申請(qǐng)日2015.09.07
公開(kāi)(公告)日2015.12.16
IPC分類(lèi)號(hào)G21F9/12
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法及反應(yīng)器。所述方法為通過(guò)攪拌使比重大于放射性廢水比重的吸附劑懸置分散在放射性廢水中，通過(guò)吸附劑吸附放射性廢水中的核素離子。所述反應(yīng)器內(nèi)腔的下部為吸附反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)器內(nèi)腔的上部為分離區(qū);所述吸附反應(yīng)區(qū)中設(shè)置有放射性廢水的入水口和攪拌裝置，所述分離區(qū)內(nèi)設(shè)置有將吸附劑留滯在反應(yīng)器內(nèi)的攔截裝置，所述攔截裝置的上方設(shè)置有處理后廢水的出水口。本發(fā)明將現(xiàn)有的固定床吸附改為流動(dòng)床吸附，可以選取粉末或者小顆粒的吸附劑以增加比表面積，通過(guò)攪拌在放射性廢水中來(lái)提高吸附劑與放射性廢水充分接觸，能夠快速地對(duì)大量放射性廢水進(jìn)行預(yù)處理。
摘要附圖
權(quán)利要求書(shū)
1.一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征在于，通過(guò)攪拌 使比重大于放射性廢水比重的吸附劑懸置分散在放射性廢水中，通過(guò)吸附劑吸 附放射性廢水中的核素離子。
2.如權(quán)利要求1所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，放射性廢水從入水口輸入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)腔中部的吸附反應(yīng)區(qū)放置 有吸附劑，攪拌使吸附劑懸置分散在吸附反應(yīng)區(qū)的放射性廢水中，吸附劑吸附 放射性廢水中的核素離子，處理后的廢水從出水口排出。
3.如權(quán)利要求2所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，放射性廢水的輸入和處理后廢水的排出連續(xù)進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求2所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，所述反應(yīng)器內(nèi)腔中吸附反應(yīng)區(qū)的上方還設(shè)置有用于將吸附劑留滯在反應(yīng) 器內(nèi)的攔截裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，所述攔截裝置為斜板過(guò)濾器。
6.如權(quán)利要求4所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，所述攔截裝置為鈦膜過(guò)濾器。
7.如權(quán)利要求4所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，所述攔截裝置包括相對(duì)上下配置的斜板過(guò)濾器和鈦膜過(guò)濾器，鈦膜過(guò)濾 器位于斜板過(guò)濾器的上方。
8.如權(quán)利要求6或7所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其 特征在于，所述反應(yīng)器還設(shè)置有所述鈦膜過(guò)濾器的清洗裝置，該清洗裝置包括 清洗泵和清洗頭，所述清洗泵吸取經(jīng)吸附劑處理后的廢水并由所述清洗頭對(duì)鈦 膜過(guò)濾器下表面進(jìn)行沖刷。
9.如權(quán)利要求8所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特征 在于，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器之下。
10.如權(quán)利要求8所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特 征在于，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器和所述斜板過(guò)濾器之間。
11.如權(quán)利要求2所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特 征在于，通過(guò)在所述吸附反應(yīng)區(qū)中設(shè)置機(jī)械攪拌裝置實(shí)現(xiàn)所述攪拌。
