冷凝水脱盐装置及冷凝水脱盐方法
【专利摘要】本发明涉及冷凝水脱盐装置及冷凝水脱盐方法。本发明提供一种在原子能发电设备中，通过将存在于冷凝水中的氧化促进物质分解，从而延长冷凝水脱盐装置中的离子交换树脂的寿命，减少离子交换树脂的更换频率的方法及装置。本发明的解决手段为一种原子能发电设备的冷凝水脱盐方法及装置，其中，在通水线性流速为20m/h至200m/h的范围的条件下，向填充有离子交换树脂层的原子能发电设备的冷凝水脱盐装置(6)中通入冷凝水，从而将冷凝水中含有的氧化促进物质分解，并且用离子交换树脂除去杂质，所述离子交换树脂层是向离子交换树脂的混合床中，以体积比计为2％至50％的范围混合金属负载树脂而成的。
【专利说明】
冷凝水脱盐装置及冷凝水脱盐方法
技术领域
[0001] 本发明涉及原子能发电站设备的冷凝水脱盐方法及装置，特别涉及分解除去冷凝 水中含有的过氧化氢等氧化促进物质的冷凝水脱盐方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在原子能发电站设备中，出于净化冷凝水的目的，设置有使用了中空纤维膜过滤 器的冷凝水过滤装置、使用了粒状离子交换树脂的脱盐装置。该冷凝水脱盐装置是出于下 述目的而设置的，即，通过抑制核反应堆构成材料的腐蚀，除去核反应堆水中的放射性物 质，从而减少对操作者的辐射暴露量等目的。
[0003] 对于包含离子交换树脂的冷凝水脱盐装置而言，离子交换树脂的能力降低时必须 更换离子交换树脂，此时，除了新的离子交换树脂的费用之外，由于使用完毕的离子交换树 脂作为放射性废弃物产生，所以还需要伴随放射性废弃物的处理而产生的费用及场所。因 此，期望实现离子交换树脂的长寿命化。
[0004]但是，在沸水型原子能发电设备的核反应堆水中含有过氧化氢(水受到由燃料棒 产生的放射线的照射而被分解从而产生）、及由过氧化氢生成的氢过氧自由基 (hydroperoxy radical )、羟基自由基等氧化促进物质（以下称为"氧化促进物质"。）。另外， 存在于核反应堆内的氧化促进物质，从核反应堆经由涡轮机、冷凝器而存在于冷凝水中。通 常，核反应堆水中含有数ppm至数百ppm量级的过氧化氢。
[0005] 上述氧化促进物质由于具有非常强的氧化作用，所以会将离子交换树脂中的阳离 子树脂氧化，使聚苯乙烯磺酸(PSS)溶出。溶出的PSS附着于阴离子交换树脂，使阴离子交换 树脂的反应速度降低。此外，由于阳离子交换树脂被过氧化氢氧化而发生劣化，所以硫酸根 离子等从阳离子交换树脂中溶出，使冷凝水脱盐装置的出口的电导率上升。
[0006] 认为离子交换树脂劣化的主要原因是：由水中含有的氧化促进物质与阳离子交换 树脂接触而导致的阳离子交换树脂的氧化。因此，提出了下述方法:在与阳离子交换树脂接 触之前，使包含氧化促进物质的水与阴离子交换树脂接触而进行碱解的方法(专利文献1); 与粒状活性炭接触从而除去氧化促进物质的方法，与负载有铂族系催化剂粒子的离子交换 树脂接触从而除去氧化促进物质的方法(专利文献2);使水通过涂布有铂的催化剂涂布膜 从而除去氧化促进物质的方法(专利文献3);与活性炭接触从而吸附除去氧化促进物质的 方法(专利文献4);使水通过锰过滤器从而除去氧化促进物质的方法(专利文献5)。但是，迄 今为止所提出的方法是涉及原子能发电设备的放射性废液的净化处理的方法，并没有用于 作为一次冷却水的冷凝水的净化的例子。另外，采取了在冷凝水脱盐装置的前段设置除去 氧化促进物质的装置、使氧化促进物质不与冷凝水脱盐装置内的离子交换树脂接触的方 案，而并未提出将已流入至冷凝水脱盐装置内的氧化促进物质除去的方法。
[0007] 专利文献1:日本特开2000 - 002787号公报 [0008] 专利文献2:日本特开平10 -111387号公报 [0009] 专利文献3:日本特开2003 -156589号公报
[0010] 专利文献4:日本特开2008 - 232773号公报 [0011] 专利文献5:日本特开2014 - 071004号公报
【发明内容】
[0012] 发明所要解决的课题
