化学工程与工艺论文 膜分离技术处理放射性废水.doc

化学工程与工艺论文化学工程与工艺论文标题膜分离技术处理放射性废水班级化学工程与工艺化学工程与工艺论文摘要介绍了膜技术在中低浓度放射性废水处理中的研究和应用进展膜组合技术处理放射性废水净化率可达净化因子可达指出反渗透纳滤超滤微滤和电渗析是目前应用的主流膜技术并对其工艺特点作了评述今后膜技术在核工业放射性废水处理中将获得更广泛的应用关键词放射性废水反渗透纳滤超滤微滤电渗析膜分离技术以高效节能不产生二次污染等优点已在水处理领域取得了显著的工程业绩随着核能应用领域的扩展在膜技术应用初期国内外便开始了用于放射性废水的研究目前已有多套装置在运行大量试验和应用结果为膜分离技术在放射性废水处理中的应用展示了广阔的前景我国核电站中长期发展规划提出至年核电站装机容量达到万目前一批核电站正在建设或论证针对中低浓度放射性废水的处理问题对膜分离技术投入了更多的关注膜技术分离特征同种元素的同位素化学性质基本相同这是采用膜分离技术处理放射性废水的科学依据技术成熟工程经验丰富的液体分离膜技术包括电渗析微滤超滤纳滤和反渗透等分离特征见表要根据化学工程与工艺论文放射性核素的存在形态和不同膜技术的分离特征确定适宜的处理工艺膜分离技术处理放射性废水要与常用废水处理度浓缩还需要蒸发过程对于不溶性颗粒悬浮物和可形成胶体的核素通过这些常用的废水处理技术不仅可部分去除放射活性也形成了后续膜法处理的预处理步骤聚集的颗粒大分子和分子团易被微滤或超滤膜截留溶解性小分子或离子态放射性核素用反渗透纳滤或电渗析进一步净化浓缩所用流程也与常规废水处理流程相同大量数据说明放射性核素的净化率与脱盐率基本相同利用冷试验的结果能可靠地建立中低浓度放射性废水的处理工程从能耗考虑含盐量高的废水可用反渗透含盐量低的可用电渗析文献中放射性废水的处理效果有不同的表达术语为表述一致本文试采用净化率和净化因子净化率是指废水初始放射性活度和最终放射性活度之差与初始放射性活度的比值以百分数表示净化因子为废水处理前后放射性活度的比值化学工程与工艺论文电渗析技术年第一台商品电渗析器问世年美国国立橡树岭研究所开始用电渗析处理放射性废水年前苏联建成了处理放射性废水的装置早期的研究包括常规电渗析和离子交换树脂填充床电渗析现称或在电渗析淡水隔室装填一定比例的阳阴离子交换树脂构成电渗析用于脱除和浓缩放射性离子用于深度脱除北京师范大学防射化学研究室系统研究了裂变元素的电渗析迁移规律研究者以靶经反应堆辐照冷却后将裂变同位素加入到苦咸水中作原废液进行电渗析循环试验一组结果见表研究指出阴离子的核素迁移行为与价态和存在形式有关如的迁移速率存在状态复杂迁移性相差较大的迁移速度比稳定盐中的要快二价化学工程与工艺论文的迁移速度与稳定盐中的相同这与离子淌度的大小顺序相一致说明在电渗析过程中处于离子态的裂变元素和稳定元素有相同的电化学规律邵刚等年进行了级电渗析处理低放射性废水的试验结果见表原废液经化学沉淀过滤进入电渗析器处理水量采用多孔白球吸附机油等有机物一精密滤器电渗析器流程模拟现场水质进行组装和操作参数试验采用单台二级四段电渗析器循环流程处理量脱盐率浓水体积减少到原废水的现场应用结果总比活度净化率达到排放要求现场应用结果与冷试验相当一致该装置已应用多年中科院原子核所用电渗析填充床电渗析流程进行了化学工程与工艺论文低放废水处理研究运行考察数据见表含废水运行实验室实际废水运行等报导了在比利时核电站建立的处理低放射性废水的即样机预处理采用铁盐絮凝过滤的方法废水含有等核素废水比活度约净化水比活度为净化因子达到浓缩比净化水可直接排放该试验样机可将硼酸的质量浓度从浓缩到而能耗仅为蒸发法的目前高纯水制