CN109706518A - 一种可移动式电化学去污设备和去污工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可移动式电化学去污设备和去污工艺，属于核工业放射性废物最小化的去污技术领域。该设备包括电解槽、去污头系统和供回液系统，电解槽用于可拆卸工件的电化学去污，去污头系统用于不可拆卸或不能放置到电解槽内的工件的电化学去污，去污头系统包括手持手柄和去污头，手持手柄与去污头为可拆卸连接；供回液系统中供液装置用于向去污头系统提供电解液，回液装置用于回收去污头系统中的电解液。使用时，根据现场情况和去污工件的大小选择反应槽去污或者去污头系统去污。本发明去污设备和方法对核电站日常运行维护和检修期间金属零部件进行电化学去污，去污效率高，去污过程中不产生有毒有害气体，且去污后的废水容易回收及处理。

Description

一种可移动式电化学去污设备和去污工艺

技术领域

本发明涉及核工业放射性废物最小化的去污技术领域，具体涉及一种可移动式电化学去污设备和去污工艺，应用于核电站表面放射性污染去除。

背景技术

我国核电厂每年会产生一定量的放射性污染废金属，这些被污染的金属的沾污形式大部分为表面污染。电化学去污技术是专门处理金属材料的一种有效去污工艺，它具有去污因子高、处理温度低、处理时间短、处理时产生的废水少等特点，是一项有望取代传统去污方法的新技术。对电化学放射性去污工艺的研究和应用，一方面可以突破国外对该领域的技术垄断，另一方面可以降低在运核电机组及退役核电机组的放射性固体废物产量。无论是哪一种类型的核电厂都会产生相当数量的放射性固体废物，尤其是退役电厂，将产生上万吨的放射性固体废物。如何处理好其中的放射性金属废物，对核电厂的顺利退役及公众安全都有着极其重要的作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种可移动式电化学去污设备和去污工艺，该工艺用于填补现有核电站运行和检修期间的金属工件电化学去污技术的空白，去污效率高，去污过程中不产生有毒有害气体，且去污后的废水容易回收及处理。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种可移动式电化学去污设备，包括电解槽、去污头系统、供回液系统和去污头放置箱；其中：

电解槽：用于可拆卸且能够放置到电解槽内的工件的电化学去污，电解槽包括外壁和内胆，外壁和内胆之间的夹层填充保温材料；填充的保温材料为安全环保的复合硅酸盐保温材料，电解槽中的电解液在根据现场情况由人工手动添加。所述电解槽配有电加热系统(为电解槽内电解液加热)，电解槽内的电极由电极夹具固定。

去污头系统：用于不可拆卸或不能放置到电解槽内的工件的电化学去污，去污头系统包括手持手柄和去污头，手持手柄与去污头为可拆卸连接，根据待去污工件的结构选择去污头的大小和形状；

供回液系统：包括供液装置和回液装置，供液装置用于向去污头系统提供电解液，回液装置用于回收去污头系统中的电解液；所述供液装置包括供液储槽和供液泵，供液泵的一端连接供液储槽，供液泵的另一端通过供液管路连接去污头系统；供液储槽内盛装电解液，由供液泵将电解液输送至去污头系统，供液管路上设有流量计；所述回液装置包括回液储槽和电解液回收泵，通过电解液回收泵将去污头系统内的电解液回收至回液储槽中；

去污头放置箱：用于放置去污头系统。

所述去污头为三层结构，为依次粘结的吸液材料层(如聚氨酯海绵)、工作电极层和不锈钢板，其中：工作电极层和不锈钢板通过绝缘层(无氟高分子材料)粘结在一起；所述工作电极层的外边缘处设有环形导流通道，环形导流通道上开设若干导流孔；所述手持手柄为中空棒柱结构，手持手柄的内部设有电缆、供液管和回液管，供液管的两端分别连接环形导流通道和供液泵，回液管的两端分别连接环形导流通道和回液泵；环形导流通道内循环流动的电解液由导流孔引导至吸液材料层；工作电极层通过手持手柄中的电缆与外部电源相连接。

