CN209456084U - 一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，其特征在于，包括:原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐；所述原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐依次相连，所述分离单元膜组件与所述原水罐相连；其中：所述分离单元膜组件经配置以将硼和核素分离；所述分离单元膜组件对硼的透过率大于90％，对核素的截留率大于95％。本实用新型提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，能够避免核素和杂质也被浓缩，提高被浓缩硼的纯度和降低其放射性活度浓度，满足回用要求。

Description

一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置。

背景技术

传统压水堆核电厂中，采用硼进行反应性化学补偿控制。电厂运行期间，由于调硼和化容系统下泄操作频繁，将产生大量含硼废液。排出的含硼废液大部分通过硼回收系统浓缩和净化后，在电厂内回用。但每堆年依然还有约0.4吨硼排向环境。

CAP系列核电厂的反应性控制方式与一般压水堆核电厂类似，但CAP系列核电厂在反应性控制中还采用了机械补偿运行模式，可溶硼仅用于补偿由于堆芯燃耗引起的反应性变化，而利用控制棒的动作进行快速反应性变化控制和负荷跟踪，从源头减少了含硼废液的产生。为简化系统设计，原设计中取消了传统压水堆电厂的硼回收系统，含硼废液如果不处理，每堆年大约有约1吨硼通过放射性废液处理系统处理后排入环境。

虽然国家标准中暂无硼的排放限值，但福岛事件后，国家监管对环境保护的要求日益严格，对液态流出物中硼的排放控制更加关注。审评方希望通过设计改进，使核电厂的硼排放浓度和硼排放总量得到有效控制。

目前可采用除硼的工艺主要有蒸发、化学沉淀、离子交换、反渗透等。蒸发为现阶段没有硼回收系统的核电站主要采用的除硼工艺，其优点是工艺成熟，工程运行经验较多，缺点是占地面积大、能耗高、浓缩液中放射性核素活度高，放射性核素及非放杂质(包括硅)与硼一起浓集，即使再通过树脂床净化，会增加固废产生量，且由于树脂对杂质离子中硅的选择性低，会导致回路中二氧化硅逐渐升高。离子交换对硼有较高的去污因子，但目前市场上的离子交换树脂对硼的工作交换容量都较低，处理平均硼浓度1000ppm的含硼废液会产生大量的废树脂。化学沉淀法需要添加其他的化学试剂，不适用于对杂质离子要求严格的硼回收应用。膜技术是物理分离过程，不会引入额外的杂质，但现有的膜处理技术主要虽然具有工艺简单、除硼效率高、能耗低等优点，但硼和核素会被同时浓缩。核电厂冷却剂流出液中硼的最高浓度可能达到2700ppm，平均硼浓度约为1000ppm，浓缩后硼浓度甚至达到5000ppm，而放射性液体中核素离子浓度却只有ppb级甚至更低，需要分离的硼和核素浓度反差太大，传统反渗透膜对于高硼浓度低核素浓度的含硼废液处理缺乏应用实例，且会发生核素和硼同时被浓集的现象，导致浓缩硼杂质离子水平不能满足回用要求。

如何解决硼和核素及其他杂质离子浓集，成为本实用新型的重点。通过采用一种核电厂用对硼和核素具有高分离率的膜产品，组合成为运行流量满足工程应用需求，运行操作简单易控制的用于分离核电厂放射性废液中硼和核素的膜处理装置和方法，最终为实现对硼的高效和高品质回收利用奠定基础。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，其特征在于，包括:原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐；所述原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐依次相连，所述分离单元膜组件与所述原水罐相连；其中：

所述分离单元膜组件经配置以将硼和核素分离；

所述分离单元膜组件对硼的透过率大于90％，对核素的截留率大于95％。

所述进水泵经配置以将所述原水罐中的含硼和核素的放射性废液泵入所述分离单元膜组件。

分离单元膜组件包含一种复合反渗透膜，其特征在于，包括无纺布、支撑基层、活性脱盐层和分离层，所述无纺布、支撑基层、活性脱盐层和分离层依次叠加；所述无纺布厚度为80-150μm，所述支撑基层叠加在无纺布上，厚度为20-50μm；所述活性脱盐层和分离层依次附着在所述支撑基层上，厚度为0.1-0.5μm。

本实用新型提供一种复合反渗透膜的制备方法，包括：所述脱盐层为全芳香致密交联结构，并具有带电官能团以调整所述聚酰胺层表面的电荷密度；所述支撑基层，其为多孔结构；所述支撑基层采用聚砜和羟基乙酯添加剂，其中聚砜为原料，羟基乙酯添加剂浓度控制在5～50％。

采用1～10％的氨基苯甲酰哌嗪作为水相单体、2～8％的均苯三甲酰氯作为油溶性单体进行界面聚合反应，反应时间控制在30-90s。确保形成致密的活性层，同时也保证合理的通量，优化表面电荷密度，保障高分离率膜对极低浓度核素具有高截留率，同时可以透过硼酸，达到优异的分离效果。

