YA反滲透裝置的介紹及運行

任松濤

【摘要】除鹽水生產系統盡管屬于核電廠的外圍系統，但是它對于核電廠的運行起著至關重要的作用，除鹽水生產系統經過對淡水廠的生產水進行處理后，生產出合格的除鹽水并供給核島、常規島及BOP等用戶，同時它還要保證在事故情況下的除鹽水儲存量。本文主要講解反滲透裝置的運行及一般故障處理。

【關鍵詞】核電廠;除鹽水;反滲透裝置;RO膜

1、前言

除鹽水生產系統的功能是接收前置淡水廠系統來水，經過雙濾料過濾器、一級反滲透組件和二級離子交換器的過濾和脫鹽處理，向SER和SED系統提供符合標準要求的除鹽水。

反滲透裝置作為除鹽水生產系統中最重要的組成部分，設計時考慮到昌江核電的化學原水水質，為了滿足反滲透膜工作要求，必須對TPS化學原水進行預處理;RO機組的產水不能達到后置系統的脫鹽率要求，因此，又設置了二級離子交換除鹽設備。

昌江核電廠除鹽水處理系統采用雙濾料過濾、反滲透、一級除鹽加混床的除鹽水處理工藝。全部系統共計2列，正常運行時一用一備，但系統設計可以保證兩列同時運行，保證大量的除鹽水供給要求。

本文主要講解了反滲透的工作原理并結合昌江核電廠反滲透裝置在運行過程中可能出現的故障進行了具體分析。

2、反滲透介紹

2.1反滲透相關概念

（1）滲透——只透過溶劑而不透過溶質的膜稱為理想半透膜。當把溶劑和溶液（或兩種不同濃度的溶液）分置于此膜的兩側時，溶劑將自發地穿過半透膜向溶液（或從低濃度向高濃度溶液）側流動，這種自然現象叫做滲透（Osmosis），如果上述過程中溶劑是純水，溶質是鹽份，當用理想半透膜將它們分離開時，純水側的水會自發地通過半透膜流入鹽水側，

（2）滲透壓——純水側的水流入鹽水側，濃水側的液位上升，當上升到一定高度后，水通過膜的凈流量等于零，此時該過程達到平衡，與該液位高度對應的壓力稱為滲透壓（Osmotic pressure），

一般來說滲透壓的大小，取決于溶液的種類、濃度和溫度，而與半透膜本身無關，通常可用下式來計算滲透壓：

π=CRT

π—滲透壓，大氣壓

C—濃度差，摩爾/升

R—氣體常數，等于0.08206升*大氣壓/摩爾*oK

T—絕對溫度 OK

上式是應用熱力學公式推導出來的，因此只對稀溶液才是準確的。C為水中離子濃度，若為非電解質則為分子的濃度。

（3）反滲透——當在膜的鹽水側施加一個大于滲透壓的壓力時，水的流向就會逆轉，此時鹽水中的水將流入純水側，這種現象叫反滲透（Reverse Osmosis，簡稱RO），

2.2反滲透膜介紹

反滲透膜的種類多，分類方法也很多，但大體上可按膜材料的化學組成和膜材料的物理結構外型結構及來區分。

（1）按膜材料的化學組成大致可分為：

醋酸纖維膜、芳香聚酰胺膜等

（2）按膜材料的物理結構大致可分為：

非對稱膜、復合膜等

（3）按外型結構大致可分為：

管式、平板式、中空纖維式及渦管式

RO系統運行時，原水中一部分水沿與膜垂直的方向通過膜，此時鹽類和膠體物質將在膜表面濃縮，剩余一部分原水沿與膜平行的方向將濃縮的物質帶走。膜元件的水通量越大、回收率越高，則其在膜表面濃縮程度越高。膜表面的物質濃度與主體水流中物質濃度不同，這種情況稱為濃差極化。增大等不良后果，因此在渦卷式膜元件中裝有給水通道隔網，以增加給水—濃縮通道的紊亂程度，進而減少濃差極化的發生。

2.3反滲透工作原理

簡單地說，反滲透被認為是分子級的過濾過程，這種“過濾作用”能夠從水中除去99%溶解性礦物質，95-97%大多數不溶解性有機物和98%以上的生物和膠體物質。利用半透膜可以達到這樣高度分離的效果，這種膜僅能讓某些物質（如水）容易通過而其它物質（如溶解鹽）則不讓通過。如果純水與鹽溶液被一張半透膜隔開，純水就會通過膜進入鹽溶液。如下左圖：

每種溶液都有特定的滲透壓力，其大小決定于水中溶解物的種類和濃度，這個壓力就是引起流過半透膜的驅動力。

反滲透就是與自然滲透流向相反的一個過程，通過向濃溶液端施加足夠的壓力克服稀溶液（純水）的自然滲透壓使其反向流動。如上右圖。

在實際應用中，需要的與自然滲透流動反方向的力是由高壓泵提供的。水通過高壓泵被泵入裝有半透膜的濾筒（壓力容器），在大氣壓下產品水從系統中流出，被膜截留的溶解性固體通過調節閥不斷地從系統中沖走，這就是濃縮水流 。半透膜的除鹽量與原水的TDS濃度成正比，而與使用壓力無關。然而純水產量與膜的使用壓力成正比。增加操作壓力會增加水的產量而不影響除鹽量。因此使用壓力愈高意味著水質愈好、產水量愈多。可以考慮采用高回收率下運行來降低系統的運行成本。GRO321系統的設計滿足這個原則。

3、膜系統故障及一般處理方法

結論：

反滲透裝置在我廠已經運行了一段時間，通過對這段時間的學習和總結，對于引起反滲透裝置的原因得出以下結論：

（1）由進水水質變化引起的反滲透故障，如進水水質變化，預處理系統無法得到優化;

（2）由預處理引起的反滲透故障，如雙濾料過濾器無法正常工作，或者雙濾料過濾器微生物繁殖嚴重等;

（3）由保安過濾器引起的反滲透故障，如保安過濾器濾芯污堵嚴重等;

（4）由阻垢劑加藥系統引起的反滲透故障，如加藥量不能滿足實際制水要求或者藥量的濃度不滿足要求。

參考文獻：

[1]核電廠中級運行，海口：中核集團海南核電有限公司，2018.

[2]江海，反滲透膜元件的清洗與再應用，武漢：化學工業出版社，2008.

[3]靖大為，純水制備工藝及膜技術的現狀及發展，工業水處理，1999.