滿足三沙市永興島上的居民生活用水需求，根據海島特點，在島上新建海水淡化廠，利用海水作為水源直接供應清水。水廠設計規模1 000 m3/d，采用斜管沉淀-超濾-反滲透-再礦化的凈水處理工藝。其中沉淀表面負荷為1.46 m3/(m2·h);超濾設計通量為30 L/(m2·h)，回收率90%;采用二級反滲透，其中一級反滲透設計產水通量0.60 m3/(h·支)，最大壓力6.5 MPa，二級反滲透設計產水通量0.90 m3/(h·支)，最大壓力12.5 MPa;反滲透產水采用投加CaCl2和NaHCO3進行再礦化。建成后運行產水水質滿足國標要求，飲用口感良好，電耗約3.5 kW·h/m3。

1 建設前島上供水狀況

在海水淡化廠建設前，島上居民的飲用水主要依靠補給船定期向島內補給，每船的補給量約為200 m3。船運的補給淡水用運水車運送至各居民自建的水窖儲存，水量有限，僅供日常居民餐飲使用。

除飲用以外的其他生活用水水源主要是島上降雨，即依靠匯集各建筑屋頂雨水，儲存在自建雨水窖。自建雨水窖零散分布于各建筑間，部分有簡單的沉淀、過濾設施。原先各雨水窖儲存的雨水均通過水泵輸送至工委建設的雨水凈化站，經凈化后使用。但淡化廠建設前雨水凈化站已報廢，居民一般自行加壓直接將雨水用作洗滌、沖廁等飲用外的生活用水。

2 原水水質

永興島附近海域環境保護良好，水質清澈，原水濁度≤10 NTU，其余主要水質指標見表1。

3 工程規模及目標

本項目水廠產水規模為近期1 000 m3/d，遠期2 000 m3/d。

產水目標：原水采用海水，出水水質達到《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)的要求。

4 技術方案

4.1 海水淡化技術

本工程近期產水規模1 000 m3/d，規模較小，工程地點位于永興島，路途較遠，島上物資匱乏，所有物資均需船運上島，交通不便，島上可用地面積較小，因此采用的海水淡化技術應具有占地面積小、工程量小、自動化程度高、安全可靠、運行過程耗材種類少、用量小的特點，分析上述工程特點，推薦采用反滲透海水淡化技術。

反滲透技術目前一般采用一級過濾，但Rodrguez通過研究認為,當原水中硼含量>3.5 mg/L時需要使用多級反滲透工藝。本工程海水硼濃度為4.5 mg/L，因此采用二級反滲透技術。

4.2 海水預處理技術

反滲透膜進水水質要求較高，海水原水一般需進行預處理。常規預處理技術采用加入絮凝劑對海水中海洋浮游生物、膠體物、固體顆粒進行沉淀后，再經過砂濾過濾。其優點是除濁的效率較高，技術比較成熟。其不足之處在于處理過程中需投加化學藥劑，整套預處理構筑物占地面積較大。永興島處于西沙群島，其主體由珊瑚礁及其風化產物構成，可用地面積較小，島周圍無外源污染物，絮凝過程中投加的絮凝劑部分殘留在濃鹽水中，隨濃鹽水一起排海會對當地環境造成污染。

因此，本工程從減少使用藥劑保護環境、節約工程用地等方面考慮，采用電解沉淀+超濾預處理工藝。海水是理想的電解液，納米催化電解可在短時間內氧化分解海水中的有機物，使海水脫穩，具有一定的絮凝效果，通過后續沉淀工藝去除水中的膠體物質和懸浮性物質，無需投加化學藥劑。同時電解過程中產生的Cl、O等自由基，可有效殺滅藻類、微生物等，解決膜生物污染的問題。電解預處理技術已在三沙市趙述島40 m3/d小型海水淡化工程中得到應用，效果良好。沉淀后出水采用超濾膜過濾可確保滿足反滲透進水水質要求，減輕對反滲透膜的污染。

4.3 反滲透產水再礦化技術

海水經淡化處理后，鈣離子含量很低，其水質不穩定且具有較強的腐蝕性，因此本工程考慮對其進行化學穩定性處理。改善海水淡化水穩定性的措施是對其進行再礦化處理，提高水中礦物質和堿度含量，使其水質穩定，不具有腐蝕性，并符合生活飲用水標準，這樣既可以維護居民身體健康又能穩定水質。

礦化通常是通過過濾、投加化學藥劑等措施來實現。海水淡化產水再礦化處理是調節產水pH，加入鈣等礦化物，從而調節反滲透產水的堿度和硬度，適度提高pH，使產水的總堿度為80 mg/L(以CaCO₃計)，總硬度為80～120 mg/L(以CaCO₃計)。使水質既不產生結垢，也不對輸水管造成腐蝕。

