CN104021834A

CN104021834A - 一种用于核工业浓缩液减量的方法及系统

Info

Publication number: CN104021834A
Application number: CN201410285122.XA
Authority: CN
Inventors: 章真怡; 赵璇
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-06-24
Also published as: CN104021834B

Abstract

本发明公开了一种用于核工业浓缩液减量方法，具体步骤包括：将PH值为6-9、含盐量为15-20g/L、放射性水平为3.7×10⁴Bq/L的核工业放射性废水进行电渗析处理，得到电渗析浓缩液和电渗析净化液；将所述电渗析浓缩液采用正渗透技术进行分离处理；正渗透后获得正渗透净化液和正渗透浓缩液返回电渗析过程，正渗透净化液与所述电渗析净化液混合，正渗透浓缩液与所述电渗析浓缩液混合；上面步骤同步循环进行，直至电渗析净化液放射性水平不高于60Bq/L,然后将所述电渗析净化液直接排出，将所述电渗析浓缩液导出做后续处理。通过该种耦合方式，可以大大提高核废液处理的效率，加大了淡水室和浓水室液面的液位压差△h，有利于正负离子更快速地向浓水室渗透。

Description

一种用于核工业浓缩液减量的方法及系统

技术领域

本发明涉及核三废处理技术领域，特别涉及一种用于核工业浓缩液减量的方法及系统。

背景技术

核工业浓缩液一般指核工业放射性废水经过反渗透等膜分离工艺后产生的除达标排放淡水外的高含盐量浓缩部分。核工业浓缩液一般经过蒸发器处理得到进一步浓缩的蒸残液，而后多采用暂存或水泥固化处置。但水泥固化增容比较高,既占用暂存库贮位,又增加最终处置费用。故将核工业浓缩液进行减量，既符合核工业废物小量化原则，又能够减小最终处置费用，成为必不容缓的事情。

蒸发器在核工业服役多年，使用过程中也出现了不少问题，如能耗较高，腐蚀、结垢、起沫导致去污因子降低、影响处理效率等。由此，核工业急需一种安全、环保且高效的可替代蒸发器的方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明的首要目的在于提供一种用于核工业浓缩液减量的方法，该方法通过电渗析正渗透的耦合，能够大大提高浓缩液的浓缩倍数，降低运行能耗，促进核工业废物小量化。本发明的次要目的在于提供一种用于核工业浓缩液减量的系统。

为实现上述目的，本发明一种用于核工业浓缩液减量方法，具体步骤如下：

1）电渗析浓缩：将PH值为6-9、含盐量为15-20g/L、放射性水平为3.7×10⁴ Bq/L的核工业放射性废水进行电渗析处理，得到电渗析浓缩液和电渗析净化液；

2）正渗透深度浓缩：将所述电渗析浓缩液采用正渗透技术进行分离处理；正渗透后获得正渗透净化液和正渗透浓缩液返回步骤1）电渗析过程，所述正渗透净化液与所述电渗析净化液混合，正渗透浓缩液与所述电渗析浓缩液混合；

3）步骤1）和2）同步循环进行，直至所述电渗析净化液放射性水平不高于60Bq/L,然后将所述电渗析净化液直接排出，将所述电渗析浓缩液导出做后续处理。

进一步，所述步骤2）中的所述正渗透净化液和正渗透浓缩液分别以设定流速冲刷用于所述电渗析浓缩的阴离子交换膜和阳离子交换膜；所述正渗透净化液剪切冲刷所述阴离子交换膜和阳离子交换膜的外侧，所述正渗透浓缩液冲刷阴离子交换膜和阳离子交换膜内侧。

