国外海生物防治技术调研及分析

菅佳乐 黄倩 沙聪 杨嘉

中国核电工程有限公司 北京 100000

核电厂海生物入侵问题已受到普遍关注，大量的生物群包括细菌，藻类，真菌和病毒，以及许多高等生物，如鱼类，水母和贝类等，此外包括社会垃圾如生活垃圾等都有可能进入取水口，对冷源安全造成一定影响。本文从冷源致灾风险物种类及现有应对措施方面对国外核电厂的冷源安全问题开展调研，并从核电厂冷源安全监测预警技术、冷源问题新型防治措施及基于海生物保护的相关措施方面进行了总结，以了解国外海生物防治相关工程经验和技术方法。

1 冷源致灾物种类

通过国际调研可知，目前威胁到核电厂冷源安全的目标物主要有水生植物和藻类、树及树叶、垃圾、冰、海草、水葫芦、虾、鱼、水母、螃蟹、贻贝、沙子、苔藓类及水螅类动物等[1]。在电厂运行的过程中，这些杂物的入侵将可能导致机组降功率运行、滤网故障、凝汽器清洗频率增加以及电厂其他设备可靠性出现问题。

2 监测预警技术

目前成功的预监测预警技术包括水声学、光学相机、压差、气象数据、海洋数据、水质、水流、卫星以及空中观察[2]。其可有效管理发电厂的运行，减少电厂停运时间（和发电量损失），减少对设备的损害并提高安全性。

3 海生物防治工程措施

在预警的基础上，目前国外电厂针对杂物入侵问题采取的工程措施主要有表层涂料、杂物导流堤、多孔堤坝、浮动的栅栏、拦污网、拦污格栅、气泡幕技术、旋转滤网、进水保护（WIP）滤网、楔形滤网、流速增强系统、热水回流技术、凝汽器清洗、杂草收割机以及其他一些物理方法。

3.1 良好的工程措施

杂物导流堤、多孔堤坝、拦污网、拦污栅、气泡幕技术、旋转滤网、杂物过滤器、杂草收割机等技术效果良好。杂物导流堤技术成熟，运行维护工作量小，一般不需要额外研究来改进它们的设计或构造，但是后期仍需要通过水力学或计算流体动力学（CFD）建模，以优化其性能。多孔堤坝可有效缓解海浪和冰，且在减少鱼类入侵方面很有效果，后期需要对多孔堤进行更多研究，以制定建造和维护标准，了解其在不同工况下的长久性能。拦污网已经在多个电站得到了有效应用，其后期面临的问题主要是如何能够在有大量杂物的河流中支持和维护网的能力，以及如何有效清理拦污网。拦污栅和除污机的设计是确保机组高效运行的重要保障，应进一步调研可自动运行的除污机的经济可行性。气泡帘幕技术通过气泡将海生物推向水面进行拦截收集，该技术可用于控制水母和其他海生物，但是该技术较为耗电。旋转滤网是大多数循环水系统的标准配置，通常使用的旋转滤网包括直流滤网、双流滤网和中心流滤网，用双流滤网取代现有的直流滤网时，应对滤网杂物处理能力进行评估。

杂物过滤器可以清除一次和二次滤网的杂物，以及来自循环水管道的贝壳等杂物，已在许多电厂中成功地使用，可能需要进行一些额外的研究，以减少过滤器的压头损失，使它们能够安装在更多的电厂上。杂草收割机是一种轻便的、自动推进的浮动机器，用于清除水中的植物和杂物，杂草收割机有不同尺寸，但通常是针对不同地点建造的，因此可以根据不同地点的具体情况进行任何必要的调整，以更好地满足所需的功能。

3.2 有待验证的工程措施

表层涂料、紫外线照射、渗透压冲击技术、楔形滤网以及热水回流技术需要进行进一步的验证。表层涂料中的有毒涂料将会给环境带来一定污染，不利于环保，可能受到法律的限制，无毒涂料由于对结构物表面清洁程度要求较高而难以实施。且防海生物涂料在使用过程中会发生失效及老化，从而影响核电站正常运行[3]。由于高水平的悬浮固体（胶体和有机物）使海水中紫外线辐射的穿透力降低，因此目前紫外线照射方法在直流海水冷却系统中仍然是一种无效的技术。

由于可能对设备产生腐蚀和对环境排放产生影响，渗透压冲击技术难以应用于海水系统。水下圆柱状楔形滤网是一种取水口技术，它是一个浸没在水下的滤网，并附带一个清洗系统，这些滤网可能受到大型杂物或船只事故的破坏，在寒冷的天气中也容易结冰。热水回流技术可消除系统中的生物污损，已被证明对污染生物有效，并且具有无化学排放的优点，但由于生物被杀死且不受控制，这个技术往往具有争议。

3.3 还需进一步研究的工程措施

浮动的栅栏、进水保护滤网（WIP滤网） 、电磁场、流速增强系统等可进行进一步的研究。浮动的栅栏被用来防止漂浮的杂物和冰的影响，一种延伸到水体（部分深度）且能成功阻止近表面叶团的漂浮栅栏的尚未被开发出来，根据本报告收集的信息，开发一种拦截水下杂物的装置将对行业有重要价值。

波德雷进水保护滤网（WIP滤网）是旋转滤网最新的一种改进型，其可处理多种杂物，关于这类滤网的操作要求和杂物处理能力还有待考察；电磁场需要安装“虚拟电极”，使细菌通过装置时带电，导致细菌死亡。除了防止微生物在系统中沉降外，还可以在上游和下游传播信号，导致生物膜脱落，虽然目前没有得到应用，但其已经大规模在工业海水系统中进行了试验。

流速增强系统（FVES）是一种新型的杂物管理技术，这项技术还没有在电厂进行测试，但在水力发电厂进行的初步测试表明，它有可能减少进入循环水系统的杂物数量，该项技术是实验性的，只有一个试点研究而没有全面的应用，在全面应用之前，需要进行测试以证明其有效性并评估成本和效益。

4 结语

国外电厂针对冷源安全发生的问题具有较为丰富的工程经验和解决措施，值得我们借鉴。除上述工程措施外，基于海生物保护，卷吸合格的技术包括改进的小孔旋转滤网、窄间隙楔形条滤网、水生生物过滤格栅、阻拦网等措施，碰撞合格的技术包括护栏网、楔条形滤网以及鱼返回系统，这些都将成为日后研究的热点。