CN111333225A - 一种铀污染地下水的净化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种铀污染水的净化装置及方法。该装置包括：依次相连的混凝沉淀池，中间水箱一，吸附罐，超滤装置，中间水箱二，反渗透装置；清水池，所述清水池通过清水管与反渗透装置的产水口相连，所述清水管和中间水箱二之间设有回流管路一；浓水池，所述浓水池通过排水管分别与反渗透装置的排水口、超滤装置的排污口相连；水质监测仪，用于监测反渗透装置产水口的水质。本发明所述净化装置和方法主要用于铀污染水的净化处理，具有极好的铀去除与水处理效果。可减少污泥产量，减少二次废水产量，减轻后续废物处理难度。

Description

一种铀污染地下水的净化装置及方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种铀污染地下水的净化装置及方法。

背景技术

水中放射性强度超标现象时有发生，尤其是以锕系元素铀为代表的低放射性污染居多。铀在水中以稳定的六价铀酰离子稳定存在，且迁移性较高，进入人体后具有生物毒性与放射性双重危害。铀污染严重影响饮用水源水质安全，对居民饮用水安全造成很大威胁。

世界卫生组织规定饮用水中铀的限值30ppb。目前，关于铀污染地下水处理方法主要包括化学沉淀法、吸附法、蒸馏浓缩法、微生物降解法以及膜分离法。其中，化学沉淀法净化效率不高，污泥量大。吸附法对水质条件要求高。蒸发浓缩法主要应用高浓度放射性废水处理，多用于处理核设施及医疗产生的废液。膜分离法存在膜污染严重等问题。微生物降解法，处理周期长，处理效率有限，不适合大水量低浓度铀处理。

因此，开发一种低浓度铀污染地下水净化方法，提高水中放射性铀去除效率，保障饮用安全很有必要。

发明内容

本发明目的之一为针对地下水中低浓度铀污染水，低温，低浊，水量大等特点，提供了一种低放射性铀污染地下水净化装置，以强化去除水中放射性铀污染与共存污染物，保障饮用安全，提高处理效率，减少二次污染废物产量。

本发明另一目的为提供了一种低浓度铀污染地下水净化方法。

本发明提出一种铀污染地下水净化装置，包括：

依次相连的混凝沉淀池，中间水箱一，吸附罐，超滤装置，中间水箱二，反渗透装置；

清水池，所述清水池通过清水管与反渗透装置的产水口相连，所述清水管和中间水箱二之间设有回流管路一；

浓水池，所述浓水池通过排水管分别与反渗透装置的排污口、超滤装置的排污口相连；

水质监测仪，用于监测反渗透装置产水口的水质。

进一步地，还包括：

水位计一，设置于浓水池内；

水位计二，设置于中间水箱二内；

控制器，所述控制器分别与混凝沉淀池、超滤装置、反渗透装置、水质监测仪、水位计一、水位计二电连接。

进一步地，所述浓水池的出水口通过回流管路二与混凝沉淀池相连。

进一步地，所述混凝沉淀池上设有加药机构；所述混凝沉淀池内设有搅拌桨。

本发明还提出利用上述装置进行铀污染地下水的净化方法，包括以下步骤：

(1)待处理铀污染水进入混凝沉淀池，加入混凝剂混凝，沉淀澄清，出水，经中间水箱一进入吸附罐3吸附后，出水进入超滤装置；

(2)超滤装置产水经中间水箱二进入反渗透装置，反渗透装置产生的清水经水质监测仪监测后，当清水水质达标，清水直接进入清水池；当清水水质不达标，清水重新流回至中间水箱二，经反渗透装置重复处理，直至达标。

