CN112138546A - 基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,包括进料单元、渗透气化单元和渗透液单元,渗透液单元包括冷凝器、渗透液暂存箱和真空泵,渗透气化单元的出口与所述冷凝器连通,冷凝器的出口与所述渗透液暂存箱的进料口连通,渗透液暂存箱与真空泵连通,渗透气化单元包括分子筛膜,待处理的放射性浓盐水经进料单元进行前处理后流入渗透气化单元,借助真空泵抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过所述分子筛膜,并于分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经冷凝器的降温处理后得到液体进入渗透液暂存箱。该基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置能够对放射性浓盐水进行渗透气化处理,有效减小放射性浓盐水的体积及降低其含盐量和放射性活度,基本可实现达标排放。
Description
技术领域
本发明涉及放射性浓盐水处理的技术领域,更具体的涉及一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置。
背景技术
目前常用的放射性废水处理技术主要有化学沉淀、离子交换、蒸发和膜分离等方法。化学沉淀法是将絮凝剂与废水中的微量放射性核素发生共沉淀的方法,但化学絮凝法净化效率不高,同时产生大量固体废物;离子交换法利用废液通过离子交换剂时,将放射性离子交换到离子交换剂上,使废液得到净化,但该工艺多用于处理悬浮物较少,含盐量低的中低放射性废水,同时该方法也会产生大量的废树脂待进一步处理;蒸发法是用加热蒸汽将废水在蒸发器中加热沸腾,水分气化并经冷凝后形成净化水,而不会挥发的放射性核素则保留在浓缩液中,蒸发法工艺和系统复杂,能耗高,同时存在结垢和腐蚀等问题;膜分离技术主要包括超滤、纳滤、反渗透、电渗析等技术,但该技术对水质要求高,且分离膜易被污染,辐照稳定性较差,使用寿命短。
比如,中国专利204204438U,专利名称为一种核电厂放射性废水离子交换处理系统,公开采用离子交换法处理核电厂放射性废水,当废液通过离子交换剂时,放射性离子交换到离子交换剂上,使废液得到净化。该方法针对以离子形态存在于废液中的放射性核素,具有净化效率高,吸附剂选择范围广的优点,但离子交换法对进水要求较高,常用于悬浮物较少,含盐量低的中低放射性废水。另外离子交换工艺会产生大量的放射性废树脂,后续处置比较困难。
比如,中国专利204884594U,专利名称为处理核电厂低放废液的填料蒸发塔,公开采用蒸发的方法处理核电厂放射性废水,蒸发法是用加热蒸汽将废水在蒸发器中加热沸腾,水分气化并经冷凝后形成净化水,而不会挥发的放射性核素则保留在浓缩液中。该方法去污系数、浓缩系数都较高,但工艺系统复杂,占地面积大,且能耗大,运行成本高,存在腐蚀、结垢等问题,不适合处理含挥发性核素和易起泡沫的废水。
比如,中国专利104900286A,专利名称为将放射性废水处理至天然本底放射性水平的系统及应用,公开采用吸附和多种膜技术组合的方法处理放射性废水,前端通过油水分离器、过滤器、吸附柱等设备,降低进水的杂质、颗粒物和放射性铯离子;后端通过一系列膜处理技术,包括超滤、反渗透和连续电除盐工艺,去除水中的盐分和放射性核素。膜分离技术对水质要求较高,一般都需要搭配一定的预处理,如絮凝沉淀、离子交换、吸附等处理之后才能进行膜分离,且大部分的有机膜抗辐射性能和抗污染性能较差,影响膜产水效率的使用寿命。
因此,有必要提供一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置以解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,能够对放射性浓盐水进行渗透气化处理,有效减小放射性浓盐水的体积及降低其含盐量和放射性活度,基本可实现达标排放。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,包括进料单元、渗透气化单元和渗透液单元,所述渗透液单元包括冷凝器、渗透液暂存箱和真空泵,所述渗透气化单元的出口与所述冷凝器连通,所述冷凝器的出口与所述渗透液暂存箱的进料口连通,所述渗透液暂存箱与所述真空泵连通,所述渗透气化单元包括分子筛膜,待处理的放射性浓盐水经所述进料单元进行前处理后流入所述渗透气化单元,借助所述真空泵抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过所述分子筛膜,并于所述分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经所述冷凝器的降温处理后得到液体进入所述渗透液暂存箱。
