壓水堆核電廠去除110mAg的影響因素研究

鄒世偉 張慶亮 范錫文

【摘 要】中核運行秦二廠放射性廢液處理系統對廢液中放射性核素110mAg的去除效率多次突然降低，影響了放射性流出物的排放。本文根據110mAg現狀和問題分析，在電廠化學實驗室建立試驗裝置，模擬現場進行流速、pH、濾膜孔徑和過濾時間等因素的針對性試驗，發現了樹脂對110mAg核素去除效率的變化規律，提出了降低廢液處理流速、減小過濾器孔徑和延長廢液凈化時間等提高110mAg核素去除效率的方法。

【關鍵詞】放射性廢液處理;110mAg;膠體;樹脂

中圖分類號： TM623;TL94 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）03-0173-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.071

Study on Factors Affecting the Removal of 110mAg From PWR Nuclear Power Plants

ZOU Shi-wei ZHANG Qing-liang FAN Xi-wen

（CNNP Nuclear Operations Management Co.，Ltd，Haiyan Zhejiang，314300 China）

【Abstract】The removal efficiency of 110mAg in waste liquid in the radioactive waste liquid treatment at Qinshan Nuclear Power Plant Phase II of CNNO has been reduced many times，affecting the discharge of radioactive effluent.In this paper，based on the analysis of the current situation and problems of 110mAg，a test device was set up in the chemical laboratory of the power plant to simulate the on-site targeted tests on factors such as flow rate、pH、filter membrane aperture and filtration time.The change rule of the removal efficiency of 110mAg by resin was found，and the methods to improve the removal efficiency of 110mAg by reducing the flow rate of waste liquid treatment，reducing the pore size of filter and extending the purification time of waste liquid were put forward.

【Key words】Radioactive waste liquid treatment;110mAg;Colloidal;Resin

0 前言

在核電廠，銀材料在一回路系統的使用產生了110mAg放射性核素。廢液中放射性核素110mAg，在放射性活度測量中，110mAg對總γ放射性的貢獻是3.2倍，其去除效率直接影響到放射性流出物的排放。壓水堆核電廠廢液處理系統通過過濾器加陽樹脂床和混合樹脂床的組合方式對放射性廢液進行凈化，使其滿足排放規范要求。但是中核秦山第二核電廠多次出現放射性廢液處理系統對110mAg凈化效率降低的問題，本文通過實驗室建立試驗裝置，模擬現場進行流速、pH、濾膜孔徑和過濾時間等因素的針對性試驗，為提高放射性廢液處理系統除110mAg效率提供參考數據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗溶液：含110mAg的放射性樣水100L。試驗材料：Amberlite IRN9882大孔型混合樹脂，200ml Amberlite IRN9766大孔型陰樹脂200ml， Amberlite IRN77凝膠型陽樹脂200ml，濾膜（0.22μm、0.45μm、1.2μm、2.0μm、5μm、20μm），NaOH固體，98%硫酸溶液。試驗器具：正壓抽濾裝置、含30ml樹脂柱4根，蠕動泵1臺，100ml燒杯4個，250ml玻璃燒杯4個，17ml取樣瓶100個。試驗儀器：ORTEC高純鍺譜儀，電導率儀，pH儀

1.2 試驗方法

（1）孔徑對濾膜除110mAg的影響試驗：在一定壓力一定流速下，同一水樣經過不同孔徑的濾膜，測量濾膜出口分析110mAg的放射性活度，與原水進行比較，分析孔徑變化對濾膜除110mAg效率的影響。

（2）pH對濾膜除110mAg的影響試驗：改變同一水樣的pH，在一定壓力一定流速下，經過不同孔徑的濾膜，通過濾膜出口分析110mAg的放射性活度，與原水進行比較分析pH對濾膜除110mAg效率的影響。

（3）流速對樹脂除110mAg的影響試驗： 同一樣品在不同流速下通過樹脂柱，通過樹脂柱出口分析110mAg的放射性活度，與原水進行比較分析不同流速對樹脂除110mAg的影響。

（4）過濾時間對樹脂除110mAg的影響試驗：在一定流速下，延長樹脂柱的過濾時間，在樹脂柱出口分析110mAg的放射性活度，與原水進行比較觀察樹脂隨過濾時間其除110mAg的效率變化，找到過濾時間對樹脂除110mAg的影響。

