外海岛屿取水设计方案-以汕尾龟龄岛为例

黄成 中交广州水运工程设计研究院有限公司

1.工程概况

1.1 岛屿现状

龟龄岛位置在红海湾东部，汕尾市区捷胜镇南端海域，距离最近陆地约为3.12公里。龟龄岛为未确权无居民海岛，现在有较小程度的开发利用，开发利用主要集中在海岛西侧海岸，主要包括：海岛名称标志碑、国家大地测量控制点、少量废弃的渔民自建房屋和养殖池、妈祖庙及其附属建筑、守庙渔民自建房屋、简易码头、水井以及蓄水池、简易道路等基础设施。

1.2 供水现状

龟龄岛现有淡水资源为海岛西南侧有一古井，已安装自动取水装置，井水仍可使用；海岛西北侧废弃房屋后方有被填充的废弃水井数口。古井南侧有一人为开挖蓄水池，蓄水面积达303平方米，曾用作蓄积雨水，用于岛上生活，现处于闲置状态。此外，海岛西北侧废弃房屋后方也有一蓄水池，蓄水面积达57平方米，处于暂时闲置状态。

本项目海岛面积约0.18km2，面积不大，距离大陆约有3km有海路，将来的功能发展定位为游客300人次/天，作为一个半原始生态岛屿，海岛用途为旅游娱乐用岛，海岛开发后用水需求主要为岛上工作人员及游客生活，通过市政供水管网在海底预埋加压给水管道至龟龄岛直接供水，将存在供水总量相对较小、施工难度相对较大、预埋供水管线易出现侵蚀破损、维修困难等问题。因此考虑根据国家资源政策和海洋产业发展导向，在龟龄岛试点通过小型海水淡化工程满足岛上人员日常生活用水。

由于各种原因，已建供水站位置在岛北面山顶平台，山顶平台和四周海域交界处为陡峭山坡，不利于取水设备布置和固定，原有取水方案需经技术和经济比选后再确定是否可行。

2.取水方案

方案一：山顶平台外侧礁石海面建设高桩引桥，伸出海中50m，之后再建造海水泵平台，永久固定海水泵。

方案二：在码头引桥外侧固定海水泵。潜海泵安放在钢槽内，采用膨胀螺栓固定钢槽在引桥的桩身（极端低水位以下），通过DN100海水管将海水输送至海水淡化设备。

方案一和方案二采用的海水泵均为潜海泵，一用一备。

3.取水方案比选

3.1 方案一优缺点

优点：①水泵位于外海，水质较好；②管线距离较短；③海水泵所需扬程较低，为18m。

缺点：①水泵位于外海，风浪较大，海水泵的固定能否经受极端气候的考验无法确定，存在遭受破坏、无法正常工作的危险；②检修不方便，海水泵位置远离陆地，人员作业时易发生不确定的意外情况，并易发生堕水的危险；③工程造价昂贵，并影响工期。因近岸区域无位置固定海水泵，并要求取得较好水质，需要修建高桩引桥，工程较大。且需要增加海水泵抗风浪的投入，由于此海域无勘察资料和前期咨询成果，会严重影响工期；④尽管海洋局有批准海域使用权的权力，但在此方案设置引桥和潜水泵平台，对航道的通航安全可能有一定影响，还是需要海事和航道等部门的批复。

3.2 方案二优缺点

优点：①方便检修维护海水泵，且可保证作业人员的安全；②风浪相对较小，海水泵工作稳定，不易受大风浪影响；③造价相对便宜，不需建造水工构筑物。

缺点：①海水输送管道较长，约400m；②水质可能受船舶污染，与方案一相比较取用海水水质差；③海水泵所需扬程较高，为39m。

3.3 方案比选

根据上述方案优缺点对比，方案一选址位置存在：“作业环境危险、工程造价高、工期长”这三个主要问题。方案二管线较长，会增加工程费用，但和方案一新增高桩引桥相比，其价格显得微不足道。

