核電廠水處理用離子交換樹脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)方法

前??言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 14原理 15樹脂試樣制備 25.1取樣 25.2反洗 25.3再生 35.4樹脂顆粒粒徑分布測(cè)定 36測(cè)定步驟 36.1樹脂的裝柱 36.2MTC值測(cè)定操作步驟 36.3MTC計(jì)算 46.4注意事項(xiàng) 5核電廠水處理用離子交換樹脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)方法范圍本方法規(guī)定了核電廠水處理系統(tǒng)用顆粒狀離子交換樹脂（以下簡(jiǎn)稱“樹脂”）動(dòng)力學(xué)性能的試驗(yàn)方法。本方法適用于核電廠用樹脂質(zhì)量傳遞系數(shù)（MTC）的測(cè)定。規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本方法的引用而成為本方法的條款。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本方法。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本方法。GB/T601化學(xué)試劑標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備GB/T603化學(xué)試劑試驗(yàn)方法中所用制劑及制品制備GB/T5475離子交換樹脂取樣方法GB/T5476離子交換樹脂預(yù)處理方法GB/T6682分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法DL/T519發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)DL/T771發(fā)電廠水處理用離子交換樹脂選用導(dǎo)則術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本方法。樹脂質(zhì)量傳遞系數(shù)masstransfercoefficient（MTC）ofionexchangeresin主要用于評(píng)價(jià)離子交換樹脂在離子交換過程中表現(xiàn)出來的，與樹脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)及交換基團(tuán)特性有關(guān)的交換快慢及難易程度的一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)。樹脂的離子型ionictypeofionexchangeresin離子交換樹脂中存在的可交換離子的種類。各種離子型的相對(duì)含量，通常用樹脂中存在的該離子型的摩爾質(zhì)量數(shù)與樹脂全交換容量的百分比表示。清洗水耗rinsewaterconsumption清洗樹脂所用水的體積與樹脂體積之比，通常用樹脂床層體積（bedvolume，BV）的倍數(shù)表示。原理在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件下，將一定量的待測(cè)陰樹脂和陽(yáng)樹脂充分混合組成混合樹脂層。先用除鹽水淋洗混脂，測(cè)定出水SO42-或Na+濃度；接著向淋洗液中注入NH3溶液淋洗30min，測(cè)定出水SO42-或Na+濃度；再注入Na2SO4溶液30min，測(cè)定出水SO42-或Na+濃度；根據(jù)進(jìn)、出水SO42-或Na+濃度計(jì)算陰樹脂或陽(yáng)樹脂的MTC。樹脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)裝置示意圖見圖1。所需儀器設(shè)備如下：a)除鹽水泵×1：流量（1.0～2.0）L/min（用于樹脂試樣制備）；b)注射泵×2：100

mL注射器，流量（0.5～3）mL/min；c)夾層玻璃交換柱×1：Φ2.5cm×60cm（其截面積記為A，精確至0.05cm2）；d)夾層玻璃交換柱×1：Φ5.0cm×60cm或Φ5.0cm×90cm（用于陰樹脂的處理）；e)夾層玻璃交換柱×1：Φ5.0cm×60cm或Φ5.0cm×90cm（用于陽(yáng)樹脂的處理）；f)SO42-分析儀×1：可測(cè)低于0.1μg/L的SO42-含量，可采用離子色譜儀；g)Na+分析儀×1：可測(cè)低于0.1μg/L的Na+含量，可采用離子色譜儀；h)電導(dǎo)率儀×2：具備溫度補(bǔ)償功能，電導(dǎo)池常數(shù)0.01cm-1；i)顆粒粒度分析儀×1：可測(cè)粒度范圍（0.01～3.00）mm；j)浮子流量計(jì)×1：可計(jì)量流量（0.5～3.0）L/min；k)恒溫循環(huán)水泵×1：流量（1.0～2.0）L/min；l)量筒、燒杯。