反渗透膜法在核电站水处理中的应用

反渗透膜法在核电站水处理中的应用

孙浩哲 ,李强

福建福清核电有限公司   福建  福清  350318

摘要：近几年，物化处理技术、光照射技术和膜过滤技术已经发展成为三大技术。反渗透膜(RO)分离技术是当今国际上最先进的废水处理技术，已广泛应用在石油化工、能源、生化、轻工、食品、环保、航天、人民生活等方面，逐渐发展成为一个新兴的技术行业。

关键词：反渗透膜法；核电站；水处理

前言

由于我国核电项目向北方推进，核电站的日常运营所需的淡水资源变得非常重要，在确保核电站的安全、稳定、不会对当地的地下水造成损害的前提下，采用海水脱盐技术是非常有效的。

一、反渗透(RO)膜法的概述

反渗透是通过渗透这一现象进行分离的。将两种含盐量不同的水分别用一层半透水性薄膜进行分离，结果表明，在含盐量较低的一侧，水分可以通过薄膜向高含盐量的一侧渗透，但盐分并未渗入。如此循序渐进，直至两侧的盐含量相同，这就是所谓的反渗透，在渗透的过程中，纯水一边的水位在不断降低，而在咸水的一边，水位却在不断地升高。在液体水平没有改变的情况下，渗流就进入了一个平衡。在这种情况下，两边的液位之差叫做这种溶液的渗透压力。一般情况下，溶液浓度越高，渗透压力越大。由于天然渗透的时间较长，所以要加速这种溶解，就需要在高盐分的那一面施加一个压力，使其不能继续渗透，这样就会产生渗透压，然后将其压强提高，使其逆向渗透，而盐分则会留在原地，从而形成反渗透脱盐的原理。本文仅就反渗透膜工艺的实例，对其在脱盐工艺中的应用进行了简要的介绍[1]。

二、反渗透(RO)膜法的常用工艺流程

（一）一级一段法

该方法是在料液进入膜装置后，将浓缩和产出的水连续排出，其回收率低，在工业上使用很少;另一种是一步一段循环法，即将浓水的一部分送回料槽，使浓缩液的浓度持续升高。结果是产量高，而产出的水质量有所降低。

（二）一级多段法

如果用反渗透法进行浓缩，一次浓缩不能满足需要，则可以采取多段浓缩法，这样可以降低浓缩液的容积，增加浓度，增加产水量。

（三）两级一段法

如果第一阶段不能满足生产需要，可以分成两个阶段。当膜的含盐率低，渗透系数高的情况下，两级一段法是最经济的。能延长薄膜的使用寿命。

（四）多级反渗透流程

在这个过程中，将第一级透过液作为第二级料液，经过多次的稀释，可以得到更纯净的清水[2]。

三、核电站反渗透系统的主要设备

（一）高压泵

整个系统由2个高压水泵组成，并配有低压保护开关。压力开关在原位或自动工作时，必须在出口压力超出安全范围时，将其关闭。在进水压力小于或等于低压限位的情况下，水泵不能正常工作，否则会发出警报。在高压水泵运行后，如果水泵的出水量超过规定的上限，就会对所获取的压力信号进行延迟判定，30秒钟内，如果压力仍高于正常范围，那么该高压水泵就会停止运行，并发出警报。两个高压泵的出口采用气动慢开阀，在起动和停机时，压力缓慢上升或下降，高压泵起动、气压慢开阀依次起动：在高压泵停止之前，先缓缓关闭气动慢开阀。(缓慢打开和关闭的时间被调节到45秒)在系统操作期间，如果隔膜组件之前的压力超过1.8 MPa (高压泵出口阀完全关闭时的压力值)，则需要高压泵停止工作并发出警报。

（二）反渗透膜组件

首先是停机膜片清洗：在任意一套反渗透设备停用时，由系统进行清洗，将膜组件中的浓水替换掉，清洗干净后，作为备用。其次是隔膜组停机防止背压：不论反渗透设备为何停用(除非断电)，与对应的反渗透膜组相对应的不合格水排出阀，均开启 2 分钟排水后关闭。在自动投入使用之前，要保证预处理装置的运行，出水的质量符合要求，并保证反渗透膜组的人工调整，各阀的运行状况和操作都是正确的。

