CN107170504B - 一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统及其方法，该系统中，废水原水槽罐的原水泵入负压蒸发塔，蒸发形成的水蒸汽经第一除雾塔除雾后顺次进初级、次级冷却塔，冷却后的冷凝水泵入冷凝水暂存罐，真空泵从次级冷却塔处抽取真空，负压蒸发塔底的浓集液泵入浓集废水槽罐，再泵出到负压干燥器，干燥后的固体残留物待整备处置，负压干燥器出口水蒸汽进入第二除雾塔，除雾后进入初级冷却塔，本发明系统结构简单，工艺流程合理，处理过程安全可控、便于实现遥控和自动化操作，具有很好的应用前景。

Description

一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统及其方法

技术领域

本发明属于核燃料循环技术领域，具体涉及乏燃料后处理过程中产生的大量高比放放射性废水的负压蒸发浓缩处理系统及方法。

背景技术

完备的核燃料循环体系是核能(电)清洁、高效利用的基础，而乏燃料元件后处理则是核燃料循环的重要环节。核电站运行将产生大量的乏燃料，如果没能得到妥善处置，将对地球生物生物圈产生潜在安全威胁，进而对人类生存环境构成潜在危害，必须寻求更加经济可行的技术对乏燃料进行安全处置。在乏燃料后处置技术领域，水法后处理技术是目前唯一有商业应用的后处理技术，干法和超临界流体萃取法是待开发的新技术。水法后处理技术是专门为提取回收乏燃料中有用核燃料U、Pu设计的，利用萃取剂对U、Pu选择特点实现U、Pu与其他放射性物质分离，最新发展的乏燃料后处理/分离一体化流程，不仅可以实现U、Pu的回收，还能够实现MA和LLFP的分离。但水法后处理技术必须经历固态－溶液－固态转换，处理过程复杂，处理过程中会产生大量二次高放废液，废水中含有大量含有放射性核素U、Pu和其他裂变碎片核素的废水，其放射性比活度很高，处理过程中防护要求高。此外，废水中还含有相当高浓度的氚，按照国家氚环境排放有关标准，不能直接排放。乏燃料处理过程中产生大量二次高放废液用传统的放射性废水处理方法面临诸多问题。例如，传统的离子交换法虽是处理低水平含U废水的适宜方法，目前在国内核设施废水处理工厂得到广泛应用，但由于离子交换阳离子树脂柱离子交换量有限，处理这种含多种放射性阳离子的高浓度废水时，离子交换柱内离子交换树脂会很快饱和且还会产生大量放射性二次固体废物，效率低且不符合废物最小化原则，不适宜处理这类高放废水；传统的絮凝共沉淀是处理低水平含Pu放射性废水成熟技术，但将这种技术应用于处理这种含多种放射性阳离子高浓度废水时，同样会伴随产生大量放射性水平很高的废泥浆，这种高水平放射性泥浆需要进一步的妥善处置，成本比较高，这种方法会额外产生大量高比放固体废物，也不符合废物最小化原则；早期在部分国家曾经使用过天然蒸发池蒸发处理放射性废水技术，利用高温、干燥地区自然挥发对低水平放射性废水进行浓缩处理，但由于这种方法存在较高的放射性废水渗漏等环境风险早就被很多国家禁止使用，这样的技术也不能用于处理含氚废水。因此，开发安全可靠、经济可行的高比放放射性废水的处理技术很有必要，对于完善我国乏燃料元件的后处理技术也有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的诸多问题而提供一种工艺更加简单、处理过程安全可控、便于实现遥控或自动化操作、工艺过程中放射性物质释放风险小、废物最小化的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统。

