申请日2015.11.03
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号G21F9/12
摘要
本发明公开了一种分离放射性废水中硼的方法：1)设置一个处理单元，处理单元中配备一电场，在其阳极和阴极之间设置一个阴离子交换膜，阴离子交换膜与阳极之间构成阳极室，阴离子交换膜与阴极之间构成阴极室;2)在阳极室内填充强酸性阳离子交换树脂，在阴极室内填充强碱性阴离子交换树脂;3)向阴极室和阳极室内通入放射性废水，阴极室中的硼酸根离子在电场的作用下迁移至阳极室，从而分离阴极室内放射性废水中的硼;在分离过程中，控制阳极室中硼的平均浓度/阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。将含硼放射性废水分离为高含硼放射性废液和低含硼放射性废液。本发明还公开了一种分离放射性废水中硼的装置。
权利要求书
1.一种分离放射性废水中硼的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1)设置一个处理单元，在该处理单元中配备一电场，在该电场的阳极和阴极之间设置一个垂直于该电场方向的阴离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳极之间构成阳极室，阴离子交换膜与所述阴极之间构成阴极室;
步骤2)在所述阳极室内填充强酸性阳离子交换树脂，在所述阴极室内填充强碱性阴离子交换树脂;
步骤3)向阴极室和阳极室内通入放射性废水，阴极室中的硼酸根离子在电场的作用下迁移至阳极室，从而分离阴极室内放射性废水中的硼;
在分离过程中，控制阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
2.如权利要求1所述的分离放射性废水中硼的方法，其特征在于，调节进入所述步骤3)中的放射性废水的PH值至9以上。
3.如权利要求1所述的分离放射性废水中硼的方法，其特征在于，重复步骤1)至步骤2)设置多个所述处理单元，将处理单元的阳极室串联连接，将处理单元的阴极室串联连接，构成组合式膜堆;从所述组合式膜堆一端向所述阳极室通入放射性废水，从组合式膜堆另一端向所述阴极室通入放射性废水。
4.如权利要求3所述的分离放射性废水中硼的方法，其特征在于，以Ca表示所述阴极室最初进水中的硼浓度，Cb表示要求达到的硼净化液中的硼浓度，Cc表示所述阳极室最初进水中的硼浓度，Cd表示要求达到的硼浓缩液中的硼浓度，其中Ca=Cc，令：
m=Cd/Ca
n=Cc/Cb
p=max(m,n)
若p≥35则需要设置多个所述组合式膜堆分级处理，其中下一级组合式膜堆中阳极室和阴极室的入水取自上一级组合式膜堆中阴极室的出水。
5.如权利要求1所述的分离放射性废水中硼的方法，其特征在于，控制每个所述处理单元内阳极室与阴极室的硼的平均浓度的比值不大于20。
6.一种实现上述方法的分离放射性废水中硼的装置，其特征在于，该装置包括至少一个处理单元，所述处理单元中设置一个电场，在形成该电场的阳极和阴极之间设置一个垂直于电场方向的阴离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳极之间构成阳极室，阴离子交换膜与所述阴极之间构成阴极室，所述阳极室内填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴极室内填充有强碱性阴离子交换树脂，阴极室和阳极室均设置有放射性废水的进水口和出水口;在分离时，阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
7.如权利要求6所述的分离放射性废水中硼的装置，其特征在于，多个所述处理单元连接构成组合式膜堆，其中所述阴极室串联连接、所述阳极室串联连接。
8.如权利要求7所述的分离放射性废水中硼的装置，其特征在于，多个所述组合式膜堆连接使用时，设置一中转水箱，所述中转水箱上设置有一个进水口和两个出水口，该进水口与上一组合式膜堆的所述阴极室的出水端连接，该两个出水口分别连接下一组合式膜堆的所述阳极室和阴极室的进水端，使每级组合式膜堆中对应的阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
9.如权利要求6所述的分离放射性废水中硼的装置，其特征在于，在分离时，所述阳极室与所述阴极室中硼的平均浓度的比值不大于20。
说明书
一种分离放射性废水中硼的方法及装置
技术领域
本发明涉及放射性废水处理领域，尤其是一种分离放射性废水中硼的方法，以及一种分离放射性废水中硼的装置。
背景技术
在传统压水堆核电厂中采用硼进行反应性化学补偿控制，硼浓度的调节是由化学容积控制系统(简称化容系统)完成的。电厂运行期间，由于调硼和化容下泄操作频繁，产生大量含硼废液。排出的硼废液通过硼回收系统浓缩和净化后，在电厂内回用。
在美国AP1000核电站的设计中取消了硼回收系统，冷却剂流出液中的硼基本上全部排入厂址环境受纳水体。
硼酸具有急性毒性、慢性毒性和生殖毒性，进入水体中会影响生态环境及人类健康。由于内陆电厂的循环冷却水的稀释能力远小于沿海电厂，且受纳水体为宝贵的淡水资源，因此，内陆厂址需严格控制排放废液中硼的含量。
