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一種加長(zhǎng)流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法與流程

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一種加長(zhǎng)流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法與制造工藝
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(zhǎng)流道來(lái)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(jìn)行反應(yīng)性化學(xué)補(bǔ)償控制,硼濃度的調(diào)節(jié)是由化學(xué)容積控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱化容系統(tǒng))完成的。電廠運(yùn)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(guò)硼回收系統(tǒng)濃縮和凈化后,在電廠內(nèi)回用。在美國(guó)AP1000核電站的設(shè)計(jì)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(jìn)入水體中會(huì)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(yuǎn)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(diǎn)是工藝成熟,工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)多,缺點(diǎn)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(duì)硼有較高的去污因子,但目前市場(chǎng)上的離子交換樹(shù)脂對(duì)硼的工作交換容量都較低,處理含硼廢液會(huì)產(chǎn)生大量的廢樹(shù)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(jìn)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(huì)對(duì)核素和硼同時(shí)截留,同樣會(huì)在濃水側(cè)造成放射性核素的累積。同時(shí),反滲透對(duì)硼酸的截留效果遠(yuǎn)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(shí),反滲透對(duì)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(dá)到80%以上時(shí),硼的去除率不足30%。在進(jìn)行含硼放射性廢液的處理時(shí),可能會(huì)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(jìn)行摻混,以滿足不同的分離需求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種加長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種加長(zhǎng)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(gè)間隔一定距離的陽(yáng)極和陰極,由相鄰的所述陽(yáng)極和所述陰極構(gòu)成一電場(chǎng),在該電場(chǎng)的陽(yáng)極和陰極之間設(shè)置一個(gè)垂直于電場(chǎng)方向的陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜,所述陽(yáng)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(yáng)極,與該陽(yáng)極之間構(gòu)成陽(yáng)極室,陽(yáng)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(yáng)極室內(nèi)填充強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,在所述陰極室內(nèi)填充強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂,在所述淡水室內(nèi)填充有混合離子交換樹(shù)脂;步驟3)串聯(lián)陰極室、串聯(lián)陽(yáng)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(chǎng)的作用下遷移至陽(yáng)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(guò)程中,控制處于同一電場(chǎng)的陽(yáng)極室與淡水室中硼的平均濃度的比值不大于35。進(jìn)一步,控制處于同一電場(chǎng)的所述陽(yáng)極室與所述淡水室中硼的平均濃度的比值不大于20。進(jìn)一步,調(diào)節(jié)進(jìn)入所述步驟3)中的放射性廢水的pH值至9以上。進(jìn)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(yáng)極室和所述陰極室中流向相反,且垂直于所述電場(chǎng)的方向。進(jìn)一步,串聯(lián)了所述陽(yáng)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(jìn)一步,在經(jīng)過(guò)預(yù)定數(shù)量的所述陽(yáng)極室后,向下一陽(yáng)極室中通入硼濃度低于該陽(yáng)極室的放射性廢水,來(lái)控制在同一電場(chǎng)的陽(yáng)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(jìn)入淡水室,在電場(chǎng)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(yáng)極的方向遷移進(jìn)入陽(yáng)極室,因此陽(yáng)極室出水中硼酸 的含量升高。放射性核素大部分以陽(yáng)離子的形態(tài)存在,淡水室中放射性核素沿陽(yáng)極至陰極的方向遷移進(jìn)入陰極室,由于陽(yáng)離子無(wú)法透過(guò)陰離子交換膜,陰離子無(wú)法透過(guò)陽(yáng)離子交換膜,因此陽(yáng)極室中的陽(yáng)離子和陰極室中的陰離子均無(wú)法進(jìn)入淡水室。最終的結(jié)果是陽(yáng)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(guò)程中,必須要控制陽(yáng)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。