本发明的目的是这样实现的：一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统及其方法，废水原水槽罐出口经管道接于废水原水计量泵JB4进口，该计量泵JB4出口经管道接于负压蒸发塔中部废水注入口，废水通过水喷头自上而下在蒸发柱段的蒸发膜片表面形成液膜并负压蒸发形成水蒸汽，布置于阱型加热电炉中的负压蒸发塔顶端的蒸汽导出口经软管接于第一除雾塔底部进口，第一除雾塔顶部出口经管道连接初级冷却塔顶部水蒸汽进口，初级冷却塔底部残余蒸汽出口经管道连接次级冷却塔顶部水蒸汽进口，次级冷却塔底部残余蒸汽出口经管道连接水环式真空泵进口，该真空泵的冷凝水出口经其上设置有计量泵JB3的管道接于冷凝水暂存罐进口，初级冷却塔底部的冷凝水导出口以及次级冷却塔底部的冷凝水导出口分别经计量泵JB1以及计量泵JB2输送至冷凝水暂存罐进口；负压蒸发塔底部的浓集废水出口经管道接于浓集废水槽罐进口，浓集废水槽罐出口经软管接于浓集废水计量泵JB5出口，该计量泵JB5出口经软管接于负压干燥器顶部进口，负压干燥器置于阱型电炉中，负压干燥器顶部的水蒸汽出口经软管接于第二除雾塔底部进口，第二除雾塔顶部出口经管道接于初级冷却塔顶部水蒸汽进口。

本发明的另一目的是提供一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理方法。

本发明的另一目的是这样实现的：一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统的废水处理方法，包含以下步骤：

(一)负压蒸发浓缩处理系统连接与准备

将系统各个设备用阀门和管道连接，连接前系统各个设备的密封性检验应符合技术条件要求；

开启初级冷却塔、次级冷却塔循环冷却水，同时冷却初级冷却塔、次级冷却塔,冷却水为室温；

启动负压蒸发塔阱型加热电炉，控制负压蒸发塔外壁温度在80℃-120℃之间；启动负压干燥器阱型电炉，加热负压干燥器，控制负压干燥器外壁温度120℃-150℃之间；

启动水环式真空泵，对系统抽真空，使压力小于50kPa；

(二)高比放放射性废水预浓集

启动废水原水计量泵JB4，通过该计量泵以规定流量由废水原水槽罐向负压蒸发塔中部废水注入口注入规定流量废水，废水通过水喷头进入负压蒸发段，废水自上而下在蒸发芯体蒸发膜片表面形成液膜并负压蒸发形成水蒸汽，水蒸气通过第一除雾塔除去水蒸气中微小雾滴后依次进入初级冷凝塔和次级冷凝塔，分别通过计量泵JB1和计量泵JB2将冷凝水收集于冷凝水暂存罐内；由于持续的蒸发作用，废水自上而下流动过程中将逐渐被浓缩，浓缩液集存于负压蒸发塔底部并进入浓集废水槽罐中暂存；

(三)浓集废水干燥

启动浓集废水计量泵JB5，通过该计量泵以规定流量由浓集废水槽罐向负压干燥器顶端废水注入口注入规定流量的浓集废水，浓集废水在负压干燥器中负压蒸发形成水蒸汽，通过第二除雾塔除去微小水滴后，依次进入初级冷却塔和次级冷却塔，冷凝形成水后收集于冷凝水暂存罐内；浓缩废液蒸干后留下固体残留物沉积于负压干燥器底部；通过在线称重，或物料衡算，或放射性总量测定技术手段确定负压干燥器内固体物总量和放射性物质总量达到规定值后停止向负压干燥器供浓集废水；

(四)连接管道冲洗

当负压干燥器内蒸发固体残留物达到规定值后，通过安装在负压干燥器顶部进口管道上的清洗管道阀门Fn3向负压干燥器以规定流量提供清洁水，以清洗并安全拆卸连接负压干燥器与浓集废水槽罐之间的连接软管即供浓集废水软管；

采用负压蒸发方法蒸干负压干燥器中添加的清洁水；为了降低拆除连接软管过程中放射性物质的释放或污染扩散风险，宜采用3次冲洗；

(五)负压干燥器拆除与包装暂存

将供浓集废水软管和负压干燥器顶部的水蒸汽出口软管从负压干燥器上拆除，加盖容器防护盖，紧固；负压干燥器外表面去污达到规定的表面污染控制值后，暂存，或装入200L标准废物桶整备。

负压蒸发浓缩处理高比放放射性废水是一种成本低、安全可靠和环境风险可控的新技术，由于废水中放射性物质属于非挥发组分，浓缩、干燥处理时浓缩减容比很高，处理后存留的固体残渣量少，甚至便于后续工序对残渣中有用的U、Pu的进一步回收利用，是一种有发展潜力和推广价值的技术之一。高比放放射性废水的安全处理技术是泛燃料后处理的核心技术之一，发展有自主知识产权的先进技术，对于推动我国乏燃料元件处理技术进步有重要意义。本发明基于低温负压蒸发干燥原理，在前期相关技术研究基础上，为解决相关背景需求中面临的问题发展起来的一项新技术。

