一种用于放射性废液深度净化处理装置和使用方法

专利名称：一种用于放射性废液深度净化处理装置和使用方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202010732528.3

专利申请（专利权）人：上海核工程研究设计院股份有限公司
权利人地址：上海市徐汇区虹漕路29号

专利发明（设计）人：何艳红,王鑫,朱来叶,伊成龙,文霞,王奕,王琪

专利摘要：本发明公开了一种用于核放射性废液深度净化处理装置和使用方法，所述泵(2)将所述水箱(1)内的废液泵入所述特种分离膜(3)，所述特种分离膜(3)出口分别连接所述粉末/特种介质过滤器(7)和所述高截留率膜(4)，所述粉末/特种介质过滤器(7)的出口与所述水箱(1)连接，所述高截留率膜(4)一个出口连接所述电除盐膜堆(5)，所述高截留率膜(4)另一个出口和所述电除盐膜堆(5)的另一个出口分别连接所述精处理介质床(6)进口，所述精处理介质床(6)出口与所述特种分离膜(3)出口连接。本发明解决了对极低浓度胶体类核素浓度净化，对胶体态核素和离子态核素有良好的截留浓缩效果，实现将液体中的核素高效转换成固态。

主权利要求：
1.一种用于核放射性废液深度净化处理的装置，其特征在于，所述装置包括水箱(1)、泵(2)、粉末/特种介质过滤器(7)、膜处理系统、精处理介质床(6)和电除盐膜堆(5)；
所述膜处理系统为特种分离膜(3)和高截留率膜(4)；
所述泵(2)将所述水箱(1)内的废液泵入所述特种分离膜(3)，所述特种分离膜(3)出口分别连接所述粉末/特种介质过滤器(7)和所述高截留率膜(4)，所述粉末/特种介质过滤器(7)的出口与所述水箱(1)连接，所述高截留率膜(4)一个出口连接所述电除盐膜堆(5)，所述电除盐膜堆(5)一个出口排出系统，所述高截留率膜(4)另一个出口和所述电除盐膜堆(5)的另一个出口分别连接所述精处理介质床(6)进口，所述精处理介质床(6)出口与所述特种分离膜(3)出口连接；
所述特种分离膜(3)为中空纳滤膜，膜孔径尺寸为10～100nm；
所述精处理介质床(6)采用大孔阴树脂和交联度大于10％的凝胶型阳树脂混合装填或者分层装填，单级树脂层高为300～1500mm，流速范围10～120BV/h。
2.如权利要求1所述的一种用于核放射性废液深度净化处理的装置，其特征在于，所述特种分离膜(3)与所述高截留率膜(4)之间设置有水箱和泵。
3.如权利要求1所述的一种用于核放射性废液深度净化处理的装置，其特征在于，所述粉末/特种介质过滤器(7)可采用水力爆膜的形式或者整体更换形式更换新的过滤介质或者过滤器滤芯。
4.一种用于放射性废液深度净化处理装置的使用方法，其特征在于，包括如权利要求1～3中任一种所述用于放射性废液深度净化处理装置，所述泵(2)将所述水箱(1)内的废液泵入所述特种分离膜(3)，经所述特种分离膜(3)分离后的浓废液通过所述粉末/特种介质过滤器(7)后回到所述水箱(1)中，经所述特种分离膜(3)分离后的出水流入所述高截留率膜(4)，经所述高截留率膜(4)处理后的出水通过所述电除盐膜堆(5)后排出系统，经所述高截留率膜(4)处理后的浓废液和所述电除盐膜堆(5)处理后的浓废液接入所述精处理介质床(6)，所述精处理介质床(6)出口液体回到所述高截留率膜(4)。 说明书 : 一种用于放射性废液深度净化处理装置和使用方法技术领域[0001] 本发明属于核电厂和核设施核废料处理领域，特别涉及和放射废液的净化技术领域。背景技术[0002] 随着国内对三代核电引消吸和建设，提升国产核电装备制造与技术储备具有重要的意义，有利于提升我国核技术应用水平。