申请日2015.09.07
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号G21F9/12
摘要
本发明公开了一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法及反应器。所述方法为通过搅拌使比重大于放射性废水比重的吸附剂悬置分散在放射性废水中，通过吸附剂吸附放射性废水中的核素离子。所述反应器内腔的下部为吸附反应区，反应器内腔的上部为分离区;所述吸附反应区中设置有放射性废水的入水口和搅拌装置，所述分离区内设置有将吸附剂留滞在反应器内的拦截装置，所述拦截装置的上方设置有处理后废水的出水口。本发明将现有的固定床吸附改为流动床吸附，可以选取粉末或者小颗粒的吸附剂以增加比表面积，通过搅拌在放射性废水中来提高吸附剂与放射性废水充分接触，能够快速地对大量放射性废水进行预处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征在于，通过搅拌 使比重大于放射性废水比重的吸附剂悬置分散在放射性废水中，通过吸附剂吸 附放射性废水中的核素离子。
2.如权利要求1所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，放射性废水从入水口输入反应器内，反应器内腔中部的吸附反应区放置 有吸附剂，搅拌使吸附剂悬置分散在吸附反应区的放射性废水中，吸附剂吸附 放射性废水中的核素离子，处理后的废水从出水口排出。
3.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，放射性废水的输入和处理后废水的排出连续进行。
4.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，所述反应器内腔中吸附反应区的上方还设置有用于将吸附剂留滞在反应 器内的拦截装置。
5.如权利要求4所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，所述拦截装置为斜板过滤器。
6.如权利要求4所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，所述拦截装置为钛膜过滤器。
7.如权利要求4所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，所述拦截装置包括相对上下配置的斜板过滤器和钛膜过滤器，钛膜过滤 器位于斜板过滤器的上方。
8.如权利要求6或7所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其 特征在于，所述反应器还设置有所述钛膜过滤器的清洗装置，该清洗装置包括 清洗泵和清洗头，所述清洗泵吸取经吸附剂处理后的废水并由所述清洗头对钛 膜过滤器下表面进行冲刷。
9.如权利要求8所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特征 在于，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器之下。
10.如权利要求8所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特 征在于，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器和所述斜板过滤器之间。
11.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特 征在于，通过在所述吸附反应区中设置机械搅拌装置实现所述搅拌。
12.如权利要求2所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其特 征在于，利用水流扰动所述吸附反应区中的放射性废水水体来实现所述搅拌。
13.如权利要求12所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其 特征在于，所述反应器还设置有水流搅拌装置，该水流搅拌装置包括搅拌泵和 射流搅拌器，其中，所述射流搅拌器设置在所述吸附反应区中;所述搅拌泵吸 取吸附反应区中的放射性废水，并将所吸取的废水送至射流搅拌器由射流搅拌 器上的喷水口喷出，实现所述搅拌。
14.如权利要求13所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，其 特征在于，所述搅拌泵输出端经连接管道与所述射流搅拌器相接，所述连接管 道上设置有真空射流器，真空射流器的吸入口与吸附剂盛放容器相接，真空射 流器吸取吸附剂射流投加到所述吸附反应区内。
15.一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器，其特征在于，反应 器内腔的下部为吸附反应区，反应器内腔的上部为分离区;所述吸附反应区中 设置有放射性废水的入水口和搅拌装置，所述搅拌装置将比重大于废水的吸附 剂悬置分散在放射性废水中，所述分离区内设置有将吸附剂留滞在反应器内的 拦截装置，所述拦截装置的上方设置有处理后废水的出水口。
16.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述拦截装置为斜板过滤器。
17.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述拦截装置为钛膜过滤器。
18.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述拦截装置包括相对上下配置的斜板过滤器和钛膜过滤器，所 述钛膜过滤器位于斜板过滤器的上方。
