基于超滤_反渗透技术的核电站循环冷却排污水处理成本分析_付正辉孙冠中黄奎等

（２）能 源 费 ：
Ｅ２＝αｅＱ
（４）
式中 Ｅ２———污水 回 用 系 统 运 行 所 消 耗 能 源 而 产 生
的 费 用 ，万 元／ａ；
ｅ——— 电 费 单 价 ，元／（ｋＷ·ｈ）；
α———能 源 修 正 系 数，同 水 泵 的 效 率 有 关，一
般 取 ຫໍສະໝຸດ Baidu 为 １．１５。
（３）设 备 折 旧 费 ：
ｍ１——— 超 滤 膜 价 格 ，万 元 ；
ｍ２——— 反 渗 透 膜 价 格 ，万 元 。 通过将式（２）～式（６）代 入 式 （１）中 即 可 求 出 超
滤—反渗透工艺处理的循环冷却排污水回用水的水
价 ，因 此 ，式 （１）可 转 化 为 ：
ｎ
［∑ ｐ ＝０．００１ｋ ｆｉａｉ ＋０．３１５ｅ＋ ｉ＝１ （０．１３ｙ＋０．９１ｍ１ ＋０．５５ｍ２）／Ｑ］
２０～３０亿 ｍ３。
５ ６ 给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．９ ２０１４
（４）回用水：包括城市回用中水以及核电厂生产废 水回用水。这类污水仅适合作为工业用水，无法饮用。
３．２ 核 电 站 循 环 冷 却 需 水 量 分 析 桃花江核电站项目一期工程装机容量为２×１ ０００
ＭＷ 级核电机组，规划总装机容量为４×１ ０００ ＭＷ 级 核电机组，１ ０００ ＭＷＣＰＲ 核电机组采用直流供水时 总 流 量 约 为 １３０ ｍ３／ｓ，循 环 冷 却 水 水 量 见 表 １［１１］。
综上所述，桃花 江 核 电 站 用 水 将 主 要 包 括 以 下
几大来源：
（１）地 表 峪 水 ：资 江 （江 水 ）。
（２）地 表 库 水 ：主 要 来 自 柘 溪 水 库 。
（３）地下水：根据益阳市现有统计资 料，该 市 年
平均可利用水资 源 量 约 为 ９５ 亿 ｍ３，其 中 地 下 水 为
将表２费用核算模型各系数及相关修正参数带 入式（７），通 过 计 算 可 得 ｐ＝０．７ 元／ｍ３。 即 通 过 超 滤—反渗透技 术 进 行 核 电 站 循 环 冷 却 排 污 水 的 处
理，并 进 行 循 环 利 用，回 用 水 的 成 本 为 ０．７ 元／ｍ３， 远低于当地１．６～２．２ 元／ｍ３ 的 工 业 用 水 价 格。 因 此，超滤—反渗透技 术 在 核 电 站 循 环 冷 却 排 污 水 处
基于超滤—反渗透技术的核电站循环冷却排污水处理成本分析
付正辉 孙冠中 黄 奎 包 哲 周婷婷 李 薇
（华 北 电 力 大 学 区 域 能 源 系 统 优 化 教 育 部 重 点 实 验 室 ，北 京 １０２２０６）
摘 要 针 对 我 国 面 临 的 水 资 源 严 重 短 缺 的 问 题 ，通 过 超 滤 — 反 渗 透 技 术 应 用 于 核 电 站 循 环 冷 却 排 污 水 处 理 中 成 本 模 型 的 构 建 ，以 桃 花 江 核 电 站 为 例 ，分 析 计 算 回 用 水 价 格 ，并 与 当 地 工 业 用 水 成 本 进行比较。结果表明，通过超滤—反渗透技术对循环冷却排污水进行处理并回用，经济适用性良 好， 可为解决我国内陆核电站水资源短缺问题提供参考。
目前，国内针对 核 电 站 循 环 冷 却 排 污 水 相 关 研 究主要集中在水 处 理 工 艺 可 行 性 分 析、工 艺 过 程 优 化 选 择 、水 处 理 技 术 能 效 分 析 等 方 面 ，针 对 电 厂 循 环 排污冷却 水 处 理 的 经 济 成 本 研 究 较 少 。 ［４～６］ 因 此， 本研究将构建超滤—反渗透技术在核电站循环冷却 排污水处理过程 中 的 成 本 核 算 模 型，并 通 过 研 究 案 例，对超滤—反渗透 技 术 的 实 际 应 用 成 本 进 行 详 细 分 析 与 计 算 ，为 相 关 水 的 处 理 回 用 中 提 供 理 论 指 导 。 １ 超 滤 — 反 渗 透 循 环 冷 却 排 污 水 处 理 技 术 简 介
