CN101060021A - 一种浓缩处理低放废水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种浓缩处理低放废水的方法，该方法采用两级连续电除盐装置浓缩处理低放废水，原水进入净化级连续电除盐装置，同时施加电压。净化级的淡水出水中放射性核素离子得到去除。净化级的浓水出水部分循环至净化级装置的浓水进水口，部分排放，同时通过原水补充与排放量相当的水量。浓缩级的淡水进水来自净化级的浓水出水。浓缩级的淡水出水返回到净化级装置的淡水进水口进行再处理。浓缩级的浓水出水部分循环至浓缩级的浓水进水口，部分排放，通过净化级的浓水出水补充与排放量相当的水量。浓缩级所排放的浓水出水为整个系统的浓缩废水。本发明最大的优点是放射性废水的浓缩比高，二次放射性废物产生量少，同时运行费用低，容易实现自动化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种浓缩处理低放废水的方法，特别是涉及一种利用连续电除盐浓缩处理低放废水的方法，属于放射性废水处理技术领域。
背景技术
国家标准《放射性废物的分类》(GB9133-1995)中根据放射性浓度水平将放射性液体废物分为三级，其中低放废水指的是放射性浓度水平小于或等于4×106Bq/L的废水。
放射性废水的处理几乎尝试了各种先进的水处理工艺。在低放废水处理中，离子交换是其中最普遍使用的工艺，该工艺技术比较成熟，而且具有效率高、工艺简单、易操作等优点。由于放射性废水处理的特殊性，当树脂吸附饱和以后进行再生，不仅会增加工艺的复杂性，而且会产生大量放射性的废酸和废碱，给后续处理带来困难，因此在核工业放射性废水处理中离子交换树脂一般不再生。当除盐器进口和出口之间的压差超过一定的数值、壳体表面辐射剂量率大于一定的数值、去污系数降低、树脂已化学饱和或者树脂物理损坏的情况下，需要对树脂进行更换，因此树脂的平均寿命一般都不长，因处理对象而异，短至周余(放射性废物)，长可达1年(一回路冷却水)，冷凝水树脂的平均寿命是一到两个月。这样就会产生大量放射性废树脂。
随着膜技术的发展，部分研究者也开展了利用反渗透处理放射性废水的研究。但由于膜技术本身的工艺特点，利用膜技术处理放射性废水存在两个方面的主要缺陷：一是在处理过程中会造成对膜组件的放射性污染，因而增加了二次放射性废物的产生量；二是产水率低，处理过程会产生大量的浓缩液，对于这些浓缩液，后续处理依然是一个难题。
曾经或正在开发的低放废水处理技术还包括萃取、吸附以及电解等等。这些技术本身存在不同程度的缺陷，目前尚未发展到能够达到工业化应用的程度，更无法取代传统的离子交换工艺在低放废水处理中的地位。
在民用水处理领域，特别是在超纯水的生产领域有一种新型的水处理技术-连续电除盐，目前已经在电子、电力、医药和生物技术等诸多领域得到了广泛的应用，该技术可以取代传统的离子交换工艺，稳定连续地生产高纯水。该工艺与离子交换工艺相比，具有工艺上的先进性，有望取代离子交换工艺进行低放废水的处理。
连续电除盐又称电去离子、填充床电渗析，英文名称为electrodeionization或者Continuous Elecctrodeionization，简称EDI、CDI或者CEDI。该技术是在阴极和阳极之间交替排列阴阳例子交换膜，将离子交换树脂填充在阴阳离子交换膜之间形成淡水室。在除盐过程中，水中的离子被离子交换树脂吸附后，在直流电压的作用下，分别通过阴阳离子交换膜被清除。少量水分子在电场的作用下分解为氢离子和氢氧根离子，这些离子可以对离子交换树脂进行连续再生，从而使离子交换树脂保持在最佳的工作状态。
EDI技术是电渗析与离子交换有机结合形成的新型膜分离技术，它既保留了电渗析可连续脱盐及离子交换树脂可深脱盐的优点，又克服了电渗析浓差极化所造成的不良影响及离子交换树脂需用酸、碱再生的麻烦和造成的环境污染。与传统的离子交换树脂相比，EDI具有树脂用量少，占地面积小，不用酸碱再生，无废酸、废碱排放，产水水质好，容易实现自动化等特点。
