CN106941016A - 一种处理放射性废离子交换树脂的方法 - Google Patents

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雷笑宇
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Abstract

本发明属于核废物处理领域，涉及一种处理放射性废离子交换树脂的方法。所述的方法是将紫外光和臭氧引入Fenton体系来湿法氧化反应处理所述的放射性废离子交换树脂。用本发明的方法处理放射性废离子交换树脂，可提高氧化剂的利用效率，降低氧化剂用量，降低反应温度，并降低处理成本。

Description

一种处理放射性废离子交换树脂的方法
技术领域
本发明属于核废物处理领域，涉及一种处理放射性废离子交换树脂的方法。
背景技术
放射性废离子交换树脂(以下简称废树脂)是核设施尤其是核电站产生的主要中低放固体废物之一。截至目前，国内核设施产生的废树脂大多处于暂存状态，废物暂存库的库容压力日益明显。废树脂长期贮存会发生粉化，在槽罐底部出现板结，造成回取困难。此外，废树脂的放射性水平很高，风险很大。
当前对废树脂的主要采用传统的水泥固化方式进行处理，但由于废树脂本身的特性，水泥固化处理废树脂有其局限性：(1)目前树脂的体积包容率约40％，增容很大，导致后续的运输、暂存和最终处置费用很高，而且不符合废物最小化原则；(2)树脂为颗粒状物质，本身具有溶胀性，实践证明，树脂水泥固化体在经过一定的干湿循环后，树脂在吸水、失水过程中，树脂的溶胀力会使水泥固化体破裂；(3)为确保废物的长期处置安全，放射性废物近地表处置接收准则规定，应对废物体中的易燃有机物质含量加以严格控制。树脂为有机物质，研究指出在中低水平放射性废物300年处置环境下，树脂可发生辐照降解，导致水泥固化体机械性能的损失。树脂辐解还会产生H2、CH4、C2H4、NH3等燃爆性气体，当树脂水泥固化体的累积受照剂量为105Gy时，辐解气中氢气含量可达3.5％。
湿法氧化当中的Fenton氧化技术是相对成本较低的一种处理技术，能够弥补树脂直接固化的不足。该技术将废树脂在催化剂作用下与双氧水发生氧化反应，生成CO2、H2O和残渣，其反应条件温和，不产生SOX、NOX等腐蚀性气体，树脂分解程度高；Fenton氧化后的二次产物是以硫酸盐为主的废液，可选用传统、易实现的水泥固化进行处理，废物的减容比可达3。因此，Fenton氧化技术处理废树脂可以作为废树脂无机化处理的一种理想方法。
但当前的废树脂Fenton氧化技术也存在自身的一些缺陷：(1)氧化剂的利用率较低，使用量多，造成二次废液量过大，增大最终的水泥固化体体积；(2)反应温度较高，在95℃以上，导致冷凝液中的高温夹带较严重，COD值较高，不能满足直接排放的标准要求，需进行二次处理。
发明内容
本发明的首要目的提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，以用于通过将紫外光和臭氧引入Fenton体系来湿法氧化反应处理所述的放射性废离子交换树脂，从而提高氧化剂的利用效率，降低氧化剂用量，降低反应温度，并降低处理成本。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其是将紫外光(UV)和臭氧(O3)引入Fenton体系来湿法氧化反应处理所述的放射性废离子交换树脂。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中反应温度为40-60℃。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中反应pH为1.5-4.5。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中反应时间为120-240min。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中所述的紫外光的波长为250-480nm。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中所述的紫外光的照射强度为20-100mW/cm2。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中所述的臭氧浓度为60-100mg/L，加入速度为0.2-1L/min。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中所述的废离子交换树脂加量为10-30g。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中所述的氧化剂种类为质量百分比浓度30％的过氧化氢，加量为废离子交换树脂/氧化剂(g/g)＝1：(8-13)。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其中反应搅拌转速为200-400rpm。
