淺談反滲透膜法工藝在核電站海水淡化中的應(yīng)用

付 偉 劉光偉

（中國核電工程有限公司調(diào)試部，北京 100840）

1 概述

隨著國家核電建設(shè)的北移，核電站運(yùn)行所必須的淡水資源顯得尤為重要，加之核電站的運(yùn)行對淡水水量和水質(zhì)的要求很高，要保證該沿海區(qū)域的核電站既能安全可靠運(yùn)行，又能不破壞當(dāng)?shù)氐叵滤Y源，海水淡化技術(shù)的應(yīng)用則顯得十分有用。

2 海水淡化的技術(shù)與應(yīng)用

海水淡化技術(shù)是從海水中獲取淡水的技術(shù)和過程，主要方法有兩類，一類是從海水中取出水，主要是通過蒸餾法、反滲透法等來實(shí)現(xiàn)；另一類則是從海水中取出鹽，主要實(shí)現(xiàn)方法包括離子交換法、電滲析法和壓滲法等。但是在目前的海水淡化實(shí)踐中，主要應(yīng)用蒸餾法和反滲透膜法兩種技術(shù)。

2.1 蒸餾法

蒸餾法淡化是使海水受熱氣化，復(fù)使蒸汽冷凝，從而得到淡水，其實(shí)質(zhì)過程是從蒸餾塔頂獲取有價值的低沸點(diǎn)餾分，濃海水則像熱電廠蒸餾塔底排出的高沸點(diǎn)殘液。蒸餾法一般在火電廠應(yīng)用較多，利用低品位蒸汽和現(xiàn)有的廉價電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水電聯(lián)產(chǎn)，生產(chǎn)的淡水含鹽量較低。

2.2 反滲透（RO）膜法

反滲透是利用滲透這種現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)分離的。對兩種含有不同濃度鹽的水，用一張具有半透過性質(zhì)的膜分開，會發(fā)現(xiàn)含鹽濃度低的一邊的水會透過膜滲透到含鹽濃度高的一邊，但其所含有的鹽分并不滲透。這樣逐漸融合直到兩邊的含鹽濃度相等為止，這種現(xiàn)象叫滲透，隨著滲透過程的進(jìn)行，純水一側(cè)的液面不斷下降，鹽水一側(cè)的液面則不斷上升。當(dāng)液面不再變化時，滲透便達(dá)到了平衡狀態(tài)。此時，兩側(cè)液面的高度差稱為該種溶液的滲透壓。通常溶液愈濃，溶液的滲透壓愈大。自然的滲透過程很長，為了加快這個融合過程，可以在含鹽量高的一側(cè)增加一個壓力，讓滲透停止，這就是膜的滲透壓力，再把壓力加大，水就可以反向滲透，鹽分則留下來，這就形成了反滲透的除鹽原理。本文僅以反滲透膜法技術(shù)為例，介紹該技術(shù)在海水淡化技術(shù)應(yīng)用。

3 反滲透（RO）膜法技術(shù)在海水淡化中的應(yīng)用

反滲透（RO）膜法技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于遼寧紅沿河核電站的海水淡化生產(chǎn)中。海水首先在混凝沉淀池中進(jìn)行初步澄清處理，并加入混凝劑及次氯酸鈉殺菌劑，降低水的濁度并殺滅微生物、細(xì)菌、藻類等；之后再經(jīng)過V型濾池、超濾裝置進(jìn)一步去除水中的懸浮物、有機(jī)體和膠體，以滿足后續(xù)脫鹽系統(tǒng)的進(jìn)水要求；超濾出水再經(jīng)過加藥處理后進(jìn)入一級反滲透，經(jīng)加壓（約60bar）通過反滲透膜除去99%以上的鹽分后，最后進(jìn)入二級反滲透裝置進(jìn)一步脫鹽。

3.1 反滲透膜法的預(yù)處理

由于處于表層的海水，不僅硬度高，而且還含有微生物，易對反滲透膜的表面造成污染，從而導(dǎo)致產(chǎn)水量和脫鹽率的下降，造成壓差增大，莫得使用壽命降低等問題。為了滿足反滲透進(jìn)水的要求，必須對原水進(jìn)行預(yù)處理。紅沿河核電站的預(yù)處理方式主要是將海水經(jīng)過混凝、沉淀和過濾技術(shù)處理后，除去水中的顆粒、懸浮固體、細(xì)菌、有機(jī)物和膠體等，提供滿足脫鹽系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求的預(yù)處理水。該預(yù)處理過程主要由三個單元組成：混凝沉淀單元 、V型濾池過濾單元和超濾單元。

