核電廠非放射性氨氮廢水現(xiàn)狀及處理分析

摘 要：為核電廠非放射性氨氮廢水的達標處理及廢水處理站工程的新建，分析核電廠非放射性氨氮廢水現(xiàn)狀及問題，并結(jié)合現(xiàn)有氨氮去除的工程應用方法和核電廠自身的特點，分析和論證核電廠非放射性氨氮廢水處理工藝的選擇。結(jié)果表明，非放射生活性氨氮廢水處理工藝采用傳統(tǒng)的缺氧-好氧生化法；非放射生產(chǎn)性氨氮廢水處理，直接達標排放時采用折點加氯法，回用至除鹽水系統(tǒng)時采用折點加氯法和離子交換法的聯(lián)合。

關鍵詞：核電廠；非放射性廢水；氨氮；處理工藝；現(xiàn)狀分析

中圖分類號：X799 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0170-04

Abstract： In order to achieve the standard treatment of non-radioactive ammonia nitrogen wastewater in nuclear power plants and the construction of wastewater treatment station， the present situation and problems of non-radioactive ammonia nitrogen wastewater in nuclear power plants are analyzed， and the selection of treatment process of non-radioactive ammonia nitrogen wastewater in nuclear power plants is analyzed and demonstrated in combination with the existing engineering application methods of ammonia nitrogen removal and the characteristics of nuclear power plants. The results show that the traditional anoxic-aerobic biochemical method is used for the treatment of non-radioactive domestic ammonia nitrogen wastewater. For the treatment of non-radioactive productive ammonianitrogen wastewater， the break-point chlorination method is used when it is discharged directly to the standard， and the combination of break-point chlorination method and ion exchange method is used when it is reused in the demineralized water system.

Keywords： nuclear power plant; non-radioactive wastewater; ammonia nitrogen; treatment process; current situation analysis

近年來，我國核電行業(yè)迎來新的發(fā)展高峰。2022年和2023年期間，國家分別批準了10臺新建的核電機組。與此同時，隨著核電建設數(shù)量的增加，國家及地方環(huán)保部門對核電廠非放射性排放水的監(jiān)管和控制愈發(fā)嚴格，要求核電廠非放射性排水的二類污染物含量達到國家或地方排放標準的限制。其中，含氨氮的非放射性廢水因其在核電廠的來源較多、濃度較高等原因成為核電非放射廢水處理達標排放的一個重要關注指標。

本文通過對核電廠非放射性氨氮廢水的來源、水質(zhì)水量特點及處理現(xiàn)狀進行分析，并結(jié)合現(xiàn)用常用的廢水氨氮去除技術，提出了非放射性氨氮廢水的處理工藝及方法，為核電廠非放射性廢水氨氮的達標處理提供設計及運行參考。

1 核電廠非放射性氨氮廢水現(xiàn)狀及問題

核電廠非放射性氨氮廢水包括生活性氨氮廢水和生產(chǎn)性氨氮廢水，前者即核電廠的生活污水，后者可分為電廠正常運行期間產(chǎn)生的氨氮廢水和電廠調(diào)試檢修期間產(chǎn)生的氨氮廢水。

核電廠產(chǎn)生的非放射性氨氮廢水的來源、特點及處理現(xiàn)狀見表1。

隨著我國環(huán)保政策的實施，要求現(xiàn)有和新建核電廠對非放射性廢水進行雨污水分流改造和設計，直接導致現(xiàn)有直排廠區(qū)管網(wǎng)方式不能再執(zhí)行，并要求核電廠新建非放射性廢水處理站，對非放射性廢水進行達標處理后排放或者回用。

2 污廢水氨氮處理方法

含氨氮污廢水的處理方法主要包括物化法和生化法，對于高濃度的含氨氮污廢水，需要采用2種方法的聯(lián)合或者某一方法的多種工藝聯(lián)合。

2.1 生化法

生化法處理氨氮污廢水是利用微生物的代謝過程，使污廢水中的氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣（或少部分氣態(tài)氮化物）而去除。目前，已在工程上實現(xiàn)較多應用的去除氨氮的生化法主要有缺氧/好氧（A/O）工藝[1-3]、序批式活性污泥（SBR）工藝[4-6]、短程硝化反硝化（SHARON）工藝[7-8]，以及厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝等[9-10]。