本发明的有益效果是：实现了危险性很高的高放放射性废水的预浓集和干燥处理，在获得了很高的减容比的同时，放射性很强的蒸干残留物得到了安全包容，技术进步显著；处理过程中辐射高风险高的工艺过程，包括高放废水转移、蒸发浓缩、蒸发干燥，蒸发水蒸气冷凝等工艺过程都在密封性要求很高的管道系统及设备内完成，且负压操作，能有效降低操作过程中放射性危险物质外泄风险；废水预浓集、浓集废水干燥等全工艺过程都可实现全程自动远程控制，减少了工作人员现场操作的外照射辐照风险。与背景技术比较，本发明的高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统结构简单，工艺流程合理，方法先进；本发明各个环节紧密相扣，其不仅实用性相当强，而且运行稳定可靠，可推广应用到核设施退役、乏燃料后处理等领域高比放放射性废水的安全处理，用显著的技术进步，有很好的商业应用前景。对于推动我国具有自主知识产权的核电乏燃料处理技术进步有积极意义。

附图说明

图1为本发明的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统主要设备及器件连接关系图；

图2为本发明的负压蒸发塔结构示意图；

图3为负压蒸发塔基座结构示意图；

图4a1和图4a2分别是负压蒸发塔蒸发段的主视图和剖视图；

图4b是负压蒸发塔蒸发段的俯视图；

图4c是图4b的局部放大图；

图5为负压蒸发塔蒸基座结构示意图；

图6为本发明的初级冷却塔结构示意图；

图6a1和图6a2分别为本发明的初级冷却塔冷却段结构的主视图和剖视图；

图6b为图6a1的俯视图；

图6c为图6b的局部放大图；

图6d为初级冷却塔顶盖结构示意图；

图7为负压干燥器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至图6和具体实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

图1为本发明的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统示意图。如图1所示，本发明的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，主要包括阱型加热电炉10和阱型加热电炉12，负压蒸发器1、初级冷凝器2、次级冷凝器3、计量泵4、冷凝水暂存槽5、(水环式)真空泵6、废水原水槽7、第一除雾塔8a、第二除雾塔8、负压干燥器9，浓集废水槽11，以及安装在管道上的压力传感器。上述各个设备通过阀门连接，在系统连接管道图1所示位置上安装了压力传感器。

如图1所示，本发明的高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统包括阱型加热电炉12，布置于阱型加热电炉12中的负压蒸发塔1顶端的蒸汽导出口串联接的除雾塔8，与除雾塔底端串联接的初级冷却塔2，与初级冷却塔串联接的次级冷却塔3，与次级冷却塔串联接的真空泵6，与真空泵串联接的计量泵JB3，与计量泵串联接的冷凝水暂存罐5；与初级冷却塔底座的冷凝水导出口连接的计量泵JB1，计量泵JB1再与冷凝水暂存罐5连接；与次级冷却塔底座的冷凝水导出口连接的计量泵JB2，计量泵JB2再与冷凝水暂存罐5连接；与负压蒸发塔1连接的废水原水计量泵JB4，与计量泵JB4连接的废水原水槽罐7；与负压蒸发塔1底部浓缩液导出口连接的浓集废水槽罐11，与浓集废水槽罐连接的浓集废水计量泵JB5，与计量泵JB5连接的负压干燥器9。其中，负压干燥器的蒸汽出口与第一除雾塔8a连接，除雾塔8的蒸汽出口与初级冷却塔的蒸汽进口端连接，负压干燥器9放置于阱型电炉10中。本系统还包括了连接系统各个设备的阀门和蒸汽压力传感器，其中：Fs1、Fs2为废水原水管道阀门，Flq1、Flq2为连接蒸汽压力传感器的蒸汽阀门，Fzq1、Fzq2、Fzq3、Fzq4、Fzq5、Fzq6为蒸汽管道阀门，Fsq1、Fsq2、Fsq3、Fsq4为冷却塔循环水管道阀门，Fn1、Fn2为浓缩废水管道阀门，Fn3为清洗管道阀门。

