CN111816341B - 一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液放射性废弃物的装置及方法 - Google Patents

一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液放射性废弃物的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置，其包括，蒸发室(1)、蒸发集盐装置(2)和冷凝集液装置(3)；蒸发室(1)包括围板(11)、盖板(12)引风口(111)、进风口(112)和废水进入口(113)；蒸发集盐装置(2)包括吸水部件横梁(21)、吸水部件(22)、集热板(23)和隔热板(24)；冷凝集液装置(3)包括引风机(31)和换热管(32)；换热管(32)另一端为冷凝液出口(321)。本发明装置太阳能的吸收率和利用率高。引风机(31)及时将内部饱和水蒸气排出，降低内部空气湿度增加蒸发速率。排出的水蒸气通过与水体换热形成冷凝水排出装置进行回收，且通过换热将水蒸气的潜热利用起来加热水体，以加强蒸发速率。

Description

一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液放射性废弃物的 装置及方法
技术领域
本发明属于环保设备相关领域，特别是一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液放射性废弃物的装置及方法，具体应用于核工业废水快速蒸发析出放射性固体废弃物的新型设备。
背景技术
工业含盐废水来源广泛，涉及农药、制药、染料、印染、电镀等诸多行业。其含有大量有毒有害物质，如有机物、重金属等污染物，毒害大，难降解，常伴有刺激性的气味，易对土壤、地下水和空气造成污染。特别是核工业废水，经过硝酸提取铀、钚之后留下了大量带有放射性的硝酸钠废水。废水经过自然蒸发后析出粉末状硝酸钠晶体易随风飘散造成环境污染。且产生的水蒸气也带有放射性，将参与地球水循环，容易对动植物造成伤害。另外，针对于放射性废水的蒸发，在蒸发过程中，保持蒸发室密封非常重要。除此之外，蒸发过程中是在废水池中进行，废水池中面积大，且含有废水多，蒸发处理装置不仅要使部分放射性废水参与蒸发，分离为固体废物盐和水蒸气，还要保证废水池中未处理废水不参与蒸发，废水池中放射性废水整体浓度不变，不然废水池中未蒸发废水蒸发释放放射性物质同样对环境、动植物造成严重的危害。因此，发明一种能够快速实现核工业废水快速蒸发，并且收集放射性盐和水的处理的方法已经迫在眉睫。
太阳能是一种可再生的清洁能源，其能量容量大、清洁无污染、普遍存在、便于转换利用，对促进人类社会的可持续发展具有重要意义。但是传统的太阳能自然蒸发方法对于太阳能的利用率很低，太阳能-蒸汽转化率仅为35％左右。新兴的太阳能界面蒸发技术将太阳能光热转化从传统自然蒸发的水体加热转移至在气液界面集中加热，界面蒸发的蒸汽生成效率快，热响应速度迅速。但是其蒸发面积仅仅只有水体界面面积的大小，太阳能利用率不高。
为了解决以上问题，提出本发明。
发明内容
本发明目的在于利用太阳能，增强太阳能蒸发速率，对放射性废水进行蒸发，实现放射性固体废弃物的收集，以及放射性水蒸气的回收处理。
本发明第一方面提供一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置，其包括，蒸发室1、蒸发集盐装置2和冷凝集液装置3；
蒸发室1包括围板11围成的侧壁和盖板12形成的顶盖，所述围板11上具有引风口111、进风口112和废水进入口113；
所述蒸发集盐装置2位于所述蒸发室1内部，其包括吸水部件横梁21、吸水部件22、集热板23和隔热板24；所述隔热板24位于所述盖板12下方并紧贴所述盖板12，所述集热板23位于所述隔热板24下方并紧贴所述隔热板24；所述吸水部件横梁21位于所述集热板23下方，所述吸水部件22挂于所述吸水部件横梁21上；
冷凝集液装置3包括引风机31和换热管32；所述引风机3通过进风口112将所述蒸发室1里的气体与环境里的干空气进行交换并通过引风口111排出，所述引风机31另一端与所述换热管32一端连通，所述换热管32另一端为冷凝液出口321和空气排放口322所述冷凝液出口321处具有龙头开关。
