CN115954128A - 低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法、装置；该方法包括：设置第一导电板作为阴极；设置第二导电板作为阳极；平行设置在第一导电板和第二导电板之间的离子隔膜，第一导电板与离子隔膜之间形成阴极区，阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口；在第二导电板与离子隔膜之间形成阳极区，阳极区设置有阳极区出口；阴极区出口与阳极区出口相对应；将低浓度放射性废水从阴极区入口通入阴极区，在阴极区流动过程中，水分子通过离子隔膜进入阳极区，金属离子在阴极与阳极之间形成的电场的作用下富集在阴极板附近，随阴极区的水流从阴极区出口流出，实现金属离子浓缩。

Description

低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法、装置

技术领域

本发明属于核废水处理技术领域，具体涉及低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法、装置。

背景技术

低放射性(低放)核废水的放射性活度在370～105Bq/L之间。核电站、核装置运行和使用过程中，会产生大量低放射性(低放)废水，在处理过程中需要对金属离子进行浓缩减容。

当前采用的方法，如蒸发、离子交换、膜分离等，往往需要消耗大量能源和材料，浓缩效率普遍较低。

发明内容

有鉴于此，一方面，一些实施例公开了低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，该方法包括：

设置第一导电板作为阴极；

设置第二导电板作为阳极；第一导电板与第二导电板平行设置；

在第一导电板和第二导电板之间设置离子隔膜，第一导电板与离子隔膜之间形成阴极区，阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口；在第二导电板与离子隔膜之间形成阳极区，阳极区设置有阳极区出口；阴极区出口与阳极区出口相对应；

将低浓度放射性废水从阴极区入口通入阴极区，将阴极与外接电源电负极连接，将阳极与外接电源电正极连接；

低浓度放射性废水在阴极区流动过程中，水分子通过离子隔膜进入阳极区，最后从阳极区出口流出，金属离子在电场的作用下富集在阴极板附近，随阴极区的水流从阴极区出口流出；

阴极区出口流出的水为浓缩有金属离子的放射性废水，阳极区出口流出的水为净化水。

进一步，一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，从阴极区出口流出的浓缩有金属离子的放射性废水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，从阳极区出口流出的净化水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。

另一方面，一些实施例公开了低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，该装置包括：

第一导电板，用作阴极；

第二导电板，与第一导电板平行设置，用作阳极；

离子隔膜对金属离子具有阻隔作用，设置在第二导电板与第一导电板之间，将第一导电板与第二导电板隔离在两个独立的区域，第一导电板与离子隔膜之间形成阴极区，第二导电板与离子隔膜之间形成阳极区；

阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口，阳极区设置有阳极区出口；阳极区出口与阴极区出口位置相对应。

进一步，一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通，实现相互串联连接。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通；末端的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阳极区出口设置与起始端低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通，实现相互串联连接。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置并联设置；其中并联设置的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口同时设置与低浓度放射性废水连通。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，离子隔膜为波纹状。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，第一导电板设置为多个，第二导电板设置为多个，离子隔膜设置为多个；

多个第一导电板、多个第二导电板、多个离子隔膜依照设定规则布设，形成多个阳极区和多个阴极区。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，多个阳极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通；多个阴极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通。

本发明实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，能够利用离子隔膜对金属离子的阻隔作用和电场的作用力，将低浓度放射性废水中的金属离子浓缩，同时得到净化水；低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，结构简单，操作方法，浓缩效率高，能够连续作业，在废水处理、金属离子富集领域有良好应用前景。

附图说明

图1实施例1低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图；

图2实施例2低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图；

图3实施例3离子隔膜设置示意图；

图4实施例4低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图；

图5实施例5低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图；

图6实施例6低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

附图标记

1 第一电极板                 2 第二电极板

3 离子隔膜                   4 阴极区入口

5 阴极区出口                 6 阳极区出口

7 阳极区入口                 8 外壳体

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本发明实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本发明实施例中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明实施例公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本发明实施例所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本发明实施例中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由……构成”和“由……组成”是封闭连接词。本文述及的第一、第二仅为表示不同的部件，不表示先后顺序；除非与上下文冲突。