19.如权利要求16或18所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应 器，其特征在于，所述斜板过滤器设置一层或者多层，斜板过滤器由若干相互 平行的倾斜板间隔一定距离排布。
20.如权利要求17所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述反应器还设置有钛膜过滤器清洗装置，该清洗装置包括清洗 泵和清洗头，所述清洗头位于所述钛膜过滤器下方，清洗头通过管路连接所述 清洗泵，清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器之下。
21.如权利要求18所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述反应器还设置有钛膜过滤器清洗装置，该清洗装置包括清洗 泵和清洗头，所述清洗头位于所述钛膜过滤器下方，清洗头通过管路连接所述 清洗泵，清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器和所述斜板过滤器之间。
22.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述反应器的底部呈向下逐渐缩小的锥形，所述入水口设置在反 应器底部的锥形尖端处入水口。
23.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述搅拌装置为机械搅拌装置或水流搅拌装置。
24.如权利要求23所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述水流搅拌装置包括搅拌泵和射流搅拌器，其中，所述射流搅 拌器设置在所述吸附反应区中;所述射流搅拌器通过管路依次连接所述搅拌泵 和反应器的吸附反应区，在搅拌泵的上游和下游管路上设置有第二、第三流量 控制阀门，搅拌泵吸取吸附反应区中的放射性废水，并将所吸取的废水送至射 流搅拌器由射流搅拌器喷出。
25.如权利要求24所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，连接所述搅拌泵输出端和所述射流搅拌器的管路上设置有第四流 量控制阀门，与第四流量控制阀门并联接入真空射流器，所述真空射流器的吸 入口通过管路与吸附剂盛放容器相接，且在该段管路上设置有第五流量控制阀 门，真空射流器吸取吸附剂射流投加到所述吸附反应区内。
26.如权利要求24所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述射流搅拌器包括水平设置的横管，该横管两端设置有水平喷 射的喷嘴，所述喷嘴的喷射方向相反且在横管的轴向之外。
27.如权利要求26所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述喷嘴的喷射方向垂直于所述横管的轴向。
28.如权利要求15所述的百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器， 其特征在于，所述反应器的入水口上连接有供水主管路，在所述主管路上设置 有两个分管路，第一分管路上连接有供料泵，放射性废水由该供料泵推动经该 分管路和主管路进入反应器内腔;第二分管路用于排放吸附剂颗粒;主管路上 设置有第六流量控制阀门，第一分管路上设有第七流量控制阀门，第二分管路 上设有第八流量控制阀门。
说明书
一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法及反应器
技术领域
本发明涉及放射性废水处理领域，尤其是一种百万千瓦级核电站处理放射 性废水的方法及反应器。
背景技术
目前，放射性废水处理领域所使用的吸附反应器一般为固定床吸附反应器， 这种反应器的结构如图1所示，包括腔体1’，腔体1’内填充有大颗粒的吸附 剂2’。工作时，放射性废水沿图中箭头所示方向流动，即从反应器上端输入腔 体1’，然后从吸附剂2’的间隙中向下流动，在流动过程中吸附剂2’与水中的 核素离子反应，将其吸附，处理后的水从反应器下端排出。
这种固定床吸附反应器中的吸附剂粒径通常较大，因此，吸附剂的比表面 积小、传质速度慢，过床流速慢，所需的反应器体积大、重量大，在辐射防护、 运输、安装等方面具有极大的困难。这种固定床吸附反应器在现场的运输和安 装也都需要特种设备才能完成。例如：2011年日本福岛第一核电站由超设计基 准的海啸引发重大核事故后，对事故后放射性废水进行处理的无机吸附工艺所 使用的即为固定床吸附反应器。整个吸附工艺由4组装置并联组成，每组并联 装置又由6个模块组成，即使采用了多组并联、每组设置多个模块的方式来降 低单个反应器的体积，构成主体模块的单个反应器的重量仍然重达90吨，防护 材料还额外增加15吨的重量。由于重量太大，为了运输该反应器，只能利用世 界上挂载重量最大的运输机安124进行运输。
若减小吸附剂粒径，虽然会提高吸附效果，但吸附剂的间隙也将随之减小， 放射性废水流经固定床的水头损失增加，水头损失增加到一定程度会使固定床 吸附反应器无法正常工作。
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适用于百万千 瓦级核电站放射性废水预处理阶段，能够快速处理大批量放射性废水的方法， 本发明的目的之二是提供一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的方法，通过搅拌使比重大于放射 性废水比重的吸附剂悬置分散在放射性废水中，通过吸附剂吸附放射性废水中 的核素离子。
进一步，放射性废水从入水口输入反应器内，反应器内腔中部的吸附反应 区放置有吸附剂，搅拌使吸附剂悬置分散在吸附反应区的放射性废水中，吸附 剂吸附放射性废水中的核素离子，处理后的废水从出水口排出。