[0013] 本发明的目的在于减少原子能发电设备的冷凝水中的氧化促进物质，延长冷凝水 脱盐装置中的离子交换树脂的寿命，减少离子交换树脂的更换频率。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 根据本发明，可提供一种原子能发电设备中的冷凝水处理技术，所述冷凝水处理 技术中，在原子能发电设备的冷凝水脱盐装置中，利用离子交换树脂对包含在核反应堆内 产生的过氧化氢(通过辐射分解而产生)等氧化促进物质的被处理水进行脱盐处理时，使其 与特定的金属负载树脂接触从而减少被处理水中的氧化促进物质，降低对冷凝水脱盐装置 中使用的离子交换树脂造成的负荷，从而将处理水的水质维持在高纯度，并且延长离子交 换树脂的寿命，减少作为放射性二次废弃物的使用完毕的离子交换树脂的产生量。
[0016] 对于现有的原子能发电设备而言，在冷凝水脱盐装置的前段重新设置填充有金属 负载树脂的处理装置的方案，在经济上需要巨额费用，不仅如此，设置的空间也有限制，并 不实用。
[0017] 另外，冷凝水脱盐装置中使用的离子交换树脂由于在通水的过程中逐渐被压密， 所以需要定期地进行使用水和空气的反洗操作。因此，即使将金属负载树脂置于填充在冷 凝水脱盐装置内的离子交换树脂的最表层，在反洗运转时金属负载树脂也会与下层的离子 交换树脂混合，无法将金属负载树脂保持在最上层。一般认为，为了发挥金属负载树脂的效 果，需要将金属负载树脂配置在最表层，因此，并没有在冷凝水脱盐装置中使用金属负载树 脂的实例。
[0018] 本申请的发明人发现，相反地，通过将金属负载树脂与离子交换树脂混合，能够将 氧化促进物质分解，减轻对离子交换树脂造成的负荷，从而发现这能够延长离子交换树脂 的寿命。
[0019] 具体而言，本发明包括以下方案。
[0020] (1)-种原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其中，在原子能发电设备的冷凝水处 理中，在通水线性流速为20m/h至200m/h的范围的条件下，向填充有离子交换树脂层的冷凝 水脱盐装置中通入冷凝水，所述离子交换树脂层是向强酸性阳离子树脂与强碱性阴离子树 脂的混合床(mixed bed)中，以体积比计为2%至50%的范围混合金属负载树脂而成的。 [0021] (2)如（1)所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其中，所述金属负载树脂所 负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中。
[0022] (3)如（1)或(2)所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其中，所述金属负载树 脂为负载下述金属而成的强碱性凝胶型阴离子树脂，所述金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微 粒中。
[0023] (4)-种原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其中，在原子能发电设备的冷凝水处 理中，所述冷凝水脱盐装置中填充有向强酸性阳离子树脂与强碱性阴离子树脂的混合床中 以体积比计为2%至50%的范围混合金属负载树脂而成的离子交换树脂层，该离子交换树 脂层以能够在通水线性流速为20m/h至200m/h的范围的条件下通入冷凝水的方式进行填 充。
[0024] (5)如(4)所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其中，所述金属负载树脂所 负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中。
[0025] (6)如(4)或(5)所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其中，所述金属负载树 脂为负载下述金属而成的强碱性凝胶型阴离子树脂，所述金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微 粒中。
