一种放射性海水处理装置和方法与流程

本发明涉及核安全领域和海洋保护领域，具体涉及的是一种利用天然材料对放射性海水处理的装置及方法。

背景技术：

2011年，福岛第一核电站发生核电泄漏事故，导致汽轮机厂房内的海水受到了高浓度的放射性物质污染，增加了放射性物质向环境释放的隐患。日本东京电力公司采取了诸多手段对积蓄的放射性海水进行处理，工艺流程包括脱油、吸附、絮凝、反渗透和蒸发除盐等一系列步骤。该套工艺对大多数放射性核素有较好的去除效率，但也存在诸多缺点，主要表现为“一低、三高、一慢”即效率低、成本高、耗能高、排放高和作用慢。

zl201220144406.3公开了一种放射性废水吸附过滤器，具体是一种能够快速封闭打开顶盖，设置有能够压缩的耦合层的过滤器。该吸附过滤器操作简单，但是需要频繁停机开闭过滤器顶盖，导致效率不高。

zl201510204143.9公开了一种放射性废水处理方法，具体是向放射性废水中加入活性硅酸钙，该处理方法可有效去除放射性废水中的钴、铀等放射性元素，但该方法不适用于处理严重事故下放射性海水中的锶和铯等元素。诸如此类，都不能对严重事故下大量放射性海水进行有效处理。

因此，有必要设计一种成本低、吸附效率高、低放射性排放、能够不停机处理严重事故下的放射性污水的装置。

由于上述原因，本发明人对现有的技术进行改造，设计出一种利用天然材料对放射性海水处理的装置和方法。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，发现利用多种天然材料对放射性海水进行过滤，成本低廉，处理效果较好；同时设计出一种能够连续处理污水的装置，所述装置包括转轴、过滤板、过滤箱、放射性检测装置和阀门，其中，过滤板环绕转轴设置，过滤箱套设于过滤板外侧，当过滤板进入过滤箱后，对流入的放射性海水进行过滤，放射性检测装置检测合格后，经阀门流出；当过滤板吸附饱和后，转动更换过滤板即可继续对放射性海水进行处理，从而实现不停机处理严重事故下的放射性污水，处理效率高。