次循环的用水系统。根 据 相 关 资 料 可 知，１ ０００ ＭＷ 级核 电 机 组 循 环 冷 却 水 量 为 ５２～６７ ｍ３／ｓ，因 此 桃 花 江 核 电 站 每 年 循 环 冷 却 水 的 总 需 水 量 为 （６４～８４） ×１０８ ｍ３。根据 国 家 发 改 委 组 织 编 写 的 “中 国 节 水 技 术 政 策 大 纲 ”要 求 ，循 环 冷 却 排 污 水 的 浓 缩 倍 数 定
Ｅ３＝β２ｙ０
（５）
式中 Ｅ３———除去膜购买费用的 年 均 设 备 折 旧 费，万
元／ａ，一 般 取 ２０ａ；
β——— 修 正 系 数 ，一 般 取 ０．９５； ｙ——— 除 去 膜 的 价 格 的 设 备 总 价 ，万 元 。
（４）膜 更 换 费 用 ：
Ｅ４ ＝ｍ３１ ＋ｍ５２
（６）
式中 Ｅ４———膜 损 耗 产 生 的 折 旧 费 用 ，万 元／ａ；
等同于直接外购 的 商 品 水，从 而 具 有 商 品 的 一 般 属
性。因此回用水 的 价 格 构 成 应 与 自 来 水 相 同，参 考
自来 水 水 价 规 定：供 水 价 格 由 供 水 成 本、费 用、税 金
和利润等构成，回用水的价格模型如下 ： ［１０］
ｎ
∑Ｅｋ
ｐ ＝ Ｋ ｋ＝１
３６５∑Ｑ
（１）循环冷却排污水预处理阶段消耗的 材 料 及 药品费用。
（２）处理 循 环 冷 却 排 污 水 过 程 中 能 耗 核 算，主 要包括组合工艺中各类泵和膜装置消耗的电能。
（３）设备购置费、修理费和折旧费等，由 于 膜 使 用寿命的限制，本 研 究 按 照 ５ａ为 一 个 周 期 计 算，进 行反渗透膜的更换。
关键词 核电站 循环冷却排污水 超滤—反渗透 成本核算
０ 引 言 我国作为全球人均水资源最为贫乏的国家之一，
目前正面临着 水 资 源 短缺 和水 污染严重的 双 重 威 胁［１］。 据 统 计 ，全 国 目 前 ６６１ 个 建 制 市 中 ，有 超 过 ２／３ 的 城 市 一 般 性 缺 水 ，水 资 源 短 缺 和 外 排 废 水 引 起 的 污 染问题已经严重制约了我国经济的可持续发展［２］。
由 于 循 环 冷 却 排 污 水 的 高 含 盐 量 ，脱 盐 处 理 成
环 境 保 护 部 环 境 公 益 项 目 （２０１３０９０６３）。
为回收利用的首要条件。通过反渗透法进行脱盐处 理 ，具 有 无 需 酸 碱 试 剂 、设 备 体 积 小 、操 作 简 单 、运 行 成本低和节 能 等 优 点 。 ［７］ 同 时，由 于 循 环 排 污 水 含 有胶 体、悬 浮 物、病 菌 等 有 害 成 分，为 了 达 到 进 入 反 渗透膜的要求，需 要 采 取 一 定 的 工 艺 措 施 进 行 循 环 排污水的预 处 理，去 除 其 中 的 有 害 成 分 。 ［８］ 与 常 用 的反渗透预处理 工 艺 （包 括 混 凝、澄 清、过 滤）相 比， 膜 过 滤 具 有 对 悬 浮 物 去 除 率 高 、出 水 水 质 好 、结 构 紧 凑、流 程 简 单、可 进 行 中 空 纤 维 超 滤 膜 反 洗、易 于 实 现自动化管 理 的 优 点。 因 此，超 滤—反 渗 透 工 艺 作 为 循 环 排 污 水 处 理 的 新 途 径 ，受 到 了 广 泛 关 注 。 ２ 超滤—反渗透 工 艺 处 理 循 环 冷 却 排 污 水 成 本 构 成及费用模型建立 ２．１ 成 本 构 成 分 析
消毒剂等。药剂费用函数可表示为：
（∑ ） Ｅ１ ＝３６５ ｉ＝ｎ１ｆｉ１ ａ０ｉ００ Ｑ
式中 Ｅ１———药剂费用，万元／ａ；
Ｑ——— 日 处 理 水 量 ，Ｌ／ｄ；
（３）
ｆｉ——— 单 位 质 量ｉ 种 药 剂 的 价 格 ，元／ｋｇ；
ａｉ———单位质量排 污 水 第ｉ种 药 剂 的 投 加 量， ｍｇ／Ｌ。
３ 案 例 研 究
（７）
３．１ 案 例 概 况
本研究选取位于湖南省益阳市桃江县沾溪乡荷
叶山的桃花江核 电 站 为 研 究 对 象，该 核 电 站 毗 邻 洞
庭湖水系资水下游干流右岸。资水自西北向东南，
从桃花江核电站厂址北侧约６００ｍ 经过。按照现有
规划，桃花江核 电 站 预 计 将 成 为 我 国 第 一 座 内 陆 核