本实用新型提供一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的方法，包括如下步骤：

通过进水泵将原水箱中的含硼和核素的放射性废液泵入分离单元膜组件，放射性废液中的核素被分离单元膜组件截留后回到原水箱，硼随产水透过分离单元膜组件；

从分离单元膜组件产出的水排向下段工艺，所述下段工艺包括膜浓缩工艺、CEDI工艺或者树脂工艺，直至出水硼浓度和系统回收率达到设定值。

本实用新型还提供一种复合反渗透膜，包括无纺布、支撑基层和活性脱盐层；所述支撑基层和活性脱盐层依次叠加；所述支撑基层具有满足脱盐层复合的条件，所述条件为孔隙率为150埃；所述支撑基层包括原料聚砜和添加剂羟基乙酯，添加剂浓度控制在5-50％。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，进一步降低产水硼中活度浓度，为下段硼浓缩时避免核素和杂质也被浓缩，提高被浓缩硼的纯度和降低其放射性活度浓度，为硼的回用或解控提供有效的处理手段。

2、本实用新型提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，解决了核电厂含硼废液中硼被浓缩的同时核素也被浓缩的问题，降低了硼溶液中核素浓度，为硼的回用或者固化工艺提供纯度高、杂质浓度低、工艺废物产生量小、系统运行简单、占地面积少的方案。

3、本实用新型提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，为核电厂减少核电厂硼的排放总量和浓度提供解决方案。

4、本实用新型提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，根据核电厂产生含硼废液总量，可以通过调整核素和硼分离分离单元膜组件组合方式和数量实现工艺要求，提高了工艺应用的灵活性。

附图说明

图1为符合本实用新型优选实施例的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置的流程示意图。

其中，1原水罐、2分离单元进水泵、3分离单元膜组件、4产水罐。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型一实施例提供的放射性废液硼和核素分离的膜处理装置由原水罐、对硼和核素具有高分离率的分离单元膜组件、产水罐、进水泵及相关管道、阀门和仪表组成。含硼和核素的放射性废液通过泵进入硼和核素分离分离单元膜组件，核素和杂质被膜截留后回到原水/浓缩液箱，硼透过膜后排向下段工艺，直至达到系统设定值，再进行下一批次废液的核素和硼的分离处理。

放射性废液硼和核素分离的膜处理方法特点如下：

1.实用新型一种核电厂用对硼和铯、锶等核素具有高分离率的膜产品，通过能实现硼和核素的高效分离，针对进水硼浓度为100～5000ppm，在不调节溶液的pH值，单支膜原件回收率10％时，对硼的透过率大于90％，对核素和杂质的截留率大于95％；

1)基膜结构的控制与优化：

复合膜的基膜主要起到支撑作用，高性能的支撑膜是制备高性能复合膜的必要条件。为了得到具有高性能的复合膜，就要求支撑底膜具有适当的孔隙率、孔径及孔径分布。同时支撑层材料应当具有良好的化学稳定性，热稳定性及机械性能。本实用新型采用价廉易得、制膜简单、有良好的机械强度和抗压密性、有良好的化学稳定性，且能抗生物降解的聚砜做为多孔支撑膜的原料，羟基乙酯添加剂浓度控制在25％，保证基膜无明显纸状孔，保证开发的膜产品基膜孔型结构均一、皮层完整且具有较高的机械性能，延长膜产品使用寿命。

2)活性脱盐层结构的控制和优化

界面聚合反应是制备复合膜活性脱盐层的关键。影响界面聚合的主要因素有：水相和有机相的单体浓度、基膜在两相中的浸渍时间、热处理过程中的温度和时间等。为了提高对膜和核素具有更好的分离效果，本实用新型采用6％的氨基苯甲酰哌嗪作为水相单体，3％的均苯三甲酰氯作为油溶性单体，界面聚合反应时间控制在合理范围(30-90s)，确保形成致密的活性层，同时也保证合理的通量，优化表面电荷密度，保障高分离率膜对极低浓度核素具有高截留率，同时可以透过硼酸，达到优异的分离效果。

2.采用批次分离处理，可以最大程度上减少系统采用的膜支数。

3.分离终点可以灵活控制，可以通过回收率或者需要控制的水质指标终点进行控制。

4.分离后产水中硼浓度、硼总量和原水接近，最大程度减少硼的排放总量。当进水1000ppm B，系统回收率达到50-95％时，产水中硼浓度为925-980ppm，硼的总回收率达到46-93％，；

5.分离后产水中核素浓度明显降低，提高回用硼的纯度或者降低固体硼活度水平。当进水放射性活度浓度为1000Bq/L时，系统回收率达到50-95％时，产水中核素浓度为76-134Bq/L，核素和杂质总量减少96-88％；

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本实施例提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，能够避免产水硼被浓缩时核素和杂质也被浓缩，提高被浓缩硼的纯度和降低其放射性活度浓度，为硼的回用或解控提供有效的处理手段。

2、本实施例提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，解决了核电厂含硼废液膜处理工艺中硼和核素被同时浓缩的问题，降低了硼溶液中核素浓度，为硼的回用或者固化工艺提供纯度高、杂质浓度低、工艺废物产生量小、系统运行简单、占地面积少的方案。

3、本实施例提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，为核电厂减少核电厂硼的排放总量和浓度提供解决方案。

4、本实施例提供的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，根据核电厂产生含硼废液总量，可以通过调整核素和硼分离膜元件组合方式和数量实现工艺要求，提高了工艺应用的灵活性。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，其特征在于，包括:原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐；所述原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件和产水罐依次相连；所述分离单元膜组件与所述原水罐相连；其中：

所述分离单元膜组件经配置以将硼和核素分离；

所述分离单元膜组件对硼的透过率大于90％，对核素的截留率大于95％。

2.如权利要求1所述的用于放射性含硼废液中硼和核素分离的装置，其特征在于，所述进水泵经配置以将所述原水罐中的含硼和核素的放射性废液泵入所述分离单元膜组件。