Водно-химический режим АЭС с реакторами ВВЭР-1000 и РБМК-1000 Рощектаев Б.М

5.17. Отравление ионообменных смол органическими веществами

Часто возникает необходимость удаления из обрабатываемой воды органических веществ. Аниониты позволяют это сделать. Однако высокоосновные аниониты имеют очень большую селективность по отношению к большим органическим ионам и молекулам, присутствующим в обрабатываемой воде, и при удалении органики из смолы на стадии регенерации может произойти отравление смол. При обессоливании следует учитывать следующие факторы:

высокую селективность анионита к органике;

сложность удаления органики из смолы при обычной регенерации гидроксидом натрия;

степень отравления, зависящую от природы органики и от физико-химических свойств используемой смолы.

Сложная структура органических соединений, которые могут оказаться в воде, и сложность механизма их улавливания делают выбор наилучшего анионита трудным. Тем не менее, наилучшая кинетика во время фильтроцикла и регенерации, достигаемая при использовании более мелких анионных частиц, дает определенное преимущество, когда удаление органики является проблемой. В общем случае ионообменные смолы хорошо удаляют органические загрязнения из воды, однако, если смолы не были специально подобраны или же не проводилась предобработка воды, может происходить быстрое отравление смол, часто необратимое. Органические загрязнения могут быть отнесены к двум основным группам:

1.Нерастворимые загрязнения:

взвешенные частицы различного происхождения;

некоторые гуматы;

микроорганизмы;

растительные и минеральные масла.

2.Растворимые загрязнения:

гуминовые и фульминовые кислоты;

синтетическая органика промышленного происхождения;

сахариды;

некоторые аминокислоты и протеины.

111

Удаление анионитами органических загрязнений, таких как гуминовые и фульминовые кислоты, включает в себя два механизма: ионный обмен и ван-дер-ваальсовое взаимодействие.

Ван-дер-ваальсовое взаимодействие – это взаимодействие двух электронейтральных молекул, вызываемое силами притяжения или отталкивания.

В процессе обычного обессоливания анионит не только обменивает неорганические ионы (хлориды, сульфаты и т.д.), но и поглощает органические вещества. Большие и сложные органические молекулы медленно диффундируют в частицу анионита и закрепляются внутри частицы по указанным выше механизмам. Во время относительно короткого цикла регенерации гидроксидом натрия эти молекулы также медленно диффундируют из частицы анионита. Однако от фильтроцикла к фильтроциклу наблюдается тенденция постепенного увеличения содержания органических веществ, поглощенных смолой, по сравнению с веществами, вымываемыми во время регенерации. Таким образом, смола постепенно становится «необратимо» отравленной органикой.

Накопление органики внутри частиц смолы проявляется в:

ухудшении качества обработанной воды;

уменьшении рабочей емкости смолы;

увеличении расходы воды на отмывку от регенеранта. Если функциональные группы ионообменной смолы

блокируются крупными органическими молекулами, скорость обмена неорганических ионов из обрабатываемой смолы неотвратимо уменьшается. В случае сильноосновной смолы, применяемой для удаления кремния, в силу того, что кремний слабо диссоциирует в растворах, происходит увеличение проскока кремния с увеличением отравления смолы.

Помимо этого, ионы натрия, поступающие с гидроксидом натрия во время регенерации, вступают в реакцию замещения карбоксильной группы, содержащейся в органической молекуле. Такое замещение приводит к увеличению времени отмывки после регенерации, когда натрий начинает покидать частицы смолы.

Два указанных эффекта приводят к уменьшению рабочей емкости смолы, определяемой требуемым качеством обработанной воды.

112

Втабл. 5.3, 5.4 представлены физико-химические показатели анионитов и катионитов, применяемых для очистки реакторных вод.

Втабл. 5.5 представлены физико-химические показатели катионита КУ-2-8 (КУ-2-8чс) в водородно-солевой форме и анионита АВ-17-8 (АВ-17-8чс) в хлор-форме.

113

Таблица 5.5

Физико-химические показатели катионита КУ-2-8 в водородносолевой форме и анионита АВ-17-8 в хлор-форме

Наряду с ионитами, производимыми в России, на отечественных АЭС применяют иониты зарубежных производителей:

1.Сильнокислотные катиониты: LEVATIT-S-100; Dowex50W, Dowex HCR-S; AMBERLITE JR-120Na, JRN-77; PUROLITE SGC-100, SGC-650.

2.Сильноосновные аниониты: PUROLITE A-500P; AMBERLITE 402CL, 4200CL.

3.Слабокислотные катиониты: Dowex MAC-3; PUROLITE

C-104, C-106.

4. Слабоосновные аниониты: LEVATIT MP-64; Dowex MWA-1; AMBERLITE JRA-67, JRA-96; PUROLITE A-845, A-847, A-100, A-123.

118

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Ампелогова Н.И., Симановский Ю.М., Трапезников А.А. Дезактивация в ядерной энергетике. – М.: Энергоиздат, 1982.

2.Иванов В.Н. Доклад «Внедрение этаноламинового ВХР на Балаковской АЭС». – М.: Федеральное агентство по атомной энергии ФГУП «Росэнергоатом», 2009.

3.Стандарт предприятия «Водно-химический режим основного технологического контура и вспомогательных систем АЭС с реактором РБМК-1000» СТП ЭО 0005-01. – М.: Концерн «Росэнергоатом», 2001.

4.Временные нормы «Водно-химический режим второго контура энергоблока №1 Ростовской АЭС в период дозирования морфолина». – М.: Концерн «Росэнергоатом», 2001.

5.Руководящий документ «Требования к входному и эксплуатационному контролю ионообменных смол для АЭС с реактором типа ВВЭР» РД ЭО-0161-99. – М.: Концерн «Росэнергоатом», 1999.

6.Стандарт предприятия «Водно-химический режим второго контура АЭС с реакторами ВВЭР-1000. Нормы качества рабочей среды и средства их обеспечения» СТП ЭО-0003-03. – М.: Концерн «Росэнергоатом», 2003.

7.Сборник докладов Международного научно-технического совещания «Водно-химический режим АЭС». – М.: Концерн «Росэнергоатом», 2005.

8.Тевлин С.А. Атомные электрические станции с реакторами ВВЭР-1000. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008.

9.Афронов А.М. и др. ВВЭР-1000. Физические основы эксплуатации, ядерное топливо, безопасность. – М.: Логос, 2006.

10.Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. – М.: Энергоатомиздат, 2002.

11.Герасимов В.В. Коррозия реакторных материалов. – М.: Атомиздат, 1980.

12.Жук Н.П. Курс коррозии и защиты материалов. – М.: Атомиздат, 1976.

119

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П1

Соотношения между единицами СИ с внесистемными единицами активности и характеристик поля излучения

120