进一步，所述设定流速为50-100 L/h。

进一步，所述步骤3）处理后的所述核工业放射性废水的浓缩倍数不低于7倍。

进一步，所述电渗析处理在温度为20-30摄氏度、电流密度为50-200 A/m²的条件下进行。

进一步，所述核工业放射性废水主要离子包括钠、氯、镁、钙、硫酸根、锶、铯、钴、银等。

进一步，所述正渗透的汲取液回收方法为热法回收、电磁回收或膜法回收。

一种用于核工业浓缩液减量的系统，其包括电渗析装置和正渗透装置，电渗析装置包括废水处理室，废水处理室两端分别设置有阴极和阳极，自阴极至阳极之间交替排列有阴离子交换膜和阳离子交换膜；交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜将所述废水处理室分隔成若干个小室；核工业废液通过管路进入各小室后，在直流电场的作用下离子作定向迁移，通过阴离子交换膜、阳离子交换膜分别对阳、阴离子的截留作用，使所述若干个小室分化形成包含电渗析净化液的淡水室和包含电渗析浓缩液的浓水室；淡水室和浓水室交替排列；所述正渗透装置对浓水室内的电渗析浓缩液进行进一步浓缩处理，正渗透装置的净化液出水口与所述淡水室连接，正渗透出的正渗透净化液经管路回流至淡水室内；正渗透后获得正渗透浓缩液经管路回流至所述浓水室。

进一步，所述正渗透装置包括正渗透膜、汲取单元和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的所述净化液出水口通过管路与所述淡水室连接；所述汲取单元的废水进口和废水出口分别通过管路与所述浓水室连接；所述浓水室内的电渗析浓缩液经管路及汲取单元的废水进口进入汲取单元，正渗透处理后浓缩液经所述出口及管路返回所述浓水室。

进一步，所述淡水室上设置有正渗透净化液进口，所述正渗透净化液进口紧贴所述阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该净化液进口喷出的所述正渗透净化液对所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的外侧面进行剪切冲刷。

进一步，所述浓水室上设置有正渗透浓缩液进口，所述正渗透浓缩液进口紧贴所述阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该浓缩液进口喷出的所述正渗透浓缩液对所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的内侧面进行剪切冲刷。

进一步，所述正渗透装置包括正渗透膜、汲取单元和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的所述出水口通过管路与所述淡水室连接；所述汲取单元设置在所述浓水室内，汲取单元的正渗透膜直接与浓水室内的电渗析浓缩液接触。

附图说明

图1为实施例1中核工业浓缩液减量的方法的流程图；

图2为实施例2中核工业浓缩液减量系统示意图；

图3为实施例3中核工业浓缩液减量系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

实施例1

如图1所示，一种用于核工业浓缩液减量方法，具体步骤如下：

1）电渗析浓缩：将PH值为6-9、含盐量为15-20g/L、放射性水平为3.7×10⁴ Bq/L的核工业放射性废水进行电渗析处理，得到电渗析浓缩液和电渗析净化液；其中，核工业放射性废水主要离子包括钠、氯、镁、钙、硫酸根、锶、铯、钴、银等。

2）正渗透浓缩：将所述电渗析浓缩液采用正渗透技术进行分离处理；正渗透后获得正渗透净化液和正渗透浓缩液返回步骤1）电渗析过程，所述正渗透净化液与所述电渗析净化液混合，正渗透浓缩液与所述电渗析浓缩液混合；

其中，步骤2）中的正渗透净化液和正渗透浓缩液分别以设定流速50-100 L/h冲刷用于所述电渗析浓缩的阴离子交换膜和阳离子交换膜；所述正渗透净化液冲刷所述阴离子交换膜和阳离子交换膜的外侧，所述正渗透浓缩液冲刷阴离子交换膜和阳离子交换膜内侧。