目前可采用除硼的工艺主要有蒸发、化学沉淀、离子交换、反渗透等。蒸发为二代加核电站硼回收系统采用的除硼工艺，其优点是工艺成熟，工程运行经验多，缺点是占地面积大、能耗高、浓缩液中放射性核素活度高;离子交换对硼有较高的去污因子，但目前市场上的离子交换树脂对硼的工作交换容量都较低，处理含硼废液会产生大量的废树脂，这些废树脂后续的处理处置是个难题;反渗透法为海水淡化中除硼的主要工艺，为了保证除硼效率，反渗透除硼需调节硼溶液进水pH值，由于核电站产生的含硼废液中硼的浓度很高，调节pH值需加入大量碱，造成二次污染，且反渗透膜会对核素和硼同时截留，同样会在浓水侧造成放射性核素的累积。同时，反渗透对硼酸的截留效果远低于其它离子，在硼的去污因子和浓缩倍数之间构成矛盾。当提高浓缩倍数时，反渗透对硼的去污因子降低。在典型的反渗透系统中，当回收率达到80%以上时，硼的去除率不足30%。
优异的含硼放射性废液处理技术在处理含硼放射性废液时，一方面应在硼的分离方面能够获得高的浓缩倍数和净化因子，另外一方面能够保证硼的浓缩液中核素离子的含量尽可能地低，便于硼浓缩液的后续处理。本发明的方法和装置即提供了这样的途径。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种分离放射性废水中硼的方法，将含硼放射性废水分离为高含硼放射性废液和低含硼放射性废液两种液体，与此同时不改变放射性核素在上述两种液体中的分配，即高含硼放射性废液中不会产生放射性核素的累积;本发明的目的之二是提供一种在上述方法中使用的分离放射性废水中硼的装置。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种分离放射性废水中硼的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1)设置一个处理单元，在该处理单元中配备一电场，在该电场的阳极和阴极之间设置一个垂直于该电场方向的阴离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳极之间构成阳极室，阴离子交换膜与所述阴极之间构成阴极室;
步骤2)在所述阳极室内填充强酸性阳离子交换树脂，在所述阴极室内填充强碱性阴离子交换树脂;
步骤3)向阴极室和阳极室内通入放射性废水，阴极室中的硼酸根离子在电场的作用下迁移至阳极室，从而分离阴极室内放射性废水中的硼;
在分离过程中，控制阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
进一步，调节进入所述步骤3)中的放射性废水的PH值至9以上。
进一步，重复步骤1)至步骤2)设置多个所述处理单元，将处理单元的阳极室串联连接，将处理单元的阴极室串联连接，构成组合式膜堆;从所述组合式膜堆一端向所述阳极室通入放射性废水，从组合式膜堆另一端向所述阴极室通入放射性废水。
进一步，以Ca表示所述阴极室最初进水中的硼浓度，Cb表示要求达到的硼净化液中的硼浓度，Cc表示所述阳极室最初进水中的硼浓度，Cd表示要求达到的硼浓缩液中的硼浓度，其中Ca=Cc，令：
m=Cd/Ca
n=Cc/Cb
p=max(m,n)
若p≥35则需要设置多个所述组合式膜堆分级处理，其中下一级组合式膜堆中阳极室和阴极室的入水取自上一级组合式膜堆中阴极室的出水。
进一步，控制每个所述处理单元内阳极室与阴极室的硼的平均浓度的比值不大于20。
一种实现上述方法的分离放射性废水中硼的装置，该装置包括至少一个处理单元，所述处理单元中设置一个电场，在形成该电场的阳极和阴极之间设置一个垂直于电场方向的阴离子交换膜，所述阴离子交换膜与所述阳极之间构成阳极室，阴离子交换膜与所述阴极之间构成阴极室，所述阳极室内填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴极室内填充有强碱性阴离子交换树脂，阴极室和阳极室均设置有放射性废水的进水口和出水口;在分离时，阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
进一步，多个所述处理单元连接构成组合式膜堆，其中所述阴极室串联连接、所述阳极室串联连接。
进一步，多个所述组合式膜堆连接使用时，设置一中转水箱，所述中转水箱上设置有一个进水口和两个出水口，该进水口与上一组合式膜堆的所述阴极室的出水端连接，该两个出水口分别连接下一组合式膜堆的所述阳极室和阴极室的进水端，使每级组合式膜堆中对应的阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不大于35。
进一步，在分离时，所述阳极室与所述阴极室中硼的平均浓度的比值不大于20。
本发明的技术方案针对的是含有硼酸的放射性废水，对其进行除硼处理并且遵循不增加新的放射性废水的原则，本发明的分离放射性废水中硼的方法和装置是利用了硼酸为一元弱酸，阴极室的硼酸根离子不断沿阴极至阳极的方向迁移进入阳极室，因此阳极室出水中硼酸的含量升高。放射性核素大部分以阳离子的形态存在，放射性核素沿阳极至阴极的方向移动，但阳极室中的放射性核素移动至离子交换膜边界时，由于阳离子无法透过阴离子交换膜，因此阳极室中的阳离子无法进入阴极室。最终的结果是阳极室出水中放射性核素的浓度与进水中的浓度相同，阴极室出水中的放射性核素浓度与进水中的浓度相同。
值得注意的是在分离过程中，要控制阳极室和阴极室中硼的浓度差在阈值之下，差值大于阈值时会严重影响分离硼的效果。
为了保证阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值不高过阈值，采用多级组合式膜堆处理的方式，在利用多个组合式膜堆分级处理时，可根据需要设置中转水箱，利用中转水箱来控制阳极室与阴极室中硼的平均浓度的比值。
提升放射性废水的pH值能够提高分离硼的效果。
