大型海水淡化厂中气浮（DAF）-双介质过滤（DMGF）系统预处理工艺应用

李金泽

（山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266100）

0 引言

中东地区以热带沙漠气候为主，淡水资源极度匮乏，为有效解决淡水资源问题，各国广泛建立海水淡化项目。本海水淡化项目位于阿联酋境内的波斯湾海岸线，采用100%反渗透海水淡化技术（SWRO），设计全厂产水出力为200 MIGD（约90万m/d），主要包括取水系统、预处理系统、RO反渗透系统、后处理系统、污水处理系统、变电站系统及其他公共辅助系统等。本项目采用DAF+DMGF预处理工艺，采用上海巴安技术。预处理系统的作用是去除地表海水中存在的颗粒泥砂、胶体、微生物等杂质，经预处理后的海水水质应达到反渗透膜元件的进水水质要求，使反渗透膜能够保持良好性能，保证产水水质达标。

1 气浮（DAF）系统

1.1 气浮（DAF）系统描述

DAF（Dissolved Air Flotation）又称“溶气浮选系统”，简称“气浮系统”，是海水淡化第一级预处理，主要包括沉淀池、混凝池、气浮单元、空压机系统及化学加药系统等，用以处理进水中所含的悬浮物以保护下游处理系统不受污堵。本项目的气浮系统设备由上海巴安水务公司提供，在机械絮凝池利用絮凝剂对海水进行预处理，然后输送至气浮池，气浮池内部分产水通过溶气罐在加压的情况下溶解空气后进入溶气释放系统，使大量20～120 μm的小气泡释放进待处理水中，气泡与水中固体吸附使其密度小于水浮在水面上，再由刮板机去除，能够高效降低海水的浊度。

DAF系统在去除疏水性固体方面特别有效，例如藻类和油，可以保障在赤潮期间或水中含有微量油的情况下整套海水淡化系统的持续运行，并能有效降低下游DMGF的工作负荷和反洗周期。

1.2 气浮（DAF）系统工艺流程

本项目DAF系统共分为两组，每组主要包括4个混凝池（4×33%）、6台空压机、18个气浮单元，每个单元又包括絮凝池、气浮池、溶气罐、刮板机、化学加药系统等。化学加药药品包括硫酸溶液、FeCl溶液、聚合物电解质（PAM）等，其中硫酸溶液用于调节海水pH值，有利于降低海水的浊度；FeCl用作助凝剂；聚合物电解质（PAM）用作絮凝剂。该系统设计流量102 931 m/h，处理后的水质TSS平均小于2.0 mg/L，浊度小于3 NTU，油脂去除率在80%以上，海藻清除率在95%以上。

DAF工艺流程图如图1所示。

1.3 气浮（DAF）系统功能介绍

（1）静态混合器：安装在DAF系统的进海水管道中，加入的助凝剂、絮凝剂等化学药品在进入DAF系统前与海水进行充分混合，保证化学加药的均匀分布。

（2）混凝搅拌机和絮凝搅拌机：增强化学物质与海水混合均匀性，提高混凝效果，通过梯度递减搅拌速度来增强絮凝效果。

（3）再循环泵和过滤器：将部分合格产水输送至溶气系统加压溶气。

（4）带有空气压缩机的溶气系统：由空压机提供的压缩空气通过稳压罐进入溶气罐，由溶气水携带进入溶气释放器减压进入待处理海水中。

（5）刮泥机和污泥输送泵：将泥渣从气浮池顶部刮出至污泥渠，由污泥泵输送至污泥处理系统。

1.4 气浮（DAF）系统处理能力验证

2021年10月气浮（DAF）系统调试及试验期间，海水经取水系统进入DAF系统进行处理。DAF系统入口及出口的水质检测记录如表1和表2所示。

从DAF系统入口和出口的水质检测记录可以得出，该气浮（DAF）系统对海水浊度、油脂、藻类、总悬浮固体（TSS）的处理效果能够达到设计要求。

2 双介质过滤（DMGF）系统

2.1 双介质过滤（DMGF）系统描述

双介质过滤（DMGF）系统是海水预处理中第二阶段的重要系统。本项目的DMGF系统分为4组，每组包括3台罗茨风机、32座滤池和3台反洗水泵等。DMGF滤池内滤料对海水具有过滤作用，每座滤池进水为环形布置。DMGF滤池根据运行时间、滤池压差及出水浊度进行反洗。该系统的海水出力设计能力为103 087 m/h，处理后水质指标TSS不超过1 mg/L，浊度不超过0.3 NTU，SDI要求90%运行时间不超过4，100%运行时间不超过5。

2.2 双介质过滤（DMGF）系统工艺流程

经DAF处理后的水中含有悬浮物和胶体，通过DMGF滤池介质滤层时，在迁移—粘附—截留的作用机理下，因滤层孔隙的筛分功能由大到小逐渐变化进而被去除，同时接触和吸附功能又能除去水中有机物、细菌，以及铁、铝、锰等重金属离子。水中悬浮物、颗粒和胶体清除后，进水的浊度和SDI值降低，满足后续RO系统的进水要求。DMGF系统工艺流程图如图2所示。

每个DMGF滤池长11.2 m，宽9 m，滤料从上至下分别为无烟煤（直径0.8～1.6 mm，填装高度600 mm）、石英砂（直径0.4～0.8 mm，填装高度450 mm）、石榴石（直径0.3～0.6 mm，填装高度150 mm；直径1.5～2.5 mm，填装高度100 mm）和砾石（直径2～5 mm，填装高度100 mm）。

2.3 双介质过滤（DMGF）系统工艺原理

DMGF工艺原理分为机械筛分和接触混凝。

（1）机械筛分：滤料之间的孔隙很小，尤其是在滤层表面，水流经过时，该类孔隙将截留部分悬浮物，而截留下来的悬浮物会再次重叠架桥，从而形成孔眼更小的滤网，以除去更小的悬浮物。

（2）接触混凝：过滤池内的滤料排列得比较紧密，悬浮物和胶体在流经滤料间弯曲的孔道时，极易与滤料颗粒撞击，由于胶体、悬浮物有较强的表面活性，便吸附在滤料的颗粒上，通过过滤池的反洗操作将之去除。

2.4 双介质过滤（DMGF）系统处理能力验证

2021年10月双介质过滤（DMGF）系统调试及试验期间，DAF系统产水进入双介质过滤（DMGF）系统进行处理。DMGF系统入口及出口的水质检测记录如表3和表4所示。

从DMGF系统入口和出口的水质检测记录中可以得出，该双介质过滤（DMGF）系统对DAF产水的浊度、总悬浮固体（TSS）、污染指数（SDI）处理效果能够达到设计要求，水质指标符合RO膜厂家要求的反渗透系统进水标准。

3 结论

气浮（DAF）-双介质过滤（DMGF）系统预处理工艺在大型海水淡化工程中被广泛应用，是海水淡化工艺中最重要的系统之一，其能防止反渗透膜元件表面污染、结垢沉淀，确保其免受损害，从而保持良好的性能和足够长的使用寿命。

阿联酋阿布扎比某膜法海水淡化项目调试及试验期间的水质检验结果表明：气浮（DAF）-双介质过滤（DMGF）系统预处理工艺对海水浊度、油脂、藻类、总悬浮固体（TSS）、污染指数（SDI）等处理效果明显，出水水质指标稳定，符合RO膜厂家要求的反渗透系统进水标准。