阅读说明：本技术 电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法 (System and method for treating high-concentrated-salt radioactive waste liquid through electric membrane driving ) 是由 陈定 李志全 何俊旗 于 2019-12-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法,其中系统包括浓水箱、淡水箱和电驱膜设备,浓水箱通过浓水管线与电驱膜设备连接形成浓水循环,淡水箱通过淡水管线与电驱膜设备连接形成淡水循环,浓水箱通过极水管线与电驱膜设备连接形成极水循环。其中方法包括如下步骤：将废液分别泵入浓水箱和淡水箱,使淡水箱中的废液在淡水箱与淡水室之间形成淡水循环,使浓水箱中的废液在浓水箱与浓水室和极水室之间分别形成浓水循环和极水循环,使所述电驱膜设备开始工作,直至废液被处理至目标水平。其目的是为了提供一种电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法,其能够有效避免极水的污染,从而能够避免产生二次放射性废液。(The invention discloses a system and a method for treating high-concentration radioactive waste liquid by using an electrically-driven membrane, wherein the system comprises a concentrated water tank, a fresh water tank and electrically-driven membrane equipment, the concentrated water tank is connected with the electrically-driven membrane equipment through a concentrated water pipeline to form concentrated water circulation, the fresh water tank is connected with the electrically-driven membrane equipment through a fresh water pipeline to form fresh water circulation, and the concentrated water tank is connected with the electrically-driven membrane equipment through an electrode water pipeline to form electrode water circulation. The method comprises the following steps: and respectively pumping the waste liquid into the concentrated water tank and the fresh water tank, so that fresh water circulation is formed between the fresh water tank and the fresh water chamber by the waste liquid in the concentrated water tank, and concentrated water circulation and polar water circulation are respectively formed between the concentrated water tank and the concentrated water chamber and between the concentrated water chamber and the polar water chamber by the waste liquid in the concentrated water tank, and the electrically-driven membrane equipment starts to work until the waste liquid is treated to a target level. The system and the method for treating the high-concentrated-salt radioactive waste liquid by using the electrically driven membrane can effectively avoid the pollution of polar water, so that secondary radioactive waste liquid can be prevented from being generated.)

电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法

技术领域

本发明涉及废液处理领域，特别是涉及一种用于处理高浓盐放射性废液的系统及方法。

背景技术

电驱膜技术是利用离子交换膜的选择透过性使得带电离子在直流电场的作用下发生定向迁移的过程，具有能耗低、效率高等显著特点，电渗析就是一种很常见的电驱膜技术。在放射性废液处理中，电驱膜技术已经在实验室得到了部分应用，例如中国辐射防护研究院曾采用两级两段式循环电渗析设备处理放射性废物焚烧工艺的NaCl含量为4.68％的模拟废液，最终获得的淡水的盐浓度仅为186mg·L^-1，浓缩液中的含盐量高达86g·L^-1。

以电渗析为主的电驱膜设备从结构上可以分为浓水室、淡水室以及极水室，其工作原理如图1所示，在所加的直流电场的作用下，离子向与之电荷相反的电极迁移，在向电极的迁移过程中，阳离子(+)会被阴离子交换膜A阻挡；而阴离子(一)会被阳离子交换膜C阻挡。其结果是在膜的一侧产生离子的浓缩液，而在另一侧产生离子的淡化液。料液流经浓水室后变为浓缩液，料液流经淡水室后变为淡化液，极水室流经电极液(也称为极水)。