优选地，所述围板11、所述盖板12为透明的，选自玻璃板或者亚克力板等高透光率材料。
优选地，所述集热板23为金属材质，选自铝板、铜板、合金板等市售的高光热转化特性的材料，所述集热板23上镀有太阳能光热转化涂层，选自黑铬涂层、蓝钛涂层或炭黑涂层。
优选地，所述光热转化涂层为黑铬、蓝钛或者炭黑涂层，所述集热板23太阳能吸光率90％以上，反射率8％以下。
优选地，所述隔热板24选自透明的硅橡胶材料等高透光率隔热材料。
优选地，所述吸水部件横梁21为耐腐蚀材料，所述吸水部件横梁21为聚甲基丙烯酸甲酯做成的圆棍。
优选地，吸水部件横梁与集热板纵向距离为3-7mm。
优选地，所述吸水部件22为吸水材料，选自天然纤维素、丙纶复合物、棉布、滤纸、海绵或者吸水纸等多孔疏松材料。
优选地，所述换热管32为铜管、不锈钢管等耐腐蚀传热速率快的材料，管径5-10mm。
其中，引风机31为市售LH-50S型九叶风微型管道引风机。接口管径为5-10mm，风量为36m3/h，风压330Pa。接口管径与换热管32管径相匹配。
本发明第二方面提供一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法，包括以下步骤：
(1)使用所述的分离回收固液废弃物的装置，首先将废水沿废水进入口113通入所述的分离回收固液废弃物的装置内，使所述围板11、所述吸水部件22和所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，所述蒸发室1内部水蒸气仅可通过引风口111排出，环境空气通过进风口112进入所述蒸发室1，以向所述蒸发室1内补充环境干燥空气；
(2)所述吸水部件22与废水接触，并利用毛细作用吸取放射性废水，集热板23将太阳能转换成热能，对吸水部件22中的放射性废水进行加热蒸发，蒸发后形成的固体盐集中到吸水部件22上，蒸发后形成的水蒸气散发到蒸发室1内；
(3)引风机31将蒸发室1内部的蒸气与进风口112进入的干燥空气交换，蒸发室1内部的蒸气经引风口111排出，并进入换热管32，所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，放射性废水对所述换热管32中的水蒸气进行冷凝，得到的冷凝液经所述冷凝液出口321排出，空气从所述空气排放口322排出，换热管32内水蒸气的热量传递到放射性废水中。
步骤(1)中，由于所述围板11上具有引风口111和进风口112，而引风口111又与引风机31气体连通，进风口112与环境连通。所以蒸发室1内的密闭环境并非是绝对的密封，而是由于引风机31的吸力作用，蒸发室1内除引风口111进风口112外其他地方密封，蒸发室1内的水蒸气只能沿引风口111排出进入换热管32，所以蒸发室1内是相对的密封环境，蒸发室1内的水蒸气排出后，环境空气通过进风口112进入蒸发室1内，以此达到蒸发室1内部的蒸气与进风口112进入的干燥空气交换的目的。
步骤(3)中，蒸发室1内蒸气经引风口111排出后，并非直接排放到环境中，而是进入换热管32，所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，放射性废水对所述换热管32中的水蒸气进行冷凝，得到的冷凝液经所述冷凝液出口321排出，空气从所述空气排放口322排出，既回收了水蒸气的潜热，又回收冷凝水用来在矿石的溶解分离等过程中循环使用。此外，冷凝液出口321处留有少量的冷凝水液封(附图2中换热管32中的虚线表示冷凝水液封)，防止空气从冷凝液出口321处排放。该换热管32有气液分离的作用，有效防止放射性物质排放到环境中。
在本发明中放射性废水是指含有放射性物质的废水，例如核工业废水，经过硝酸提取铀、钚之后留下了大量带有放射性的硝酸钠废水。
本发明中，装置四周和顶部都有镀有太阳能光热转化涂层的集热板23覆盖，增加了吸热面积。内部的具有毛细作用的吸水结晶材料，随着内部吸水部件横梁固定，下端浸没水体通过毛细作用来布水。整个悬挂结构在有限空间里增加了蒸发面积。引风机及时将内部的饱和水蒸气排出，降低内部的空气湿度，增加蒸发速率。排出的水蒸气通过螺旋换热线圈与水体进行热交换形成冷凝水。顺利将带有放射性水蒸气回收处理，还能通过换热将水蒸气的潜热利用起来加热水体，以加强蒸发速率。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置中，使用吸光性能好，发射率低的太阳能集热板23作为光热转化材料，增加了太阳能的吸收率。
