關(guān)于核電廠工藝廢水處理的問題探討與改進(jìn)分析

尚芋百

【摘 要】核電廠中日常產(chǎn)生的工藝廢水為含硼、含部分化學(xué)成份，主要問題是具有放射性。這些廢水如果處理不當(dāng)，很可能造成對環(huán)境的誤排放。對于工藝廢水正常的處理流程為打循環(huán)取樣，如果取樣合格則直接排放。如果取樣不合格，即放射性超標(biāo)等，則需要經(jīng)除鹽床，通過交換樹脂對廢水中的放射離子進(jìn)行去除，直到放射性達(dá)到規(guī)定的要求值以下，再進(jìn)行排放。在電廠正常運(yùn)行經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，工藝罐打循環(huán)時存在循環(huán)不充分，處理不完全的問題。本文主要對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行梳理，并通過試驗及總結(jié)，提出改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵字】工藝廢水；攪拌；樹脂；混合；排放

中圖分類號： X783.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0212-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.102

Discussion on the Problem of Process Wastewater Treatment in Nuclear Power Plant and Its Improvement Analysis

SHANG Yi-bai

（China Nuclear Power Operation Management Co.， Ltd.， Haiyan， Zhejiang 314300， China）

【Abstract】The daily process wastewater produced in nuclear power plants contains boron and contains some chemical components. The main problem is radioactive. If these waste waters are not handled properly， it is likely to cause an accidental discharge of the environment. The normal process flow for process wastewater is to cycle sampling， if the sampling is qualified， it will be discharged directly. If the sampling is unqualified， that is， if the radioactive exceeds the standard， the desalted bed shall be used to remove the radioactive ions in the waste water through exchange of the resin until the radioactivity reaches the specified value， and then discharge. In the normal operation experience of the power plant， it was found that there is a problem of insufficient circulation and incomplete treatment when the process tank is cycled. This article mainly sorts out the problems found， and proposes improvement suggestions through experiments and summaries.

【Key words】Process wastewater； Agitation； Resin； Mixing

1 核電廠廢水處理的介紹

壓水堆核電廠正常產(chǎn)生的不可復(fù)用的廢水根據(jù)各自性質(zhì)不同、所含成分不同等分為三類，分別是地面廢水、工藝廢水和化學(xué)廢水。由于三種廢水所含成分不同，處理的方式也各不相同。地面廢水處理比較簡單，正常情況下放射性不高，只經(jīng)過簡單的過濾即可排放。化學(xué)廢水正常情況下產(chǎn)生量非常少，由于具有化學(xué)成分復(fù)雜，放射性水平高等特點(diǎn)，基本是以蒸發(fā)處理為主，蒸餾液過濾排放，高放射性的濃縮液進(jìn)行固化處理。本文主要講的是工藝廢水處理中的一些問題。工藝廢水主要是含硼，含放射性，處理方式就以除鹽為主。

工藝廢水主要來自和一回路有關(guān)的系統(tǒng)，比方一回路疏排水，一回路輔助系統(tǒng)過濾器檢修、除鹽床檢修、乏燃料水池相關(guān)回路的檢修排水等。這些廢水通常的特點(diǎn)都是化學(xué)成分較單一、卻具有高放射性，放射性的來源主要是一回路的活化產(chǎn)物、腐蝕產(chǎn)物、Ag110膠體、沖出的高放樹脂等。要對這種廢水處理，一般就使用除鹽床對其進(jìn)行凈化，除鹽床的原理就是通過樹脂將廢水中的放射性陽離子、陰離子進(jìn)行去除.

2 目前存在的問題

2.1 Ag110膠體不易去除

在核電廠的工藝廢水中，有時會含有Ag110的膠體。這種物質(zhì)以膠體狀存在于工藝水中，除鹽床難以去除，只有通過孔徑較小的過濾器進(jìn)行去除。所以秦二廠三、四號機(jī)組對原來的過濾器濾芯進(jìn)行了技改，孔徑由原來的5um改了現(xiàn)在的1um，這樣便能很好的解決Ag110的去除問題。

2.2 目前三、四號機(jī)工藝廢水中，含有少量的廢樹脂及其它難溶物

核電廠為了清除廢水中的一些難溶物，防止長期過度聚集，采用半年一個周期對工藝廢水罐進(jìn)行清淤。定期清淤能有效減少殘留在罐底的可見難溶物，但吸附在罐壁的高放殘留物并未考慮。且在工作中發(fā)現(xiàn)，雖然歷次清淤去除了可見固體廢物，但罐子本身的放射性水平并未明顯降低，而且往往會導(dǎo)致新接收的廢液放射性異常高，懷疑這與清理導(dǎo)致高放殘留物剝離壁面有關(guān)。而工藝廢水中為何會有如此多的放射固體殘留物，是否能夠避免，還需要進(jìn)一步研究。

2.3 高放廢水誤排放

工藝廢水的處理，如果放射性滿足要求，即小于1MBq/立方米，將按照規(guī)定先排至TER（核島廢液排放系統(tǒng)），而TER系統(tǒng)的罐子每個為500立方米。如果發(fā)生高放工藝廢水誤排放，將會導(dǎo)致整個TER罐子遭到污染，處理起來非常棘手。因為500立方米的廢水要降低放射性，基本需要放置進(jìn)行自然衰變，少則半年，多則需要數(shù)年。秦二廠歷史上發(fā)生過兩次誤排事件，最終使用長期自然衰變的方法，將放射性衰變到滿足排放標(biāo)準(zhǔn)以下進(jìn)行排放處理。

2.4 實際工作中的異常發(fā)現(xiàn)