具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

一方面，本发明的目的在于提供一种放射性海水处理的装置，其中，所述装置包括转轴1、过滤箱2、过滤板3、放射性检测装置4和阀门5；

其中，过滤板3环绕转轴1设置和旋转，并套设于过滤箱2的内部；过滤箱2固定连接于转轴1上；

当过滤板3旋转进入过滤箱2内部后，二者组成封闭空间，对过滤箱2上方流入的放射性海水进行处理，放射性检测装置4检测合格后，经阀门5流出。

所述过滤板3为填充有处理材料的扇形盒子，并均匀环绕转轴1设置，形成类圆盘状；

所述过滤板3底部分布有漏水孔；

任选地，过滤板3还设置有减缓海水对处理材料冲击力度的配重盖；

所述配重盖与过滤板3的形状适配；

所述配重盖上设有漏水的通孔或滤网。

所述过滤板3沿转轴1由上至下多层分布，并填充有天然处理材料；所述天然处理材料包括海水预处理材料、化学沉淀处理材料、吸附处理材料和离子交换处理材料。

所述过滤板3沿转轴1由上至下至少分布有4层，并由上层至下层依次填充有，

海水预处理材料，包括石英砂和鹅卵石颗粒/粉末中的一种或多种；

化学沉淀处理材料，包括活性硅酸钙、方解石和文石颗粒/粉末中的一种或多种；

吸附处理材料，包括活性炭、向日葵秸秆、玉米芯、稻壳、海藻、铁基氧化物和铁基氢氧化物颗粒/粉末中的一种或多种；

离子交换处理材料，包括沸石、蒙脱石、高岭石、累托石和云母颗粒/粉末中的一种或多种；

所述填充材料优选使用布类材料包裹。

所述过滤板3可围绕转轴1转动，过滤箱2与转轴1相对固定不能转动。

所述过滤箱2的高度大于过滤板3，并呈与过滤板3适配的立体扇形；

过滤箱2与单个过滤板3组成密闭空间；

过滤箱2的层数与过滤板3的层数相同；

过滤箱2开设有开口，过滤板3通过所述开口旋转进入和旋转转出过滤箱2。

所述过滤箱2之间设有管道，优选设置3条管道，并在管道处安装放射性检测装置4和阀门5。

所述阀门5为自动阀门，根据放射性检测装置4提供的信号自动调节阀门5的开度，从而控制放射性海水流量。

另一方面，提供一种使用以上装置进行放射性海水处理的方法，其中，

装置进行处理时：放射性海水进入处理装置，经包括海水预处理材料、化学沉淀处理材料、吸附处理材料和离子交换处理材料的处理材料处理后，当放射性检测装置4的检测结果符合要求时，处理后的海水排出处理装置；

处理材料饱和时：停止流入放射性海水，暂停放射性海水流入处理装置，转动过滤板3，使吸附饱和的处理材料转出过滤箱2；

转动过滤板3，将过滤箱2旋转入口处填充有处理材料的过滤板3旋转进入过滤箱2，并与过滤箱2紧密贴合后，流入放射性海水继续进行处理；

更换处理材料时：在装置处理放射性海水时，对其吸附饱和的处理材料进行更换处理。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)本发明提供的装置中，吸附材料饱和后，转动更换过滤板即可继续进行过滤，因而能够实现不停机更换处理材料，处理效率高。

(2)本发明提供的装置中，使用多种天然材料为处理材料对放射性海水进行过滤，成本低廉，处理效果较好；

(3)对于吸附饱和后的处理材料，由于其在过滤箱之外，因而取出时操作简单方便，同时，也有利于填充新的吸附材料时；

(4)所述装置利用重力实现过滤，不需要额外增压设备，设备简单，使用方便；

(5)所述处理装置采用立式结构，能够大大减小占地面积。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的放射性海水处理装置的结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的过滤板俯视视图的结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的过滤箱管道分布示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的密封钢条的密封示意图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的带有挡片的密封钢条的截面图。

附图标号说明：

1-转轴

2-过滤箱

3-过滤板

4-放射性检测装置

5-阀门

6-密封钢条

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据本发明提供的一种放射性海水处理的装置，如图1所示，所述装置包括转轴1、过滤箱2、过滤板3、放射性检测装置4和阀门5；过滤箱2和过滤板3互相配合组成密闭空间，在所述空间内容纳和处理放射性海水。

其中，过滤板3环绕转轴1设置和旋转，并套设于过滤箱2的内部；过滤箱2套设于过滤板3外侧，并固定连接于转轴1；当过滤板3旋转进入过滤箱2内部后，二者组成封闭空间，对过滤箱2上方流入的放射性海水进行处理，放射性检测装置4检测合格后，经阀门5流出。

其中，所述过滤板3为一盒状物，能够填装处理放射性海水的材料；优选所述过滤板3为扇形，均匀环绕转轴1设置，形成类圆盘状；

在一种优选的实施方式中，过滤板3为具有100°-120°角度的立体扇形；3个所述过滤板3环绕转轴1在同一水平面依次均匀设置，形成类圆盘状。

所述过滤板3的底部分布有漏水孔，如图2所示，当放射性海水进入过滤板3时，经过滤板3内的处理材料处理后，由过滤板3底部的漏水孔流出。

任选地，过滤板3还设置有带有漏水孔的配重盖，所述配重盖可以减缓海水对过滤板3内处理材料的冲击力度；例如，所述配重盖上可以设置为能够漏水的通孔或者滤网。

在一种优选的实施方式中，所述配重盖与过滤板3的形状适配，通过内嵌于过滤板3开口处，将处理材料覆盖；

在一种优选的实施方式中，所述配重盖与过滤板3的形状适配，其略大于过滤板3，周边具有与配重盖平面垂直的卡沿，通过卡沿套设在过滤板3的开口处，并与过滤板3牢固地卡箍连接。

所述过滤板3沿转轴1由上至下多层分布，并填充有天然处理材料：所述天然处理材料包括海水预处理材料、化学沉淀处理材料、吸附处理材料和离子交换处理材料。

所述过滤板3可以根据需要分别设置不同填充材料的层数，例如填充有海水预处理材料的过滤板3设置有2层，填充有吸附处理材料的过滤板3设置有3层；所述层数根据需求可以分别设置，也可以统一设置，并不做特别要求。