2、本发明基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置中，蒸发室1内部的毛细吸水部件22在吸水部件横梁21上采用悬挂式排列结构，大大增加了蒸发面积，提高了太阳能的利用率。
3、本发明基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法中，废水沿废水进入口113进入所述的分离回收固液废弃物的装置内，使所述围板11、所述吸水部件22和所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，先采用吸水部件22的毛细作用吸取放射性废水，集热板23将太阳能转换成热能，对吸水部件22中的放射性废水进行加热蒸发，蒸发后形成的固体盐集中到吸水部件22上，蒸发后形成的水蒸气散发到蒸发室1内；未通入蒸发室1内的废水不参加蒸发过程，不会释放放射性物质，更不会对环境、动植物造成严重的危害。此外，环境干空气通过进风口112进入所述蒸发室1内部与水蒸气进行交换再通过引风口111排出；蒸发过程的封闭式，更好的保证了放射性固体废弃物在蒸发室1内部结晶，而不会被风吹散污染环境，危及动植物，也就是说通入蒸发室1内的废水也不会释放放射性物质，双方面保证不会造成废水释放放射性物质污染环境的问题。
4、本发明装置使用过程中，所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，放射性废水对所述换热管32中的水蒸气进行冷凝，得到的冷凝液经所述冷凝液出口321排出，换热管32内水蒸气的热量传递到放射性废水中，也就是说，通过引风机31利用放射性废水冷却回收水蒸气，既很好的回收了水蒸气，防止环境污染，又将水蒸气的潜热回收利用，增加了太阳能的利用率，又避免使用额外的冷却剂。
附图说明
图1为本发明基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置结构示意图；
图2是本发明分离回收固液废弃物的装置中换热管32的结构示意图；
图中标记说明：
1-蒸发室，2-蒸发集盐装置，3-冷凝集液装置，11-围板，12-盖板，21-吸水部件横梁，22-吸水部件，23-集热板，24-隔热板，31-引风机，32-换热管，111-引风口，112-进风口，113-废水进入口，321-冷凝液出口，322-空气排放口。
具体实施方式
下面将结合本发明具体新型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明实施列，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例中，如果没有特别说明则表示使用的原料和处理技术均为本领域的常用技。
实施例1
如图1所示一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置，其包括，蒸发室1、蒸发集盐装置2和冷凝集液装置3；蒸发室1包括围板11围成的侧壁和盖板12形成的顶盖，所述围板11上具有引风口111、进风口112和废水进入口113；
所述蒸发集盐装置2位于所述蒸发室1内部，其包括吸水部件横梁21、吸水部件22、集热板23和隔热板24；所述隔热板24位于所述盖板12下方并紧贴所述盖板12，所述集热板23位于所述隔热板24下方并紧贴所述隔热板24；所述吸水部件横梁21位于所述集热板23下方，所述吸水部件22挂于所述吸水部件横梁21上；
冷凝集液装置3包括引风机31和换热管32；所述引风机3一端通过所述围板11上的所述引风口111与所述蒸发室1气体连通，通过进风口112将环境干空气引入所述蒸发室1，所述引风机31另一端与所述换热管32一端连通，所述换热管32另一端为冷凝液出口321和空气排放口322所述冷凝液出口321处具有龙头开关。
