Lamella技术在海水淡化高浊度水源预处理中的应用

李 华

(1 江苏丰海新能源工程技术有限公司，江苏 盐城 224100；2 华北电力大学，北京 102206)

1 海水淡化饮用水需求现状及Lamella介绍

世界范围的淡水资源短缺问题呈现上升趋势，社会正在转向海水淡化这一策略来缩小淡水和干旱需求的供应。2013年每天全球海水淡化厂产能达到4亿吨，2016年达到了8.86亿吨。在全球的很多地方，例如中东和北非海水淡化是一种不可缺少的淡水资源。中东北非地区是全球海水淡化设施最为集中的地区，没有之一，约55%的淡化海水生产能力分布于这一地区的不同国家，其中绝大部分又都位于海湾地区的6个阿拉伯国家。阿联酋是仅次于沙特的世界第二大淡化海水生产国，后者每天可生产淡化海水量约14.52亿加仑，而阿联酋在2017年的产量约为11.93亿加仑[1]。

拉美尔技术最早是有法国德利满公司开发，是在传统的平流沉淀池的基础上，利用了动态混凝、加速絮凝原理和浅池理论，把混凝、强化絮凝、斜板沉淀三个过程优化，具有常规技术无法比拟的性能，达到较高的负荷。由凝聚混合区、凝聚反应池、预沉池-浓缩区、斜管分离区及剩余污泥排放系统组成，把混合、絮凝反应池、沉淀池、浓缩池合成在一个池中[2]；可用于各种类型的固液悬浮物的分离。由于其表面积的增加和沉降距离的减小，而且具有倾斜角度斜板的沉淀池能够比传统的沉淀池更快地分离颗粒[3]。建造成本与传统沉淀池污水厂相比，总成本节省约30%，而且传统沉淀池占有相对大的面积，通常需要很长的停留时间从液体中分离悬浮物。高效拉美尔沉淀池是针对固液分离实用的解决方案，可用于取代传统沉淀池或者升级提高原有沉淀池的容量和效率[4]。

2 目前高浊度水源海水淡化预处理工艺

连云港某海岛海水悬浮物500～700 mg/L，海水表观类似于黄河河水。

目前海水淡化工程中对高浊度水源的预处理主要有四种，例如混凝沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池、气浮；V型滤池、多介质过滤器、砂滤、超滤、纳滤等仅适合于低浊度低污染水源的直接使用，对于高浊度水质，V型滤池、超滤、纳滤等不能直接使用，必须经过前期的处理，才能使用，不然会造成严重堵塞和污染。

四种工艺的区别在于混凝阶段的原理和阻挡板的布置。混凝沉淀池借助水力在大型池体内的流动混合；高密度沉淀池是高度集成的工艺设备具备了完整的混合、絮凝、沉淀、浓缩功能。通过加药使水中的悬浮物形成大的絮凝体，絮凝体的重量增加，加快其沉淀速度；Lamella沉淀池原理与高密度沉淀池相似，主要区别为池形和阻档板介质的布置不同。针对这三种技术的关键参数，技术特点等进行了比较，见表1。表中数据针对高浊度水质，低浊度水质差异较大。

表1 沉淀池、高密度沉淀池、Lamella沉淀池性能对比

气浮能够去除很高比例的天然有机物，即去除90%～99%的藻类细胞以及90%的油污。而混凝沉淀法只能去除60%～90%。这是气浮的一个很重要的区别于其他方法的应用，因为藻类很难通过传统的沉淀法去除，并可能导致颗粒介质过滤器堵塞和过滤器运行时间缩短。气浮所需配套设备较多，如溶气装置、释气装置、压缩空气设备、刮泥机等，运行电耗较沉淀有所增加。气浮技术一般应用于严重藻类污染的区域[5]。

3 Lamella构造和工作原理

通过在沉淀分离区内设置若干数量薄板，单位占地面积上获得成倍有效沉淀面积的高效固液分离装置。斜板加长至1.5 m，分离效率提高，较常规斜管效率高1.5～2.0倍；良好的水力条件，无死角及漩涡，沉淀效果更佳。工艺流程图如图1所示。