所述负压蒸发塔工作温度80℃-120℃，工作蒸汽压力5kPa-80kPa。所述负压蒸发塔内包括从下到上依次设置的基座、蒸发柱段、顶盖，上述三个组件通过法兰连接为一体。所述蒸发柱段包含下法兰、外筒体、上法兰和蒸发器芯体，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。所述蒸发器芯体为由0.2-0.5mm×800mm规格的蒸发膜带材与8-10mm×8-10mm导热板条材料以叠层方式制造，在蒸发器芯体内形成很多个垂直方向布局的方形长孔，因而形成很大的蒸发表面积。蒸发膜材料和导热板条材料为导热良好的导热塑料或经过表面具有抗酸碱涂层的金属薄膜材料。典型特征是蒸发芯体有很大的表面积，加热外筒体时通过导热板条将热量传递给蒸发膜，当废水通过水喷头流进蒸发段后，废水能在蒸发膜表面形成薄液膜，实现水在薄膜表面快速蒸发。所述顶盖包含下法兰、外筒体、上法兰、废水喷头，在上法兰还设置了蒸汽导出口，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。所述基座包含支撑座、筒体和法兰，在筒体底部设置有浓缩液导出口，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

所述初级冷却塔工作温度5℃至40℃，工作压力5kPa-50kPa。以5℃冷却水为冷却介质。所述初级冷却塔包括从下到上依次布置的基座、冷凝柱段、顶盖，他们通过法兰连接为一体，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。所述冷凝柱段包含外筒体，内筒体，冷却器芯体。其中，冷却器芯体为由0.2-0.5mm×800mm规格的冷却膜带材与8-10mm×8-10mm导热板条材料以叠层方式制造，在冷却芯体内形成很多个垂直方向布局的方形长孔，形成很大的蒸发表面积。冷却膜材料和导热板条材料为导热良好的导热塑料或经过表面抗酸碱处理的金属薄膜材料。典型特征是冷却器芯体有很大的表面积，当通过向外筒体与内筒体之间的空腔通循环冷却水时，通过导热板条将热量传递给冷却水，进而冷却冷却膜，当水蒸汽流进冷凝柱段后在冷却膜上凝结为液态水。所述次级冷却塔结构和功能与初级冷却塔的结构与功能相同。所述基座包含支撑座、筒体和法兰，在筒体底部设置有冷凝水导出口，在冷却水导出口同时设置残余蒸汽导出口。所述顶盖包含法兰、筒体，在筒体上设置有蒸汽导入口，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

所述次级冷却塔的结构与初级冷却塔结构相同，工作温度5℃至40℃，工作压力5kPa-50kPa。以5℃冷却水为冷却介质。

所述负压干燥器工作温度100℃-150℃，工作压力5kPa-90kPa。所述负压干燥器包括干燥容器、法兰、容器防护盖，用耐酸钢制造，表面镀制环氧树脂或其他防酸涂层。法兰顶部设置浓集废水导入接口、蒸汽导出接口，通过软管分别与计量泵JB5和除雾塔连接。负压干燥器收集到规定量的浓集废水蒸干物后，拆卸废水导入接口、蒸汽导出接口连接法兰，干燥容器和容器防护盖通过螺栓密封连接(废物暂存状态时)，干燥容器加盖防护顶盖固定后安全暂存，或安全运输运输，或直接放入200L标准废物桶进行废物整备。

系统各个设备的连接方式为：负压蒸发塔1、除雾塔8、初级冷凝器2、次级冷凝器3、(水环)真空泵6依次用阀门、管道按图1方式以串联方式连接，在系统管道对应位置上安装压力传感器，负压蒸发塔1设置于井型加热电炉9中；废水原水槽罐7、原水废水计量泵JB4、负压蒸发器依次连接后，(水环)真空泵6冷凝水出口与冷凝水暂存罐5进口连接；负压蒸发塔1、浓集废水槽罐11、浓集废水计量泵JB5、负压干燥器9依次用管道、阀门以串联方式连接；负压蒸发塔1的蒸汽导出口与第一除雾塔8a、和初级冷却塔2的进口连接。

