CN112820438A - 一种pva废物处理系统的化学氧化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电站废弃物处理技术领域，现有核电站PVA防护品废弃后处理不当，其中的放射性物质会对周边土地造成侵蚀。本发明提供了一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，包括，（1）：将PVA废物和水混合，在温度为88℃‑115℃，气压为1.05MPa‑1.1MPa的条件下进行溶解，使PVA废弃物中的固相PVA转变成液相PVA；（2）：加入氧化剂，让溶液中PVA聚合物的化学键断裂，降解成小分子有机酸；（3）：待溶液中的PVA聚合物降解反应结束后，对其进行冷却，冷却至60℃以下；（4）：先将不溶的配件分离；再通过过滤系统将溶液中的含有放射性的物质与溶液分离；让废弃物中含有PVA的成分分解成水和气体排放掉，最后仅需对不溶物和报废的滤网进行处理（掩埋），减少对周边土地的侵蚀。
Description
技术领域
本发明涉及核电站废弃物处理技术领域，更具体地说是一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，主要用于对核电站PAV材质的防护产品的废弃处理。
背景技术
在核电站的日常运行和维护离不开各种专业的工作人员，他们在设施内工作时，其日常穿戴的防护服有可能会受到放射性尘埃沾染。可以通过两种方式来处理，一种是在每次使用防护产品后对其进行洗消以便再重复利用，但洗消的成本昂贵且不易，若洗消不净会带来放射性尘埃沾染的风险；另一种是采用一次性防护产品，每次使用后就处理掉。
但是作为有可能沾染放射性尘埃的一次性工作服，在使用废弃后对其的处理也存在诸多不便。由于其表面可能包含有放射性尘埃，在后续焚烧处理时，高温并不能消除其放射性，焚烧会产生放射性尘埃的扩散，因而其废弃物不可能采用焚烧方式处理。通常的方法是，将废弃的防护产品缩并在金属容器中密封后，浇筑在混凝土件中深埋。
目前采用的填埋处理方式对人类生活的危害比较低，但其成本非常昂贵，而且放射性物质半衰期普遍在50-100年甚至100年以上，对环境有长期影响。特别是，在核工业环境下，每个工作人员，每天多次进出工作场所，每天消耗很多套防护服，造成废弃物处理量非常庞大，不但耗费巨额资金，对周边环境的隐患日益扩大。
为此，出现了PVA材质的防护产品（防护服、防护罩等），利用PAV在一定的条件下可溶于水的特性，可以将PVA防护产品的废弃物中的面料降解为液体废水，使面料与防护产品上的配件（拉链、粘扣带等不溶物）分离，再对液体废水进行处理，最后只需要填埋处理的仅剩配件（拉链、粘扣带等不溶物），这样能极大的减少需要填埋的废弃物，缓解核电废弃物对周边环境（土地）的侵蚀。
因此，需要一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，能够将固体PVA废物降解成为液体废水，方便过滤出其中的放射性物质。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，即能高效处理医疗废物，还能减少有害物质的排放，降低对环境的污染。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案得以实现：一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，包括，（1）：将PVA废物和水混合，在温度为88℃-115℃，气压为1.05MPa-1.1MPa的条件下进行溶解，使PVA废弃物中的固相PVA转变成液相PVA，PVA溶液的粘稠度随着重量浓度上升而增大；（2）：加入氧化剂，利用氧化剂产生的羟基自由基让溶液中PVA聚合物的化学键断裂，降解成小分子有机酸，降低溶液粘稠度；（3）：待溶液中的PVA聚合物降解反应结束后，对其进行冷却，冷却至60℃以下；（4）：先利用滤网将冷却后的溶液中不溶的配件分离；再通过过滤系统将溶液中的含有放射性的物质与溶液分离；所述过滤系统至少包括一个用于过滤放射性不溶物的过滤器。