为了更好的说明本发明内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。

在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便凸显本发明的主旨。

在不冲突的前提下，本发明实施例公开的技术特征可以任意组合，得到的技术方案属于本发明实施例公开的内容。

在一些实施方式中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法包括：

设置第一导电板作为阴极；

设置第二导电板作为阳极；第一导电板与第二导电板平行设置；通常地，第一导电板为平板状，能够作为电极使用，第二导电板为平板状，其形状与第一导电板适配，能够作为电极使用，第一导电板与第二导电板平行设置后，分别作为阴极和阳极，连接电源后在两个平板状电极之间能够形成均匀稳定的电场，金属离子能够在电场的作用下向阴极富集；

在第一导电板和第二导电板之间设置离子隔膜，第一导电板与金属离子阻隔膜之间形成阴极区，阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口；在第二导电板与离子隔膜之间形成阳极区，阳极区设置有阳极区出口；阴极区出口与阳极区出口相对应；通常地，离子隔膜能够阻止金属离子穿过而不能阻止水分子穿过，所以，设置在第一导电板与第二导电板之间的离子隔膜将第一导电板与第二导电板分隔，第一导电板与离子隔膜之间形成的区域可以称为阴极区，第二导电板与离子隔膜之间形成的区域与阳极区，形成的阴极区与阳极区相互独立；阴极区设置阴极区入口和阴极区出口，进行金属离子浓缩作业时，低浓度放射性废水从阴极区入口流入，从阴极区出口流出，通常阴极区入口与阴极区出口设置在阴极区两个相对的最远端，以确保从入口流经的废水从出口流出的路径距离最大，金属离子的浓缩效果最好；阳极区设置阳极区出口，通常阳极区出口设置在于阴极区出口相对应的位置，以便将净化后的水从阴极区出口引出；

在一些实施例中，设置有多个阴极区和多个阳极区，需要实现阴极区与阴极区的连通时，或阳极区与阳极区的连通时，在阳极区设置阳极区入口，以便实现水流在多个阴极区和/或阳极区之间的流通；

将低浓度放射性废水从阴极区入口通入阴极区，将阴极和阳极分别与外接电源的电负极和电正极连接，在阴极与阳极之间形成电场；

低浓度放射性废水在阴极区流动过程中，水分子通过离子隔膜进入阳极区，最后从阳极区出口流出，金属离子在电场的作用下富集在阴极板附近，随阴极区的水流从阴极区出口流出；低浓度放射性废水从阴极区入口进入阴极区，经过阴极区后从阴极区出口流出，流动过程中部分水分子从离子隔膜中穿过进入阳极区，与电源接通的阴极与阳极之间形成了电场，金属离子在电场作用下逐渐向阴极板附近区域富集，在阴极区水流流动的过程，逐渐流向阴极区出口，从阴极区出口流出的废水中金属离子浓度增大，实现了金属离子的富集浓缩；

阴极区出口流出的水为浓缩有金属离子的放射性废水，阳极区出口流出的水为净化水。通常，从阴极区出口流出的放射性废水中金属离子浓度增大，阳极区出口流出的水中，通常金属离子的含量很小，实现了废水的净化；由于离子隔膜通常不会完全阻挡住金属离子的迁移，在低浓度放射性废水从阴极区流动的过程中，有部分金属离子可能会随着水分子的迁移而同时穿过离子隔膜进入阳极区，所以，通常阳极区出口流出的净化水中可能含有少量金属离子。

通常阴极区对金属离子的浓缩作用与废水在阴极区的流量、净化水在阳极区的流量、阳极区与阴极区水流的流速比、水流的压强、阳极与阴极之间的电场强度等有关系，也与废水在阴极区的流动时间有关系，可以通过控制废水在阴极区的流量、净化水在阳极区的流量、阳极区与阴极区水流的流速比、阳极与阴极之间的电场强度、废水在阴极区的流动时间、水流的压强等，优化对金属离子的浓缩效率。

一些实施例中公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法中，从阴极区出口流出的浓缩有金属离子的放射性废水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。通常从阴极区流出的废水中金属离子浓度增大，实现了金属离子的浓缩，如果金属离子的浓度不符合预期效果，还可以将阴极区出口流出的浓缩废水通入阴极区入口，重复在阴极区进行金属离子的浓缩过程，提高浓缩效果。在重复浓缩作业过程中，可以在同一个装置中实现废水的循环流动，重复浓缩；也可以在不同的装置中，流经不同的装置的阴极区，实现多次浓缩，同样可以提高废水中金属离子的浓缩效果。

