某核電廠RO裝置給水水質控制方法

摘 要：根據反滲透裝置在核電廠中的運行實踐經驗，基于保護反滲透裝置，延長反滲透膜使用壽命，保證核電廠除鹽水水質的目的，在全面分析各種影響因素的基礎上，系統的介紹了反滲透裝置給水水質控制的措施。

關鍵詞：反滲透；水質控制；方法

1 前言

在核電生產中，反滲透裝置是除鹽水生產流程中最主要的脫鹽設備。根據國內核電廠歷年來除鹽水生產的運行經驗反饋，除鹽水生產系統（SDA）運行出現問題的大部分原因都是來自于反滲透（RO）裝置失效。這主要因為RO裝置的核心部件RO膜組件極易受到污染，一旦出現污染，必須停止反滲透運行并對被污染的膜組件進行化學清洗，嚴重時甚至需要更換膜組件。頻繁化學清洗和膜組件更換不僅會影響核電廠的除鹽水產水量和水質，較為昂貴的進口膜組件更換也會造成核電運營成本的大量增加。所以，必須對RO裝置給水進行預處理，去除原水中的懸浮物、膠體、細菌、濁度、有機物等[1]，以盡可能降低膜組件被污染的可能，實現反滲透裝置的設計性能，延長反滲透膜的使用壽命。

2 RO給水預處理流程及污染因素分析

2.1 RO給水預處理流程

該核電廠RO給水預處理流程如圖1。

這一流程與其他工業應用中RO給水預處理過程的不同之處在于，核電廠中從原水至炭濾這一過程屬于一個獨立的生產系統——生水系統（SEA），炭濾之后至RO裝置屬于除鹽水生產系統（SDA）的一部分。

2.2 RO裝置運行要求

根據該核電廠除鹽水需求，設計中反滲透脫鹽部分為母管制，兩套RO裝置并聯運行，每套裝置產水量120m3/h，正常情況下一備一用。每套反滲透裝置采用一級兩段式水處理，設計回收率≥75%，總脫鹽率≥95%。該裝置運行給水水質要求如表1所示。

RO裝置給水最主要的控制參數就是SDI和ORP，這是因為SDI值綜合表示進水中懸浮物和膠體物質的濃度和過濾特性，并能表征膜污染程度[2]。ORP值表征進水中氯離子含量和無機物含量。影響SDI和ORP值的因素正是可以引起RO膜污染的主要因素：懸浮物含量、膠體物質含量、有機物和細菌含量、混凝劑殘留量、易結垢無機物含量等[3-4]。

2.3 RO給水來源分析

給水預處理方式主要取決于原水水質。該核電廠中原水來源于地表水，地表水是一種直接受季節影響的水源，同時具備優良的生物生存條件，存在微生物和膠體兩方面高度污染的可能性。根據2007年到2008年的水質報告，原水主要水質參數如表3。由原水水質參數可以看到，全年中各項參數變化幅度都比較大，而且其中富含微生物和易結垢無機物。

根據該核電廠RO給水預處理流程設計，原水經過SEA系統處理后，產水符合國家生活飲用水衛生標準（GB5749-2006），但是實際運行中發現，原水水質變化依然對反滲透給水有一定影響，主要是因為經過SEA系統處理后，SEA產水仍隨季節變化在符合國家標準范圍內存在較大幅度的波動，如右圖顯示該核電廠中2012年上半年SEA系統產水各參數變化趨勢。各水質參數的大幅度波動不僅給SDA系統雙濾料過濾器運行造成壓力，而且也容易導致RO裝置給水水質波動。

