放射性废水的处理--膜分离技术在核电站安全领域的作用

作者：北京美华博大环境工程公司

欢迎访问e展厅 展厅 3 环保设备/水处理设备展厅 噪音控制, 紫外线杀菌器, 反渗透装置, 粉尘过滤器, 除尘器, ... 2011年3月11日在日本本州岛附近海域发生了9.0级强烈地震，正在人们惊叹于大自然力量并为受灾地区的人们祈福的同时，一则有关福岛核电站出现故障的消息愈发引人关注。随着信息的逐步披露，核电站在自然灾害下的安全问题越来越成为人们议论的中心话题。我们的核电是如何规划的？核电站到底是如何工作的？放射性废水是否可以处理？这些问题一定萦绕在很多人的心头。本文将简单介绍一下核电站的工作原理以及放射性废水处理技术。 在我国以煤炭为主要原料的火力发电长期占据了80%以上的份额，预计2020年的电煤消耗量将突破20亿t。但是我国提出了到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降40%~45%的目标，这就必须调整能源结构，发展除化石能源以外的新能源已经成为迫在眉睫的课题。在众多新能源中，核能已成为人类使用的重要能源之一，核电也是电力工业的重要组成部分。由于核电不造成对大气的污染排放，在人们越来越重视地球温室效应、气候变化的形势下，积极推进核电建设，已经成为我国能源建设的一项重要政策，对于满足经济和社会发展不断增长的能源需求，保障能源供应与安全，保护环境，实现电力工业结构优化和可持续发展，提升我国综合经济实力、工业技术水平和国际地位，都具有重要的意义。按照国家核电中长期发展规划，到2020年我国核电投入运行总规模将达到4496.8万kW，占电力总装机容量的5%，相比2005年全球核能发电量占总发电量17%的比例仍有很大差距。 核电站的工作原理以及水系统的作用 核电站像大多数其他工业设施一样，在建设、运行过程中需要水资源。如图1所示的核电站生产过程中，很多组成部分均与水系统相关。 从水处理的角度出发，我们可以将核电站与水系统相关的部分分为给水处理和排水处理。其中，给水处理包括： ●位于核岛内第一回路的、主要由脱盐水组成的冷却液。核电站投运时需要制备脱盐水作为第一回路冷却液。在运行过程中，随着负荷调整等动作，也需要对冷却液中的脱盐水进行补充。 ●实际参与做功的、位于第二回路的脱盐水。对这部分脱盐水的要求与大多数火力发电厂对锅炉补给水的要求类似，在核电站启动之初以及运行期间均需要制备。 ●在汽轮机中做功后的乏蒸汽冷凝液的处理。蒸汽发生器将第一回路中冷却液带出的热量交换给第二回路中的脱盐水，并形成高温高压蒸汽推动汽轮机做功发电，做功后的乏蒸汽通常被凝结成水，经过处理后再次进入蒸汽发生器形成蒸汽做功。 ●汽轮机发电时需要的冷却水。当核电站位于海边时，通常会采用海水直接冷却的方法，这时作为冷却水的海水一般不需要进行特别处理。但是，一但在内陆或远离海岸线的位置兴建核电站，就只能采用地表水，如：河水、湖泊水、水库水等，作为冷却循环水的水源，由于地表水资源不像海水那样丰富，因此就需要让冷却水在系统内进行循环，以减少循环水的消耗量。通常火力发电厂冷却循环水的浓缩倍数约在4~5倍之间，这就要求对冷却循环水及其补水进行处理，以保证在高浓缩倍数时不影响系统的安全运行。 排水处理包括以下方面： ●核反应推冷却液的排放。在核反应堆调整负荷或起停车时，均会有一定量的冷却液排出。这部分水中的微量杂质受到核反应堆中中子的照射会产生活化产物，具有一定的放射性，需要进行处理。 ●核反应堆乏燃料储存池废水。经过裂变反应的核燃料取出后需要保存在储存池中用水浸泡。通常这部分废水具有较小的放射性，但是如果核燃料元件发生破损事故，则会有大量裂变产物进入水中，形成较强放射性的废水。 ●其他低放射性废水。核电站中经常需要大量的冲洗水以及一些用于降低核岛温度的冷却水，这部分废水也具有较低的放射性，同样需要进行处理。 ●其他和核燃料制造和处理相关的废水。如果核电站配套有核燃料制造工厂或核废料（乏燃料）后处理，则会产生放射性较强的废水。 除以上需要进行处理的水以外，由于核电站很多建设在相对偏僻的区域，驻地生活用水，包括：饮用水和生活杂用水都需要依据核电站选址的水质情况进行处理。