与离子交换工艺相比，在核工业低放废水处理中采用技术，其技术先进性主要体现在：EDI运行时树脂可连续在线再生，因此装置表面辐射剂量率可长期保持在较低的水平；由于EDI中树脂被压紧，固定在一个固定的位置不动，树脂之间没有摩擦，因此EDI中树脂的物理损坏极少，使用寿命大大延长，根据EDI生产厂商提供的资料，民用领域中有的EDI装置运行时间已经达到了18年，其树脂的使用寿命远远超过了离子交换工艺中树脂的使用寿命；EDI处理后二次放射性废物仍旧残留在水中，没有发生相的转移，理论上不会产生其它形式的放射性废物。因此，利用EDI技术处理低放废水，可有效降低放射性废物的产生量。
但是，EDI工艺处理低放废水也面临着浓缩液产生量过大的难题。在利用离子交换工艺处理低放废水时，放射性核素离子被吸附到了离子交换树脂中，而利用EDI工艺处理低放废水时，放射性核素离子被浓缩到了浓水中。在一般情况下，EDI所产生的浓水的体积占原水体积的6％~10％左右，远大于离子交换工艺中所产生的放射性废树脂的量，这就使得EDI工艺相对于离子交换工艺不具有明显的优势。
发明内容
针对连续电除盐技术处理低放废水时浓水产量大的问题，本发明的目的是提供一种浓缩处理低放废水的方法，该工艺能够对低放废水进行高度浓缩处理，使得放射性浓水产生量少，同时工艺的淡水出水可以达到复用或者排放的程度。
本发明的技术方案如下：
一种处理低放废水的方法，其特征是该方法按如下步骤进行：
1)整个工艺由净化级和浓缩级两级处理装置串联而成，其中净化级处理装置I由1台或1台以上连续电除盐装置并联而成，对低放废水进行净化和初级浓缩，浓缩级处理装置II由1台连续电除盐装置构成，对低放废水进行深度浓缩；
2)使原水进入净化级处理装置I的淡水进水口，同时对装置施加电压；
3)净化级处理装置I的淡水出水即为整个系统的淡水出水，该出水中放射性核素离子已经得到了去除；
4)使净化级处理装置I的浓水出水进入浓缩级处理装置II的淡水进水口，同时对装置施加电压；
5)浓缩级处理装置II的淡水出水返回到净化级处理装置I的淡水进水口进行再处理；
6)浓缩级处理装置II所排放的浓水出水即为整个系统的浓缩废水。
本发明的优选方案是：净化级处理装置I的浓水出水部分循环至净化级处理装置I的浓水进水口，部分排放，通过原水补充与浓水排放量相当的水量。
本发明的另一优选技术方案是：浓缩级处理装置II的浓水出水部分循环至浓缩级装置的浓水进水口，部分排放，通过净化级的浓水出水补充与浓水排放量相当的水量。
为提高系统的浓缩比和浓缩倍数，本发明中净化级处理装置I的浓水排放量与进入该装置的原水总流量的比值为1％～10％。浓缩级处理装置II的浓水排放量与进入该装置的净化级浓水出水总流量的比值为1％～10％。
普通连续电除盐装置的浓缩倍数最高只能达到20倍，使用本发明处理低放废水时，浓缩倍数可以达到100～10000倍。与现有低放废水的处理技术相比，本发明具有以下优点：系统处理过程中树脂得到连续自动再生，因此放射性核素离子只在液相中转移，不会转移到固相中，没有放射性固体废物产生；经本发明工艺处理后，低放废水的浓缩倍数可以达到100-10000倍，因此放射性液体废物产生量少；在处理过程中没有相变，因此能耗低，运行费用省。
附图说明
图1为本发明提供的整体工艺结构示意图。
图2为本发明提供的带有浓水循环的整体工艺结构示意图。
图3为连续电除盐装置膜对的结构示意图，图中箭头所示分别为水流方向和离子迁移方向。连续电除盐装置由膜对交替叠放而成。
图中：净化级处理装置I，浓缩级处理装置II，1-原水，2-系统淡水出水，3-系统浓水出水；4-净化级淡水进水口，5-净化级浓水进水口；6-净化级淡水出水口；7-净化级浓水出水口；8-浓缩级淡水进水口；9-浓缩级浓水进水口；10-浓缩级淡水出水口；11-浓缩级浓水出水口；12-连续电除盐装置；12A-净化级连续电除盐装置，12B-浓缩级连续电除盐装置；13-浓水室；14-淡水室；15-阳离子交换膜；16-阴离子交换膜；17-阴阳离子交换树脂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
为实现上述本发明的目的，本发明提供的一种浓缩处理低放废水的方法是由净化级和浓缩级两级处理装置串联组成。净化级处理装置I由1台或1台以上净化级连续电除盐装置12A并联组成，对原水进行净化和初级浓缩。在原水进入净化级处理装置的同时施加电压，一般电流强度为1-6A。原水中的放射性核素离子被吸附到阴阳离子交换树脂17中，并在电压的作用下在树脂中迁移，最终通过阴离子交换膜16和阳离子交换膜15进入浓水室13得到去除。同时少量水分子在电压的作用下电解产生氢离子和氢氧根离子，对阴阳离子交换树脂17进行连续再生，使树脂保持在良好的工作状态。净化级处理装置I的淡水出水即为整个系统的淡水出水，该出水中放射性核素离子已经得到了去除，能够达到复用或者排放的要求。
