海邊電廠的海生物污染治理

林新源

（中國機械設備工程股份有限公司）

0 引言

大型火力發(fā)電廠需要大量的水作為冷卻媒介對各種設備，如凝汽器、換熱器等，進行冷卻，對于水資源的消耗量巨大，例如對一臺60萬機組來說，需要的循環(huán)冷卻水量達到近100000m3/小時。而地球上2/3的面積都是大海。因此擁有廣袤海岸線的沿海國家將大量的火力發(fā)電廠建于海邊，利用海水作為冷卻媒介。利用海水作為冷卻介質，除了需要注意海水的強腐蝕性，考慮與海水接觸設備材料的防海水腐蝕性能，還需要考慮海水中存在的大量微生物、藻類、貝類等海洋生物。這些海洋生物對于海邊電廠的冷卻系統(tǒng)有很大的影響，輕則堵塞管路，影響冷卻效果，重則造成設備損壞，對電廠的生產(chǎn)造成巨大破壞性的影響。為此，需要在海水進入冷卻系統(tǒng)前進行海生物的污染治理，即殺滅海水中的微生物、藻類、貝類等。

進行海生物污染治理的方法一般是投放殺生劑。由于環(huán)保的要求，其前提條件是殺生劑可在大海中降解，不會造成海洋污染，并且不會對魚蝦類生物造成大的影響。在此前提下，投放的藥劑可分為氧化性和非氧化性兩大類。

1 投放次氯酸鈉方案

對于海邊電廠來說，投放的氧化性藥劑基本都是次氯酸鈉NaClO，一種最常見的強氧化劑。其殺滅海生物的原理為：次氯酸鈉在水中分解形成了次氯酸，次氯酸再進一步分解形成新生的氧[O]，因為新生氧具有極強氧化性，使海生物的蛋白質等物質變性，從而被殺滅。根據(jù)化學測定，PPM級濃度的次氯酸鈉在水里幾乎可完全水解成次氯酸，效率高于99.99%。其化學方程式可以簡單地表示如下：

在殺滅海生物過程中，因為次氯酸分子小，不帶電荷，所以次氯酸還可以作用于海生物細胞壁，并且滲透入細胞內，與蛋白、核酸、以及酶等有機高分子發(fā)生氧化反應，從而殺死其細胞。其反應如下：

同時，次氯酸產(chǎn)生出的氯離子還能大大改變細胞滲透壓，使細胞喪失活性而死亡。如本文開始提到，發(fā)電廠所需的冷卻水量非常巨大，因此所需的藥劑量也非常大。而次氯酸鈉的優(yōu)點是可以通過電解海水得到，所以海邊電廠基本都建造電解海水制氯設備，制造次氯酸鈉作為投放的氧化性藥劑。這樣通過一次性投資，降低了電廠的運營成本。至于外購次氯酸鈉成品溶液，雖然大大降低了一次性投資成本，但除了日后長期的購買成本問題外，還因為次氯酸鈉屬于危險品（危險貨物編號：83501），運輸方面存在需要專用車輛、運輸許可等一系列問題，加上安全隱患，因此并不常見。

電解海水制次氯酸鈉的原理如下：一定壓力的海水經(jīng)過過濾后進入電解海水制氯設備的次氯酸鈉發(fā)生器——電解槽內，在這里海水被直流電電解，分別在陰陽極上發(fā)生如下反應。

生成的次氯酸鈉隨著海水依次通過串聯(lián)的一定數(shù)量的電解槽，因在每個電解槽上都發(fā)生著電解反應，因此次氯酸鈉的濃度逐漸升高。

從上面的反應可看出，氯氣在陽極處生成，陽極的表面積對氯氣的產(chǎn)量，乃至次氯酸鈉的產(chǎn)量有決定性的影響。因此為了增加產(chǎn)量，陽極一般設計成網(wǎng)狀，比平板陽極的有效面積大大增加，提高了產(chǎn)氯量，而且網(wǎng)狀增加了海水在電解槽中的湍流，提高了電解效率。而因為電解反應，海水中的陽離子向陰極處移動，容易在陰極處生成鹽，因此陰極設計成平板狀，加以拋光工藝，以減少鈣、鎂等鹽的堆積造成不利的影響。根據(jù)陰陽極的反應面積，并設定電解電流，來控制每個電解槽上生成次氯酸鈉的量，并串聯(lián)一定數(shù)量的電解槽，來達到設計所需的出口次氯酸鈉溶液的濃度。次氯酸鈉溶液可貯存在儲罐中，也可直接投放到電廠循環(huán)水入口的海水中。

