红沿河核电站海水淡化技术应用

红沿河核电站海水淡化技术应用周鹏;黄晔【摘要】沿海地区淡水资源不足是核电站建设需要解决的关键问题。

红沿河核电站一期工程在国内首次采用反渗透膜法海水淡化技术成功地解决了核电站建设和运行期间的淡水资源问题。

详细介绍了红沿河核电站一期工程海水淡化系统的工艺流程、主要设备及运行效果，为我国沿海核电站建设提供了可借鉴的经验。

%Insufficient freshwater is the key problem needs to be solved during the construction of nuclear power station in coastal region. The first-stage project of Hongyanhe nuclear power station is the first successful case of China adopting reverse osmosis membrane sea water desalination technology to solve the problem of inad-equate freshwater resources for the construction and operation of nuclear power station. The process flow, main e-quipments and operation effect of the sea water desalination system applied in the first-stage project of Hongyan-he nuclear power station were introduced in detail, which provided referential experience for nuclear power sta-tion construction in coastal region of China.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P62-66)【关键词】海水淡化;反渗透;核电站;膜法工艺;V型滤池【作者】周鹏;黄晔【作者单位】中广核工程有限公司，广东深圳 518000;中广核工程有限公司，广东深圳 518000【正文语种】中文【中图分类】TQ085+.47随着我国经济社会的快速发展，电力需求不断增长引起的化石能源大量消耗与环境污染的矛盾日益突出，大力发展以核电为主的清洁能源成为国家能源战略的必然选择，沿海地区则成为核电发展的重点区域。

核电站的建设与运行需要大量且可靠的淡水资源，而淡水资源不足恰恰是大多沿海核电厂需要解决的首要问题［1］。

在辽宁红沿河核电站建设之前国内核电站还没有海水淡化技术的应用先例，红沿河核电站采用传统技术与超滤技术相结合的预处理工艺［2］，以反渗透膜法淡化技术为核心为解决沿海核电厂（特别是位于北方寒冷地区的沿海核电厂）的淡水资源不足问题提供了成功案例。

1 工程概况红沿河核电站一期工程采用CPR1000技术，共建设4台1 000 MW压水堆核电机组。

厂址地处辽宁省瓦房店市西端渤海辽东湾东海岸温坨子，由于当地淡水资源缺乏，设计采用海水淡化系统以满足机组建设及运行期间的生活、综合用水及离子交换除盐系统淡水水源需求，设计淡水总产量约为10 200 m3／d，4台机组共用一个海水淡化站。

2 水源和水质水源采用温坨子海区海水，其水质见表1。

表1 温坨子海区水质指标Tab.1 Sea water quality of Wentuozi sea area水温／℃6.1～8.5 31 000～34 000 3～300 0.5～85.0 2～16 -1～25 pH 值ρ（TDS）／（mg·L-1）浊度／NTU ρ（SS）／（mg·L-1）ρ（CODMn）／（mg·L-1）TDS全年稳定在 32 000 mg／L左右，水温、SS、浊度、pH值、CODMn变化范围较大，且随季节变化特征明显。

温度在冬季和夏季差别较大，是预处理阶段需要考虑的关键因素。

SS与浊度的变化规律基本一致，冬季较高，夏季较低，风浪越大其值越大，风浪、潮位和降雨是其变化的主要原因。

pH值和CODMn相对稳定，多数时间里pH值维持在 8.0～8.6之间，CODMn的质量浓度在 2～5 mg ／L之间变化。

只有在夏季温度较高的某个时段pH值会降低到6.1左右，CODMn的质量浓度会升高到6 mg／L左右，且二者的变化基本是同步的，估计和微生物生长有关。

3 工艺流程红沿河海水淡化系统采用反渗透膜法海水淡化技术，按流程（见图1）分为预处理和脱盐两部分，反渗透脱盐是整个海水淡化系统的核心，预处理为脱盐创造良好的水质条件［3-4］。

3.1 取水系统取水系统的功能是将海水升压后送至海水淡化站。

考虑到温度对处理效果和产水效率的影响，在夏季时直接从凝汽器进水侧取循环冷却水进水，冬季时从凝汽器排水侧取循环冷却水温排水，充分利用循环冷却水的温升以降低淡化过程的能量消耗。

图1 海水淡化系统工艺流程Fig.1 Process flow of sea water desalination system3.2 预处理系统预处理系统用来去除原水中的SS、胶体和微生物，预处理部分分为前后两级，前级预处理采用混凝-沉淀-过滤的常规工艺，后级预处理采用超滤工艺。

前级预处理主要流程为海水取水泵从海水蓄水池泵送海水经管道混合器与絮凝剂聚合氯化铝（PAC）、助凝剂聚丙烯酰胺（PAM）和杀菌剂次氯酸钠（NaClO）混合后，在折板反应池内形成可沉絮体，进入斜板沉淀池沉淀，出水经溢流槽收集后进入V型滤池过滤，滤后水进入清水池。