通常电驱膜设备采用的电极液为硫酸钠溶液，在处理常规废液过程中，该溶液在极水室中循环，带走极板产生的热量，并为电流传递过程提供充足的离子强度。然而由于极水室与淡水室和浓水室之间仅由离子交换膜隔离，在运行过程中难免会发生料液中待处理目标离子迁移进入极水的情况，如果迁移的离子为核素离子，即会造成极水的放射性沾污，成为二次放射性废液。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法，其能够有效避免极水的污染，从而能够避免产生二次放射性废液。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，包括浓水箱、淡水箱和电驱膜设备，所述浓水箱通过浓水管线与电驱膜设备连接形成浓水循环，所述淡水箱通过淡水管线与电驱膜设备连接形成淡水循环，所述浓水箱通过极水管线与电驱膜设备连接形成极水循环。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述浓水管线、淡水管线和极水管线均与排空管线连接。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述浓水管线包括第一浓水管线和第二浓水管线，所述第一浓水管线和第二浓水管线均连接于浓水箱与电驱膜设备的浓水室之间，所述浓水循环的方向为从浓水箱出发依次经第一浓水管线、电驱膜设备的浓水室和第二浓水管线后再回到浓水箱，所述第一浓水管线上设有浓水循环泵和浓水阀门，所述第二浓水管线上也设有浓水阀门。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一浓水管线和第二浓水管线上均设有pH传感器、电导率传感器和压力表，所述第一浓水管线上还设有第一流量计，所述浓水箱上设有液位传感器。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述淡水管线包括第一淡水管线和第二淡水管线，所述第一淡水管线和第二淡水管线均连接于淡水箱与电驱膜设备的淡水室之间，所述淡水循环的方向为从淡水箱出发依次经第一淡水管线、电驱膜设备的淡水室和第二淡水管线后再回到淡水箱，所述第一淡水管线上设有淡水循环泵和淡水阀门，所述第二淡水管线上也设有淡水阀门。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一淡水管线和第二淡水管线上均设有pH传感器、电导率传感器和压力表，所述第一淡水管线上设有第二流量计，所述淡水箱上设有液位传感器。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述极水管线包括第一极水管线和第二极水管线，所述第一极水管线的一端连接于第一浓水管线上，所述第一极水管线的另一端连接于电驱膜设备的极水室上，所述第一极水管线的一端位于浓水循环泵和第一流量计之间，所述浓水循环泵位于第一极水管线的一端与浓水箱之间的第一浓水管线上，所述第一浓水管线上的第一流量计、pH传感器、电导率传感器和压力表位于第一极水管线的一端与电驱膜设备之间，所述第二极水管线连接于电驱膜设备的极水室和浓水箱之间，所述极水循环的方向为从浓水箱出发依次经第一浓水管线的一部分、第一极水管线、电驱膜设备的极水室和第二极水管线后再回到浓水箱。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一极水管线上设有极水阀门、第三流量计、压力表和温度传感器，所述第二极水管线上设有温度传感器。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一极水管线和第二极水管线均设为并联布置的两条，所述电驱膜设备的极水室设为两个，每个所述极水室的两端分别连接有一条第一极水管线和一条第二极水管线，所述第一浓水管线、第一淡水管线和第一极水管线均与所述排空管线连接，所述排空管线上设有排空阀门。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液方法，包括如下步骤：

将待处理的废液分别泵入浓水箱和淡水箱，

打开淡水循环泵，使淡水箱中的废液在淡水箱与电驱膜设备的淡水室之间形成淡水循环，

打开浓水循环泵，调节浓水阀门和极水阀门进行水量分配，使所述浓水箱中的废液在浓水箱与电驱膜设备的浓水室和极水室之间分别形成浓水循环和极水循环，

打开所述电驱膜设备的电源，使所述电驱膜设备开始工作，直至浓水箱中的废液和淡水箱中的废液被处理至目标水平。

本发明电驱膜处理高浓盐放射性废液系统及方法与现有技术不同之处在于本发明利用浓缩液(即浓水箱中的废液)作为极水，该方法能够有效避免极水的污染，从而避免产生二次放射性废液。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中的电驱膜设备的工作原理图；

图2为本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统的结构示意图；

图3为本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液方法的流程图。

具体实施方式

如图2所示，本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统包括浓水箱2、淡水箱14和电驱膜设备9，所述浓水箱2通过浓水管线与电驱膜设备9连接形成浓水循环，所述淡水箱14通过淡水管线与电驱膜设备9连接形成淡水循环，所述浓水箱2通过极水管线与电驱膜设备9连接形成极水循环。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述浓水管线、淡水管线和极水管线均与排空管线20连接。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述浓水管线包括第一浓水管线4和第二浓水管线10，所述第一浓水管线4和第二浓水管线10均连接于浓水箱2与电驱膜设备9的浓水室之间，所述浓水循环的方向为从浓水箱2出发依次经第一浓水管线4、电驱膜设备9的浓水室和第二浓水管线10后再回到浓水箱2，所述第一浓水管线4上设有浓水循环泵3和浓水阀门，所述第二浓水管线10上也设有浓水阀门。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一浓水管线4和第二浓水管线10上均设有pH传感器6、电导率传感器7和压力表8，所述第一浓水管线4上还设有第一流量计5，所述浓水箱2上设有液位传感器1。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述淡水管线包括第一淡水管线12和第二淡水管线15，所述第一淡水管线12和第二淡水管线15均连接于淡水箱14与电驱膜设备9的淡水室之间，所述淡水循环的方向为从淡水箱14出发依次经第一淡水管线12、电驱膜设备9的淡水室和第二淡水管线15后再回到淡水箱14，所述第一淡水管线12上设有淡水循环泵13和淡水阀门，所述第二淡水管线15上也设有淡水阀门。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一淡水管线12和第二淡水管线15上均设有pH传感器6、电导率传感器7和压力表8，所述第一淡水管线12上设有第二流量计11，所述淡水箱14上设有液位传感器1。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述极水管线包括第一极水管线16和第二极水管线19，所述第一极水管线16的一端连接于第一浓水管线4上(即第一极水管线16的一端通过第一浓水管线4与浓水箱2相连)，所述第一极水管线16的另一端连接于电驱膜设备9的极水室上，所述第一极水管线16的一端位于浓水循环泵3和第一流量计5之间，所述浓水循环泵3位于第一极水管线16的一端与浓水箱2之间的第一浓水管线4上，所述第一浓水管线4上的第一流量计5、pH传感器6、电导率传感器7和压力表8位于第一极水管线16的一端与电驱膜设备9之间，所述第二极水管线19连接于电驱膜设备9的极水室和浓水箱2之间，所述极水循环的方向为从浓水箱2出发依次经第一浓水管线4的一部分、第一极水管线16、电驱膜设备9的极水室和第二极水管线19后再回到浓水箱2。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一极水管线16上设有极水阀门、第三流量计17、压力表8和温度传感器18，所述第二极水管线19上设有温度传感器18。

