CN104575652B - 核电乏燃料池水的净化方法和装置、以及乏燃料池水的处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核电乏燃料池水的净化方法和装置、以及乏燃料池水的处理方法和装置。本发明提供一种减少核发电时产生的乏燃料池水中的氧化促进物质，使燃料池水净化装置中的离子交换树脂长寿命化，减少离子交换树脂的更换频率的方法以及装置。一种核电乏燃料池水净化方法，其包括：向核电乏燃料池水净化装置中以通水线流速为50m/h以下的范围通入核电乏燃料池水，分解乏燃料池水中含有的氧化促进物质，接着，使其与离子交换树脂接触，所述核电乏燃料池水净化装置中填充了在离子交换树脂层的表层上以约2cm以上的层高层叠的金属负载树脂层。

Description

核电乏燃料池水的净化方法和装置、以及乏燃料池水的处理 方法和装置
技术领域
本发明涉及核电站中产生的乏燃料池水的处理方法和装置，特别涉及分解除去乏燃料池水流中含有的过氧化氢等氧化促进物质的净化方法和装置，以及结合了该净化方法和装置的乏燃料池水处理方法和装置。
背景技术
为了净化核电站中产生的乏燃料池水，并将其再次作为乏燃料棒的冷却水而循环使用，使用粒状离子交换树脂的脱盐装置可以设为燃料池水净化装置。设置该脱盐装置的目的是抑制保管中的乏燃料及各种材料的腐蚀，通过除去池水中的放射性物质而降低操作人员的辐射剂量等，从而长时间维持健全性。
在脱盐装置中，当离子交换树脂的能力下降时必须更换离子交换树脂，这时，除了新的离子交换树脂的费用以外，由于使用过的离子交换树脂是以放射性废弃物的形式产生的，所以放射性废弃物的处理需要费用和场地。因此，希望实现离子交换树脂的长寿命化。
然而，加压水型核电站中产生的乏燃料池水中含有因水受到燃料棒产生的放射线的照射而分解产生的过氧化氢、以及由过氧化氢生成的氢过氧自由基或羟基自由基等氧化促进物质(以下称为“氧化促进物质”)、来自为了控制燃料的核裂变反应而添加的硼酸的硼。通常，含有几ppm等级的过氧化氢，含有2000～3000ppm左右的硼。这些乏燃料水在燃料池水净化装置中直接进行离子交换处理。然而，使用粒状离子交换树脂的脱盐装置无法除去这些氧化促进物质。因此，燃料池水、侧燃料池水以及将它们净化后回收并储存的回水储存池水中，还含有氧化促进物质。而且，由于该氧化促进物质具有非常强的氧化作用，因此对离子交换树脂的阳离子树脂产生氧化，使聚苯乙烯磺酸(PSS)溶出。溶出的PSS附着在阴离子交换树脂上，导致阴离子交换树脂的反应速度下降。此外，由于阳离子交换树脂被过氧化氢氧化而劣化，因此硫酸离子等从阳离子交换树脂中溶出，导致离子交换树脂塔的出口的导电率上升。进而，由于氧化促进物质的强氧化作用，也成为了配管、槽等钢材被腐蚀的原因之一。
认为离子交换树脂劣化的主要原因是与水中含有的氧化促进物质接触、导致阳离子交换树脂氧化。因此，已经提出了如下方法：在与阳离子交换树脂接触之前，使含有氧化促进物质的水与阴离子交换树脂接触从而进行碱解的方法(专利文献1)、通过与粒状活性炭接触而除去氧化促进物质的方法、通过与负载铂系催化剂粒子的离子交换树脂接触而除去氧化促进物质的方法(专利文献2)、向涂布了铂的催化剂涂膜上通水，除去氧化促进物质的方法(专利文献3)、与活性炭接触，吸附除去氧化促进物质的方法(专利文献4)、向锰过滤器中通水，除去氧化促进物质的方法(专利文献5)。然而，迄今所提出的方法，涉及了核反应堆冷却水、放射线废液等氧化促进物质的浓度为0.01～0.001mg/L左右的低浓度的水的净化处理，而没有用于含有1mg/L以上的高浓度的氧化促进物质且含有硼酸(例如，2000～3000mg/L左右)的乏燃料池水的净化的例子。
专利文献1：日本特开2000－002787号公报
专利文献2：日本特开平10－111387号公报
专利文献3：日本特开2003－156589号公报
专利文献4：日本特开2008－232773号公报
专利文献5：日本特愿2012－217133号公报
发明内容
本发明目的在于减少在核电站、特别是加压水型核电站中产生的乏燃料池水中的氧化促进物质，使燃料池水净化装置中的离子交换树脂长寿命化，减少离子交换树脂的更换频率。
根据本发明，提供一种加压水型核电站的水处理技术，该技术中在加压水型核电站的乏燃料池水中将含有因水的放射线分解而产生的过氧化氢等氧化促进物质的被处理水通过离子交换树脂进行脱盐处理之前，使其与特定的金属负载树脂接触而减少了被处理水中的氧化促进物质，降低了脱盐装置的负荷，将处理水的水质维持在高纯度，同时延长了离子交换树脂的寿命，减少了成为放射性二次废弃物的使用过的离子交换树脂的产生量。
具体而言，本发明包括以下方式。