采用上述方案，将PVA废物溶解，使PVA废弃物中不溶的配件（金属拉链等配件）剥离，再使用氧化剂将液相的PVA溶液降解，让溶液中的PVA聚合物的化学键断裂，降解成小分子有机酸，进而降低溶液粘稠度，待完全降解后冷却，由于溶液的粘稠度较低，使用过滤系统就可以将其中含有放射性的不溶物（来自于PVA防护服在使用过程中吸附了核电站内空气中的微尘颗粒）过滤。
本发明进一步优选方案为：所述步骤1和步骤2同时进行，所述步骤2中所用氧化剂为纯度为50%v/v的过氧化氢；PVA废弃物、水和氧化剂的混合比例为（0.85-1.15）:（1.785-2.415）:（0.34-0.46）。
本发明进一步优选方案为：所述步骤2中，加入由硫酸亚铁粉和硫酸的混合物制备的低浓度铁溶液作为催化剂。
本发明进一步优选方案为：所述步骤3中，处理后的PVA溶液的总固含在19-25 w/v%。
本发明进一步优选方案为：在步骤4中，所述过滤系统包括微孔直径分别为100微米、20微米和0.5微米的过滤器。
采用上述方案，依次过滤不同直径的颗粒，以此增加0.5微米过滤器的使用寿命。
本发明进一步优选方案为：在步骤4的过滤前，加入钴-60、铌-95、锰54、锆95元素中的至少一种作为凝絮剂，并与溶液中的PVA形成凝絮物，在凝絮物形成的过程中，含有放射性的不溶物被包絮其中。聚合物的凝絮剂增强了放射性物质的滤除效率。
采用上述方案，含有放射性的不溶物大多直径小于0.5微米，仅凭过滤器过滤会缩短滤网使用寿命且对滤网的网孔直径要求较高，通过加入钴-60、铌-95、锰54、锆95等元素，使其与溶液中的未降解的PVA形成凝絮物，在凝絮物形成的过程中，易将含有放射性的不溶物包絮，能够有效地捕捉和约束住小的核素颗粒物，而凝絮物体积较大，易被过滤器拦截，增强过滤效果，延长了过滤器中滤网的使用寿命。
本发明进一步优选方案为：所述步骤1中，用于混合的水在加入时的温度在60-75摄氏度。
采用上述方案，使用60-75摄氏度的温水，能够缩短将反应温度升高到预设温度的时间。
本发明进一步优选方案为：还包括，步骤5：在700℃-720℃下，将步骤4中分离后不含放射性物质的溶液雾化，使之在雾化过程中发生热氧化反应，最终生成二氧化碳和水。
采用上述方案，最终使PVA废液彻底分解，对环境无害。
综上所述，本发明具有以下有益效果：将固体的PVA废弃物溶解、降解成液体废水，而且溶解和降解同步进行，极大的缩短了反应时间，再通过过滤系统将其中带有放射性物质的微粒滤除，最后只需处理（掩埋）过滤系统的滤网即可，极大的减少了需要填埋的废弃物，缓解了核电废弃物对周边环境（土地）的侵蚀。
附图说明
图1是应用该化学处理工艺的PVA废物处理系统的结构框图。
图中：100、处理容器；101、氧化剂贮存槽；102、催化剂贮存槽；103、氧化剂加注泵；104、催化剂加注泵；105、循环泵；106、热交换器；107、热水槽；108、过滤系统；109、PVA废液贮存槽；110、空压机；111、备用冷却水。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本发明为一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，主要包括以下步骤，
（1）溶解：将PVA废物和水混合，在温度为88℃-115℃，气压为1.05MPa-1.1MPa的条件下进行溶解（即对反应容器内的压力在标准大气压的基础上增加0.05MPa-0.1MPa的压力），使PVA废弃物中的固相PVA转变成液相PVA，PVA溶液的粘稠度随着重量浓度上升而增大。
为了缩短反应时间，步骤1中，用于混合的水在加入时的温度在60-75摄氏度。
（2）降解：加入氧化剂，利用氧化剂产生的羟基自由基让溶液中PVA聚合物的化学键断裂，降解成小分子有机酸，降低溶液粘稠度。