2.4 污染因素分析

2.4.1 余氯的影響

在給水預處理過程中，原水在混合絮凝階段會采用化學制氯形成消毒液，以達到殺滅水中的藻類和微生物的目的。該核電廠RO裝置膜材料采用陶氏公司的高交聯芳香聚酰胺復合膜，這種膜對氯含量極為敏感，一般不允許含有余氯。余氯含量超標，將引起膜元件的氧化，給RO膜帶來不可逆轉的化學損傷。在實際運行中，還有可能因為加氯量不穩，還原劑投加量不當，余氯分析偏差等原因，造成膜氧化，使得RO裝置失效。所以在給水預處理過程中，必須采取措施去除余氯。

2.4.2 易結垢無機鹽類影響

RO裝置給水中可能含有一些難溶有機鹽，如碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣、硫酸鍶、氟化鈣和磷酸鈣等。這些難溶無機鹽類隨著水處理過程的運行，會不斷被濃縮，當其含量超過溶解度極限時，就可能在RO膜元件表面沉淀并結垢，引起RO膜元件的污堵，使RO裝置失效。所以在給水預處理過程中，必須對一些易結垢的無機鹽類進行有效處理，降低RO膜元件結垢風險。

2.4.3 膠體和顆粒物質影響

RO裝置給水中膠體和顆粒物質含量超標會對RO裝置造成污堵，這些膠體和顆粒物質可能來源于細菌、粘土、膠體硅、鐵的腐蝕產物、絮凝劑超標形成的大尺度絮凝體等。實際運行中，還有可能因為操作不當或者使用時間過長從而導致一些膠體和顆粒物質進入RO裝置，造成RO裝置污堵。污堵會引起脫鹽率和產水量下降，長時間污堵也會造成系統壓降增加損壞RO裝置。

2.4.4 有機物和微生物影響

所有的原水均含有微生物：即細菌、藻類、真菌、病毒和其它高等生物，微生物有繁殖能力，在適宜的生存條件下可以形成生物膜。RO裝置給水因為有適宜的溫度、緩慢的水流速度和一些有機物的存在，極為適合微生物的生長繁殖[5]。一旦微生物在RO膜組件表面形成生物膜就會造成膜表面污染，由于生物膜能保護微生物受水力的剪切力影響和化學品的消毒作用，所以一旦出現生物污染并產生生物膜，對膜元件的清洗將非常困難，而且極易再次滋生。同時膜組件生物污染還會造成以下后果：系統壓差迅速增加，產水量下降，脫鹽率降低，膜元件機械損壞，膜元件生物降解，產品水受到污染等等。因此微生物的防治是RO裝置給水預處理過程中最主要的任務。

在地表水中存在的有機物主要為腐植酸類物質，還有少量油脂類。有機物在膜表面上的吸附會引起膜通量的損失，特別嚴重的情況下會出現不可逆的通量損失，也會給微生物生長提供有利環境。所以必須在預處理部分完全除去有機物。

3 運行控制措施

3.1 余氯控制

為了有效除去微生物，該核電廠在預處理過程中采用化學制氯工藝加氯，具體為投加濃鹽酸和氯酸鈉在二氧化氯發生器中，反應生成的ClO2和Cl2氣體在管道中混合成復合消毒液投加在混合絮凝沉淀池前，從而達到滅菌目的。但是為了防止余氯對RO膜元件造成不可逆的化學損傷，在保安過濾器前加入還原劑亞硫酸氫鈉將余氯還原成對RO膜組件無害的氯離子，從而達到除氯的目的。余氯控制主要的監測參數是RO裝置給水ORP值，它能夠有效反映去除余氯的效果，ORP值越小越好。同時定期取樣檢測余氯含量，使余氯含量小于0.1mg/L，越小越好。

3.2 結垢控制

防止RO膜表面結垢就是控制難溶無機鹽含量，通常使用的方法主要有加酸溶解、強酸陽樹脂軟化、弱酸陽樹脂脫堿、石灰軟化、預防性清洗、調整操作參數等。在這些方法中，加酸僅對控制碳酸鹽垢有效；強酸樹脂軟化費用高且會造成環境污染問題；弱酸陽樹脂脫堿處理時將會造成水質pH在3.5～6.5內變化從而使脫鹽率難以控制；石灰軟化會造成顆粒物質增多，所以在該核電廠中采用在保安過濾器前添加阻垢劑P1800為主，根據設計參數定期進行預防性清洗為輔，必要時按照RO裝置運行狀況及時調整操作參數相結合的方式來對RO膜結垢風險進行預處理控制。

