摘 要：根据反渗透装置在核电厂中的运行实践经验，基于保护反渗透装置，延长反渗透膜使用寿命，保证核电厂除盐水水质的目的，在全面分析各种影响因素的基础上，系统的介绍了反渗透装置给水水质控制的措施。
关键词：反渗透；水质控制；方法
1 前言
在核电生产中，反渗透装置是除盐水生产流程中最主要的脱盐设备。根据国内核电厂历年来除盐水生产的运行经验反馈，除盐水生产系统（sda）运行出现问题的大部分原因都是来自于反渗透（ro）装置失效。这主要因为ro装置的核心部件ro膜组件极易受到污染，一旦出现污染，必须停止反渗透运行并对被污染的膜组件进行化学清洗，严重时甚至需要更换膜组件。频繁化学清洗和膜组件更换不仅会影响核电厂的除盐水产水量和水质，较为昂贵的进口膜组件更换也会造成核电运营成本的大量增加。所以，必须对ro装置给水进行预处理，去除原水中的悬浮物、胶体、细菌、浊度、有机物等[1]，以尽可能降低膜组件被污染的可能，实现反渗透装置的设计性能，延长反渗透膜的使用寿命。
2 ro给水预处理流程及污染因素分析
2.1 ro给水预处理流程
该核电厂ro给水预处理流程如图1。
这一流程与其他工业应用中ro给水预处理过程的不同之处在于，核电厂中从原水至炭滤这一过程属于一个独立的生产系统——生水系统（sea），炭滤之后至ro装置属于除盐水生产系统（sda）的一部分。
2.2 ro装置运行要求
根据该核电厂除盐水需求，设计中反渗透脱盐部分为母管制，两套ro装置并联运行，每套装置产水量120m3/h，正常情况下一备一用。每套反渗透装置采用一级两段式水处理，设计回收率≥75%，总脱盐率≥95%。该装置运行给水水质要求如表1所示。
ro装置给水最主要的控制参数就是sdi和orp，这是因为sdi值综合表示进水中悬浮物和胶体物质的浓度和过滤特性，并能表征膜污染程度[2]。orp值表征进水中氯离子含量和无机物含量。影响sdi和orp值的因素正是可以引起ro膜污染的主要因素：悬浮物含量、胶体物质含量、有机物和细菌含量、混凝剂残留量、易结垢无机物含量等[3-4]。
2.3 ro给水来源分析
给水预处理方式主要取决于原水水质。该核电厂中原水来源于地表水，地表水是一种直接受季节影响的水源，同时具备优良的生物生存条件，存在微生物和胶体两方面高度污染的可能性。根据2007年到2008年的水质报告，原水主要水质参数如表3。由原水水质参数可以看到，全年中各项参数变化幅度都比较大，而且其中富含微生物和易结垢无机物。
根据该核电厂ro给水预处理流程设计，原水经过sea系统处理后，产水符合国家生活饮用水卫生标准（gb5749-2006），但是实际运行中发现，原水水质变化依然对反渗透给水有一定影响，主要是因为经过sea系统处理后，sea产水仍随季节变化在符合国家标准范围内存在较大幅度的波动，如右图显示该核电厂中2012年上半年sea系统产水各参数变化趋势。各水质参数的大幅度波动不仅给sda系统双滤料过滤器运行造成压力，而且也容易导致ro装置给水水质波动。
2.4 污染因素分析
2.4.1 余氯的影响
在给水预处理过程中，原水在混合絮凝阶段会采用化学制氯形成消毒液，以达到杀灭水中的藻类和微生物的目的。该核电厂ro装置膜材料采用陶氏公司的高交联芳香聚酰胺复合膜，这种膜对氯含量极为敏感，一般不允许含有余氯。余氯含量超标，将引起膜元件的氧化，给ro膜带来不可逆转的化学损伤。在实际运行中，还有可能因为加氯量不稳，还原剂投加量不当，余氯分析偏差等原因，造成膜氧化，使得ro装置失效。所以在给水预处理过程中，必须采取措施去除余氯。
2.4.2 易结垢无机盐类影响
ro装置给水中可能含有一些难溶有机盐，如碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙、硫酸锶、氟化钙和磷酸钙等。这些难溶无机盐类随着水处理过程的运行，会不断被浓缩，当其含量超过溶解度极限时，就可能在ro膜元件表面沉淀并结垢，引起ro膜元件的污堵，使ro装置失效。所以在给水预处理过程中，必须对一些易结垢的无机盐类进行有效处理，降低ro膜元件结垢风险。
2.4.3 胶体和颗粒物质影响
ro装置给水中胶体和颗粒物质含量超标会对ro装置造成污堵，这些胶体和颗粒物质可能来源于细菌、粘土、胶体硅、铁的腐蚀产物、絮凝剂超标形成的大尺度絮凝体等
实际运行中，还有可能因为操作不当或者使用时间过长从而导致一些胶体和颗粒物质进入ro装置，造成ro装置污堵。污堵会引起脱盐率和产水量下降，长时间污堵也会造成系统压降增加损坏ro装置。
2.4.4 有机物和微生物影响