与现有技术相比,本申请的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置中,利用进料单元对待处理的放射性浓盐水进行前处理,以有利于后续渗透气化单元的处理。同时,借助所述真空泵抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过所述分子筛膜,以实现脱水过程,并于所述分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经所述冷凝器的降温处理后得到液体进入所述渗透液暂存箱,能有效减小放射性浓盐水的体积及降低其含盐量和放射性活度,基本可实现达标排放。
较佳的,所述进料单元包括放射性浓盐水暂存箱、加药箱和加药箱计量泵,所述加药箱借由所述药箱计量泵与所述放射性浓盐水暂存箱相连通,利用所述加药箱里的物质调节放射性浓盐水的pH处于中性。
较佳的,所述进料单元还包括与所述放射性浓盐水暂存箱相连的进水泵。
较佳的,所述进料单元还包括与所述进水泵相连的加热器。
较佳的,所述分子筛膜为NaA与NaY的分子筛复合膜。
较佳的,所述NaA与NaY的分子筛复合膜通过以下步骤制备:
(1)溶解得到Na2SiO3·9H2O和NaAlO2的NaOH澄清溶液,然后按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=2:1:4:280将二者混匀配置得到分子筛合成液A;
(2)将所述分子筛合成液A在室温下搅拌陈化3天,然后转入反应釜中,在100℃下晶化10小时,取出冲洗至中性后烘干得到NaA分子筛膜;
(3)按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=10:1:14:840配置的分子筛合成液B,将所述分子筛合成液B在室温下搅拌陈化1天,加入到所述NaA分子筛膜中,100℃下晶化6小时,取出烘干;
(4)重复以上步骤多次即得到NaA与NaY的分子筛复合膜。
较佳的,所述渗透气化单元的出料口与所述放射性浓盐水暂存箱相连。
较佳的,所述渗透液单元还包括与所述渗透液暂存箱相连的循环泵,所述循环泵将驱动所述渗透液暂存箱中的液体流向所述加热器。
附图说明
图1为本发明基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例,附图中类似的元件标号代表类似的元件。
请参考图1,本申请的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100包括进料单元10、渗透气化单元30和渗透液单元50,渗透液单元50包括冷凝器51、渗透液暂存箱53和真空泵55,渗透气化单元30的出口与冷凝器51连通,冷凝器51的出口与渗透液暂存箱53的进料口连通,渗透液暂存箱53与真空泵55连通,渗透气化单元30包括分子筛膜,待处理的放射性浓盐水经进料单元10进行前处理后流入渗透气化单元30,借助真空泵55抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过分子筛膜,并于分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经冷凝器51的降温处理后得到液体进入渗透液暂存箱53。在放射性浓盐水的处理过程中,通过真空泵55将分子筛膜的下游侧保持负压,以增大渗透过程的推动力和提高组分的渗透通量。
进一步,进料单元10包括放射性浓盐水暂存箱11、加药箱13和加药箱计量泵15,加药箱13借由加药箱计量泵15与放射性浓盐水暂存箱11相连通,利用加药箱13里的物质调节放射性浓盐水的pH处于中性。由于NaA分子筛膜在酸性条件下,Al原子会从骨架中脱落,导致分子筛膜结构坍塌,失去渗透分离能力,因此利用加药箱13里的物质调节放射性浓盐水的pH处于中性,能保护分子筛膜,使分子筛膜具备良好的渗透分离性能。
