核电站除盐水处理分析

杜建飞

摘  要：核电站的运行离不开除盐水的生产和处理，本文主要介绍了核电站除盐水的制备方式及其原理，以及除盐水处理系统在核电站的主要作用和应用，并在此基础上对可能出现的问题和解决措施进行介绍。

关键词：除盐水;离子床;反渗透装置

引言

在当今工业中，除盐水作为一种重要的生产介质，广泛应用于工业生产中，随着生 产工艺要求的不断提高，对水质要求也越来越高，同时伴随着对控制的要求也越来越严格，在核电站对除盐水水质要求也非常的高。如果说反应堆是核电站的心脏，那么除盐水便像血液一般，在核电站的各个方面都起着至关重要的作用。

1除盐水制备的工艺流程

核电站除盐水处理系统可以接收预处理水厂和海水淡化系统来的化学原水，对化学原水进行去离子状杂质的处理，并为机组提供符合要求的除盐水。接收预处理水厂来水后，经过超滤膜组件、二级反渗透组件和离子交换床的过滤和脱盐处理，向用户提供符合要求的除盐水;接收海水淡化来水后，经过二级反渗透组件和离子交换床的脱盐处理，向用户提供符合要求的除盐水。除盐水处理系统设备主要布置在除盐水厂房内，包括除盐水车间、空压机间、加药间、水泵间、喷射器间、酸碱间，室外的超滤产水箱、预脱盐水箱、除盐水箱、清水池等。

2系统的主要设备

2.1管式混合器

管式混合器的作用是利用进水的动能，通过混合器内的螺旋双翅片使流体形成湍流，达到均衡水质的目的。自清洗过滤器位于超滤膜组件前，作用是有效去除水中的细小颗粒、悬浮物等杂质1。

2.2超滤装置组成及主要技术参数

超滤膜组件由PVC外筒和中心出水管，以及中空纤维膜丝组成，膜丝材料为聚醚砜和聚乙烯吡咯酮共混材料。中空纤维膜丝由2-3cm的环氧树脂密封在PVC外筒中，原水从毛细管的内部进入。过滤时，比膜孔径大的颗粒被截留在膜的表面，并存留在毛细管间。而滤液，以及包含在滤液中的离子和小于膜孔径的颗粒物通过膜表面，并被收集到中心集水管中。过滤过程的驱动力来自进水和出水之间的压力差，即所谓的跨膜压差。超滤装置运行一段时间后，由于膜元件逐渐被水中颗粒、胶体堵塞，引起水流阻力上升、产水量下降。另外，超滤膜截留生物能力较强，经过杀菌过程侥幸逃生的微生物会在超滤膜表面聚积，并进行生长繁殖，导致超滤膜的生物污染。故而超滤装置运行一段时间后，必须进行反洗、化学加强反洗或化学清洗。

2.3反渗透组件

反渗透膜与其他器件组合成具有引进高压盐水、收集淡水和排放浓水功能的设备后才能用于生产实际。这种具有进出水功能的反渗透脱盐单元称为膜元件。将多个膜元件组合起来形成一个较大的脱盐单元，这种脱盐单元叫做膜组件。多个膜组件又可以进一步组合成更大的脱盐单元，形成反渗透装置。用一张只透过水而不能透过盐的半透膜将淡水和盐水隔开，淡水会自然地透过半透膜至盐水一侧，这种现象称为渗透。当渗透到盐水一侧的液面达到某一高度时，渗透的自然趋势被这一压力所抵消从而达到平衡。如在盐水一侧加一个大于渗透压的压力，盐水中的水会透过半透膜到淡水侧。这种与自然渗透相反的水迁移过程称为反渗透。反渗透膜组件利用反渗透原理，去除水中的各种盐分。在反渗透膜的原水侧加压，使原水中的一部分纯水沿与膜垂直方向透过膜，水中的盐类和胶体物质在膜表面浓缩，剩余部分原水沿与膜平行的方向将浓缩的物质带走。透过膜的水中仅残余少量盐分，收集利用透过水，即达到了脱盐的目的。