图2为本发明的负压蒸发塔(断面形状为正方形)结构示意图。负压蒸发塔1由顶盖23、蒸发柱段22以及塔底支撑座21从上向下依次通过法兰连接组成；顶盖23顶板上有蒸汽导出口234顶盖内设置有水分配器233，水分配器上连接有多个废水原水喷头235；蒸发柱段22的正方形的外筒体内沿纵向等间距地设置有若干蒸发膜片225，相邻蒸发膜片之间沿横向设置有若干列导热板条223；塔底支撑座21的方形筒体212上部有法兰213，方形筒体212底板上设有浓集废水出口，方形筒体底部设有支撑群座211。包括从下到上依次设置的塔底支撑座21、蒸发柱段22、顶盖23，三套组件通过法兰连接；废水原水通过设置在顶盖23上的废水注入口经喷头以喷淋方式注入负压蒸发塔，蒸发形成的水蒸气通过设置顶盖23顶部的蒸汽出口导出，浓集废水通过设置在底支撑座21底部的浓集废水导出口导出。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

图3为本发明的负压蒸发塔底支撑座21结构示意图。包括支撑群座211、筒体212、法兰213和浓集废水出口214。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

图4a1、图4a2、图4b、图4c为本发明的负压蒸发塔蒸发柱段22结构示意图。包括下法兰221、筒体222、导热板条223、上法兰224、蒸发膜片225，用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。其中，蒸发膜片和导热板条为导热良好的导热塑料或经过表面抗酸碱处理的金属薄膜材料。蒸发膜片采用0.2-0.5mm厚的带材，导热板条采用8-10mm板条材料，以叠层方式制造。这种结构的典型特征是蒸发柱段有很大的表面积，通过加热外筒体，再通过导热板条材料将热量传导给蒸发膜片，当废水流进蒸发柱段后在蒸发膜片上形成薄薄的液膜，实现废水中水在薄膜表面快速蒸发。

图5为本发明的负压蒸发塔顶盖23结构示意图。包括下法兰231、筒体232、水分配器233、除雾纤维，在筒体232顶部设置有蒸汽导出口234。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

图6为本发明的初级冷却塔也称冷却塔结构示意图。初级冷却塔2由冷却塔顶盖63、冷凝柱段62以及支撑座61从上向下依次通过法兰连接组成；冷却塔顶盖63为下部开口的正方形筒体632，其顶板上有蒸汽进口633，冷却塔顶盖63下部设置有连接法兰631；冷凝柱段62结构为：内筒体623设置在外筒体622内，外筒体622上设有冷却水进口628和冷却水出口627，内、外筒体之间形成冷却水通道，内筒体623内沿纵向等间距地设置有若干冷却膜626，相邻冷却膜之间沿横向设置有若干列导热条624；支撑座61底部设置有残余蒸汽出口以及冷凝水导出口。次级冷却塔3与初级冷却塔结构完全相同。包括从下到上依次设置的底支撑座61、冷凝柱段62、顶盖63，三套组件通过法兰连接为一体。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。来自负压蒸发塔的水蒸汽经过顶盖63进入冷凝柱段62，水蒸气在冷凝柱段内冷凝膜上冷凝为水后，冷凝水通过设置在底支撑座61底部的冷凝水导出口导出；在支撑座61底部设置了残余蒸汽抽出口，通过水环式真空泵抽出。初级冷却塔支撑座61的结构与负压蒸发塔的底支撑座21类似，顶盖63与负压蒸发塔的顶盖23类似。

图6a1、图6a2、图6b、图6c为初级冷却塔冷凝柱段62的结构示意图。包括下法兰621、外筒体622、内筒体623、冷却膜626、导热条624和上法兰625。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。其中，冷却膜和导热条为导热良好的导热塑料或经过表面抗酸碱处理的金属薄膜材料。冷却膜采用0.2-0.5mm厚的带材，导热板条采用8-10mm板条材料，以叠层方式制造。这种结构的典型特征是蒸发柱段有很大的表面积，通过向外筒体与内筒体之间的夹层通冷却水，再通过导热板条材料冷却冷却膜，当蒸汽流进冷凝柱段后在冷却膜上冷凝形成液态水。

