淺談反滲透膜法工藝在核電站海水淡化中的應用

付偉　劉光偉

摘 要：本文對海水淡化技術的工藝進行了分析與討論，以遼寧紅沿河核電站的海水淡化工藝為例，探討了反滲透膜法水處理技術在海水淡化中的應用，為后續海水淡化技術在核電項目領域的應用提出了建議。

關鍵詞：反滲透；海水淡化；核電

中圖分類號：F403 文獻標識碼：A

1 概述

隨著國家核電建設的北移，核電站運行所必須的淡水資源顯得尤為重要，加之核電站的運行對淡水水量和水質的要求很高，要保證該沿海區域的核電站既能安全可靠運行，又能不破壞當地地下水資源，海水淡化技術的應用則顯得十分有用。

2 海水淡化的技術與應用

海水淡化技術是從海水中獲取淡水的技術和過程，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、反滲透法等來實現；另一類則是從海水中取出鹽，主要實現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踐中，主要應用蒸餾法和反滲透膜法兩種技術。

2.1 蒸餾法

蒸餾法淡化是使海水受熱氣化，復使蒸汽冷凝，從而得到淡水，其實質過程是從蒸餾塔頂獲取有價值的低沸點餾分，濃海水則像熱電廠蒸餾塔底排出的高沸點殘液。蒸餾法一般在火電廠應用較多，利用低品位蒸汽和現有的廉價電力供應，實現水電聯產，生產的淡水含鹽量較低。

2.2 反滲透（RO）膜法

反滲透是利用滲透這種現象來實現分離的。對兩種含有不同濃度鹽的水，用一張具有半透過性質的膜分開，會發現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，這種現象叫滲透，隨著滲透過程的進行，純水一側的液面不斷下降，鹽水一側的液面則不斷上升。當液面不再變化時，滲透便達到了平衡狀態。此時，兩側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為例，介紹該技術在海水淡化技術應用。

3 反滲透（RO）膜法技術在海水淡化中的應用

反滲透（RO）膜法技術已經應用于遼寧紅沿河核電站的海水淡化生產中。海水首先在混凝沉淀池中進行初步澄清處理，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、細菌、藻類等；之后再經過V型濾池、超濾裝置進一步去除水中的懸浮物、有機體和膠體，以滿足后續脫鹽系統的進水要求；超濾出水再經過加藥處理后進入一級反滲透，經加壓（約60bar）通過反滲透膜除去99%以上的鹽分后，最后進入二級反滲透裝置進一步脫鹽。

3.1 反滲透膜法的預處理

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，從而導致產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。為了滿足反滲透進水的要求，必須對原水進行預處理。紅沿河核電站的預處理方式主要是將海水經過混凝、沉淀和過濾技術處理后，除去水中的顆粒、懸浮固體、細菌、有機物和膠體等，提供滿足脫鹽系統進水水質要求的預處理水。該預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 反滲透膜法的應用

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

3.2.1 一級海水反滲透系統

一級海水反滲透系統對經過預處理的海水進行一級脫鹽處理，也是海淡系統最主要的脫鹽裝置，反滲透系統利用反滲透膜的特性來除去水中絕大多數可溶性鹽分、膠體及有機物。該系統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（根據情況間斷加入），經過管道混合器后，一部分海水經過高壓泵，另一部分海水經過能量回收裝置及增壓泵后與高壓泵匯合，進入一級反滲透裝置，一級反滲透裝置的濃海水經能量回收裝置交換壓力后，變為低壓濃海水排放至跌跌落井。經過一級脫鹽后的淡水進入一級淡水箱貯存，一小部分供綜合用水系統，另外大部分進入二級反滲透系統進一步處理。

3.2.2 二級海水反滲透系統

二級海水反滲透系統采用的也是反滲透工藝，分為二級海水反滲透系統A和二級海水反滲透系統B。二級反滲透系統A生產的二級淡水貯存在二級淡水箱內，用于除鹽水生產系統的供水。該系統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調節加藥裝置。

二級反滲透系統B進水加入堿調節pH值至8.5～9.3，高pH值環境更有利于脫除一級淡水中的硼，制取滿足生活飲用水衛生范圍的生活用水，該系統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值調節加藥裝置及二氧化氯發生裝置。

4 反滲透膜法技術存在的問題及在海水淡化領域的應用前景

反滲透膜法技術在運行過程中易受水中懸浮物、膠體、生物、結垢物以及有機物等引起的膜污染，造成膜性能下降進而影響處理能力，因此在正常運行期間還應定期的進行加藥處理和沖洗。但是，由于反滲透過程無相變、節能、設備投資少、操作方便、可與火電及核電合建，且建設周期短等優點，因此，反滲透膜法技術仍是當今海水淡化的主要技術之一。

結語

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濟上還是技術上均是可行的。遼寧紅沿河核電站的海水淡化系統作為我國大陸地區首個核電領域的海水淡化技術，這對緩解當地水資源缺乏的現狀有重要意義，為后續將采用海水淡化技術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。

參考文獻

[1]中廣核工程設計公司.紅沿河電站一期工程海水淡化系統設計手冊[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[J].海洋技術，2002.