王洪波，劉 衡，孫 偉，林先飛，劉 剛，陳利剛

（福建寧德核電有限公司，福建 福鼎 355200）

據(jù)美國核電運行研究所（INPO）數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在2004-2008年間全球核電廠發(fā)生取水口堵塞事件達61起，其中近80%的事件導致機組降功率或停堆，超過20%的事件直接對核電廠安全相關系統(tǒng)造成影響[1-3]。究其原因，外來物的侵入導致取水口堵塞的事件占絕大多數(shù)，如何有效預防海洋生物侵入，是各電站需要面臨解決的問題[4]。

海洋生物防控方法根據(jù)機制的不同，主要分為3 種：（1）物理方法，包括物理隔離和打撈等[5-7]；（2）化學方法，通過投放化學藥劑達到防控效果[8-11]；（3）生物方法，依據(jù)有害生物-天敵的生態(tài)平衡理論，引入天敵因子重新建立有害生物-天敵之間的相互調(diào)節(jié)、相互制約機制，恢復和保持這種生態(tài)平衡。綜合分析來看，目前比較成熟且操作性較強的方法主要是物理隔離、打撈兩種。因此，在核電已經(jīng)開展攔網(wǎng)隔離防控方法的基礎上，本研究主要針對取水港池、前渠水域開展化學藥劑防控研究。

1 海洋生物化學防控方法研究及應用

1.1 海洋生物化學防控原理

底棲海洋生物和浮游海洋生物毒性試驗在研究水環(huán)境質(zhì)量變化和生態(tài)變化中占重要地位，對水環(huán)境變化反應較為靈敏。當水體中的有毒物質(zhì)達到一定程度時，就會引起海洋生物的死亡或逃離，如產(chǎn)生區(qū)域范圍內(nèi)漁業(yè)資源減少、部分種類消亡等現(xiàn)象。在人為可控的條件下，通過投加不同藥劑和不同濃度受試物的水溶液，接觸和觀察一定周期內(nèi)底棲海洋生物的反應，可確定導致底棲海洋生物死亡的最優(yōu)藥劑和受試物濃度，為控制海洋生物提供相應的標準。

1.2 海洋生物化學防控藥劑選擇

實驗藥劑選取電廠和生產(chǎn)養(yǎng)殖常用的藥劑：殺菌劑、氯錠、溴錠為主。靜態(tài)試驗，生物試驗箱設置5個試驗組和1個對照組，各加入一定量生物，通入空氣養(yǎng)殖，確定海洋生物防控效果。海洋生物化學防控藥劑試驗效果統(tǒng)計詳見表1～表3，對比分析在20 ppm時，控制效果：溴錠＞氯錠＞殺菌劑。海洋生物化學防控藥劑[12-16]性能分析統(tǒng)計詳見表4，根據(jù)表4綜合考慮投加有效濃度、藥效持續(xù)時間、投加風險、實時監(jiān)測等，投加試劑選擇順序為：1.氯錠，2.溴錠，3.殺菌劑（幼體）。

氯錠有效成分次氯酸根與電站冷卻水加氯有效成分相同，不會對設備造成不利影響，可以使用便攜儀表監(jiān)測余氯濃度，實時掌握藥劑濃度，利于開展效果評價和環(huán)境影響監(jiān)測。經(jīng)核電廠初步實驗表明，氯錠防控效果較好。另外，氯錠在中國生產(chǎn)量大，供應廠家較多，貨源穩(wěn)定。目前，國內(nèi)外核（火）電廠冷卻水中生物防控最常用的是次氯酸根方法[17-18]。同時，余氯的相應監(jiān)測與評價方法相對成熟，能夠滿足防控過程中藥劑濃度跟蹤監(jiān)測業(yè)務的需求。因此，化學防控試劑應用研究擬選定為氯錠。