[0026] 发明的效果
[0027] 根据本发明的原子能发电设备的冷凝水脱盐方法及装置，能够有效地将通过水的 辐射分解（由核反应堆中产生的放射线所导致)而生成的过氧化氢等氧化促进物质分解，因 此，能够防止填充于冷凝水脱盐装置中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，并且能够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完毕的 离子交换树脂的产生量。对于原子能发电设备中的冷凝水处理而言，放射性二次废弃物的 体积减小化是重要的课题，能够达成上述技术效果的本发明具有重大意义。
【附图说明】
[0028] [图1]图1是表示沸水型原子能发电设备的一次冷却水系统的流程的结构简图。
[0029] [图2]图2是表示实施例1中使用的闭环循环装置的简要流程的概念图。
【具体实施方式】
[0030] 以下，一边参照附图一边说明本发明，但本发明并不限定于此。
[0031] 图1中示出了沸水型原子能发电设备的一次冷却水系统的流程。
[0032] 形成了下述循环线路:核反应堆1中产生的蒸汽在高压涡轮机2及低压涡轮机3中 被用于发电后，在冷凝器4中被冷却，在冷凝水过滤装置5、冷凝水脱盐装置6中被净化，被送 回到核反应堆1中。
[0033] 在核反应堆1中，核反应堆水经辐射分解，产生过氧化氢、羟基自由基、氢过氧自由 基等氧化促进物质。由于这些氧化促进物质与蒸汽一同在上述循环线路内移动，所以冷凝 水脱盐装置6的离子交换树脂被氧化分解。
[0034] 在冷凝水脱盐装置6中，通常以混合状态(称为"混合床"。）填充有强酸性阳离子树 脂和强碱性阴离子树脂。通常，树脂层的高度为800mm至2000mm，在通水线性流速为20m/h至 200m/h的范围、优选80m/h至130m/h的范围的条件下向其中通入冷凝水，进行净化及脱盐 后，回到核反应堆1。对于在沸水型原子能发电设备中广泛使用的冷凝水脱盐装置而言，树 脂层的高度为1000mm左右，通水线性流速为l〇〇m/h左右。
[0035] 本发明中，通过向填充于冷凝水脱盐装置6内的离子交换树脂混合床中以2%至 50%的范围、优选10%至30%的范围混合金属负载树脂，将冷凝水中含有的氧化促进物质 分解，从而减轻对离子交换树脂造成的负荷。
[0036] 作为金属负载树脂，优选为将选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中的金属粒子负载于 聚合物树脂上而成的强碱性凝胶型球形树脂。作为强碱性凝胶型球形树脂，可合适地使用 LEWATIT MonoPlus M500(LEWATIT(注册商标）MonoPlus M500)、LEWATIT ASB1(LEWATIT(注 册商标)ASB1)、Diaion(注册商标)SA10A、Dowex(注册商标)SBR-P等市售品。理想的是，金 属粒子的负载量为〇. 1 g/L至1 Og/L，优选在0.5g/L至5g/L的范围内。
[0037] 如果在混合床中的添加率低于2%，则无法充分地进行氧化促进物质的分解。金属 负载树脂的添加率的上限没有特别限制，大致50%足矣，即使高于50%，分解效果也不会大 幅增加，因此，可以基于对成本效率(cost efficiency)的考虑而确定合适的添加率。
[0038] 作为以混合床的形式填充于冷凝水脱盐装置6中的离子交换树脂，可以使用通常 的用于原子能发电设备的冷凝水脱盐装置中的强碱性阴离子交换树脂及强酸性阳离子交 换树脂。
[0039] 实施例
[0040]以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明。
[0041 ] 实施例1
[0042]使用图2所示的闭环试验装置（图中，"P"表示栗，"D0"表示溶存氧计，"FI"表示流 量计，"ΤΓ表示温度计），向树脂柱中循环地通入在原水罐(tank)中将过氧化氢(H2〇2)浓度 调整为5m g//L而得到的纯水，在体系内使从离子交换树脂溶出的T0C(总有机碳)浓缩，经时 地测定该T0C的浓度，对T0C从离子交换树脂的溶出速度进行评价。T0C浓度的测定使用总有 机碳分析仪(岛津制作所制T0C-V)进行。主要的试验条件如下所述。