3.3 污堵控制

RO裝置膜組件的污堵主要是由于膠體和顆粒物質引起的，進水淤積指數（SDI值）是判斷反滲透給水膠體和顆粒污染程度的最好方式。通常，膠體和顆粒物質污染預防手段主要包括：介質過濾、氧化-過濾、在線過濾、絮凝-助凝、微濾或超濾、濾芯式過濾等。

該核電廠綜合使用絮凝-助凝、介質過濾加濾芯式過濾等方式，實現控制膠體和顆粒物質含量的目的。主要流程是在SEA產水進入雙濾料過濾器之前，添加絮凝劑，使微小的懸浮物長大以便被過濾器除去。絮凝處理后，給水進入填充有石英砂和無煙煤兩種濾料的雙濾料過濾器，這期間可以除去大部分粒徑在2～10μm的物質，雙濾料過濾器處理后濁度可以降到1NTU以下。雙濾料過濾器產水進入保安過濾器進一步去除懸浮物質，以保護高壓泵和膜組件。最終進入RO裝置的給水SDI<5，最好的情況是給水SDI<3，越小越好。

3.4 有機物和微生物污染控制

由于地表水中微生物成分復雜且含量隨時變化等特點，控制微生物含量的方法有：加氯消毒、沖擊式殺菌處理、周期性消毒、臭氧分解、加入銅鹽、紫外線照射等。在這些方法中，周期性消毒頻繁使用可能會損害膜壽命；臭氧的強氧化性會對設備造成損壞；銅鹽不僅對RO膜有影響，而且引入易污染的銅離子；紫外線照射僅適用于較為干凈的小型生產系統中。所以綜合以上情況，該核電廠中在反滲透預處理部分采用加氯消毒以防止微生物的污染，方法是在取水口加氯，并維持20～30分鐘的反應時間，讓整個預處理管線內保持0.5～1.0ppm余氯濃度。同時在一些情況下，使用沖擊式殺菌處理方法控制微生物污染。

該核電廠給水預處理中，通過加入絮凝劑和活性炭過濾相結合的方式可以有效去除有機物殘留。

4 結束語

綜上所述，在核電廠RO裝置實際運行中，不僅要嚴格遵循操作規程，預防錯誤操作和不當操作，同時要采取以上對應措施對RO裝置給水進行有效水質控制。良好的給水水質是實現RO裝置的優良設計性能，提高反滲透系統效率，實現反滲透系統產水量、回收率、脫鹽率和運行費用的最優化，維護核電廠SDA系統穩定經濟運行的必要條件。

參考文獻

[1]楊光.電廠化學水處理系統反滲透預處理系統超濾系統的工藝選擇[J].內蒙古石油化工，2007，8：284-286.

[2]葉光華.污染指數實驗研究及其對反滲透系統影響分析[J].熱電技術，2003，77（1）：45-48.

[3]馮向東.影響反滲透進水SDI值的因素及控制措施[J].熱力發電，2007，9：75-76.

[4]尹軍，劉志生.飲用水ORP的健康意義及影響因素探討[J].中國給水排水，2005，21（9）：25-28.

[5]張永華.反滲透技術應用中存在的問題及措施[J].大氮肥，2010，33（2）：102-104.

作者簡介：張燕曉，女，中國核電工程有限公司，助理工程師，現從事電廠水化學技術監督工作。

葉明，男，中國核電工程有限公司，助理工程師，現從事電廠三廢處理工作。

李志勇，男，中國核電工程有限公司，工程師，現從事電廠水化學技術監督工作。