電解海水制氯設備與海水直接接觸的部分需防海水腐蝕，特別是電解槽的陰陽極，因為電解槽內含有強腐蝕性的海水和生成的次氯酸鈉，溫度也比較高，而且陰陽極需要良好的導電性能，因此必須選用具有很好耐腐蝕性能的金屬材料，如陰極板可采用鎳基材料哈氏合金。否則，因為材料的腐蝕，容易導致陰極板表面產(chǎn)生孔坑，相比光滑的表面，電解產(chǎn)生的鈣鎂鹽附著在孔坑上，不易通過海水流動被帶走，導致結垢嚴重，影響設備的正常運行。圖1是某海邊電廠因陰極板材料耐海水腐蝕性能較差，導致原本光滑的陰極表面產(chǎn)生微小孔坑，圖2為陰極板產(chǎn)生孔坑，在運行一段時間后，電解槽結垢嚴重的圖片，圖3則是因結垢嚴重，且未能及時進行電解槽酸洗，陰陽極之間的結垢導致短路，局部溫度過高致使陽極網(wǎng)燒穿的圖片?？梢姴牧系哪透g性能對電解海水制氯設備長期可靠運行的重要性。

圖1 陰極板表面腐蝕

圖2 電解槽結垢

圖3 陽極網(wǎng)燒穿

在次氯酸鈉投放上，原則上間斷投加即可，但是實際運行中，電廠為了簡易操作及加強效果，一般都是連續(xù)投放，制造后直接投放。投放量、即生產(chǎn)量需要根據(jù)循環(huán)冷卻海水用量以及有效殺滅海生物的濃度（一般有效氯濃度為0.4～1mg/L）來計算得出。并且需要注意排出海水的余氯濃度，以免殺死魚蝦等海洋生物，造成海洋環(huán)境破壞。某海邊電廠的循環(huán)冷卻水量為110000m3/h，設計有效氯濃度為1mg/L，則：設計制氯量要求為110000 m3/h×1mg/L=110kg/h。

2 投放二氧化氯方案

除了次氯酸鈉，火電廠還可以采用二氧化氯ClO2作為氧化劑藥物來殺滅循環(huán)冷卻水中的微生物。二氧化氯是一種黃綠色到橙黃色的氣體，國際上公認的高效消毒劑。其優(yōu)點是殺菌快，能力強，持久性長，而且殺菌能力受水的PH值影響小。但二氧化氯和很多物質都能發(fā)生劇烈反應，因此腐蝕性很強。而且對熱、震動、撞擊和摩擦很敏感，極易分解產(chǎn)生爆炸，非常危險。因此二氧化氯是不能運輸和貯存的，也就不能外購，必須在循環(huán)冷卻水加藥處制造并馬上使用。二氧化氯的生產(chǎn)方法常見有鹽酸法、硫酸法等。鹽酸法制作原理如下：

由以上反應可看出，二氧化氯的生產(chǎn)并不復雜，所需要的設備、系統(tǒng)比較簡單，因此一次性投入并不是很大。但是由于二氧化氯的危險性，生產(chǎn)設備及連接管道的密封性必須非常好，不允許有泄露的情況發(fā)生，生產(chǎn)過程也必須嚴格監(jiān)控。正是由于二氧化氯的生產(chǎn)、使用存在著比較大的安全隱患，即便其滅菌優(yōu)點突出，但是使用的火電廠并不多。對于海邊電廠來說，由于次氯酸鈉比較容易自備、安全性高，因此基本不會使用二氧化氯作為殺滅海生物的方案。

