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)明公開了一種加長流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法包括：1)設(shè)置膜堆，在該膜堆中交替排布若干個陽極和陰極，相鄰的陽極和陰極構(gòu)成一電場，在陽極和陰極之間設(shè)置陽離子交換膜和陰離子交換膜，形成陰極室、陽極室和淡水室;2)在陽極室、陰極室和淡水室內(nèi)填充離子交換樹脂;3)分別串聯(lián)膜堆內(nèi)的陰極室、陽極室和淡水室構(gòu)成三條流道，向這三條流道內(nèi)通入放射性廢水，淡水室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，淡水室中的核素離子遷移至陰極室，從而分離淡水室內(nèi)放射性廢水中的硼和放射性核素;在分離過程中，控制處于同一電場的陽極室與淡水室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種加長流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

　　步驟1)設(shè)置膜堆，在該膜堆中交替排布若干個間隔一定距離的陽極和陰極，由相鄰的所述陽極和所述陰極構(gòu)成一電場，在該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于電場方向的陽離子交換膜和陰離子交換膜，所述陽離子交換膜靠近陰極，與該陰極之間構(gòu)成陰極室，所述陰離子交換膜靠近陽極，與該陽極之間構(gòu)成陽極室，陽離子交換膜與陰離子交換膜之間構(gòu)成淡水室;

　　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，在所述淡水室內(nèi)填充有混合離子交換樹脂;

　　步驟3)串聯(lián)陰極室、串聯(lián)陽極室、串聯(lián)淡水室構(gòu)成三條流道，向這三條流道內(nèi)通入放射性廢水，淡水室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，淡水室中的核素離子遷移至陰極室，從而分離淡水室內(nèi)放射性廢水中的硼和放射性核素;

　　在分離過程中，控制處于同一電場的陽極室與淡水室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，控制處于同一電場的所述陽極室與所述淡水室中硼的平均濃度的比值不大于20。

　　3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)進入所述步驟3)中的放射性廢水的pH值至9以上。

　　4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中所述放射性廢水在所述淡水室中流向與在所述陽極室和所述陰極室中流向相反，且垂直于所述電場的方向。

　　5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，串聯(lián)了所述陽極室的流道和串聯(lián)了所述陰極室的流道的入水取自串聯(lián)了所述淡水室的流道的出水。

　　6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在經(jīng)過預(yù)定數(shù)量的所述陽極室后，向下一陽極室中通入硼濃度低于該陽極室的放射性廢水，來控制在同一電場的陽極室與淡水室中硼的平均濃度的比值。

　　說明書

　　一種加長流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及放射性廢水處理領(lǐng)域，尤其是一種采用加長流道來分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法。

　　背景技術(shù)

　　在傳統(tǒng)壓水堆核電廠中采用硼進行反應(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;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)硼溶液進水pH值，由于硼酸為一元弱酸，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)回收率達到80%以上時，硼的去除率不足30%。

　　在進行含硼放射性廢液的處理時，可能會有不同的需求，除了硼的分離需求，還可能有放射性核素的分離要求。本發(fā)明所提供的方法可將含硼放射性廢水分離為三股液流：低硼含量、低放射性含量的液流;高硼含量、低放射性含量的液流和低硼含量、高放射性含量的液流。除此之外，還可以將上述三種液流中的任意兩股液流進行摻混，以滿足不同的分離需求。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種加長流道的分離放射性廢水中硼的方法，將含硼放射性廢水分離為三股液流：低硼含量、低放射性含量的液流;高硼含量、低放射性含量的液流和低硼含量;高放射性含量的液流。

　　為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

　　一種加長流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法，該方法包括如下步驟：

　　步驟1)設(shè)置膜堆，在該膜堆中交替排布若干個間隔一定距離的陽極和陰極，由相鄰的所述陽極和所述陰極構(gòu)成一電場，在該電場的陽極和陰極之間設(shè)置一個垂直于電場方向的陽離子交換膜和陰離子交換膜，所述陽離子交換膜靠近陰極，與該陰極之間構(gòu)成陰極室，所述陰離子交換膜靠近陽極，與該陽極之間構(gòu)成陽極室，陽離子交換膜與陰離子交換膜之間構(gòu)成淡水室;

　　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，在所述淡水室內(nèi)填充有混合離子交換樹脂;

　　步驟3)串聯(lián)陰極室、串聯(lián)陽極室、串聯(lián)淡水室構(gòu)成三條流道，向這三條流道內(nèi)通入放射性廢水，淡水室中的硼酸根離子在電場的作用下遷移至陽極室，淡水室中的核素離子遷移至陰極室，從而分離淡水室內(nèi)放射性廢水中的硼和放射性核素;

　　在分離過程中，控制處于同一電場的陽極室與淡水室中硼的平均濃度的比值不大于35。

　　進一步，控制處于同一電場的所述陽極室與所述淡水室中硼的平均濃度的比值不大于20。

　　進一步，調(diào)節(jié)進入所述步驟3)中的放射性廢水的pH值至9以上。

　　進一步，所述步驟3)中所述放射性廢水在所述淡水室中流向與在所述陽極室和所述陰極室中流向相反，且垂直于所述電場的方向。

　　進一步，串聯(lián)了所述陽極室的流道和串聯(lián)了所述陰極室的流道的入水取自串聯(lián)了所述淡水室的流道的出水。

　　進一步，在經(jīng)過預(yù)定數(shù)量的所述陽極室后，向下一陽極室中通入硼濃度低于該陽極室的放射性廢水，來控制在同一電場的陽極室與淡水室中硼的平均濃度的比值。

　　本發(fā)明分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法利用了硼酸為一元弱酸，含硼放射性廢液首先進入淡水室，在電場的作用下，水中以離子態(tài)形式存在的硼酸根離子不斷沿陰極至陽極的方向遷移進入陽極室，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，淡水室中放射性核素沿陽極至陰極的方向遷移進入陰極室，由于陽離子無法透過陰離子交換膜，陰離子無法透過陽離子交換膜，因此陽極室中的陽離子和陰極室中的陰離子均無法進入淡水室。最終的結(jié)果是陽極室出水中流出高硼含量、低放射性含量的液流;陰極室出水中流出低硼含量、高放射性含量的液流;淡水室出水中流出低硼含量、低放射性含量的液流。

　　值得注意的是在分離過程中，必須要控制陽極室中硼的平均濃度與淡水室中硼的平均濃度的比值，該比值不應(yīng)大于35，優(yōu)選的是不大于20。

　　提升放射性廢水的PH值能夠提高分離硼的效果。