一些实施例中公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法中，从阳极区出口流出的净化水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。通常，阳极区出口流出的水为净化水，金属离子含量远低于进入阴极区入口的放射性废水，如果需要进一步提高净化水的纯度，降低其中金属离子的含量，可以将净化水通入阴极区入口，重复在阴极区进行金属离子的浓缩过程，提高浓缩效果。在重复浓缩作业过程中，可以在同一个装置中实现废水的循环流动，重复浓缩；也可以在不同的装置中，流经不同的装置的阴极区，实现多次浓缩，同样可以提高废水中金属离子的浓缩效果。

一些实施例方式中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括：

第一导电板，用作阴极；

第二导电板，与第一导电板平行设置，用作阳极；通常地，第一导电板为平板状，能够作为电极使用，第二导电板为平板状，其形状与第一导电板适配，能够作为电极使用，第一导电板与第二导电板平行设置后，分别作为阴极和阳极，连接电源后在两个平板状电极之间能够形成均匀稳定的电场，金属离子能够在电场的作用下向阴极富集；通常第一导电板用作阴极，设置与电源负极连接，第二导电板用作阳极，设置与电源正极连接；

离子隔膜，设置在第二导电板与第一导电板之间，将第一导电板与第二导电板隔离在两个独立的区域，第一导电板与离子隔膜之间形成阴极区，第二导电板与离子隔膜之间形成阳极区；

阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口，阳极区设置有阳极区出口；阳极区出口与阴极区出口位置相对应。

通常地，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，包括外壳体，外壳体的内部具有合适的容腔，容腔中设置有第一导电板、第二导电板、离子隔膜。其中，壳体、第一导电板与离子隔膜之间形成阴极区，阴极区的壳体上，设置有阴极区入口和阴极区出口，通常二者设置在壳体的两端，以增大阴极区入口与阴极区出口之间的距离，确保废水在阴极区具有足够的停留时间，提高金属离子浓缩效果；壳体、第二导电板、离子隔膜之间形成阳极区，阳极区的壳体上，设置有阳极区出口，通常阳极区出口与阴极区出口位于壳体相同端部。在一些实施例中，阳极区的壳体上设置有阳极区入口，阳极区入口与阴极区入口设置在同一端部。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通，实现相互串联连接。通常，至少两个装置外壳体相互串联设置，串联设置的外壳体中，位于上游的外壳体的阴极区出口设置与位于其下游的外壳体的阴极区入口连通，使得从一个装置的阴极区出口流出的浓缩废水进一步在另一个装置的阴极区入口流入，再次进行浓缩，提高了金属离子的浓缩效果。通常两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置，可以称为二级浓缩装置，三个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置，可以称为三级浓缩装置。多个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置，可以称为多级浓缩装置。通常本文述及的上游是指相对于废水流动的方向而言，通常水流从上游流向下游。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通；末端的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阳极区出口，设置与起始端低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通。通常末端的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阳极区出口流出的净化水中金属离子的含量可能较高，需要再次进入阴极区进行浓缩，所以，可以通入起始端装置的阴极区入口，再次流经阴极区进行金属离子的浓缩。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，至少两个低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置并联设置；其中并联设置的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口同时设置与低浓度放射性废水连通。通常，至少两个装置外壳体相互并联设置，对于并联设置的外壳体，外壳体的阴极区入口同时与低浓度放射性废水连通，使得待浓缩处理的废水同时进入多个装置的阴极区，提高了对废水的处理效率。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，离子隔膜为波纹状。通常离子隔膜设置在两个电极板之间，作为金属离子隔离结构，使得阴极区的水分子通过该隔膜进入阳极区，金属离子留在阴极区，实现金属离子在阴极区的浓缩富集；离子隔膜的表面积大小与水分子通过的效果直接相关，所以，增大离子隔膜的表面积可以提高水分子通过效率，提高金属离子的富集浓缩效率，例如可以将离子隔膜设置为波纹状，波纹状隔膜整体与导电板相互平行。

