放射性廢液中Ag含量高問(wèn)題處理

薛躍幫 高云強(qiáng) 魏鐸

摘 要? 本文講述了某核電廠廢液處理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中遇到的問(wèn)題，針對(duì)放射性廢液處理系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)的廢液放射性含量高問(wèn)題進(jìn)行分析，找出根本原因并給出處理措施，為運(yùn)行電廠和在建電廠提供經(jīng)驗(yàn)，最終達(dá)到“節(jié)能減排”的目的。

關(guān)鍵詞? 110mAg;樹(shù)脂;放射性;放射性活度

中圖分類(lèi)號(hào)： X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

0 前言? 放射性廢液處理系統(tǒng)處理后的廢液放射性活度的最小化是核電廠三廢運(yùn)行目標(biāo)，同時(shí)又減少?gòu)U固的產(chǎn)生量，這些數(shù)值都關(guān)系到環(huán)境安全與核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。以某核電廠為例，介紹排放廢液中110Ag含量高問(wèn)題以及改進(jìn)措施，從而積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠，提高公眾的信任度，增加電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1 110mAg簡(jiǎn)介

天然銀由穩(wěn)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(yīng)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(wèn)題

在向環(huán)境排放的廢液中，110mAg主要來(lái)自一回路的泄漏水、硼回收系統(tǒng)主動(dòng)排氚水、設(shè)備檢修疏水以及放射性除鹽床樹(shù)脂沖洗水等。圖1是某核電廠向環(huán)境排放廢液中所監(jiān)測(cè)110mAg的放射性比活度及其占電廠液態(tài)流出物除氚外核素放射性的比例。

圖1 液態(tài)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(huán)及部分墊片含Ag，在高溫狀態(tài)下，部分Ag進(jìn)入一回路冷卻劑系統(tǒng)，主回路中的Ag最高可達(dá)70～80MBq/m3。

在一般情況下，110mAg以膠體態(tài)存在，僅僅通過(guò)普通樹(shù)脂無(wú)法將其取出，110mAg仍然遺留在處理后的水中，這將導(dǎo)致經(jīng)過(guò)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(yīng)堆本體密封面設(shè)計(jì)為含有Ag的密封面，無(wú)法更換成其他材質(zhì)密封面，因此導(dǎo)致部分Ag在高溫環(huán)境下被氧化，從而進(jìn)入一回路，因此無(wú)法從源頭上進(jìn)行消除，我們只能尋求其他方法進(jìn)行消除110mAg。

3.2 放射性110mAg運(yùn)行過(guò)程中消除

一回路冷卻劑正常運(yùn)行期間通過(guò)化學(xué)容積控制系統(tǒng)進(jìn)行凈化，因此可以考慮通過(guò)化學(xué)容積控制系統(tǒng)的除鹽床進(jìn)行凈化，化學(xué)容積控制系統(tǒng)現(xiàn)有的過(guò)濾器和除鹽床對(duì)110mAg凈化能力較差，將除鹽單元中的過(guò)濾器濾芯更換成較細(xì)的濾芯，提高對(duì)懸浮物和細(xì)小顆粒的過(guò)濾效果，降低110mAg進(jìn)入除鹽床中的數(shù)量，通過(guò)更換新型去污因子高的樹(shù)脂，提高110mAg的處理能力，需要試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3.3 放射性110mAg的后續(xù)處理

廢液處理系統(tǒng)有蒸發(fā)單元和除鹽單元，過(guò)蒸發(fā)單元進(jìn)行處理量為3.5t/h，除鹽單元處理能力為10t/h。蒸發(fā)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(guò)蒸發(fā)單元進(jìn)行處理，將大大增加蒸發(fā)單元的負(fù)荷，無(wú)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(guò)更換新型去污因子高的樹(shù)脂降低流出物的放射性比活度，但是更換后的樹(shù)脂交換容量將降低，導(dǎo)致產(chǎn)生的固體廢物增多。