进一步地，所述达标为清水的TDS浓度<20ppm；所述不达标为清水的TDS浓度＞20ppm。

进一步地，所述混凝剂为铝盐、铁盐和锰盐的混合物。

进一步地，所述混凝剂中，铝盐与铁盐的添加量分别为5～10mg/L，锰盐添加量为1～4mg/L；铁盐与锰盐比例为(2～5):1，优选的，铁盐与锰盐比例为3:1。

进一步地，待处理铀污染水中，铀浓度为100～1000ppb。

本发明的有益效果：

1)本发明提出的铀污染地下水净化装置及方法，集成混凝沉淀，多介质吸附，超滤与反渗透各工艺优势，达到极好的铀去除与水处理效果。可以减少污泥产量，并减少二次废水产生量，减轻后续废物处理难度。

2)本发明提出的铀污染地下水净化方法，采用水质监测仪监测常规水质指标来间接指示铀的去除效果，并通过控制反渗透回流保证出水水质，从而实现水中放射性元素铀与共存污染物的高效去除。

3)本发明所提铀污染地下水净化装置，占地面积小，集成度高，自动化程度高，操作简单，便于移动，可以作为突发放射性铀污染应急处理。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述装置示意图。

图2为实施例1各工艺段对铀的去除效果图。

图3为实施例1处理工艺对电导率处理效果图。

图4为实施例1处理工艺对总溶解性固体处理效果图。

图5为实施例1、3中不同铁锰比的工艺段对铀的去除效果图。

图6为对比例1中不同混凝剂处理效果对比。

附图标记说明：

1-混凝沉淀池、2-中间水箱一、3-吸附罐、4-超滤装置、5-中间水箱二、6-反渗透装置、7-清水池、8-浓水池、9-水质监测仪、10-回流管路一、11-回流管路二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提出一种铀污染地下水净化装置，包括：

依次相连的混凝沉淀池1，中间水箱一2，吸附罐3，超滤装置4，中间水箱二5，反渗透装置6；

清水池7，所述清水池7通过清水管与反渗透装置6的产水口相连，所述清水管和中间水箱二5之间设有回流管路一10；

浓水池8，所述浓水池8通过排水管分别与反渗透装置6的排水口、超滤装置4的排污口相连；

水质监测仪9，用于监测反渗透装置6产水口的水质。

本发明实施例提出的铀污染地下水净化装置，主要针对地下水中持续存在的低浓度铀污染，集成混凝沉淀，多介质吸附，超滤，反渗透，中间水箱等工艺及机构的优势，巧妙设计而得的一体化水净化装置，其运行稳定性，具有极好的铀去除、共存污染物去除效果，同时废水利用率高，减少了废水、污泥等排放，减轻后续废物处理难度。

本发明一实施例中，所述装置还包括水位计二，设置于中间水箱二5内；水位计一，设置于浓水池8内；控制器，所述控制器分别与混凝沉淀池1、超滤装置4、反渗透装置6、水质监测仪9、水位计二、水位计一电连接。该装置集成度高，自动化程度高，操作简便。

进一步地，所述浓水池8的出水口通过回流管路二11与混凝沉淀池1相连。设置回流管路二，可使得浓水池内浓水再次进行二次处理，提高产水率，减少废水排放。

本发明实施例所述装置中，所述混凝沉淀池1上连有加药机构。其中，所述加药机构包括加药泵和药池。所述加药泵与控制器电连接。所述混凝沉淀池1内设有搅拌桨，所述搅拌桨与控制器电连接。混凝沉淀池1上还设有进水口，用于待处理铀污染水进入。

中间水箱一2内，设有水位计三。所述水位计三与控制器电连接。

吸附罐3内，设活性炭层与石英砂吸附层双层过滤吸附填料，可拦截较大颗粒杂质。

超滤装置4内，超滤膜为常规材质膜，具体可以为陶瓷、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)，采用中空纤维式，内压式过滤，膜孔径大小为30-50nm，操作压力在0.07～0.1Mpa。