为了缩短反应时间，步骤1和步骤2同时进行，步骤2中所用氧化剂为纯度为50%v/v的过氧化氢。一开始就将PVA废物、水和氧化剂混合，混合的质量比例为（0.85-1.15）:（1.785-2.415）:（0.34-0.46），最适比例为1：2.1：0.4。
在上述步骤中，通过加入由硫酸亚铁粉和硫酸的混合物制备的低浓度铁溶液作为催化剂，能极大的提高降解速率。
（3）冷却：待溶液中的PVA聚合物降解反应结束后，对其进行冷却，冷却至60℃以下。该步骤处理后的PVA溶液的总固含在19-25w/v%最适。为了节约能源，一般冷却到50-60℃即可。
（4）分离：先利用滤网将冷却后的溶液中不溶的配件分离；再通过过滤系统将溶液中的含有放射性的物质与溶液分离；过滤系统至少包括一个用于过滤放射性不溶物的过滤器。该过滤器的微孔直径小于或等于1微米。为了增加过滤效果，采用分级过滤，设置多个网孔由大至小的过滤器，以三个过滤器举例说明，其滤网的网孔孔直径依次为100微米、20微米和0.5微米。
为了进一步增强过滤效果，在过滤前，加入钴-60、铌-95、锰54、锆95元素中的至少一种，并与溶液中的PVA形成凝絮物，在凝絮物形成的过程中，含有放射性的不溶物被包絮其中。
（5）热氧化处理：在700℃-720℃下，将步骤4中分离后不含放射性物质的溶液雾化，使之在雾化过程中发生热氧化反应，最终生成二氧化碳和水。
如图1所示，示出了一种应用该化学处理工艺的PVA废物处理系统的结构框图。该PVA废物处理系统主要包括处理容器100、氧化剂贮存槽101、催化剂贮存槽102、热交换器106、温控系统和过滤系统108。
处理容器100，用于溶解和降解PVA废物，将固相的PVA废物转变成液相的PVA废液。处理容器100上设有投料口、出料口、设于内部用于分离不溶物的栅栏，以及若干用于与各装置相连进出管口。
氧化剂贮存槽101，用于配置过氧化氢溶液，通过一个带氧化剂加注泵103（磁力密封泵）的管道与处理容器100相连。
催化剂贮存槽102，用于配置低浓度、含亚铁离子的溶液，也通过一个带催化剂加注泵104（电子计量泵）的管道与处理容器100相连。
热交换器106，通过循环管道与处理容器100相连，用于对处理容器100内的液体进行加热或冷却。在热交换时，通过循环管道上的循环泵105驱动循环管道内的液体在处理容器100和热交换器106之间流动。
温控系统，包括设置在处理容器100内的温度传感器和气压传感器，以及外设一热水槽107，用于控制处理容器100的内部温度和气压。热水槽107与处理容器100管道连接，处理容器100内的温度或气压超过预设值时，设置在处理容器100上的蒸汽阀就会打开，将蒸汽（含有少量PVA物质）送至热水槽107。热水槽107（内有加热器和备用冷却水111）的温度保持在60-75℃，蒸汽进入热水槽107后（与喷洒的温水接触）迅速降温液化并被浓缩，并吸收蒸汽的废水被热水槽107收集（热水槽107在处理容器100上方），以便下次（利用重力）让被回收的废水经回流管回到处理容器100内再利用。
过滤系统108，包括三个滤网微孔直径不同的过滤器，微孔直径由大至小依次为100微米、20微米和0.5微米。循环管道上设有一三通接头，三通接头的有一入口和两出口，入口与循环泵105相连，一出口与循环管道相连，另一管道连接过滤系统108。通过循环泵105在两出口之间切换，选择将循环管道内液体送至处理容器100或是送至过滤系统108进行过滤。经处理后的PVA废液进入PVA废液贮存槽109。PVA废液贮存槽109的废液再通过焚烧炉完成热氧化反应，最终生成二氧化碳和水。
使用上述PVA废物处理系统完成本发明的化学氧化处理工艺，具体操作如下：
1、打开处理容器100的顶部人孔，向处理容器100中加入180kg的PVA废物。
2、关闭所有阀门，通过空压机110向处理容器100内注入压缩空气来检查气密性。确认气密性良好后，再进行下一步。
3、通过氧化剂加注泵103和催化剂加注泵104分别向处理容器100内注入反应试剂，先倒入一半的反应试剂。泵送完成后再通过回流管注入大约375L的热水（温度在60℃）。
