CN112489846A - 含氯离子放射性废液处理系统及方法 - Google Patents

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苏志勇
刘晓琼
文小军
杨建�
颜锟梧
周成荣
彭婧
张斌
丁然
夏霜霜
刘波
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Abstract

本发明公开了含氯离子放射性废液处理系统及方法，处理系统包括贮罐、结晶机构和冷却器；所述贮罐上设置有原水进管，原水进管上设置有阀门A，所述述贮罐和结晶机构之间通过管道形成循环回路，该循环回路上设置有循环泵和阀门B；所述结晶机构包括壳体，所述壳体内壁设置有冷媒，所述冷媒由冷却器提供制冷。本发明使放射性废液在低温环境下，形成冰层，对放射性成分进行富集，通过对冰层进行分离，实现放射性废液和剩余液体进行分离，能够减少二次废物的产生，避免的氯离子在高温环境下对系统的腐蚀。

Description

含氯离子放射性废液处理系统及方法
技术领域
本发明涉及放射性三废处理技术领域，具体涉及含氯离子放射性废液处理系统及方法。
背景技术
在某反应堆开盖检修过程，有一定概率将导致含氯离子的海水进入堆舱，与舱内的放射性沉积物融合，形成含氯离子的放射性废液。放射性废液中含氯离子，对不锈钢容器具有弱腐蚀性，需要对这种废液进行收集，并采用适当废液处理工艺进行处理。
行废液处理技术主要为蒸发处理和离子交换，蒸发是使不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，从而使溶液中溶质浓度提高的单位操作，但对这种含氯离子的放射性废液，如采取蒸发处理方式，当氯离子浓度在25mg/L以上，工作温度在100℃以上时，将对蒸发系统形成氯离子腐蚀，降低系统使用寿命；离子交换可实现含氯放射性废液的吸附、降级，然而伴随着二次废物的产生。因此，设计一种对系统无腐蚀，又没有二次废物产生的废液处理工艺，有着重要意义
发明内容
本发明的目的在于提供含氯离子放射性废液处理系统及方法，解决现有废液处理技术导致腐蚀系统、二次废物产生的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
含氯离子放射性废液处理系统，包括贮罐、结晶机构和冷却器；
所述贮罐上设置有原水进管，原水进管上设置有阀门A，所述述贮罐和结晶机构之间通过管道形成循环回路，该循环回路上设置有循环泵和阀门B；
所述结晶机构包括壳体，所述壳体内壁设置有冷媒，所述冷媒由冷却器提供制冷。
本发明采用的技术为冷冻浓缩，冷冻浓缩是一种低温(冰点温度)、差压下操作的浓缩方法，其利用固相(固态冰晶)与液相(液态水)之间的平衡关系，将原液(稀溶液)中部分溶剂以固态冰晶的方式除去，从而原料的浓度得以提高，其操作过程通过热交换器将原料液的温度降低到冰点以下，部分溶剂结晶。
本发明通过设置结晶机构，采用冷媒建立界面渐进冷冻分离装置，让含氯离子放射性废液的水在冷却面冻结成整体厚冰层，不断在冷却面上长大，随后将冰层排除，从而使原料得以浓缩。
含氯放射性废液的冷冻分离技术有众多优点：在固液相平衡原理，在冷环境中，将溶液降温至水的凝固点以下，使得部分水冻结成结晶，使得部分水冻结成冰晶，利用溶液中溶质的凝固点远低于水的凝固点的物理特性，使其中的水优于杂质而首先以固相析出，将杂质排除在外，分离固液相。二是冷冻浓缩法比蒸发法节能，其节能效率高达30.35％。三是加入搅拌后，能更好的控制二次结晶和过冷效应，大幅度提高分离效率。
综上，本发明使放射性废液在低温环境下，形成冰层，对放射性成分进行富集，通过对冰层进行分离，实现放射性废液和剩余液体进行分离，能够减少二次废物的产生，避免的氯离子在高温环境下对系统的腐蚀。
进一步地，贮罐上设置有排液管和进液管，所述排液管通过泵入管道与结晶机构的进液口连通，所述循环泵设置在泵入管道上，在泵入管道上循环泵的前端设置有阀门B，所述结晶机构的出液口与进液管连通。