表1 海洋生物化學防控藥劑（殺菌劑）試驗效果統(tǒng)計

表2 海洋生物化學防控藥劑（氯錠）試驗效果統(tǒng)計

表3 海洋生物化學防控藥劑（溴錠）試驗效果統(tǒng)計

表4 海洋生物化學防控藥劑性能分析統(tǒng)計表

1.3 海洋生物化學防控方法應用設計

針對閩東海域較為常見的核電冷源威脅生物——海地瓜，開展海洋生物化學防控方法應用研究，并進行相應的跟蹤監(jiān)測，進而對控制效果進行評價。

1.3.1 氯錠用量設計 查閱海水加氯研究相關資料可知，目前防控過程中余氯濃度的方法比較復雜，需要結合不同工程情況，通過不斷試驗和實踐來確定。

加氯濃度評估標準。評估海水加氯濃度的合理性，通常主要看其是否能滿足以下3個標準或要求。在實際生產(chǎn)中，需以此為依據(jù)，通過不斷實踐，分析出符合自身要求的加氯濃度設定值。

（1）加氯濃度能夠有效抑制及控制取水口、港池的海洋生物。

（2）海水余氯濃度處于設備長期運行所能承受的范圍內(nèi)。

（3）海水余氯濃度滿足外排環(huán)保要求。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部關于核電站冷卻水余氯濃度控制標準，允許排放濃度為0.2 mg/L，查閱文獻關于氯毒性的研究，海水中的余氯零死亡率閾值為0.02mg/L?？紤]防控時間較長，存在低濃度余氯長時間作用的狀況，為確保環(huán)境安全，防控試驗預設余氯目標濃度為0.01 mg/L。

1.3.2 氯錠布放位置及方式 氯錠投放在港池攔網(wǎng)前和前渠內(nèi)。根據(jù)防控的特征生物海地瓜的生活習性（海地瓜成體主要在海水底泥活動），氯錠投放方式以斷面式網(wǎng)筐或網(wǎng)兜沉底布設為主，投放主要考慮海水底部淤泥層附近。另外，在實驗過程中若中、表層監(jiān)測余氯濃度過低，可采用立體分層布放氯錠，以提高中、上層海水余氯濃度，以增強對海地瓜幼體防控效果?？紤]氯錠投放過程的易操作性，投放時間選取在低平潮時段。布放站位選取基于取水攔截安全，主要考慮對整個取水港池的防控要求及防控效果評價，詳見圖1。

圖1 余氯監(jiān)測站位分布圖

1.3.3 環(huán)境應急研究 余氯通過電廠的溫排水進入周邊海域，將會對受納水體的生態(tài)環(huán)境造成影響，但影響的程度取決于余氯的濃度以及不同生物種類的敏感程度差異，因此必須嚴格控制余氯的排放濃度，密切關注排水口及其鄰近海域的海洋生物生存狀況以及附近養(yǎng)殖生物的生長情況。

1.4 海洋生物化學防控監(jiān)測結果與評價

1.4.1 余氯濃度檢測有效性分析 海水中余氯監(jiān)測方法參照《水質(zhì) 游離氯和總氯的測定N,N-二乙基-1,4-苯二胺分光光度法》（HJ 586—2010）方法使用HANAAHI 96762余氯儀進行現(xiàn)場測定，余氯顯色劑為固體顆粒物。海水介質(zhì)的余氯測定受到海水中懸浮顆粒物、余氯顯色劑溶解時間、余氯顯色劑顯色有效時間以及取樣到測定過程的時間影響。

余氯顯色劑溶解時間大約需要2 min，顯色后15 min內(nèi)吸光度相對穩(wěn)定。經(jīng)過實驗表明，余氯顯色劑先與海水樣品反應后，再使用聚四氟乙烯濾膜或醋酸纖維濾膜過濾后測定，可以有效防止顆粒物對余氯測量的影響。

圖2 低濃度余氯在海水介質(zhì)中衰減過程

在解決余氯檢測技術的基礎上，研究實際操作過程中采樣器材與采樣時間對余氯測定的影響（圖2），結果顯示：（1）采樣器采樣與直接采樣余氯值均在同一衰減趨勢線上，說明采樣器材對余氯不存在影響；（2）余氯的衰減速度先快后慢，初始濃度分別為0.140 mg/L，0.060 mg/L時，5 min內(nèi)余氯衰減分別達0.032 mg/L，0.030 mg/L。在實際操作過程一般采樣時間能控制在5 min內(nèi)；所以當余氯濃度在0.060～0.140 mg/L之間時，由于采樣時間可引起最大偏離不超過0.04 mg/L。

