劉軍，陳勇強(qiáng)，孫景建

（遼寧紅沿河核電有限公司，遼寧省 瓦房店市 116319）

0 引言

我國(guó)是一個(gè)缺水嚴(yán)重的國(guó)家，隨著工業(yè)和城市的迅速發(fā)展，需水不斷增加，出現(xiàn)了供水緊張的局面，水資源的保證程度已成為某些地區(qū)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的主要制約因素。2015年我國(guó)海水淡化產(chǎn)能規(guī)模達(dá) 73.76萬(wàn)t/日，占產(chǎn)能的73%；總體以工業(yè)用水為主，2015 年工業(yè)用水工程規(guī)模為 67.73萬(wàn)t/日，占工程規(guī)模的 67%。隨著水資源緊缺問(wèn)題突顯以及國(guó)家的重視，海水淡化發(fā)展前景廣闊。遼寧紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)核電站首個(gè)海水淡化項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用兩級(jí)反滲透膜法海水淡化工藝。作為紅沿河核電廠唯一的水源，該系統(tǒng)從根本上解決了紅沿河核電廠所在地淡水資源缺乏的問(wèn)題，也為有效解決沿海核電站淡水資源缺乏問(wèn)題開(kāi)辟了新路[1-3]。

1 系統(tǒng)原理

遼寧紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)的主要工作原理：海水首先在混凝沉淀池加入聚合鋁及次氯酸鈉進(jìn)行初步處理；之后經(jīng)過(guò)濾池、超濾等裝置進(jìn)一步過(guò)濾，超濾產(chǎn)水再經(jīng)過(guò)加藥處理后進(jìn)入一級(jí)反滲透，除去99%以上的鹽分，最后進(jìn)入二級(jí)反滲透進(jìn)一步脫鹽。二級(jí)反滲透產(chǎn)水經(jīng)過(guò)離子交換樹(shù)脂處理后的除鹽水，供核電站機(jī)組使用。

其中一級(jí)反滲透進(jìn)水來(lái)自超濾產(chǎn)水箱，經(jīng)過(guò)一級(jí)反滲透提升泵，加入還原劑(亞硫酸氫鈉)和阻垢劑，在管道混合器混合均勻后進(jìn)入保安過(guò)濾器，在保安濾器后加非氧化性殺菌劑，經(jīng)過(guò)管道混合器后，一部分海水經(jīng)過(guò)高壓泵，另一部分海水經(jīng)過(guò)能量回收裝置及增壓泵后與經(jīng)過(guò)高壓泵的海水匯合，進(jìn)入一級(jí)反滲透裝置，一級(jí)反滲透裝置的濃海水經(jīng)能量回收裝置交換壓力后，變?yōu)榈蛪簼夂Ｋ欧?。其工藝流程如圖1、圖2所示。

圖1 紅沿河海水淡化系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖Fig. 1 Red River desalination system

圖2 紅沿河一級(jí)反滲透系統(tǒng)流程簡(jiǎn)圖Fig. 2 The first stage reverse osmosis system along Red River

2 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及分析

2.1 問(wèn)題描述

2016年4—6月，一級(jí)反滲透膜及保安過(guò)濾器壓差快速增長(zhǎng)，反滲透膜清洗頻率大幅增加，清洗周期由3個(gè)月變?yōu)?個(gè)月，嚴(yán)重影響一級(jí)反滲透裝置運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)停機(jī)檢修一級(jí)反滲透裝置，解體一級(jí)反滲透裝置進(jìn)水端蓋、能量回收裝置、一級(jí)保安過(guò)濾器檢查，發(fā)現(xiàn)在一級(jí)反滲透進(jìn)水側(cè)第一支膜、能量回收裝置轉(zhuǎn)子、保安過(guò)濾器濾芯以及各設(shè)備內(nèi)側(cè)殼體上均有光滑的黃褐色泥狀物體，附著在設(shè)備上不易清理，打開(kāi)一級(jí)反滲透膜產(chǎn)水側(cè)未見(jiàn)該泥狀物體[4-5]。

2.2 技術(shù)分析

對(duì)泥狀物品進(jìn)行取樣分析：分別用1%鹽酸，0.3%氫氧化鈉，10%次氯酸鈉進(jìn)行浸泡，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)鹽酸中未發(fā)生變化，次氯酸鈉及氫氧化鈉溶液中均出現(xiàn)泥狀物體被不同程度的分散現(xiàn)象，其中氫氧化鈉燒杯中分散現(xiàn)象較明顯，說(shuō)明堿液對(duì)其剝離能力較強(qiáng)。

對(duì)反滲透膜在線清洗進(jìn)行觀察，鹽酸清洗時(shí)排放的清洗液未出現(xiàn)明顯雜質(zhì)；堿清洗時(shí)清洗水箱內(nèi)出現(xiàn)大量明顯的泡沫，且排放廢水較為渾濁。