12.如權(quán)利要求2所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其特 征在于，利用水流擾動(dòng)所述吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性廢水水體來(lái)實(shí)現(xiàn)所述攪拌。
13.如權(quán)利要求12所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其 特征在于，所述反應(yīng)器還設(shè)置有水流攪拌裝置，該水流攪拌裝置包括攪拌泵和 射流攪拌器，其中，所述射流攪拌器設(shè)置在所述吸附反應(yīng)區(qū)中;所述攪拌泵吸 取吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性廢水，并將所吸取的廢水送至射流攪拌器由射流攪拌 器上的噴水口噴出，實(shí)現(xiàn)所述攪拌。
14.如權(quán)利要求13所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，其 特征在于，所述攪拌泵輸出端經(jīng)連接管道與所述射流攪拌器相接，所述連接管 道上設(shè)置有真空射流器，真空射流器的吸入口與吸附劑盛放容器相接，真空射 流器吸取吸附劑射流投加到所述吸附反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
15.一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器，其特征在于，反應(yīng) 器內(nèi)腔的下部為吸附反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)器內(nèi)腔的上部為分離區(qū);所述吸附反應(yīng)區(qū)中 設(shè)置有放射性廢水的入水口和攪拌裝置，所述攪拌裝置將比重大于廢水的吸附 劑懸置分散在放射性廢水中，所述分離區(qū)內(nèi)設(shè)置有將吸附劑留滯在反應(yīng)器內(nèi)的 攔截裝置，所述攔截裝置的上方設(shè)置有處理后廢水的出水口。
16.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述攔截裝置為斜板過(guò)濾器。
17.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述攔截裝置為鈦膜過(guò)濾器。
18.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述攔截裝置包括相對(duì)上下配置的斜板過(guò)濾器和鈦膜過(guò)濾器，所 述鈦膜過(guò)濾器位于斜板過(guò)濾器的上方。
19.如權(quán)利要求16或18所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng) 器，其特征在于，所述斜板過(guò)濾器設(shè)置一層或者多層，斜板過(guò)濾器由若干相互 平行的傾斜板間隔一定距離排布。
20.如權(quán)利要求17所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述反應(yīng)器還設(shè)置有鈦膜過(guò)濾器清洗裝置，該清洗裝置包括清洗 泵和清洗頭，所述清洗頭位于所述鈦膜過(guò)濾器下方，清洗頭通過(guò)管路連接所述 清洗泵，清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器之下。
21.如權(quán)利要求18所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述反應(yīng)器還設(shè)置有鈦膜過(guò)濾器清洗裝置，該清洗裝置包括清洗 泵和清洗頭，所述清洗頭位于所述鈦膜過(guò)濾器下方，清洗頭通過(guò)管路連接所述 清洗泵，清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器和所述斜板過(guò)濾器之間。
22.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述反應(yīng)器的底部呈向下逐漸縮小的錐形，所述入水口設(shè)置在反 應(yīng)器底部的錐形尖端處入水口。
23.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述攪拌裝置為機(jī)械攪拌裝置或水流攪拌裝置。
