核電站除鹽水處理分析

杜建飛

摘? 要：核電站的運(yùn)行離不開除鹽水的生產(chǎn)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(tǒng)在核電站的主要作用和應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上對可能出現(xiàn)的問題和解決措施進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：除鹽水;離子床;反滲透裝置

引言

在當(dāng)今工業(yè)中，除鹽水作為一種重要的生產(chǎn)介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生 產(chǎn)工藝要求的不斷提高，對水質(zhì)要求也越來越高，同時伴隨著對控制的要求也越來越嚴(yán)格，在核電站對除鹽水水質(zhì)要求也非常的高。如果說反應(yīng)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(guān)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(tǒng)可以接收預(yù)處理水廠和海水淡化系統(tǒng)來的化學(xué)原水，對化學(xué)原水進(jìn)行去離子狀雜質(zhì)的處理，并為機(jī)組提供符合要求的除鹽水。接收預(yù)處理水廠來水后，經(jīng)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(jīng)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(tǒng)設(shè)備主要布置在除鹽水廠房內(nèi)，包括除鹽水車間、空壓機(jī)間、加藥間、水泵間、噴射器間、酸堿間，室外的超濾產(chǎn)水箱、預(yù)脫鹽水箱、除鹽水箱、清水池等。

2系統(tǒng)的主要設(shè)備

2.1管式混合器

管式混合器的作用是利用進(jìn)水的動能，通過混合器內(nèi)的螺旋雙翅片使流體形成湍流，達(dá)到均衡水質(zhì)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(xì)小顆粒、懸浮物等雜質(zhì)1。

2.2超濾裝置組成及主要技術(shù)參數(shù)

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(huán)氧樹脂密封在PVC外筒中，原水從毛細(xì)管的內(nèi)部進(jìn)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(xì)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(qū)動力來自進(jìn)水和出水之間的壓力差，即所謂的跨膜壓差。超濾裝置運(yùn)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(chǎn)水量下降。另外，超濾膜截留生物能力較強(qiáng)，經(jīng)過殺菌過程僥幸逃生的微生物會在超濾膜表面聚積，并進(jìn)行生長繁殖，導(dǎo)致超濾膜的生物污染。故而超濾裝置運(yùn)行一段時間后，必須進(jìn)行反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗或化學(xué)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(jìn)高壓鹽水、收集淡水和排放濃水功能的設(shè)備后才能用于生產(chǎn)實(shí)際。這種具有進(jìn)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(jìn)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(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)滲透到鹽水一側(cè)的液面達(dá)到某一高度時，滲透的自然趨勢被這一壓力所抵消從而達(dá)到平衡。如在鹽水一側(cè)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(cè)。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(cè)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(zhì)在膜表面濃縮，剩余部分原水沿與膜平行的方向?qū)饪s的物質(zhì)帶走。透過膜的水中僅殘余少量鹽分，收集利用透過水，即達(dá)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(tuán)的網(wǎng)狀機(jī)構(gòu)的高分子化合物，在離子交換樹脂的分子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(tuán)，它化合在高分子骨架上，提供可交換離子。按照活性基團(tuán)性質(zhì)分類，離子交換樹脂可根據(jù)其所帶活性基團(tuán)的性質(zhì)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(tuán)，能與水中陽離子進(jìn)行交換的稱為陽離子交換樹脂;帶有堿性活性基團(tuán)，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(tuán)上H⁺和OH^-電離程度，可分為強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。最后經(jīng)過離子床處理完成的除鹽水便能作為指標(biāo)合格的水送往機(jī)組的各個用戶2。

3系統(tǒng)問題分析

除鹽水系統(tǒng)隨著制水的進(jìn)行也會出現(xiàn)各種各樣的問題，主要體現(xiàn)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(yùn)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(chǎn)水量下降。另外，超濾膜截留生物能力較強(qiáng)，經(jīng)過殺菌過程僥幸逃生的微生物會在超濾膜表面聚積，并進(jìn)行生長繁殖，導(dǎo)致超濾膜的生物污染。故而超濾裝置運(yùn)行一段時間后，必須進(jìn)行反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗或化學(xué)清洗。當(dāng)超濾跨膜壓差上升時，需要反洗。反洗就是反向過濾，進(jìn)水沿產(chǎn)品水側(cè)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(nèi)部的污染物沖至膜外，在反洗時需要加入NaClO進(jìn)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(chǎn)水，由超濾反沖洗水泵經(jīng)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(yùn)后均需要進(jìn)行低壓沖洗。停運(yùn)后進(jìn)行低壓沖洗時為了防止?jié)馑畟?cè)穩(wěn)態(tài)過飽和液體的結(jié)晶結(jié)垢和淡水回吸。將反滲透膜內(nèi)的濃水沖洗干凈，防止反滲透膜被污堵或結(jié)垢。在反滲透停運(yùn)過程中有幾點(diǎn)需要注意：1）停運(yùn)后需要防止背壓。如果產(chǎn)水管帶壓，當(dāng)反滲透升壓泵停運(yùn)后，可能出現(xiàn)較大的背壓現(xiàn)象，對膜產(chǎn)生較大的損壞或使得產(chǎn)水管線上的爆破膜動作。2）防止脫水。停運(yùn)后需要關(guān)嚴(yán)反滲透裝置所有進(jìn)出口閥門，防止漏水漏氣，以免膜脫水變形和空氣中的細(xì)菌入侵。3）防止回吸。當(dāng)濃水側(cè)的鹽濃度高于淡水側(cè)的鹽濃度時，會使淡水從膜的淡水透過水側(cè)向濃水側(cè)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(chǎn)水量，以水溫25℃為標(biāo)準(zhǔn)，每下降1℃時，產(chǎn)水量將減少約3%。新反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)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(dāng)使用一段時間后或產(chǎn)水量到一定值時，出水的水質(zhì)惡化，出水指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，此時需要對陽離子交換器中的樹脂進(jìn)行再生。一般習(xí)慣上將運(yùn)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(tǒng)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(jié)語

總的來說除鹽水在核電站應(yīng)用廣泛，其處理系統(tǒng)也并不復(fù)雜，但是系統(tǒng)設(shè)備較多，需要時刻關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行情況。系統(tǒng)主要的問題一般出現(xiàn)在設(shè)備上，平時多注意系統(tǒng)的維護(hù)和設(shè)備的保養(yǎng)，水質(zhì)惡化時需及時對樹脂床進(jìn)行再生，這樣便能持續(xù)生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的除鹽水。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]薛瑩.除鹽水系統(tǒng)常見問題及處理方法，2015，7（25）