为提高系统的浓缩比，净化级处理装置I的浓水出水部分循环至净化级浓水进水口4，部分排放，排放量占该装置原水总进水量的1％～10％，同时由原水补充与排放量相同的水量进入浓水室。所排放的浓水进入浓缩级处理装置II进行进一步的浓缩处理。
浓缩级处理装置II由1台浓缩级连续电除盐装置12B组成，对净化级的浓缩液进行深度浓缩。浓缩级的操作步骤和工作原理与净化级一致，所不同的是其进水为净化级的浓水出水，淡水出水则返回到净化级的淡水进水口进行再处理。与净化级相同，为了提高浓缩倍数，浓缩级的浓水出水也可进行部分循环，从而使排放量降低到装置总进水量的1％～10％。浓缩级所排放的浓水出水即为整个系统所产生的浓缩废水。
本发明的工艺过程如下：
整个工艺过程由净化级和浓缩级两级处理装置串联组成。净化级处理装置由1台或1台以上净化级连续电除盐装置12A并联组成。原水1分别由净化级淡水进水口4和净化级浓水进水口5进入净化级连续电除盐装置12A的淡水室14和浓水室13，对连续电除盐装置施加电压，原水中的核素离子在电压的作用下在树脂中迁移，并通过阳离子交换膜15进入浓水室，因此系统淡水出水2中放射性核素离子已经得到去除。从净化级浓水出水口7中流出的浓水中富集了原水中的离子，包括放射性的核素离子。为了提高浓缩倍数，可将浓水出水部分循环至净化级浓水进水口5，部分排放，排放量占原水总进水量的1％～10％，通过原水向浓水室补充与排放量相当的水量。
浓缩级处理装置II由1台浓缩级连续电除盐装置12B构成。净化级排放的浓水出水分别从浓缩级连续电除盐装置12B的浓缩级淡水进水口8和浓缩级浓水进水口9进入淡水室14和浓水室13。浓缩级的工艺过程与净化级相同。
浓缩级所排放的淡水出水返回到净化级的进水进行再处理。为提高浓缩倍数，浓缩级的浓水出水也可进行循环。排放量占浓缩级总进水量的1％～10％。所排放的浓水出水为整个系统的浓缩废水，其中富集了原水中的核素离子。
经过上述工艺后，淡水出水中的放射性核素离子得到去除，原水中的核素离子被浓缩到整个系统的浓缩废水中。浓缩倍数可以达到100～10000。
本发明可以将低放废水进行高度浓缩，与现有低放废水处理技术相比，二次放射性废物产生量少，没有放射性固体废物产生，能耗低，易于实现自动化控制。
下面举出具体的实施例。
实施例1：
利用含有Co2+、Sr2+和Cs+的药品和纯水配制含有Co2+、Sr2+和Cs+的模拟低放废水作为原水1，原水中Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度分别为64μg/L、88μg/L和96μg/L。原水进入净化级处理装置I，总进水量为8m3/h。净化级处理装置I由4台处理量为2m3/h的连续电除盐装置12A并联组成。原水分别进入净化级连续电除盐装置12A的净化级淡水进水口4以及净化级浓水进水口5，其中进入浓水室13的水量为0.8m3/h，占总进水量的10％。在原水进入的同时施加电压。净化级淡水出水6汇总后即为整个系统的淡水出水2，淡水出水中的Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度不可检出。
净化级的浓水出水直接进入浓缩级的淡水进水口8和浓缩级的浓水进水口9进行深度浓缩处理，流量为0.8m3/h。其中进入浓水室13的水量为0.08m3/h，占浓缩级总进水量的10％。浓缩级和净化级的工艺过程相同。浓缩级的淡水出水返回到净化级的淡水进水进行再处理。浓缩级的浓水出水不进行循环，全部排放。所排放的浓水出水为整个系统的浓缩废水，其中Co2+、Sr2+和Cs+的平均质量浓度分别为6.3mg/L、8.6mg/L和9.4mg/L。
经过上述工艺处理后，系统淡水出水中Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度不可检出，原水中的核素离子被浓缩到了浓水中。整个处理工艺的浓缩倍数为100。
实施例2：