綜上所述，前期控制無(wú)效，后端控制將導(dǎo)致固體廢物量增加，因此更換化學(xué)容積控制系統(tǒng)過(guò)濾器濾芯和除鹽床樹(shù)脂是最為合理的方式。

4 改進(jìn)措施

4.1 減小除鹽床前后過(guò)濾器孔徑

根據(jù)110mAg的特性，其在電廠運(yùn)行產(chǎn)生的廢液中主要以膠體態(tài)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(guò)濾器的過(guò)濾直徑為5μm，下游為25μm，因此，過(guò)濾器無(wú)法滯留110mAg膠體。根據(jù)法國(guó)電力公司的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，如果過(guò)濾器的過(guò)濾直徑小于0.1μm，則對(duì)110mAg的去除效率可接近100%。

減小化學(xué)容積控制系統(tǒng)除鹽床上游過(guò)濾器的過(guò)濾直徑是解決110mAg問(wèn)題的方法之一。但是，如將除鹽床上游過(guò)濾器過(guò)濾直徑直接改成0.1μm，濾芯節(jié)流的異物較多，在正常運(yùn)行中易堵塞會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行，因此僅僅將濾芯由原來(lái)的5μm改為1μm。

4.2 更換化學(xué)容積控制的新型樹(shù)脂

通過(guò)調(diào)研，市場(chǎng)上有新型樹(shù)脂，可以有效地去除水中110mAg的化合物，某公司新型核級(jí)樹(shù)脂（樹(shù)脂型號(hào)：IRN9766）是針對(duì)以膠體形態(tài)存在于水中的110mAg化合物而設(shè)計(jì)的大孔型陰樹(shù)脂，樹(shù)脂內(nèi)部具有三維空間立體孔結(jié)構(gòu)。工藝上為篩選出的優(yōu)質(zhì)制造單體構(gòu)造合適的孔結(jié)構(gòu)和孔徑，使樹(shù)脂具備吸附和交換功能，其陰樹(shù)脂具有比表面積大、交換速度快、抗污染能力強(qiáng)、吸附容量大的特點(diǎn)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證不同樹(shù)脂對(duì)去除110mAg的效果，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了 IRN77、IRN9882和IRN9766三種樹(shù)脂去除110mAg的效率比對(duì)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樹(shù)脂去除110mAg的對(duì)比

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

（1）IRN77強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)110mAg核素的去除效率很低（40%左右）。

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

（3）IRN77強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂+IRN9766強(qiáng)堿陰樹(shù)脂對(duì)110mAg的去除率較高（99%以上）。

凝膠型樹(shù)脂對(duì)110mAg去污因子低，抗污染能力差，因此在試驗(yàn)中對(duì)110mAg的去除率較低，混床打孔樹(shù)脂雖然對(duì)110mAg的去除率較高，但是樹(shù)脂交換容量較低，如果長(zhǎng)時(shí)間使用將無(wú)法滿足使用要求，因此采用IRN77強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂+IRN9766強(qiáng)堿陰樹(shù)脂是最為合適的方式。

5 總結(jié)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)更換更小的過(guò)濾器濾芯和新型樹(shù)脂，可以有效地降低廢液中的110mAg含量，某核電廠通過(guò)將樹(shù)脂床入口濾網(wǎng)更換為1μm，樹(shù)脂采用IRN77強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂+IRN9766強(qiáng)堿陰樹(shù)脂，機(jī)組啟動(dòng)后，化學(xué)容積控制系統(tǒng)除鹽單元運(yùn)行穩(wěn)定，一回路產(chǎn)生的放射污水中110mAg的含量大大降低，同時(shí)放射性污水的放射性也大大降低，減少對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)提高電廠三廢管理水平，達(dá)到“節(jié)能減排”的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]陳濟(jì)東.大亞灣核電站系統(tǒng)及運(yùn)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(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007.