所需試劑材料如下：a)超純水：滿足GB/T6682規(guī)定的一級(jí)試劑水，其中SO42-含量不超過0.5μg/L；b)Na2SO4溶液：900mg/L；c)NH3溶液：3000mg/L；d)陽(yáng)樹脂參考標(biāo)準(zhǔn)：推薦使用核級(jí)全新H型強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂；e)陰樹脂參考標(biāo)準(zhǔn)：推薦使用核級(jí)全新OH型強(qiáng)堿性陰樹脂。圖1樹脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)裝置示意圖樹脂試樣制備取樣按照GB/T5475規(guī)定的方法，取待測(cè)陽(yáng)樹脂、陰樹脂各500mL，置于玻璃交換柱。反洗啟動(dòng)除鹽水泵，分別對(duì)在交換柱中的陽(yáng)、陰樹脂進(jìn)行反洗，樹脂的展開率應(yīng)不低于50%，直到試樣中無可見機(jī)械雜質(zhì)，出水澄清時(shí)為止。再生氫型陽(yáng)樹脂再生如果試驗(yàn)用的陽(yáng)樹脂不是H型樹脂，則需進(jìn)行再生處理。將陽(yáng)樹脂置于夾層玻璃交換柱中，先用1.0mol/LHCL溶液以25ml/min的流量通過交換柱樹脂層，時(shí)間為1h；再以25mL/min的超純水淋洗樹脂15min；最后以100mL/min的超純水淋洗樹脂至出水電導(dǎo)≤20μS/cm，淋洗時(shí)間不應(yīng)超過1h。氫氧型陰樹脂再生如果待檢測(cè)的陰樹脂不是OH型的，則需進(jìn)行再生處理。將陰樹脂置于夾層玻璃交換柱中，加熱至50℃，先用2.0mol/LNaOH溶液以25ml/min的流量通過交換柱樹脂層，時(shí)間為1h；再以25mL/min的超純水淋洗樹脂15min；最后以100mL/min的超純水淋洗樹脂至出水電導(dǎo)≤20μS/cm，淋洗時(shí)間不應(yīng)超過1h。樹脂顆粒粒徑分布測(cè)定按照GB/T5787規(guī)定的方法，對(duì)樹脂的有效粒徑進(jìn)行測(cè)定，也可采用粒度測(cè)定儀測(cè)量樹脂粒度分布，計(jì)算加權(quán)平均粒徑。其中陰樹脂粒徑記為PAnion（mm）（精確至0.01mm），陽(yáng)樹脂粒徑記為PCation（mm）（精確至0.01mm）。測(cè)定步驟樹脂的裝柱樹脂的清洗在室溫條件下，分別用5BV的除鹽水以10BV/h的流量清洗陰、陽(yáng)樹脂樣品。陰、陽(yáng)樹脂取樣與混合用100mL量筒量取（75±1）mL陰樹脂樣品，注水至超過樹脂界面以上10mL。敲擊量筒底部，使樹脂之間緊密無空隙，記錄體積為VAnion（mL）（精確至0.5mL）；用250mL量筒量?。?50±1）mL陽(yáng)樹脂，注水至超過樹脂界面以上10mL，敲實(shí)后記錄體積為VCation（mL）（精確至0.5mL）。將兩種樹脂全部轉(zhuǎn)入燒杯，傾倒多余的水，用玻璃棒攪拌混合均勻。交換柱清洗與樹脂裝柱調(diào)節(jié)交換柱除鹽水流量為1L/min，記流速為F（mL/min）；調(diào)節(jié)恒溫水箱的溫度，使交換柱出水溫度為（25±1）℃，記為T（℃）；用除鹽水清洗交換柱至出水達(dá)到Na+和SO42-基線（應(yīng)不大于0.5μg/L），記錄此時(shí)SO42-濃度為[SO42-]Baseline（精確至0.1μg/L），Na+濃度為[Na+]Baseline（精確至0.1μg/L）。關(guān)閉交換柱進(jìn)、出水閥門，開啟交換柱的頂蓋，將混合樹脂小心地裝入交換柱。確保樹脂層中沒有氣泡形成，以及混脂層陰陽(yáng)樹脂沒有分離。再向交換柱中注滿除鹽水，蓋上頂蓋。MTC值測(cè)定操作步驟高速淋洗與測(cè)定[SO42-]Rinse和[Na+]Rinse打開交換柱進(jìn)、出水閥門，調(diào)節(jié)出水口流速為1L/min，高速淋洗混合樹脂樣品，至出水電導(dǎo)值≤0.06μS/cm，測(cè)定并記錄淋洗出水SO42-和Na+濃度，記為[SO42-]Rinse和[Na+]Rinse（精確至0.1μg/L）；測(cè)量樹脂層厚度，記為L(zhǎng)（精確至0.1cm）。該過程通常需要15min，但不超過1h。如出水電導(dǎo)值較高，則需查找原因，并重新進(jìn)行試驗(yàn)。注入NH3溶液與測(cè)定[SO42-]NH3和[Na+]NH3當(dāng)淋洗至至出水電導(dǎo)值≤0.06μS/cm時(shí)，啟動(dòng)NH3溶液注射泵，以0.5mL/min的流量注入NH3溶液，持續(xù)進(jìn)藥30min，直至電導(dǎo)穩(wěn)定后，測(cè)定并記錄淋洗出水SO42-和Na+濃度，記為[SO42-]NH3和[Na+]NH3（精確至0.1μg/L）。