进一步地，结晶机构设置在贮罐上方，所述进液管设置在贮罐的顶部，结晶机构的出液口设置在其底部。
进一步地，排液管上在泵入管道的后端设置有阀门C。
进一步地，泵入管道的出口端分成两个支路，两个支路的出口端靠近冷媒内壁设置。
上述设置利于形成冰层。
进一步地，结晶机构内在冷媒内侧设置有搅拌器。
搅拌器在运行期间持续运动，控制二次结晶，提高冰晶纯度，达到更好的冷冻分离效果。
进一步地，搅拌器可拆卸式设置在冷媒内侧。
进一步地，原水进管上设置有过滤器，对原始放射性废液进行初级过滤处理。
进一步地，贮罐采用不锈钢制成。
不锈钢为现有技术材料，具有耐腐蚀的优点。
含氯离子放射性废液的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将含有氯离子和放射性沉积物的放射性废液通过原水进管导入贮罐；
S2、同时开启循环泵和冷却器，放射性废液在循环泵的作用下实现在贮罐、结晶机构之间循环，当放射性废液进入结晶机构时，在冷媒的作用下，含有氯离子的部分溶液形成冰层，未结晶的溶液进入贮罐后进入下一个循环，实现放射性废液的冷冻浓缩。
本发明具有较好的应用前景：
本发明解决了分离过程中对系统的腐蚀，以及二次废物产量量大的问题，提出的低温冷冻分离技术既能降低能耗，同时对设备及建筑物要求较低，对减少放射性废物最终处置量，降低处置费用有着重要意义。该技术以含氯离子放射性废液为例，进行冷冻分离，开展相关冷冻效率和装置系统的研究，技术成熟后，也可开展如含硼废液等特殊放射性废液的低温冷冻分离技术研究，该技术在放射性废液领域的应用具有良好的使用前景。
在沿海核设施运行和某反应堆开盖检修过程中，均可能因海水渗入，产生含氯离子放射性废液，其氯离子浓度在25mg/L，且温度高于100℃时，对不锈钢处理系统的点腐明显，为避免类似福岛事故后，海水对放射性的核设施的影响，需要对这种情况的含氯废液进行研究，为类含氯这样特殊的放射性处理技术进行处理方案拓展。该含氯放射性废液冷冻浓缩分离方法，能耗低、对设施和建筑要求低，无二次废物产生，具有良好的市场前景。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明使放射性废液在低温环境下，形成冰层，对放射性成分进行富集，通过对冰层进行分离，实现放射性废液和剩余液体进行分离，能够减少二次废物的产生，避免的氯离子在高温环境下对系统的腐蚀。
2、本发明可大幅度分离含氯放射性废液中的污染项，减少后端三废处理系统压力及放射性废物后处理厂的压力，系统能耗低，有利于降低投资。
3、本发明采用的冷冻浓缩技术的实用性高于蒸发浓缩，具有较好的应用前景。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为处理系统的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-原水进管，2-过滤器，3-阀门A，4-贮罐，5-阀门B，6-阀门C，7-循环泵，8-冷媒，9-冰层，10-搅拌器，11-冷却器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，含氯离子放射性废液处理系统，包括贮罐4、结晶机构和冷却器11，所述贮罐4采用不锈钢制成；
所述贮罐4上设置有原水进管1，原水进管1上设置有阀门A3，所述述贮罐4和结晶机构之间通过管道形成循环回路，该循环回路上设置有循环泵7和阀门B5，具体地：
所述贮罐4上设置有排液管和进液管，所述排液管通过泵入管道与结晶机构的进液口连通，所述循环泵7设置在泵入管道上，在泵入管道上循环泵7的前端设置有阀门B5，所述结晶机构的出液口与进液管连通；
所述结晶机构包括壳体，所述壳体内壁设置有冷媒8，所述冷媒8由冷却器11提供制冷。
本实施例的处理方法包括以下步骤：
S1、将含有氯离子和放射性沉积物的放射性废液通过原水进管1导入贮罐4；
