CN111883278B - 一种处理放射性废水的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种处理放射性含盐废水的工艺，其包括以下工序：加热工序、膜蒸馏工序、蒸发结晶工序、固废处理工序和回收利用工序；具体包括以下步骤：(1)将放射性含盐废水引入加热器进行加热工序；(2)加热后的放射性含盐废水进入膜蒸馏工序，得到浓缩液和第一冷凝水；(3)将步骤(2)得到的浓缩液引入蒸发集盐装置进行蒸发结晶，产生蒸汽和固体废物，得到的固体废物进行固废处理工序，后收集放射性固体；(4)将步骤(2)得到的第一冷凝水引入回收利用工序。本发明工艺利用集热板提高太阳能利用率，膜蒸馏加快废水蒸发速率，最后经蒸发集盐装置实现固液分离。本工艺大大提高自然蒸发速率，加快废水处理，利用太阳能将能耗大大降低。

Description

一种处理放射性废水的工艺

技术领域

本发明属于放射性含盐废水处理技术领域，具体涉及一种新型处理放射性废水的工艺方法，特别是经过酸处理的提取铀、钚后的放射性含盐废水的处理工艺。

背景技术

自1895年伦琴发现x射线，人们开启了探索原子世界的大门。在这100多年的时间里，核工业突飞猛进，为人类社会的经济建设做出了卓越贡献。同时也产生了大量的放射性废弃物。在放射性废物中，尤其放射性废水占主要部分。废水体积大，储存占地面积多，放射物质总量大，成为放射性废弃物处理的重点。

矿石经过硝酸处理，提取了铀、钚之后留下了大量的放射性含盐废水，其中含有大量的放射性物质，而且还有高浓度的硝酸钠，这是国家禁止排放的工业废水，必须严格管控，达标排放，否者会造成严重的环境污染。

放射性废水的处理方法主要有沉淀、离子交换、吸附、生物处理，膜处理和蒸发浓缩等方法。其中以蒸发浓缩法应用最广泛，减容倍数较大，常处理复杂水质。但是蒸发浓缩法能耗较高，投资大，进一步推广有很大阻力。因此，需要开展处理放射性含盐废水的工艺，已达到回收放射性固体以及废水达标排放的目的，但是由于放射性废水中含有大量的放射性物质，而且还有高浓度的硝酸钠，处理过程中稍有密封不当，就会导致放射性物质排放对动植物造成伤害。针对这种苛刻的环境，如何简单、高效、安全的处理放射性废水，更关键的是能耗低，投资少，并针对性设计可应用的装置，满足实际应用的需求是人们所希望的。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

针对现有的蒸发浓缩法处理放射性含盐废水存在的诸多问题，本发明的目的在于提供一种处理放射性含盐废水的工艺方法。这种工艺不仅可以降低能耗，还能提高自然蒸发的速率。

本发明提供一种处理放射性含盐废水的工艺，其包括以下工序：加热工序、膜蒸馏工序、蒸发结晶工序、固废处理工序和回收利用工序；

利用以上工序处理放射性含盐废水的方法包括以下步骤：

(1)将放射性含盐废水引入加热器进行加热工序；

(2)加热后的放射性含盐废水进入膜蒸馏工序，进一步浓缩，得到浓缩液和第一冷凝水；

(3)将步骤(2)得到的浓缩液引入蒸发集盐装置进行蒸发结晶，产生蒸汽和固体废物，得到的固体废物进行固废处理工序，后收集放射性固体。

(4)将步骤(2)得到的第一冷凝水引入回收利用工序。

其中步骤(3)和步骤(4)的顺序不分先后，可同时进行。此外，步骤(4)中经回收利用工序的第一冷凝水在达到标准后排放或者说可以循环使用，例如再铀矿处理过程中也需要用到水，就可以直接循环利用此处的冷凝水，减少自来水的使用，节水减排的作用。

优选地，其还包括预热工序，步骤(3)中产生的蒸汽对进入加热工序前的放射性含盐废水进行预热，蒸汽转化为第二冷凝水，并引入回收利用工序。此外，步骤(3)中经回收利用工序的第二冷凝水在达到标准后排放或者说可以循环使用，例如在铀矿处理过程中也需要用到水，就可以直接循环利用此处的冷凝水，减少自来水的使用，达到节水减排的作用。