中间水箱二5内，设于所述超滤装置4与反渗透装置6之间，具有良好抗冲击负荷能力，主要用于缓冲水量，缓解膜污染，使装置运行稳定。

反渗透装置6内，反渗透膜采用内压式，膜的材质为常规醋酸纤维素、聚酰胺或复合材质，操作压力为1Mpa左右，膜孔径<1nm。

本发明一实施例还提出一种利用上述装置进行铀污染地下水净化的方法，包括以下步骤：

(1)待处理铀污染水进入混凝沉淀池1，加入混凝剂混凝，沉淀澄清，出水，经中间水箱一2进入吸附罐3吸附后，出水进入超滤装置4；

(2)超滤装置4产水经中间水箱二5进入反渗透装置6，反渗透装置6产生的清水经水质监测仪9监测后，当清水水质达标，清水直接进入清水池7；当清水水质不达标，清水重新流回至中间水箱二5，经反渗透装置6重复处理，直至达标。

本发明实施例提出一种铀污染地下水净化的方法，考虑水中放射性元素铀与共存污染物共去除作用，将混凝沉淀，多介质吸附，超滤，反渗透等工艺巧妙结合，采用水质监测仪监测常规水质指标来间接指示铀的去除效果，并通过控制反渗透回流保证出水水质，从而实现水中放射性元素铀与共存污染物的高效去除。

具体而言，所述达标具体为：所述达标为清水的TDS浓度<20ppm；所述不达标为清水的TDS浓度＞20ppm。本发明实施例中，水质监测仪9通过测定电导率(COND)与总溶解性固体(TDS)，TDS浓度可进一步从侧面反映出水水质状况。当TDS<20ppm，水质中其他指标包括铀浓度可满足要求。

进一步地，中间水箱一2、中间水箱二5、浓水池8上设有水位计三、水位计二、水位计一，主要为了控制水位，当水位过低或过高，通过触发控制器控制系统执行相应操作。例如，若中间水箱二5内水位过低，水位计二会触发控制器控制反渗透装置6停止运行。若浓水池8内水位过高，水位计一会通过控制器启动水泵将多余水回流至混凝沉淀池1进行二次处理。若中间水箱一2内水位过高，水位计三会通过触发控制器控制混凝沉淀池1停止出水。

本发明实施例提出的铀污染地下水净化的方法，可通过控制器控制各部分工作，从而提高自动化程度。

具体而言，开启控制器，所述控制器可控制加药机构中加药泵，混凝沉淀池1中搅拌桨，超滤装置4、中间水箱二5内的水位计二、反渗透装置6、浓水池8内的水位计一、水质监测仪9等；

待处理水进入混凝沉淀池1，混凝剂通过加药机构加入混凝沉淀池1混凝后，沉淀澄清出水，经中间水箱一2进入吸附罐3吸附后，出水，进入超滤装置4超滤；

超滤装置4产水经中间水箱二5进入反渗透装置6，反渗透装置6产生的清水经水质监测仪9监测后，当清水中TDS浓度<20ppm合格后，控制器控制清水直接进入清水池7；当清水中TDS浓度＞20ppm，控制器控制清水重新流回至中间水箱二5，再次经过反渗透装置6进行反渗透处理，直至合格。

超滤装置4产生的浓水、反渗透装置6产生的浓水等均经排水管排放至浓水池8。当浓水池8内水位计一检测到其水位到达设定值，水位计一通过控制器控制将浓水池8内浓水采用水泵抽回至混凝沉淀池二次处理。

本发明一优选实施例中，所述混凝剂为铝盐、铁盐、锰盐的三者混合。铝盐可以为硫酸铝。铁盐可以为氯化铁。锰盐可以为高锰酸钾。

优选的，所述铝盐与铁盐的添加量分别为5～10mg/L(以铁、铝计)，锰盐添加量为1～4mg/L(以锰计)。铁盐与锰盐比例为(2～5):1，优选的，铁盐与锰盐比例为3:1。其中，铝盐、铁盐、锰盐添加量分别以铁，铝，锰的质量计算，且浓度具体指其各自在待处理原水体系中的浓度。