[1]一种核电乏燃料池水净化方法，包括向核电乏燃料池水的净化装置中，以约50m/h以下的通水线流速通入核电乏燃料池水，分解乏燃料池水中含有的氧化促进物质，接着，使其与离子交换树脂接触，所述核电乏燃料池水净化装置的特征在于填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以约2cm以上的层高层叠在离子交换树脂层的表层上。
[2]如[1]所述的核电乏燃料池水净化方法，其中，所述金属负载树脂层中负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒。
[3]如[1]或[2]所述的核电乏燃料池水净化方法，其中，所述氧化促进物质是过氧化氢、氢过氧自由基或羟基自由基。
[4]一种核电乏燃料池水处理方法，在通过[1]～[3]中任一项所述的核电乏燃料池水净化方法在所述核电乏燃料池水净化装置中将来自核电乏燃料池的乏燃料池水净化后，再将其返回至核电乏燃料池中进行利用。
[5]一种核电乏燃料池水净化装置，其特征在于，填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以约2cm以上的层高层叠在离子交换树脂层的表层上。
[6]一种核电乏燃料池水处理装置，其具有：
核电站乏燃料池；
核电乏燃料池水净化装置，其特征在于，填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以约2cm以上的层高层叠在离子交换树脂层的表层上；
输送线，从该核电站乏燃料池向该核电乏燃料池水净化装置输送核电乏燃料池水；以及
乏燃料池水循环线，将在核电乏燃料池水净化装置中经过净化的乏燃料池水返回至该核电乏燃料池。
发明效果
根据本发明的核电站乏燃料池的水处理方法和装置，通过由乏燃料产生的放射线，可以有效地分解因水的放射线分解而生成的过氧化氢等氧化促进物质，因此可以防止脱盐装置中填充的离子交换树脂的氧化劣化，将处理水的水质维持在高纯度，而且可以延长离子交换树脂的寿命，减少成为放射性二次废弃物的使用过的离子交换树脂的产生量。对于加压水型核电站的乏燃料池的水处理而言，放射性二次废弃物的减容化是一项重要课题，可以完成该课题的本发明意义重大。
附图说明
[图1]是表示在处理核电站的乏燃料池水时本发明的水处理装置的流程的概略结构图。
[图2]是表示实施例1的处理结果的图。
[图3]是表示实施例2的处理结果的图。
[图4]是表示实施例3的处理结果的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边对本发明进行说明，但本发明并不限定于此。
图1表示在处理核电站的乏燃料池水时本发明的水处理装置的概略流程。在乏燃料池1中填充有冷却水(也称为“乏燃料池水”)用于冷却保管从核反应堆中取出的乏燃料棒。从核反应堆中取出的乏燃料棒即使在保管于燃料池水中的期间也持续地放出放射线，因此乏燃料池水被放射线分解，产生过氧化氢、羟基自由基、氢过氧自由基。来自乏燃料池1(被处理水贮存槽)的乏燃料池水(被处理水)通过移送泵2输送至燃料池净化装置3。燃料池净化装置3含有填充离子交换树脂而成的离子交换树脂层3a，和以约2cm以上、更优选约5cm以上的层高填充在离子交换树脂层的表层上而成的金属负载树脂层3b。如果小于约2cm，则氧化促进物质的分解不充分。金属负载树脂层3b的层高上限没有特别限制，如果超过大约10cm，则流速变慢，处理水量减少，因此确定适当的层高即可。乏燃料池水中的氧化促进物质在通过金属负载树脂层3b时被分解，接着通过离子交换树脂层3a除去杂质离子。脱盐处理后的处理水返回至乏燃料池1，并以冷却水的形式再次使用。被处理水向脱盐装置3中的通水流量以通水线速度计为约10～50m/h左右的范围。当其小于约10m/h时，循环水量减少，乏燃料棒的冷却效果下降。如果超过约50m/h，则氧化促进物质与金属负载树脂的接触效率下降，分解能力下降。
本发明中使用的离子交换树脂只要是可以用于通常的核电站的乏燃料池水净化装置中的离子交换树脂即可，优选阴离子交换树脂与阳离子交换树脂的混床型。例如，混床离子交换树脂(三菱化学株式会社SNM1)是适合的。
作为本发明中使用的金属负载树脂，优选为将选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中的金属粒子负载在聚合物树脂上形成的强碱性凝胶状球形树脂。
实施例
以下，通过实施例更加详细地说明本发明。
[实施例1]
使用金属负载树脂，并通过浸渍试验确认过氧化氢的分解能力。
