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

ICS

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NB

中華人民共和國(guó)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

NB/T×××××—××××

核電廠水處理用離子交換樹(shù)脂動(dòng)力學(xué)性能

試驗(yàn)方法

Testmethodsforthemasstransfercoefficientofionexchangeresinsusedinnuclear

powerplantwatertreatmentsystems

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（征求意見(jiàn)稿）

××××-××-××發(fā)布××××-××-××實(shí)施

國(guó)家能源局發(fā)布

1

目??次

前??言.............................................................................II

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語(yǔ)和定義.........................................................................1

4原理...............................................................................1

5樹(shù)脂試樣制備.......................................................................2

5.1取樣...........................................................................2

5.2反洗...........................................................................2

5.3再生...........................................................................3

5.4樹(shù)脂顆粒粒徑分布測(cè)定...........................................................3

6測(cè)定步驟...........................................................................3

6.1樹(shù)脂的裝柱.....................................................................3

6.2MTC值測(cè)定操作步驟..............................................................3

6.3MTC計(jì)算........................................................................4

6.4注意事項(xiàng).......................................................................5

1

NB/T×××××—××××

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

1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(shù)脂（以下簡(jiǎn)稱“樹(shù)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(shù)脂質(zhì)量傳遞系數(shù)（MTC）的測(cè)定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過(guò)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(shù)脂取樣方法

GB/T5476離子交換樹(shù)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(shù)脂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

DL/T771發(fā)電廠水處理用離子交換樹(shù)脂選用導(dǎo)則

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本方法。

3.1

樹(shù)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(shù)脂在離子交換過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的，與樹(shù)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)。

3.2

樹(shù)脂的離子型ionictypeofionexchangeresin

離子交換樹(shù)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(shù)脂中存在的該離子型

的摩爾質(zhì)量數(shù)與樹(shù)脂全交換容量的百分比表示。

3.3

清洗水耗rinsewaterconsumption

清洗樹(shù)脂所用水的體積與樹(shù)脂體積之比，通常用樹(shù)脂床層體積（bedvolume，BV）的倍數(shù)表示。

4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(shù)脂和陽(yáng)樹(shù)脂充分混合組成混合樹(shù)脂層。先用除鹽水淋洗

2-+2-+

混脂，測(cè)定出水SO4或Na濃度；接著向淋洗液中注入NH3溶液淋洗30min，測(cè)定出水SO4或Na濃

2-+2-+

度；再注入Na2SO4溶液30min，測(cè)定出水SO4或Na濃度；根據(jù)進(jìn)、出水SO4或Na濃度計(jì)算陰樹(shù)脂

或陽(yáng)樹(shù)脂的MTC。樹(shù)脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖1。

2

NB/T×××××—××××

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(shù)脂試樣制備）；

b)注射泵×2：100mL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(shù)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(shù)脂的處理）；

2-2-

f)SO4分析儀×1：可測(cè)低于0.1μg/L的SO4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：

2-

a)超純水：滿足GB/T6682規(guī)定的一級(jí)試劑水，其中SO4含量不超過(guò)0.5μg/L；

b)Na2SO4溶液：900mg/L；

c)NH3溶液：3000mg/L；

d)陽(yáng)樹(shù)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(shù)脂；

e)陰樹(shù)脂參考標(biāo)準(zhǔn)：推薦使用核級(jí)全新OH型強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂。

圖1樹(shù)脂動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)裝置示意圖

5樹(shù)脂試樣制備

5.1取樣

按照GB/T5475規(guī)定的方法，取待測(cè)陽(yáng)樹(shù)脂、陰樹(shù)脂各500mL，置于玻璃交換柱。

3

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5.2反洗

啟動(dòng)除鹽水泵，分別對(duì)在交換柱中的陽(yáng)、陰樹(shù)脂進(jìn)行反洗，樹(shù)脂的展開(kāi)率應(yīng)不低于50%，直到試樣

中無(wú)可見(jiàn)機(jī)械雜質(zhì)，出水澄清時(shí)為止。

5.3再生

5.3.1氫型陽(yáng)樹(shù)脂再生

如果試驗(yàn)用的陽(yáng)樹(shù)脂不是H型樹(shù)脂，則需進(jìn)行再生處理。將陽(yáng)樹(shù)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(guò)交換柱樹(shù)脂層，時(shí)間為1h；再以25mL/min的超純水淋洗樹(shù)脂

15min；最后以100mL/min的超純水淋洗樹(shù)脂至出水電導(dǎo)≤20μS/cm，淋洗時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1h。

5.3.2氫氧型陰樹(shù)脂再生

如果待檢測(cè)的陰樹(shù)脂不是OH型的，則需進(jìn)行再生處理。將陰樹(shù)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(guò)交換柱樹(shù)脂層，時(shí)間為1h；再以25mL/min的超

純水淋洗樹(shù)脂15min；最后以100mL/min的超純水淋洗樹(shù)脂至出水電導(dǎo)≤20μS/cm，淋洗時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1h。

5.4樹(shù)脂顆粒粒徑分布測(cè)定

按照GB/T5787規(guī)定的方法，對(duì)樹(shù)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(shù)脂粒度分布，

計(jì)算加權(quán)平均粒徑。其中陰樹(shù)脂粒徑記為PAnion（mm）（精確至0.01mm），陽(yáng)樹(shù)脂粒徑記為PCation（mm）