本实施例中，透明围板11和透明盖板12都选择易于加工的亚克力板，透明盖板12长260mm，宽260mm，厚5mm。透明围板11长300mm，宽255mm，厚5mm。透明隔热板24选用透明硅胶板，长250mm，宽250mm，厚2mm。集热板23为市售的镀有黑铬的铝基太阳能集热板，长250mm，宽250mm，厚0.5mm。吸水部件22的吸水材料采用天然纤维素纤维和丙纶复合材料，宽250mm。吸水部件横梁21，长度250mm，直径5mm。引风机31为市售LH-50S微型管道引风机，接管管径10mm。换热管32为换热效果好耐腐蚀的铜管，直径10mm。所述冷凝液出口321处具有龙头开关，龙头开关可以为铜，不锈钢或者合金材质。
使用上述装置，基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法：
(1)将含有质量分数10％硝酸钠放射性废水沿废水进入口(113)通入所述的分离回收固液废弃物的装置内，使所述围板11、所述吸水部件22和所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，环境干空气仅可通过进风口112进入所述蒸发室1与内部水蒸气交换水蒸气再通过引风口111排出；
(2)所述吸水部件22与废水接触，吸水材料间隔为30mm，并利用毛细作用吸取放射性废水，集热板23将太阳能转换成热能，对吸水部件22中的放射性废水进行加热蒸发，蒸发后形成的固体盐集中到吸水部件22上，蒸发后形成的水蒸气散发到蒸发室1内；
(3)引风机31将环境干空气通过进风口112引入蒸发室1内部与水蒸气交换后，水蒸气经引风口111排出，引风量分别为10m3/h、20m3/h、30m3/h，蒸汽进入换热管32，所述换热管32至少部分浸于放射性废水中，放射性废水对所述换热管32中的水蒸气进行冷凝，得到的冷凝液经所述冷凝液出口321排出，空气从所述空气排放口322排出，换热管32内水蒸气的热量传递到放射性废水中。
在自然光照条件下，环境温度为30℃～35℃，环境空气湿度为35％～45％，硝酸钠溶液质量浓度为10％，深度为20cm的条件下，自然蒸发速率为0.65mm/h。采用本发明上述装置和方法在引风量为10m3/h、20m3/h、30m3/h时的蒸发速率分别是1.10mm/h、1.25mm/h、1.35mm/h。分别是自然蒸发速率的1.70、1.93、2.08倍。且得到固体废物盐为0.121g/(m2·h)、0.137g/(m2·h)、0.148g/(m2·h)。
实施例2
与实施例1相比，装置绝大部分都相同，仅是本实例中，透明盖板12选用玻璃，太阳能集热板24使用镀蓝钛涂层的集热板，吸水部件22材料采用吸水纸，吸水纸间隔分别设置为30mm、40mm、50mm，换热管32为铜管。
使用本实施例装置基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法与实施例1相同。
在自然光照条件下，环境温度为28℃～32℃，环境空气湿度为38％～47％，硝酸钠溶液质量浓度为10％，深度为20cm，自然蒸发速率为0.55mm/h。在引风量为20m3/h的条件下，本发明在吸水纸间隔为30mm、40mm、50mm时的蒸发速率分别是1.25mm/h、1.05mm/h、0.95mm/h。分别是自然蒸发速率的2.09、1.91、1.73倍。且能得到固体废物盐分别为0.126(m2·h)、0.115g/(m2·h)、0.104g/(m2·h)。
实施例3
与实施例1相比，装置绝大部分都相同，仅是本实例中，透明盖板12选用玻璃，太阳能集热板24使用镀蓝钛涂层的集热板，吸水部件22材料采用吸水纸，换热管32为铜管。
使用本实施例装置基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法与实施例1相同。
在自然光照条件下，环境温度为28℃～34℃，环境空气湿度为34％～43％，硝酸钠溶液质量浓度为5％，深度为20cm，自然蒸发速率为0.60mm/h。在引风量为20m3/h的条件下，本发明在吸水纸间隔为30mm时的蒸发速率是1.3mm/h。是自然蒸发速率的2.17倍。且得到固体废物盐0.0715g/(m2·h)。

Claims (10)

1.一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，其包括，蒸发室(1)、蒸发集盐装置(2)和冷凝集液装置(3)；