备应用的是年由公司首推的新产品与上世纪年代前后的填充床电渗析器在结构和作用上相同但技术特性有很大区别现用的在超极限电流下运行以水解离的自动再生树脂不用酸碱为防止碱土金属沉淀进水水质要求很高一般以反渗透出水为进水早期的填充床电渗析主要是代替离子交换段树脂仅部分电再生效率降低后灰化处理化学工程与工艺论文微滤超滤技术与常用废水处理一样放射性废水先经过混凝沉淀或其他处理才能提高微滤或超滤的截留率要根据废液化学组分选用适当的混凝剂和助凝剂核素的存在形态与环境有关如以氢氧化铝为混凝剂对的最大吸附量在对在混凝沉淀不能有效去除离子态石灰苏打沉淀可有效去除等放射性同位素但不能去除废水中的用含有鳌合基或离子交换基的聚合物鳌合或吸附废水中的放射性金属离子形成分子量很大的水溶性多聚物利于微滤或超滤截留水和未结合的金属离子透过膜多聚物与金属离子结合牢固一般不做解吸处理该方法工艺简单较适用含盐量低的废液等用絮凝微滤工艺处理低浓度含放射性废水原液比活度用高锰酸钾预氧化以为絮凝剂用超滤过滤的净化率达到出水比活度为等用络合一超滤工艺处理被污染的水用聚乙烯亚胺为络合剂使用孔径的聚酰胺超滤膜的截留率与投加的络合剂浓度和环境值关系很大在浓度比为的环境下的截留率达到不采用络合剂采用同种超滤器在的环境下的截留率为化学工程与工艺论文楼福乐等用超滤一离子交换工艺研究放射性核素的去除规律采用自行研制的荷电型磺化聚砜超滤膜用放化实验室废水与自来水加质量浓度的十二烷基苯磺酸钠再加入同位素的配制水进行对比试验结果示于表分析表明核素的净化率与其存在状态有关如常以离子态存在则常以络合物形式存在且易生成胶体除少量易形成胶体的元素外主要是元素磺化聚砜超滤膜对放射性核素净化率大小顺序为与超滤除放顺序相反离子交换对放射性核素的净化率大小顺序为该工艺各种核素的净化率都在以上优于单一离子交换的结果反渗透纳滤技术反渗透技术取得了重大进步已成为海水苦咸水淡化及高纯水制备的主流技术反渗透用于中低浓度放射性化学工程与工艺论文废水处理具有浓缩和深度净化的功能在废水盐含量不高或可沉淀离子浓度不高的应用场合可以取代蒸馏和离子交换工艺且能耗和总运行费用明显降低反渗透膜几乎能去除所有污染物但不能去除和溶解气体陆晓峰等用国产反渗透进行了处理放射性废水的实验采用超滤反渗透流程原废水先经过自制的型超滤膜处理再进入型中空纤维反渗透膜组件放射化学实验室实际废水总比活度试验运行处理废水废水主要核素为反渗透膜组件对总净化率净化因子总净化率净化因子反渗透组件的平均净化率高于脱盐率型中空纤维反渗透膜组件是上世纪年代初杭州水处理中心研制的第一代三醋酸纤维素产品用于低浓度溶液脱盐脱盐率为目前生产的复合膜元件脱盐率达到等报道了波兰在一个实验室建立的级反渗透处理放射性废水的试验装置废水经聚丙烯过滤器深度过滤后进入反渗透工艺流程示意于图采用日本东丽株式会社的卷式膜元件第第级用低压高脱盐率一型膜元件第级用高盐度型膜元件前者标称单级脱盐率后者这种化学工程与工艺论文膜元件的操作压力都在以下表列出了各级的模拟试验数据表为该流程的运行数据这种流程是级浓缩和级脱盐的反渗透流程在料液分离浓缩和废水零排放工程中常用为深度净化和高度浓缩本流程设计特点为第级浓水可循环第级浓水进入第级第级浓水也可循环为达到设定的最高浓缩浓度设有连接第级浓水的蒸发器第级进水为第级和和第级的渗透液因其浓度过低加入以提高净化率为防止浓缩液沉淀适当调节与加入阻垢分散剂化学工程与工艺论文纳滤技术在上世纪年代中期才走向工业应用纳滤膜可以带负电荷也可带正电荷对多价离子有较强的分离能力在工业用水软化及特种分离中广泛应用硼酸是核反应堆常用的慢化剂纳滤处理放射性废水能截留大部分放射性核素而允许硼酸