一些实施例中，隔膜表面波纹走向与水流方向垂直设置，可以增加水流阻力，提高水分子透过效果。

一些实施例中，隔膜表面波纹走向设置为与水流方向一致，这种设置方式水流阻力小，有利于提高水流速度。

离子隔膜通常是指能够阻止金属离子通过而不阻止水分子通过的膜结构，在装置中使用时，可以将离子隔膜加工成需要的形状和结构，也可以与结构增强材料一起制作成需要的形状和结构，以维持其形状和结构的稳定，保持装置作业稳定性。离子隔膜可以是渗透膜、反渗透膜、分子筛膜等，可以根据待分离浓缩的金属离子的性能选择配置。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，第一导电板设置为多个，第二导电板设置为多个，离子隔膜设置为多个；本文中述及的多个，通常是指大于两个的数量，第一电极板、第二电极板和离子隔膜的具体数量可以根据装置设计进行选择；

多个第一导电板、多个第二导电板、多个离子隔膜依照设定规则布设，形成多个阳极区和多个阴极区，每个阳极区设置有阳极区出口，有些阳极区需要设置阳极区入口，每个阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口。通常装置包括外壳体，多个第一导电板、多个第二导电板和多个离子隔膜设置在该外壳体内，形成多个阳极区和多个阴极区，根据设置规则，可以将阳极区与阴极区相互连通；若使得阴极区与阴极区相互连通，实现阴极区的串联，延长废水流经阴极区的停留时间，提高金属离子浓缩效果；若使得阴极区与阴极区相互连通，实现阴极区的并联，可以提高废水流量，提高金属离子浓缩效率；若使得阳极区与阴极区连通，可以将阳极区流出的净化水通入阴极区再次浓缩净化，降低净化水中的金属离子浓度。通常，根据设置规则，作为阴极的第一导电板设置与电源负极连接，作为阳极的第二导电板设置与电源正极连接。

一些实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置中，多个阳极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通；多个阴极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通。

以下结合实施例对技术细节做进一步示例性说明。

实施例1

图1为实施例1公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

实施例1中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括一个第一电极板1，和一个与其平行设置的第二电极板2，第一电极板1和第二电极板2之间设置有一个离子隔膜3；

第一电极板1设置与电源负极连接，作为阴极-，第二电极板2设置与电源正极连接，作为阳极+；

第一电极板1与离子隔膜3之间形成阴极区，阴极区的左侧端设置有阴极区入口4，阴极区的右侧端设置有阴极区出口5；

第二电极板2与离子隔膜3之间形成阳极区，阳极区的右侧端设置有阳极区出口6；

作业过程中，第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，低浓度放射性废水从阴极区入口4流入阴极区，部分水分子H₂O经过离子隔膜3渗透到阳极区，方向如图1中虚线箭头所示，最后从阳极区出口6流出净化水；在阴极区，金属离子M⁺在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，从阴极区出口流出的水为浓缩有金属离子的废水。图1中实线箭头所指为水流方向。

实施例2

图2为实施例2公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

实施例2中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括一个外壳体8，外壳体8为长方体形，内部有长方体形容腔，其中第一电极板1设置在容腔上方的外壳体内表面，第二电极板2设置在容腔下方的外壳体内表面上，第一电极板1和第二电极板2之间设置有一个离子隔膜3；

第一电极板1设置与电源负极连接，作为阴极-，第二电极板2设置与电源正极连接，作为阳极+；

外壳体8、第一电极板1与离子隔膜3之间形成阴极区，阴极区的左侧端外壳体上设置有阴极区入口4，阴极区的右侧端外壳体上设置有阴极区出口5；

外壳体8、第二电极板2与离子隔膜3之间形成阳极区，阳极区的右侧端外壳体上设置有阳极区出口6；

作业过程中，第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，低浓度放射性废水从阴极区入口4流入阴极区，部分水分子经过离子隔膜3渗透到阳极区，最后从阳极区出口6流出净化水；在阴极区，金属离子在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，从阴极区出口流出的水为浓缩金属离子的废水。