图1 工艺流程图

工艺流程描述：

源水经过提升泵，在提泵出口管道中加入混凝剂，使水中污染物在远距离发生反应后过入反应池，反应池流速降低使混凝剂反应更充分；反应池出水处加入助凝剂后进入混后槽，使反应池的絮凝体更大，更密实，才能实现理想的沉淀效果；混合槽出水进入缓冲池，然后进入Lamella沉淀池，絮凝体在此阶段可得到彻底的去除。

图2描述了(a)常规设计和(b)与Lamlla设计水流流场的区别。在常规设计在池中心产生了一个大的再循环涡流，并产生了两个小涡，一个在入口下方，另一个在料斗附近；在Lamella系统的情况下，中心涡被划分为两个较小的涡。入口下面的涡旋现在更小，并完全放置在入口通道下面，使絮凝体沉淀效果更好[6]。

图2 流场轮廓为常规设计(a)和Lamella设计(b)

在国外在型海水淡化厂预处理工程中应用较多，如图3所示的澳大利亚Cape Preston海水淡化厂，预处理采用了Lamella技术，预处理水量达到98440 m3/d。

图3 澳大利亚Cape Preston 海水淡化厂Lamella沉淀池

4 Lamella技术实践应用

连云港某海岛海水浊度可达1000 NTU，悬浮物500～700 mg/L，海水表观类似于黄河河水。为了满足和改善驻岛军民的生活需要，新建了海水淡化设备工程，针对海水高浊度高悬浮物的特点，根据现场实验，确定采用了Lamella上向流预处理工艺，设计出力为5 m3/h，分离区表面负荷2.2 m/h，出水浊度可达到<2 NTU。设备主体采用碳钢材质，内衬玻璃钢材料，防止海水对本体的腐蚀。包括凝聚混合区、凝聚反应区、凝聚缓冲区、凝聚污泥浓缩区和凝聚分离区；处理能力4.5 m3/h，1座，1.5 m(宽)×1.6 m(长)×3.3 m(深)，具体参数与数据如下：

4.1 凝聚混合区

设有机械搅拌器，用以快速混合投加的助凝剂，采用阴离子高分子类助凝剂，混凝剂投加位置位于助凝剂前端20 m处。助凝剂投加时混凝剂已与水中颗粒特形成了稍大的体积，在搅拌机的作用下，水体发生充分的混合，水力停留时间3 min。

4.2 凝聚反应区

从混合区底部进入反应区，反应池也设置一台低转速机械搅拌器，可以使絮凝反应更充分、完全，在反应区内就能够形成较大体积、更加密实、均匀的矾花。图4为连云港某海岛Lamella反应凝聚反应效果图，由图4可见，反应池中形成的矾花体积较大、分布均匀、水力停留时间2.5 min。

图4 连云港某海岛海水淡化Lamella反应池

4.3 凝聚浓缩区

为避免进入较大面积的浓缩区对流场造成影响，凝聚缓冲区可将矾花的移动速度放缓，避免造成矾花的破裂及避免涡流的形成，也使绝大部分的悬浮固体在该区沉沉淀并浓缩。浓缩区呈现锥形，污泥可靠重力收集和排除。水力停留时间4 min，排泥浓度达3%～5%，不需另设浓缩池。

4.4 凝聚分离区

斜管沉淀区主要作用是去除矾花，可使沉淀在最佳状态下完成，出水浊度≤2 NTU。整座池产表面负荷为2 m3/m2·h，停留时间20 min。

斜管采用乙丙共聚材质，Ø50×1100，安装角度55°。出水清澈，水质稳定，进、出水浊度数据如图5所示。

图5 浊度变化

5 结论和建议

通过对在实际工程中的运行实践监测和水质分析，Lamella技术具有对高浊度水质具有良好的适应性，出水水质可达到后续工艺的进水要求、水质稳定、效率高、占地少，在高浊度水质的黄海海域具有广泛的应用前景。