透过这样就可以从透过液中回收硼酸侯立安等报导了纳滤组合流程处理放射性废水的试验研究结果以模拟核爆炸放射性物质污染水为试验原水采用超滤一纳滤一离子交换工艺超滤用国产聚丙烯腈膜组件纳滤用美国型芳香聚酰胺膜组件结果表明原水的放射性比活度在时经该工艺流程处理后净化水的放射性比活度在化学工程与工艺论文放射性核素的总净化率为铀的净化因子钚的净化因子为的净化因子最低比活度在时本流程可降低到欧美技术先进国家军用三防车一直采用膜组合工艺上世纪年代前后应用活性碳吸附一精滤一电渗析流程到年代后几乎全部改用活性炭吸附微滤或超滤反渗透流程这种战地军用车可在核爆炸后就地净化天然水达到生活用水要求讨论工艺技术的发展趋势半个世纪以来膜技术用于放射性废水处理的研究伴随膜技术的进步而发展总体上看上世纪年代以前以电渗析为主年和制得了世界上第一张醋酸纤维素反渗透膜以后反渗透技术获得了突飞猛进的发展年代以后反渗透在放射性废水处理中的应用受到了高度重视逐渐成为研究重点电渗析的单级脱盐率目前反渗透复合膜的脱盐率可达超过电渗析级的脱盐率对于中低浓度放射性废水经级反渗透净化一般都能达到排放标准可以取代电渗析一离子交换流程发展趋势还表现在迅速引入新的膜技术如上世纪年代新出现的纳滤技术电去离子技术化学工程与工艺论文及仍处于研发阶段的膜蒸馏等膜蒸馏虽有每天处理几吨料液的小型试验装置在考察还未达到工业应用阶段今后一段时间内处理中低浓度放射性废水可用的膜技术仍以微滤超滤反渗透纳滤和电渗析为主这几种技术膜性能稳定品种多且工艺成熟工艺流程特点无论应用哪一种膜技术都必须建立组合工艺不能单独使用要求设计成深度净化和高度浓缩的零排放流程操作参数安全可靠安全措施可行尽量减少故障和维修次数实现较高程度的运行自动控制重视前处理废液前处理的效果不仅直接影响流程的净化效果甚至决定了应用流程的成败微滤超滤膜有多种孔径等级要适当选择对于悬浮颗粒较多预处理后形成大量胶体的废液不可将超滤作为唯一纳污设备可置前级过滤设备反渗透纳滤和电渗析这些可实现盐水分离的膜组件都有很严格的进水浊度可沉淀离子有机物温度等要求不同的膜耐酸碱性相差很大进液水质符合膜组件要求是保证稳定运行和延长使用寿命的关键膜元件耐辐射的考查研究国内外研究使用的膜元件都是通用水处理膜元件至今没有耐辐射的特种膜元件问世有的实验显示芳香聚酰胺化学工程与工艺论文膜有较强的抗和辐射性能陶瓷膜可用于较高强度的放射性废水处理总的看来目前仍缺少膜耐辐射的实验考察数据和评价结果抗辐射膜材料和膜元件的考查和研制也是今后的重要课题合作进行试验研究我国进行膜技术开发历经了半个世纪多种膜组件已应用了数年至数十年国产微滤超滤反渗透膜组件和电渗析器都进行过处理放射性废水的试验和试用与国外的综合数据相差不大膜性能与国外先进国家的产品仍存有差距表现在膜组件单级净化率相对较低但在工艺技术方面具有国际先进水平国外实施的放射性废水处理工艺国内完全可以作好从事膜技术和核技术的科技人员相结合可较快推进技术进展为节能减排和平利用核能作贡献参考文献高永顾平陈卫文膜技术处理低浓度放射性废水的进展核科学与工程张长平压力驱动膜技术在放射性废水处理中的应用进展环境污染与防治网络版一北京师范大学放射化学研究室裂变元素在电渗析迁移过程中一般规律的探讨海水淡化化学工程与工艺论文邵刚膜法水处理技术及工程实例北京化学工业出版社中国科学院原子核研究所填充床电渗析及其在处理低放废水中的应用水处理技术增刊楼福乐陆晓峰荷电型磺化聚砜超滤膜的运行特征及处理放射性废水的探讨水处理技术陆晓峰楼福乐等用反渗透处理放射性废水实验化学工程与工艺论文水处理技术侯立安左菊纳滤膜分离技术处理放射性污染废水的试验研究给水排水化学工程与工艺论文