1.4.2 余氯監(jiān)測結果 按照取水口調(diào)查水體的層次對余氯數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，具體見圖3。由圖可知，水體中余氯濃度多數(shù)含量較低（＜0.05 mg/L）。除了觸底層外，水體中余氯含量最大值0.10 mg/L；余氯平均含量由表層向底層呈現(xiàn)增加的趨勢，分別為0.021 mg/L，0.025 mg/L，0.035 mg/L。

觸底層水樣余氯含量有高有低，其中接近50%的觸底層水樣余氯含量大于0.10 mg/L；38%的觸底層水樣余氯含量小于0.04 mg/L。觸底層余氯含量較高的情況，可能一方面與氯錠投放在水體底層有關。另外一方面可能與氯錠溶解度較低（1.2%）有關。氯錠溶解過程中，一些氯錠粉末隨著水流流向下游，沉積保存在表層沉積物中，并在采集水樣的同時再懸浮回到水體中。通過采集表層沉積物，加入海水進行余氯測定，驗證沉積物中含有余氯。

圖3 取水口各層次水體的余氯濃度統(tǒng)計圖以及觸底層余氯含量分布圖

1.4.3 氯錠溶解速率 通過現(xiàn)場布放，在港池前渠水流環(huán)境下，每天對布放的氯錠進行觀察，第10天仍舊有很少的氯錠沒有全部溶解。因此，該環(huán)境條件下，氯錠溶解周期為9～11 d，氯錠溶解進度見圖4。

圖4 氯錠溶解進度記錄圖

1.4.4 氯錠投放的影響評價 氯錠為三氯異氰尿酸，結構式見圖5所示，分子量為232.31，溶解度為1.2 g/100 g水。商品化產(chǎn)品有效氯含量為90%，初步氯錠溶解周期大概為10 d。

圖5 氯錠分子結構式

氯錠溶解于海水的反應見式（1）～式（2），每摩爾氯錠溶解后釋放出3 mol的次氯酸，消耗海水中的氫氧根并釋放3 mol次氯酸根，同時釋放1 mol的異氰尿酸。因此，氯錠溶解過程的風險集中體現(xiàn)在酸污染、次氯酸根以及異氰尿酸。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看，目前的氯錠投放量對海水pH的影響可以忽略；對海水余氯含量的影響也屬于預期及可控范圍，尚未發(fā)現(xiàn)氯錠投放試驗過程對周邊海域海水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響；排放了低含量的有機氮，有必要在后期針對其長期排放的影響開展研究。

1.4.5 海洋生物化學防控應用效果統(tǒng)計分析 為了驗證海洋生物化學防控應用效果，通過統(tǒng)計濱海電站港池、前渠及重件碼頭區(qū)域海地瓜的數(shù)量及分布情況，采用底拖網(wǎng)的打撈方式，通過連續(xù)打撈對應用前后效果進行驗證。2017年和2018年各區(qū)域海洋地瓜打撈數(shù)量統(tǒng)計見圖6。分析可知：2018年采用海洋生物化學防控以來，各個區(qū)域海地瓜的數(shù)量較2017年明顯減少，全年海地瓜打撈數(shù)量最集中的5月由化學防控前100個/d降至海洋生物化學防控后的＜50個/d，海地瓜化學防控效果較好，滿足核電冷源安全穩(wěn)定運行要求。

圖6 2017年和2018年明渠和港池、重件碼頭區(qū)域海地瓜打撈數(shù)量曲線圖

2 結論

氯錠海洋生物化學防控方法比較新穎、具有一定挑戰(zhàn)性，應用結果表明，該方法對于濱海電站冷源海洋生物防控效果明顯，適用于我國濱海電廠冷源安全保障。

在核電取水港池開展海洋生物防控，通過對港池、前渠攔截網(wǎng)兜和拖網(wǎng)打撈持續(xù)跟蹤監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，防控區(qū)域海地瓜的數(shù)量有所下降，全年海地瓜的數(shù)量控制在＜50個/d，表明該方法防控海地瓜的效果較好。試驗過程環(huán)境跟蹤監(jiān)測表明：海上余氯監(jiān)測，氯錠投放有效增加了海水余氯含量，呈現(xiàn)從表層到底層的增加趨勢，屬于預期及可控范圍，余氯監(jiān)測結果滿足核電站冷卻水含有余氯的允許排放濃度為0.2 mg/L的要求，未發(fā)現(xiàn)氯錠投放過程對周邊海域海水環(huán)境產(chǎn)生明顯影響。