將一級(jí)反滲透膜組件送到反滲透膜廠家進(jìn)行檢測(cè)分析，膜表面整體有茶色污染物附著，并將附著物進(jìn)行取樣分析，采用 SEM 觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)膜表面覆蓋有生物粘膜狀和顆粒狀物質(zhì)；通過(guò)FT-IR分析確認(rèn)膜表面污染物為微生物和磷酸鋁，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 膜片F(xiàn)T-IR分析結(jié)果Fig. 3 Diaphragm FT-IR analysis results

分析認(rèn)為造成該問(wèn)題的主要原因?yàn)槲⑸镒躺?，?dǎo)致微生物滋生主要為以下原因：海水淡化系統(tǒng)取水水源是海水，一級(jí)反滲透及保安過(guò)濾器壓差升高過(guò)快現(xiàn)象發(fā)生于4月初，正值大連地區(qū)氣溫回暖，沿海海洋生物開(kāi)始繁殖，水中的細(xì)菌、有機(jī)物等快速增長(zhǎng)。該海水淡化系統(tǒng)在混凝沉淀池前設(shè)計(jì)有一處殺菌劑(次氯酸鈉)加藥點(diǎn)，只對(duì)此處加藥量范圍有要求，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)并未對(duì)超濾產(chǎn)水余氯值進(jìn)行規(guī)定。為了避免反滲透膜被殘余氯氧化，海水預(yù)處理次氯酸鈉加藥量控制在設(shè)計(jì)參數(shù)的低限(設(shè)計(jì)范圍為 1～3 mg/L)，導(dǎo)致超濾進(jìn)水的殘余氯值控制較低。超濾、一級(jí)反滲透進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 膜系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)Tab. 1 The influent quality of membrane system

由于次氯酸鈉加藥量控制比較低，超濾出水的殘余氯檢測(cè)基本為零，增加了微生物滋生的幾率。反滲透膜內(nèi)的微生物污染可以通過(guò)化學(xué)清洗恢復(fù)，但是在能量回收裝置及保安過(guò)濾器中滋生的微生物無(wú)法通過(guò)在線清洗清除。微生物大量滋生導(dǎo)致了能量回收裝置轉(zhuǎn)子滯黏不轉(zhuǎn)、保安過(guò)濾器壓差增高、反滲透膜壓差增高[6-10]。

3 采取措施

根據(jù)上述分析，采取增加海水預(yù)處理殺菌劑次氯酸鈉的加藥量的措施，提高超濾水箱出口殘余氯水平，以減少海水中微生物滋生。

1）在冬季水溫低時(shí)，超濾水箱出口殘余氯控制在 0.2～0.5 mg/L；

2）夏季水溫高時(shí)，超濾水箱出口殘余氯控制在 0.5～1.0 mg/L；

3）每年春季4月份海水溫度開(kāi)始升高至10℃以上，海生物開(kāi)始大量繁殖時(shí)，將超濾水箱出口殘余氯提升至1.5 mg/L左右。

4）為避免殘余氯值的增長(zhǎng)導(dǎo)致反滲透膜被氧化，將反滲透膜前亞硫酸氫鈉加藥量調(diào)整為超濾產(chǎn)水余氯值的3倍。理論上每1.4 mg/L的亞硫酸氫鈉能夠還原1.0 mg/L的活性氯?？紤]到安全系數(shù)，設(shè)定為每1.0 mg/L余氯投加3.0 mg/L亞硫酸氫鈉。且該系統(tǒng)在一級(jí)反滲透膜前設(shè)計(jì)有余氯表及ORP表，且在上位機(jī)存在報(bào)警功能，在一級(jí)反滲透膜進(jìn)水殘余氯值及ORP不滿足要求時(shí)，上位出現(xiàn)報(bào)警以提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整加藥量，能有效避免反滲透膜被氧化。

經(jīng)過(guò)采取以上措施，2016年 6月—2017年12月，保安過(guò)濾器濾芯壓差升高，更換濾芯的周期延長(zhǎng)至半年，反滲透膜清洗周期也由1個(gè)月延長(zhǎng)至6個(gè)月以上，能量回收裝置轉(zhuǎn)子清理減少了共16個(gè)次。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)近2年生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，提高海水淡化預(yù)處理殺菌劑加藥量，并根據(jù)不同季節(jié)不同的海水溫度，選擇不同的殺菌劑加藥量，能夠更好地將反滲透系統(tǒng)進(jìn)水的微生物控制在較低水平；同時(shí)能夠降低保安過(guò)濾器堵塞、能量回收裝置轉(zhuǎn)子清理及反滲透膜壓差升高的頻率，提高了紅沿河核電廠海水淡化系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行可靠性，增強(qiáng)了紅沿河核電廠機(jī)組供水安全的保障能力；此外，每年可節(jié)約大量保安過(guò)濾器濾芯及能量回收裝置轉(zhuǎn)子備件包，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，間接減少了膜的更換費(fèi)用，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。