A/O、SBR、SHARON的原理基本一致，主要包括以下2個步驟：①污廢水中的氨氮在（亞）硝化細菌的作用下，利用水中的氧氣作為電子受體，轉(zhuǎn)化為（亞）硝酸鹽，即（亞）硝化過程；②污廢水中的（亞）硝酸鹽在反硝化細菌的作用下，在缺氧狀態(tài)下，轉(zhuǎn)化為氮氣和氣態(tài)氮化物，即反硝化過程。

ANAMMOX的原理則是在厭氧氨氧化細菌的作用下，在厭氧條件下，以氨氮作為電子受體，（亞）硝酸鹽作為電子供體，使氨氮和硝酸鹽均轉(zhuǎn)化為氮氣的過程。與其他3種工藝相比，厭氧氨氧化工藝具有顯著的技術優(yōu)勢，包括較低的曝氣能耗、幾乎無須碳源、減少堿度消耗量，以及降低剩余污泥的處理和處置成本等。厭氧氨氧化工藝具有顯著的優(yōu)點，如能耗、藥耗、產(chǎn)泥量少。然而，它也存在一些缺點，如污泥培養(yǎng)慢、反應周期長等。

生化法去除污廢水中的氨氮，無須外加藥劑，運行成本低，節(jié)能環(huán)保，可以將氨氮轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮氣實現(xiàn)最終去除。但由于是依靠微生物自身的代謝作用，一是需要較長的反應時間，導致首次或停運后再運行啟動時間長，占地面積較大；二是需要提供一定的可生物降解有機物，供微生物利用；三是微生物自身耐受氨氮質(zhì)量濃度有限（一般不超過300 mg/L），處理高質(zhì)量濃度氨氮有一定的局限性。

2.2 物化法

物化法處理氨氮廢水是利用物理、化學的方法，使污廢水中的氨氮被吸附或轉(zhuǎn)化為氮氣或生成沉淀等而去除。目前，已在工程上實現(xiàn)較多應用的去除氨氮的生化法主要有吹脫法、折點加氯法、離子交換法，此外，化學反應沉淀法也有少量的應用。

2.2.1 吹脫法

吹脫法的原理是利用氨氮溶解的動態(tài)平衡，以及氨氮的平衡濃度與實際濃度之間的差值，在弱堿性條件下，通過向污廢水中通入空氣，破壞原有的平衡態(tài)，使反應向左側(cè)移動，同時由于該過程空氣中氨氣的濃度一直小于平衡濃度，因此，水中的氨氮會通過氣水界面進入空氣中從而去除氨氮。氨氮溶解的動態(tài)平衡如下

NH3+H2O？葑NH4++OH-。

吹脫法適用于中高濃度氨氮的去除，其操作簡單，運行成本較低，但氨氮從液相轉(zhuǎn)到氣相后，需要配套二次吸收、中和、最終處理等措施；此外，吹脫法受溫度、pH、氣液比影響特別大，冬季處理效果相對較差[11-13]。

2.2.2 折點加氯法

折點加氯法的原理是利用氨氮的還原性和有效氯（次氯酸鈉）的氧化性發(fā)生氧化還原反應，將氨氮氧化為氮氣而去除。所謂折點，就是當污廢水中有效氯投加到某一量值點時，氨氮含量0 mg/L（或最低），游離性余氯含量也最低。當有效氯投入量超過該折點后，水中的游離性余氯含量會上升。在折點時，污廢水中的氨氮被氧化成氮氣被去除，具體的過程方程式如下

NH3+ClO-→NH2Cl+OH-，

NH2Cl+ClO-→NHCl2+OH-，

NH2Cl+NHCl2→N2↑+3H++3Cl-。

折點加氯法去除水中的氨氮反應速度快，時間較短，操作便捷，效果穩(wěn)定，能夠使氨氮轉(zhuǎn)化為無毒無害的氮氣實現(xiàn)最終去除，可用于不同濃度氨氮的去除；但反應過程受一定的溫度、pH影響，并且反應中過量的余量投加，需配置還原劑將其處理達標[14-15]。

2.2.3 離子交換法

離子交換的原理是利用陽離子交換樹脂（H型或Na型），將NH4+與樹脂陽離子進行交換，從而將NH4+去除，方程式如下

R--H++NH4+→R--NH4++H+

或R--Na++NH4+→R--NH4++Na+。

離子交換樹脂在達到交換容量后需要對其進行再生處理，需配置整套樹脂再生單元，再者，樹脂在達到使用壽命后需要進行更換，樹脂的價格較高，因此，該方法相對投資高、運行復雜；然后，再生廢液需要進行二次處理后方可排放；最后，實際污廢水中，尤其是工業(yè)廢水，往往含有復雜的陽離子成分，會影響氨氮的交換效果。因此，受制于以上局限性，工程上離子交換法一般用于雜質(zhì)離子少的低濃度氨氮廢水處理[16]。