当放射性海水进入处理空间后，经过多层处理材料的处理，将放射性海水中的放射性核素经过滤、吸附、沉淀和离子交换作用留存于处理材料中，从而起到净化作用。

在一种优选的实施方式中，所述过滤板3沿转轴1由上至下至少分布有4层，并由上层至下层依次填充有，

海水预处理材料，能够过滤除去海水中的悬浮固体、微小生物和部分污染物；包括石英砂和鹅卵石颗粒/粉末中的一种或多种；

化学沉淀处理材料，能够通过化学反应使其中的某些物质溶解性改变，产生沉淀，从而净化水体；包括活性硅酸钙、方解石和文石颗粒/粉末中的一种或多种；

吸附处理材料，能够吸附溶液中的某些物质，降低其在水体中的含量，包括活性炭、向日葵秸秆、玉米芯、稻壳、海藻、铁基氧化物和铁基氢氧化物颗粒/粉末中的一种或多种；

离子交换处理材料，具有离子交换的功能，能够与溶液中的一些有害离子置换在材料内，将有害物质固化；所述材料包括沸石、蒙脱石、高岭石、累托石和云母颗粒/粉末中的一种或多种。

进一步的，处理材料还可以采用其他材料，充分提高处理效率和效果。

所述天然材料的粒径为10-1000μm，优选粒径为200-600μm。

在过滤板3内的处理材料，可以使用布类材料包裹，优选使用聚乙烯醇纤维机织过滤布包裹处理材料，这样当放射性海水进入过滤板3后，不会将其内的处理材料冲击变形或冲散，影响处理效果变差。

所述聚乙烯醇纤维机织过滤布使用时一般为5-20层，能够保证较好的防冲击作用；优选过滤布的孔径为1-10μm，这样，在过滤初期，利用过滤布自身进行过滤，并随着过滤的进行，在滤布内形成吸附沉积层，能够提高过滤效果。

本发明中，过滤箱2和过滤板3能够围绕转轴1相对旋转，其中，过滤箱2的高度大于过滤板3，这样过滤板3能够旋转进入和转出过滤箱2的内部；优选所述过滤箱2呈与过滤板3适配的立体扇形。

所述过滤箱2在扇形半径处开设有开口，过滤板3通过所述开口旋转进入和转出过滤箱2。

在一种优选的实施方式中，过滤箱2与单个过滤板3组成密闭空间；因此，当过滤箱2与过滤板3全部配合使用时，过滤箱2的层数与过滤板3的层数相同；这种模块化设计有利于各部分单独更换，便于及时维修和更换处理材料。

在另一种实施方式中，过滤箱2内可以容纳全部过滤板3，放射性海水进入过滤箱内经过不同材料进行净化处理后，由阀门排出。由于装置整体化，因此便于操作和控制。

所述过滤箱2和过滤板3的形状适配，当过滤板3进入过滤箱2内部时，二者能够紧密贴合。过滤箱2和过滤板3的连接处/接触处设有密封件，例如密封圈/条，垫片和密封钢条等。所述密封件可以使用本领域常用的装置即可，在此不做详细描述。

在一种实施方式中，可以使用塑料材料制备的密封圈或密封条对处理装置进行密封，通过低压挤压即可实现密封作用。

本发明中优选使用密封钢条进行密封，例如，当过滤板3进入过滤箱2内部时，在过滤箱2和过滤板3的弧形曲面连接处加装本领域常用的密封钢条6进行密封，优选将密封钢条6固定于过滤箱2上。

在过滤箱2用于过滤板3转进和转出的开口处，密封钢条6还可以这样设定：如图4所示，在过滤板3上设置接触表面带有凹槽的密封钢条6，所述凹槽与密封钢条6同向延伸；在过滤箱2上设置接触面为平面的密封钢条6。在凹槽内可以填充油进行密封和润滑；当密封钢条6压缩变形时，其内填充的油能够进一步提高密封性能。