实施例3

图3为实施例3公开的离子隔膜设置示意图。

实施例3中，离子隔膜3为波纹状隔膜，离子隔膜3设置在平行设置的第一电极板1和第二电极板2之间，低浓度放射性废水从阴极区流过时，流经离子隔膜3的波纹状表面，延长了流经时间，提高了水分子透过离子隔膜的效率。

实施例4

图4为实施例4公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

如图4所示，实施例4中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括两个串联设置的装置，其中，设置在左侧的装置位于上游，设置在右侧的装置位于下游；

每一个装置中，设置有一个第一电极板1，和一个与其平行设置的第二电极板2，第一电极板1和第二电极板2之间设置有一个离子隔膜3；第一电极板1设置与电源负极连接，作为阴极-，第二电极板2设置与电源正极连接，作为阳极+；第一电极板1与离子隔膜3之间形成阴极区，阴极区的左侧端设置有阴极区入口4，阴极区的右侧端设置有阴极区出口5；第二电极板2与金属离子阻隔膜3之间形成阳极区，阳极区的右侧端设置有阳极区出口6；

左侧装置的阴极区出口5设置与右侧装置的阴极区入口4连通，右侧装置的阳极区出口6设置与左侧装置的阴极区入口4连通；

作业过程中，左侧装置的第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，低浓度放射性废水从左侧装置的阴极区入口4流入阴极区，部分水分子经过离子隔膜3渗透到阳极区，最后从左侧装置的阳极区出口6流出净化水；在阴极区，金属离子在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，从阴极区出口流出的浓缩有金属离子的废水进入右侧装置的阴极区入口4；

右侧装置的第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，浓缩有金属离子的废水从右侧装置的阴极区入口4流入阴极区，部分水分子经过离子隔膜3渗透到阳极区，最后从右侧装置的阳极区出口6流出的净化水再次通入左侧装置的阴极区入口4，再次进行浓缩；在右侧装置的阴极区，金属离子在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，进一步浓缩有金属离子的废水可以从右侧装置的阴极区出口4收集。

实施例5

图5为实施例5公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

如图5所示，实施例5中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括两个第一电极板1和两个第二电极板2，第一电极板1和第二电极板2从上到下依次间隔平行设置，相邻的第一电极板1和第二电极板2之间设置有一个离子隔膜3，形成了第一电解组、第二电解组和第三电解组；其中，每一个电解组包括一个第一电极板1、一个第二电极板2和一个金属离子阻隔膜3；第一电解组设置有阴极区入口4、阴极区出口5、阳极区入口7，第二电解组和第三电解组设置有阴极区入口4、阴极区出口5、阳极区入口7、阳极区出口6；

其中，第一电极板1设置与电源负极连接，作为阴极-，第二电极板2设置与电源正极连接，作为阳极+；

第一电解组的阴极区出口5设置与第二电解组的阴极区入口连通，第二电解组的阴极区出口设置与第三电解组的阴极区入口连通；

第一电解组的阳极区出口6设置与第二电解组的阳极区入口7连通，第二电解组的阳极区出口设置与第三电解组的阳极区入口连通；

作业过程中，第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，低浓度放射性废水从第一电解组的阴极区入口4流入阴极区，部分水分子经过离子隔膜3渗透到阳极区，净化水从阳极区出口流出，依次经过第二电解组、第三电解组的阳极区，从第三电解组的阳极区出口流出，得到净化水；在阴极区，金属离子在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，依次经过第二电解组、第三电解组的阴极区，从第三电解组的阴极区出口流出，得到浓缩金属离子废水。

实施例6

图6为实施例6公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置示意图。

实施例6中，低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置包括两个并列设置的装置；

其中每一个装置包括一个外壳体8，外壳体8为长方体形，内部有长方体形容腔，其中第一电极板1设置在容腔上方的外壳体内表面，第二电极板2设置在容腔下方的外壳体内表面上，第一电极板1和第二电极板2之间设置有一个离子隔膜3；第一电极板1设置与电源负极连接，作为阴极-，第二电极板2设置与电源正极连接，作为阳极+；外壳体8、第一电极板1与离子隔膜3之间形成阴极区，阴极区的左侧端外壳体上设置有阴极区入口4，阴极区的右侧端外壳体上设置有阴极区出口5；外壳体8、第二电极板2与离子隔膜3之间形成阳极区，阳极区的右侧端外壳体上设置有阳极区出口6；

