申請日2017.09.29
公開(公告)日2018.02.23
IPC分類號G21F9/06; G21F9/10; G21F9/12
摘要
本發(fā)明公開了一種超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，包括：將放射性廢水輸入Fenton氧化池的加酸反應(yīng)腔內(nèi)，調(diào)節(jié)pH，然后依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內(nèi)，對放射性廢水進行處理;將放射性廢水輸入超聲波反應(yīng)室，調(diào)節(jié)pH;加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內(nèi)通入氮氣，開啟超聲波發(fā)生器，對放射性廢水進行處理;將處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內(nèi)設(shè)有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。本發(fā)明通過超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水，同時輔助加入介孔二氧化硅，并在末端進行過濾膜過濾吸附，實現(xiàn)對放射性廢水有機物和反射性元素的全面處理。
權(quán)利要求書
1.一種超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、將放射性廢水以0.1～2.5m3/h的速度輸入Fenton氧化池的加酸反應(yīng)腔內(nèi)，將酸堿槽內(nèi)的酸液輸入加酸反應(yīng)腔內(nèi)，調(diào)節(jié)放射性廢水的pH至2～3，調(diào)節(jié)pH后的放射性廢水自動溢出依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內(nèi)，將Fenton試劑貯罐內(nèi)的Fenton試劑分別通過導(dǎo)管輸入三個氧化腔內(nèi)，對放射性廢水進行處理;所述三個氧化腔內(nèi)輸入的Fenton試劑的流量依次為300～500mL/min、150～200mL/min、80～100mL/min;
步驟二、將步驟一處理后的放射性廢水輸入超聲波反應(yīng)室，然后向超聲波反應(yīng)室內(nèi)加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)放射性廢水的pH至7～9;然后加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內(nèi)通入氮氣，開啟超聲波發(fā)生器，對放射性廢水進行處理;
步驟三、將步驟二處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內(nèi)設(shè)有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述超聲波反應(yīng)室為長方體結(jié)構(gòu);所述超聲波反應(yīng)室的內(nèi)壁均勻安裝四個超聲波發(fā)聲器;所述超聲波發(fā)聲器的頻率為50～80KHz，功率為300～500W。
3.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述加酸反應(yīng)腔和三個氧化腔的底部均設(shè)置有攪拌器。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述Fenton試劑中H2O2溶液與FeSO4溶液的體積比為1:5～8;所述FeSO4溶液的質(zhì)量分數(shù)為3～5%;所述H2O2溶液的質(zhì)量分數(shù)為35～45%。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述酸堿槽內(nèi)的酸液為硫酸、鹽酸、硝酸中的任意一種。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述改性介孔二氧化硅與放射性廢水的重量體積比為1:50～100;所述氮氣的通氣速率為100～150mL/min。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述改性介孔二氧化硅的制備方法為：按重量份，取20～25份衣康酸酐和50～100份甲苯混合，加入超臨界反應(yīng)裝置中，再加入3～5份的介孔二氧化硅和0.2～0.5份三乙胺，在超臨界反應(yīng)裝置密封后通入二氧化碳至30～40MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌反應(yīng)30～60min，然后卸去二氧化碳壓力，加入10～15份3-氨丙基三乙氧基硅烷，再次注入二氧化碳至壓力為40～60MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌60～90min，卸壓，過濾，得到的固體用丙酮清洗、干燥，得到改性介孔二氧化硅。
