压水堆核电厂去除110mAg的影响因素研究

邹世伟 张庆亮 范锡文

【摘 要】中核运行秦二厂放射性废液处理系统对废液中放射性核素110mAg的去除效率多次突然降低，影响了放射性流出物的排放。本文根据110mAg现状和问题分析，在电厂化学实验室建立试验装置，模拟现场进行流速、pH、滤膜孔径和过滤时间等因素的针对性试验，发现了树脂对110mAg核素去除效率的变化规律，提出了降低废液处理流速、减小过滤器孔径和延长废液净化时间等提高110mAg核素去除效率的方法。

【关键词】放射性废液处理;110mAg;胶体;树脂

中图分类号： TM623;TL94 文献标识码： A 文章编号： 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

在核電厂，银材料在一回路系统的使用产生了110mAg放射性核素。废液中放射性核素110mAg，在放射性活度测量中，110mAg对总γ放射性的贡献是3.2倍，其去除效率直接影响到放射性流出物的排放。压水堆核电厂废液处理系统通过过滤器加阳树脂床和混合树脂床的组合方式对放射性废液进行净化，使其满足排放规范要求。但是中核秦山第二核电厂多次出现放射性废液处理系统对110mAg净化效率降低的问题，本文通过实验室建立试验装置，模拟现场进行流速、pH、滤膜孔径和过滤时间等因素的针对性试验，为提高放射性废液处理系统除110mAg效率提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验溶液：含110mAg的放射性样水100L。试验材料：Amberlite IRN9882大孔型混合树脂，200ml Amberlite IRN9766大孔型阴树脂200ml， Amberlite IRN77凝胶型阳树脂200ml，滤膜（0.22μm、0.45μm、1.2μm、2.0μm、5μm、20μm），NaOH固体，98%硫酸溶液。试验器具：正压抽滤装置、含30ml树脂柱4根，蠕动泵1台，100ml烧杯4个，250ml玻璃烧杯4个，17ml取样瓶100个。试验仪器：ORTEC高纯锗谱仪，电导率仪，pH仪

1.2 试验方法

（1）孔径对滤膜除110mAg的影响试验：在一定压力一定流速下，同一水样经过不同孔径的滤膜，测量滤膜出口分析110mAg的放射性活度，与原水进行比较，分析孔径变化对滤膜除110mAg效率的影响。

（2）pH对滤膜除110mAg的影响试验：改变同一水样的pH，在一定压力一定流速下，经过不同孔径的滤膜，通过滤膜出口分析110mAg的放射性活度，与原水进行比较分析pH对滤膜除110mAg效率的影响。

（3）流速对树脂除110mAg的影响试验： 同一样品在不同流速下通过树脂柱，通过树脂柱出口分析110mAg的放射性活度，与原水进行比较分析不同流速对树脂除110mAg的影响。

（4）过滤时间对树脂除110mAg的影响试验：在一定流速下，延长树脂柱的过滤时间，在树脂柱出口分析110mAg的放射性活度，与原水进行比较观察树脂随过滤时间其除110mAg的效率变化，找到过滤时间对树脂除110mAg的影响。

1.3 试验内容

首先进行孔径对滤膜除110mAg的影响试验，从其中选择除110mAg效率较好的几种孔径滤膜，再配制不同浓度的硫酸溶液和氢氧化钠溶液与样水混合配制出不同pH的溶液，将不同pH的样水通过不同孔径的滤膜。

树脂柱填充参照放射性废液处理系统现场比例，即IRN77和IRN9766采用1：1填充，IRN9882单独填充。

样水采用不同流速通过树脂柱时应考虑到放射性废液处理系统的工况限制，正常运行流速为实际最小流速为2t/h，最大流速为16t/h，本文所示流速均根据树脂柱比例换算为实际工况的值。

2 结果与讨论

2.1 孔径对滤膜除110mAg的影响

从表1数据可以看出，滤膜孔径对110mAg去除效率影响较大。孔径为5μm及以上的滤膜对110mAg基本没有去除作用，减小滤膜孔径至0.22μm可提升去除效率达到50%以上。

2.2 pH对滤膜除110mAg的影响

如图1所示，在一定压力、流速下，不同pH的样品经过一定孔径的滤膜，过滤效率影响很大，酸性及碱性条件下，过滤效果都得到了提高。在水体中以胶体形式存在的放射性物质，随着pH的变化，胶体的直径也随着变化。溶液pH<6时，随着pH的降低，过滤效果有一定波动，总体效率不高;pH=6时过滤效果最差;在pH=9时过滤效果最好，pH继续增大过滤效果并没有明显提高。

试验表明，溶液pH调节到8-9时各孔径滤膜对110mAg的去除率都有提升，对于孔径为0.45μm到1.2μm的滤膜甚至可以达到70%以上，且溶液pH也满足废液排放标准。现场运行期间在更换为小孔径过滤器的情况下，可对溶液采取添加酸碱的方式调节pH至8-9，这样可以使过滤器达到最理想的过滤效果。

2.3 流速对树脂除110mAg的影响

由图2可以看出，树脂对废液中放射性核素110m Ag的去除效率与流速存在较大的关系，随着流速的加大去除效果变差，流速在2t/h（系统正常运行的流量一半時），其对110mAg的去除效率能达到95%，流速大于4t/h时，对110mAg基本没有去除能力。流速影响110mAg与树脂的离子交换或吸附时间，流速大，离子交换或吸附不充分，对110mAg的去除效率低;流速小，110mAg与树脂的交换或吸附充分，去除效率高。

试验表明，适当降低运行流量可提高除盐床对110mAg的去除效率。根据法国核电厂运行经验，2.0～3.5t/h较好，实验室试验结果表明，流量在2.0t/h时对110mAg的去除效率可达90%以上。流量过低也有一定弊端，会造成泵的气蚀或管道的震动，也会增加废液的处理时长。

2.4 过滤时间对树脂除110mAg的影响

实验室模拟的工作曲线和该批次样水在放射性废液处理系统净化的现场工作曲线吻合。在前7小时，除盐床出口的放射性和110mAg含量都是呈上升趋势，既除盐床对110mAg的去除效率是逐渐降低的;但是随着过滤时间的增加，其出口的放射性和110mAg含量也慢慢的降低，约在45小时后达到可排放的限值以下。

试验表明，对于一些含有110mAg且较难去除的废水，除盐床运行前7小时净化效率有缓慢下降趋势，但在后续时间里面，运行时间和净化效率是呈正比的，运行时间越长，净化效率越高。

这样的运行方式处理时间相对较长，但可以有效的解决110mAg胶体去除效率低的问题。

3 结论

通过秦二厂放射性废液处理系统处理系统110mAg现状和问题进行分析，并在电厂化学实验室进行针对性的试验，结合电厂实践经验，提出了一系列提高110mAg去除效率的方案：

（1）采用孔径约为1μm的过滤器，并调节废液pH至8-9可明显提高除110mAg效率。

（2）降低废液处理净化流速可以提高除110mAg效率，建议采用2t/h流量。

（3）延长除盐床净化时间可提高树脂树脂除110mAg效率，并更加可靠的对树脂床的失效做出判断。

【参考文献】

[1]何艳红，离子交换技术[Z]，2006.

[2]黄文强，吸附分离材料，北京：化学工业出版社，2005.

[3]黄涛，胶体污染物对多孔介质吸附能力影响机制的微尺度研究，学术动态，2012，31.