CN107399806B - 一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，包括管道清洗方法和管道维护方法，管道清洗方法依次包括浓盐水正压浸泡清洗、淡水正压浸泡清洗和取水管道冲洗三个步骤；管道维护方法依次包括浓盐水正压浸泡维护和取水管道冲洗两个步骤，浓盐水正压浸泡清洗中，先将臭氧通过射流曝气投加到浓盐水，再将浓盐水从取水管道的出水口注入取水管道，浸没在海水中的取水口保持正压；本发明还提供了相应的系统，本发明在海水取水管道中建立正压环境，冲洗介质盐度剧烈升高后再剧烈降低，能够有效抑制海水取水管道各类浮游动植物的生长和发育，保持取水口的低正压环境也能够有效的避免过量的浓海水和淡水排入大海，对海洋环境的破坏降低到最低。

Description

一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法与系统

技术领域

本发明属于海水取水技术领域，特别涉及一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法与系统。

背景技术

海水作为水资源主要有两种利用形式：海水直接利用和海水淡化。海水直接利用就是以海水直接替代淡水作为工业用水或生活用水，主要用于海水冷却和大生活用海水(占90％以上)，同时也包括海水脱硫、消防、制冰、印染等，已成为沿海地区水资源的重要组成部分。而海水取水则长期受到海洋污损生物的影响。海洋污损生物也称海洋附着生物，是附着丛生在水下人工设施表面并导致其损坏或产生不良影响的动物、植物和微生物的总称。污损生物危害管道系统，影响设备正常工作。污损生物的附着会增加管道系统内壁的粗糙度，缩小管道内径，阻塞管道通路，使转动设备丧失运动功能，甚至造成设备停机等事故。

其中无柄蔓足类(藤壶)属节肢动物门甲壳纲，是海洋污损生物中危害最大的生物，它常成群附着于海岸岩石、堤坝码头、舰船浮标、海水管道、平台设施、养殖设备及其它海洋动植物体上，对人类涉海经济活动产生极大危害，为污损生物防除的重点对象。参照表1，研究发现，藤壶在不同的生长发育时期附着力差别很大。幼虫的粘接力很弱，抵抗力也较差，比较容易杀灭和驱离。当发育为幼体藤壶以后，转变为永久性的粘附。从幼虫期发育为幼体约需要2周左右。因此对于藤壶的杀灭工作需要从幼虫开始。

表1滕壶与岩石在生活周期里不同阶段的粘接力比较

为了减少污损生物的附着或使其不能生长繁殖，针对海洋污损生物群落的形成过程及附着机理，形成了多种防除方法，包括机械法、物理法、防污涂漆及化学药剂控制等。但是大部分方法存在局限性，如机械法仅对较大的污损生物去除效果显著，需要水下作业，劳动高、危险性大。物理法针对局部处理较为有效，而大面积区域处理时则显示操作困难等问题。防污涂漆，即在涂料中加入铜、锡、汞、铅等毒料，使海洋附着物中毒甚至死亡而难以附着。涂料层中的有毒成分会造成环境污染，破坏海洋生态，涂层寿命有限，需要防腐涂刷。目前广泛采用化学药剂控制方法，药剂主要为氯气、次氯酸钠、电解制氯等氧化性杀菌剂，通过药剂的强氧化性破坏细菌、真菌、藻类的细胞壁，影响营养物质的吸收，使细胞死亡。次氯酸钠是一种价廉、有效和常用的氯剂氧化性杀菌剂，具有较强刺激性气味，对管道中微生物的杀生作用较强；但利用次氯酸钠进行污损海生物处理时存在的最大问题是，由于其刺激气味，贝类等生物在接触后会主动关闭外壳，因此次氯酸钠对贝类、藤壶、水螅杀生效果受限，尤其是贝类生长、繁殖的旺盛期，单纯使用次氯酸钠并不能达到较好的杀灭效果。化学药剂的储存、投加带来较大的安全隐患，同时投加过量会造成海洋生物的大量死亡，对生态环境破坏力巨大。