所述手持手柄轴向与不锈钢板的夹角为0°-90°之间可调节。

所述去污头系统在闲置时放于去污头放置箱内，使用时将去污头的工作面(吸液材料层)正对并紧密接触待去污工件，实施电化学去污。

该设备还包括高频电源系统，用于为去污头系统和电解槽单独或同时供电，所述高频电源系统通过电缆分别连接去污头系统和电解槽，具体输出电流根据不同的去污工件表面情况调节。

该设备还包括总控制系统，供回液系统和电解槽的电解液流量和电流密度等均由总控制系统进行控制，可根据现场具体去污要求同时或单独控制去污头和电解槽；总控制系统采用PLC控制，配备RS232通讯接口，可外接电脑实现数据的传输，配备彩色触摸屏显示控制器。

该设备设置为上、中、下三层结构，其中下层放置供液储槽、回液储槽、供液泵和回液，中层放置高频电源系统及总控制系统，上层放置电解槽，在上层与中层的同一侧面设置去污头放置箱；该设备置于可移动车体上，可移动车体的底部装有制动器的车轮。

利用所述设备进行的可移动式电化学去污工艺，包括如下步骤：

(1)将配制好的电解液倒入供液储槽和电解槽中，设置供液泵的供液流量，设置电解液温度；

(2)根据待去污工件的大小及是否可拆除来选择使用电解槽去污或者去污头系统去污；

(3)选择电解槽去污时，将工件作为阳极放进电解槽中，打开高频电源系统，开始去污；选择去污头系统去污时，将去污头正对工件上所选取的去污部位并贴紧，打开供回液系统；

(5)设置电流密度和电解时间，开始进行去污；

(6)电解结束后，关闭供液泵以及去污电源，待废电解液全部回收完成后，关闭回液泵。

本发明的有益效果是：

1、传统的机械去污对人员受辐照剂量较高，具有处理温度较高，产生废水量大，设备占地面积大等缺点。

2、本发明应用了槽式电化学去污方法与可变式去污头系统结合的方式，对核电站检修期间拆下的工件进行去污，能大大降低了去污时间及去污成本，且使用的电解液均为无机化合物，减少了后期放射性废水处理的难度。

3、本发明在原理及现场实践上具有一定的前瞻性，在去污过程中选用了可调电解液和可变性去污头，能够根据现场物件不同形貌和污染程度，进行最优电解液配方和去污头的选择，去污工艺操作简单，无需复杂的机械设备，同时设备及工艺在经过改进后，同样可应用与其他设施的去污工程

附图说明

图1为本发明去污装置结构示意图(侧视图)。

图2为本发明去污装置结构示意图(前方正视图)。

图3为去污头系统结构图。

图4为去污头结构示意图(垂直于电极面剖面图)。

图5为去污头结构示意图(工作面)。

图6为去污头内部的孔道(对应于图5中曲线内部分的透视图)。

图7为去污头结构示意图(平行于电极面剖面图)。

图8为对应于图7顶部结构的放大图。

图中：1-电解槽；2-去污头放置箱；3-去污头；301-吸液材料层；302-工作电极层；3021-环形导流通道；3022-导流孔；3023-密封圈；303-绝缘层；304-不锈钢板；4-手持手柄；5-供液储槽；6-回液储槽；7-供液泵；8-电解液回收泵；9-带制动器的车轮。

具体实施方式

本发明给出了一种可移动式电化学去污设备及去污工艺，下面进一步阐述本发明。

本发明可移动式电化学去污设备的结构如图1-6所示，包括电解槽1、去污头系统、供回液系统和去污头放置箱2；各部分具体作用及结构如下：

所述电解槽用于可拆卸且能够放置到电解槽内的工件的电化学去污，电解槽包括外壁和内胆，外壁和内胆之间的夹层填充保温材料；填充的保温材料为安全环保的复合硅酸盐保温材料，电解槽中的电解液在根据现场情况由人工手动添加。所述电解槽配有电加热系统(为反应槽内电解液加热)，电解槽内的电极由电极夹具固定。