辅助流程包括药剂的储存、混合配制和投加系统，滤池反洗系统及污泥的收集与处理系统。

后级预处理主要流程为超滤供水泵将清水池储水加压，经自清洗过滤器后送入超滤膜单元过滤，产水进入超滤产水箱储存，用作脱盐系统的进水。

辅助流程包括膜的反洗和化学清洗流程。

预处理的目的是去除水中的胶体和SS，杀灭水中微生物，以防止反渗透膜的污堵和微生物滋生，保证反渗透系统进水水质的稳定达标。

混凝-沉淀-过滤传统工艺与膜处理工艺相结合做到了扬长补短，发挥了传统工艺处理负荷大、运行方式简单的优点，也解决了单一传统工艺对原水水质变化适应性差、响应不及时的缺点。

合理分担处理负荷的同时适应了海水水质的变化，确保了产水水质的稳定。

3.3 脱盐处理系统脱盐部分利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分。

反渗透是膜法海水淡化的核心工艺，是基于反渗透原理在高压作用下实现海水的淡水分离过程。

脱盐处理系统采用两级反渗透工艺。

一级反渗透主要工艺流程为超滤产水由提升泵加压经保安过滤器过滤后，一部分流量经反渗透高压泵加压，剩余流量经PX能量回收装置与高压浓海水发生能量交换过程后，再经增压泵加压与高压泵出口海水混合后送入反渗透膜堆完成反渗透过程。

一级反渗透系统的出水主要作为二级反渗透系统原水，有少部分作为核电厂综合用水，即生产用水、消防补水、绿化用水及厂区内普通冲洗用水。

二级反渗透主要工艺流程与一级反渗透大体相似，区别在于二级反渗透浓水没有进行能量回收，而是进入超滤产水箱实现质量回收。

二级反渗透因不同用户对水量和水质要求的不同分为并行的2列，产水分别做除盐水生产系统深度除盐原水和做生活饮用水水源。

每列均采用了一级两段设计即一段浓水是二段的进水。

4 主要处理构筑物（设备）和设计参数4.1 取水系统取水部分利用了电厂循环冷却水过滤系统和杀生处理系统。

夏季在循环水进水侧的格栅和鼓形滤网后取水。

冬季为了利用循环水排水余热，同时考虑到停机大修时的冗余配置，在1号机组和2号机组的循环水排水侧或在3号机组和4号机组热水回流沟取水。

系统主要包括4台流量为800 m3／h的海水淡化取水泵，位于循环水泵房内；4台流量分别为2×850 m3／h和2×450 m3／h的海水淡化给水泵，位于海水淡化给水泵房内；2台流量为1 000 m3／h的热水回流沟取水泵，分别位于3号机组及4号机组热水回流沟；2座容量为800m3海水蓄水池。

4.2 预处理4.2.1 混凝沉淀池混凝沉淀池将混合、絮凝、沉淀集成一体，前段是折板反应池，后段是斜板沉淀池。

共设2列混凝沉淀池，单列设备净产水800 m3／h，钢筋混凝土结构。

混凝阶段以PAC为絮凝剂，冬季较差水质条件下可以辅以PAM提高出水水质，杀菌剂采用成品NaClO溶液［5］。

设计沉淀池出水浊度小于3 NTU。

4.2.2 V 型滤池过滤部分设置了6列钢筋混凝土V型滤池并联排列，单列设备净产水量270 m3／h。

滤料为单层均质石英砂，粒径为 0.9～1.2 mm，厚度为 1.20 m；承托层选用粗砂，粒径为2～4 mm，厚度为100 mm，配水配气系统采用长柄滤头。

反洗配3台反洗水泵（Q ＝420 m3／h，P ＝0.2 MPa），2 用 1 备，配 3 台罗茨风机（Q ＝20 m3／min，P ＝0.05 MPa），2用1备。

采用水气联合反洗加表面扫洗的方式，气冲洗强度为 13～17 L／（s·m2），时间为 1～2 min；气水同时冲洗时：气冲洗强度为13～17 L／（s·m2），水冲洗强度为3～4 L／（s·m2），冲洗时间为 3～4 min；水冲洗强度为 4～6 L／（s·m2），时间为 5～8 min，滤池反冲洗周期为24～48 h；表面扫洗强度为 1.4～2.3L／（s·m2），设计滤后水浊度小于 1NTU。

4.2.3 超滤超滤装置共设8套（一期6套，预留2套）。

单套超滤装置产水量为180 m3／h。

设置5台超滤供水泵（一期4台，预留1台），2台变频，3台工频，4用1备。

超滤供水泵采用卧式离心泵（Q＝420 m3／h，P ＝0.4 MPa），每套装有 52 支INGE DIZZER5000 PLUS 超滤膜元件，设计膜通量为 70 L／（m2·h）。

不同于市面上常用的单通道中空纤维膜的是本系统采用多通道中空纤维膜。

多通道中空纤维膜（见图2）在结构上每根膜丝具有7个毛细管通道，膜丝外径4.2 mm，通道内径0.8 mm。

膜丝材料采用了改性的聚醚砜，膜孔径为20 nm。

结构特征决定了它的优点，20 nm膜孔使其可以有效地分离微生物、颗粒态物质、胶体态物质和大分子有机物；通道周边的发泡支撑结构保证了其出色的结构稳定性，防止了膜丝泄露的发生，又使其可以承受更大的进水压力，从而具有较高的产水能力和运行操作的灵活性。