CN103714874B - 一种放射性含锶废水的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种放射性含锶废水的处理方法及装置；使水力旋流反应器中的放射性含锶废水与碳酸钙晶种、碳酸钠通过水力旋流搅拌进行化学反应，使碳酸锶在碳酸钙晶种表面沉积，形成大粒径密实的晶体颗粒物快速沉淀到水力旋流底部，以去除部分放射性锶离子；小颗粒的碳酸锶和晶种随上清液进入膜分离器，并与氯化铁反应，颗粒物经中空纤维膜分离后进一步去除放射性锶离子，使出水的放射性大幅度降低。该方法形成的颗粒物粒径大、结构密实、沉降性能好，有效克服了化学沉淀法去污因数低、产泥量大的缺点，也解决了膜分离工艺中膜污染严重的弊端，是一种经济实用的放射性含锶废水处理方法。

Description

一种放射性含锶废水的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种放射性废水处理技术，确切地说是从废水中去除放射性锶离子。

背景技术

放射性锶（⁹⁰Sr和⁸⁹Sr）是由²³⁵U和²³⁹Pu核裂变产生的，广泛存在于放射性废水中。2011年3月日本福岛核电站因地震引发放射性物质泄漏，排出的废水中含有大量的放射性锶。⁹⁰Sr半衰期长达28.9年，生物毒性强，聚集在人体骨骼内难以排出，因此需要将它从放射性废水中去除，以保护环境和人体健康。

化学沉淀法工艺流程简单，操作方便，运行费用低，适用于锶浓度为常量或微量的放射性废水处理；然而，化学沉淀法形成的污泥粒径小、沉降性能较差，因而该方法的污泥量产大，浓缩倍数（处理的放射性废水总体积与残余的放射性污泥体积之比）仅为10-20，而且去污因数（原水放射性锶活度浓度与出水放射性锶活度浓度的比值）仅为10-100，放射性废水中的锶离子去除率较低。化学沉淀-微滤（或超滤）组合工艺，虽然解决了化学沉淀法中固液分离困难的缺点，使浓缩倍数有了较大的提高，但其代价是造成严重的膜污染，而且去污因数增加的幅度有限。

采用化学沉淀法或者化学沉淀-微滤（或超滤）组合工艺处理放射性锶离子浓度较低的废水时，根据溶度积原理，为达到相同的放射性锶离子去除效果，需要显著增大沉淀剂的投加量。针对此问题，通常向放射性废水中投加非放射性的锶离子，利用放射性锶离子和非放射性锶离子具有相同化学性质的特点，使放射性锶离子和非放射性锶离子同时沉淀去除，从而减少沉淀剂的投加量。

与常规化学沉淀法相比，机械搅拌共沉淀法虽然提高了浓缩倍数和去污因数，但提高的幅度并不显著，而且增加的机械设备对辐射防护的要求提高，操作、维护、运行管理困难。反渗透技术除锶运行费用较高；离子交换和连续电除盐对废水含盐量有严格的限制，且前者会产生大量的放射性废树脂，造成后续固体废物处理困难、费用较高，而后者的耗电量较高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出了水力旋流搅拌和中空纤维膜分离联用的方法来去除废水中的放射性锶离子。采用水力旋流搅拌和微滤（或超滤）联用，费用低，操作简单方便，自动化程度高，既可以使含锶污泥形成大粒径、结构密实、沉降性能好的颗粒物，降低了后续微滤膜（或超滤膜）的污染，又提高了锶的去污因数和浓缩倍数，是一种经济实用的放射性废水除锶方法。

该方法使水力旋流反应器中的放射性含锶废水与碳酸钙晶种、碳酸钠通过水力旋流搅拌进行化学反应，使碳酸锶在碳酸钙晶种表面沉积，形成大粒径密实的晶体颗粒物快速沉淀到水力旋流底部，以去除部分放射性锶离子；小颗粒的碳酸锶和晶种随上清液进入膜分离器，并与氯化铁反应，颗粒物经中空纤维膜分离后进一步去除放射性锶离子，使出水的放射性大幅度降低。

本发明的技术方案如下：

一种放射性含锶废水的处理方法，步骤如下：

1）投加晶种：向水力旋流反应器一次性加入300-800mg/L提前制备的碳酸钙晶种，在水力旋流反应器排空前，不再投加晶种；

2）水力搅拌预处理：向水力旋流反应器投加1000mg/L的碳酸钠，使放射性废水中的锶离子与碳酸钙晶种、碳酸钠通过水力旋流搅拌生成大粒径密实颗粒物，沉积到水力旋流反应器底部；