所述去污头系统用于不可拆卸或不能放置到电解槽内的工件的电化学去污，去污头系统包括手持手柄4和去污头3，手持手柄4与去污头3为可拆卸连接，根据待去污工件的结构选择去污头的大小和形状。

所述去污头为三层结构，为依次粘结的吸液材料层(如聚氨酯海绵)301、工作电极层302和不锈钢板304，其中：工作电极层和不锈钢板通过绝缘层(如无氟高分子材料)303粘结在一起；所述工作电极层的外边缘处设有环形导流通道3021，环形导流通道上开设若干导流孔3022；所述手持手柄为中空棒状结构，手持手柄的内部设有电缆、供液管和回液管，供液管的两端分别连接环形导流通道3021和供液泵7，回液管的两端分别连接环形导流通道3021和电解液回收泵88；环形导流通道内循环流动的电解液由导流孔3022引导至吸液材料层301；工作电极层302通过手持手柄中的电缆与外部电源相连接。

所述手持手柄轴向与不锈钢板的夹角为0°-90°之间可调节。

所述去污头系统在闲置时放于去污头放置箱2内，使用时将去污头的工作面(吸液材料层)正对并紧密接触待去污工件，实施电化学去污。

所述供回液系统包括供液装置和回液装置，供液装置用于向去污头系统提供电解液，回液装置用于回收去污头系统中的电解液；所述供液装置包括供液储槽5和供液泵7，供液泵的一端连接供液储槽，供液泵的另一端通过供液管路连接去污头系统；供液储槽内盛装电解液，由供液泵将电解液输送至去污头系统，供液管路上设有流量计；所述回液装置包括回液储槽6和电解液回收泵8，通过电解液回收泵将去污头系统内的电解液回收至回液储槽中；

该设备还包括高频电源系统，用于为去污头系统和电解槽单独或同时供电，所述高频电源系统通过电缆分别连接去污头系统和电解槽，具体输出电流根据不同的去污工件表面情况调节。

该设备还包括总控制系统，供回液系统和电解槽的电解液流量和电流密度等均由总控制系统进行控制，可根据现场具体去污要求同时或单独控制去污头和电解槽；总控制系统采用PLC控制，配备RS232通讯接口，可外接电脑实现数据的传输，配备彩色触摸屏显示控制器。

该设备设置为上、中、下三层结构，其中下层放置供液储槽、回液储槽、供液泵和回液，中层放置高频电源系统及总控制系统，上层放置电解槽，在上层与中层的同一侧面设置去污头放置箱；该设备置于可移动车体上，可移动车体的底部装有带制动器的车轮9。

实施例1：

采用上述去污设备进行可移动式电化学去污，具体过程如下：

1、在将本发明设备移动到现场后，打开车轮制动器固定去污设备，向电解槽或供液储槽中加入电解液，。开启搅拌器不断搅拌，时间为30min。在搅拌期间不断取样检测pH，直至pH稳定到一定的数值；

2、根据现场情况，选择使用电解槽或移动式去污头；如果是小型可拆卸工件，则将要去污的工件放进电解槽中；如果是大型工件，则打开去污头系统，选择合适规格的去污头，将去污头正对工件表面；设定电解液输送流速和流量，开启供液泵进行电解液输送，同时开启回收泵，使得去污头的电解液处于循环状态。

3、根据设定的电解温度，对电解液进行升温；调节电流密度后，进行电化学去污。

4、去污开始的前半个小时内每5min进行一次系统液体取样，并进行同步的放射性剂量分析与pH测试。根据分析结果确定循环去污的终点。当取样液中的放射性剂量和溶液pH不再上升时，即可认定为去污终点。

5、去污结束后，向系统内加入适量的pH调节剂，将系统内的电解液pH值调节至中性，将系统内中和后的电解液回收。并用清水对供液系统、反应槽表面或电解去污头表面进行漂洗。打开回液储槽上的外排废水排放阀门，将废水排放到核电站的废水回收装置中。

以上显示了本发明的主要特征和技术优点，具有去污效率高，二次废物产生量少，减少工作人员受照射剂量等特点。本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明主要原理和试剂范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种可移动式电化学去污设备，其特征在于：该设备包括电解槽、去污头系统、供回液系统和去污头放置箱；其中：

