多步联合处理放射性碘污染水的装置及其方法与流程

本发明属于放射性污染水处理领域，具体涉及多步联合处理放射性碘污染水的装置及其方法。

背景技术：

随着核工业的发展以及放射性核素碘在医疗、军事、分析监测等科学领域的广泛应用，水体受到放射性碘污染的风险逐渐升高。放射性碘进入人体后，与稳定性碘一样会被甲状腺吸收，造成甲状腺以及其附近组织器官损伤最终引发癌变，对人类生命健康造成严重的危害，因此需要将其从放射性污染水中去除，以保护环境和人体健康。

常用的去除水体中放射性碘离子的方法有吸附法、离子交换法、化学沉淀法和膜分离法。吸附法、离子交换法具有清洁高效等优点，但是处理实际污染水时共存离子可能会显著影响处理效果。化学沉淀法受水中共存离子的影响较小，成本较低，操作简便且适宜处理较大水量，作为预处理单元与膜分离法联用可以取得较好的去除效果。hg²⁺、bi³⁺、ag⁺、cu⁺和pb²⁺等阳离子均可与碘离子发生化学反应生成沉淀物，cu⁺的毒性相对较小，是除碘沉淀剂较为合适的选择。

前期研究中，杨云等采用氯化亚铜沉淀-微滤法处理含碘放射性废水(沉淀-微滤组合工艺处理模拟含碘放射性废水，化工学报，2017，68(3)：1211-1217)。该工艺的脱氧和除碘过程在同一反应器中进行，导致未脱氧的原水会消耗反应器中剩余的氯化亚铜，使得氯化亚铜投加量较高，产生污泥体积较大。因而在原有研究的基础上对氯化亚铜沉淀-微滤法除碘进行改造，增加预脱氧单元，将脱氧过程前置，以提高氯化亚铜的利用率，从而提高碘离子去除率或浓缩倍数。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了多步联合处理放射性碘污染水的装置及其方法，通过预脱氧-沉淀-柱式中空纤维膜分离联用的方法来去除放射性污染水中的碘离子，能提高氯化亚铜的利用率，从而提高碘离子去除率或浓缩倍数。

本发明针对现有技术中存在的问题，采用的技术方案如下：多步联合处理放射性碘污染水的装置，经原水储罐/预脱氧池脱氧处理后的原水经进水泵输送至沉淀反应池上部，所述沉淀反应池的上清液管道经中间提升泵连接至中间水箱上部的进水口，所述中间水箱的出水管经出水泵连接至柱式中空纤维膜组件的进水口，所述柱式中空纤维膜组件的回流管经回流流量计连接至所述中间水箱上部的回流口，所述柱式中空纤维膜组件的出水管与出水流量计连接。

该装置设置为固定式或移动式两种类型。

所述沉淀反应池和中间水箱两者均为圆柱体。

所述柱式中空纤维膜组件由微滤膜或超滤膜构成。

本发明的第二个技术方案是采用上述装置处理放射性碘污染水的方法，该方法的步骤如下：

1)预脱氧：向原水储罐/预脱氧池内一次性投加脱氧剂亚硫酸钠与脱氧催化剂硫酸铜，潜水泵混合5～8min，使亚硫酸钠与原水中的溶解氧充分反应；

2)沉淀：脱氧后的原水进入沉淀反应池，向沉淀反应池中投加沉淀剂氯化亚铜，搅拌使之与脱氧原水充分反应15min，静置沉淀后上清液进入中间水箱；

3)柱式中空纤维膜分离：中间水箱中的水一部分经柱式中空纤维膜过滤后出水，一部分回流至中间水箱，回流比(回流流量与出水流量之比)为1:1。

所述步骤1)中亚硫酸钠投加量为145～155mg/l，硫酸铜投加量(以cu²⁺计)为0.5～1mg/l。所述步骤1)中原水中碘离子浓度为4.8-5.2mg/l，原水水温为15.5～22.5℃。

所述步骤2)中氯化亚铜投加量为100～250mg/l。

所述步骤2)中搅拌转速为300r/min，静置沉淀时间为10～15min。

所述步骤3)中中间水箱的停留时间为25～30min。

本发明的有益效果在于：

1、过量的沉淀剂可以在沉淀反应池中积累，一方面在较高投加量下可提高放射性碘离子去除率和浓缩倍数，另一方面在较低投加量下也可有效去除放射性碘离子，并显著提高浓缩倍数，提高沉淀剂的使用率，减少剩余放射性污泥的产量，降低放射性碘污染对环境和人体的危害。