进一步,进料单元10还包括进水泵17和加热器19,放射性浓盐水暂存箱11的出口与进水泵17相连,进水泵17出水口连接于放射性浓盐水暂存箱11。加热器19与放射性浓盐水暂存箱11的出口相连或者与进水泵17相连。当关闭加热器19管路上的阀门,开启放射性浓盐水暂存箱11的阀门时,利用进水泵17通过循环的方式将放射性浓盐水暂存箱11里的浓盐水混匀。当关闭放射性浓盐水暂存箱11管路上的阀门,开启加热器19管路上的阀门时,放射性浓盐水暂存箱11里的浓盐水输送至进水泵17,并通过进水泵17将放射性浓盐水正常输送到加热器19中,加热器19将放射性浓盐水加热到适当的温度,能增大渗透过程的推动力和提高组分的渗透通量。
进一步,分子筛膜可设置一个或多个,根据放射性浓盐水的处理需要,可在渗透气化单元30中串联或并联相应类型和数量的分子筛膜。本实施例中,分子筛膜为NaA与NaY的分子筛复合膜。NaA型分子筛属立方晶系,NaY型分子筛是FAU型沸石的一种,其催化作用可提高NaA分子筛的稳定性。
该NaA与NaY的分子筛复合膜通过以下步骤制备:
(1)溶解得到Na2SiO3·9H2O和NaAlO2的NaOH澄清溶液,然后按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=2:1:4:280将二者混匀配置得到分子筛合成液A;
(2)将分子筛合成液A在室温下搅拌陈化3天,然后转入反应釜中,在100℃下晶化10小时,取出冲洗至中性后烘干得到NaA分子筛膜;
(3)按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=10:1:14:840配置的分子筛合成液B,将分子筛合成液B在室温下搅拌陈化1天,加入到NaA分子筛膜中,100℃下晶化6小时,取出烘干;
(4)重复以上步骤多次即得到NaA与NaY的分子筛复合膜。
通过上述方法制备的NaA与NaY的分子筛复合膜,能够减少晶体生长过程中裂纹、针孔和晶界缺陷等缺陷,具有良好的水选择透过性及提高分子筛膜的结构稳定性。
进一步,渗透气化单元30的出料口与放射性浓盐水暂存箱11相连。因此,经渗透气化单元30进行渗透气化处理的放射性高盐水可再次循环进入渗透气化单元30,实现多级脱水浓缩。
进一步,渗透液单元50还包括与渗透液暂存箱53相连的循环泵57,循环泵57驱动渗透液暂存箱53中的液体流向加热器19。因此,渗透液暂存箱53中的渗透液通过循环泵57再次进入加热器19,然后经渗透气化单元30处理,进行多级渗透气化处理,从而实现多级净化,极大的降低渗透液的含盐量和放射性活度。具体操作是:关闭进水泵17,调节相应的阀门,然后开启循环泵57,将渗透液输送至加热器19中预热,然后通过分子筛膜实现二次渗透气化处理,二级渗透液经冷凝器51冷却后进入渗透液暂存箱53中暂存。当放射性浓盐水暂存箱11中的浓盐水浓缩到一定程度后,转出进行相应的处置,渗透液暂存箱53中的渗透液检测合格后,可进行排放。
为了进一步说明本申请的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100对放射性浓盐水的处理能力,对以下条件的放射性浓盐水进行处理:
处理量为5L/h~8L/h,占地面积5m2,进水电导率为8000~9000uS.cm-1、放射性核素活度浓度(除氚、14C外)为4500~30000Bq/L。
采用本申请的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100处理之后,渗透液的电导率低于300uS.cm-1、放射性活度浓度(除氚、14C外)降低至10Bq/L以下,可满足排放标准。
下面结合图1详细阐述本申请基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100的工作原理:
将待处理的放射性浓盐水输送至放射性浓盐水暂存箱11中,利用加药箱13里的物质调节放射性浓盐水的pH处于中性,具体物质根据实际情况选择,在此不做限定。关闭加热器19管路上的阀门,开启放射性浓盐水暂存箱11的阀门,利用进水泵17通过循环的方式将放射性浓盐水暂存箱11里的浓盐水混匀。然后,关闭放射性浓盐水暂存箱11管路上的阀门,开启加热器19管路上的阀门,放射性浓盐水暂存箱11里的浓盐水输送至进水泵17,并通过进水泵17将放射性浓盐水正常输送到加热器19中,加热器19将放射性浓盐水加热到适当的温度。放射性浓盐水流入渗透气化单元30,借助真空泵55抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过分子筛膜,并于分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经冷凝器51的降温处理后得到液体进入渗透液暂存箱53。该基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100采用模块化设计,结构简单,占地面积小,同时操作简单,便于处理多个核设施产生的放射性浓盐水。
