[发明专利]含水有机废物处理的设备和方法

说明书

本发明涉及用于含水有机废物处理的方法和设备，特别是用于但并非排他性地用于含有已经在水中被分散、乳化或溶解的有机成分和大量有机废物的含水废物。本发明特别地但并非排他性地可应用于含有放射性核素的有机废物的处理。

已开发出许多方法用于处理含水有机废物。现有技术的方法通常利用通过废物与多孔材料相接触处理含水有机废物。多孔材料含有内部孔隙，取决于水中的有机成分的溶解性，有机组分被吸附或吸收到内部孔隙中。无论吸纳的机制如何，内部孔隙的存在对于多孔材料的再生具有负面影响。正如“Electrochemical regeneration of granular activated carbon”；R M Narbaitz,J Cen；Wat.Res.28(1994)1771-1778所明确的那样，这类材料的电化学再生是有限的，因为被吸附的污染物的电化学氧化只能够在吸附材料的外表面发生。受到电流作用时，吸附或吸收到材料的内部空隙的有机成分不会氧化。取而代之的是，多孔材料众所周知的昂贵再生经常通过高能量、较长的时间尺度上的热暴露来实现，并且将负载的多孔材料送到垃圾填埋场是更优选的选择。对于被一种或多种放射性核素污染的有机废物的处理，负载的多孔材料成为二次放射性废物，其额外处理复杂，因此不能被送到垃圾填埋场。

在英国专利GB2470042B中描述的系统和方法消除或减轻了许多先前与从含水废物中除去有机成分有关的问题。在该专利中描述的发明涉及通过在单一单元(unit)内有机成分被吸附，随后将有机成分氧化与此同时再生吸附剂来处理含水有机废物，使用的功率相对低，并且规避了在处理过程中使用的材料的处理或者热再生。

核电站的运行过程中产生被一种或多种放射性核素污染的有机废物。这些类型的废物根据含在废物中的放射性核素的浓度以及所含有的放射性核素发出的放射性的类型进行分类。通常这些废物要么存放在现场，要么送去焚烧。就存储而言，保管单位必须有存储放射性物质的许可证。核退役管理局(Nuclear Decommissioning Authority)最近发布：遗留七百亿英镑用于放射性废物的处理和现场存储已不再是可取的选择。就焚烧而言，整个英国的焚化炉数量有限，并且每台焚化炉具有的用于含有放射性材料的焚化的容量有限。因此，含中等水平放射性的有机废物的焚烧是花费高昂的，且一次只能焚烧少量。对于放射性废物处理的其他常规处理方案不适用于有机废物，例如注浆或胶结形式的长期贮存，因为有机物具有泄露到环境中的倾向，导致放射性扩散。因此，需要开发用于处理放射性有机废物的改进的方法和设备。国际专利申请WO2010/149982描述了用于处理这类废物的方法，然而人们期望进一步完善和改进这些方法。

在英国专利GB2470042B与国际专利申请WO2010/149982所描述的系统的进一步发展中，很明显，在某些情况下，这些系统的性能可以通过采用外部的化学计量罐(chemical dosing tank)来保持处理区内的低pH值以获得最佳性能从而被提高。尽管性能优势可以通过使用外部装置来维持低pH而获得，可取的是避免提供计量罐的需要，因为那会增加整个去污过程的成本和复杂性。

在现有技术的系统中，诸如在英国专利GB2470042B与国际专利申请WO2010/149982中所描述的那些，阴极通常设置在隔离的阴极室中，阴极室中加入电解液以确保高导电率以及因此在电流馈线之间的低电压。电极组件包括微孔膜、阴极和化学计量系统，组成一个不可分割的密封的“单元”，以防止阴极电解液泄漏或者吸附剂材料从阳极室向阴极室的迁移。作为示例，一个规格为500mm×500mm的电极组件的重量大约为六千克，在任何一个单元内可以有许多组件。如果组件的单个部件出现故障，整个组件必须从处理槽中取出并更换。为维持在阴极室内的高导电性，在阴极室中，限定微孔的膜维持着离子组分的高浓度。微孔的小直径防止离子成分从阴极室的溶液向阳极室的溶液内的迅速扩散，然而，合适的微孔材料在碱性条件下可能不稳定，这会给整个处理过程增加额外的复杂性。此外，该微孔材料通常不能防止水从阳极室渗透到阴极室，其稀释阴极室内的电解质溶液并且需要在整个系统运行中加入额外的电解液。由于阴极电解液室被隔离，氢气还可能累积在电极组件内。化学计量系统可用于运走所产生的任何氢气，然而，如上所述，期望避免计量系统的必要性，以降低系统的成本和复杂性。