1.3 試驗內容

首先進行孔徑對濾膜除110mAg的影響試驗，從其中選擇除110mAg效率較好的幾種孔徑濾膜，再配制不同濃度的硫酸溶液和氫氧化鈉溶液與樣水混合配制出不同pH的溶液，將不同pH的樣水通過不同孔徑的濾膜。

樹脂柱填充參照放射性廢液處理系統現場比例，即IRN77和IRN9766采用1：1填充，IRN9882單獨填充。

樣水采用不同流速通過樹脂柱時應考慮到放射性廢液處理系統的工況限制，正常運行流速為實際最小流速為2t/h，最大流速為16t/h，本文所示流速均根據樹脂柱比例換算為實際工況的值。

2 結果與討論

2.1 孔徑對濾膜除110mAg的影響

從表1數據可以看出，濾膜孔徑對110mAg去除效率影響較大。孔徑為5μm及以上的濾膜對110mAg基本沒有去除作用，減小濾膜孔徑至0.22μm可提升去除效率達到50%以上。

2.2 pH對濾膜除110mAg的影響

如圖1所示，在一定壓力、流速下，不同pH的樣品經過一定孔徑的濾膜，過濾效率影響很大，酸性及堿性條件下，過濾效果都得到了提高。在水體中以膠體形式存在的放射性物質，隨著pH的變化，膠體的直徑也隨著變化。溶液pH<6時，隨著pH的降低，過濾效果有一定波動，總體效率不高;pH=6時過濾效果最差;在pH=9時過濾效果最好，pH繼續增大過濾效果并沒有明顯提高。

試驗表明，溶液pH調節到8-9時各孔徑濾膜對110mAg的去除率都有提升，對于孔徑為0.45μm到1.2μm的濾膜甚至可以達到70%以上，且溶液pH也滿足廢液排放標準。現場運行期間在更換為小孔徑過濾器的情況下，可對溶液采取添加酸堿的方式調節pH至8-9，這樣可以使過濾器達到最理想的過濾效果。

2.3 流速對樹脂除110mAg的影響

由圖2可以看出，樹脂對廢液中放射性核素110m Ag的去除效率與流速存在較大的關系，隨著流速的加大去除效果變差，流速在2t/h（系統正常運行的流量一半時），其對110mAg的去除效率能達到95%，流速大于4t/h時，對110mAg基本沒有去除能力。流速影響110mAg與樹脂的離子交換或吸附時間，流速大，離子交換或吸附不充分，對110mAg的去除效率低;流速小，110mAg與樹脂的交換或吸附充分，去除效率高。

試驗表明，適當降低運行流量可提高除鹽床對110mAg的去除效率。根據法國核電廠運行經驗，2.0～3.5t/h較好，實驗室試驗結果表明，流量在2.0t/h時對110mAg的去除效率可達90%以上。流量過低也有一定弊端，會造成泵的氣蝕或管道的震動，也會增加廢液的處理時長。

2.4 過濾時間對樹脂除110mAg的影響

實驗室模擬的工作曲線和該批次樣水在放射性廢液處理系統凈化的現場工作曲線吻合。在前7小時，除鹽床出口的放射性和110mAg含量都是呈上升趨勢，既除鹽床對110mAg的去除效率是逐漸降低的;但是隨著過濾時間的增加，其出口的放射性和110mAg含量也慢慢的降低，約在45小時后達到可排放的限值以下。

試驗表明，對于一些含有110mAg且較難去除的廢水，除鹽床運行前7小時凈化效率有緩慢下降趨勢，但在后續時間里面，運行時間和凈化效率是呈正比的，運行時間越長，凈化效率越高。

這樣的運行方式處理時間相對較長，但可以有效的解決110mAg膠體去除效率低的問題。

3 結論

通過秦二廠放射性廢液處理系統處理系統110mAg現狀和問題進行分析，并在電廠化學實驗室進行針對性的試驗，結合電廠實踐經驗，提出了一系列提高110mAg去除效率的方案：

（1）采用孔徑約為1μm的過濾器，并調節廢液pH至8-9可明顯提高除110mAg效率。

（2）降低廢液處理凈化流速可以提高除110mAg效率，建議采用2t/h流量。

（3）延長除鹽床凈化時間可提高樹脂樹脂除110mAg效率，并更加可靠的對樹脂床的失效做出判斷。

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