图6d为为初级冷却塔冷却塔顶盖63的结构示意图。包括下法兰631、筒体632接嘴632。用耐酸钢制造，表面再镀制环氧树脂或其他防酸涂层。

图7为本发明的负压干燥器结构示意图。包括负压干燥器筒体71、筒体盖72、连接螺栓73、防护盖74、蒸汽导出接口75、浓缩废水导入接口76。用耐酸钢制造。浓缩废水导入接口与浓集废水槽罐之间采用软管连接，蒸汽导出接口与初级冷凝器之间采用软管连接。防护顶盖74与负压干燥器筒体通过连接螺栓73连接。

实施例。一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统的废水处理方法，包含以下步骤：

一、负压蒸发浓缩处理系统连接与准备

将系统各个设备用阀门和管道连接，连接前系统各个设备的密封性检验应符合技术条件要求；

开启初级冷却塔2、次级冷却塔3循环冷却水，同时冷却初级冷却塔、次级冷却塔；

启动负压蒸发塔阱型加热电炉12，控制负压蒸发塔1外壁温度在80℃-120℃之间；启动负压干燥器阱型电炉10，加热负压干燥器9，控制负压干燥器外壁温度120℃-150℃之间；

启动水环式真空泵61，对系统抽真空；

二、高比放放射性废水预浓集

启动废水原水计量泵JB4，通过该计量泵以规定流量由废水原水槽罐(7)向负压蒸发塔1中部废水注入口注入规定流量废水，废水通过水喷头进入负压蒸发段，废水自上而下在蒸发芯体蒸发膜片表面形成液膜并负压蒸发形成水蒸汽，水蒸气通过第一除雾塔8a除去水蒸气中微小雾滴后依次进入初级冷凝塔2和次级冷凝塔3，分别通过计量泵JB1和计量泵JB2将冷凝水收集于冷凝水暂存罐5内；由于持续的蒸发作用，废水自上而下流动过程中将逐渐被浓缩，浓缩液集存于负压蒸发塔底部并进入浓集废水槽罐11中暂存；

三、浓集废水干燥

启动浓集废水计量泵JB5，通过该计量泵以规定流量由浓集废水槽罐11向负压干燥器9顶端废水注入口注入规定流量的浓集废水，浓集废水在负压干燥器9中负压蒸发形成水蒸汽，通过第二除雾塔8除去微小水滴后，依次进入初级冷却塔2和次级冷却塔3，冷凝形成水后收集于冷凝水暂存罐5内；浓缩废液蒸干后留下固体残留物沉积于负压干燥器9底部；通过在线称重，或物料衡算，或放射性总量测定技术手段确定负压干燥器9内固体物总量和放射性物质总量达到规定值后停止向负压干燥器9供浓集废水；

四、连接管道冲洗

当负压干燥器9内蒸发固体残留物达到规定值后，通过安装在负压干燥器顶部进口管道上的清洗管道阀门Fn3向负压干燥器9以规定流量提供清洁水，以清洗并安全拆卸连接负压干燥器9与浓集废水槽罐11之间的连接软管即供浓集废水软管；

采用负压蒸发方法蒸干负压干燥器9中添加的清洁水；为了降低拆除连接软管过程中放射性物质的释放或污染扩散风险，宜采用3次冲洗；

五、负压干燥器拆除与包装暂存

将供浓集废水软管和负压干燥器9顶部的水蒸汽出口软管从负压干燥器上拆除，加盖容器防护盖，紧固；负压干燥器外表面去污达到规定的表面污染控制值后，暂存，或装入200L标准废物桶整备。

高比放放射性废水蒸发预浓集的目的是通过负压蒸发技术途径，使废水中的非挥发性物质与水分离。实施效果通过减容比和去污系数评价。去污系数指废水总放射性水平与冷凝水中放射性水平的比值；减容比指负压蒸发处理的放射性废水总重量与负压蒸发干燥器中得到的蒸发残留物总重量的比值。由于废水中的放射性物质²³⁵U、²³⁸Pu和其他裂变碎片核素属于重核素，其化合物不易随水的蒸发而挥发，都会以放射性固体残留物残留于蒸发容器中，因此得到的冷凝水中放射性水平很低，有很高的减容比，相关的蒸发试验验证了这一结果。