利用本发明的方法，有如下具体的优点：
1)提高羟基自由基的产率(10％以上)，提高氧化剂的效率；
2)降低氧化剂用量，氧化剂用量减少20％以上，减小最终残液体积，降低最终的水泥固化体体积；
3)降低反应体系温度，可在40-60℃进行，减小冷凝液中的有机物夹带，有望实现冷凝液达标直接排放；
4)降低废物处理处置成本。
附图说明
图1为本发明的处理放射性废离子交换树脂的装置的示意图。
图2为本发明的方法处理放射性废离子交换树脂的具体实施流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
如图1所示，示例性的本发明的处理放射性废离子交换树脂的装置包括三部分。
第一部分是前端的进料和取样部分，在此部分的顶部设置有催化剂进料口1、氧化剂(H2O2)进料口2、消泡剂进料口3，中底部外侧设置有取样口7，并在催化剂进料口1、氧化剂进料口2、消泡剂进料口3内侧管路上设置有阀门18。
第二部分为中部的主体反应和温度监控系统部分，在此部分设置有臭氧进气口5，顶部设置有石英玻璃顶盖6，内部设置有温度传感器8、磁力搅拌子9，环形曝气口10，底部下侧设置有磁力搅拌器19，外部设置有温度显示器20(带记录功能)，并通过整体外侧的水浴控制反应温度，水浴设置有水浴恒温进水口11与水浴恒温出水口12。紫外光4可透过石英玻璃顶盖6照入系统。
第三部分为后端的尾气处理部分，在此部分设置有依次连接的冷凝液收集器13、冷凝管14与碱吸收器16。在碱吸收器16中装有碱吸收液，经过碱吸收的尾气经过排气口16排出。冷凝管14设置有冷凝水进水口21与冷凝水出水口22。
此装置的具体操作方法为：
1.打开石英玻璃顶盖6，将废树脂加入装置，加入少量外加水使树脂处于液相状态；
2.开启磁力搅拌器19；
3.开启带记录功能的温度显示器20；
4.开启冷凝管14的循环水；
5.开启循环水浴使反应体系处于恒定温度；
6.从催化剂进料口1、氧化剂进料口2分别加入催化剂和氧化剂；
7.开启紫外光4照射；
8.从臭氧进气口5通入臭氧曝气；
9.反应过程中根据试验情况对冷凝液进行回流或排放；
10.反应过程中也可随时在取样口7进行取样，测量废离子交换树脂的氧化情况。
以下表1是用图1所示的反应器及操作方法进行处理放射性废离子交换树脂的实验，所选择的具体实验参数条件与实验结果。实验所采用的放射性废离子交换树脂来自于核电站蒸汽发生器排污系统(APG)，阳离子交换树脂类型为IRN77型苯乙烯强酸树脂，阴离子交换树脂类型为IRN78型苯乙烯强碱树脂。
表1处理放射性废离子交换树脂的实验参数条件与实验结果
废离子交换树脂无机化程度的计算方法为：根据废树脂中测定的C、H、O、S、N等元素含量以及交联度，理论计算废树脂完全氧化所需的化学需氧量(COD0)，反应结束后测定残液中的CODX值，计算COD值的去除率：即为废离子交换树脂的无机化程度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种处理放射性废离子交换树脂的方法，其特征在于：将紫外光和臭氧引入Fenton体系来湿法氧化反应处理所述的放射性废离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应温度为40-60℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应pH为1.5-4.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应时间为120-240min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的紫外光的波长为250-480nm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的紫外光的照射强度为20-100mW/cm2。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的臭氧浓度为60-100mg/L，加入速度为0.2-1L/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的废离子交换树脂加量为10-30g。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的氧化剂种类为质量百分比浓度30％的过氧化氢，加量为废离子交换树脂/氧化剂(g/g)＝1：(8-13)。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应搅拌转速为200-400rpm。
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