此外，其他生产和生活排放污水，例如：生活区和医院等的排污水，也均需要进行处理。 在考虑核电站的水系统时，只有整体考虑核电站各个环节的用水需求，同时兼顾用水安全和生产安全，才能做到既保证供、排水达标，满足生产和生活的需要，又能够节约有限的水资源。依据建设于不同位置的核电站，其周围水环境特点的不同，我们将分别进行讨论。 核电站水处理工艺方案 建于海边的核电站 建于沿海的核电站周围最丰富的水资源就是海水。目前很多核电站均采用海水作为冷却介质。在淡水资源相对丰富的地区尚未采用海水作为制备脱盐水的水源，但是在北方缺水地区或其他具备条件的地区，海水在用于冷却水的同时也成为制备脱盐水的主要水源。采用海水淡化技术制备脱盐水，不但产水水质稳定，而且作为水源，海水受季节、气候的影响很小，在出现干旱等自然灾害时，海水淡化仍能保证核电站的用水安全。 图2所示流程具有以下特点： ●海水淡化装置的进水采用海水直冷系统的排放海水，可以有效提高海水的水温，不论海水淡化工艺采用膜法（SWRO）还是热法（MED 或MSF），均可以节省能源降低制水成本。尤其是在冬季寒冷的北方，冬季海水水温常常低于冰点，直接取低温海水进行淡化就必须对其升温，从能耗角度就不划算了。 ●海水淡化装置对海水脱盐后，将会产生高浓度的浓海水，例如：采用膜法脱盐的装置，其排出浓海水的含盐量约是去用海水含盐量的一倍。海水的平均含盐量如果是35000mg/L的话，经过膜法处理后将会排放出含盐量约为70000mg/L的浓海水，而且该浓海水的水量约为取水水量的一半。这股浓海水一旦直接排入大海，将会对该海域水生生物造成严重伤害，破坏附近海域的生态平衡。很多国家和地区对海水淡化装置产生的浓海水排放有严格的要求，例如：在日本冲绳县的40000m3/d海水淡化厂，由于该海域周边为热带珊瑚生物群，日本政府对浓海水排海有严格限制，该项目在实施过程中，采用了新颖的浓海水排放设备，满足了环境要求，但是大大增加了建设成本，使吨水投资增加到7000美元。采用如上图所示的浓海水混合方法后，由于浓海水的水量远远小于海水直冷后排海的海水量，因此可以直接在混合池稀释浓海水，使最终排回海洋的海水含盐量基本不变，既节省了投资又保护了海洋环境。 ●生活区用水可以采用海水淡化装置的产品水，不必兴建其他水处理设施，也不必从环境取水。 ●排入污水处理厂的生活污水和不含放射性或低放废水，经过处理后达标排放。其中部分废水可以经过深度处理，作为杂用水回用于灌溉、绿化、冲洗以及冲厕等用途。减少、甚至不从环境获取额外的水源。 建于内陆的核电站 建于内陆的核电站与海边的核电站在用水方面存在较大的区别。其中最重要的区别在于冷却循环水系统，位于海边的核电站可以选择海水作为冷却介质，但是在内陆建设核电站时，只能选择地表水作为冷却循环系统的水源。与选择海水不同，采用地表水作为冷却循环水时，必须考虑循环使用，只有这样才能最大限度的减少取水量，目前常规冷却循环系统的浓缩倍数均接近4~5倍，这就要求对循环水进行一定的处理后才能使用，而且在浓缩倍数达到一定程度时，排放部分循环水，这部分循环水需要经过处理后才能回用或者排入环境。内陆采用地表水作为循环水的核电站的水系统如图3所示。 这个水系统同样具备一些特点： ●依据取水水源、水质的不同，采用不同工艺处理冷却循环系统的补给水。 ●冷却循环系统塔底排污水可以经反馈编码A120429过处理后循环回用。 ●最终废水可以进入“排放水处理车间”，采用絮凝、软化、浓缩和蒸发等工艺进行“零排放”处理，使污染物最终形成固体废弃物填埋。 ●同样，排入污水处理厂的生活污水和不含放射性或低放废水，经过处理后达标排放。其中部分废水可以经过深度处理，作为杂用水回用于灌溉、绿化、冲洗以及冲厕等用途。减少、甚至不从环境获取额外的水源。 核电设施的安全是不容忽视的重大民生问题，一旦发生放射性物质泄露事故造成的对环境和生态的伤害可持续几十年。放射性废水的处理主要采用离子交换树脂和膜分离技术。随着膜技术的日趋成熟，其在核电放射性废水处理中的作用越发明显。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/15/2013)