海水淡化是从海水中获取淡水的技术和过程，通过物理、化学或物理化学方法等实现，又称海水脱盐。目前主要应用的方法有反渗透法(SWRO)、多级闪蒸(MSF)、蒸发(MED)和压汽蒸馏(VC)。MSF和MED本质上说都是将海水预热后，进行多次蒸发，蒸汽冷凝后得到淡水的技术。SWRO是将海水加压，使淡水透过渗透膜而盐份被截留，从而达到从海水中分离淡水的目的。通常，海水中的钙离子浓度为400mg/l左右，镁离子浓度为1272mg/l左右。当海水不断被浓缩，钙镁离子结晶析出并结垢的倾向也随之提高。结垢会对设备造成很大危害，也提高了运行成本。因此，四种主流的海水淡化工艺的回收率都在40％-45％之间，也就是说，海水淡化在将源海水的40-45％分离为淡水的同时，源海水中的55％-60％会最终转变为浓盐水。浓缩后的盐水经济价值不高，目前通常提供给盐场制盐，或直接排海。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法与系统，在海水取水管道中建立正压环境，介质盐度剧烈升高后再剧烈降低能够有效的抑制海水取水管道各类浮游动植物的生长和发育，保持取水口的低正压环境也能够有效的避免过量的浓海水和淡水排入大海，对海洋环境的破坏降低到最低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，包括管道清洗方法和管道维护方法，其特征在于：

所述管道清洗方法依次包括浓盐水正压浸泡清洗、淡水正压浸泡清洗和取水管道冲洗三个步骤；

所述管道维护方法依次包括浓盐水正压浸泡维护和取水管道冲洗两个步骤。

所述浓盐水正压浸泡清洗步骤为：

先将臭氧通过射流曝气投加到浓盐水中，再将浓盐水从取水管道的出水口处注入取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压；

所述淡水正压浸泡清洗步骤为：

先将臭氧通过射流曝气投加到淡水中，再将淡水从取水管道的出水口处注入取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压；

所述浓盐水正压浸泡维护步骤为：

将浓盐水充满取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压，防止海水倒灌；

所述两个取水管道冲洗步骤相同，如下：

将取水泵按照正常取水工况启动，流速大于1.5m/s，冲洗水量为取水管道总蓄水量的10倍以上，冲洗停止时取水管道出水口处盐度值与取水管道入水口处盐度值一致。

所述取水口处保持正压是出水压力维持在正压0.01MPa以上，所述浓盐水正压浸泡清洗和淡水正压浸泡清洗步骤中，取水口处臭氧浓度大于5mg/L，清洗时间维持在1h以上。

所述浓盐水盐度在50‰以上，淡水盐度在0-1‰之间。

所述浓盐水来源于海水淡化后生产的副产品，在没有海水淡化厂的条件下，采用源海水和工业氯化钠进行配置，其中氯离子浓度大于25000mg/l，钠离子浓度大于15000mg/l，浓盐水的PH值在7-9.5之间；所述淡水来源于采用反渗透工艺的海水淡化厂的一级反渗透产水或二级反渗透浓盐水。

当出水口压力降低到正常压力95％时，应立刻冲洗，如冲洗后效果不明显，则采用加大臭氧浓度和清洗时间的方法再次冲洗，直至取水口出水口压力恢复正常。

根据水温、取水口附近海生物的生长速度以及清洗效果来调整冲洗间隔时间，在冬季，取水口处水温低于5度，冲洗间隔最大为3天；在夏季，发生赤潮、水母、藤壶大面积繁殖的季节冲洗间隔最大为1天。

在水生物生长旺盛的季节，应适当增加清洗时间和频次。

本发明还提供了一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的系统，包括连接在取水管道11出口处的浓盐水罐1、淡水罐2、清洗水槽3和源海水储水池4，各连接管路上设置有独立的阀门，其中，浓盐水罐1和淡水罐2与取水管道11出口处的连接管路上设置射流曝气装置9，射流曝气装置9连接有臭氧发生器8，取水管道11出口处设置有压力变送器5，取水管道11上设置有流量变送器10和电导率变送器12。

在取水管道11的取水口位置安装10mm间隔的格栅，避免大型浮游生物和植物被吸入管道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、浓盐水、淡水的交替使用和臭氧的强氧化作用对管道内的各类浮游动植物起到杀灭作用，而对管道外的生物起到驱离作用，是一种生物友好的处理手段。

2、排入大海的浓盐水量和淡水总量基本相当，避免过量的浓盐水和淡水排入大海，对海洋环境的破坏降低到最低。

3、对于浓盐水需要排海的海淡厂来说，相当于增加了浓水排放点。而且停机时缓慢的释放浓盐水可以减小对海洋环境的冲击范围。

4、该方法使用臭氧作为辅助杀菌剂，在常温常态常压的空气中分解半衰期为20～30分钟左右，最终转化为氧气，无化学残留。通过控制管道出口处的臭氧浓度，将臭氧对管道外的环境的影响降低到最小。

5、该方法不需要在取水头部添加任何装置，而浓水、淡水、臭氧的注入均在岸上进行，通过重力自流即可返回取水口处。因此不需要任何海洋施工作业，安装成本和运维成本低廉。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