3 投放殺貝劑方案

次氯酸鈉屬于氧化性藥劑，不需要很高的濃度即可對殺滅水螅蟲等無殼類海生物具有很好的效果，但是氧化性藥劑具有強烈的刺激性，像褐貝、牡蠣等貝類及藤壺等甲殼動物，在受到氧化性藥劑的刺激后，會閉殼不進行呼吸和進食，且可以持續(xù)兩周的時間。特別是在熱帶、亞熱帶海域，海水溫度常年較高，貝類生長繁殖較快，是影響海邊電廠海水冷卻系統(tǒng)的重要因素。在這種情況下，一味地增加氧化性藥劑的濃度，效果并不會很好，且容易加劇接觸海水設備的腐蝕并破壞周邊海域的生態(tài)。解決該問題的辦法是定期投放殺貝劑。殺貝劑屬于非氧化性藥劑，通常有效成分是多種季銨鹽，如烷基二甲基芐基氯化銨。

由于貝類海生物對季胺鹽不敏感，不會因此閉合貝殼，因此季胺鹽很容易進入貝類體內，與細胞膜的蛋白質結合，從而破壞其細胞結構，切斷細胞內營養(yǎng)物質的傳送并殺滅之。此外，殺貝劑不受海水PH值的影響，不像氧化性藥劑那樣對接觸設備產(chǎn)生腐蝕，并且可對附著的貝類及甲殼類有剝離作用。

雖然殺貝劑也有殺滅其他海生物的作用，但是其殺滅速度及效率不如氧化性藥劑那樣高效，例如次氯酸鈉，能在海水中迅速反應，作用時間快。且電廠無法自制殺貝劑，外購及運輸成本較高。因此，海邊電廠應采用兩者相結合的辦法：通過電解海水制氯設備連續(xù)投放次氯酸鈉，并定期投放殺貝劑。既保證了殺滅各類海生物的效果，又節(jié)省了費用。按照上文提到的循環(huán)冷卻水量為110000m3/h，可設計加藥方案如下表所示。

表 加藥方案

以上僅為投放方案的示例，實際殺貝劑的投放藥量、頻率、時間需要根據(jù)實際產(chǎn)品的效果來評定，一般由生產(chǎn)單位來制定。并且需要根據(jù)電廠實際運營后的情況，進行藥量、頻率及時間的增減，以便達到殺滅效果和使用成本的最優(yōu)化。

殺貝劑的投放比較簡單，只需要用耐酸堿的計量泵投放即可，只是因為殺貝劑投放后一般會產(chǎn)生泡沫，因此還需要間隔投放消泡劑。

4 停機檢修前注意事項

還有一點需要注意的是：在電廠停機大修時，需要在停機后，繼續(xù)生產(chǎn)并投放次氯酸鈉和殺貝劑一段時間，令機組各管道內海水中次氯酸鈉和殺貝劑達到一定的濃度。保證在停機期間，可以抑制管道內存留海水中海生物的生長。這是因為海生物的生長速度非?？欤由贤C期間，管道內海水不流動，海生物更容易附著在管道內壁，閥門、濾網(wǎng)、換熱器等設備上，如圖4和圖5所示。在檢修后，這些設備上就會被海生物堵塞，給電廠的運行帶來巨大的傷害。如圖所示是某電廠因停機期間，沒有在管道內投放足夠濃度的次氯酸鈉及殺貝劑，導致海生物大量繁殖帶來的堵塞問題。

圖4 鋼格柵上海生物

圖5 電動濾水器濾網(wǎng)上海生物

5 結束語

海邊電廠海水循環(huán)冷卻水的海生物污染防治方案：

1）海邊電廠一般使用投放次氯酸鈉的方案：有效，迅速，安全。至于是購買還是一次性投資建設電解海水制氯設備，要從一次投資、藥品來源可靠性、運輸及運行費用等方面進行經(jīng)濟比較，綜合考慮。

2）除了次氯酸鈉，為了有效殺滅褐貝、牡蠣等貝類及藤壺等甲殼動物，應該定期投放殺貝劑，這樣既不需要太高濃度的次氯酸鈉，又增加了效果。次氯酸鈉和殺貝劑的綜合投放系統(tǒng)，從電廠建設的初期設計階段就應該考慮。

3）準備檢修時，應該在停機前，繼續(xù)投放一段時間次氯酸鈉和殺貝劑，抑制管道內存留海水的海生物的生長。