（三）冲洗泵

冲洗水由反渗透设备产生，在反渗透设备停机后，应及时进行反渗透清洗，启动条件是:反渗透设备的液面高度高于低限值。

四、反渗透系统的运行流程

针对入水条件，采用一步两级配置，可实现75%以上的回水量，既能有效地改善全系统的用水效率，又能减少水的消耗。采用逆渗透工艺，采用母管进行脱水，两套反渗透装置并行运行，24个不停运行。工作过程：首先，用安全滤网和一个压力水泵把两个滤池的水送进反渗透装置。该安全阀的额定出力为每小时160立方米，额定压力为0.6 MPa。其次，先将原水进行增压，然后再进入薄膜压力容器，再由隔板总成的中心集水器进入纯净水槽，而浓水则由浓缩的管道进入反冲水槽。最后，在系统起动时，首先采用气压式反渗透清洗泵，然后对机组进行清洗。在系统运行完成后，启动冲洗泵清洗膜组件，以稀释浓缩液，从而有效地防止膜组件的表面污染[3]。

五、反渗透装置的化学清洗和加药系统

（一）反渗透装置的化学清洗系统

长期使用 RO后，膜上会滋生细菌，导致膜上的污垢堵塞，同时也会产生胶体、金属氧化物、有机物等污染。当反渗透设备发生下列状况时，应进行清洁：首先，进水压力、中段压力、浓水压力，在正常工况下，三点压差较初值提高15%~20%。其次，在相同操作条件下，产水量降低5%~10%;最后，在相同的产量条件下，脱盐速率降低;化学清洗系统包括清洗水箱、保安过滤器、清洗水泵、加热器，以及其它的监测仪器。在反渗透化学清洗中，要根据不同的污染状况，在化学清洗槽中配置相应的药剂。加入清洁液，再进行循环冲洗，该工艺的压力大约为0.05 MPa，水温宜为30℃，一般为1 O~30 min，使溶液完全渗透到薄膜中;浸泡1个小时，以保证清洁液体可以完全渗透到薄膜的最深处。酸性清洗主要是为了清除结垢，针对不同的污染物，使用不同的清洁剂。碱性清洗是一种对微生物、有机物进行脱除的方法。一般的洗涤程序是先用酸性清洗，再用碱性清洗。将碱洗作为最终工序，其主要目的是使酸洗后的膜孔完全打开，从而恢复出水流速。在启动反渗透冲洗系统之前，先进行化学清洗。将药液冲洗干净，以免对产水造成污染。

（二）反渗透装置的加药系统

1、还原剂加药系统

还原剂投料体系是用加入还原剂的反渗透入水中。可降低反应时间，将水中的氧化、还原反应能力提高至200 mY。

2、阻垢剂加药系统

该体系主要由溶渡箱、计量泵、混合器、阀门、控制监测仪及管路组成，使反渗透入水中的钙、镁等离子体的含量、杂质的含量及杂质的含量。

六、反渗透装置的检修和保养

反渗透设备要求员工进行适当的维修和保养。损坏的机器要及时修理，水泵和阀要经常上油，尤其要注意装有 PLC的硅仪表，在使用之前要注意薄膜装置。请专业人士参阅有关的操作指南，不可将薄膜装置中的水分全部抽干。在操作过程中，应穿戴保护用品以防划破眼睛。若发生故障，则应立即停机，进行设备检修。

七、反渗透膜法存在的问题及应用前景

反渗透膜法在使用时容易受到水体悬浮物、胶体、生物、结垢物和有机物质的侵蚀，从而导致膜的功能降低，从而降低了废水的处理水平。在我国水污染防治的迫切要求下，我国各类行业的"清洁生产"、"废水回用"、"农村微污染水源"的治理，必将取得新的发展。

       结语

反渗透膜技术是一种高效、清洁、高效、无污染的工艺，在工业上的应用越来越广泛。在淡水资源贫乏的沿海电厂中，采用脱盐的方法具有一定的经济效益和技术价值。对解决目前国内缺水问题具有重大意义，同时也为核电站在今后的发展中起到了借鉴作用。

参考文献

[1]周星星. 膜法处理核电站事故情况下应急生活饮用水研究[D].上海交通大学,2015.

[2]张盼,付正辉,汤烨,高文敏,李薇.反渗透技术在内陆核电站中的能量回收[J].工业安全与环保,2013,39(09):19-22+46.

[3]朱峰,李彦华.反渗透膜法在核电站水处理中的应用[J].中国新技术新产品,2010(24):124.