优选地，所述放射性废水是经过硝酸处理的提取铀、钚等放射性元素后产生的带有放射性的硝酸钠废水。

优选地，步骤(1)中所述加热器为太阳能加热器，利用太阳能将放射性废水加热到60-80℃。

优选地，步骤(2)中所述膜蒸馏工序利用的是中空纤维膜组件对加热后的放射性含盐废水进行膜蒸馏。当然也不仅仅局限于中控纤维膜，现有技术中常用的其他方式的膜蒸馏都可以使用，如：气隙式膜蒸馏、接触式膜蒸馏。

蒸发结晶工序中使用的所述蒸发集盐装置包括，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；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；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。接口管径与换热管管径匹配。

基于上述表述，在蒸发结晶工序中对膜蒸馏后的(经膜蒸馏后的高浓含盐废水)进行蒸发结晶的方法，包括以下步骤：

(1)将经膜蒸馏后的浓缩液沿废水进入口113通入所述的蒸发集盐装置内，使所述围板11、所述吸水部件22和所述换热管32至少部分浸于浓缩液中，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与浓缩液接触，并利用毛细作用吸取浓缩液，集热板23将太阳能转换成热能，对吸水部件22中的浓缩液进行加热蒸发，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至少部分浸于浓缩液中，浓缩液对所述换热管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浓缩液中。

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至少部分浸于浓缩液中，浓缩液对所述换热管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。回收水蒸气潜热加热水体以提高蒸发速率，回收冷凝液可以继续在矿石的溶解分离等过程中循环利用。此外，冷凝液出口321处留有少量的冷凝水液封(附图3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。

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。顺利将带有浓缩液蒸气回收处理，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。

相对于现有技术，本发明处理放射性含盐废水的工艺具有以下有益效果：

1、本发明先利用太阳能加热器对放射性含盐废水进行加热处理，在结合膜蒸馏对加热后的放射性含盐废水进行浓缩，相对于之前的蒸发浓缩，本发明利用太阳能和膜蒸馏降低了能耗。

2、本发明利用太阳能集热器和膜蒸馏提高了蒸发速率，降低了处理周期，提高了处理效率，具有显著的利用价值。

3、在本发明优选的实施方案中，所述处理放射性含盐废水的工艺还包括预热工序，步骤(3)中产生的蒸汽对进入加热工序前的放射性含盐废水进行预热，蒸汽转化为第二冷凝水，并引入回收利用工序。本发明利用蒸发集盐装置里产生的水蒸气预热放射性含盐废水，不仅回收利用水蒸气潜热，还能收集冷凝水循环运用于核原料的溶解分离等一系列工序。

4、本发明处理放射性含盐废水工艺流程简单，成本低廉，工业放大简单。

针对上述工艺，本发明具体设计了用于蒸发结晶工序的蒸发集盐装置，本发明的蒸发集盐装置具有以下有益效果：

1、本发明蒸发集盐装置中，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、本发明蒸发集盐装置中，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、本发明蒸发集盐装置蒸发浓缩液分离回收固液废弃物的方法中，浓缩液沿废水进入口113进入蒸发集盐装置内，使所述围板11、所述吸水部件22和所述换热管32至少部分浸于浓缩液中，先利用吸水部件22的毛细作用吸取浓缩液，集热板23将太阳能转换成热能，对吸水部件22中的浓缩液进行加热蒸发，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内的浓缩液不参加蒸发过程，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内的浓缩液也不会释放放射性物质，双方面保证不会造成浓缩液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至少部分浸于浓缩液中，浓缩液对所述换热管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浓缩液中，也就是说，通过引风机31利用浓缩液冷却回收水蒸气，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是本发明处理放射性含盐废水的工业流程图；

