申請日2015.11.03

　　公開(公告)日2017.05.10

　　IPC分類號G21F9/12

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種分離放射性廢水中硼的方法：1)設(shè)置一個處理單元，處理單元中配備一電場，在其陽極和陰極之間設(shè)置一個陰離子交換膜，陰離子交換膜與陽極之間構(gòu)成陽極室，陰離子交換膜與陰極之間構(gòu)成陰極室;2)在陽極室內(nèi)填充強酸性陽離子交換樹脂，在陰極室內(nèi)填充強堿性陰離子交換樹脂;3)向陰極室和陽極室內(nèi)通入放射性廢水，陰極室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，從而分離陰極室內(nèi)放射性廢水中的硼;在分離過程中，控制陽極室中硼的平均濃度/陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。將含硼放射性廢水分離為高含硼放射性廢液和低含硼放射性廢液。本發(fā)明還公開了一種分離放射性廢水中硼的裝置。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種分離放射性廢水中硼的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

　　步驟1)設(shè)置一個處理單元，在該處理單元中配備一電場，在該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于該電場方向的陰離子交換膜，所述陰離子交換膜與所述陽極之間構(gòu)成陽極室，陰離子交換膜與所述陰極之間構(gòu)成陰極室;

　　步驟2)在所述陽極室內(nèi)填充強酸性陽離子交換樹脂，在所述陰極室內(nèi)填充強堿性陰離子交換樹脂;

　　步驟3)向陰極室和陽極室內(nèi)通入放射性廢水，陰極室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，從而分離陰極室內(nèi)放射性廢水中的硼;

　　在分離過程中，控制陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　2.如權(quán)利要求1所述的分離放射性廢水中硼的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)進(jìn)入所述步驟3)中的放射性廢水的PH值至9以上。

　　3.如權(quán)利要求1所述的分離放射性廢水中硼的方法，其特征在于，重復(fù)步驟1)至步驟2)設(shè)置多個所述處理單元，將處理單元的陽極室串聯(lián)連接，將處理單元的陰極室串聯(lián)連接，構(gòu)成組合式膜堆;從所述組合式膜堆一端向所述陽極室通入放射性廢水，從組合式膜堆另一端向所述陰極室通入放射性廢水。

　　4.如權(quán)利要求3所述的分離放射性廢水中硼的方法，其特征在于，以Ca表示所述陰極室最初進(jìn)水中的硼濃度，Cb表示要求達(dá)到的硼凈化液中的硼濃度，Cc表示所述陽極室最初進(jìn)水中的硼濃度，Cd表示要求達(dá)到的硼濃縮液中的硼濃度，其中Ca=Cc，令：

　　m=Cd/Ca

　　n=Cc/Cb

　　p=max(m,n)

　　若p≥35則需要設(shè)置多個所述組合式膜堆分級處理，其中下一級組合式膜堆中陽極室和陰極室的入水取自上一級組合式膜堆中陰極室的出水。

　　5.如權(quán)利要求1所述的分離放射性廢水中硼的方法，其特征在于，控制每個所述處理單元內(nèi)陽極室與陰極室的硼的平均濃度的比值不大于20。

　　6.一種實現(xiàn)上述方法的分離放射性廢水中硼的裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個處理單元，所述處理單元中設(shè)置一個電場，在形成該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于電場方向的陰離子交換膜，所述陰離子交換膜與所述陽極之間構(gòu)成陽極室，陰離子交換膜與所述陰極之間構(gòu)成陰極室，所述陽極室內(nèi)填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰極室內(nèi)填充有強堿性陰離子交換樹脂，陰極室和陽極室均設(shè)置有放射性廢水的進(jìn)水口和出水口;在分離時，陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　7.如權(quán)利要求6所述的分離放射性廢水中硼的裝置，其特征在于，多個所述處理單元連接構(gòu)成組合式膜堆，其中所述陰極室串聯(lián)連接、所述陽極室串聯(lián)連接。

　　8.如權(quán)利要求7所述的分離放射性廢水中硼的裝置，其特征在于，多個所述組合式膜堆連接使用時，設(shè)置一中轉(zhuǎn)水箱，所述中轉(zhuǎn)水箱上設(shè)置有一個進(jìn)水口和兩個出水口，該進(jìn)水口與上一組合式膜堆的所述陰極室的出水端連接，該兩個出水口分別連接下一組合式膜堆的所述陽極室和陰極室的進(jìn)水端，使每級組合式膜堆中對應(yīng)的陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　9.如權(quán)利要求6所述的分離放射性廢水中硼的裝置，其特征在于，在分離時，所述陽極室與所述陰極室中硼的平均濃度的比值不大于20。

