放射性廢液中Ag含量高問題處理

薛躍幫 高云強 魏鐸

摘 要? 本文講述了某核電廠廢液處理系統在實際運行中遇到的問題，針對放射性廢液處理系統運行期間出現的廢液放射性含量高問題進行分析，找出根本原因并給出處理措施，為運行電廠和在建電廠提供經驗，最終達到“節能減排”的目的。

關鍵詞? 110mAg;樹脂;放射性;放射性活度

中圖分類號： X703文獻標識碼： A

0 前言? 放射性廢液處理系統處理后的廢液放射性活度的最小化是核電廠三廢運行目標，同時又減少廢固的產生量，這些數值都關系到環境安全與核電廠的經濟效益。以某核電廠為例，介紹排放廢液中110Ag含量高問題以及改進措施，從而積累運行經驗，確保系統運行可靠，提高公眾的信任度，增加電廠的經濟效益。

1 110mAg簡介

天然銀由穩定的107Ag和109Ag組成，其中109Ag占49%。在核電廠一回路中，109Ag在中子照射下，生成110mAg，其活化反應式為：

109Ag（n，γ）→110mAg

110mAg的半衰期為249.78天。

2 廢液處理后放射性含量高問題

在向環境排放的廢液中，110mAg主要來自一回路的泄漏水、硼回收系統主動排氚水、設備檢修疏水以及放射性除鹽床樹脂沖洗水等。圖1是某核電廠向環境排放廢液中所監測110mAg的放射性比活度及其占電廠液態流出物除氚外核素放射性的比例。

圖1 液態流出物中110mAg的含量和放射性比例

由于壓力容器O型密封環及部分墊片含Ag，在高溫狀態下，部分Ag進入一回路冷卻劑系統，主回路中的Ag最高可達70～80MBq/m3。

在一般情況下，110mAg以膠體態存在，僅僅通過普通樹脂無法將其取出，110mAg仍然遺留在處理后的水中，這將導致經過除鹽處理后的廢液放射性仍然較高。

3 處理110mAg方案的分析

3.1 源頭上消除Ag

反應堆本體密封面設計為含有Ag的密封面，無法更換成其他材質密封面，因此導致部分Ag在高溫環境下被氧化，從而進入一回路，因此無法從源頭上進行消除，我們只能尋求其他方法進行消除110mAg。

3.2 放射性110mAg運行過程中消除

一回路冷卻劑正常運行期間通過化學容積控制系統進行凈化，因此可以考慮通過化學容積控制系統的除鹽床進行凈化，化學容積控制系統現有的過濾器和除鹽床對110mAg凈化能力較差，將除鹽單元中的過濾器濾芯更換成較細的濾芯，提高對懸浮物和細小顆粒的過濾效果，降低110mAg進入除鹽床中的數量，通過更換新型去污因子高的樹脂，提高110mAg的處理能力，需要試驗進行驗證。

3.3 放射性110mAg的后續處理

廢液處理系統有蒸發單元和除鹽單元，過蒸發單元進行處理量為3.5t/h，除鹽單元處理能力為10t/h。蒸發單元處理主要處理高放射性和含鹽量較高的廢液，如果所有放射性110mAg通過蒸發單元進行處理，將大大增加蒸發單元的負荷，無法完全處理所有放射性110mAg;除鹽單元主要處理高放射性且含鹽量較低廢液，可以通過更換新型去污因子高的樹脂降低流出物的放射性比活度，但是更換后的樹脂交換容量將降低，導致產生的固體廢物增多。

綜上所述，前期控制無效，后端控制將導致固體廢物量增加，因此更換化學容積控制系統過濾器濾芯和除鹽床樹脂是最為合理的方式。

4 改進措施

4.1 減小除鹽床前后過濾器孔徑

根據110mAg的特性，其在電廠運行產生的廢液中主要以膠體態存在，膠體的顆粒直徑在10-6～10-4mm之間。電廠放射性除鹽床的上游過濾器的過濾直徑為5μm，下游為25μm，因此，過濾器無法滯留110mAg膠體。根據法國電力公司的運行經驗，如果過濾器的過濾直徑小于0.1μm，則對110mAg的去除效率可接近100%。

減小化學容積控制系統除鹽床上游過濾器的過濾直徑是解決110mAg問題的方法之一。但是，如將除鹽床上游過濾器過濾直徑直接改成0.1μm，濾芯節流的異物較多，在正常運行中易堵塞會影響系統運行，因此僅僅將濾芯由原來的5μm改為1μm。

4.2 更換化學容積控制的新型樹脂

通過調研，市場上有新型樹脂，可以有效地去除水中110mAg的化合物，某公司新型核級樹脂（樹脂型號：IRN9766）是針對以膠體形態存在于水中的110mAg化合物而設計的大孔型陰樹脂，樹脂內部具有三維空間立體孔結構。工藝上為篩選出的優質制造單體構造合適的孔結構和孔徑，使樹脂具備吸附和交換功能，其陰樹脂具有比表面積大、交換速度快、抗污染能力強、吸附容量大的特點。

為進一步驗證不同樹脂對去除110mAg的效果，在實驗室進行了 IRN77、IRN9882和IRN9766三種樹脂去除110mAg的效率比對實驗。試驗結果見表1。

表1 樹脂去除110mAg的對比

根據試驗數據，得出以下結論：

（1）IRN77強酸陽樹脂對110mAg核素的去除效率很低（40%左右）。

（2）IRN9882混床大孔樹脂對110mAg核素的去除率較高（99%以上）。

（3）IRN77強酸陽樹脂+IRN9766強堿陰樹脂對110mAg的去除率較高（99%以上）。

凝膠型樹脂對110mAg去污因子低，抗污染能力差，因此在試驗中對110mAg的去除率較低，混床打孔樹脂雖然對110mAg的去除率較高，但是樹脂交換容量較低，如果長時間使用將無法滿足使用要求，因此采用IRN77強酸陽樹脂+IRN9766強堿陰樹脂是最為合適的方式。

5 總結

經過實驗室的對比試驗，通過更換更小的過濾器濾芯和新型樹脂，可以有效地降低廢液中的110mAg含量，某核電廠通過將樹脂床入口濾網更換為1μm，樹脂采用IRN77強酸陽樹脂+IRN9766強堿陰樹脂，機組啟動后，化學容積控制系統除鹽單元運行穩定，一回路產生的放射污水中110mAg的含量大大降低，同時放射性污水的放射性也大大降低，減少對環境的影響，同時提高電廠三廢管理水平，達到“節能減排”的目的。

參考文獻

[1]陳濟東.大亞灣核電站系統及運行.北京：原子能出版社，1994.

[2]羅上庚.放射性廢物處理與處置，中國環境科學出版社，2007.