注入Na2SO4溶液與測(cè)定[SO42-]Effluent和[Na+]Effluent啟動(dòng)Na2SO4溶液注射泵，以0.5mL/min的流量注入Na2SO4溶液，持續(xù)進(jìn)藥30min，直至電導(dǎo)穩(wěn)定后，測(cè)定并記錄淋洗出水SO42-和Na+濃度，記為[SO42-]Effluent和[Na+]Effluent（精確至0.1μg/L）。停止淋洗與測(cè)定[SO42-]Influent和[Na+]Inffluent旋轉(zhuǎn)交換柱進(jìn)、出水閥門，停止淋洗樹脂，淋洗液經(jīng)交換柱旁路流走。當(dāng)交換柱被旁路時(shí)，測(cè)定并記錄淋洗液SO42-濃度和Na+濃度，記為[SO42-]Influent和[Na+]Influent（精確至1μg/L）。淋洗液SO42-濃度和Na+濃度測(cè)定完畢，依次關(guān)閉Na2SO4溶液注射泵和NH3溶液注射泵。交換柱清洗備用開啟交換柱頂蓋，移出樹脂樣品，重新注滿除鹽水，蓋上頂蓋；打開進(jìn)、出水閥門，清洗交換柱；調(diào)節(jié)流量至合適大小，關(guān)閉恒溫循環(huán)水泵。MTC計(jì)算按照公式1~公式4計(jì)算MTC，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，例如1.6×10-4m/s。 （seq附錄公式\r11） （seq附錄公式2） （3） （4）式中：——陰樹脂質(zhì)量傳遞系數(shù)，m/s；——陽(yáng)樹脂質(zhì)量傳遞系數(shù)，m/s；-——除鹽水流量，mL/min；——樹脂層孔隙率，對(duì)于大多數(shù)樹脂，通常不直接測(cè)定ε值，取值0.35；——夾層玻璃柱內(nèi)管截面積，cm2；——混合樹脂層厚度，cm；——陰樹脂顆粒粒徑，mm；——陽(yáng)樹脂顆粒粒徑，mm；——陰樹脂體積，mL；——陽(yáng)樹脂體積，mL；——含NH3和Na2SO4的淋洗液SO42-濃度，μg/L；——交換柱清洗出水SO42-基線值，μg/L；——淋洗液注入Na2SO4溶液時(shí)出水SO42-濃度，μg/L；——淋洗液注入NH3溶液時(shí)出水SO42-濃度，μg/L；——含NH3和Na2SO4的淋洗液Na+濃度，μg/L；——交換柱清洗出水Na+基線值，μg/L；——淋洗液注入Na2SO4溶液時(shí)出水Na+濃度，μg/L；——淋洗液注入NH3溶液時(shí)出水Na+濃度，μg/L。注意事項(xiàng)溫度對(duì)MTC測(cè)定結(jié)果影響較大，溫度系數(shù)約為2.5%/℃，所有實(shí)驗(yàn)必須在25℃條件下操作。取少量樹脂樣品置于放大鏡（放大倍數(shù)為12-15倍）下觀察計(jì)算其破碎率，如果超過10%，則應(yīng)重新選取樹脂進(jìn)行試驗(yàn)。如果一天測(cè)定多個(gè)樣品，[SO42-]Influent和[Na+]Influent可在當(dāng)天實(shí)驗(yàn)最后測(cè)定一次。宜在注射泵的進(jìn)藥側(cè)連接除鹽水水源，在停止注射試劑后及時(shí)清洗注射泵及其管道。如果沒有在線SO42-分析儀，可通過測(cè)量氫電導(dǎo)率換算[SO42-]。將樹脂淋洗液出水通過H型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換柱（長(zhǎng)30cm、直徑2.5cm，AmbersepUP132或類似），測(cè)定出水電阻率。按公式5、6、7將電阻率R（MΩ·cm）換算為[SO42-]（μg/L）。 （5） （6） （7）前??言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：中廣核工程有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)參與起草單位：蘇州熱工研究院有限公司、國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：曹路、鄧佳杰、徐秀萍、朱志鵬。本標(biāo)準(zhǔn)為首次制定。本標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化中心（北京市白廣路二條一號(hào)，郵政編碼：100761NB/T×××××—××××前??言本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草單位：中廣核工程有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)參與起草單位：蘇州熱工研究院有限公司、國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：曹路、鄧佳杰、徐秀萍、朱志鵬。本標(biāo)準(zhǔn)為首次制定。本標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程中的意見或建議反饋至