含硼放射性废液深度净化同时回收硼酸的方法及设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种含硼放射性废液深度净化同时回收硼酸的方法及设备。
【背景技术】
[0002]核电厂在运行与检修阶段会产生大量放射性废液，其中电厂一回路排出的废液中还含有可溶性中子吸收剂一一硼酸，使得一回路排出的废液成为含硼放射性废液。含硼放射性废液必须经过除硼、除放射性后才能向环境排放。为了最大限度地减小废液排放对环境的影响，有的核电厂还要求对已经处理达到排放标准的废液进行深度净化。对于废液中的硼酸，有的核电厂设置有硼回收系统，可通过蒸发工艺将含硼废液浓缩成浓硼液后回收复用；有的核电厂没有设置硼回收系统，需要将含硼废液净化后排放。
[0003]目前，核电厂含硼放射性废液的处理大多采用的是离子交换或者蒸发工艺。离子交换工艺利用离子交换树脂对废液中放射性核素进行吸附，可将废液的放射性浓度降低到排放限值以下。离子交换工艺成熟，但是无法去除废液中的硼酸。蒸发工艺则是通过加热蒸汽将废液在蒸发器内加热沸腾汽化，汽化产生的二次蒸汽冷凝液经检测放射性浓度合格后予以排放，蒸残液则进行水泥固化处理。蒸发工艺的净化效果好，但缺点是热能消耗大，处理费用很高，而且蒸发系统比较复杂，运行和维护保养的工作量都很大。
[0004]也有采用其他方法处理含硼废液的报道，但均不适合于核电厂含硼放射性废液的深度净化与硼酸回收。例如中国专利02108593.5，其采用两段氧化/絮凝工艺处理含硼放射性废水，即先向废水中投加氧化剂和无机絮凝剂，经过第一级氧化/絮凝，再加入高分子絮凝剂进行固液分离，然后再加入药剂进行第二级氧化/絮凝。这种方法的工艺复杂，需消耗大量的化学药剂，同时产生大量的放射性污泥，二次废物处置成本过高。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种含硼放射性废液深度净化同时回收硼酸的方法及设备，可在回收硼酸的同时将废液进行深度净化，无需消耗大量化学药剂，设备体积和处理能耗大为下降，净化后的废液放射性浓度大大低于国家标准规定的排放限值，且可避免向外排放二次废液。
[0006]一种含硼放射性废液深度净化同时回收硼酸的方法，包括如下步骤:
[0007]深度净化及硼酸预浓缩:将含硼放射性废液经过过滤、换热、高压反渗透和低压反渗透处理成浓缩液和透过液两股物料，其中透过液中硼质量浓度小于50mg/L，放射性浓度小于进料浓度的1/10，直接送入监测排放槽排放，浓缩液中硼质量浓度为5000mg/L?8000mg/L，送入硼酸浓缩步骤进行进一步浓缩；
[0008]硼酸浓缩:硼质量浓度为5000mg/L?8000mg/L的浓缩液在真空条件下蒸发沸腾，蒸发产生的二次蒸汽经过雾沫分离、冷凝冷却后形成冷凝液，冷凝液的放射性浓度降低到10Bq/L以下，送入监测排放槽排放，蒸发后残留的浓硼液中硼质量浓度达到22000mg/L?26000mg/L，送往硼酸结晶与回收步骤处理；
[0009]硼酸结晶与回收:硼酸浓缩步骤产生的浓硼液被冷却、结晶，得到含硼酸晶体的晶浆，晶浆经过固液分离后，即可得到硼酸固体产品以回收循环利用，晶浆固液分离后的澄清母液经过离子交换柱截留放射性核素后再返回硼酸浓缩步骤重新进行浓缩。
[0010]如上所述的方法，所述深度净化及硼酸预浓缩步骤采用废液深度净化及硼酸预浓缩单元实现，所述废液深度净化及硼酸预浓缩单元包括依次连接的中间废液箱、增压泵、预过滤器、换热器、一级高压泵、能量回收器、高压反渗透器、二级高压泵、低压反渗透器和浓缩液箱，其中高压反渗透器的透过液出口端通过二级高压泵与低压反渗透器连接，高压反渗透器的浓缩液出口端通过能量回收器与中间废液箱或浓缩液箱连接，低压反渗透器的浓缩液出口端与中间废液箱或浓缩液箱连接。
[0011 ] 如上所述的方法，含硼放射性废液先贮存在中间废液箱内，然后由增压泵送入预过滤器进行过滤，截留废液中可能残留的悬浮杂质，过滤后的废液通过换热器，由加热介质将废液温度加热至15?35°C之间，然后由一级高压泵将废液的压力提高到1.0?4.0MPa,加压后的废液再经过能量回收器将压力进一步提高到2.0?5.0MPa，加压后的废液进入高压反渗透器进行处理得到透过液和浓缩液，透过液再经二级高压泵加压至0.5?2.0MPa后进入低压反渗透器进行处理，浓缩液先进入能量回收器，在能量回收器内将能量传递给一级高压泵的出水，高压反渗透器浓缩液从能量回收器流出后，返回到中间废液箱或者排至浓缩液箱，低压反渗透器的浓缩液也返回到中间废液箱或者排至浓缩液箱。