本发明的原理是：

海洋浮游植物、浮游动物、鱼类、甲壳类动物对海水浓度非常敏感。多数浮游植物种群在高盐度海水和低盐度的淡水中不能正常的生长和繁殖，在盐度高于41.5的海水和低于10的淡水中不能存活。同样的盐度升高和降低也会改变海草的生理过程，如抑制光合作用和呼吸作用，降低叶绿素含量，改变叶绿体亚显微结构，降低酶的活性等，从而影响其代谢、生长、发育和繁殖。海水盐度也是影响无柄蔓足类分布的关键因素。一些低盐种类，如泥藤壶和白脊藤壶，广泛分布于我国沿海的河口等咸淡水交汇水域；而三角藤壶、红巨藤壶、钟巨藤壶、日本笠藤壶等高盐种类则只分布于海水盐度较高的区域。成年藤壶的附着力很强，无法被用水力去除，而藤壶早期幼虫附着力较差，抵抗能力低，容易被臭氧杀灭。

根据以上原理，本发明提供了一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，分为管道清洗方法和管道维护方法。取水管道连续取水时，在到达预设的清洗时间后，采用管道清洗方法进行取水管道清洗。而管道维护方法用于在取水管道停止工作时的维护。

管道清洗方法包括浓盐水正压浸泡清洗、淡水正压浸泡清洗，取水管道冲洗过程三个步骤。

浓盐水正压浸泡清洗过程中，采用盐度大于50的浓盐水作为清洗介质。浓盐水的来源是海水淡化后生产的副产品。在没有海水淡化厂的条件下，可以采用源海水和工业氯化钠进行配置。其中氯离子浓度应大于25000mg/l，钠离子浓度15000mg/l。浓盐水的PH值应在7-9.5之间。将臭氧通过射流曝气投加到浓盐水中并从取水管道的出水口处注入取水管道，浸没在海水中的取水口处出水压力应维持在正压0.01MPa以上，避免倒灌。浸没在海水中的取水管道取水口处臭氧浓度应大于15mg/L。清洗时间需维持在1h以上。

淡水正压浸泡清洗过程中，与浓盐水正压浸泡清洗过程类似，用的清洗介质为淡水，盐度在0-1‰之间。来源可以是采用反渗透工艺的海水淡化厂的一级反渗透产水，二级反渗透浓盐水或其他淡水水源。

取水管道冲洗过程中，取水口的取水泵按照正常的取水工况启动，流速应大于1.5m/s，冲洗水量为取水管道总蓄水量的10倍以上。冲洗停止时，取水管道出水口处盐度值与取水管道入水口处盐度值应该一致。

管道维护方法包括浓盐水正压浸泡维护和取水管道冲洗两个步骤。

盐水正压浸泡维护过程中，将浓盐水充满取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压，防止海水倒灌。

取水管道冲洗步骤与清洗步骤取水管道冲洗步骤相同，在取水管道再次启动时实施该步骤。

本发明可预设清洗条件如下：当出水口压力降低到正常压力的95％时，应立刻冲洗。如冲洗后效果不明显应采用加大臭氧浓度和清洗时间的方法再次冲洗，直至取水口出水口压力恢复正常。

本发明清洗时间间隔如下：在正常工况下，应依据水温、取水口附近海生物的生长速度以及清洗效果来调整冲洗间隔时间。在水生物生长旺盛的季节，因适当增加清洗时间和频次，以达到较好的抑制效果。例如，在冬季，取水口处水温低于5度，冲洗间隔最大为3天。在夏季，发生赤潮、水母、藤壶大面积繁殖的季节应将冲洗间隔最大为1天。

本发明相应地提供了一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的系统，如图1所示，包括连接在取水管道11出口处的浓盐水罐1、淡水罐2、清洗水槽3和源海水储水池4，各连接管路上设置有独立的阀门，其中，浓盐水罐1和淡水罐2与取水管道11出口处的连接管路上设置射流曝气装置9，射流曝气装置9连接有臭氧发生器8，取水管道11出口处设置有压力变送器5，根据高差计算出取水管道处的压力。取水管道11上设置有流量变送器10和电导率变送器12，流量变送器10用于测量流速，并经过累加计算出取水管道11中的浓盐水或淡水体积。

在取水口处的潜水泵6的进水口上安装10mm间隔的格栅，在海水取水泵6抽水的过程中避免大型浮游生物和植物被吸入取水管道11。在管道清洗和管道维护的过程中，附着在格栅上的生物将会在正压的作用下被冲走。