所述凹槽还可以设置为两条凹槽，一条凹槽可以抽气，一条凹槽可以充气，根据气体压力的不同达到密封效果。或者设置为三凹槽，中间一条凹槽充气两边两条凹槽抽气。

在过滤箱2用于过滤板3转进和转出的开口处，密封钢条6还可以这样设定：在连接处上侧固定设有如图5所示的密封钢条，连接处下方设置一条常用密封钢条；其中，在上方的密封钢条在接触面设置有一个悬空垫片，垫片开口朝向过滤箱2的外侧，换料旋转时，当两钢条接触时，夹紧垫片，使过滤板3和过滤箱2实现密封。

本发明中，在过滤箱2用于过滤板3转进和转出的开口处，还可以使用迷宫密封的方式进行密封，例如，在接触的上下连接处设置有密封条，其接触面上设置有紧密排列的沿密封条延伸的凹槽，两个密封条接触时通过节流效应达到截流阻漏的效果。

此处密封钢条的形式仅是列举，而非穷举。

本发明中，在一种优选的实施方式中，所述过滤板3可围绕转轴1旋转转动，过滤箱2与转轴1固定连接不能转动；例如过滤板3采用轴承连接于转轴1，通过旋转机械旋转，使未使用过的过滤板3进入过滤箱内，即完成换料动作。

因此，只需暂停放射性海水的流入，短暂操作后即可更换新的过滤板3，不必停机更换处理材料，节约时间，提高了处理效率。

所述装置可以采用不锈钢、锆合金、含铅材料等制成，优选使用不锈钢材料，能够耐受放射性物质的腐蚀，并支撑过滤板3、其内的处理材料和流入海水的重量。

本发明中，在所述过滤箱2之间还设有管道，管道处还设有阀门5和放射性检测装置4，优选使用自动阀门，能够根据放射性检测装置4提供的信号自动调节阀门5的开度，控制放射性海水流量，从而调节放射性海水在过滤箱2中的停留时间，控制过滤效果。

一种优选的实施方式中，如图3所示，在过滤箱下部设置3条管道，当一条管道堵塞或阀门5失效时，放射性海水能够通过另外两条管道继续工作和调节流量，提高了系统的可靠性。

在一种更优选的实施方式中，还可以在管道的入口和出口处设置布类材料，例如过滤布，优选使用聚乙烯醇纤维机织过滤布，以进一步除去排除液中的微小颗粒。

本发明的另一个目的是提供一种使用以上装置进行放射性海水处理的方法，其中，

装置进行处理时：放射性海水进入处理装置，经包括海水预处理材料、化学沉淀处理材料、吸附处理材料和离子交换处理材料的处理材料处理后，当放射性检测装置4的检测结果符合要求时，处理后的海水排出处理装置；

处理材料饱和时：停止流入放射性海水，暂停放射性海水流入处理装置，转动过滤板3，使吸附饱和的处理材料转出过滤箱2；

转动过滤板3，将过滤箱2旋转入口处填充有处理材料的过滤板3与过滤箱2紧密贴合后，流入放射性海水继续进行处理；

更换处理材料时：在装置处理放射性海水时，对其吸附饱和的处理材料进行更换处理。

实施例1

过滤板3和过滤箱2使用不锈钢制备，其中，过滤板3内填充的处理材料直径为3m，高度为0.5m；底部设置直径为5mm的网孔，相邻两网孔间隔5mm；

过滤板3分为4层，由上至下分别填充粒径约为400μm的石英砂粉末；粒径约为400μm的活性硅酸钙粉末；粒径为400μm的活性炭粉末和粒径为400μm的沸石；并将填充材料使用12层的聚乙烯醇纤维机织过滤布包裹。

装置安装完成后，对放射性活度为3.7×10⁴bq/l的放射性海水进行过滤处理。

结果发现，该处理装置能够吸附放射性海水中85％的放射性物质，包括悬浮物质和其他杂质；其中，所述装置对海水中碘的处理能力在55％以上，对海水中铯的处理能力在70％以上，对海水中锶的处理能力在91％以上，对海水中钡的处理能力在60％以上。

这说明本发明提供的装置能够有效的除去放射性海水中的放射性核素

另外，对于本发明而言，所述处理装置采用立式结构，无需额外过滤动力，能够大大减小占地面积，其所占面积仅占普通装置的35％左右。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。