核電站除鹽水處理分析

杜建飛

摘? 要：核電站的運行離不開除鹽水的生產和處理，本文主要介紹了核電站除鹽水的制備方式及其原理，以及除鹽水處理系統在核電站的主要作用和應用，并在此基礎上對可能出現的問題和解決措施進行介紹。

關鍵詞：除鹽水;離子床;反滲透裝置

引言

在當今工業中，除鹽水作為一種重要的生產介質，廣泛應用于工業生產中，隨著生 產工藝要求的不斷提高，對水質要求也越來越高，同時伴隨著對控制的要求也越來越嚴格，在核電站對除鹽水水質要求也非常的高。如果說反應堆是核電站的心臟，那么除鹽水便像血液一般，在核電站的各個方面都起著至關重要的作用。

1除鹽水制備的工藝流程

核電站除鹽水處理系統可以接收預處理水廠和海水淡化系統來的化學原水，對化學原水進行去離子狀雜質的處理，并為機組提供符合要求的除鹽水。接收預處理水廠來水后，經過超濾膜組件、二級反滲透組件和離子交換床的過濾和脫鹽處理，向用戶提供符合要求的除鹽水;接收海水淡化來水后，經過二級反滲透組件和離子交換床的脫鹽處理，向用戶提供符合要求的除鹽水。除鹽水處理系統設備主要布置在除鹽水廠房內，包括除鹽水車間、空壓機間、加藥間、水泵間、噴射器間、酸堿間，室外的超濾產水箱、預脫鹽水箱、除鹽水箱、清水池等。

2系統的主要設備

2.1管式混合器

管式混合器的作用是利用進水的動能，通過混合器內的螺旋雙翅片使流體形成湍流，達到均衡水質的目的。自清洗過濾器位于超濾膜組件前，作用是有效去除水中的細小顆粒、懸浮物等雜質1。

2.2超濾裝置組成及主要技術參數

超濾膜組件由PVC外筒和中心出水管，以及中空纖維膜絲組成，膜絲材料為聚醚砜和聚乙烯吡咯酮共混材料。中空纖維膜絲由2-3cm的環氧樹脂密封在PVC外筒中，原水從毛細管的內部進入。過濾時，比膜孔徑大的顆粒被截留在膜的表面，并存留在毛細管間。而濾液，以及包含在濾液中的離子和小于膜孔徑的顆粒物通過膜表面，并被收集到中心集水管中。過濾過程的驅動力來自進水和出水之間的壓力差，即所謂的跨膜壓差。超濾裝置運行一段時間后，由于膜元件逐漸被水中顆粒、膠體堵塞，引起水流阻力上升、產水量下降。另外，超濾膜截留生物能力較強，經過殺菌過程僥幸逃生的微生物會在超濾膜表面聚積，并進行生長繁殖，導致超濾膜的生物污染。故而超濾裝置運行一段時間后，必須進行反洗、化學加強反洗或化學清洗。

2.3反滲透組件

反滲透膜與其他器件組合成具有引進高壓鹽水、收集淡水和排放濃水功能的設備后才能用于生產實際。這種具有進出水功能的反滲透脫鹽單元稱為膜元件。將多個膜元件組合起來形成一個較大的脫鹽單元，這種脫鹽單元叫做膜組件。多個膜組件又可以進一步組合成更大的脫鹽單元，形成反滲透裝置。用一張只透過水而不能透過鹽的半透膜將淡水和鹽水隔開，淡水會自然地透過半透膜至鹽水一側，這種現象稱為滲透。當滲透到鹽水一側的液面達到某一高度時，滲透的自然趨勢被這一壓力所抵消從而達到平衡。如在鹽水一側加一個大于滲透壓的壓力，鹽水中的水會透過半透膜到淡水側。這種與自然滲透相反的水遷移過程稱為反滲透。反滲透膜組件利用反滲透原理，去除水中的各種鹽分。在反滲透膜的原水側加壓，使原水中的一部分純水沿與膜垂直方向透過膜，水中的鹽類和膠體物質在膜表面濃縮，剩余部分原水沿與膜平行的方向將濃縮的物質帶走。透過膜的水中僅殘余少量鹽分，收集利用透過水，即達到了脫鹽的目的。