蒸发室(1)包括围板(11)围成的侧壁和盖板(12)形成的顶盖，所述围板(11)上具有引风口(111)、进风口(112)和废水进入口(113)；
所述蒸发集盐装置(2)位于所述蒸发室(1)内部，其包括吸水部件横梁(21)、吸水部件(22)、集热板(23)和隔热板(24)；所述隔热板(24)位于所述盖板(12)下方并紧贴所述盖板(12)，所述集热板(23)位于所述隔热板(24)下方并紧贴所述隔热板(24)；所述吸水部件横梁(21)位于所述集热板(23)下方，所述吸水部件(22)挂于所述吸水部件横梁(21)上；
冷凝集液装置(3)包括引风机(31)和换热管(32)；所述引风机(31)一端通过所述围板(11)上的所述引风口(111)与所述蒸发室(1)气体连通，环境空气通过进风口(112)进入所述蒸发室(1)，所述引风机(31)另一端与所述换热管(32)一端连通，所述换热管(32)至少部分浸于放射性废水中，所述换热管(32)另一端为冷凝液出口(321)和空气排放口(322)，所述冷凝液出口(321)处具有龙头开关，所述冷凝液出口(321)处留有冷凝水液封。
2.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述围板(11)、所述盖板(12)为透明的，选自玻璃板或者亚克力板。
3.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述集热板(23)为金属材质，选自铝板、铜板、合金板，所述集热板(23)上镀有太阳能光热转化涂层，选自黑铬涂层、蓝钛涂层或炭黑涂层。
4.根据权利要求3所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述光热转化涂层为黑铬、蓝钛或者炭黑涂层，所述集热板(23)太阳能吸光率90％以上，反射率8％以下。
5.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述隔热板(24)选自透明的硅橡胶材料。
6.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述吸水部件横梁(21)为耐腐蚀材料，所述吸水部件横梁(21)为聚甲基丙烯酸甲酯做成的圆棍。
7.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，吸水部件横梁与集热板纵向距离为3-7mm。
8.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述吸水部件(22)为吸水材料，选自天然纤维素、丙纶复合物、棉布、滤纸、海绵或者吸水纸。
9.根据权利要求1所述的分离回收固液废弃物的装置，其特征在于，所述换热管(32)为铜管、不锈钢管。
10.一种基于界面蒸发放射性废水分离回收固液废弃物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)使用权利要求1-9任一项所述的分离回收固液废弃物的装置，首先将废水沿废水进入口(113)通入所述的分离回收固液废弃物的装置内，使所述围板(11)、所述吸水部件(22)和所述换热管(32)至少部分浸于放射性废水中，所述蒸发室(1)内部水蒸气仅可通过引风口(111)排出，环境空气通过进风口(112)进入所述蒸发室(1)，以向所述蒸发室(1)内补充环境干燥空气；
(2)所述吸水部件(22)与废水接触，并利用毛细作用吸取放射性废水，集热板(23)将太阳能转换成热能，对吸水部件(22)中的放射性废水进行加热蒸发，蒸发后形成的固体盐集中到吸水部件(22)上，蒸发后形成的水蒸气散发到蒸发室(1)内；
(3)引风机(31)将蒸发室(1)内部的蒸气与进风口(112)进入的干燥空气交换，蒸发室(1)内部的蒸气经引风口(111)排出，并进入换热管(32)，所述换热管(32)至少部分浸于放射性废水中，放射性废水对所述换热管(32)中的水蒸气进行冷凝，得到的冷凝液经所述冷凝液出口(321)排出，水蒸气冷凝后的空气从所述空气排放口(322)排出；换热管(32)内水蒸气的热量传递到放射性废水中。
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