低放射性废水蒸发处理及反渗透处理比选分析.docx

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低放射性废水蒸发处理及反渗透处理比选分析

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李冠华张超何广昌

【摘要】本文对低放射性废水蒸发和高压反渗透处理工艺进行论述，分析其运行特性及工程适用性，尝试找出适用于我国核工业低放射性废水处理的方法。

【关键词】低放废水处理；蒸发处理；反渗透处理

0引言

随着我国核能事业快速发展，国内核燃料元件厂生产能力也逐年提高，并在生产过程中产生大量低放射性废水。现阶段燃料元件厂废水处理工艺仅能将水中铀离子处理到0.05mg/L，且缺乏对水中大量酸、碱、重金属离子等有毒有害物质的必要处理手段，排放后对环境及公众安全造成长期而严重的危害。为满足国家环保要求，亟需解决核工业低放废水的有效处置和合理减排问题。由于目前国内尚无成熟的工程案例以供借鉴，本文选取国外较为先进的蒸发处理工艺和国内正在研发的高压反渗透处理工艺，从其原理、性能、能耗、生产规模等方面出发加以比较，探讨其在我国核工业生产中的适用性。

1技术原理

1.1蒸发处理工艺原理

蒸发处理工艺利用外加热能将低放射性废水加热气化，对蒸汽进行清洗去污后导出系统，作为蒸汽冷凝水回收或排放。蒸汽进入去污装置后首先通过旋风分离器去除较大的悬浮液滴，然后通过多级淋洗去除蒸汽中的气溶胶微粒，最后通过液封和鼓泡方式分离蒸汽中夹带的可溶性放射性气体，完成低放射性废水的最终处理。

1.2高压反渗透处理工艺原理

高压反渗透处理工艺利用外部压力克服原水渗透压，使渗透过程逆向进行，将低放射性废水通过反渗透膜进行分离，其中水分子透过反渗透膜后被收集成为清相水，包含放射性核素在内的多种盐分留在废水中成为浓缩液。

2工程规模及相关参数

2.1工程规模及配套设施

蒸发工艺处理设备需要设计独立的设备操作间，并配套设计送、排风系统。其中处理量0.5m3/h的典型厂房面积要求为15m×10m，最低高度需达到6.5m，建议总净高度为10m。

高压反渗透工艺处理设备占地面积很小，处理量0.5m3/h的设备尺寸仅为2100mm×1500mm×1877mm，且无需其他辅助系统支持。

2.2工艺及工程设计要求

根据目前所掌握的技术资料，蒸发处理工艺对操作环境温、湿度具有较高要求，但尚未获得准确的数据范围。在我国北方环境随季节变化较大的地区，对于维持设备稳定运行所需的室内环境设计存在不小的挑战。此外，系统运行过程中允许温度和压力的波动范围较小，对工艺系统的设计精度及自控仪表的灵敏度要求较高。

高压反渗透处理工艺对操作环境要求较宽泛，在原水pH=2～11，供电系统波动5%，接地电组≤4Ω，空气最大相对湿度≤85%条件下即可正常工作。其中，设备的适宜运行温度为23℃～30℃，但是当环境温度低至10℃左右时仍能保持较好的水质处理效果[1]。

2.3设备的经济性及可操作性

目前，蒸发处理工艺在我国尚未开展工艺设计，相关科研院所也缺乏相应的技术储备，设备需要进口或通过国内代理商进行采购，定价权掌握在外企手中，工艺设备全套报价约为2000万欧元。相较而言，高压反渗透处理工艺已经处于工程验证阶段，样机造价约为96万元人民币，产品价格相差悬殊。

蒸发处理工艺设备运行过程中耗能组件包括热交换器中的2套9kW加热器和1台37kW热泵，其中2×9kW加热器在设备启动阶段提供系统升温所需的热能，当系统进入正常运行阶段后可关闭加热器，仅靠热泵维持系统运转。高压反渗透处理工艺设备耗能组件包括1台输料泵和1台高压泵，总功率15kW。

蒸发处理工艺设备和高压反渗透处理设备均采用集成PLC控制，运行过程中无需操作人员干预，仅装卸料液和日常维护阶段需要人工操作。一般1～2人即可完成所有工作。

2.4设备性能及生产能力

上述两种工艺方法均针对低放射性废水的处理，其中蒸发处理工艺蒸残液浓度一般设定为33%（理论范围值30%～35%），处理后蒸汽冷凝水的放射性活度浓度低于106Bq/m3，蒸残液的放射性活度浓度约为1012Bq/m3，核素及可溶性离子去除率推测可达到99.5%以上。蒸发设备的处理能力可调节范围小，适用于废水处理量变化不大的工程方案，如需扩大生产只能增加设备台套数。

高压反渗透装置浓缩液浓度一般可达到20%～25%，正常生产条件下系统脱盐率≥96%，其中铀离子去除率99%～99.9%。设计水回收率50%～80%、处理能力（1.0～1.5）m3/h，可通过PLC连续调节，操作压力随操作参数自动调节。根据现场试验经验，当环境温度较低或原水浓度较高时，系统脱盐率会降至92%～93%，但不影响回用于水喷射吸收及酸雾净化塔等设备。

3分析及结论

根据对蒸发处理工艺及高压反渗透处理工艺各项性能参数的对比分析，蒸发处理工艺具有较高的放射性核素及离子去除率，同时具有较高的水回收率，在回收利用水资源及低放射性废物减容方面具有较大优势，