3）处理的放射性废水进入膜分离器，同时投加以Fe³⁺计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌作用下继续反应生成颗粒物，经中空纤维膜分离后出水。

所述放射性废水中锶离子的质量浓度为5-10mg/L。

所述的放射性含锶废水在水力旋流反应器中的停留时间为45-60分钟。

所述的放射性含锶废水在膜分离器中的停留时间为45-60分钟。

本发明的放射性含锶废水的处理装置，废水储罐1经过提升泵2和进水流量计14连接到水力旋流反应器3锥体底部的进口，水力旋流反应器3上清液管道连接膜分离器6进口；膜分离器6内的中空纤维膜7出水管经过出水泵11和出水流量计16与电磁阀13连接；碳酸钠储药桶5经过碳酸钠加药泵4连接到水力旋流反应器3锥体底部的进药口，氯化铁储药桶10经过氯化铁加药泵9连接到膜分离器6的进药口，鼓风机8经过空气流量计15连接到膜分离器底部的进气口。液位计12安装在膜分离器6的上部。

所述的水力旋流反应器由锥体和圆柱体组成，锥角为38°±2°，锥体和圆柱体的体积比为1:3。

所述的中空纤维膜为水处理中常用的微滤膜或超滤膜。

本发明的有益效果在于：通过本发明的实施，能够显著提高放射性锶的去污因数和浓缩倍数，在提高锶去除效果的同时减少放射性废物的产量，减少放射性污染对环境和公众的潜在危害。基于该方法的反应器可以根据需要设计成固定式或移动式装置，设计规模也可以灵活选取，适用于核设施含锶废水处理以及突发核污染时废水的应急处理，应用前景广阔，环境效益显著。

附图说明

图1：为本发明:实验装置图。

图中：1-废水储罐；2-提升泵；3-水力旋流反应器；4-碳酸钠加药泵；5-碳酸钠储药桶；6-膜分离器；7-中空纤维微膜；8-鼓风机；9-氯化铁加药泵；10-氯化铁储药桶；11-出水泵；12-液位计；13-电磁阀；14-进水流量计；15-空气流量计；16-出水流量计。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明的保护范围。

本发明实例的装置见附图。废水储罐尺寸Φ×H=1100×2150mm；水力旋流反应器底部为锥体，锥角38°，高度260mm；上部为圆柱体Φ×H=200×300mm；膜分离器Φ×H=120×150mm，装有1个中空纤维微滤膜组件，公称孔径为0.22μm，有效面积为0.5m²，进水泵和出水泵为蠕动泵，进水、出水、空气流量计均为转子流量计。装置采用PLC（可编程控制器）控制、全自动运行，PLC采用通用技术编程。装置为每天24h连续运行，其中水力旋流反应器为连续进水，膜分离器为间歇出水，在每10分钟的循环中，出水9分钟，空曝气1分钟。

具体操作过程为：装置启动时前，向模拟放射性废水储罐1中投加氯化锶，配制设定浓度的模拟放射性含锶废水。装置启动时，向水力旋流反应器3一次性投加提前制备的碳酸钙晶种。然后在PLC控制下，提升泵2从废水储罐1抽吸含锶废水，水流沿切向进入水力旋流反应器3的底部，同时碳酸钠加药泵4将碳酸钠储药桶5中的碳酸钠加入水力旋流反应器3底部，含锶废水、晶种和碳酸钠在水力旋流搅拌作用下相互碰撞、反应，形成大粒径、密实、沉降性能好的颗粒物，逐渐沉淀到水力旋流反应器3的底部，上清液自流进入膜分离器6。为减缓中空纤维微膜7的污染，鼓风机8向膜分离器6曝气以提供空气搅拌，同时氯化铁加药泵9将氯化铁储药桶10中的氯化铁加入膜分离器6，使混合液中的小颗粒物进一步反应形成大颗粒絮凝体，经中空纤维微膜7分离、出水泵11抽吸后出水。液位计12用于控制出水泵11的启停和电磁阀13的启闭。进水流量计14用于控制水力旋流反应器的进水流量，空气流量计14用于控制膜分离器6的曝气量，出水流量计15用于控制中空纤维膜7的出水流量。

