[发明专利]一种处理放射性废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用反渗透和连续电除盐来处理放射性废水的方法。 

背景技术

以往，对核工业领域的放射性污染废水进行处理时，通常采用传统工艺：蒸发＋离子交换。在这种传统工艺中，放射性废水经过两级蒸发处理后，冷凝液进入离子交换树脂床进行精处理，以满足环境排放要求；蒸残液中富集了大量的核素，经固定化处理后，进行长期地质储存；富集了大量核素的放射性废离子交换树脂，经固定化处理后，进行长期地质储存。传统工艺的优点在于：技术成熟，去污能力强。缺点在于：能耗高；放射性废树脂量大；设备庞大，投资高，操作条件差，腐蚀结垢等问题严重。 

膜技术的兴起，为放射性废水处理提供了新的选择。超滤技术虽然难以去除溶解性的核素离子，但是可以去除水中存在的细微悬浮物、胶体物质、以及部分大分子有机物，由此去除被胶体或颗粒物夹带，或者与大分子有机物形成络合物的核素离子。美国的一些研究者利用超滤技术可去除水中胶体态的Co，去除效率达到90％；通过向水中添加大分子络合剂，可以去除部分锕系元素。反渗透、纳滤技术可以去除离子态的核素离子，但是对进水水质有较高的要求。通常情况下，需根据放射性废水的水质特征，设计具有针对性的膜集成系统。例如美国Nine Mile Point核电站，建立了两级反渗透+离子交换床系统。加拿大原子能有限公司AECL Chalk Rive实验室开发了处理能力达到2200m³/年的微滤+反渗透系统，该系统主要包括错流微滤、一级反渗透（卷式膜）和二级反渗透（管式膜）。美国Savannah后处理厂采取微滤+离子交换+活性炭+反渗透+离子交换工艺，净化后的水直接排放，浓缩液蒸发处理。其它应用膜集成系统的核设施如美国Pilgrim核电站，主要工艺包括活性炭过滤+袋滤+反渗透预过滤+反渗透+光氧化+离子交换；美国Wolf Creek核电站，主要工艺包括超滤+反渗透+离子交换；美国Dresden核电站，主要工艺包括超滤+反渗透+离子交换。中国台湾核能研究所开发了三级反渗透+离子交换，以确保水质达标。台湾亚炬企业股份有限公司开发了移动式的放射性废水处理系统，该系统采用了超滤+反渗透+离子交换的工艺组合。 

利用膜法处理放射性废水，其基本工艺为预处理+反渗透+离子交换。由于反渗透不能确保最终液态流出物的放射性活度满足环境排放要求，必须采用离 子交换单元作为精处理单元。核工业中树脂为一次性使用，不再生，这样不可避免会产生大量的放射性废树脂，而放射性废树脂的处理与处置是核工业的一个难题。放射性废物小量化是核工业中放射性废水处理的基本原则，放射性废树脂的小量化是核工业中放射性废物小量化的重要内容。因此，研究开发新型技术，提高去除效率的同时，降低放射性二次废物，特别是放射性废树脂的产生量，是非常有意义的。 

放射性废水处理不同于常规的水处理，难度较大，主要表现在以下几个方面：1）放射性核素离子的质量浓度极低，处理难度大。以⁹⁰Sr和¹³⁷Cs为例，放射性活度为10Bq/L（环境排放要求），对应的核素质量浓度分别为2.0×10^-13mg/L和3.0×10^-13mg/L。将水中某类金属离子处理到如此低的水平，超出了常规水处理技术的能力。2）尽可能降低放射性废物的量。无论采取哪种处理方法，实质上是将放射性核素浓缩富集到液体介质或者固体介质中。液体介质如膜工艺的浓水，蒸发工艺的蒸残液；固体介质如离子交换树脂。这些物质最终经固化后成为放射性废物，进行长期地质储存。放射性“三废”处理的一个重要原则就是放射性废物最小化。因此，放射性废水处理过程中，对二次废物产生量的要求，要远远高于常规的水处理。3）应同时考虑放射性条件下的设备可操作性与可维护维修性、燃料动力消耗等。 

由此，本发明提出以反渗透＋连续电除盐技术为核心的放射性污染废水处理新方法。目前国内外的连续电除盐技术均以去除水中的强弱电介质、制造高品质的超纯水作为目标，无法直接应用于核工业的放射性废水处理。这是因为：在放射性废水中，核素离子的浓度往往比常规非放射性离子的浓度低4-5个数量级，商用的连续电除盐膜堆内填充的树脂对放射性核素没有很强的选择性，电流绝大部分用于水中非放射性离子的去除，对核素离子的去除效率不高，有效电流利用率低，淡水出水的水质不能满足要求。 

发明内容