2、本发明根据需要设计成固定式或移动式装置，不仅适用于常规放射性碘污染水的处理，还适用于突发核事故时放射性碘污染水的应急处理，环境和社会效益显著。

附图说明

图1为本发明的试验装置流程图。

附图标记：1-原水储罐/预脱氧池；2-亚硫酸钠投加泵；3-亚硫酸钠储液罐；4-硫酸铜投加泵；5-硫酸铜储液罐；6-潜水泵；7-进水泵；8-沉淀反应池；9-搅拌器；10-氯化亚铜投加泵；11-氯化亚铜储液罐；12-中间提升泵；13-中间水箱；14-出水泵；15-柱式中空纤维膜组件；16-回流流量计；17-出水流量计；18-液位计。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明的保护范围。本发明中，放射性碘采用¹²⁷i替代。

本发明装置见附图1。原水储罐/预脱氧池为聚乙烯，尺寸沉淀反应池为有机玻璃，尺寸中间水箱为有机玻璃，尺寸装有1个柱式中空纤维膜组件，材质为聚偏氟乙烯，公称孔径为0.22μm，有效面积为0.5m²；进水泵和中间提升泵为管道泵，药剂投加泵和出水泵均为蠕动泵；出水流量计和回流流量计均为转子流量计。装置采用可编程控制器(plc)控制、全自动运行，plc采用通用技术编程。装置为每天24h连续运行，中间水箱为间歇出水方式，在每20min的循环中，出水16min，空回流4min。该装置设置为固定式或移动式两种类型。

具体操作过程为：装置启动前，向原水储罐/预脱氧池1中投加碘化钾，配制设定浓度的模拟放射性碘离子污染水，亚硫酸钠投加泵2和硫酸铜投加泵4分别将亚硫酸钠储液罐3中的亚硫酸钠和硫酸铜储液罐5中的硫酸铜一次性加入原水储罐/预脱氧池1，潜水泵6混合一定时间，使亚硫酸钠在硫酸铜的催化作用下充分与原水中的溶解氧反应。装置启动时，在plc控制下，进水泵7抽取脱氧原水进入沉淀反应池8，同时氯化亚铜投加泵10将氯化亚铜储液罐11中的氯化亚铜加入沉淀反应池8，搅拌器9连续搅拌，使氯化亚铜与脱氧原水中的碘离子充分混合并反应；静置沉淀一定时间后，上清液经过中间提升泵12进入中间水箱13，再经出水泵14进入柱式中空纤维膜组件15，一部分经柱式中空纤维膜过滤后出水，一部分回流至中间水箱13，回流的目的是减缓膜污染。回流流量计17用于控制回流流量，出水流量计18用于控制柱式中空纤维膜组件15的出水流量；液位计18用于控制进水泵7、中间提升泵12和出水泵14的启停。在所述沉淀反应池8和中间水箱13均安装液位计18。

实施例1

装置的流量为0.26m³/d，中间水箱停留时间为27min，原水碘离子浓度为5.2mg/l，水温为21.0℃，亚硫酸钠投加量为150mg/l，硫酸铜投加量(以cu²⁺计)为0.75mg/l，潜水泵混合5min。实验中氯化亚铜投加量为250mg/l，搅拌15min，静沉12min，运行稳定后出水碘离子浓度平均值为0.156mg/l，去除率为97.0％，该工艺的浓缩倍数为4155。

实施例2

装置的流量为0.24m³/d，中间水箱停留时间为30min，原水碘离子浓度为5.0mg/l，水温为15.5℃，亚硫酸钠投加量为155mg/l，硫酸铜投加量(以cu²⁺计)为1mg/l，潜水泵混合8min。实验中氯化亚铜投加量为250mg/l，搅拌15min，静沉15min，运行稳定后出水碘离子浓度平均值为0.135mg/l，去除率为97.3％，该工艺的浓缩倍数为4155。

实施例3

装置的流量为0.28m³/d，中间水箱停留时间为25min，原水碘离子浓度为5.2mg/l，水温为22.5℃，亚硫酸钠投加量为145mg/l，硫酸铜投加量(以cu²⁺计)为0.5mg/l，潜水泵混合5min。实验中氯化亚铜投加量为100mg/l，搅拌25min，静沉10min，运行稳定后出水碘离子浓度平均值为0.478mg/l，去除率为90.8％，该工艺的浓缩倍数为8640。

实施例4

装置的流量为0.24m³/d，中间水箱停留时间为30min，原水碘离子浓度为4.8mg/l，水温为19.5℃，亚硫酸钠投加量为150mg/l，硫酸铜投加量(以cu²⁺计)为0.75mg/l，潜水泵混合8min。实验中氯化亚铜投加量为100mg/l，搅拌25min，静沉15min，运行稳定后出水碘离子浓度平均值为0.293mg/l，去除率为93.9％，该工艺的浓缩倍数为8640。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。