在正常處理的實際工作中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)一個異常現(xiàn)象。一種現(xiàn)象是工藝罐進(jìn)行排空清淤，但接收一罐低放的廢水后，循環(huán)取樣發(fā)現(xiàn)該罐廢水放射性水平異常升高；另一種現(xiàn)象是對一罐完全取樣合格的廢水進(jìn)行排放，排到低液位，再次接收低放射性廢水后，總體放射性又會異常升高。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，不滿足設(shè)計要求，且對廢水的順利處理形成障礙。

3 試驗取樣數(shù)據(jù)

2017年9月10日，處理8TEU001BA，并通過該罐進(jìn)行主動排氚，即接收低放廢水進(jìn)行排放，低放廢水取樣放射性濃度為0.31MBq/立方米。

為驗證放射性來源2017年12月10日，再次試驗。此次是將廢液罐中的廢液完全處理合格，取樣小于0.25 MBq/立方米，然后接收低放廢液（小于0.25 MBq/立方米）。

從上面的取樣數(shù)據(jù)可以看出，（1）罐內(nèi)高放廢液從初始取樣高濃度，處理排放后，接收低放廢水后，無法稀釋；（2）罐內(nèi)高放廢液完全除鹽處理合格后，接收低放廢液后反而變?yōu)楦叻派湫詮U液。如此，有這么幾種解釋可能：一是打循環(huán)不充分，取樣不具有代表性，二是接收低放廢液后，使得罐子內(nèi)壁上附著的或是底部附著的高放殘留物再次釋放到水中，增加了放射性；三是處理過程中，高放物進(jìn)一步沉積到罐子底部，高放物質(zhì)實際并沒有處理。上面種種原因，總概括其實是一種原因，就是循環(huán)不充分。

4 問題的根源分析

高放廢水的處理，理論上進(jìn)行打循環(huán)，通過過濾器及除鹽床，能完全將廢水處理至合格的程度。如果取樣合格，不存在誤排放的可能。那么問題來自哪里呢？首先就是取樣是否具有代表性。目前面的情況，工藝罐容積為35立方米，循環(huán)泵的額定流量為14立方米/小時，正常打循環(huán)時間為3小時。按照時間計算，完全打循環(huán)混合的時間足夠。秦二廠的工藝廢水罐均采用底部環(huán)管入水，利用循環(huán)泵出口壓力使罐內(nèi)廢液形成循環(huán)，從而達(dá)到攪拌混合的目的。但是由于如之前分析及結(jié)合工作實際，罐內(nèi)廢水存在著廢樹脂等固體顆粒。因此，這種工況的混合不單是液-液之間的混合，而是存在著液固混合的問題，如果廢樹脂無法攪拌混合，進(jìn)而懸浮起來，就無法循環(huán)進(jìn)入管道進(jìn)而利用過濾器進(jìn)行清除。

查找文獻(xiàn)資料，液固混合的問題一直是個難點(diǎn)，國內(nèi)也缺乏對液固混合過程本質(zhì)特征深入、細(xì)致的研究。而在低粘度液體中的液固混合，大多數(shù)采用的是機(jī)械攪拌混合。利用機(jī)械攪拌裝置，在高速旋轉(zhuǎn)攪拌漿的推動下，具有足夠大的慣性，使得液體達(dá)到一定速度的湍流，從而實現(xiàn)對流、流動混合。那么這種混合，對于攪拌漿的形狀及轉(zhuǎn)速就有一定的要求[1].從我們處理廢液中樹脂的角度看，只要求攪拌能達(dá)到臨界懸浮混合即可，也就是說能讓沉積在罐子底部的固體小顆粒達(dá)到完全懸浮的狀態(tài)便可以了。如此，雖然廢液未達(dá)到完全的軸向均勻混合，但由于取樣管也位于罐子底部，取出的分析樣品其放射性是偏于保守的，這符合核電廠處理廢液的原則。

5 結(jié)論及改進(jìn)建議

那么，經(jīng)過本文的分析，核電廠工藝罐的設(shè)計不夠合理，在本質(zhì)上無法起到攪拌混合的目的。尤其在罐底存在固體小顆粒時，無法達(dá)到固體臨界懸浮。而且，目前的設(shè)計是利用循環(huán)泵的動力，使得工藝罐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)進(jìn)行攪拌，該工況如果循環(huán)速度達(dá)不到要求，長時間會更進(jìn)一步導(dǎo)致高放殘留物粘附在罐壁。日常對工藝罐的清淤，僅僅是對罐子底部廢固物的去除，對罐壁從未清理。如果工藝罐采用工業(yè)上更為合理，且廣泛應(yīng)用的機(jī)械攪拌漿，那么循環(huán)處理問題將迎刃而解。正常的機(jī)械攪拌漿需增加動力裝置，改造難度比較大。目前，罐內(nèi)已有循環(huán)泵噴射環(huán)管裝置，可以直接加以利用。在罐子底部加裝一個攪拌漿裝置，攪拌漿利用渦輪帶動，渦輪就利用循環(huán)泵出口流體驅(qū)動。當(dāng)然，目前循環(huán)泵的動力能否驅(qū)動還需要進(jìn)一步計算才能明確。從本文的分析看，如此改造可以實現(xiàn)對罐內(nèi)廢液的懸浮混合，充分改善目前廢固物在罐內(nèi)底部沉積無法去除的狀況。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王聰慧.《稠密液固兩相湍流混合的數(shù)值分析及應(yīng)用》，吉林大學(xué)博士論文，2010.6.7.

[2]《秦山第二核電廠中級運(yùn)行培訓(xùn)教材》.