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明中加長(zhǎng)流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素中膜堆的示意圖;圖2為向圖1中所示膜堆中通入放射性廢水的示意圖。具體實(shí)施方式下面,參考附圖,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的說(shuō)明,附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而,本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式,并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是,提供這些實(shí)施例,從而使本發(fā)明全面和完整,并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。為了易于說(shuō)明,在這里可以使用諸如“上”、“下”“左”“右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ),用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是,除了圖中示出的方位之外,空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如,如果圖中的裝置被倒置,被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此,示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位),這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。如圖1和圖2所示本發(fā)明一種加長(zhǎng)流道的分離放射性廢水中硼和放射性核素的方法,該方法利用了硼酸為一元弱酸,在水中存在如下的解離平衡:由于絕大多數(shù)的放射性核素均以陽(yáng)離子的形式存在,因此有可能根據(jù)離子荷電性質(zhì)的差異,實(shí)現(xiàn)硼和核素離子的分離。如圖1和圖2所示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有兩個(gè)陽(yáng)極1和兩個(gè)陰極2,陽(yáng)極1和陰極2之間間隔一定的距離,相鄰的陽(yáng)極1和陰極2構(gòu)成一電場(chǎng),在該電場(chǎng)的陽(yáng)極1和陰極2之間設(shè)置一個(gè)垂直于電場(chǎng)方向的陽(yáng)離子交換膜3和陰離子交換膜4,陽(yáng)離子交換膜3靠近陰極2,且與陰極2之間構(gòu)成陰極室7,陰離子交換膜4靠近陽(yáng)極1,且與陽(yáng)極1之間構(gòu)成陽(yáng)極室6,陽(yáng)離子交換膜3與陰離子交換膜4之間構(gòu)成淡水室5;步驟2)在陽(yáng)極室6內(nèi)填充強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂,在陰極室7內(nèi)填充強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂,在淡水室5內(nèi)填充有摻雜了強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的混合離子交換樹(shù)脂;步驟3)分別串聯(lián)膜堆內(nèi)的陰極室7、陽(yáng)極室6和淡水室5構(gòu)成三條流道,向這三條流道通入放射性廢水,其中,放射性廢水從A端通入淡水室5,經(jīng)過(guò)三個(gè)淡水室5后從D端流出,取部分從D端流出的水從E端和F端通入陽(yáng)極室6和陰極室7中,通入陽(yáng)極室6的水在經(jīng)過(guò)三個(gè)陽(yáng)極室6后從B端流出,通入陰極室7的水再經(jīng)過(guò)三個(gè)陰極室7后從C端流出,淡水室5中的硼酸根離子在電場(chǎng)的作用下向陽(yáng)極1移動(dòng),透過(guò)陰離子交換膜4后遷移至陽(yáng)極室6,淡水室5中的核素離子在電場(chǎng)的作用下向陰極2移動(dòng),透過(guò)陽(yáng)離子交換膜3遷移至陰極室7,從而分離淡水室5內(nèi)放射性廢水中的硼和放射性核素;在分離過(guò)程中,控制處于同一電場(chǎng)的陽(yáng)極室6與淡水室5中硼的平均濃度的比值不大于35,優(yōu)選的不大于20。具體的控制方法可以是在經(jīng)過(guò)預(yù)定數(shù)量的陽(yáng)極室6后,向下一陽(yáng)極室6中通入硼濃度低于該陽(yáng)極室6的放射性廢水,來(lái)控制同一電場(chǎng)的陽(yáng)極室6與淡水室5中硼的平均濃度的比值。還可以調(diào)節(jié)進(jìn)入所述步驟3)中的放射性廢水的pH值至9以上,以增加分離效果。例如:在20℃條件下,500mg/L的硼酸溶液中,不同pH值條件下以離子態(tài)形式存在的硼含量占硼總量的百分比如下(表1):溶液的pH值5.2979.2411B(OH)4-占硼總量的百分比,%0.0110.5725098.3從表1中可以看出,常溫下未調(diào)節(jié)pH值的情況下,硼酸在水中的解離程度很低,因此高濃度硼酸的導(dǎo)電能力不強(qiáng)。通入陰極室和陽(yáng)極室中的放射性廢水的PH值在9以上,可以增加分離效果。下面給出具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2):*ND表示未檢出,利用PlasmaQuad2plus型ICP-MS儀器對(duì)Cs+、Co2+和Sr2+進(jìn)行檢測(cè),其檢測(cè)限分別為1、2、5ng/L。表2給出的試驗(yàn)結(jié)果中,所有淡水室出水和陰極室出水中,只有一個(gè)水樣中檢測(cè)到了極低濃度的Co2+,其它水樣中Cs+、Sr2+、Co2+均未檢出,這說(shuō)明在所發(fā)明的裝置中進(jìn)水中低濃度的核素離子可以得到充分的凈化。陽(yáng)極室出水中檢測(cè)到的Cs+、Sr2+、Co2+的濃度均較低,通過(guò)物料衡算可以發(fā)現(xiàn),本試驗(yàn)中的Cs+、Sr2+、Co2+均未達(dá)到物料平衡,其原因是大部分的Cs+、Sr2+、Co2+都滯留在了陰極室。由于進(jìn)水中的Cs+、Sr2+、Co2+濃度低而陰極室中所填充的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)核素離子的吸附容量較大,因此陰極室需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)(幾十到幾百個(gè)小時(shí))。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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