原水中Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度分别为64μg/L、88μg/L和96μg/L。原水进入净化级处理装置I，总进水量为8m3/h。净化级处理装置I由4台处理量为2m3/h的连续电除盐装置12A并联组成。原水分别进入净化级连续电除盐装置12A的净化级淡水进水口4以及净化级浓水进水口5，其中进入浓水室13的水量为0.08m3/h，占总进水量的1％。在原水进入的同时施加电压。净化级淡水出水6汇总后即为整个系统的淡水出水2，淡水出水中的Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度不可检出。
净化级的浓水出水部分进行循环，部分排放，排放量为0.08m3/h，占总进水量的1％。
净化级排放的浓水出水进入浓缩级的淡水进水口8和浓缩级的浓水进水口9，其中进入浓水室13的水量为0.008m3/h，占浓缩级总进水量的10％。浓缩级和净化级的工艺过程相同。浓缩级的淡水出水返回到净化级的淡水进水进行再处理。浓缩级的浓水出水不进行循环，全部排放，排放量为0.008m3/h，占浓缩级总进水量的10％。所排放的浓水出水为整个系统的浓缩废水，其中Co2+、Sr2+和Cs+的平均质量浓度分别为62mg/L、85mg/L和93mg/L。
经过上述工艺处理后，系统淡水出水中Co2+、Sr2+和Cs+的质量浓度不可检出，原水中的核素离子被浓缩到了浓水中。整个处理工艺的浓缩倍数为1000。
实施例3：
原水中Co2+的质量浓度为60ng/L。原水进入净化级处理装置I，总进水量为8m3/h。净化级处理装置I由4台处理量为2m3/h的连续电除盐装置12A并联组成。原水分别进入净化级连续电除盐装置12A的净化级淡水进水口4以及净化级浓水进水口5，其中进入浓水室13的水量为0.08m3/h，占总进水量的1％。在原水进入的同时施加电压。净化级淡水出水6汇总后即为整个系统的淡水出水2，淡水出水中Co2+的质量浓度不可检出。
净化级的浓水出水部分进行循环，部分排放，排放量为0.08m3/h，占总进水量的1％。
净化级排放的浓水出水进入浓缩级的淡水进水口8和浓缩级的浓水进水口9，其中进入浓水室13的水量为0.0008m3/h，占浓缩级总进水量的1％。浓缩级和净化级的工艺过程相同。浓缩级的淡水出水返回到净化级的淡水进水进行再处理。浓缩级的浓水出水部分进行循环，部分排放，排放量为0.0008m3/h，占浓缩级总进水量的1％。所排放的浓水出水为整个系统的浓缩废水，其中Co2+的平均质量浓度为588μg/L。
经过上述工艺处理后，系统淡水出水中Co2+的质量浓度不可检出，原水中的核素离子被浓缩到了浓水中。整个处理工艺的浓缩倍数为10000。
装置连续运行60小时，淡水出水和浓水出水水质稳定。
Claims (5)
1.一种处理低放废水的方法，其特征是该方法按如下步骤进行：
1)整个工艺由净化级和浓缩级两级处理装置串联而成，其中净化级处理装置I由1台或1台以上连续电除盐装置并联而成，对低放废水进行净化和初级浓缩，浓缩级处理装置II由1台连续电除盐装置构成，对低放废水进行深度浓缩；
2)使原水进入净化级处理装置I的淡水进水口，同时对装置施加电压；
3)净化级处理装置I的淡水出水即为整个系统的淡水出水，该出水中放射性核素离子已经得到了去除；
4)使净化级处理装置I的浓水出水进入浓缩级处理装置II的淡水进水口，同时对装置施加电压；
5)浓缩级处理装置II的淡水出水返回到净化级处理装置I的淡水进水口进行再处理；
6)浓缩级处理装置II所排放的浓水出水即为整个系统的浓缩废水。
2.按照权利要求1所述的处理低放废水的方法，其特征在于：净化级处理装置I的浓水出水一部分循环至净化级处理装置I的浓水进水口，一部分排放，通过原水补充与浓水排放量相当的水量。
3.按照权利要求1所述的处理低放废水的方法，其特征在于：浓缩级处理装置II的浓水出水一部分循环至浓缩级处理装置II的浓水进水口，一部分排放，通过净化级的浓水出水补充与浓水排放量相当的水量。
4.按照权利要求2所述的处理低放废水的方法，其特征在于：净化级处理装置I的浓水排放量与进入该装置的原水总流量的比值为1％～10％。
5.按照权利要求3所述的处理低放废水的方法，其特征在于：浓缩级处理装置II的浓水排放量与进入该装置的净化级浓水出水总流量的比值为1％～10％。
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