图1 德国核电站中典型的核反应堆冷却水水质以及冷却水被不同树脂组合的CVCS混床处理后的净化系数

应用新一代Lewatit核级树脂 – 单分散凝胶型阳树脂与单分散凝胶型阴离子交换树脂 – 组成的混床，在处理德国某核电站的一回路冷却水时得到了很好的运行数据。腐蚀性产物被大大降低，Co-60净化系数大大提高。

轻水与重水反应堆设计中常用到反应堆冷却水化学净化法。为防止热传递界面的污染(特别是燃料元素)，并限制水及防腐层中的放射性，CVCS 净化单元具有下列功能：

去除冷却水中的惰性与放射性腐蚀产物；

去除不需要的带电荷物质；

去除裂解产物。

通常是两个或三个高压离子交换单元并联，或交替运行或同时运行。离子交换树脂填充于混床中使用。压水反应堆的冷却水回路通常是“碱法”运行。氢氧化锂 （同位素7Li)是常用的碱调节剂。氢气常被通入以较少辐射降解。核工业还要求在冷却剂中加入硼酸。通过调节氢氧化锂的量或移除锂，运行环境可以调节(最佳pH)使得悬浮的腐蚀性产物的量最少。这就是所谓的B/Li调节法。

在德国一座压水反应堆进行了实验室研究，冷却水经过混床处理，混床中装填不同的核级树脂组合强酸/强碱(大孔/大孔， 凝胶/凝胶， 大孔/凝胶)。核级的强酸性阳树脂交联度提高，其交联度在10%~16%不等。

根据试验结果，预测了离子交换树脂对裂解产物，活化产物和腐蚀性产物的净化系数，并与现有工艺的净化系数进行了比较。

图2 核电站装填Lewatit MonoPlus S 200 KR 与Lewatit MonoPlus M800 KR后反应堆冷却水处理的流程图

实验室得出的结果在工业化应用中得到了有力支持。应用新一代Lewatit核级树脂–单分散凝胶型阳树脂与单分散凝胶型阴离子交换树脂–组成的混床，在处理德国某核电站的一回路冷却水时得到了很好的运行数据。腐蚀性产物被大大降低，Co-60净化系数大大提高。

试验测试

试验条件

为了确定净化系数， 用取样瓶从冷却一回路中取冷却水样。1L未处理的冷却水样品作为测量净化系数的启始标准。

然后，从一回路中得到的水样被注入不同组合的混床中。相应树脂床的各组分预先用硼酸和氢氧化锂溶液饱和。 在连续两天内实验重复进行。

图3 入水与混床出水的Co-60浓度

试验结果

图1列出了德国核电站中典型的核反应堆冷却水水质以及冷却水被不同树脂组合的CVCS混床处理后的净化系数。

两种凝胶型单分散离子交换树脂的混床组合—Lewatit MonoPlus S 200 KR与Lewatit MonoPlus M800 KR—无论对裂解产物，活化产物还是腐蚀性产物都有最高的净化系数。 特别是作为放射性参考的元素Co-58 与Co-60（Co-60代表98% 的总放射量)去除率非常高，这成为在CVCS混床净化中使用该新型凝胶/凝胶树脂组合的重要原因。

不同交联度的大孔阳离子交换树脂(12 % 和16 %) 与一种凝胶型阴离子交换树脂组成了两种混床，Co-60的去除率分别只有Lewatit MonoPlus S 200 KR/Lewatit MonoPlus M800 KR组合的9%~22 %。

即便对于裂解与活化产物的去除，大孔树脂平均只能达到凝胶型Lewatit核级树脂40%~50%的交换量。

在德国NPP的实例应用

鉴于出色的实验室结果，核电站一回路冷却水处理中的两个混床过滤器在2007年4月28日装填了新型Lewatit核级树脂。

图4 腐蚀性产物Co-58，Co-60，Mn-54，Mn-56，Cr-51 及Fe-59的浓度

图2 显示了核电站装填Lewatit MonoPlus S 200 KR 与Lewatit MonoPlus M800 KR后反应堆冷却水处理的流程图。

混床的入水与出水每周取样一次计算净化系数，运行12个月后对树脂进行评估，此时已是第26个循环。

评估重点是去除Co-60 与Co-58，同时也考察离子交换树脂的交换容量与稳定性。

图3 显示了入水与混床出水的Co-60浓度。与前一年的数据比较Co-60净化系数几乎上升了一倍。 并且混床在运行中出水水质一直非常稳定。

同时也显示了在核电站环境下运行的树脂的交换容量与热稳定性。

图4 是腐蚀性产物Co-58，Co-60，Mn-54，Mn-56，Cr-51 及Fe-59的浓度。

同样，这些腐蚀性产物的浓度下降趋势非常明显。混床装入新Lewatit树脂稳定运行时，处理过的冷却水中，Cr-51与Mn-56 甚至没有被检出来。Cr-51 与Mn-56在短时间内出现峰值是因为短暂停车与取样造成的系统波动。

结论

实验结果在工业化应用中得到了有力支持。应用新一代Lewatit树脂–单分散凝胶型阳树脂与单分散凝胶型阴离子交换树脂 – 组成的混床，在某德国核电站应用于一回路冷却水的处理时得到了很好的运行数据。腐蚀性产物被大大降低，Co-60净化系数大大提高。

应用于混床中的各种离子交换树脂精心制作而成。离子交换树脂的基体不断改良使树脂获得更高的渗透与机械稳定性，更快的交换速率，对腐蚀性产物 更高的选择性。 这得益于树脂的高度单分散型(均一系数1.1)。 混床的分离特性得到极大的改善。 它们运行时的表现更像色谱树脂。

两种新型Lewatit核级树脂

特点如下：

聚合物基体经过改性；

更高交联度；

改进的生产工艺；

图5 Lewatit MonPlus M 800 KR

极低的金属污染；

均一系数1.1。

通过混床中树脂的精妙配合， 在核电站中取得了良好效果：

混床出水水质极其稳定；

Co-60含量大大降低；

离子的净化系数提高一倍；

图6 Lewatit MonPlus S200 KR

装入新Lewatit离子交换树脂后Cr-51与Mn-56几乎检测不到；

Zr和Nb (燃料元素中的污染物)极高的去除率。