CN110204071A - 一种实现含铀含氟废水最小化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放射性三废处理技术领域，具体公开了一种实现含铀含氟废水最小化的方法，包括以下步骤：步骤一：超滤；步骤二：纳滤；步骤三：高压反渗透；步骤四：二级反渗透。本发明方法采用膜处理技术，可以将含铀含氟废水中的铀和氟离子分离并浓缩，实现了铀的深度回收以及对废水的净化与综合利用。

Description

一种实现含铀含氟废水最小化的方法
技术领域
本发明属于放射性三废处理技术领域，具体涉及一种实现含铀含氟废水最小化的方法。
背景技术
在核燃料循环前段——铀转化、铀浓缩、元件制造的生产过程中，产生大量的含铀含氟废水，处理该废水主要有两个目的：一是进一步回收铀，二是保证废水达标排放。
传统处理含铀含氟废水工艺采用消石灰沉淀技术：向铀含量小于2mg/L，氟含量小于15g/L的废水中加入消石灰反复沉淀去除氟离子，同时载带去除微量的铀离子以降低排放废水中的铀含量，使排放废水中铀含量小于50μg/L，氟离子浓度小于10mg/L达到排放标准；沉淀产生的石灰乳渣作为放射性固体废物倒入防渗防漏地坑内暂存。
为保证铀含量达标，降低源项废水中的铀含量，前处理工序中需增加离子交换柱的数量，这种方式不仅增加再生剂、水洗液的耗量，而且产生更多的外排废水，同时又增加了消石灰沉淀设备的处理负荷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现含铀含氟废水最小化的方法，减少二次废物的产生，深度回收铀。
本发明的技术方案如下：
一种实现含铀含氟废水最小化的方法，所述的含铀含氟废水中铀浓度小于100mg/L，氟离子浓度小于10g/L，包括以下步骤：
步骤一：超滤
超滤装置采用热致相分离工艺PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.1μm；
含铀含氟废水经超滤装置去除0.01～0.1μm的胶体、悬浮物，控制超滤进水压力小于5.0bar，进出口压力差小于1.5bar，超滤产水进入纳滤装置，超滤浓水返回作为原水重复过滤；
步骤二：纳滤
纳滤装置采用反渗透卷式膜组件，操作压力小于40bar，纳滤膜孔径为1nm；
超滤产水经纳滤装置拦截铀，纳滤产水进入高压反渗透装置，纳滤浓水侧富集铀形成含铀浓水待回收；
步骤三：高压反渗透
高压反渗透装置选用压力式DT反渗透膜，操作压力为160bar，膜孔径小于0.1nm；
纳滤产水进入高压反渗透装置，经高压反渗透拦截氟离子，高压反渗透产水去二级反渗透装置；高压反渗透浓水侧富集氟离子形成含氟浓水，待后续经沉淀或干燥形成固体废物后进一步处理；
步骤四：二级反渗透
二级反渗透装置采用卷状膜，操作压力为40bar，膜孔径小于0.1nm；
进一步于二级反渗透浓水侧拦截氟离子，二级反渗透产水作为系统淡水，满足排放要求，可直接排放，亦可作为工业用水循环利用。
还包括步骤四中，将二级反渗透浓水由管道输送返回储罐，与纳滤产水一并由泵再次输送至高压反渗透装置。
步骤二中，所述的纳滤装置基于筛分效应拦截分子量为200～2000道尔顿的大分子，对铀的拦截率大于95％。
通过步骤三和步骤四，拦截直径大于0.1nm以上的溶质分子或无机盐离子，使得在废水中直径为0.266nm的氟离子有效被拦截，拦截率大于95％。
步骤一中，控制超滤出水率为80～90％。
步骤二中，控制纳滤出水率为50～90％。
步骤三中，控制高压反渗透出水率为50～90％。
步骤四中，控制二级反渗透出水率为50～90％。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明方法能够提高铀的回收率，减少含氟浓水经沉淀干燥后形成的固体废物中残留铀对环境的影响。
(2)本发明方法应用于核燃料领域的废水处理中，能够降低铀回收难度，并减轻去氟处理负荷，提高经济性。
(3)通过本发明方法处理产生的淡水可循环利用，节约了资源，同时降低了外排废水量。
(4)本发明方法为提高拦截效率，采用两级反渗透，一级采用高压反渗透，以得到更高的回收率，二级反渗透用于保证氟离子排放达标的要求。
(5)本发明方法采用膜处理技术，可以将含铀含氟废水中的铀和氟离子分离并浓缩，实现了铀的深度回收以及对废水的净化与综合利用。