为４倍，相对应循 环 冷 却 排 污 水 水 量 应 为 循 环 水 量 的０．５８％，通过计算可 得 该 核 电 站 通 过 超 滤—反 渗
透工艺进行处理后回收处理循环冷却排污水的总量
将 达 到 （３７～４９）×１０６ ｍ３ 。 ３．３ 结 果 分 析
根据现有工艺规模以及相关设备价格，在核电站污
式中 ｐ———单位排污水回用成本，元／ｍ３；
（１）
Ｋ——— 税 利 系 数 ；
∑Ｑ———再生水年处理量，万 Ｌ／ｄ；
ｎ
∑Ｅｋ ———循 环 冷 却 排 污 水 处 理 中 第ｋ 费 用 之 和，
ｋ＝１
万 元／ａ。
其中超滤—反渗透处理工艺的处理费用模型为：
ｎ
∑Ｅｋ ＝ Ｅ１ ＋Ｅ２ ＋Ｅ３ ＋Ｅ４
ｋ＝１
虽然现有的试验结果证明超滤—反渗透工艺可 以对核电站循环 冷 却 排 污 水 进 行 有 效 处 理，达 到 回 收利用的 目 的 ，但 ［９，１０］ 是 工 艺 运 行 成 本 是 限 制 其 广 泛应用的主要 因 素，因 此 对 超 滤—反 渗 透 组 合 工 艺 运行成本的核算至关重要。本研究考虑循环冷却排 污水处理的全过程，将成本构成分为如下几点 ： ［９］
水回用的处理规模为１０万 ｍ３／ｄ的情况下，采用超滤— 反渗透工艺对核电站循环冷却排污水进行处理。在满足
其处理量的前提下，费用核算模型各系数如表２所示。
表 ２ 费 用 核 算 模 型 系 数
项目
Ｅ１／万 元
ｙ／万 元
ｍ１／万 元 ｍ２／万元
ｅ／元 ／（ｋＷ·ｈ）
Ｋ
取值 ３５０ ２ ５００ １ ２００ １ ８００ ０．６ １
电站，将于２０１５年建成投产。该核电厂用水 主要来
源于资江及其上游水库。虽然该地区水资源丰富，
但在保证资江正 常 通 航 的 基 础 上，还 要 满 足 区 域 的
工业用水、农业 灌 溉 用 水、生 态 用 水。 因 此，核 电 站
的取水量在正常来水年和极端枯水年两种情境下均
应 在 水 源 水 量 的 ３０％ 以 内 。
（４）其 他 费 用 。
给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．９ ２０１４ ５ ５
通过分析，超 滤—反 渗 透 工 艺 处 理 循 环 冷 却 排
污水成本主要由 ４ 部 分 构 成，其 中 处 理 过 程 中 的 能
耗费用占主要部分。
２．２ 费 用 模 型 构 建
循环冷却排污 水 经 过 处 理 后 再 次 回 用，其 价 值
表１ １ ０００ＭＷ 核电机组循环冷却水水量
装机容量 循环冷却 重要厂用 合计需水量 ／ＭＷ 水量／ｍ３／ｓ 水量／ｍ３／ｓ ／ｍ３／ｓ
年需水量 ／ｍ３
１ ０００ ３ ７８０
５８
３ ８４０ １ ２１０×１０８
由于桃花江 核 电 站 用 水 量 过 大，在 工 程 所 在 地 范 围 内 无 法 完 全 满 足 用 水 条 件 ，因 此 该 核 电 站 采 用 二
在如此 严 重 的 缺 水 形 势 下，占 全 国 用 水 总 量 ２２％的工业用水的重复 利 用 率 却 仅 为 ５０％ ～６０％， 与世界先进水平存在着较大的差距 。 ［３］ 在 当 前 经 济 下行压力加大的 情 况 下，国 家 将 开 工 建 设 一 批 重 大 能源项目，其中核 电 将 成 为 能 源 发 展 中 相 关 战 略 的 核 心 议 题 ，核 能 发 电 将 进 入 一 个 快 速 发 展 时 期 ，用 于 核电站冷却的水 资 源 量 将 有 极 大 增 长，这 势 必 会 进 一步加剧我 国 水 资 源 的 短 缺。 因 此，为 了 达 到 节 约 水 资 源 ，同 时 减 少 环 境 污 染 的 目 标 ，核 电 站 循 环 冷 却 排污水的处理回用势在必行。
式中 Ｅ１———预处理药剂费，万元／ａ；
（２）
Ｅ２ ——— 能 源 费 ，万 元／ａ；
Ｅ３ ——— 设 备 折 旧 费 ，万 元／ａ；
Ｅ４ ——— 膜 更 换 费 ，万 元／ａ。
（１）预处理药剂费用模型。预处理过程 中 的 成
本 主 要 是 消 耗 药 剂 产 生 费 用 ，包 括 混 凝 剂 、助 凝 剂 和