进一步，放射性废水的输入和处理后废水的排出连续进行。
进一步，所述反应器内腔中所述吸附反应区的上方还设置有用于将吸附剂 留滞在反应器内的拦截装置。
进一步，所述拦截装置为斜板过滤器。
进一步，所述拦截装置为钛膜过滤器。
进一步，所述拦截装置包括相对上下配置的斜板过滤器和钛膜过滤器，钛 膜过滤器位于上方。
更进一步，所述反应器还设置有所述钛膜过滤器的清洗装置，该清洗装置 包括清洗泵和清洗头，所述清洗泵吸取放射性废水并由所述清洗头对钛膜过滤 器下表面进行冲刷，以使斜板过滤器滤出的吸附剂颗粒落回所述吸附反应区。
再进一步，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器之下。
再进一步，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器和所述斜板过滤器之 间。
进一步，通过在所述吸附反应区中设置机械搅拌装置实现所述搅拌。
进一步，利用水流扰动所述吸附反应区中的放射性废水水体来实现所述搅 拌。
更进一步，所述反应器还设置有水流搅拌装置，该水流搅拌装置包括搅拌 泵和射流搅拌器，其中，所述射流搅拌器设置在所述吸附反应区中;所述搅拌 泵吸取吸附反应区中的放射性废水，并将所吸取的废水送至射流搅拌器由射流 搅拌器上的喷水口喷出，实现所述搅拌。
进一步，所述搅拌泵输出端经连接管道与所述射流搅拌器相接，所述连接 管道上设置有真空射流器，真空射流器的吸入口与吸附剂盛放容器相接，真空 射流器吸取吸附剂射流投加到所述吸附反应区内。
一种百万千瓦级核电站处理放射性废水的反应器，该反应器内腔的下部为 吸附反应区，反应器内腔的上部为分离区;所述吸附反应区中设置有放射性废 水的入水口和搅拌装置，所述搅拌装置将比重大于废水的吸附剂悬置分散在放 射性废水中，所述分离区内设置有将吸附剂留滞在反应器内的拦截装置，所述 拦截装置的上方设置有处理后废水的出水口。
进一步，所述拦截装置为斜板过滤器。
进一步，所述拦截装置为钛膜过滤器。
进一步，所述拦截装置包括相对上下配置的斜板过滤器和钛膜过滤器，所 述钛膜过滤器位于斜板过滤器的上方。
进一步，所述斜板过滤器设置一层或者多层，斜板过滤器由若干相互平行 的倾斜板间隔一定距离排布。
进一步，所述反应器还设置有钛膜过滤器清洗装置，该清洗装置包括清洗 泵和清洗头，所述清洗头位于所述钛膜过滤器下方，清洗头通过管路连接所述 清洗泵，并在该管路上设置有第一流量控制阀门，清洗泵的吸入口连接在所述 反应器上，从反应器中吸取放射性废水并由清洗头喷出，以对钛膜过滤器下表 面进行冲刷。
进一步，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器之下。
进一步，所述清洗泵的吸水口位于所述钛膜过滤器和所述斜板过滤器之间。
进一步，所述反应器的底部呈向下逐渐缩小的锥形，所述入水口设置在反 应器底部的锥形尖端处，在停止进水时，该入水口还能够排出沉淀在反应器内 腔底部的吸附剂颗粒。
进一步，所述搅拌装置为机械搅拌装置。
进一步，所述搅拌装置为水流搅拌装置，所述水流搅拌装置包括搅拌泵和 射流搅拌器，其中，所述射流搅拌器设置在所述吸附反应区中;所述射流搅拌 器通过管路依次连接所述搅拌泵和反应器的吸附反应区，在搅拌泵的上游和下 游管路上设置有第二、第三流量控制阀门，搅拌泵吸取吸附反应区中的放射性 废水，并将所吸取的废水送至射流搅拌器由射流搅拌器喷出，实现搅拌。
进一步，连接所述搅拌泵输出端和所述射流搅拌器的管路上设置有第四流 量控制阀门，与该阀门并联接入真空射流器，所述真空射流器的吸入口通过管 路与吸附剂盛放容器相接，且在该段管路上设置有第五流量控制阀门，真空射 流器吸取吸附剂射流投加到所述吸附反应区内。
进一步，所述射流搅拌器包括水平设置的横管，该横管两端设置有水平喷 射的喷嘴，所述喷嘴的喷射方向相反且在横管的轴向之外，由喷嘴射出的水流 推动反应区内的放射性废水和吸附剂颗粒旋转搅拌。
进一步，所述喷嘴的喷射方向垂直于所述横管的轴向。
进一步，所述反应器的入水口上连接有供水主管路，在所述主管路上设置 有两个分管路，第一分管路上连接有供料泵，放射性废水由该供料泵推动经该 分管路和主管路进入反应器内腔;第二分管路用于排放吸附剂颗粒;主管路上 设置有第六流量控制阀门，第一分管路上设有第七流量控制阀门，第二分管路 上设有第八流量控制阀门。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明将现有的固定床吸附改为流动床吸附，可以选取粉末或者小颗 粒的吸附剂以增加比表面积，通过搅拌在放射性废水中来提高吸附剂与放射性 废水充分接触，减少反应时间，能够快速地对大量放射性废水进行预处理;
(2)本发明中斜板过滤器利用层流原理缩短吸附剂的沉降距离，减少所需 要的沉降时间，提高吸附剂和水体的分离效果，减小反应器的体积;利用钛膜 过滤器拦截吸附剂，清洗装置能够在线清理钛膜过滤器下表面的吸附剂，并使 其重新返回反应区，无需停机;
(3)本发明采用搅拌方式使比重大于放射性废水的吸附剂悬置分散在放 射性废水中。搅拌还可以有多种形式，如射流搅拌器、摇晃搅拌、插入搅棍搅 拌、向水体底部通入气泡等等，只要达到吸附剂悬置分散的效果即可。射流搅 拌器上方向相反的喷嘴使吸附反应区内的放射性废水与吸附剂旋转搅拌，使吸 附剂可以分散在水中，当喷嘴的喷射方向垂直于横管的轴向时搅拌效果最佳; 射流搅拌器的管路上的真空射流器可产生的负压，将吸附剂自动加入反应器中;
(4)本发明反应器底部设置成锥形可以使沉底的吸附剂集中在锥形底部 的尖端，配合设置在尖端的入水口，在注入新的放射性废水时可以提供上向流 速，使吸附剂再次悬浮、提高搅拌效果，在吸附剂失效时，还可以通过入水口 排出沉积的吸附剂。