经步骤3）处理后的所述核工业放射性废水的浓缩倍数不低于7倍。

电渗析处理的温度为20-30摄氏度、电流密度为50-200 A/m² 。

另外，正渗透的汲取液回收方法可以是热法回收、电磁回收或膜法回收。

本实施例中被浓缩处理的料液特征有别于民用行业高含盐量废水。本发明处理的废液含盐量大于10 g/L，放射性水平介于10² Bq/L~10⁶ Bq/L，从处理效率及技术经济方面分析，反渗透浓缩等常规膜分离工艺不再适用；从工艺角度，一方面要求具备较高的浓缩倍数，另一方面又要保障较高的针对放射性核素的去污因子和安全性。由于本发明所处理的废液中放射性核素质量浓度处于微克甚至纳克级别，按100 Bq/L的排放标准核算，主要核素离子锶、铯、钴、银等的质量浓度需要达到10^-7～10^-9 mg/L，增加了放射性去污的难度。

本发明通过在电渗析工艺中的浓水室设置正渗透设备，对浓水室内的液体进行进一步的浓缩，汲取液回收单元释放的淡水通过管路返回淡水室，进一步扩大淡水量，可以提高淡水的达标排放量，提高料液减量比。

通过该种耦合方式，可以大大提高核废液处理的效率，并且通过正渗透将浓水室中淡水成分排出并转移到淡水室中，从而进一步加大了淡水室和浓水室液面的液位压差△h，有利于正负离子更快速地向浓水室渗透。

并且通过增加淡水室和浓水室流动性，有效提高阴、阳离子交换膜的功效及延长膜的使用寿命，促进浓、淡水室的差异性，提高电渗析的浓缩倍数，通过膜的选择性有效截留放射性核素离子，实现较高的去污因子。

实施例2

如图2所示，一种用于核工业浓缩液减量的系统，其包括电渗析装置和正渗透装置，电渗析装置包括废水处理室，废水处理室两端分别设置有阴极15和阳极11，自阴极至阳极之间交替排列有阴离子交换膜25和阳离子交换膜21，交替排列的阴离子交换膜25和阳离子交换膜21将所述废水处理室分隔成若干个小室；核工业废液通过管路进入各小室后，在直流电场的作用下离子作定向迁移，通过阴离子交换膜25、阳离子交换膜21分别对阳、阴离子的截留作用，使所述若干个小室分化形成电渗析净化液、电渗析浓缩液交替排列的淡水室30和浓水室40。正渗透装置的进水口与浓水室连通，正渗透装置对浓水室内的电渗析浓缩液进行进一步浓缩处理，正渗透装置的出水口与所述淡水室连接，正渗透出的正渗透净化液回流至淡水室内；正渗透后获得正渗透浓缩液回流至浓水室。

正渗透装置包括正渗透膜50、汲取单元和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的出水口A通过管路与淡水室连接；汲取单元的废水进口C和出口B分别通过管路与浓水室40连接；浓水室内的电渗析浓缩液经管路及汲取单元的废水进口C进入汲取单元，正渗透处理后的浓缩液经出口B及管路再次返回浓水室40中。

淡水室上设置有正渗透净化液进口（未示出），正渗透净化液进口紧贴阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该净化液进口喷出的正渗透净化液对阳离子交换膜和阴离子交换膜的外侧面进行剪切冲刷。

浓水室上设置有正渗透浓缩液进口（未示出），正渗透浓缩液进口紧贴阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该浓缩液进口喷出的正渗透浓缩液对所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的内侧面进行剪切冲刷。

正渗透处理后获得正渗透净化液和浓缩液分别从外侧和内侧冲刷阴、阳离子交换膜，可以在正常的工作中将附着在阴阳离子交换膜上的沉积物冲走，避免沉淀物长期附着在交换膜上影响交换膜的工作效率，延长了交换膜的使用寿命，但又不额外增加清洗工作。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2基本相同，区别在于：正渗透装置包括正渗透膜、汲取单元60和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的出水口A通过管路与淡水室30连接；汲取单元60设置在浓水室40内，汲取单元60的正渗透膜65直接与浓水室内的电渗析浓缩液接触。汲取单元60可以是由正渗透膜65围成的筒形、球形、矩形等形状，汲取单元上下各设置有出正渗透汲取液的出入口，汲取液从汲取单元中流过，通过正渗透膜从浓水室内汲取淡水，淡水在汲取液回收单元被析出通过出水口A及管路返回淡水室。