附图说明
图1为本发明含铀含氟废水处理方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，所述的含铀含氟废水中铀浓度小于100mg/L，氟离子浓度小于10g/L，包括以下步骤：
步骤一：超滤
超滤装置采用热致相分离工艺PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.1μm；
含铀含氟废水经超滤装置去除0.01～0.1μm的胶体、悬浮物，以保护后续膜组件，控制超滤进水压力小于5.0bar，进出口压力差小于1.5bar，出水率为80～90％，超滤产水进入纳滤装置，超滤浓水返回作为原水重复过滤；
步骤二：纳滤
纳滤装置采用反渗透卷式膜组件，操作压力小于40bar，纳滤膜孔径为1nm，基于筛分效应拦截分子量为200～2000道尔顿的大分子，对铀的拦截率大于95％；
超滤产水经纳滤装置拦截铀，控制纳滤出水率为50～90％，纳滤产水进入高压反渗透装置，纳滤浓水侧富集铀形成含铀浓水待回收；
步骤三：高压反渗透
高压反渗透装置选用压力式DT反渗透膜，操作压力为160bar，膜孔径小于0.1nm；
控制高压反渗透出水率为50～90％，纳滤产水和二级反渗透浓水一同进入高压反渗透装置，经高压反渗透拦截氟离子，高压反渗透产水去二级反渗透装置；高压反渗透浓水侧富集氟离子形成含氟浓水，待后续经沉淀或干燥形成固体废物后进一步处理；
步骤四：二级反渗透
二级反渗透装置采用卷状膜，操作压力为40bar，膜孔径小于0.1nm；
控制二级反渗透出水率为50～90％，进一步于二级反渗透浓水侧拦截氟离子，并将其由管道输送返回储罐，与纳滤产水一并由泵再次输送至高压反渗透装置；二级反渗透产水作为系统淡水，满足排放要求，可直接排放，亦可作为工业用水循环利用。
通过步骤三和步骤四，可拦截直径大于0.1nm以上的溶质分子或无机盐离子，使得在废水中直径为0.266nm的氟离子可有效被拦截，拦截率大于95％。
实施例1
一种实现含铀含氟废水最小化的方法，所述的含铀含氟废水中铀含量为61mg/L，氟离子浓度为4.4g/L，包括以下步骤：
步骤一：超滤
含铀含氟废水进入超滤装置，入口流量为3.0m3/h，入口压力维持在0.56～0.60bar之间，出口压力维持在0.18～0.30bar之间，并控制90％的出水率，以去除胶体、悬浮物；
步骤二：纳滤
超滤产水进入纳滤装置，入口流量为2.7m3/h，入口压力为1.3MPa，控制纳滤出水率为68％；
纳滤浓水侧富集铀形成含铀浓水待回收，其中纳滤浓水流量为0.86m3/h，铀浓度为147mg/L，氟离子浓度为6g/L；
纳滤产水流量为1.84m3/h，铀浓度为1.02mg/L，氟离子浓度为4.2g/L，纳滤对铀的拦截率为98.3％；
步骤三：高压反渗透
纳滤产水和二级反渗透浓水一同进入高压反渗透装置，入口流量为2.08m3/h，入口压力为6.0MPa，控制高压反渗透出水率为74％；
高压反渗透浓水侧富集氟离子和残余的铀，形成含氟浓水待进一步处理，其中高压反渗透浓水流量为0.54m3/h，氟离子浓度为13.2g/L，铀浓度为2.58mg/L；
高压反渗透产水流量为1.54m3/h，氟离子浓度为280mg/L，铀浓度为0.35mg/L，高压反渗透对氟离子的拦截率为97.9％；
步骤四：二级反渗透
高压反渗透产水进入二级反渗透装置，入口流量为1.54m3/h，入口压力为0.8MPa，控制二级反渗透出水率为84％；
进一步于二级反渗透浓水侧拦截氟离子，并将其由管道输送返回储罐，与纳滤产水一并由泵再次输送至高压反渗透装置；
二级反渗透产水作为系统淡水，流量为1.29m3/h，铀浓度为8.8μg/L，氟离子浓度为8mg/L，达到国家排放标准可直接排放，亦可作为工业用水循环利用。
实施例2
一种实现含铀含氟废水最小化的方法，所述的含铀含氟废水中铀含量为37.1mg/L，氟离子浓度1.96g/L，包括以下步骤：
步骤一：超滤
含铀含氟废水进入超滤装置，入口流量为3.0m3/h，入口压力维持在0.56～0.60bar，出口压力维持在0.18～0.30bar，并控制85％的出水率，以去除胶体、悬浮物；
步骤二：纳滤
超滤产水进入纳滤装置，入口流量为2.55m3/h，入口压力为1.3MPa，控制纳滤出水率为70％；