24.如權(quán)利要求23所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述水流攪拌裝置包括攪拌泵和射流攪拌器，其中，所述射流攪 拌器設(shè)置在所述吸附反應(yīng)區(qū)中;所述射流攪拌器通過(guò)管路依次連接所述攪拌泵 和反應(yīng)器的吸附反應(yīng)區(qū)，在攪拌泵的上游和下游管路上設(shè)置有第二、第三流量 控制閥門(mén)，攪拌泵吸取吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性廢水，并將所吸取的廢水送至射 流攪拌器由射流攪拌器噴出。
25.如權(quán)利要求24所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，連接所述攪拌泵輸出端和所述射流攪拌器的管路上設(shè)置有第四流 量控制閥門(mén)，與第四流量控制閥門(mén)并聯(lián)接入真空射流器，所述真空射流器的吸 入口通過(guò)管路與吸附劑盛放容器相接，且在該段管路上設(shè)置有第五流量控制閥 門(mén)，真空射流器吸取吸附劑射流投加到所述吸附反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
26.如權(quán)利要求24所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述射流攪拌器包括水平設(shè)置的橫管，該橫管兩端設(shè)置有水平噴 射的噴嘴，所述噴嘴的噴射方向相反且在橫管的軸向之外。
27.如權(quán)利要求26所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述噴嘴的噴射方向垂直于所述橫管的軸向。
28.如權(quán)利要求15所述的百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器， 其特征在于，所述反應(yīng)器的入水口上連接有供水主管路，在所述主管路上設(shè)置 有兩個(gè)分管路，第一分管路上連接有供料泵，放射性廢水由該供料泵推動(dòng)經(jīng)該 分管路和主管路進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)腔;第二分管路用于排放吸附劑顆粒;主管路上 設(shè)置有第六流量控制閥門(mén)，第一分管路上設(shè)有第七流量控制閥門(mén)，第二分管路 上設(shè)有第八流量控制閥門(mén)。
說(shuō)明書(shū)
一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法及反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及放射性廢水處理領(lǐng)域，尤其是一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射 性廢水的方法及反應(yīng)器。
背景技術(shù)
目前，放射性廢水處理領(lǐng)域所使用的吸附反應(yīng)器一般為固定床吸附反應(yīng)器， 這種反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括腔體1’，腔體1’內(nèi)填充有大顆粒的吸附 劑2’。工作時(shí)，放射性廢水沿圖中箭頭所示方向流動(dòng)，即從反應(yīng)器上端輸入腔 體1’，然后從吸附劑2’的間隙中向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中吸附劑2’與水中的 核素離子反應(yīng)，將其吸附，處理后的水從反應(yīng)器下端排出。
這種固定床吸附反應(yīng)器中的吸附劑粒徑通常較大，因此，吸附劑的比表面 積小、傳質(zhì)速度慢，過(guò)床流速慢，所需的反應(yīng)器體積大、重量大，在輻射防護(hù)、 運(yùn)輸、安裝等方面具有極大的困難。這種固定床吸附反應(yīng)器在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸和安 裝也都需要特種設(shè)備才能完成。例如：2011年日本福島第一核電站由超設(shè)計(jì)基 準(zhǔn)的海嘯引發(fā)重大核事故后，對(duì)事故后放射性廢水進(jìn)行處理的無(wú)機(jī)吸附工藝所 使用的即為固定床吸附反應(yīng)器。整個(gè)吸附工藝由4組裝置并聯(lián)組成，每組并聯(lián) 裝置又由6個(gè)模塊組成，即使采用了多組并聯(lián)、每組設(shè)置多個(gè)模塊的方式來(lái)降 低單個(gè)反應(yīng)器的體積，構(gòu)成主體模塊的單個(gè)反應(yīng)器的重量仍然重達(dá)90噸，防護(hù) 材料還額外增加15噸的重量。由于重量太大，為了運(yùn)輸該反應(yīng)器，只能利用世 界上掛載重量最大的運(yùn)輸機(jī)安124進(jìn)行運(yùn)輸。