因此，推荐使用方案二，将海水泵固定在码头引桥的桩上，此方案较经济且符合本项目实际。

4.推荐取水方案优化

推荐方案最大缺点在于码头区域水质污染较大，为此，设计中已制定如下改善出水（淡化后的生活用水）水质的措施。

（1）加强船舶管理，严禁船舶在码头排放机舱底污水、生活污水和固体垃圾物。

（2）加强港池附近水质巡查，发现水质变差，应停止抽水。

（3）在海水调蓄池前设混凝沉淀池，可通过混凝沉淀机理有效沉淀去除海水中有机物、贝壳、固体垃圾等杂质，改善进水水质。

（4）根据《城镇给水排水技术规范》（GB 50788-2012），配置自洁式臭氧消毒器，淡化后的生活用水经消毒再提供岛内给水点，可确保用水卫生要求。

5.海水淡化工艺

5.1 反渗透膜法

进行反渗透前海水先经过预处理，再经过RO反渗透——深度脱盐处理，经过数道工序处理后，可除去水中的微粒、胶体、有机质、重金属离子、细菌、病毒、热源等有害物质及溶解盐，该工艺脱盐率高达96～99%，该工艺包括预处理系统（原水泵、自清洗过滤器、超滤装置、10μm过滤器、5μm保安过滤器）、RO反渗透系统（设备电控、高压泵、RO机件）。

5.2 多级闪蒸技术

先采用澄清和加氯消毒对海水进行处理，然后将海水送入降温段作为降温水使用。离开降温段的大部分降温海水又排入海中，小部分作为补给海水，通过预处理，从降温段末级闪蒸室流入第一级闪蒸室，其室内的压力低于海水所对应的饱和蒸汽压，一些海水快速汽化，降温后即为所需淡水；其他剩余海水温度冷却下来，进入另一个压力更低的闪蒸室，又继续蒸发和降温的过程。串联系统全部的闪蒸室，室内压力逐步降低，海水也对逐步级降温，持续产出淡化水。

5.3 工艺比选

反渗透膜法优缺点：①耗能小，设备简单，安装简易，占地面积较小，腐蚀及结垢均较轻微，对环境影响较小，换膜的操作相对比较简单；②薄膜成本高且其使用寿命有限，单机产能相对低于多级闪蒸技术；③一次投资较小。

多级闪蒸技术优缺点：①使用范围广、技术成熟，一般执行效率并不直接与闪数成比例，运行简单可靠，单机产能较大，维护成本低；②对环境影响较大，能耗较大，设备庞大，占地广，提高了成本，单机产能大，出现故障后，难以实现连续生产的平衡；③一次投资较大。

5.4 比选结论

通常采用反渗透工艺是适合独立设置的海水淡化设施，较大型的海水淡化系统适合采用多级闪蒸等，对于海水淡化项目（十万吨级及以上）来说多级闪蒸技术则更为经济、可靠、安全。

由于海水淡化反渗透技术的日益成熟，且非常适用于对环保、节能有较高要求的海岛供水工程。本工程为小型海岛海水淡化供水站，采用反渗透工艺较为经济合理，因此采用此项海水淡化技术建设供水站。

6.海水淡化方案

考虑陆用海水淡化设备适用于海岛、海滨浴场及沿海缺水城市，本工程采用一体化海水淡化设备进行海水淡化处理供给岛上生活用水。设计采用海水作为水源，淡化海水使其满足国家生活饮用水水质标准的淡水。能够满足岛上旅客使用淡水的需求，并能长期安全可靠地运行。

设备按水温5～35℃状态下的数据而设计的，反渗透主机及预处理设备预留进出水口接驳法兰，将系统管道连接，通入海水、接通电源并启动设备后就可以连续生产淡水。为实现单机的作业和清洗以及设备的半自动化，采用PLC全自动控制全套设备，系统安全可靠及连续工作能力强。

设备无易损零件，无需进行大规模维修，可以持久有效运行。设备设有预处理系统，保护高压泵及RO膜不受微粒杂质或其它坚硬物体损坏；同时低压开关保护高压泵，保证不因供水停止损坏设备。低压聚酰胺复合膜脱盐率高，运行压力低，确保系统高效运行并使其运行成本降低。产品水设置流量计用来监察并调节设备出水量及设备水利用率，采用合理的设计工艺，提高水利用率。淡水电导率仪连续监测产水水质，先进的能量回收装置可回收反渗透系统98%以上的废弃能源，降低淡水生产成本60%。

7.结论

本工程为外海岛屿项目，根据国家相关资源政策和海洋产业发展导向，在龟龄岛试点通过小型海水淡化工程满足岛上人员日常生活用水。经过经济技术比选：①海水取水方案采用在码头引桥外侧固定海水泵，通过长距离海水输水管将海水输送至海水淡化设备；②本项目工程为小型海岛海水淡化供水，采用反渗透工艺较为经济合理，考虑采用一体化海水淡化设备进行海水淡化处理供给岛上生活用水。