首先，作为金属负载树脂，使用朗盛公司的Pd负载树脂Lewatit(注册商标)K7333。向200ml烧杯中加入100ml溶解了20mg/L过氧化氢水和溶解了硼酸使其浓度为2800mg/L(以B浓度计)的被处理液(样品1)，投入1ml Pd负载树脂，测定经时的过氧化氢浓度。需要说明的是，该过氧化氢浓度和硼浓度是模拟加压水型(PWR)核电站的燃料池水的水质的数值。作为参考，用未添加硼酸的被处理液(样品2)、即仅添加了过氧化氢的水实施同样的试验。过氧化氢浓度使用碘法(日本核能学会PWR化学分析标准法2006)并通过分光光度计测定350nm波长下的吸光度而算出。结果示于表1和图2。
[表1]
由图2可知，Pd负载树脂的过氧化氢分解能力高，在浸渍后2小时分解了添加的过氧化氢的50％以上。另外，未看出添加硼酸对过氧化氢分解能力产生了影响。
[实施例2]
使用金属负载树脂，通过柱通水试验确认过氧化氢的分解能力。
首先，作为金属负载树脂，使用朗盛公司的Pd负载树脂Lewatit(注册商标)K7333，在内径为16mm的玻璃柱中以1～10cm的层高进行填充。以通水线速度LV＝10～70m/h通入已调整为约2mg/L的过氧化氢水，由此研究金属负载树脂的过氧化氢除去性能。结果示于表2和图3。
[表2]
由图3可知，如果层高为2cm以上、通水LV为50m/h以下的范围，则能够分解90％以上的过氧化氢。
[实施例3]
确认了对由过氧化氢导致的离子交换树脂劣化的影响。
将阳离子树脂在各种过氧化氢浓度的溶液中浸渍24小时，用岛津制作所制的TOC－V测定总有机碳(TOC)浓度。如图4所示，确认了如果过氧化氢浓度小于1ppm，则对树脂劣化几乎没有影响。因此，可以认为：只要将以几ppm等级存在于燃料池中的过氧化氢分解90％以上即可。
通常，如果TOC浓度超过20ppm，则进行离子交换树脂的更换。由图4可知，如果过氧化氢浓度超过约3.5ppm，则TOC浓度超过20ppm，必须进行离子交换树脂的更换。由图2和图4可知，在直接为原水(过氧化氢浓度为20ppm)的状态下过氧化氢浓度高达即使进行1次通水也必须更换离子交换树脂的程度，而通过使用本发明的处理方法，实现了95％的过氧化氢分解率，通入离子交换树脂的被处理水中的过氧化氢浓度为1ppm以下，大幅减少了离子交换树脂的更换频率。
产业上的可利用性
根据本发明，在加压水型核电站的乏燃料池水中将含有因水的放射线分解而产生的过氧化氢等氧化促进物质的被处理水通过离子交换树脂进行脱盐处理之前，可以减少被处理水中的氧化促进物质，降低脱盐装置的负荷，将处理水的水质维持在高纯度，同时可以延长离子交换树脂的寿命，减少作为放射性二次废弃物的使用过的离子交换树脂的产生量，因此发明的意义重大。

Claims (6)

1.一种核电乏燃料池水净化方法，包括：向核电乏燃料池水的净化装置中以30m/h以上且50m/h以下的通水线流速通入核电乏燃料池水，分解乏燃料池水中含有的氧化促进物质，接着，使其与离子交换树脂接触，所述核电乏燃料池水净化装置的特征在于填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以2cm以上且10cm以下的层高层叠在离子交换树脂层的表层上，
氧化促进物质包含过氧化氢，乏燃料池水中的过氧化氢的分解率为90％以上。
2.如权利要求1所述的核电乏燃料池水净化方法，其中，所述金属负载树脂层中负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒。
3.如权利要求1或2所述的核电乏燃料池水净化方法，其中，所述氧化促进物质还包含氢过氧自由基、羟基自由基或它们的组合。
4.一种核电乏燃料池水处理方法，在通过权利要求1～3中任一项所述的核电乏燃料池水净化方法在所述核电乏燃料池水净化装置中净化来自核电乏燃料池的乏燃料池水后，再将其返回至核电乏燃料池中进行利用。
5.一种用于在权利要求1～3中任一项所述的方法中使用的核电乏燃料池水净化装置，其特征在于，填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以2cm以上且10cm以下的层高层叠在离子交换树脂层的表层上。
6.一种用于在权利要求4所述的方法中使用的核电乏燃料池水处理装置，其具有：
核电站乏燃料池；
核电乏燃料池水净化装置，其特征在于，填充有金属负载树脂层，所述金属负载树脂层以2cm以上且10cm以下的层高层叠在离子交换树脂层的表层上；
输送线，从所述核电站乏燃料池向所述核电乏燃料池水净化装置输送核电乏燃料池水；以及
乏燃料池水循环线，将在所述核电乏燃料池水净化装置中经过净化的乏燃料池水返回至所述核电乏燃料池。
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