4、确认PVA废物、反应试剂和水按照比例注入后，通过热交换器106进行加热，当处理容器100的温度上升至87℃时，PVA废物开始预溶解，并通过温控系统维持处理容器100的内部温度在98℃。
5、待预溶解完成后，向处理容器100中注入剩余的过氧化氢溶液（反应试剂），并将处理容器100的温度上升至115℃，在利用热交换器106的加热过程中，完成了过氧化氢溶液与废液的混合，使降解能充分进行。该过程控制处理容器100的内部温度在115℃以下，持续5-6个小时后停止加热。此时，反应容器100中的PVA溶液TS（总固含）浓度在19-25w/v%。
6、通过热交换器106进行冷却，使处理容器100内温度降至55℃。
7、当处理容器100的温度降至55℃时，将处理容器100内的废液抽入过滤系统108，依次经过过滤系统108中微孔直径为100微米、20微米和0.5微米的过滤器，已处理的PVA废液在经过过滤器时，其内含有放射性物质的微粒被滤网吸附并从溶液中被除去。经过滤后的PVA溶液经检测，无放射性。
8、最后再通过喷射式焚烧的方式处理无放射性PVA废液，在700℃-720℃下，雾化溶液，使之在雾化过程中发生热氧化反应，最终生成二氧化碳和水。
Claims (8)
1.一种PVA废物处理系统的化学氧化处理工艺，其特征在于，包括
（1）：将PVA废物和水混合，在温度为88℃-115℃，气压为1.05MPa-1.1MPa的条件下进行溶解，使PVA废弃物中的固相PVA转变成液相PVA，PVA溶液的粘稠度随着重量浓度上升而增大；
（2）：加入氧化剂，利用氧化剂产生的羟基自由基让溶液中PVA聚合物的化学键断裂，降解成小分子有机酸，降低溶液粘稠度；
（3）：待溶液中的PVA聚合物降解反应结束后，对其进行冷却，冷却至60℃以下；
（4）：先利用滤网将冷却后的溶液中不溶的配件分离；再通过过滤系统将溶液中的含有放射性的物质与溶液分离；
所述过滤系统至少包括一个用于过滤放射性不溶物的过滤器。
2.根据权利要求1所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，所述步骤1和步骤2同时进行，所述步骤2中所用氧化剂为纯度为50%v/v的过氧化氢；PVA废弃物、水和氧化剂的混合比例为（0.85-1.15）:（1.785-2.415）:（0.34-0.46）。
3.根据权利要求2所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，所述步骤2中，加入由硫酸亚铁粉和硫酸的混合物制备的低浓度铁溶液作为催化剂。
4.根据权利要求3所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，所述步骤3中，处理后的PVA溶液的总固含在19-25w/v%。
5.根据权利要求1所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，在步骤4中，所述过滤系统包括微孔直径分别为100微米、20微米和0.5微米的过滤器。
6.根据权利要求5所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，在步骤4的过滤前，加入钴-60、铌-95、锰54、锆95元素中的至少一种，并与溶液中的PVA形成凝絮物，在凝絮物形成的过程中，含有放射性的不溶物被包絮其中。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，所述步骤1中，用于混合的水在加入时的温度在60-75摄氏度。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的化学氧化处理工艺，其特征在于，还包括，
步骤5：在700℃-720℃下，将步骤4中分离后不含放射性物质的溶液雾化，使之在雾化过程中发生热氧化反应，最终生成二氧化碳和水。
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