2.4离子交床

离子交换树脂是一类带有活性基团的网状机构的高分子化合物，在离子交换树脂的分子结构中，可以人为将其分为两部分：一部分称为离子交换树脂的骨架，它是高分子化合物的基体，具有庞大的空间结构，支撑着整个化合物。另一部分是带有可交换离子的活性基团，它化合在高分子骨架上，提供可交换离子。按照活性基团性质分类，离子交換树脂可根据其所带活性基团的性质分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。带有酸性活性基团，能与水中阳离子进行交换的称为阳离子交换树脂;带有碱性活性基团，能与水中阴离子交换的称为阴离子交换树脂。按照活性基团上H⁺和OH^-电离程度，可分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂，强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。最后经过离子床处理完成的除盐水便能作为指标合格的水送往机组的各个用户2。

3系统问题分析

除盐水系统随着制水的进行也会出现各种各样的问题，主要体现在自清洗过滤器和超滤装置的堵塞，反渗透装置的效率下降以及离子床树脂的失效等方面。

3.1超滤装置的堵塞

超滤装置运行一段时间后，由于膜元件逐渐被水中颗粒、胶体堵塞，引起水流阻力上升、产水量下降。另外，超滤膜截留生物能力较强，经过杀菌过程侥幸逃生的微生物会在超滤膜表面聚积，并进行生长繁殖，导致超滤膜的生物污染。故而超滤装置运行一段时间后，必须进行反洗、化学加强反洗或化学清洗。当超滤跨膜压差上升时，需要反洗。反洗就是反向过滤，进水沿产品水侧膜表面流动，透过膜厚由浓水排放口排出，由于透过水与正常过滤相反，故可将膜孔内部的污染物冲至膜外，在反洗时需要加入NaClO进行灭菌。反洗后能降低TMP，但是对微生物等附着紧密的污染物反洗效果不明显。反洗用水来自超滤产水，由超滤反冲洗水泵经过管式混合器送入超滤装置。CEB分酸洗和碱洗两种工况。酸洗用溶液为：PH=2-4的HCl;碱洗用溶液为：PH=10-12的NaOH，并加入NaClO，保证有效氯浓度为80-100ppm。

3.2反渗透装置

反渗透装置在每次启动前和停运后均需要进行低压冲洗。停运后进行低压冲洗时为了防止浓水侧稳态过饱和液体的结晶结垢和淡水回吸。将反渗透膜内的浓水冲洗干净，防止反渗透膜被污堵或结垢。在反渗透停运过程中有几点需要注意：1）停运后需要防止背压。如果产水管带压，当反渗透升压泵停运后，可能出现较大的背压现象，对膜产生较大的损坏或使得产水管线上的爆破膜动作。2）防止脱水。停运后需要关严反渗透装置所有进出口阀门，防止漏水漏气，以免膜脱水变形和空气中的细菌入侵。3）防止回吸。当浓水侧的盐浓度高于淡水侧的盐浓度时，会使淡水从膜的淡水透过水侧向浓水侧渗透，造成膜的破损。反渗透装置对水温高低非常敏感，将直接影响产水量，以水温25℃为标准，每下降1℃时，产水量将减少约3%。新反渗透膜系统运行时，一段、二段的正常压差为50-100KPa，回收率为75%。

3.3离子床树脂失效

当使用一段时间后或产水量到一定值时，出水的水质恶化，出水指标不达标，此时需要对阳离子交换器中的树脂进行再生。一般习惯上将运行时水流向下流动，再生时再生液向上流动的对流水处理工艺称为逆流再生工艺，采用逆流再生工艺的装置称为逆流再生离子交换器。除盐水系统阳离子一般采用逆流再生，要求阳离子交换器再生时采用3%-5%浓度的HCl溶液。树脂再生时，其主要再生条件为再生时间、再生浓度、再生流速、再生温度。

结语

总的来说除盐水在核电站应用广泛，其处理系统也并不复杂，但是系统设备较多，需要时刻关注设备的运行情况。系统主要的问题一般出现在设备上，平时多注意系统的维护和设备的保养，水质恶化时需及时对树脂床进行再生，这样便能持续生产符合标准的除盐水。

参考文献：

[1]姜艳明.浅析离子交换法除盐水制备方法[J].石化技术，2016，23（9）

[2]薛莹.除盐水系统常见问题及处理方法，2015，7（25）