系统其他设备如阱型加热电炉、除雾塔、水环真空泵、废水计量泵等设备，以及阀门、蒸汽压力传感器等器件皆为市场成熟产品。

利用图1所示测试系统，以10mg/L含铀废液进行负压蒸发试验。主要结果见表1。

表1几组典型的含铀废液(10mg/L)负压蒸发干燥处理结果

系统的工程设计主要结果表明，一个处理能力为100kg/h废水的负压蒸发系统，其主要设备的技术指标为：

1)系统总能耗：120kw；

2)负压蒸发塔蒸发膜面积80m²；

3)初级冷凝器冷却面积：60m²，逆流冷却，循环冷却水温度室温；

4)次级冷凝器冷却面积：60m²；逆流冷却，循环冷却水温度5℃；

5)负压干燥器外形尺寸：

综上所述，本发明实现了大体积高放射性废水的安全、高效处理，获得了很高的去污系数和减容比，取得了背景技术不能实现的效果。因此，其具有突出的实质性特点和显著的进步。上述实施例仅为本发明典型的几组实验，不应当用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神下所作出的任何毫无实质意义的改动和润色，或是进行等同置换的技术方案，其所解决的技术问题实质上与本发明一致的，也应当在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，其特征是，废水原水槽罐(7)出口经管道接于废水原水计量泵JB4进口，该计量泵JB4出口经管道接于负压蒸发塔(1)中部废水注入口，废水通过水喷头自上而下在蒸发柱段(62)的蒸发膜片(225)表面形成液膜并负压蒸发形成水蒸汽，布置于阱型加热电炉(12)中的负压蒸发塔(1)顶端的蒸汽导出口(234)经软管接于第一除雾塔(8a)底部进口，第一除雾塔顶部出口经管道连接初级冷却塔(2)顶部水蒸汽进口，初级冷却塔(2)底部残余蒸汽出口经管道连接次级冷却塔(3)顶部水蒸汽进口，次级冷却塔(3)底部残余蒸汽出口经管道连接水环式真空泵(6)进口，该真空泵(6)的冷凝水出口经其上设置有计量泵JB3的管道接于冷凝水暂存罐(5)进口，初级冷却塔(2)底部的冷凝水导出口以及次级冷却塔(3)底部的冷凝水导出口分别经计量泵JB1以及计量泵JB2输送至冷凝水暂存罐(5)进口；负压蒸发塔(1)底部的浓集废水出口经管道接于浓集废水槽罐(11)进口，浓集废水槽罐(11)出口经软管接于浓集废水计量泵JB5进口，该计量泵JB5出口经软管接于负压干燥器(9)顶部进口，负压干燥器(9)置于阱型电炉(10)中，负压干燥器(9)顶部的水蒸汽出口经软管接于第二除雾塔(8)底部进口，第二除雾塔(8)顶部出口经管道接于初级冷却塔(2)顶部水蒸汽进口。

2.根据权利要求1所述的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，其特征是，所述负压蒸发塔(1)由顶盖(23)、蒸发柱段(22)以及塔底支撑座(21)从上向下依次通过法兰连接组成；顶盖(23)顶板上有蒸汽导出口(234)顶盖内设置有水分配器(233)，水分配器上连接有多个废水原水喷头(235)；蒸发柱段(22)的正方形的外筒体内沿纵向等间距地设置有若干蒸发膜片(225)，相邻蒸发膜片之间沿横向设置有若干列导热板条(223)；塔底支撑座(21)的方形筒体(212)上部有法兰(213)，方形筒体(212)底板上设有浓集废水出口，方形筒体底部设有支撑群座(211)。

3.根据权利要求2所述的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，其特征是，所述初级冷却塔(2)由冷却塔顶盖(63)、冷凝柱段(62)以及支撑座(61)从上向下依次通过法兰连接组成；冷却塔顶盖(63)为下部开口的正方形筒体(632)，其顶板上有蒸汽进口(633)，冷却塔顶盖(63)下部设置有连接法兰(631)；冷凝柱段(62)结构为：内筒体(623)设置在外筒体(622)内，外筒体(622)上设有冷却水进口(628)和冷却水出口(627)，内、外筒体之间形成冷却水通道，内筒体(623)内沿纵向等间距地设置有若干冷却膜(626)，相邻冷却膜之间沿横向设置有若干列导热条(624)；支撑座(61)底部设置有残余蒸汽出口以及冷凝水导出口；次级冷却塔(3)与初级冷却塔结构完全相同。