进一步地，混凝剂铝盐、铁盐、锰盐的混合物以水溶液形式加入。

进一步地，混凝沉淀池1中，水力停留时间可以为35min。水力停留时间包括混凝搅拌时间和静置沉淀时间。

本发明一实施例中，所述待处理铀污染水(原水)主要包括地下水。铀污染地下水铀含量较低，且存在其他共存污染物。待处理铀污染水中铀浓度为100～1000ppb。

下面将结合实施例详细阐述本发明。

实施例1一种铀污染地下水净化方法，包括如下步骤：

开启控制器，使铀浓度超标地下水进入到混凝沉淀池中，同时将硫酸铝与氯化铁混凝剂混合高锰酸钾以水溶液形式投入反应池，控制添加铝与铁浓度分别为5mg/L，铁与锰比例为3:1(以铁、铝、锰计)。

搅拌桨同时开启原水与混凝剂搅拌充分进行混凝反应，控制搅拌转速为每分钟150转，搅拌时间为15min，搅拌完成后，沉淀时间为20min，混凝沉淀反应后澄清出水进入中间水箱一2。

进入吸附罐3去除小分子固体杂质，减轻后续膜污染，吸附罐3出水进入超滤装置4。超滤装置在中间水箱一2水位达到2/3时开启，产水进入中间水箱二5随即进入反渗透装置6，反渗透产水进入清水池7。其中，超滤装置4超滤产水率为85％。反渗透产水率为50％。

考虑水中放射性元素铀与共存污染物共去除作用，采用水质监测仪监测常规水质指标来间接指示铀的去除效果，并通过控制反渗透回流保证出水水质。当水质监测仪监测显示TDS数值>20ppm时，回流管路一启动，反渗透出水将回流至中间水箱二重新进入反渗透装置进行二次净化，长期数据监测如图2～4所示，地下水中铀浓度与TDS和COND具有良好共去除作用，当水质监测仪显示TDS<20ppm时，反渗透产水直接进入清水池完成净化。

实施例2一种铀污染地下水净化方法，包括如下步骤：

同实施例1，不同之处在于，混凝剂中，控制添加铝与铁浓度分别为10mg/L，铁与锰比例为5:1。

实施例3一种铀污染地下水净化方法，包括如下步骤：

同实施例1，不同之处在于，混凝剂中铁与锰比例不同，具体铁：锰分别为5:1、4:1、3:1、2:1，且该实施例原水仅在混凝沉淀池中进行反应。

对比例1一种铀污染地下水净化方法，包括如下步骤：

同实施例1，不同之处在于，混凝剂种类不同，具体分别为：单独氯化铁、单独硫酸铝、铁盐和铝盐混合，实施例1中铁盐铝盐锰盐混合，且该实施例原水仅在混凝沉淀池中进行反应。

试验例

采用上述实施例和对比例所述方法处理国内某地地下水，当地存在地下水源放射性强度超标现象，水中主要的放射性元素为铀。设计处理水量为50m³/d，连续运行6个月，进水水质参数如表1所示。

表1原水水质参数

序号	分析项目	单位	数值
				1	铀	ppb	100～1000
2	电导率	μs/cm	630～750
				3	总溶解性固体	mg/L	450～500
4	pH		6.5～8.5
				5	硬度	mg/L	270～360
6	温度	℃	11～19
				7	浊度	NTU	6～9
8	色度	度	5～10

为达到稳定可靠运行效果，运行期间，对该系统方法各阶段出水进行检测，分为每日水质检测、每周水质检测以及生活饮用水全项检测。每日水质参数检测包括测试原水与出水的pH、TDS、水温、电导率(COND)及浊度等基本水质指标，每周水质检测包括NO₃ ^-、Cl^-、SO₄ ^2-、CO₃ ^2-、铀及总硬度，涉及到主要工艺段出水。运行中期与末期进行饮用水水质参数检测。

运行结果如下所述：

1.各工艺段铀去除效果

原水经过处理后，采用ICP-MS对铀浓度进行测定，同时计算铀的去除率。

实施例1中除铀效果(见图2)，原水中的铀浓度存在较大波动，混凝沉淀对铀的平均去除率为65％左右，超滤装置对铀的平均去除率约为80％，最终，反渗透处理后去除率高于99％，出水铀浓度低于30ppb，达到安全水质规定的标准限值。总体来看，混凝沉淀+超滤对铀的去除虽有较好效果，但无法保证出水铀浓度满足标准限值，因此，反渗透作为保障工艺，保障最终出水达标必不可少，体现出组合工艺多级净化的优势。实施例2中出水铀浓度也低于30ppb。