2.4離子交床

離子交換樹脂是一類帶有活性基團的網狀機構的高分子化合物，在離子交換樹脂的分子結構中，可以人為將其分為兩部分：一部分稱為離子交換樹脂的骨架，它是高分子化合物的基體，具有龐大的空間結構，支撐著整個化合物。另一部分是帶有可交換離子的活性基團，它化合在高分子骨架上，提供可交換離子。按照活性基團性質分類，離子交換樹脂可根據其所帶活性基團的性質分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。帶有酸性活性基團，能與水中陽離子進行交換的稱為陽離子交換樹脂;帶有堿性活性基團，能與水中陰離子交換的稱為陰離子交換樹脂。按照活性基團上H⁺和OH^-電離程度，可分為強酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂，強堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。最后經過離子床處理完成的除鹽水便能作為指標合格的水送往機組的各個用戶2。

3系統問題分析

除鹽水系統隨著制水的進行也會出現各種各樣的問題，主要體現在自清洗過濾器和超濾裝置的堵塞，反滲透裝置的效率下降以及離子床樹脂的失效等方面。

3.1超濾裝置的堵塞

超濾裝置運行一段時間后，由于膜元件逐漸被水中顆粒、膠體堵塞，引起水流阻力上升、產水量下降。另外，超濾膜截留生物能力較強，經過殺菌過程僥幸逃生的微生物會在超濾膜表面聚積，并進行生長繁殖，導致超濾膜的生物污染。故而超濾裝置運行一段時間后，必須進行反洗、化學加強反洗或化學清洗。當超濾跨膜壓差上升時，需要反洗。反洗就是反向過濾，進水沿產品水側膜表面流動，透過膜厚由濃水排放口排出，由于透過水與正常過濾相反，故可將膜孔內部的污染物沖至膜外，在反洗時需要加入NaClO進行滅菌。反洗后能降低TMP，但是對微生物等附著緊密的污染物反洗效果不明顯。反洗用水來自超濾產水，由超濾反沖洗水泵經過管式混合器送入超濾裝置。CEB分酸洗和堿洗兩種工況。酸洗用溶液為：PH=2-4的HCl;堿洗用溶液為：PH=10-12的NaOH，并加入NaClO，保證有效氯濃度為80-100ppm。

3.2反滲透裝置

反滲透裝置在每次啟動前和停運后均需要進行低壓沖洗。停運后進行低壓沖洗時為了防止濃水側穩態過飽和液體的結晶結垢和淡水回吸。將反滲透膜內的濃水沖洗干凈，防止反滲透膜被污堵或結垢。在反滲透停運過程中有幾點需要注意：1）停運后需要防止背壓。如果產水管帶壓，當反滲透升壓泵停運后，可能出現較大的背壓現象，對膜產生較大的損壞或使得產水管線上的爆破膜動作。2）防止脫水。停運后需要關嚴反滲透裝置所有進出口閥門，防止漏水漏氣，以免膜脫水變形和空氣中的細菌入侵。3）防止回吸。當濃水側的鹽濃度高于淡水側的鹽濃度時，會使淡水從膜的淡水透過水側向濃水側滲透，造成膜的破損。反滲透裝置對水溫高低非常敏感，將直接影響產水量，以水溫25℃為標準，每下降1℃時，產水量將減少約3%。新反滲透膜系統運行時，一段、二段的正常壓差為50-100KPa，回收率為75%。

3.3離子床樹脂失效

當使用一段時間后或產水量到一定值時，出水的水質惡化，出水指標不達標，此時需要對陽離子交換器中的樹脂進行再生。一般習慣上將運行時水流向下流動，再生時再生液向上流動的對流水處理工藝稱為逆流再生工藝，采用逆流再生工藝的裝置稱為逆流再生離子交換器。除鹽水系統陽離子一般采用逆流再生，要求陽離子交換器再生時采用3%-5%濃度的HCl溶液。樹脂再生時，其主要再生條件為再生時間、再生濃度、再生流速、再生溫度。

結語

總的來說除鹽水在核電站應用廣泛，其處理系統也并不復雜，但是系統設備較多，需要時刻關注設備的運行情況。系統主要的問題一般出現在設備上，平時多注意系統的維護和設備的保養，水質惡化時需及時對樹脂床進行再生，這樣便能持續生產符合標準的除鹽水。

參考文獻：

[1]姜艷明.淺析離子交換法除鹽水制備方法[J].石化技術，2016，23（9）

[2]薛瑩.除鹽水系統常見問題及處理方法，2015，7（25）