　　說明書

　　一種分離放射性廢水中硼的方法及裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及放射性廢水處理領(lǐng)域，尤其是一種分離放射性廢水中硼的方法，以及一種分離放射性廢水中硼的裝置。

　　背景技術(shù)

　　在傳統(tǒng)壓水堆核電廠中采用硼進(jìn)行反應(yīng)性化學(xué)補償控制，硼濃度的調(diào)節(jié)是由化學(xué)容積控制系統(tǒng)(簡稱化容系統(tǒng))完成的。電廠運行期間，由于調(diào)硼和化容下泄操作頻繁，產(chǎn)生大量含硼廢液。排出的硼廢液通過硼回收系統(tǒng)濃縮和凈化后，在電廠內(nèi)回用。

　　在美國AP1000核電站的設(shè)計中取消了硼回收系統(tǒng)，冷卻劑流出液中的硼基本上全部排入廠址環(huán)境受納水體。

　　硼酸具有急性毒性、慢性毒性和生殖毒性，進(jìn)入水體中會影響生態(tài)環(huán)境及人類健康。由于內(nèi)陸電廠的循環(huán)冷卻水的稀釋能力遠(yuǎn)小于沿海電廠，且受納水體為寶貴的淡水資源，因此，內(nèi)陸廠址需嚴(yán)格控制排放廢液中硼的含量。

　　目前可采用除硼的工藝主要有蒸發(fā)、化學(xué)沉淀、離子交換、反滲透等。蒸發(fā)為二代加核電站硼回收系統(tǒng)采用的除硼工藝，其優(yōu)點是工藝成熟，工程運行經(jīng)驗多，缺點是占地面積大、能耗高、濃縮液中放射性核素活度高;離子交換對硼有較高的去污因子，但目前市場上的離子交換樹脂對硼的工作交換容量都較低，處理含硼廢液會產(chǎn)生大量的廢樹脂，這些廢樹脂后續(xù)的處理處置是個難題;反滲透法為海水淡化中除硼的主要工藝，為了保證除硼效率，反滲透除硼需調(diào)節(jié)硼溶液進(jìn)水pH值，由于核電站產(chǎn)生的含硼廢液中硼的濃度很高，調(diào)節(jié)pH值需加入大量堿，造成二次污染，且反滲透膜會對核素和硼同時截留，同樣會在濃水側(cè)造成放射性核素的累積。同時，反滲透對硼酸的截留效果遠(yuǎn)低于其它離子，在硼的去污因子和濃縮倍數(shù)之間構(gòu)成矛盾。當(dāng)提高濃縮倍數(shù)時，反滲透對硼的去污因子降低。在典型的反滲透系統(tǒng)中，當(dāng)回收率達(dá)到80%以上時，硼的去除率不足30%。

　　優(yōu)異的含硼放射性廢液處理技術(shù)在處理含硼放射性廢液時，一方面應(yīng)在硼的分離方面能夠獲得高的濃縮倍數(shù)和凈化因子，另外一方面能夠保證硼的濃縮液中核素離子的含量盡可能地低，便于硼濃縮液的后續(xù)處理。本發(fā)明的方法和裝置即提供了這樣的途徑。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種分離放射性廢水中硼的方法，將含硼放射性廢水分離為高含硼放射性廢液和低含硼放射性廢液兩種液體，與此同時不改變放射性核素在上述兩種液體中的分配，即高含硼放射性廢液中不會產(chǎn)生放射性核素的累積;本發(fā)明的目的之二是提供一種在上述方法中使用的分離放射性廢水中硼的裝置。

　　為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種分離放射性廢水中硼的方法，該方法包括如下步驟：

　　步驟1)設(shè)置一個處理單元，在該處理單元中配備一電場，在該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于該電場方向的陰離子交換膜，所述陰離子交換膜與所述陽極之間構(gòu)成陽極室，陰離子交換膜與所述陰極之間構(gòu)成陰極室;