[0043] ?柱内径：25mmC>
[0044] ?通水线性流速:40m/h
[0045] ?被处理水(纯水)温度:40°C
[0046] ?过氧化氢浓度:5mg/L
[0047] 作为树脂柱，使用表1所示的三种树脂柱，测定通水200小时左右时的TOC浓度，以 将对照2的T0C浓度作为"Γ时的相对值进行评价。填充于树脂柱中的各离子交换树脂如下 所述。
[0048] "Pd负载树脂"：负载有约lg/L的Pd的强碱性凝胶型球形阴离子交换树脂(LANXESS 公司Lewatit (注册商标)K7333)
[0049] "阳离子交换树脂" ：Dow Chemical公司制HCR-W2H
[0050] "阴离子交换树脂" ：Dow Chemical公司制SBR-PC 0H
[0051] 表 1
[0052]
[0053] 在对照1中，由于能够在树脂层表层部将过氧化氢完全分解，所以能够使TOC浓度 降低至1/10左右。但是，对于对照1的填充形态而言，由于进行反洗再生会导致各离子交换 树脂混合，所以在需要进行反洗再生的冷凝水脱盐装置的实际运转中无法实现。
[0054] 在实施例1中，虽然T0C浓度的降低效果低于对照1，但是能够降低至对照2的4成。 在假设离子交换树脂的寿命仅取决于T0C浓度的情况下，能够将树脂的寿命改善至2.5倍。 根据本发明的冷凝水脱盐装置及冷凝水脱盐方法，能够防止需要实施反洗再生的冷凝水脱 盐装置中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，并且能够延长离子 交换树脂的寿命，减少作为放射性二次废弃物的使用完毕的离子交换树脂的产生量。
【主权项】
1. 一种原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其特征在于，在原子能发电设备的冷凝水 处理中，在通水线性流速为20m/h至200m/h的范围的条件下，向填充有离子交换树脂层的冷 凝水脱盐装置中通入冷凝水，所述离子交换树脂层是向强酸性阳离子树脂与强碱性阴离子 树脂的混合床中，以体积比计为2%至50%的范围混合金属负载树脂而成的。2. 如权利要求1所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其特征在于，所述金属负载 树脂所负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中。3. 如权利要求1或2所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐方法，其特征在于，所述金属 负载树脂为负载下述金属而成的强碱性凝胶型阴离子树脂，所述金属选自钯、铂、锰、铁或 钛的微粒中。4. 一种原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其特征在于，在原子能发电设备的冷凝水 处理中，所述冷凝水脱盐装置中填充有向强酸性阳离子树脂与强碱性阴离子树脂的混合床 中以体积比计为2%至50%的范围混合金属负载树脂而成的离子交换树脂层，所述离子交 换树脂层以能够在通水线性流速为20m/h至200m/h的范围的条件下通入冷凝水的方式进行 填充。5. 如权利要求4所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其特征在于，所述金属负载 树脂所负载的金属选自钯、铂、锰、铁或钛的微粒中。6. 如权利要求4或5所述的原子能发电设备的冷凝水脱盐装置，其特征在于，所述金属 负载树脂为负载下述金属而成的强碱性凝胶型阴离子树脂，所述金属选自钯、铂、锰、铁或 钛的微粒中。
【文档编号】G21F9/20GK106024087SQ201610193181
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】出水丈志, 出口达也, 小松诚
【申请人】株式会社荏原制作所