3.2 反滲透膜法的應(yīng)用

反滲透（RO）膜法技術(shù)作為紅沿河核電站海水淡化系統(tǒng)的主要工藝，整個脫鹽處理有兩部分組成：一級海水反滲透系統(tǒng)和二級海水反滲透系統(tǒng)。

3.2.1 一級海水反滲透系統(tǒng)

一級海水反滲透系統(tǒng)對經(jīng)過預(yù)處理的海水進(jìn)行一級脫鹽處理，也是海淡系統(tǒng)最主要的脫鹽裝置，反滲透系統(tǒng)利用反滲透膜的特性來除去水中絕大多數(shù)可溶性鹽分、膠體及有機(jī)物。該系統(tǒng)主要包括海水提升泵、還原劑、阻垢劑、非氧化性殺菌劑加藥裝置、保安過濾器、高壓泵、能量回收裝置、增壓泵、反滲透本體裝置（膜組件）、一級淡水箱、沖洗水泵和清洗裝置等。

一級反滲透的原水來自超濾水箱，經(jīng)過一級反滲透提升泵，加入亞硫酸氫鈉和阻垢劑在管道混合器混合均勻后進(jìn)入一級保安過濾器，一級保安過濾器后加入非氧化性殺菌劑（根據(jù)情況間斷加入），經(jīng)過管道混合器后，一部分海水經(jīng)過高壓泵，另一部分海水經(jīng)過能量回收裝置及增壓泵后與高壓泵匯合，進(jìn)入一級反滲透裝置，一級反滲透裝置的濃海水經(jīng)能量回收裝置交換壓力后，變?yōu)榈蛪簼夂Ｋ欧胖恋渚＝?jīng)過一級脫鹽后的淡水進(jìn)入一級淡水箱貯存，一小部分供綜合用水系統(tǒng)，另外大部分進(jìn)入二級反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

3.2.2 二級海水反滲透系統(tǒng)

二級海水反滲透系統(tǒng)采用的也是反滲透工藝，分為二級海水反滲透系統(tǒng)A和二級海水反滲透系統(tǒng)B。二級反滲透系統(tǒng)A生產(chǎn)的二級淡水貯存在二級淡水箱內(nèi)，用于除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)的供水。該系統(tǒng)主要包括二級提升泵A、二級保安過濾器A、二級反滲透本體裝置A、二級淡水箱及pH調(diào)節(jié)加藥裝置。

二級反滲透系統(tǒng)B進(jìn)水加入堿調(diào)節(jié)pH值至8.5～9.3，高pH值環(huán)境更有利于脫除一級淡水中的硼，制取滿足生活飲用水衛(wèi)生范圍的生活用水，該系統(tǒng)主要包括二級提升泵B、二級保安過濾器B、二級反滲透本體裝置B、生活水箱、pH值調(diào)節(jié)加藥裝置及二氧化氯發(fā)生裝置。

4 反滲透膜法技術(shù)存在的問題及在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用前景

反滲透膜法技術(shù)在運(yùn)行過程中易受水中懸浮物、膠體、生物、結(jié)垢物以及有機(jī)物等引起的膜污染，造成膜性能下降進(jìn)而影響處理能力，因此在正常運(yùn)行期間還應(yīng)定期的進(jìn)行加藥處理和沖洗。但是，由于反滲透過程無相變、節(jié)能、設(shè)備投資少、操作方便、可與火電及核電合建，且建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此，反滲透膜法技術(shù)仍是當(dāng)今海水淡化的主要技術(shù)之一。

結(jié)語

對于淡水資源匱乏的沿海核電站采用海水淡化方案無論經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上均是可行的。遼寧紅沿河核電站的海水淡化系統(tǒng)作為我國大陸地區(qū)首個核電領(lǐng)域的海水淡化技術(shù)，這對緩解當(dāng)?shù)厮Y源缺乏的現(xiàn)狀有重要意義，為后續(xù)將采用海水淡化技術(shù)的遼寧徐大堡核電站與三門核電站二期工程提供了參考工程。

[1]中廣核工程設(shè)計(jì)公司.紅沿河電站一期工程海水淡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[M].2009.

[2]尹建華，呂慶春，阮國嶺.低溫多效蒸餾法海水淡化技術(shù)[J].海洋技術(shù)，2002.