北極星水處理網訊:摘要：海水淡化的取水系統作為海水淡化廠的重要組成部分，該系統的優化設計及穩定運行直接影響到海水淡化廠的產水量、產水水質及運營成本。本文簡要介紹了海水淡化的取水方法、各方法的優缺點及選擇依據，以及海水淡化取水工程設計中需注意的關鍵問題。
關鍵詞：取水；海灘井；深海；淺海；防護；
隨著科技的發展以及人們對環境保護的日益重視，海水淡化工藝在近些年得到了廣泛的應用與推廣，海水淡化廠的數量也在逐年增加。而取水系統的作用是在海水淡化廠的全壽命周期內提供充足、連續、穩定、合格的原水。取水方式的選擇和取水結構的建設對整個海水淡化廠的投資、產水成本、系統穩定運行和生態環境都有重要影響。
取水工程的建設需考慮海水淡化廠的項目規模、初始投資、運行維護、產水水質等多個因素。在取水工程設計時，需要深入調查取水區的水文水質、地質條件、氣象條件、潮位風浪等條件的基礎上，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，海灘井式取水水質最好，深海取水次之，淺海取水水質最差，但淺海採水具有建設投資少，適用範圍廣的特點，因此被廣泛使用。
海灘井取水方式：
海灘井取水方式是基於砂層的自然滲透原理，在海岸邊打井，從井裡提取出經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、水質好的特點，尤其適用於採用反滲透膜法工藝的海水淡化廠。
能否使用此種取水方法，主要取決於海岸構造的透水性、海岸沉積物的厚度及海水對海床的衝刷效果等因素。通常要求海岸地質為砂質結構，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：海水流經海岸時，海水被過濾，固態顆粒等雜質則被留在海床上，這些雜質經海浪、潮汐等衝刷後大多會被衝回海中，保持了海岸的良好滲透性。但如果這些顆粒不能被及時地衝回海中，將會降低海灘的滲透性，導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是否會汙染地下水或被地下水汙染，海水對取水結構的腐蝕性以及對沿海自然生態環境的影響等因素。
海灘水取水方式的不足之處是建築面積大，所取原水中可能含鐵和錳，溶解氧含量低等問題。比如產水量40000噸/日的反滲透膜法海水淡化廠，海灘井佔地面積大概為20000平方米。
由於可獲得高質量的水源且佔地面積較大，海灘井取水方式一般適用於小型反滲透膜法海水淡化廠。因受到單井取水能力的影響，當淡化廠規模＞40000噸/日時，海灘井取水方案的優勢就不再明顯。如我國浙江省嵊山鎮的反滲透海水淡化示範工程，項目產水量為500噸/日，產水水質符合我國飲用水衛生標準，為我國首座自選設計，建造的反滲透法海水淡化廠。項目採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，海灘井取水適用於取水量穩定，離海岸近、海底砂層的滲水性良好，地下礦物質溶出量比較少、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米內的水中會含有沙子、魚蝦、水母、海藻等微生物，水質較差。而海面以下35m附近的海水中，這些物質的含量將非常少，水質較好，可明顯減輕預處理的負擔。同時，深海水溫較低，也有利於海水淡化系統的運行維護，尤其是對採用熱法海水淡化工藝的項目。
對於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，需要向海中鋪設相當長的取水管道，而海底鋪設取水管道的工藝複雜，投資巨大，這種情況下便不適宜採用深海取水方式。因此深海取水方式主要適用於海床陡峭，最好是距離海岸線50米以內即達到深度35米。因此，這種取水方式也不適於大型取水工程。
淺海取水
淺海取水的海水水質較差，但投資少，適應性廣，應用經驗豐富，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，然後經過加壓泵將海水輸送到廠區，這種方式主要適用於海岸線比較陡峭，海水含沙量少，高低潮位差較小，低潮時近岸水深大於1米且取水量較少的項目。
其優點是系統簡單，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、獨立取水管並考慮足夠的冗餘配置。
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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。適用於取水量大，海岸平坦，深水區離海岸較遠或潮汐位差大及海灣條件惡劣的項目。