所有的原水均含有微生物：即细菌、藻类、真菌、病毒和其它高等生物，微生物有繁殖能力，在适宜的生存条件下可以形成生物膜。ro装置给水因为有适宜的温度、缓慢的水流速度和一些有机物的存在，极为适合微生物的生长繁殖[5]。一旦微生物在ro膜组件表面形成生物膜就会造成膜表面污染，由于生物膜能保护微生物受水力的剪切力影响和化学品的消毒作用，所以一旦出现生物污染并产生生物膜，对膜元件的清洗将非常困难，而且极易再次滋生。同时膜组件生物污染还会造成以下后果：系统压差迅速增加，产水量下降，脱盐率降低，膜元件机械损坏，膜元件生物降解，产品水受到污染等等。因此微生物的防治是ro装置给水预处理过程中最主要的任务。
在地表水中存在的有机物主要为腐植酸类物质，还有少量油脂类。有机物在膜表面上的吸附会引起膜通量的损失，特别严重的情况下会出现不可逆的通量损失，也会给微生物生长提供有利环境。所以必须在预处理部分完全除去有机物。
3 运行控制措施
3.1 余氯控制 为了有效除去微生物，该核电厂在预处理过程中采用化学制氯工艺加氯，具体为投加浓盐酸和氯酸钠在二氧化氯发生器中，反应生成的clo2和cl2气体在管道中混合成复合消毒液投加在混合絮凝沉淀池前，从而达到灭菌目的。但是为了防止余氯对ro膜元件造成不可逆的化学损伤，在保安过滤器前加入还原剂亚硫酸氢钠将余氯还原成对ro膜组件无害的氯离子，从而达到除氯的目的。余氯控制主要的监测参数是ro装置给水orp值，它能够有效反映去除余氯的效果，orp值越小越好。同时定期取样检测余氯含量，使余氯含量小于0.1mg/l，越小越好。
3.2 结垢控制
防止ro膜表面结垢就是控制难溶无机盐含量，通常使用的方法主要有加酸溶解、强酸阳树脂软化、弱酸阳树脂脱碱、石灰软化、预防性清洗、调整操作参数等。在这些方法中，加酸仅对控制碳酸盐垢有效；强酸树脂软化费用高且会造成环境污染问题；弱酸阳树脂脱碱处理时将会造成水质ph在3.5～6.5内变化从而使脱盐率难以控制；石灰软化会造成颗粒物质增多，所以在该核电厂中采用在保安过滤器前添加阻垢剂p1800为主，根据设计参数定期进行预防性清洗为辅，必要时按照ro装置运行状况及时调整操作参数相结合的方式来对ro膜结垢风险进行预处理控制。
3.3 污堵控制
ro装置膜组件的污堵主要是由于胶体和颗粒物质引起的，进水淤积指数（sdi值）是判断反渗透给水胶体和颗粒污染程度的最好方式。通常，胶体和颗粒物质污染预防手段主要包括：介质过滤、氧化-过滤、在线过滤、絮凝-助凝、微滤或超滤、滤芯式过滤等。
该核电厂综合使用絮凝-助凝、介质过滤加滤芯式过滤等方式，实现控制胶体和颗粒物质含量的目的。主要流程是在sea产水进入双滤料过滤器之前，添加絮凝剂，使微小的悬浮物长大以便被过滤器除去。絮凝处理后，给水进入填充有石英砂和无烟煤两种滤料的双滤料过滤器，这期间可以除去大部分粒径在2～10μm的物质，双滤料过滤器处理后浊度可以降到1ntu以下。双滤料过滤器产水进入保安过滤器进一步去除悬浮物质，以保护高压泵和膜组件。最终进入ro装置的给水sdi<5，最好的情况是给水sdi<3，越小越好。
3.4 有机物和微生物污染控制
由于地表水中微生物成分复杂且含量随时变化等特点，控制微生物含量的方法有：加氯消毒、冲击式杀菌处理、周期性消毒、臭氧分解、加入铜盐、紫外线照射等。在这些方法中，周期性消毒频繁使用可能会损害膜寿命；臭氧的强氧化性会对设备造成损坏；铜盐不仅对ro膜有影响，而且引入易污染的铜离子；紫外线照射仅适用于较为干净的小型生产系统中。所以综合以上情况，该核电厂中在反渗透预处理部分采用加氯消毒以防止微生物的污染，方法是在取水口加氯，并维持20～30分钟的反应时间，让整个预处理管线内保持0.5～1.0ppm余氯浓度。同时在一些情况下，使用冲击式杀菌处理方法控制微生物污染。
该核电厂给水预处理中，通过加入絮凝剂和活性炭过滤相结合的方式可以有效去除有机物残留。
4 结束语
综上
所述，在核电厂ro装置实际运行中，不仅要严格遵循操作规程，预防错误操作和不当操作，同时要采取以上对应措施对ro装置给水进行有效水质控制。良好的给水水质是实现ro装置的优良设计性能，提高反渗透系统效率，实现反渗透系统产水量、回收率、脱盐率和运行费用的最优化，维护核电厂sda系统稳定经济运行的必要条件。
参考文献
[1]杨光.电厂化学水处理系统反渗透预处理系统超滤系统的工艺选择[j].内蒙古石油化工，2007，8：284-286.
[2]叶光华.污染指数实验研究及其对反渗透系统影响分析[j].热电技术，2003，77（1）：45-48.
[3]冯向东.影响反渗透进水sdi值的因素及控制措施[j].热力发电，2007，9：75-76.
[4]尹军，刘志生.饮用水orp的健康意义及影响因素探讨[j].中国给水排水，2005，21（9）：25-28.
[5]张永华.反渗透技术应用中存在的问题及措施[j].大氮肥，2010，33（2）：102-104.
作者简介：张燕晓，女，中国核电工程有限公司，助理工程师，现从事电厂水化学技术监督工作。
叶明，男，中国核电工程有限公司，助理工程师，现从事电厂三废处理工作。
李志勇，男，中国核电工程有限公司，工程师，现从事电厂水化学技术监督工作。