实施例1：装置的流量为16.6L/h，总停留时间为90分钟，其中水力旋流反应器的停留时间为45分钟，膜分离器的水力停留时间为45分钟。利用该装置处锶浓度为5mg/L的模拟放射性含锶废水。实验启动时向水力旋流反应器中投加300mg/L提前制备的碳酸钙晶种；实验中碳酸钠投加量为1000mg/L、氯化铁投加量为3.0mg/L（以Fe³⁺计）时，出水锶质量浓度稳定在5μg/L。该工艺的浓缩倍数为3150，去污因数为1000。

实施例2：装置的流量为12.5L/h，总停留时间为120分钟，其中水力旋流反应器的停留时间为60分钟，膜分离器的水力停留时间为60分钟。利用该装置处理锶浓度为10mg/L的模拟放射性含锶废水。实验启动时向水力旋流反应器中投加800mg/L提前制备的碳酸钙晶种；实验中碳酸钠投加量为1000mg/L、氯化铁投加量为3.0mg/L（以Fe³⁺计）时，出水锶质量浓度稳定在7μg/L。该工艺的浓缩倍数为3400，去污因数为1400。

实施例3：装置的流量为15L/h，总停留时间为100分钟，其中水力旋流反应器的停留时间为50分钟，膜分离器的水力停留时间为50分钟。利用该装置处理锶浓度为8mg/L的模拟放射性含锶废水。实验启动时向水力旋流反应器中投加500mg/L提前制备的碳酸钙晶种；实验中碳酸钠投加量为1000mg/L、氯化铁投加量为3.0mg/L（以Fe³⁺计）时，出水锶质量浓度稳定在6μg/L。该工艺的浓缩倍数为3200，去污因数为1300。

实施例4：装置的流量为16.6L/h，总停留时间为90分钟，其中水力旋流反应器的停留时间为45分钟，膜分离器的水力停留时间为45分钟。利用该装置处锶浓度为5mg/L的模拟放射性含锶废水。实验启动时向水力旋流反应器中投加300mg/L提前制备的碳酸钙晶种；实验中碳酸钠投加量为1000mg/L、不投加氯化铁时，出水锶质量浓度稳定在7μg/L。该工艺的浓缩倍数为2800，去污因数为710。

Claims (7)

1.一种放射性含锶废水的处理方法，其特征是步骤如下：

1)投加晶种：向水力旋流反应器一次性加入300-800mg/L提前制备的碳酸钙晶种，在水力旋流反应器排空前，不再投加晶种；

2)水力搅拌预处理：向水力旋流反应器投加1000mg/L的碳酸钠，使放射性废水中的锶离子与碳酸钙晶种、碳酸钠通过水力旋流搅拌生成大粒径密实颗粒物，沉积到水力旋流反应器底部；

3)处理的放射性废水进入膜分离器，同时投加以Fe³⁺计的铁盐3.0mg/L，在曝气搅拌作用下继续反应生成颗粒物，经中空纤维膜分离后出水。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是放射性废水中锶离子的质量浓度为5-10mg/L。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的放射性含锶废水在水力旋流反应器中的停留时间为45-60分钟。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的放射性含锶废水在膜分离器中的停留时间为45-60分钟。

5.实现权利要求1的放射性含锶废水的处理装置，其特征是废水储罐(1)经过提升泵(2)和进水流量计(14)连接到水力旋流反应器(3)锥体底部的进口，水力旋流反应器(3)上清液管道连接膜分离器(6)进口；膜分离器(6)内的中空纤维膜(7)出水管经过出水泵(11)和出水流量计(16)与电磁阀(13)连接；碳酸钠储药桶(5)经过碳酸钠加药泵(4)连接到水力旋流反应器(3)锥体底部的进药口，氯化铁储药桶(10)经过氯化铁加药泵(9)连接到膜分离器(6)的进药口，鼓风机(8)经过空气流量计(15)连接到膜分离器底部的进气口；液位计(12)安装在膜分离器(6)的上部。

6.如权利要求5所述的装置，其特征是所述的水力旋流反应器由锥体和圆柱体组成，锥角为38°±2°，锥体和圆柱体的体积比为1:3。

7.如权利要求5所述的装置，其特征是所述的中空纤维膜为水处理中常用的微滤膜或超滤膜。