浓海水卤库的设计与建设方案研究

2019-12-20张科平王绪书张心禄

盐科学与化工 2019年12期

张科平,王绪书，张心禄

(1.中盐工程技术研究院有限公司，天津 300450；2.天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

1 前言

天津是一个严重缺水的城市，利用现有的海水资源，进行海水淡化生产，是一条行之有效解决淡水缺乏的途径。同时作为京津冀协同发展距离北京最近的城市，天津也是解决北京缺水难题的首选城市。

近年来，海水淡化技术水平虽不断提高，但其生产废水—浓海水的排放问题对淡化产业发展的制约也日益突显，这一问题尤其体现在渤海湾内的海水淡化企业中。因为渤海是内海，自身水体交换能力差，海水淡化副产浓海水直接排海对海洋生态环境影响较大。若与邻近制盐企业合作，将浓海水排入盐田，对浓海水中的化学资源进行综合利用,既能实现浓海水的零排放,减少浓海水排放对海洋生态环境的影响，又能有效利用浓海水中的化学资源,增加经济效益。

2 卤水平衡分析

海水淡化是工厂化全年运行，而滩晒制盐是露天式季节性生产，二者在供需上存在不平衡，因此，必须将冬季、雨季浓海水储存用于春、秋季节制盐生产。详见图1淡化、制盐供需卤差异分析图。

图1 淡化、制盐供需卤差异分析图Fig.1 Analysis chart of the different between demand and supply of brine in desalination and salt making

从图1可以看出，制盐生产用卤主要集中在春、秋两季，在雨季和冬季用卤量很少。假设浓海水排放量全年为100%，则其每个月排放量为8.33%；假定制卤区全年用卤量100%，则其各月制盐需卤量参考工艺计算及企业生产数据后得出。从图1可以得知，在3月份时，需要卤库存卤量达到最大值，因为从7月开始到翌年2月，制盐需卤仅占全年的37%左右，而浓海水供卤量却达到了67%。综上，在生产淡季时，浓海水供卤量与制盐需卤量存在30%的差值，盐场必须修建浓海水卤库，将该部分浓海水储存起来用于旺季使用。

3 浓海水卤库建设方案

3.1 新建卤库

若新建盐田，新建卤库的设计过程中可以根据工艺要求科学划分为生态修复、生态养殖和浓海水储存等功能，合理恢复海水淡化过程中破坏的卤水生态系统；建设期内，施工不与制盐生产冲突，对当前阶段生产无影响；建设完成后，可迅速与相应浓度蒸发池对接使用，生产恢复速度快，对制盐生产影响较小。该方案更易于科学布局，对原生产影响小，同时有利于原盐产量的提高；但由于是新建盐田，首先应有合适兴建盐田的滩涂，且盐田成熟期较长，同时新建工程投资较大。

3.2 利旧改造

海水淡化排放的浓海水约6 °Be′左右，浓度较普通海水高一倍左右，在制盐企业中属于低级卤水，储存于初级制卤区，蒸发池面积较大，存卤较浅，制卤方法多为深存薄赶法。若对原滩田进行技术改造，将现蒸发池埝适当加高，改造为浓海水卤库。可有效节约浓海水储存所需面积，同时节约了大量工程投资，减少盐田成熟期。但在改造过程中会与现制盐生产冲突，因此，改造期间会对制盐生产造成一定影响。

4 卤库护坡方式分析

盐田蒸发设施多为就地取土修筑而成，为减少渗透损失，增加池埝稳固性和安全性，避免风浪对池埝破坏，使池埝更加持久耐用，盐场一般会对蒸发池内坡做防护处理。常见的护坡方式有：大堤土坡、抛石护坡、浆砌片石护坡和铺砖护坡。铺砖护坡多用于高级制卤区及结晶区，初、中级制卤区使用较少，故不讨论。

4.1 大堤土坡

盐场初级制卤区蒸发池一般面积大，池埝多为大堤土坡。土埝具有取材方便，节省建筑材料、构造简单、便于加高培厚等优点；但抗冲刷能力低，在雨水和风浪作用下，坡面易被破坏；甚至坍塌，因此需要较大的边坡坡度。坡度大小决定于坡高、土料性质和风浪大小，池埝内坡坡比多为1 ∶5～1 ∶10。

采用大堤土坡由于池埝的坡比大，导致土方需求量较大。但是土坡的优点在于施工简单对盐场连续生产影响较小，缺点是每2 a～3 a需要维修一次，以保证堤埝的完整性和安全性。

4.2 抛石护坡

抛石护坡是指通过机械或人工抛投块石、卵石等人工或者天然石料，在蒸发池内坡堆砌形成的，可以增强池埝稳固性、减少风浪破坏及渗透损失的结构层。抛石护坡由于其材料来源丰富、施工技术简单，施工进度快，便于维修养护，抗冲性较强，在盐田护坡中应用较为广泛，池埝内坡坡度较土埝略陡些，一般坡比为1 ∶2～1 ∶4。

抛石护坡需要大量的毛石，长期使用水浪会经毛石缝隙冲刷池埝，尤其坡脚处易受冲刷破坏，因此，大约每3 a～5 a需修整一次池埝，以保证其池埝的安全性。

4.3 浆砌片石护坡

采用浆砌片石筑埝做法相对复杂，施工过程中为保证生产不间断，需要另外筑坝排水、晾晒再进行夯实，砌筑、勾缝等工作，原土埝的挖方土如需要利用到筑埝，则需原土掺石灰土，充分搅拌，再分层夯实筑埝。该方式形成的坡抗冲刷能力强，坡度要求较抛石可适当陡些。

浆砌片石护坡优点在于抗冲刷能力强，使用时间长，后期维护比较方便，但施工比较复杂，施工难度大，工期长，施工措施费高，因此，更适用于新建滩田或局部区域改造。

5 方案比选及优化

浓海水卤库的选择应以存水1 m～1.5 m左右为宜，卤水过深则有效蒸发量利用率低，生产操作难度大，且不利于生态养殖；水过浅则需要增加存卤面积，对原盐产量影响较大。

5.1 卤库建设方案

以10万t/d海水淡化产能为例，浓海水卤库存储量应为1 100万m3，以埝高2.5 m，存卤深度1.5 m计，所需有效存卤面积约为7.3 km2。如此大面积卤库，开滩新建难度大，且新建项目工程量大，投资费用高；若利旧改造，只需在现有滩田内进行技术改造，避免选址难题，沟道、泵站及部分水工构筑物在一定程度上也可以利旧使用，工程量较新建节约至少一半，因此，利旧方案较优。若将浓海水引入相近浓度蒸发池，则能避免不同浓度卤水混合，减少对制盐生产影响，便于卤水衔接。但卤库选择上应充分考虑现蒸发池排水能力，应在蒸发池最低水位上计算浓海水存量，进而确定浓海水卤库面积。

5.2 卤库护坡方案对比

大堤土坡和抛石护坡都适用于卤库改造工程，综合对比两者优缺点可以发现，抛石护坡坡比较小，土方需求量较少，虽需外购毛石，但是相对于大堤土坡，其对池埝的保护效果更好，且使用年限较长，无需频繁修埝，节省了维护成本，因此，抛石护坡方案优于大堤土坡。若在抛石下铺土工布并辅以级配碎石保护，护坡对池埝的保护效果更佳，池埝使用寿命也会更长。

综上所述，利用现有盐田设施进行相应技术改造，并采用抛石护坡方式修建池埝，更适用于浓海水卤库建设。