若減小吸附劑粒徑，雖然會(huì)提高吸附效果，但吸附劑的間隙也將隨之減小， 放射性廢水流經(jīng)固定床的水頭損失增加，水頭損失增加到一定程度會(huì)使固定床 吸附反應(yīng)器無(wú)法正常工作。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一是提供一種適用于百萬(wàn)千 瓦級(jí)核電站放射性廢水預(yù)處理階段，能夠快速處理大批量放射性廢水的方法， 本發(fā)明的目的之二是提供一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的方法，通過(guò)攪拌使比重大于放射 性廢水比重的吸附劑懸置分散在放射性廢水中，通過(guò)吸附劑吸附放射性廢水中 的核素離子。
進(jìn)一步，放射性廢水從入水口輸入反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)腔中部的吸附反應(yīng) 區(qū)放置有吸附劑，攪拌使吸附劑懸置分散在吸附反應(yīng)區(qū)的放射性廢水中，吸附 劑吸附放射性廢水中的核素離子，處理后的廢水從出水口排出。
進(jìn)一步，放射性廢水的輸入和處理后廢水的排出連續(xù)進(jìn)行。
進(jìn)一步，所述反應(yīng)器內(nèi)腔中所述吸附反應(yīng)區(qū)的上方還設(shè)置有用于將吸附劑 留滯在反應(yīng)器內(nèi)的攔截裝置。
進(jìn)一步，所述攔截裝置為斜板過(guò)濾器。
進(jìn)一步，所述攔截裝置為鈦膜過(guò)濾器。
進(jìn)一步，所述攔截裝置包括相對(duì)上下配置的斜板過(guò)濾器和鈦膜過(guò)濾器，鈦 膜過(guò)濾器位于上方。
更進(jìn)一步，所述反應(yīng)器還設(shè)置有所述鈦膜過(guò)濾器的清洗裝置，該清洗裝置 包括清洗泵和清洗頭，所述清洗泵吸取放射性廢水并由所述清洗頭對(duì)鈦膜過(guò)濾 器下表面進(jìn)行沖刷，以使斜板過(guò)濾器濾出的吸附劑顆粒落回所述吸附反應(yīng)區(qū)。
再進(jìn)一步，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器之下。
再進(jìn)一步，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器和所述斜板過(guò)濾器之 間。
進(jìn)一步，通過(guò)在所述吸附反應(yīng)區(qū)中設(shè)置機(jī)械攪拌裝置實(shí)現(xiàn)所述攪拌。
進(jìn)一步，利用水流擾動(dòng)所述吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性廢水水體來(lái)實(shí)現(xiàn)所述攪 拌。
更進(jìn)一步，所述反應(yīng)器還設(shè)置有水流攪拌裝置，該水流攪拌裝置包括攪拌 泵和射流攪拌器，其中，所述射流攪拌器設(shè)置在所述吸附反應(yīng)區(qū)中;所述攪拌 泵吸取吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性廢水，并將所吸取的廢水送至射流攪拌器由射流 攪拌器上的噴水口噴出，實(shí)現(xiàn)所述攪拌。
進(jìn)一步，所述攪拌泵輸出端經(jīng)連接管道與所述射流攪拌器相接，所述連接 管道上設(shè)置有真空射流器，真空射流器的吸入口與吸附劑盛放容器相接，真空 射流器吸取吸附劑射流投加到所述吸附反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
一種百萬(wàn)千瓦級(jí)核電站處理放射性廢水的反應(yīng)器，該反應(yīng)器內(nèi)腔的下部為 吸附反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)器內(nèi)腔的上部為分離區(qū);所述吸附反應(yīng)區(qū)中設(shè)置有放射性廢 水的入水口和攪拌裝置，所述攪拌裝置將比重大于廢水的吸附劑懸置分散在放 射性廢水中，所述分離區(qū)內(nèi)設(shè)置有將吸附劑留滯在反應(yīng)器內(nèi)的攔截裝置，所述 攔截裝置的上方設(shè)置有處理后廢水的出水口。
進(jìn)一步，所述攔截裝置為斜板過(guò)濾器。
進(jìn)一步，所述攔截裝置為鈦膜過(guò)濾器。
進(jìn)一步，所述攔截裝置包括相對(duì)上下配置的斜板過(guò)濾器和鈦膜過(guò)濾器，所 述鈦膜過(guò)濾器位于斜板過(guò)濾器的上方。
進(jìn)一步，所述斜板過(guò)濾器設(shè)置一層或者多層，斜板過(guò)濾器由若干相互平行 的傾斜板間隔一定距離排布。