该系统中，在达到预先设定的冲洗间隔或冲洗条件时，进入浓盐水正压浸泡清洗步骤。源海水储水池4的阀门关闭，取水泵6停止工作。臭氧发生器8和射流曝气装置9启动，之后，浓盐水罐1的阀门打开。此时流量变送器10开始累积进入取水管道11的浓盐水体积。当浓盐水体积与取水管道11的体积一致时，将浓盐水罐1的阀门开度降低。根据压力变送器5的压力监测数据，调整浓盐水罐1阀门开度，保持取水口处正压为0.001Mpa。运行1h后，浓盐水罐1的阀门关闭。之后进入淡水正压浸泡清洗步骤。淡水罐2阀门打开，此时流量变送器10开始累积进入取水管道11的淡水体积。当淡水体积与取水管道11的体积一致时，将淡水罐2的阀门开度降低。根据压力变送器5的压力监测数据，调整淡水罐2的阀门开度，保持取水口处正压为0.001Mpa。运行1h后，淡水罐2的阀门关闭，同时关闭臭氧发生器8和射流曝气装置9。之后进入取水管道冲洗步骤。此时，清洗水槽3排空，之后打开清洗水槽3的阀门，启动取水泵6，将海水源水抽入清洗水槽3，通过流量变送器10累计流量。通过压力变送器5测量管道压力。待取水流量为取水管道体积的10倍以上，且电导率变送器12的测量值与海水电导率一致时，停止该步骤。如取水冲洗过程中，管道压力大于管道正常压力的95％，则表明该次清洗成功，清洗水槽3的阀门关闭，源海水储水池4的阀门打开，进入海水取水过程。否则，在本步骤执行完毕后重新清洗。

Claims (10)

1.一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，包括管道清洗方法和管道维护方法，其特征在于：

所述管道清洗方法依次包括浓盐水正压浸泡清洗、淡水正压浸泡清洗和取水管道冲洗三个步骤；

所述管道维护方法依次包括浓盐水正压浸泡维护和取水管道冲洗两个步骤。

2.根据权利要求1所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，

所述浓盐水正压浸泡清洗步骤为：

先将臭氧通过射流曝气投加到浓盐水中，再将浓盐水从取水管道的出水口处注入取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压；

所述淡水正压浸泡清洗步骤为：

先将臭氧通过射流曝气投加到淡水中，再将淡水从取水管道的出水口处注入取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压；

所述浓盐水正压浸泡维护步骤为：

将浓盐水充满取水管道，浸没在海水中的取水口处保持正压0.01MPa以上，防止海水倒灌；

所述两个取水管道冲洗步骤相同，如下：

将取水泵按照正常取水工况启动，流速大于1.5m/s，冲洗水量为取水管道总蓄水量的10倍以上，冲洗停止时取水管道出水口处盐度值与取水管道入水口处盐度值一致。

3.根据权利要求2所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，所述取水口处保持正压是出水压力维持在正压0.01MPa以上，所述浓盐水正压浸泡清洗和淡水正压浸泡清洗步骤中，取水口处臭氧浓度大于15mg/L，清洗时间维持在1h以上。

4.根据权利要求1或2或3所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，所述浓盐水盐度在50‰以上，淡水盐度在0-1‰之间。

5.根据权利要求1或2或3所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，所述浓盐水来源于海水淡化后生产的副产品，在没有海水淡化厂的条件下，采用源海水和工业氯化钠进行配置，其中氯离子浓度大于25000mg/l，钠离子浓度大于15000mg/l，浓盐水的pH值在7-9.5之间；所述淡水来源于采用反渗透工艺的海水淡化厂的一级反渗透产水或二级反渗透浓盐水。

6.根据权利要求1所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，当出水口压力降低到正常压力95％时，立刻冲洗，如冲洗后效果不明显，则采用加大臭氧浓度和清洗时间的方法再次冲洗，直至取水口出水口压力恢复正常。

7.根据权利要求1所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，根据水温、取水口附近海生物的生长速度以及清洗效果来调整冲洗间隔时间，在冬季，取水口处水温低于5度，冲洗间隔最大为3天；在夏季，发生赤潮、水母、藤壶大面积繁殖的季节冲洗间隔最大为1天。

8.根据权利要求1所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的方法，其特征在于，在水生物生长旺盛的季节，适当增加清洗时间和频次。

9.一种利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的系统，其特征在于，包括连接在取水管道(11)出口处的浓盐水罐(1)、淡水罐(2)、清洗水槽(3)和源海水储水池(4)，各连接管路上设置有独立的阀门，其中，浓盐水罐(1)和淡水罐(2)与取水管道(11)出口处的连接管路上设置射流曝气装置(9)，射流曝气装置(9)连接有臭氧发生器(8)，取水管道(11)出口处设置有压力变送器(5)，取水管道(11)上设置有流量变送器(10)和电导率变送器(12)。

10.根据权利要求9所述利用浓盐水、淡水清洗维护海水取水管道的系统，其特征在于，在取水管道(11)的取水口位置安装10mm间隔的格栅，避免大型浮游生物和植物被吸入管道。