S2、同时开启循环泵7和冷却器11，放射性废液在循环泵7的作用下实现在贮罐4、结晶机构之间循环，当放射性废液进入结晶机构时，在冷媒8的作用下，含有氯离子的部分溶液形成冰层9，未结晶的溶液进入贮罐4后进入下一个循环，实现放射性废液的冷冻浓缩。
本实施例的原理如下：
本发明通过设置结晶机构，采用冷媒8建立界面渐进冷冻分离装置，让含氯离子放射性废液的水在冷却面冻结成整体厚冰层，不断在冷却面上长大，随后将冰层排除，从而使含氯离子放射性废液得以浓缩。
实施例2：
如图1所示，本实施例基于实施例1，所述结晶机构设置在贮罐4上方，所述进液管设置在贮罐4的顶部，结晶机构的出液口设置在其底部；所述排液管上在泵入管道的后端设置有阀门C6；所述泵入管道的出口端分成两个支路，两个支路的出口端靠近冷媒8内壁设置。
实施例3：
如图1所示，本实施例基于实施例1，所述结晶机构内在冷媒8内侧设置有搅拌器10。
在本实施例中，搅拌器10在运行期间持续运动，控制二次结晶，提高冰晶纯度，达到更好的冷冻分离效果。
实施例4：
如图1所示，本实施例基于实施例1，所述原水进管1上设置有过滤器2。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，包括贮罐(4)、结晶机构和冷却器(11)；
所述贮罐(4)上设置有原水进管(1)，原水进管(1)上设置有阀门A(3)，所述述贮罐(4)和结晶机构之间通过管道形成循环回路，该循环回路上设置有循环泵(7)和阀门B(5)；
所述结晶机构包括壳体，所述壳体内壁设置有冷媒(8)，所述冷媒(8)由冷却器(11)提供制冷。
2.根据权利要求1所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述贮罐(4)上设置有排液管和进液管，所述排液管通过泵入管道与结晶机构的进液口连通，所述循环泵(7)设置在泵入管道上，在泵入管道上循环泵(7)的前端设置有阀门B(5)，所述结晶机构的出液口与进液管连通。
3.根据权利要求2所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述结晶机构设置在贮罐(4)上方，所述进液管设置在贮罐(4)的顶部，结晶机构的出液口设置在其底部。
4.根据权利要求2所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述排液管上在泵入管道的后端设置有阀门C(6)。
5.根据权利要求2所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述泵入管道的出口端分成两个支路，两个支路的出口端靠近冷媒(8)内壁设置。
6.根据权利要求1所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述结晶机构内在冷媒(8)内侧设置有搅拌器(10)。
7.根据权利要求6所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述搅拌器(10)可拆卸式设置在冷媒(8)内侧。
8.根据权利要求1所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述原水进管(1)上设置有过滤器(2)。
9.根据权利要求1-8任一项所述的含氯离子放射性废液处理系统，其特征在于，所述贮罐(4)采用不锈钢制成。
10.基于权利要求1-9任一项所述的含氯离子放射性废液处理系统的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将含有氯离子和放射性沉积物的放射性废液通过原水进管(1)导入贮罐(4)；
S2、同时开启循环泵(7)和冷却器(11)，放射性废液在循环泵(7)的作用下实现在贮罐(4)、结晶机构之间循环，当放射性废液进入结晶机构时，在冷媒(8)的作用下，含有氯离子的部分溶液形成冰层(9)，未结晶的溶液进入贮罐(4)后进入下一个循环，实现放射性废液的冷冻浓缩。
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