4.根据权利要求3所述的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，其特征是，所述负压蒸发塔(1)工作温度80℃～120℃，工作压力5kPa～80kPa；所述初级冷却塔(2)工作温度5℃～40℃，工作压力5kPa～50kPa，以5℃冷却水为冷却介质；所述负压干燥器(9)工作温度100℃～150℃，工作压力5kPa～90kPa。

5.根据权利要求4所述的一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统，其特征是，所述负压蒸发塔(1)的顶盖(23)、蒸发柱段(22)的外筒体以及塔底支撑座(21)的材质为表面镀制环氧树脂涂层的耐酸钢，蒸发柱段的蒸发膜片(225)和导热板条(223)的材质为导热良好的导热塑料或表面具有抗酸碱涂层的金属薄膜；所述初级冷却塔(2)的冷却塔顶盖(63)、冷凝柱段(62)的内、外筒体以及支撑座(61)的材质为表面镀制环氧树脂涂层的耐酸钢，冷凝柱段的冷却膜(626)和导热条(624)的材质为导热良好的导热塑料或经过表面抗酸碱处理的金属薄膜。

6.一种高比放放射性废水负压蒸发浓缩处理系统的废水处理方法，包含以下步骤：

(一)负压蒸发浓缩处理系统连接与准备

将系统各个设备用阀门和管道连接，连接前系统各个设备的密封性检验应符合技术条件要求；

开启初级冷却塔(2)、次级冷却塔(3)循环冷却水，同时冷却初级冷却塔、次级冷却塔；

启动负压蒸发塔阱型加热电炉(12)，控制负压蒸发塔(1)外壁温度在80℃-120℃之间；启动负压干燥器阱型电炉(10)，加热负压干燥器(9)，控制负压干燥器外壁温度120℃-150℃之间；

启动水环式真空泵(6)，对系统抽真空；

(二)高比放放射性废水预浓集

启动废水原水计量泵JB4，通过该计量泵以规定流量由废水原水槽罐(7)向负压蒸发塔(1)中部废水注入口注入规定流量废水，废水通过水喷头进入负压蒸发段，废水自上而下在蒸发芯体蒸发膜片表面形成液膜并负压蒸发形成水蒸汽，水蒸气通过第一除雾塔(8a)除去水蒸气中微小雾滴后依次进入初级冷凝塔(2)和次级冷凝塔(3)，分别通过计量泵JB1和计量泵JB2将冷凝水收集于冷凝水暂存罐(5)内；由于持续的蒸发作用，废水自上而下流动过程中将逐渐被浓缩，浓缩液集存于负压蒸发塔底部并进入浓集废水槽罐(11)中暂存；

(三)浓集废水干燥

启动浓集废水计量泵JB5，通过该计量泵以规定流量由浓集废水槽罐(11)向负压干燥器(9)顶端废水注入口注入规定流量的浓集废水，浓集废水在负压干燥器(9)中负压蒸发形成水蒸汽，通过第二除雾塔(8)除去微小水滴后，依次进入初级冷却塔(2)和次级冷却塔(3)，冷凝形成水后收集于冷凝水暂存罐(5)内；浓缩废液蒸干后留下固体残留物沉积于负压干燥器(9)底部；通过在线称重，或物料衡算，或放射性总量测定技术手段确定负压干燥器(9)内固体物总量和放射性物质总量达到规定值后停止向负压干燥器(9)供浓集废水；

(四)连接管道冲洗

当负压干燥器(9)内蒸发固体残留物达到规定值后，通过安装在负压干燥器顶部进口管道上的清洗管道阀门Fn3向负压干燥器(9)以规定流量提供清洁水，以清洗并安全拆卸连接负压干燥器(9)与浓集废水槽罐(11)之间的连接软管即供浓集废水软管；

采用负压蒸发方法蒸干负压干燥器(9)中添加的清洁水；为了降低拆除连接软管过程中放射性物质的释放或污染扩散风险，宜采用3次冲洗；

(五)负压干燥器拆除与包装暂存

将供浓集废水软管和负压干燥器(9)顶部的水蒸汽出口软管从负压干燥器上拆除，加盖容器防护盖，紧固；负压干燥器外表面去污达到规定的表面污染控制值后，暂存，或装入200L标准废物桶整备。