（精確至0.01mm）。

6測(cè)定步驟

6.1樹(shù)脂的裝柱

6.1.1樹(shù)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(shù)脂樣品。

6.1.2陰、陽(yáng)樹(shù)脂取樣與混合

用100mL量筒量?。?5±1）mL陰樹(shù)脂樣品，注水至超過(guò)樹(shù)脂界面以上10mL。敲擊量筒底部，

使樹(shù)脂之間緊密無(wú)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(shù)脂，注水至超過(guò)樹(shù)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(shù)脂全部轉(zhuǎn)入燒杯，傾倒多余的水，用玻璃棒攪拌混合均勻。

6.1.3交換柱清洗與樹(shù)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

+2-

度為（25±1）℃，記為T（℃）；用除鹽水清洗交換柱至出水達(dá)到Na和SO4基線（應(yīng)不大于0.5μg/L），

2-2-++

記錄此時(shí)SO4濃度為[SO4]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(kāi)啟交換柱的頂蓋，將混合樹(shù)脂小心地裝入交換柱。確保樹(shù)脂層中沒(méi)有

氣泡形成，以及混脂層陰陽(yáng)樹(shù)脂沒(méi)有分離。再向交換柱中注滿除鹽水，蓋上頂蓋。

6.2MTC值測(cè)定操作步驟

2-+

6.2.1高速淋洗與測(cè)定[SO4]Rinse和[Na]Rinse

4

NB/T×××××—××××

打開(kāi)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(shù)脂樣品，至出水電導(dǎo)值≤

2-+2-+

0.06μS/cm，測(cè)定并記錄淋洗出水SO4和Na濃度，記為[SO4]Rinse和[Na]Rinse（精確至0.1μg/L）；測(cè)

量樹(shù)脂層厚度，記為L(zhǎng)（精確至0.1cm）。該過(guò)程通常需要15min，但不超過(guò)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)。

2-+

6.2.2注入NH3溶液與測(cè)定[SO4]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，

2-+2-+

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SO4和Na濃度，記為[SO4]NH3和[Na]NH3

（精確至0.1μg/L）。

2-+

6.2.3注入Na2SO4溶液與測(cè)定[SO4]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

2-+2-+

后，測(cè)定并記錄淋洗出水SO4和Na濃度，記為[SO4]Effluent和[Na]Effluent（精確至0.1μg/L）。

2-+

6.2.4停止淋洗與測(cè)定[SO4]Influent和[Na]Inffluent

旋轉(zhuǎn)交換柱進(jìn)、出水閥門，停止淋洗樹(shù)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

2-+2-+

記錄淋洗液SO4濃度和Na濃度，記為[SO4]Influent和[Na]Influent（精確至1μg/L）。

2-+

淋洗液SO4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。

6.2.5交換柱清洗備用

開(kāi)啟交換柱頂蓋，移出樹(shù)脂樣品，重新注滿除鹽水，蓋上頂蓋；打開(kāi)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。

6.3MTC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。

SO2-SO2-3

1FPAnion4Influent4Baseline10

k2-ln..（1）

SO42-2-

6(1)ALVAnion/VCationVAnionSO4SO460

EffluentNH3

SO2-SO2-

54Influent4Baseline（）

k2-6.8410PAnionln...............................................................2

SO42-2-

SO4SO4

EffluentNH3

Na+Na+3

1FPCationInfluentBaseline10

k+ln.......（3）

Na++

6(1)ALVAnion/VAnionVCationNaNa60

EffluentNH3

Na+Na+

5InfluentBaseline（）

k+6.8410Pln.................................................................4

NaCation++

NaNa

EffluentNH3

式中：

5

NB/T×××××—××××

——陰樹(shù)脂質(zhì)量傳遞系數(shù)，m/s；

kSO2-

4

——陽(yáng)樹(shù)脂質(zhì)量傳遞系數(shù)，m/s；

kNa+

F-——除鹽水流量，mL/min；

——樹(shù)脂層孔隙率，對(duì)于大多數(shù)樹(shù)脂，通常不直接測(cè)定ε值，取值0.35；

A——夾層玻璃柱內(nèi)管截面積，cm2；

L——混合樹(shù)脂層厚度，cm；

陰樹(shù)脂顆粒粒徑，；

PAnion——mm

陽(yáng)樹(shù)脂顆粒粒徑，；

PCation——mm

陰樹(shù)脂體積，；

VAnion——mL

陽(yáng)樹(shù)脂體積，；

VCation——mL

2-2-

SO——含NH3和Na2SO4的淋洗液SO4濃度，μg/L；

4Influent

2-2-

SO——交換柱清洗出水SO4基線值，μg/L；

4Baseline

2-2-

SO——淋洗液注入Na2SO4溶液時(shí)出水SO4濃度，μg/L；

4Effluent

2-淋洗液注入溶液時(shí)出水2-濃度，；

SO4——NH3SO4μg/L

NH3

++

Na——含NH3和Na2SO4的淋洗液Na濃度，μg/L；

Influent

Na+——交換柱清洗出水Na+基線值，μg/L；

Baseline

++

Na——淋洗液注入Na2SO4溶液時(shí)出水Na濃度，μg/L；

Effluent

++

Na——淋洗液注入NH3溶液時(shí)出水Na濃度，μg/L。

NH3

6.4注意事項(xiàng)

6.4.1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。

6.4.2取少量樹(shù)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(guò)10%，則

應(yīng)重新選取樹(shù)脂進(jìn)行試驗(yàn)。

2-+

6.4.3如果一天測(cè)定多個(gè)樣品，[