可用于反滲透產水再礦化處理工藝方案大致有如下5個。

(1)向反滲透產水投加CO₂和過量的Ca(OH)₂，反應式：2CO₂+Ca(OH)₂=Ca(HCO₃)₂。

(2)投加CO2后的反滲透產水通過CaCO3的濾床，反應式：CO₂ + H₂O + CaCO₃=Ca(HCO₃)₂。

(3)投加Ca(OH)₂和Na₂CO₃，反應式：Ca(OH)₂+Na₂CO₃=CaCO₃+2NaOH。

(4)投加CaCl₂和NaHCO₃，反應式：CaCl₂+2NaHCO₃=Ca(HCO₃)2+2NaCl。

(5)用處理后的含鹽水與反滲透產水進行適量的勾兌。

以上5個方案，應根據工程情況、水質、處理水量和投資運行成本進行比選。方案3、方案4、方案5主要是向淡化水中投加藥劑，操作運行維護較為簡便，但費用較高，適用于較小型的淡化水裝置。方案1、方案2適用于較大型的海水淡化廠，其中方案2具有更高的經濟性。

本工程產水規模為1 000 m3/d，屬于小型海水淡化工程，且距離陸地比較遠，CO2的儲存及運輸比較困難，且操作難度大，因此方案1和方案2不適用。Ca(OH)2需用生石灰制備，制備原料需要從陸地運輸上島，且使用過程中會產生大量的石灰渣，造成新的污染和破壞，因此方案3不適用。方案5采用自來水與海水淡化水進行勾兌，勾兌比例為1∶5～1∶10(淡化海水∶自來水)，但島上船運淡水量不足，該方案不適用。

通過以上對比分析，本工程采用方案4，通過投加CaCl2和NaHCO3實現淡化水的礦化處理。

4.4 濃海水處理

本工程規模較小，周邊海水量巨大，濃海水采用排海處理。

5 系統流程

海水淡化系統由納米催化電解絮凝沉淀系統、超濾系統、海水淡化膜系統、后處理系統、藥劑投加系統組成。海水通過取水系統進入納米催化電解機，電解機出水進入斜板沉淀池，再經過柱式超濾系統過濾后，作為海水淡化膜系統的進水。在反滲透海水淡化膜分離設備進行一級脫鹽處理;一級脫鹽處理后的水一部分直接作為飲用水，另一部分則進行二級脫鹽;脫鹽處理后的淡水作為飲用水供給島上軍民使用，濃縮海水進行排放。系統流程如圖1所示。

6 主要構筑物設計參數

6.1 綜合池

綜合池包括納米催化電解系統、絮凝沉淀池、海水儲水池、預留水池、濾后海水池、一級淡水池、二級淡水池，組合建設。

(1)納米催化電解機。考慮海島運輸困難，同時減少排放濃海水對周邊環境的影響。沉淀池設計不投加混凝藥劑，采用納米催化電解機電解海水助凝。電解機設于絮凝沉淀池上部，設計處理能力115 m3/h，產生NaClO濃度0.8%。共設2組，單組處理能力57.5 m3/h，停留時間4.5 min，有效接觸時間3 min。

(2)絮凝沉淀池。3座，每座尺寸4 m(寬)×7 m(長)×5 m(深)，蜂窩斜管50×1 000，斜管90 m2，表面負荷1.46 m3/(m2·h)。

(3)海水儲水池。接收沉淀池出水，1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質。尺寸4 m(寬)×8 m(長)×5 m(深);有效容積145 m3。

(4)濾后海水池。接收超濾系統出水，規格與海水儲水池相同。

(5)一級淡水池。接收一級反滲透系統出水，規格與海水儲水池相同。

(6)二級淡水池。接收二級反滲透系統出水及部分一級反滲透系統出水。永興島上用水時變化系數較大，二級淡水池容積應滿足水量調節需求，有效容積按日供水量的20%取值。水池進水管上投加次氯酸鈉，最大投加量2 mg/L。1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質。尺寸5.5 m(寬)×8 m(長)×5 m(深)，有效容積200 m3。

(7)預留水池。可同時接收二級反滲透系統出水或其他淡水(如島外運水等)。1座，鋼筋混凝土(防腐處理)材質。尺寸4 m(寬)×8 m(長)×5 m(深)，有效容積145 m3。

6.2 綜合凈水車間

綜合凈水車間內設超濾及反滲透系統。

6.2.1 超濾系統

采用壓力式膜，設2套膜主機，主要設計參數如下：

設計水溫5～40 ℃，運行壓力<0.15 MPa，產水率≥90%，膜組件材質為聚偏氟乙烯(PVDF)，膜組件數量80支，設計通量30 L/(m2·h)。

6.2.2 反滲透系統

(1)一級反滲透系統。設計回收率43%，日運行時間24 h/d，工作溫度5～40 ℃，運行壓力≤0.65 MPa，膜組件設計產水通量0.6 m3/(h·支)。采用1堆膜組件，膜殼采用6芯裝，13支膜殼，78支膜芯。

(2)二級反滲透系統。設計回收率90%，日運行時間24 h/d，工作溫度5～40 ℃，運行壓力≤12.5 MPa。膜組件設計產水通量0.9 m3/(h·支);設計按1堆膜組件，膜殼采用6芯裝，6支膜殼，36支膜芯。

7 小結

三沙市永興島海水淡化廠于2016年12月建成通水。現已正常運行一年多，產水1 000 m3/d，運行中不投加混凝劑，消毒采用電解海水產生次氯酸鈉，全廠電耗3～5 kW·h/m3。水質滿足國標要求，飲用口感良好，較好地滿足了島上居民的生活用水需求。

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