2.2.4 化學反應沉淀法

化學反應沉淀法是利用可溶性沉淀劑鎂鹽、磷酸鹽與NH4+反應生成難溶性MgNH4PO4·6H2O（MAP）沉淀，然后通過沉降作用從污水水中分離，使氨氮從液相轉(zhuǎn)到固相從而將氨氮去除，方程式如下

Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓。

化學反應沉淀法適用于中高濃度氨氮的去除，工藝簡單、反應快、操作簡便，對于污廢水有同時脫氮除磷的需求也比較適用。但反應過程受pH的影響，且需要配套沉淀分離設備，單獨去除氨氮時使用大量的化學藥劑，導致成本偏高，另外，沉淀產(chǎn)物MAP在工程上得不到太廣泛的利用，也是限制該方法的一個重要因素[17-18]。

3 核電廠非放射性廢水氨氮處理工藝分析及選擇

3.1 生活性氨氮廢水處理工藝

因核電廠的生活污水與常規(guī)市政生活污水差異性不大，目前，核電廠設計有生活污水處理站，大多通過采用傳統(tǒng)的缺氧-好氧工藝實現(xiàn)污水的脫氮處理，排水指標能夠滿足國標或者地方標準的要求[19-20]。

3.2 生產(chǎn)性氨氮廢水處理工藝選擇

根據(jù)核電廠生產(chǎn)性非放射性氨氮廢水的水質(zhì)進行廢水氨氮處理工藝的選擇。因該廢水中幾乎不含有可降解性有機物，生化性差，因此，不能采用生化法進行脫氮處理。

根據(jù)核電廠生產(chǎn)性非放射性氨氮廢水的水量特點，氨氮廢水、磷酸鹽廢水不同時段排放，單獨考慮去除氨氮，采用化學反應沉淀法需額外投加磷酸鹽，成本較高，沉淀產(chǎn)物無理想的利用渠道，因此，不建議采用該方法。

采用吹脫法去除核電廠生產(chǎn)性氨氮，需要配套曝氣系統(tǒng)，需要將空氣帶出的氨氣二次處理，仍需配套處理設備，成本投入較大，因此，不建議采用該方法。

核電廠新建非放射性污水處理站根據(jù)不同排水去向采用如下方法：要求達標排放時，采用折點加氯法去除氨氮；要求回用至除鹽水系統(tǒng)時，先采用折點加氯閥將氨氮降至低濃度，然后采用離子交換進一步去除氨氮至少于0.5 mg/L，回用至除鹽水系統(tǒng)。采用上述方法是統(tǒng)籌考慮核電廠水島的設計及布置。首先，核電廠的海水淡化系統(tǒng)設計有10%的次氯酸鈉溶液，可以將該溶液直接引至廢水處理站使用，且核電廠設計有制氯站，保證有次氯酸鈉可以直接使用；其次，折點加氯法可以將氨氮直接氧化為無毒無害的氮氣去除，無須過多的配套設備設計，節(jié)約成本；最后，離子交換法產(chǎn)生的再生廢水可引至除鹽水系統(tǒng)隨除鹽水系統(tǒng)的離子交換樹脂再生廢水一并處理，也可降低成本。

4 結(jié)束語

由于國家環(huán)保政策的實施，國家和地方環(huán)保部門對核電廠非放射性排放水的監(jiān)管和控制愈發(fā)嚴格，核電廠非放射性氨氮廢水，尤其是生產(chǎn)性氨氮廢水的處理迫在眉睫。雖然處理氨氮廢水的方法有多種，并且實現(xiàn)工程應用，但對于核電廠來說，仍是一種新建工程。考慮到核電廠的特殊性，不可盲目選取，需根據(jù)自身的特點進行針對性分析和目的性、經(jīng)濟性的選擇。

結(jié)合核電廠自身整個水島系統(tǒng)的設計和布置，選用折點加氯法作為氨氮去除的主工藝技術具有明顯的優(yōu)越性，并且聯(lián)合離子交換法使用，可使非放射性生產(chǎn)性的氨氮廢水經(jīng)處理后回用至除鹽水系統(tǒng)，實現(xiàn)核電廠水資源的綜合利用，節(jié)約核電廠的淡水資源。

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