用，设置投加还原剂可除原水中的余氯，保护反渗透膜免受氧化剂的威胁和损坏，使预处理后的水达到反渗透的进水要求，经过砂滤的原水在经高压泵进入反渗透膜之前，先进入保安过滤器。保安过滤器可拦截粒径低至几微米的微粒，确保反渗透膜安全。
2． 3 反渗透装置
( 1) 反渗透膜组。采用大流量海水淡化反渗透膜元件，具体性能参数: 产水量 50 m3 /d，脱盐率最低 99． 7% ，最大运行压力 8． 27 MPa，进水 pH 值范围 3 ～ 10，最大进水浊度 1． 0 NTU，最大进水 SDI 155． 0，最大进水流量 125 m3 /d，脱硼率 92% 。膜组件的排列采用两组平行的两段式排列方式，为两支两芯 8040 的反渗透膜并联的方式。
( 2) 高压泵与能量回收一体机。选用带有能量回收装置的海水高压泵，额定流量 2． 5 m3 /h，额定扬程 600 m，电机功率 11 kW。一体机是由高压泵、能量回收装置和电机三个主要部分组成，其中高压泵和能量回收装置同轴连接。能量回收装置是通过高压浓水推动柱塞往复运动，利用斜盘转化为转子的转动机械能，通过联轴器传递到高压泵侧，与电机共同给低压海水加压，实现能量的回收转化.此种能量转换方式使低压海水直接加压至海水淡化系统工作压力，将与能量回收装置匹配的增压泵的压力提升效果耦合到高压泵中，在设备投资成本和管路连接方面，省去一个增压泵装置，设备投资成本上降低 50% 以上。
3 试验结果分析
试验原水来自于厦门翔安隧道渗水，装置连续运行了 3 个月，取 10 d 平均值为监测数据点，并对运行情况进行分析和讨论。
3． 1 装置运行参数
( 1) 压力。预处理和反渗透操作压力如图 1，在试验过程中，预处理和反渗透的实际运行压力平均值分别为 0． 43 MPa 和 3． 8 MPa，预处理进出口压力压差最大不超过 0． 08 MPa，反渗透系统压力与浓水压力压差最大不超过 0． 10 MPa，所以在整个试验当中反渗透系统运行良好。
( 2) 流量与回收率。系统流量与回收率如图 2，由图 可 知，系统进水量变化幅度不大，由 最 低 的95 L/min到最高的97 L/min。反渗透回收率比较稳定，都在44% ～45%，和系统的设计值45%基本一致。
3． 2 处理水质结果分析
反渗透系统进出水电导率变化、电导率去除率、进出水浊度变化如图 3，海水淡化进水电导率在36 840 μS /cm ～ 37 200 μS /cm 之间，出水电导率在506 μS /cm ～ 556 μS /cm 范围，说明反渗透系统对电导率的去除效率高。海水淡化进水浊度在 1． 1 NTU ～ 1． 2 NTU 之间，经过反渗透处理过的水，浊度为均未检出，说明反渗透能够很好的去除悬浮颗粒物质。
此外，渗水经反渗透系统处理后，水质中含量较高的总含盐量由 23 000 mg /L 降至 208 mg /L，总硬度由 4 650 mg /L 降至 5． 6 mg /L，硝酸盐、溴酸盐、氯酸盐、碳酸盐、硅酸盐、砷以及铁、锰、铅、镉等重金属离子均低于检出限，产水符合《生活饮用水卫生标准》要求。
3． 3 装置性能及能耗分析
在 试 验 过 程 中，设备主体额定功率为15． 35 kW，正常运行功率为9． 15 kW，吨水电耗约为4． 39 kW·h。50 m3 /d 海底隧道水设备耗电情况见表 1。
4 结论
通过对海底隧道渗水进行海水淡化，实现水资源的增源回用，试验显示，装置的运行状况、能耗成本、产水水质等都在理想设计范围内。海底隧道海水经淡化处理后，产品水水质 TDS ＜ 500 mg /L，产水回收率 45% ，吨水电耗约为 4． 39 kW·h，该技术可用于海底隧道渗水资源回收领域的推广应用。
原标题：海底隧道渗水海水淡化中试试验研究
原作者：邱冠华，汪程鹏，王生辉，周 冲，赵方晓，宋代旺，黄鹏飞，尹 菲
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