两个装置的阴极区入口4设置连通，并设置与低浓度放射性废水连通；

作业过程中，第一电极板1与第二电极板2之间形成电场，低浓度放射性废水从两个并联的装置的阴极区入口4流入两个装置的阴极区，部分水分子经过离子隔膜3渗透到阳极区，最后从阳极区出口6流出净化水；在阴极区，金属离子在电场作用下逐渐向阴极富集浓缩，随着阴极区水流流向阴极区出口，从阴极区出口流出的水为浓缩有金属离子的废水。

两个装置的阴极区出口5可以设置连通，以统一收集浓缩金属离子的废水；两个装置的阳极区出口6可以设置连通，以统一收集净化水。

本发明实施例公开的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，能够利用离子隔膜的离子阻隔作用和电场的作用，将低浓度放射性废水中的金属离子浓缩，同时得到净化水；低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，结构简单，操作方法，浓缩效率高，能够连续作业，在废水处理、金属离子浓缩领域有良好应用前景。

本发明实施例公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本发明的发明构思，并不构成对本发明实施例技术方案的限定，凡是对本发明实施例公开的技术细节所做的常规改变、替换或组合等，都与本发明具有相同的发明构思，都在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，其特征在于，包括：

设置第一导电板作为阴极；

设置第二导电板作为阳极；所述第一导电板与所述第二导电板平行设置；

在所述第一导电板和所述第二导电板之间设置离子隔膜，在所述第一导电板与所述离子隔膜之间形成阴极区，所述阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口；在所述第二导电板与所述离子隔膜之间形成阳极区，所述阳极区设置有阳极区出口；所述阴极区出口与所述阳极区出口相对应；

将低浓度放射性废水从所述阴极区入口通入阴极区，将所述阴极与外接电源负极连接，所述阳极与外接电源正极连接；

低浓度放射性废水在阴极区流动过程中，水分子通过所述离子隔膜进入阳极区，最后从阳极区出口流出，金属离子在电场的作用下富集在阴极板附近，随阴极区的水流从阴极区出口流出；

阴极区出口流出的水为浓缩有金属离子的放射性废水，阳极区出口流出的水为净化水。

2.根据权利要求1所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，其特征在于，从阴极区出口流出的浓缩有金属离子的放射性废水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。

3.根据权利要求1所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的方法，其特征在于，从阳极区出口流出的净化水再次通入阴极区入口，进一步浓缩金属离子。

4.低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，包括：

第一导电板，用作阴极；

第二导电板，与所述第一导电板平行设置，用作阳极；

离子隔膜，对金属离子具有阻隔作用，设置在所述第二导电板与所述第一导电板之间，将所述第一导电板与所述第二导电板隔离在两个独立的区域，所述第一导电板与所述离子隔膜之间形成阴极区，所述第二导电板与所述离子隔膜之间形成阳极区；

所述阴极区设置有阴极区入口和阴极区出口，所述阳极区设置有阳极区出口；所述阳极区出口与所述阴极区出口位置相对应。

5.根据权利要求4所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，至少两个所述低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通，实现相互串联连接。

6.根据权利要求4所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，至少两个所述低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置串联设置；其中，一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区出口设置与另一个低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通；末端的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阳极区出口设置与起始端低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口连通，实现相互串联连接。

7.根据权利要求4所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，至少两个所述低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置并联设置；其中并联设置的低浓度放射性废水快速浓缩金属离子的装置的阴极区入口同时设置与低浓度放射性废水连通。

8.根据权利要求4～7任一项所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，所述离子隔膜为波纹状。

9.根据权利要求4所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于：

所述第一导电板设置为多个，所述第二导电板设置为多个，所述离子隔膜设置为多个；

多个所述第一导电板、多个所述第二导电板、多个所述离子隔膜依照设定规则布设，形成多个阳极区和多个阴极区。

10.根据权利要求9所述的低浓度放射性废水中快速浓缩金属离子的装置，其特征在于，多个所述阳极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通；多个所述阴极区以串联的方式连通，或以并联的方式连通。

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