進(jìn)一步，所述反應(yīng)器還設(shè)置有鈦膜過(guò)濾器清洗裝置，該清洗裝置包括清洗 泵和清洗頭，所述清洗頭位于所述鈦膜過(guò)濾器下方，清洗頭通過(guò)管路連接所述 清洗泵，并在該管路上設(shè)置有第一流量控制閥門(mén)，清洗泵的吸入口連接在所述 反應(yīng)器上，從反應(yīng)器中吸取放射性廢水并由清洗頭噴出，以對(duì)鈦膜過(guò)濾器下表 面進(jìn)行沖刷。
進(jìn)一步，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器之下。
進(jìn)一步，所述清洗泵的吸水口位于所述鈦膜過(guò)濾器和所述斜板過(guò)濾器之間。
進(jìn)一步，所述反應(yīng)器的底部呈向下逐漸縮小的錐形，所述入水口設(shè)置在反 應(yīng)器底部的錐形尖端處，在停止進(jìn)水時(shí)，該入水口還能夠排出沉淀在反應(yīng)器內(nèi) 腔底部的吸附劑顆粒。
進(jìn)一步，所述攪拌裝置為機(jī)械攪拌裝置。
進(jìn)一步，所述攪拌裝置為水流攪拌裝置，所述水流攪拌裝置包括攪拌泵和 射流攪拌器，其中，所述射流攪拌器設(shè)置在所述吸附反應(yīng)區(qū)中;所述射流攪拌 器通過(guò)管路依次連接所述攪拌泵和反應(yīng)器的吸附反應(yīng)區(qū)，在攪拌泵的上游和下 游管路上設(shè)置有第二、第三流量控制閥門(mén)，攪拌泵吸取吸附反應(yīng)區(qū)中的放射性 廢水，并將所吸取的廢水送至射流攪拌器由射流攪拌器噴出，實(shí)現(xiàn)攪拌。
進(jìn)一步，連接所述攪拌泵輸出端和所述射流攪拌器的管路上設(shè)置有第四流 量控制閥門(mén)，與該閥門(mén)并聯(lián)接入真空射流器，所述真空射流器的吸入口通過(guò)管 路與吸附劑盛放容器相接，且在該段管路上設(shè)置有第五流量控制閥門(mén)，真空射 流器吸取吸附劑射流投加到所述吸附反應(yīng)區(qū)內(nèi)。
進(jìn)一步，所述射流攪拌器包括水平設(shè)置的橫管，該橫管兩端設(shè)置有水平噴 射的噴嘴，所述噴嘴的噴射方向相反且在橫管的軸向之外，由噴嘴射出的水流 推動(dòng)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的放射性廢水和吸附劑顆粒旋轉(zhuǎn)攪拌。
進(jìn)一步，所述噴嘴的噴射方向垂直于所述橫管的軸向。
進(jìn)一步，所述反應(yīng)器的入水口上連接有供水主管路，在所述主管路上設(shè)置 有兩個(gè)分管路，第一分管路上連接有供料泵，放射性廢水由該供料泵推動(dòng)經(jīng)該 分管路和主管路進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)腔;第二分管路用于排放吸附劑顆粒;主管路上 設(shè)置有第六流量控制閥門(mén)，第一分管路上設(shè)有第七流量控制閥門(mén)，第二分管路 上設(shè)有第八流量控制閥門(mén)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明將現(xiàn)有的固定床吸附改為流動(dòng)床吸附，可以選取粉末或者小顆 粒的吸附劑以增加比表面積，通過(guò)攪拌在放射性廢水中來(lái)提高吸附劑與放射性 廢水充分接觸，減少反應(yīng)時(shí)間，能夠快速地對(duì)大量放射性廢水進(jìn)行預(yù)處理;
(2)本發(fā)明中斜板過(guò)濾器利用層流原理縮短吸附劑的沉降距離，減少所需 要的沉降時(shí)間，提高吸附劑和水體的分離效果，減小反應(yīng)器的體積;利用鈦膜 過(guò)濾器攔截吸附劑，清洗裝置能夠在線清理鈦膜過(guò)濾器下表面的吸附劑，并使 其重新返回反應(yīng)區(qū)，無(wú)需停機(jī);
(3)本發(fā)明采用攪拌方式使比重大于放射性廢水的吸附劑懸置分散在放 射性廢水中。攪拌還可以有多種形式，如射流攪拌器、搖晃攪拌、插入攪棍攪 拌、向水體底部通入氣泡等等，只要達(dá)到吸附劑懸置分散的效果即可。射流攪 拌器上方向相反的噴嘴使吸附反應(yīng)區(qū)內(nèi)的放射性廢水與吸附劑旋轉(zhuǎn)攪拌，使吸 附劑可以分散在水中，當(dāng)噴嘴的噴射方向垂直于橫管的軸向時(shí)攪拌效果最佳; 射流攪拌器的管路上的真空射流器可產(chǎn)生的負(fù)壓，將吸附劑自動(dòng)加入反應(yīng)器中;
(4)本發(fā)明反應(yīng)器底部設(shè)置成錐形可以使沉底的吸附劑集中在錐形底部 的尖端，配合設(shè)置在尖端的入水口，在注入新的放射性廢水時(shí)可以提供上向流 速，使吸附劑再次懸浮、提高攪拌效果，在吸附劑失效時(shí)，還可以通過(guò)入水口 排出沉積的吸附劑。
