美国核电厂闭式冷却水水处理的现状
摘 要：从杀菌剂和缓蚀剂两个方面介绍了在美国核电厂闭式冷却水处理的现状，为国内的电厂闭式冷却水处理提供了借鉴。
关键词：核电厂；闭式冷却水；水处理；缓蚀剂；杀菌剂
1 概述
在核电站，闭式冷却水系统（CCW）为安全相关的和非安全相关的热交换设备提供冷却水。在核电厂中对冷却水的需求并不仅限于表面式凝汽器。其他需要冷却的设备包括设备冷却系统、紧急柴油发电机夹套、封闭式冷却器和润滑油冷却器。
在大多数电核电站中，管道一般为碳钢或不锈钢。热交换器管材一般为铜合金（如海军黄铜或锌镍铜合金）或不锈钢。闭式冷却水处理的主要目的就是最大限度的减少腐蚀、控制微生物生长、控制悬浮物沉积以及防止水垢的产生等。
在核电厂，闭式冷却水的水源主要有除盐水和工业水，但是通常情况下除盐水是优先选择的补水水源[1]。
2 CCW系统微生物及污垢控制
有效的杀菌剂应至少具备以下特点：
可有效抗固着及浮游微生物，特别是在CCW系统中可有效抗引发污垢或MIC机制的菌株；
与缓蚀剂、分散剂和系统中使用的其它化学药品兼容；
在冷却水的pH值时有效；
能够渗透和分散生物质；
可持续，在系统中的同时保持其毒性。最理想的是，它应降解为不会干扰CCW系统运行的化合物；
易于降解或去活机制，便于排放；
以最大程度便于处理；
氧化型杀菌剂是其效力取决于其氧化能力的化学药品，因而，破坏有机物质。氧化型杀菌剂不常用于CCW系统，不能用于亚硝酸盐处理的系统。
非氧化剂是指对一种或多种微生物（和在某些情况下大生物体）有毒的非氧化性化学药品。
2.1 氧化性杀菌剂
氧化型杀菌剂很少用于闭式冷却水系统，常用的的氧化性杀菌剂有氯化合物（次氯酸钠、氯气等）、过氧化氢（H2O2）。
使用氯化合物将给CCW水添加大量的氯化物。适用浓度一般为1-3 ppm。过氧化氢与所有金属兼容，但氧化作用会增加黑色金属和铜合金的腐蚀率。适用浓度还没有完全确定，推荐10-100 ppm。
2.2 非氧化性杀菌剂
美国核电厂常用的非氧化性杀菌剂主要有戊二醛、异噻唑啉酮、亚甲基双（硫氰酸盐）、DBNPA（2，2-二溴-3次氮基丙酰胺）、THPS和离子四元杀菌剂。
戊二醛与常见缓蚀剂兼容，现场可用成套测试工具测量活性浓度，但是其分解会导致pH值在CCW系统中降低，为某些有机物的生长提供了养分，进而会增加CCW系统中的TOC指标；戊二醛可通过氨或胺去除活度。一般加药浓度控制在25和100 ppm之间。
异噻唑啉酮，其最大的优点加药剂量低，作用时间非常快，在抗硝化和反硝化细菌方面很有效，但是其会引发硫酸盐和氯化物，也可能引发铜，且没有现场成套测试工具。加药浓度为1-5ppm。
亚甲基双（硫氰酸盐），在低剂量时有效，属于光谱杀菌剂，易于去活和水解，生物膜穿透和不会因有其它有机物而受影响，但是重复使用会增加CCW系统的TOC含量，属于非水基产品，会引发硫酸盐，其溶剂可能含氯化物，与异噻唑啉酮一样无现场成套实用测试工具。加药浓度为1-8 ppm。
DBNPA（2，2-二溴-3次氮基丙酰胺），DBNPA的特点作用非常快，需要的剂量低，且有现场成套测试工具，但是乙二醇溶剂对CCW系统增加大量的TOC，降解产生氨，会使水中增添了溴化物。加药浓度为0.5-10 ppm。
3 缓蚀剂
在核电站，缓蚀剂类型一般有阳极型、成膜剂型和还原剂三类。其中阳极型缓蚀剂主要用于碳钢材质的CCW系统。碳钢缓蚀剂包含铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、联氨和硅酸盐。
亚硝酸盐缓蚀剂具有大量的行业成功经验，耐氯化物影响较强，但是不能抑制微生物的生长。其加药浓度为：500ppm-500ppm，pH：8.5-11.0。
钼酸盐无毒，产生的保护膜层粘性极强，但是同样不能抑制微生物生长，且价格将昂贵，易产生衰变。其正常的加药浓度范围为： 200 - 1000ppm。pH：9.0—11.0。
铬酸盐是极其有效的缓蚀剂，起杀菌剂或者生物抑制剂的作用，但是其可能会导致泵碳密封件性能下降，因此系统设计或制造时必需采取措施保持系统无泄漏；其正常的加药浓度：150 - 300ppm，pH值：8.0—11.0。
聚硅酸盐：硅酸盐的毒性较低；成膜速度较慢且膜易于被破坏。聚硅酸盐的加药量一般根据水中的无机二氧化硅含量来确定，通常控制无机二氧化硅的含量：20 - 60 ppm（有时高达200 ppm），pH：7.5-11.0。
闭式冷却水系统中采用成膜剂也是一种非常常用的水处理方法，通过维持水中药剂的含量使在钢材的表面产生一种保护膜，这层保护膜可有效的防止经受流体的腐蚀，闭式水处理系统常用的预膜剂有：甲苯基三唑、苯并三唑和含氢硫基苯并噻唑，吡咯的存在减少了沉着在钢表面的铜离子。与铬酸盐相比，吡咯的毒性较低；吡咯在分解时形成二硫化物和硫酸盐，不会对系统造成腐蚀，加药浓度：5-100 ppm，推荐的浓度范围是20-50ppm。pH值范围8.5–11.0。
电厂中采用还原剂也是一种有效的闭式水处理方法，此种处理方法在我国电厂闭式冷却水处理中也是非常常见的。联氨的处理方法不会将任何溶解固体加入待处理的水，对放射性废料离子交换的影响极小，电厂不会发生微生物问题。联氨正常加药浓度为5-50 ppm。可以将溶氧浓度减少至1–10 ppb的范围。在某些全铁合金系统中使用高达200 ppm的浓度。必须调节pH，铜合金：8.5-9.6，全铁合金系统：8.5-10.5。
4 结语
可以看出，美国核电厂闭式冷却水处理的现状和我国电厂水处理有较大的区别，本文作者希望通过相关的工程经验和相关的美国规范资料的整理能够起到抛砖引玉的作用，为国内闭式冷却水处理方式提供一定的借鉴。
参考文献：
[1]Closed Cooling Water Chemistry Guideline， Revision 1， EPRI.
[2]陈陡.火电厂闭式循环除盐冷却水AVT-O处理法的探讨[J].中国化工贸易，2013，12（12）：285-286.
作者简介： 何俊（1979-），硕士，工程师。