图2是本发明蒸发结晶工序中使用的蒸发集盐装置的结构示意图；

图3是本发明蒸发结晶工序中使用的蒸发集盐装置中换热管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

为更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

本实施例废水处理过程如图1所示，使用的蒸发集盐装置如图2所示，

蒸发集盐装置包括，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。

我国大部分地区是属于3类及3类以上的日照区(太阳能可利用区)，每年日照时间在2200小时以上。因此，本专利利用太阳能进行膜蒸馏处理放射性含盐废水有较好的应用前景。

在我国3类日照区某城市，在夏季天气晴朗的情况下，太阳辐射强度从上午7点起逐渐增加，到正午12点到14点达到最强，之后随着时间逐渐变弱。平均年辐射量在1390千瓦时/平方米。集热板加热室对太阳光的吸收率达到90％以上，光热转化率在45％以上。室外环境温度在28-37℃之间，在正午达到最高。

已知放射性含盐废水主要为质量分数3％-15％的硝酸钠溶液。实验使用10％的硝酸钠盐溶液作为原料液，原料液经过预热后进入集热板加热室，废水温度随着太阳辐射强度变化而变化，温度范围在65-75℃之间。通过转子流量计控制进入膜组件的流量为120L/h，温度控制在65℃左右。经过多级膜蒸馏后废水的浓度提升到42％左右，脱盐率达到99.5％。经过太阳能膜蒸馏处理后的高浓含盐废水进入密闭的太阳能蒸发集盐装置，进行进一步的蒸发结晶。蒸发集盐装置的产量为0.5821g/(m²·h)。

实施列2

废水处理过程及使用的蒸发集盐装置与实施例1一致。

实验使用5％的硝酸钠盐溶液作为原料液，原料液经过预热后进入集热板加热室，废水温度随着太阳辐射强度变化而变化，温度范围在65-75℃之间。通过转子流量计控制进入膜组件的流量为120L/h，温度控制在70℃左右。经过多级膜蒸馏后废水的浓度提升到24％左右，脱盐率达到99.8％。经过太阳能膜蒸馏处理后的高浓含盐废水进入密闭的太阳能蒸发集盐装置，进行进一步的蒸发结晶。蒸发集盐装置的产量为0.3024g/(m²·h)。

Claims (8)

1.一种处理放射性含盐废水的工艺，其特征在于，其包括以下工序：加热工序、膜蒸馏工序、蒸发结晶工序、固废处理工序和回收利用工序；

利用以上工序处理放射性含盐废水的方法包括以下步骤：

（1）将放射性含盐废水引入加热器进行加热工序；

（2）加热后的放射性含盐废水进入膜蒸馏工序，进一步浓缩，得到浓缩液和第一冷凝水；

（3）将步骤（2）得到的浓缩液引入蒸发集盐装置进行蒸发结晶，产生蒸汽和固体废物，得到的固体废物进行固废处理工序，后收集放射性固体;

（4）将步骤（2）得到的第一冷凝水引入回收利用工序;

其中步骤（3）和步骤（4）的顺序不分先后，能同时进行;

其还包括预热工序，步骤（3）中产生的蒸汽对进入加热工序前的放射性含盐废水进行预热，蒸汽转化为第二冷凝水，并引入回收利用工序；

蒸发结晶工序中使用的所述蒸发集盐装置包括，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，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）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；

其中，所述换热管（32）至少部分浸于浓缩液中，所述冷凝液出口（321）处留有冷凝水液封。

2.根据权利要求1所述的处理放射性含盐废水的工艺，其特征在于，所述放射性废水是经过硝酸处理的提取放射性元素后产生的带有放射性的硝酸钠废水。

3.根据权利要求1所述的处理放射性含盐废水的工艺，其特征在于，步骤（1）中所述加热器为太阳能加热器，利用太阳能将放射性废水加热到65-75℃。

4.根据权利要求1所述的处理放射性含盐废水的工艺，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。

5.根据权利要求1所述的处理放射性含盐废水的工艺，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；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；所述隔热板（24）选自透明的硅橡胶材料。

6.根据权利要求3所述的处理放射性含盐废水的工艺，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。

7.根据权利要求6所述的处理放射性含盐废水的工艺，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。

8.根据权利要求1所述的处理放射性含盐废水的工艺，其特征在于，所述换热管（32）为铜管、不锈钢管。

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