同时，先进技术的开发有利于核设施废物最小化水平的提升，先进的放射性废液深度净化处理装置和方法也有利于延长有些具有该处理需求的特殊核设施的任务执行周期，提升装备和系统的稳定性。[0003] 针对放射性废液常规处理技术，行业内已有报道的包括过滤+化学絮凝+离子交换或者蒸发+离子交换等工艺。但这类工艺目前主要适用于将放射性废液处理至100～1000Bq/L的液态流出物，如果要进一步降低至更低的水平，或者针对某类特殊核素，如Pu、U等以颗粒和离子态多种形式存在的核素，这类常规的工艺很难满足处理要求，另外传统工艺占地和投资等也都不具有优势。[0004] 膜处理工艺是通过物理截留或者电荷迁移的原理分离净化杂质，市场上主要包含微滤、超滤、纳滤、反渗透等膜处理工艺，不同工艺侧重点不同，结合膜产品的截留分子量尺寸，除微滤之外这几种膜产品对极小胶体类核素相对传统工艺都具有明显优势，相对传统的化学絮凝也更适合处理这种极低浓度胶体类核素，膜的去污因子受进水核素浓度的影响相对不明显，反渗透和电除盐工艺对极低浓度离子态核素相对离子交换工艺去污因子和二次废物产生量具有明显优势，因此如何选择合适的工艺和产品类型，如何确定适合这种极低浓度放射性废液及特殊核素处理的工艺流程(工艺组合和运行模式等)，对开展放射性废液深度净化处理研究、实现“近零排放”和结合废物最小化目标、成为本发明的重点。发明内容[0005] 为了实现放射性废液深度净化处理、实现“近零排放”和结合废物最小化目标，本发明提出了一种用于放射性废液深度净化处理的装置，所述装置包括水箱(1)、泵(2)、粉末/特种介质过滤器(7)、膜处理系统、精处理介质床(6)和电除盐膜堆(5)；[0006] 所述膜处理系统为特种分离膜(3)和高截留率膜(4)；[0007] 所述泵(2)将所述水箱(1)内的废液泵入所述特种分离膜(3)，所述特种分离膜(3)出口分别连接所述粉末/特种介质过滤器(7)和所述高截留率膜(4)，所述粉末/特种介质过滤器(7)的出口与所述水箱(1)连接，所述高截留率膜(4)一个出口连接所述电除盐膜堆(5)，所述电除盐膜堆(5)一个出口排出系统，所述高截留率膜(4)另一个出口和所述电除盐膜堆(5)的另一个出口分别连接所述精处理介质床(6)进口，所述精处理介质床(6)出口与所述特种分离膜(3)出口连接。[0008] 优选的，所述特种分离膜(3)与所述高截留率膜(4)之间设置有水箱和泵。[0009] 优选的，所述粉末/特种介质过滤器(7)可采用水力爆膜的形式或者整体更换形式更换新的过滤介质或者过滤器滤芯。[0010] 优选的，所述特种分离膜(3)为中空纳滤膜，膜孔径尺寸为10～100nm。[0011] 优选的，所述精处理介质床(6)可采用大孔阴树脂和交联度大于10％的凝胶型阳树脂混合装填或者分层装填，单级树脂层高为300～1500mm，流速范围10～120BV/h。[0012] 本发明还提供了一种用于放射性废液深度净化处理装置的使用方法，所述泵(2)将所述水箱(1)内的废液泵入所述特种分离膜(3)，经所述特种分离膜(3)分离后的浓废液通过所述粉末/特种介质过滤器(7)后回到所述水箱(1)中，经所述特种分离膜(3)分离后的出水流入所述高截留率膜(4)，经所述高截留率膜(4)处理后的出水通过所述电除盐膜堆(5)后排出系统，经所述高截留率膜(4)处理后的浓废液和所述电除盐膜堆(5)处理后的浓废液接入所述精处理介质床(6)，所述精处理介质床(6)出口液体回到所述高高截留率膜(4)。[0013] 本发明解决传统的化学絮凝+离子交换和蒸发+离子交换对极低浓度胶体类核素浓度净化效果不佳的技术问题，难以稳定达到50Bq/L以下；针对极低浓度离子态核素，常规的离子交换树脂工艺去污因子低、固废产生量大的技术问题；常规的膜处理工艺容易堵塞，回收率低，运行维护复杂，固废产生量大等问题；传统的膜处理工艺，虽然针对胶体态核素和离子态核素都有良好的截留浓缩效果，但无法实现将液体中的核素转换成固态，还需要组合蒸发甚至固化等复杂的工艺。