　　步驟2)在所述陽極室內(nèi)填充強酸性陽離子交換樹脂，在所述陰極室內(nèi)填充強堿性陰離子交換樹脂;

　　步驟3)向陰極室和陽極室內(nèi)通入放射性廢水，陰極室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，從而分離陰極室內(nèi)放射性廢水中的硼;

　　在分離過程中，控制陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　進(jìn)一步，調(diào)節(jié)進(jìn)入所述步驟3)中的放射性廢水的PH值至9以上。

　　進(jìn)一步，重復(fù)步驟1)至步驟2)設(shè)置多個所述處理單元，將處理單元的陽極室串聯(lián)連接，將處理單元的陰極室串聯(lián)連接，構(gòu)成組合式膜堆;從所述組合式膜堆一端向所述陽極室通入放射性廢水，從組合式膜堆另一端向所述陰極室通入放射性廢水。

　　進(jìn)一步，以Ca表示所述陰極室最初進(jìn)水中的硼濃度，Cb表示要求達(dá)到的硼凈化液中的硼濃度，Cc表示所述陽極室最初進(jìn)水中的硼濃度，Cd表示要求達(dá)到的硼濃縮液中的硼濃度，其中Ca=Cc，令：

　　m=Cd/Ca

　　n=Cc/Cb

　　p=max(m,n)

　　若p≥35則需要設(shè)置多個所述組合式膜堆分級處理，其中下一級組合式膜堆中陽極室和陰極室的入水取自上一級組合式膜堆中陰極室的出水。

　　進(jìn)一步，控制每個所述處理單元內(nèi)陽極室與陰極室的硼的平均濃度的比值不大于20。

　　一種實現(xiàn)上述方法的分離放射性廢水中硼的裝置，該裝置包括至少一個處理單元，所述處理單元中設(shè)置一個電場，在形成該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于電場方向的陰離子交換膜，所述陰離子交換膜與所述陽極之間構(gòu)成陽極室，陰離子交換膜與所述陰極之間構(gòu)成陰極室，所述陽極室內(nèi)填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰極室內(nèi)填充有強堿性陰離子交換樹脂，陰極室和陽極室均設(shè)置有放射性廢水的進(jìn)水口和出水口;在分離時，陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　進(jìn)一步，多個所述處理單元連接構(gòu)成組合式膜堆，其中所述陰極室串聯(lián)連接、所述陽極室串聯(lián)連接。

　　進(jìn)一步，多個所述組合式膜堆連接使用時，設(shè)置一中轉(zhuǎn)水箱，所述中轉(zhuǎn)水箱上設(shè)置有一個進(jìn)水口和兩個出水口，該進(jìn)水口與上一組合式膜堆的所述陰極室的出水端連接，該兩個出水口分別連接下一組合式膜堆的所述陽極室和陰極室的進(jìn)水端，使每級組合式膜堆中對應(yīng)的陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　進(jìn)一步，在分離時，所述陽極室與所述陰極室中硼的平均濃度的比值不大于20。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案針對的是含有硼酸的放射性廢水，對其進(jìn)行除硼處理并且遵循不增加新的放射性廢水的原則，本發(fā)明的分離放射性廢水中硼的方法和裝置是利用了硼酸為一元弱酸，陰極室的硼酸根離子不斷沿陰極至陽極的方向遷移進(jìn)入陽極室，因此陽極室出水中硼酸的含量升高。放射性核素大部分以陽離子的形態(tài)存在，放射性核素沿陽極至陰極的方向移動，但陽極室中的放射性核素移動至離子交換膜邊界時，由于陽離子無法透過陰離子交換膜，因此陽極室中的陽離子無法進(jìn)入陰極室。最終的結(jié)果是陽極室出水中放射性核素的濃度與進(jìn)水中的濃度相同，陰極室出水中的放射性核素濃度與進(jìn)水中的濃度相同。

　　值得注意的是在分離過程中，要控制陽極室和陰極室中硼的濃度差在閾值之下，差值大于閾值時會嚴(yán)重影響分離硼的效果。

　　為了保證陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值不高過閾值，采用多級組合式膜堆處理的方式，在利用多個組合式膜堆分級處理時，可根據(jù)需要設(shè)置中轉(zhuǎn)水箱，利用中轉(zhuǎn)水箱來控制陽極室與陰極室中硼的平均濃度的比值。

　　提升放射性廢水的pH值能夠提高分離硼的效果。