8.如權(quán)利要求7所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述介孔二氧化硅為MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1介孔二氧化硅中的任意一種。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述過濾膜通過濾膜支撐架設(shè)置在過濾桶中部;所述過濾膜的制備方法為：按重量份，取20～30份殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產(chǎn)物和10～15份聚乳酸加入200～400份體積比為1:2的丙酮和DMF的混合溶劑中，攪拌，形成紡絲溶液，將紡絲溶液注入帶不銹鋼噴頭的噴射容器內(nèi)，然后用高壓電源將電壓施加在不銹鋼噴頭上，并利用與噴射容器連接的推進泵將噴射容器內(nèi)的紡絲溶液通過不銹鋼噴頭噴射至錫箔接收裝置上，并同時將5～10mg/mL的羧基化碳納米管分散液超聲霧化錫箔接收裝置上，將錫箔接收裝置上的膜層揭下，即得到單層過濾膜;將單層過濾膜熱壓形成過濾膜。
10.如權(quán)利要求9所述的超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述靜電紡絲的噴射條件為：環(huán)境溫度為40～80℃、高壓電源的輸出電壓為15～20kv、金屬絲與不銹鋼噴頭之間距離為15～25cm、流速為10～15mL/h;所述羧基化碳納米管分散液超聲霧化的功率為300W，頻率為3MHz，霧化率為3～5mL/min，超聲霧化的噴出口與錫箔接收裝置的距離為10～15cm。
說明書
超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種放射性廢水的處理方法，具體涉及一種超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法。
背景技術(shù)
核燃料生產(chǎn)、核電廠運行、核設(shè)施退役等過程都將產(chǎn)生大量放射性(高放、中放、低放)有機廢液，由于其放射性強、半衰期長、生物與化學(xué)毒性大，對人類與生態(tài)環(huán)境構(gòu)成極大的長期危害。當(dāng)前，中國正在實施“積極發(fā)展核電”規(guī)劃，根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)》，預(yù)計到2020年，核電裝機容量達到5800萬千瓦，在建容量達到3000萬千瓦以上，屆時每年僅處理卸載下的乏燃料所產(chǎn)生含有機物的高放廢液將達800-1000m3;同時還將產(chǎn)生大量的中低放廢液/廢水。目前，含有機物放射性廢液/廢水的處理處置仍然是一大難題。尤其自日本福島核事故以來，美、日、俄、法等主要核大國都加強了這方面的研究工作。
放射性有機廢液包括油類、廢溶劑萃取劑、閃爍液以及其他混雜廢液。目前，放射性有機廢液處理方法主要分三類：一是高溫氧化法，如焚燒法、超臨界水氧化法、蒸汽重組法;二是濕化學(xué)法，如Fenton試劑法、酸氧化法、電化學(xué)催化法;三是吸附法。上述方法雖各有自己的優(yōu)點，但都存在成本高昂、對設(shè)備要求高、且處理不完全等缺點限制了此類技術(shù)的推廣應(yīng)用。其中普通fenton法H2O2在Fe2+的催化作用下分解產(chǎn)生·OH,它通過電子轉(zhuǎn)移等途徑將有機物氧化分解成小分子。單純只采用fenton試劑中的亞鐵鹽作為催化劑催化雙氧水氧化廢水中的有機物，其降解速度較慢，反應(yīng)效率不夠高，有機物降解不夠徹底。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種超聲結(jié)合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，包括以下步驟：
步驟一、將放射性廢水以0.1～2.5m3/h的速度輸入Fenton氧化池的加酸反應(yīng)腔內(nèi)，將酸堿槽內(nèi)的酸液輸入加酸反應(yīng)腔內(nèi)，調(diào)節(jié)放射性廢水的pH至2～3，調(diào)節(jié)pH后的放射性廢水自動溢出依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內(nèi)，將Fenton試劑貯罐內(nèi)的Fenton試劑分別通過導(dǎo)管輸入三個氧化腔內(nèi)，對放射性廢水進行處理;所述三個氧化腔內(nèi)輸入的Fenton試劑的流量依次為300～500mL/min、150～200mL/min、80～100mL/min;
步驟二、將步驟一處理后的放射性廢水輸入超聲波反應(yīng)室，然后向超聲波反應(yīng)室內(nèi)加入氫氧化鈉，調(diào)節(jié)放射性廢水的pH至7～9;然后加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內(nèi)通入氮氣，開啟超聲波發(fā)生器，對放射性廢水進行處理;