实施例3中仅进行混凝沉淀反应，由于铁锰比例不同，对铀的去除效果也产生了一定的影响，铀去除率略有不同(见图5)，当铁：锰＝3:1时，去铀效果最好。

对比例1中仅进行混凝沉淀反应，改变混凝剂的组分，铀去除效果明显下降(见图6)。可见，只有铁锰铝三者混合时，才能获得较好的铀去除效果。

2.各工艺段常规指标去除效果

实施例1所述方法对水中常规污染指标去除也具有极好效果(见图3-4)，水中电导率与总溶解性固体可以反映水中溶解性的物质含量，包括无机物与有机物，原水中的电导率与总溶解性固体含量波动较大，经过该系统处理后的出水电导率显著降低至50us/cm以下，总溶解性固体降至20ppm以下，体现出整体系统强大的去污能力。

3.系统脱盐效果

原水中存在各种溶解盐，如硫酸盐，硝酸盐，氟化物等，系统处理前后水质指标如表2所示：

表2处理前后溶解盐含量

综合上述结果可知，本发明适用于处理水量较大低浓度铀污染水源水，对水中铀具有很高的去除率，同时对常规指标亦有很好的净化效果，具有处理效果好、操作简便、耐冲击负荷、膜污染较轻等特点，在实现对水中铀污染净化同时出水水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，可作为饮用水源，可为突发放射性铀污染饮用水提供应急解决系统方案。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (9)

1.一种铀污染地下水净化装置，其特征在于，包括：

依次相连的混凝沉淀池(1)，中间水箱一(2)，吸附罐(3)，超滤装置(4)，中间水箱二(5)，反渗透装置(6)；

清水池(7)，所述清水池(7)通过清水管与反渗透装置(6)的产水口相连，所述清水管和中间水箱二(5)之间设有回流管路一(10)；

浓水池(8)，所述浓水池(8)通过排水管分别与反渗透装置(6)的排污口、超滤装置(4)的排污口相连；

水质监测仪(9)，用于监测反渗透装置(6)产水口的水质。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

水位计一，设置于浓水池(8)内；

水位计二，设置于中间水箱二(5)内；

控制器，所述控制器分别与混凝沉淀池(1)、超滤装置(4)、反渗透装置(6)、水质监测仪(9)、水位计一、水位计二电连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述浓水池(8)的出水口通过回流管路二(11)与混凝沉淀池(1)相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述混凝沉淀池(1)上设有加药机构；所述混凝沉淀池(1)内设有搅拌桨。

5.利用权利要求1-4任一项所述装置进行铀污染地下水的净化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)待处理铀污染水进入混凝沉淀池(1)，加入混凝剂混凝，沉淀澄清，出水，经中间水箱一(2)进入吸附罐(3)吸附后，出水进入超滤装置(4)；

2)超滤装置(4)产水经中间水箱二(5)进入反渗透装置(6)，反渗透装置(6)产生的清水经水质监测仪(9)监测后，当清水水质达标，清水直接进入清水池(7)；当清水水质不达标，清水重新流回至中间水箱二(5)，经反渗透装置(6)重复处理，直至达标。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述达标为清水的TDS浓度<20ppm；所述不达标为清水的TDS浓度＞20ppm。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述混凝剂为铝盐、铁盐和锰盐的混合物。

8.根据权利要求5或7所述的方法，其特征在于，

所述混凝剂中，铝盐与铁盐的添加量分别为5～10mg/L，锰盐添加量为1～4mg/L；铁盐与锰盐比例为(2～5):1，优选的，铁盐与锰盐比例为3:1。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

待处理铀污染水中，铀浓度为100～1000ppb。

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