与现有技术相比,本申请的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置100中,利用进料单元10对待处理的放射性浓盐水进行前处理,以有利于后续渗透气化单元30的处理。同时,借助真空泵55抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过分子筛膜,以实现脱水过程,并于分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经冷凝器51的降温处理后得到液体进入渗透液暂存箱53,能有效减小放射性浓盐水的体积及降低其含盐量和放射性活度,基本可实现达标排放。
应当指出,以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求限定的范围。
Claims (8)
1.一种基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,包括进料单元、渗透气化单元和渗透液单元,所述渗透液单元包括冷凝器、渗透液暂存箱和真空泵,所述渗透气化单元的出口与所述冷凝器连通,所述冷凝器的出口与所述渗透液暂存箱的进料口连通,所述渗透液暂存箱与所述真空泵连通,所述渗透气化单元包括分子筛膜,待处理的放射性浓盐水经所述进料单元进行前处理后流入所述渗透气化单元,借助所述真空泵抽负压使得放射性浓盐水中的水分子以分子形式通过所述分子筛膜,并于所述分子筛膜的下游侧形成蒸汽,经所述冷凝器的降温处理后得到液体进入所述渗透液暂存箱。
2.根据权利要求1所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述进料单元包括放射性浓盐水暂存箱、加药箱和加药箱计量泵,所述加药箱借由所述药箱计量泵与所述放射性浓盐水暂存箱相连通,利用所述加药箱里的物质调节放射性浓盐水的pH处于中性。
3.根据权利要求2所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述进料单元还包括与所述放射性浓盐水暂存箱相连的进水泵。
4.根据权利要求3所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述进料单元还包括与所述进水泵相连的加热器。
5.根据权利要求1所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述分子筛膜为NaA与NaY的分子筛复合膜。
6.根据权利要求5所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述NaA与NaY的分子筛复合膜通过以下步骤制备:
(1)溶解得到Na2SiO3·9H2O和NaAlO2的NaOH澄清溶液,然后按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=2:1:4:280将二者混匀配置得到分子筛合成液A;
(2)将所述分子筛合成液A在室温下搅拌陈化3天,然后转入反应釜中,在100℃下晶化10小时,取出冲洗至中性后烘干得到NaA分子筛膜;
(3)按摩尔比n(SiO2):n(Al2O3):n(Na2O):n(H2O)=10:1:14:840配置的分子筛合成液B,将所述分子筛合成液B在室温下搅拌陈化1天,加入到所述NaA分子筛膜中,100℃下晶化6小时,取出烘干;
(4)重复以上步骤多次即得到NaA与NaY的分子筛复合膜。
7.根据权利要求2所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述渗透气化单元的出料口与所述放射性浓盐水暂存箱相连。
8.根据权利要求4所述的基于渗透气化的放射性浓盐水处理装置,其特征在于,所述渗透液单元还包括与所述渗透液暂存箱相连的循环泵,所述循环泵将驱动所述渗透液暂存箱中的液体流向所述加热器。
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Application publication date: 20201229 |