Study of Characteristic Improvement of Spent Ion Exchange Resin

Abstract

This thesis work was done to Teollisuuden Voima Oyj. Purpose was to study the effects of certain additives on the flow properties of the ion exchange resin. Purpose was to improve the flow properties of the bulk and the dried bulk. Spent ion exchange resin has caused problems by forming blockages in pipelines, when pumped into the waste treatment unit. The other purpose of this thesis was to get the dried bulk's characteristics so that the amount of bitumen could be decreased. Bitumen is used, when dried ion exchange resin and inert are prepared for the final disposal.

In the theory section of this thesis, soluble and insoluble impurities of boiling water reactor were discussed. Also condensate purification and ion exchange were intro-duced. Rheology was studied to explain the particle flow and viscosity. The process-es that are related to the subject were surveyed.

Thesis was implemented in TVO's water chemistry laboratory. The main analysis was carried out with a viscosity instrument, Viscometer DV-E. The bulk was done from fresh unused ion exchange resin and inert material. Also drying test and enrichment test were implemented at the TVO's laboratory. Radioactive material was avoided and real process materials were left untouched. Certain additives, those which already had a permission to be added into the final disposal, were analyzed with Viscometer.

Pilot tests were conducted at Satakunta University of Applied Sciences process la-boratory. Centrifugal pump test, hose pump test, and funnel test were done to test the flow properties of the bulk.

Results from the laboratory tests showed improvements in viscosity behavior by us-ing one additive. Drying tests did not reveal any significant improvements. Flow tests at the process laboratory were carried out with the additive, which were noticed to improve the viscosity of the bulk. However, any improvements were not observed. One possible reason for the blockages was noticed; when starting to pump the bulk out of the tank, where it was left to settle for a while, the bulk formed dryer thick layer on the walls. After while this layer collapsed and block the pipe.

Tämä opinnäytetyö tehtiin Teollisuuden Voima Oyj:lle. Sen tarkoituksena oli tutkia tiettyjen polymeerien vaikutusta käytetyn ioninvaihtohartsin ominaisuuksiin. Tiettyjen apuaineiden toivottiin parantavan hartsin virtausominaisuuksia ja samalla kuivatun hartsin muita ominaisuuksia. Käytetty ioninvaihtohartsi aiheutti ongelmia muodostaen tukoksia putkistoihin, joissa massa siirretään jätteen käsittelylaitokselle. Kuivatun massan ongelmana oli liian suuri bitumin kulutus. Bitumia sekoitetaan hartsin ja inertin joukkoon valmistettaessa massa loppusijoitukseen.

Työn teoriaosassa tutustuttiin kiehutusvesi laitoksen liuenneisiin ja liukenemattomiin epäpuhtauksiin sekä lauhteen puhdistukseen ja ioninvaihtoon. Reologiaa käsittelevässä osassa tutkittiin viskositeettia ja partikkelien käyttäytymistä nesteessä. Aiheeseen liittyviä prosesseja tarkasteltiin myös työtä varten.

Opinnäytetyö tehtiin TVO:n vesikemian laboratoriossa. Pääanalyysina oli viskositeettimittaus, joka suoritettiin Viscometer DV-E laitteella. Kuivauskoe ja massan rikastus toteutettiin myös vesikemian laboratoriossa. Massa valmistettiin puhtaista käyttämättömistä hartseista ja inertistä. Aktiivisia tuotteita haluttiin kokeissa välttää. Apuaineet, jotka olivat jo valmiiksi käytössä TVO:n prosesseissa ja joilla oli jo lupa loppusijoitukseen, testattiin ensin viskositeettimittarilla.

Pilottitestit tehtiin Satakunnan ammattikorkeakoulun prosessilaboratoriossa. Keskipakopumppu-, letkupumppu- ja suppilotestit suoritettiin virtausominaisuuksia tutkittaessa.

Laboratoriokokeiden tulokset näyttivät viskositeetin parannusta yhden apuaineen kohdalla. Kuivauskokeissa ei löytynyt mitään huomattavia muutoksia. Virtauskokeissa käytettiin tätä samaa apuainetta, joka antoi laboratoriossa hyvän tuloksen. Se ei kuitenkaan tuonut toivottua tulosta pilottikokeissa. Mahdollinen teoria tukkeumien aiheuttajasta kuitenkin löytyi. Kun seissyttä massaa alettiin pumpata ulos säiliöstä, niin säiliön reunoille jäi paksu kerros kuivempaa massaa. Seinämä sortui myöhemmin tukkien pohjalla olevan putken.