[0012]如上所述的方法，所述硼酸浓缩步骤采用硼酸浓缩单元实现，所述硼酸浓缩单元包括供料泵、加热器、蒸发器、循环泵、除沫器、净化器、冷凝器、缓冲罐、浓缩液出料泵，深度净化及硼酸预浓缩步骤产生的浓缩液通过供料泵接入循环泵的进口端，蒸发器的蒸汽出口端与除沫器、净化器、冷凝器、缓冲罐依次连接，除沫器和净化器的液体出口端通过循环泵与加热器的进口端连接，加热器的出口端与蒸发器的料液进口端连接，蒸发器的底端料液出口与浓缩液出料泵连接，用于将硼浓缩液排出。
[0013]如上所述的方法，来自废液深度净化及硼酸预浓缩单元的浓缩液箱中的反渗透浓缩液由供料泵注入循环泵的进口端，除沫器和净化器收集的液体从液体出口端经循环泵送入加热器，物料在加热器内被加热50?70°C后进入蒸发器，蒸发器内产生的二次蒸汽先进入除沫器，将二次蒸汽中夹带的液滴分离出来，然后再通过净化器将二次蒸汽中可能残留的细小雾滴截留，从而将二次蒸汽净化，净化后的二次蒸汽通过冷凝器冷凝成冷凝液，冷凝液进入缓冲罐暂存，蒸发器维持一定的真空度，保证蒸发器内的工作压力为10?40kPa，使得浓缩液能在50?70°C下进行沸腾蒸发。
[0014]如上所述的方法，硼酸结晶与回收步骤采用硼酸结晶与回收单元实现，所述硼酸结晶与回收单元包括换热器、循环泵、结晶器、晶浆出料泵、中转槽、母液槽、离心过滤机、离子交换柱，结晶器的料液出口端通过循环泵与换热器的进口端连接，所述硼酸浓缩步骤产生的浓缩液接入换热器的进口端，结晶器的晶浆出口端通过晶浆出料泵与中转槽连接，晶浆出料泵将结晶器产生的晶浆排至中转槽，中转槽用于对晶浆进行固液分离，得到的澄清母液排至母液槽，而固体则通过离心过滤机滤掉固体中的残余液体，滤出的液体排至母液槽，截留的固体则作为最终的硼酸产品，母液槽内接收的溶液先通过离子交换柱进行放射性核素截留，去除放射性的母液再返回硼酸浓缩步骤进行循环处理。
[0015]一种含硼放射性废液深度净化同时回收硼酸的设备，其特征在于:包括废液深度净化及硼酸预浓缩单元、硼酸浓缩单元和硼酸回收单元，
[0016]废液深度净化及硼酸预浓缩单元包括依次连接的中间废液箱、增压泵、预过滤器、换热器、一级高压泵、能量回收器、高压反渗透器、二级高压泵、低压反渗透器和浓缩液箱，其中高压反渗透器的透过液出口端通过二级高压泵与低压反渗透器连接，高压反渗透器的浓缩液出口端通过能量回收器与中间废液箱或浓缩液箱接，低压反渗透器的浓缩液出口端与中间废液箱或浓缩液箱连接；
[0017]硼酸浓缩单元包括供料泵、加热器、蒸发器、循环泵、除沫器、净化器、冷凝器、缓冲罐、浓缩液出料泵，浓缩液箱通过供料泵与循环泵的进口端连接，蒸发器的蒸汽出口端与除沫器、净化器、冷凝器、缓冲罐依次连接，除沫器和净化器的液体出口端通过循环泵与加热器的进口端连接，加热器的出口端与蒸发器的料液进口端连接，蒸发器的底端料液出口与浓缩液出料泵连接，用于将硼浓缩液排出；
[0018]硼酸结晶与回收单元包括换热器、循环泵、结晶器、晶浆出料泵、中转槽、母液槽和离心过滤机、离子交换柱，结晶器的料液出口端通过循环泵与换热器的进口端连接，硼酸浓缩单元末端的浓缩液出料泵的管道出口接入循环泵与换热器的进口端之间的管路，换热器的出口端与结晶器的进口端连接，结晶器的晶浆出口端通过晶浆出料泵与中转槽连接，中转槽用于对晶浆进行固液分离，得到的澄清母液排至母液槽，而固体则进入离心过滤机，离心过滤机将固体中的残余液体滤掉，滤出的液体排至母液槽，而截留的固体则作为最终的硼酸产品，母液槽内接收的溶液先通过离子交换柱进行处理，将母液中放射性核素截留去除后返回浓缩液箱进行循环处理。
[0019]如上所述的设备，蒸发器维持一定的真空度，保证蒸发器内的工作压力为10?40kPa
[0020]采用本发明技术方案带来的效果及优点在于:
[0021](I)在回收硼酸的同时，可以将废液进行深度净化，净化后的废液放射性浓度大大低于国家标准规定的排放限值，而且放射性核素不会在浓缩液中累积，可保证系统的正常运行；
[0022](2)经过深度净化及硼酸预浓缩处理后，废液的体积减小到原来的1/10?1/15，浓缩单元的处理量大大减小，不仅可以大大降低浓缩单元的能耗