本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液系统，其中所述第一极水管线16和第二极水管线19均设为并联布置的两条，所述电驱膜设备9的极水室设为两个，每个所述极水室的两端分别连接有一条第一极水管线16和一条第二极水管线19，所述第一浓水管线4、第一淡水管线12和第一极水管线16均与所述排空管线20连接，所述排空管线20上设有排空阀门。

本发明中的浓水阀门、淡水阀门和极水阀门用于调整循环流量大小，用于分配各循环水量。

本发明中的流量计用于监测循环流量数据，配合浓水阀门、淡水阀门和极水阀门进行流量调节。

本发明中的pH传感器6、电导率传感器7及压力表8为常规监测手段，用于判断电驱膜设备9的运行状况。

本发明中的温度传感器18，用于监测极水温度变化情况，一旦极水温度出现异常波动，报警提示甚至停运设备，避免发生潜在的危险。

如图3所示，本发明中的电驱膜处理高浓盐放射性废液方法，包括如下步骤：

将待处理的废液分别泵入浓水箱2和淡水箱14，

打开淡水循环泵13，使淡水箱14中的废液在淡水箱14与电驱膜设备9的淡水室之间形成淡水循环，

打开浓水循环泵3，调节浓水阀门和极水阀门进行水量分配，使所述浓水箱2中的废液在浓水箱2与电驱膜设备9的浓水室和极水室之间分别形成浓水循环和极水循环，

打开所述电驱膜设备9的电源，使所述电驱膜设备9开始工作，直至浓水箱2中的废液和淡水箱14中的废液被处理至目标水平。

本发明利用浓缩液(即浓水箱2中的废液)作为极水(即电极液)，该方法能够有效避免极水的污染，从而避免产生二次放射性废液。

本发明利用浓水箱2中浓缩液(即浓水箱2中的废液)作为电极板极水，代替原有极水，避免了原有极水在循环过程中受到放射性物质的污染，从而避免二次放射性废液的产生。本发明中能够采用浓缩液替代极水，首先需要浓缩液的浓度达到较高的水平，能够提供充足的电流密度，其次需要浓缩液中不含有易在电极板上沉积造成电极中毒的离子成分。

由于放射性废液通常为序批处理，本发明中的循环模式能够有效避免极水温度的升高，可进一步取消为极水降温的换热装置，使系统更为简洁。

本发明中，淡水箱14和浓水箱2中放射性废液体积根据目标浓缩倍数进行设置，例如当目标浓缩液倍数为10时，浓水箱2和淡水箱14体积比为1:10。通常情况下，需要保证浓水循环流量和淡水循环流量保持一致。需注意本发明仅能适用于不含有较高易沉淀或者较高易产生极板中毒的放射性废液的处理。

本发明的有益效果为：本发明能够有效避免由于使用以硫酸钠作为代表的极水带来的二次放射性废液产生情况。

下面以处理浓度为含0.1mol/L硝酸的放射性废液为例进行说明：

如图2所示，首先将废液分别注入浓水箱2和淡水箱14，浓水箱2和淡水箱14中废液体积分别为1m³和10m³。然后打开淡水循环泵13，调节淡水流量为10m³/h，再打开浓水循环泵3，调节浓水循环流量为10m³/h，两个极水室的循环流量均为1.5m³/h。然后打开电驱膜设备9的电源，进行废液处理。

随着运行时间的增长，可通过浓水室入口以及淡水室入口电导率传感器7和pH传感器6共同判断是否达到废液处理终点。在正常运行5h后，达标废液中淡水中硝酸浓度为0.01mol/L，浓水中硝酸浓度为1mol/L。

在运行过程中，极水室进出口温度计能检测到微弱温差，低于1℃，当极水回到浓水箱2中后，热量进一步消耗。在正常序批处理该批次放射性废液时，5h可将废液处理至达标水平，该1m³的浓缩液升温不超过5℃，在可承受范围内。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。