本实施例中的正渗透装置更加简单，并且正渗透膜与浓水室内的液体接触更加充分，并且不需要额外动力向正渗透装置输送被浓缩的液体，效率更高，能耗更低。

以上结合附图仅描述了本申请的几个优选实施例，但本申请不限于此，凡是本领域普通技术人员在不脱离本申请的精神下，做出的任何改进和/或变形，均属于本申请的保护范围。

Claims

1.一种用于核工业浓缩液减量方法，其特征在于，其具体步骤如下：

2.如权利要求1所述减量方法，其特征在于，所述步骤2）中的所述正渗透净化液和正渗透浓缩液分别以设定流速冲刷用于所述电渗析浓缩的阴离子交换膜和阳离子交换膜；所述正渗透净化液剪切冲刷所述阴离子交换膜和阳离子交换膜的外侧，所述正渗透浓缩液冲刷阴离子交换膜和阳离子交换膜内侧。

3.如权利要求1所述减量方法，其特征在于，所述步骤3）处理后的所述核工业放射性废水的浓缩倍数不低于7倍。

4.如权利要求1所述减量方法，其特征在于，所述电渗析处理在温度为20-30摄氏度、电流密度为50-200 A/m²的条件下进行。

5.如权利要求1所述减量方法，其特征在于，所述核工业放射性废水主要离子包括钠、氯、镁、钙、硫酸根、锶、铯、钴、银等。

6.一种用于核工业浓缩液减量的系统，其特征在于，其包括电渗析装置和正渗透装置，电渗析装置包括废水处理室，废水处理室两端分别设置有阴极和阳极，自阴极至阳极之间交替排列有阴离子交换膜和阳离子交换膜；交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜将所述废水处理室分隔成若干个小室；核工业废液通过管路进入各小室后，在直流电场的作用下离子作定向迁移，通过阴离子交换膜、阳离子交换膜分别对阳、阴离子的截留作用，使所述若干个小室分化形成包含电渗析净化液的淡水室和包含电渗析浓缩液的浓水室；淡水室和浓水室交替排列；所述正渗透装置对浓水室内的电渗析浓缩液进行进一步浓缩处理，正渗透装置的净化液出水口与所述淡水室连接，正渗透出的正渗透净化液经管路回流至淡水室内；正渗透后获得正渗透浓缩液经管路回流至所述浓水室。

7.如权利要求6所述用于核工业浓缩液减量的系统，其特征在于，所述正渗透装置包括正渗透膜、汲取单元和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的所述净化液出水口通过管路与所述淡水室连接；所述汲取单元的废水进口和废水出口分别通过管路与所述浓水室连接；所述浓水室内的电渗析浓缩液经管路及汲取单元的废水进口进入汲取单元，正渗透处理后浓缩液经所述出口及管路返回所述浓水室。

8.如权利要求6所述用于核工业浓缩液减量的系统，其特征在于，所述淡水室上设置有正渗透净化液进口，所述正渗透净化液进口紧贴所述阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该净化液进口喷出的所述正渗透净化液对所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的外侧面进行剪切冲刷。

9.如权利要求7所述用于核工业浓缩液减量的系统，其特征在于，所述浓水室上设置有正渗透浓缩液进口，所述正渗透浓缩液进口紧贴所述阳离子交换膜和阴离子交换膜设置；从该浓缩液进口喷出的所述正渗透浓缩液对所述阳离子交换膜和阴离子交换膜的内侧面进行剪切冲刷。

10.如权利要求6所述用于核工业浓缩液减量的系统，其特征在于，所述正渗透装置包括正渗透膜、汲取单元和汲取液回收单元，设置在汲取液回收单元上的所述出水口通过管路与所述淡水室连接；所述汲取单元设置在所述浓水室内，汲取单元的正渗透膜直接与浓水室内的电渗析浓缩液接触。