其優點是所取原水為低溫海水，利於海水淡化廠的運行；泵房距離海岸有一定距離，保證泵房免受海浪衝擊，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；取水管鋪設工藝複雜，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開挖引水渠，將海水引至取水泵房，同時在泵房進水側建造防浪堤，引水渠兩側建造防浪堤壩。適用於海岸陡峭，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海岸或港口、碼頭附近。引水渠在設計時需保證其入口標高低於設計最低潮位0.5米以上，且設計取水量需考慮足夠的冗餘係數。
其優點是取水量不受限制，引水渠內的粗細格柵及清汙系統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，在海岸建造調節水庫，並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。水庫水位到達一定高度後，閘板門自動關閉，存儲在水庫中的海水即作為海水淡化廠的供水水源。適用於海岸平坦、深水區較遠、且漲落潮位差比較大的地區。
其優點是利用了海水漲落潮的規律，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，取水水質較好。缺點是調節水庫佔地大，投資高；海中的微生物生長會導致逆止閘門關閉不嚴，需考慮配置微生物清除設備；
在海水淡化廠的設計階段，可根據項目所需水質、水量、取水結構及地質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。這種方式的調節水庫與引水渠並列獨立布置，水庫中的海水可經由引水渠流至取水泵房；高潮位時，調節水庫的逆止閘門自動開啟蓄水，但不流入取水泵房，海水直接經引水渠取水併流入取水泵房；低潮位時，開啟調節水庫與引水渠之間的聯通閥，同時關閉引水渠的進水閘門關閉，由調節水庫向取水泵房供水。這種取水方式供水量大、水質好、供水安全可靠且泵房不易被腐蝕，但施工工程量較大。
海水取水工程設計要點
因海水水質的特殊性，海水取水設備很容易受到腐蝕、微生物侵襲和海潮影響。在項目設計階段尤其要注意這些問題的防護，現對主要的設計要點進行說明：
海水的腐蝕性和防範要點
海水中含有氯化鈉、氯化鎂、硫酸鎂等多種鹽分，會嚴重腐蝕其中的金屬材料。其腐蝕速度及腐蝕程度主要取決於海水含鹽量、海水流經材料表面的相對速度等。
此問題的防範要點主要有：選用耐蝕材料、降低海水與設備的相對流速、通過耐蝕材料將金屬設備隔離等方法。具體措施如下：
選擇與海水有直接接觸的設備或材料時，應優先考慮其耐腐蝕性，選用耐蝕金屬材料，比如鈦合金、高純度不鏽鋼等材質；
在金屬表面刷防腐保護層，比如塗刷防鏽漆等；
採用陰極保護法等電化學防腐保護。
儘量降低海水與金屬材料間的相對流速，比如採用低轉速的取水泵等。
向水中加入化學藥劑已減緩腐蝕性或在金屬管道內形成保護性薄膜等。
海洋微生物的影響和防範要點
海洋中的微生物進入取水流道或取水泵房後，會附著在管道及設備表面並不斷生長，造成通水面積減小，取水流量降低，設備工作負荷增大，進而減少了設備的使用壽命。針對此問題，一般採用過濾法及化學加藥法綜合處理，在取水口前設置濾網攔截微生物並定時清理，同時在取水流道中定期加入化學藥品，以便及時殺死微生物。
潮汐等自然因素的影響
潮汐、赤潮、風暴潮、海冰、凍土、暴風雪等對取水結構有很大的影響，在設計時需綜合考慮這些自然因素的影響；比如儘量將取水結構建在海灣內，選擇風浪、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。
結論
海水淡化廠的常規取水方式主要有海灘井取水、深海取水及淺海取水三種。海灘井取水水質好，能夠節省預處理費用，但佔地面積大、前期地勘工作量較大，適用於較小的海水淡化廠；深海取水水質也比較好，但因投資大、施工複雜等原因而較少應用；淺海取水水質相對略差，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，在海水取水工程設計時，應綜合考慮海水的腐蝕性、微生物的生長及潮汐等的影響。
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