电解槽：用于可拆卸且能够放置到电解槽内的工件的电化学去污，电解槽包括外壁和内胆，外壁和内胆之间的夹层填充保温材料；

去污头系统：用于不可拆卸或不能放置到电解槽内的工件的电化学去污，去污头系统包括手持手柄和去污头，手持手柄与去污头为可拆卸连接，根据待去污工件的结构选择去污头的大小和形状；

供回液系统：包括供液装置和回液装置，供液装置用于向去污头系统提供电解液，回液装置用于回收去污头系统中的电解液；所述供液装置包括供液储槽和供液泵，供液泵的一端连接供液储槽，供液泵的另一端通过供液管路连接去污头系统；供液储槽内盛装电解液，由供液泵将电解液输送至去污头系统，供液管路上设有流量计；所述回液装置包括回液储槽和电解液回收泵，通过电解液回收泵将去污头系统内的电解液回收至回液储槽中；

去污头放置箱：用于放置去污头系统。

2.根据权利要求1所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：所述电解槽的夹层中填充的保温材料为安全环保的复合硅酸盐保温材料，电解槽中的电解液在根据现场情况由人工手动添加。

3.根据权利要求1所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：所述电解槽配有电加热系统，电解槽内的电极由电极夹具固定。

4.根据权利要求1所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：所述去污头为三层结构，为依次粘结的吸液材料层(聚氨酯海绵)、工作电极层和不锈钢板，其中：工作电极层和不锈钢板通过绝缘层粘结在一起；所述工作电极层的外边缘处设有环形导流通道，环形导流通道上开设若干导流孔；所述手持手柄为中空棒柱结构，手持手柄的内部设有电缆、供液管和回液管，供液管的两端分别连接环形导流通道和供液泵，回液管的两端分别连接环形导流通道和回液泵；环形导流通道内循环流动的电解液由导流孔引导至吸液材料层；工作电极层通过手持手柄中的电缆与外部电源相连接。

5.根据权利要求1或4所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：所述手持手柄轴向与不锈钢板的夹角为0°-90°之间可调节。

6.根据权利要求1或4所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：所述去污头系统在闲置时放于去污头放置箱内，使用时将去污头的工作面正对并紧密接触待去污工件，实施电化学去污。

7.根据权利要求1所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：该设备还包括高频电源系统，用于为去污头系统和电解槽单独或同时供电，所述高频电源系统通过电缆分别连接去污头系统和电解槽，具体输出电流根据不同的去污工件表面情况调节。

8.根据权利要求7所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：该设备还包括总控制系统，供回液系统和电解槽的电解液流量和电流密度等均由总控制系统进行控制，可根据现场具体去污要求同时或单独控制去污头和电解槽；总控制系统采用PLC控制，配备RS232通讯接口，可外接电脑实现数据的传输，配备彩色触摸屏显示控制器。

9.根据权利要求8所述的可移动式电化学去污设备，其特征在于：该设备设置为上、中、下三层结构，其中下层放置供液储槽、回液储槽、供液泵和回液，中层放置高频电源系统及总控制系统，上层放置电解槽，在上层与中层的同一侧面设置去污头放置箱；该设备置于可移动车体上，可移动车体的底部装有带制动器的车轮。

10.一种利用权利要求1所述设备进行的可移动式电化学去污工艺，其特征在于：该工艺包括如下步骤：

(1)将配制好的电解液倒入供液储槽和电解槽中，设置供液泵的供液流量，设置电解液温度；

(2)根据待去污工件的大小及是否可拆除来选择使用电解槽去污或者去污头系统去污；

(3)选择电解槽去污时，将工件作为阳极放进电解槽中，打开高频电源系统，开始去污；选择去污头系统去污时，将去污头正对工件上所选取的去污部位并贴紧，打开供回液系统；

(5)设置电流密度和电解时间，开始进行去污；

(6)电解结束后，关闭供液泵以及去污电源，待废电解液全部回收完成后，关闭回液泵。