纳滤浓水侧富集铀形成含铀浓水待回收，其中纳滤浓水流量为0.77m3/h，铀浓度为121mg/L，氟离子浓度为2.24g/L；
纳滤产水流量为1.79m3/h，铀浓度为1.145mg/L，氟离子浓度为1.84g/L，纳滤对铀的拦截率为96.9％；
步骤三：高压反渗透
纳滤产水和二级反渗透浓水一同进入高压反渗透装置，入口流量为2.22m3/h，入口压力为4.8MPa，控制高压反渗透出水率为70％；
高压反渗透浓水侧富集氟离子和残余的铀，形成含氟浓水待进一步处理，其中高压反渗透浓水流量为0.67m3/h，氟离子浓度为6.2g/L，铀浓度为3.68mg/L；
高压反渗透产水流量为1.55m3/h，氟离子浓度为280mg/L，铀浓度为0.35mg/L，高压反渗透对氟离子的拦截率为98％；
步骤四：二级反渗透
高压反渗透产水进入二级反渗透装置，入口流量为1.55m3/h，入口压力为0.55MPa，控制二级反渗透出水率为72％；
进一步于二级反渗透浓水侧拦截氟离子，并将其由管道输送返回储罐，与纳滤产水一并由泵再次输送至高压反渗透装置；
二级反渗透产水作为系统淡水，流量为1.12m3/h，铀浓度为0.49μg/L，氟离子浓度为1.16mg/L，达到国家排放标准可直接排放，亦可作为工业用水循环利用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：所述的含铀含氟废水中铀浓度小于100mg/L，氟离子浓度小于10g/L，包括以下步骤：
步骤一：超滤
超滤装置采用热致相分离工艺PVDF中空纤维膜，膜孔径为0.1μm；
含铀含氟废水经超滤装置去除0.01～0.1μm的胶体、悬浮物，控制超滤进水压力小于5.0bar，进出口压力差小于1.5bar，超滤产水进入纳滤装置，超滤浓水返回作为原水重复过滤；
步骤二：纳滤
纳滤装置采用反渗透卷式膜组件，操作压力小于40bar，纳滤膜孔径为1nm；
超滤产水经纳滤装置拦截铀，纳滤产水进入高压反渗透装置，纳滤浓水侧富集铀形成含铀浓水待回收；
步骤三：高压反渗透
高压反渗透装置选用压力式DT反渗透膜，操作压力为160bar，膜孔径小于0.1nm；
纳滤产水进入高压反渗透装置，经高压反渗透拦截氟离子，高压反渗透产水去二级反渗透装置；高压反渗透浓水侧富集氟离子形成含氟浓水，待后续经沉淀或干燥形成固体废物后进一步处理；
步骤四：二级反渗透
二级反渗透装置采用卷状膜，操作压力为40bar，膜孔径小于0.1nm；
进一步于二级反渗透浓水侧拦截氟离子，二级反渗透产水作为系统淡水，满足排放要求，可直接排放，亦可作为工业用水循环利用。
2.如权利要求1所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：还包括步骤四中，将二级反渗透浓水由管道输送返回储罐，与纳滤产水一并由泵再次输送至高压反渗透装置。
3.如权利要求2所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：步骤二中，所述的纳滤装置基于筛分效应拦截分子量为200～2000道尔顿的大分子，对铀的拦截率大于95％。
4.如权利要求3所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：通过步骤三和步骤四，拦截直径大于0.1nm以上的溶质分子或无机盐离子，使得在废水中直径为0.266nm的氟离子有效被拦截，拦截率大于95％。
5.如权利要求4所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：步骤一中，控制超滤出水率为80～90％。
6.如权利要求5所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：步骤二中，控制纳滤出水率为50～90％。
7.如权利要求6所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：步骤三中，控制高压反渗透出水率为50～90％。
8.如权利要求7所述的一种实现含铀含氟废水最小化的方法，其特征在于：步骤四中，控制二级反渗透出水率为50～90％。
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