附图说明[0014] 图1为一种用于放射性废液深度净化处理的装置和方法流程示意图；[0015] 其中：1：水箱；2：泵；3：特种分离膜；4：高截留率膜；5：电除盐；6：精处理介质床；7：粉末/特种介质过滤器具体实施方式[0016] 为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。[0017] 如图1所示的一种用于放射性废液深度净化处理的装置由水箱、泵、粉末/特种介质过滤器(选择性针对不同类型胶体类核素)、膜处理系统(特种分离膜和高截留率膜)、多介质离子交换柱(树脂类型为大孔树脂和交联度大于10％的凝胶型阳树脂，单级树脂层高为300～1500mm)、电除盐系统及管道和阀门组成。[0018] 当该放射性废液深度净化处理装置运行时，通过泵从进水箱将废液泵入特种分离膜(包含超滤和中空纳滤)，占比10～80％的浓水通过粉末/特种介质过滤器后回流至进水箱，产水通过特种分离膜后进入高截留率膜(对一价及多价核素截留率大于98％)，高截留膜产水再进入电除盐膜堆，最终产水排放。高截留率膜和电除盐膜堆浓水则进入精处理介质床(流速10～120BV/h)处理后回流至特种分离膜产水箱。[0019] 用于放射性废液深度净化处理的装置和方法特点如下：[0020] 本方法通过多种工艺组合，可针对较大核素浓度范围的放射性废液(102～108Bq/L)，处理至30Bq/L以下甚至更低。[0021] 本方法采用了高效粉末/特种介质过滤器，可针对废液中核素种类采用覆盖不同粉末或装填特种介质的过滤器，去除颗粒较大的胶体、颗粒态核素及部分离子态核素，粉末/特种过滤器可采用水力爆膜的形式或者整体更换形式更换新的过滤介质或者过滤器滤芯，固废产生量少，运行操作简单。[0022] 本方法采用了中空纳滤膜，膜孔径尺寸为10～100nm，单支膜回收率可达10～60％，针对二价核素截留率可达50～85％，可有效浓缩大部分胶体颗粒类核素和部分二价及二价以上离子态核素，再通过高效粉末/特种介质过滤器截留吸附，这样可明显提升粉末/特种过滤器的过滤效率，也可规避传统膜工艺浓缩液还需要配套复杂的蒸发工艺才能将核素从液体废物转移至固体废物中的目的。[0023] 本方法在中空纳滤膜下游再采用对可能漏过的尺寸较小的胶体、颗粒态核素及所有价态的离子态核素浓缩截留，这部分核素通过精处理介质床进行交换和吸附，树脂类型采用大孔阴树脂和交联度大于10％的凝胶型阳树脂混合装填或者分层装填，流速范围10～120BV/h，这种先浓缩再通过树脂床净化的方式同样明显提升了树脂床的去污因子，提升了单位体积树脂吸附核素的总量，高的流量适用范围减少了树脂的总装填量，最终实现高效净化且固废产生量少的目标。[0024] 本方法最后采用针对核素具有精处理性能的电除盐工艺，可以有效保障最终产水放射性核素浓度小于30Bq/L甚至更低，电除盐工艺运行简单，结合电解和离子迁移原理，针对极低浓度的放射性核素具有比传统树脂床更高的去污因子，可有效保障最终产水水质。电除盐工艺浓水最终也进入精处理树脂床处理，将液态中核素高效转换成固体废物，还需要组合蒸发甚至固化等复杂的工艺。[0025] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

专利地区：上海

专利申请日期：2020-07-27

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN111863302B