步驟三、將步驟二處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內(nèi)設(shè)有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。
優(yōu)選的是，所述超聲波反應(yīng)室為長方體結(jié)構(gòu);所述超聲波反應(yīng)室的內(nèi)壁均勻安裝四個超聲波發(fā)聲器;所述超聲波發(fā)聲器的頻率為50～80KHz，功率為300～500W。
優(yōu)選的是，所述加酸反應(yīng)腔和三個氧化腔的底部均設(shè)置有攪拌器。
優(yōu)選的是，所述Fenton試劑中H2O2溶液與FeSO4溶液的體積比為1:5～8;所述FeSO4溶液的質(zhì)量分數(shù)為3～5%;所述H2O2溶液的質(zhì)量分數(shù)為35～45%。
優(yōu)選的是，所述酸堿槽內(nèi)的酸液為硫酸、鹽酸、硝酸中的任意一種。
優(yōu)選的是，所述改性介孔二氧化硅與放射性廢水的重量體積比為1:50～100;所述氮氣的通氣速率為100～150mL/min。
優(yōu)選的是，所述改性介孔二氧化硅的制備方法為：按重量份，取20～25份衣康酸酐和50～100份甲苯混合，加入超臨界反應(yīng)裝置中，再加入3～5份的介孔二氧化硅和0.2～0.5份三乙胺，在超臨界反應(yīng)裝置密封后通入二氧化碳至30～40MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌反應(yīng)30～60min，然后卸去二氧化碳壓力，加入10～15份3-氨丙基三乙氧基硅烷，再次注入二氧化碳至壓力為40～60MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌60～90min，卸壓，過濾，得到的固體用丙酮清洗、干燥，得到改性介孔二氧化硅。
優(yōu)選的是，所述介孔二氧化硅為MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1介孔二氧化硅中的任意一種。
優(yōu)選的是，所述過濾膜通過濾膜支撐架設(shè)置在過濾桶中部;所述過濾膜的制備方法為：按重量份，取20～30份殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產(chǎn)物和10～15份聚乳酸加入200～400份體積比為1:2的丙酮和DMF的混合溶劑中，攪拌，形成紡絲溶液，將紡絲溶液注入帶不銹鋼噴頭的噴射容器內(nèi)，然后用高壓電源將電壓施加在不銹鋼噴頭上，并利用與噴射容器連接的推進泵將噴射容器內(nèi)的紡絲溶液通過不銹鋼噴頭噴射至錫箔接收裝置上，并同時將5～10mg/mL的羧基化碳納米管分散液超聲霧化錫箔接收裝置上，將錫箔接收裝置上的膜層揭下，即得到單層過濾膜;將單層過濾膜熱壓形成過濾膜。
優(yōu)選的是，所述靜電紡絲的噴射條件為：環(huán)境溫度為40～80℃、高壓電源的輸出電壓為15～20kv、金屬絲與不銹鋼噴頭之間距離為15～25cm、流速為10～15mL/h;所述羧基化碳納米管分散液超聲霧化的功率為300W，頻率為3MHz，霧化率為3～5mL/min，超聲霧化的噴出口與錫箔接收裝置的距離為10～15cm。
本發(fā)明中，所述殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產(chǎn)物的制備方法為：按重量份，取5～10份殼聚糖份加入到100～200份蒸餾水中，通氮氣保護，水浴加熱到60～75℃，攪拌10～30min后加入0.1～0.6份的過硫酸銨并攪拌引發(fā)10～30min，隨后加入10～15份苯乙烯和10～15份丙烯酸甲酯，在60～80℃下氮氣保護反應(yīng)2～6小時，然后用乙醇沉淀在65℃下真空干燥，得到反應(yīng)粗產(chǎn)物，用索氏提取器將粗產(chǎn)物用丙酮洗提24小時直至除去反應(yīng)產(chǎn)生的均聚物，在65℃下真空干燥24小時，即得到殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產(chǎn)物。
本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明首先對放射性有機廢水進行fenton氧化處理，將有機物進行降解，然后進入超聲波反應(yīng)室超聲處理，利用超聲輻射產(chǎn)生的空化效應(yīng)，在極短的時間內(nèi)崩潰釋放出能量，形成具有極端物理化學(xué)環(huán)境和含有高能量的“微反應(yīng)器”，有機物在超聲作用下轉(zhuǎn)化為小分子化合物，同時輔助加入改性介孔二氧化硅，實現(xiàn)對小分子化合物和放射性元素的吸附，最后通過過濾膜的過濾吸附作用，去除放射性有機廢水中的放射性元素，將放射性有機廢水處理完全。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
