一种核工业废水除氘氚系统及膜法处理核工业废水除氘氚的处理方法与流程

本发明属于核工业的水处理，具体涉及一种膜法脱除核工业废水中氘或氚的方法。

背景技术：

1、

2、压水堆核电站中的氚主要是在核反应中产生的，一部分在燃料元件中产生并通过包壳渗透到一回路，另一部分通过一回路冷却剂中微量杂质如硼、锂等与中子活化形成。氚在废水中以氚化水（hto）形式存在，比如以压水堆型核电站含氚废水为例，待处理含氚水废水氚活度为107bq/l；氚水浓度为4×10-5mg/l-1×10-4mg/l；另外还其它杂盐为tds（溶解性固体总量）为2～5mg/l，非氚核素放射性活度浓度小于100bq/l，实际需要处理量为1000m3/a。如果氚处理装置对氚的去污因子为10-1000，就可以满足利用与排放要求。随着核电规模的扩大，含氚废水排放的问题也逐渐受到越来越多的关注。

3、由于现有核工业中缺乏对含氚废水的处理装置，而常规放射性核素的去除手段如吸附、过滤、蒸发、离子交换、通常膜技术等几乎不可能将hto与h2o分离出来，大部分氚最终被排放到环境之中，氚排放问题将成为该厂址或类似厂址扩建或获批的重要制约因素。

4、膜蒸馏技术融合了膜技术和低温挥发技术的优点，在过程中，疏水微孔膜作为分离屏障，将高温进料液和低温透过液分开。膜蒸馏是热驱动的分离过程，膜两侧因存在温度梯度而产生一定的蒸汽压差，待处理料液中的水蒸气分子以蒸汽压差为推动力，穿过疏水微孔膜，进入膜的另一侧，直接或间接与冷凝液接触，从而实现分离的目的。膜蒸馏工艺中，进料液与膜直接接触，蒸汽分子穿过膜孔后，直接或间接与膜的另一侧接触。依据透过侧蒸汽的收集方式，膜蒸馏工艺分为以下几类：直接接触膜蒸馏（dcmd）、真空膜蒸馏（vmd）、气隙膜蒸馏（agmd）、吹扫气膜蒸馏（sgmd）。各种膜蒸馏技术都存在着膜易润湿污染、膜热效率低、膜成本过高等问题，现有技术中操作温度过高，容易导致膜元件的制作用胶的融化，导致膜元件泄露。尽管膜蒸馏近80年的发展，大量的研究单位与生产企业的努力，在世界范围内，还是没有较为成功的大规模工业膜蒸馏应用项目。

5、目前，国内外未见使用真空膜蒸馏除氚的专利，膜蒸馏法主要用来海水淡化、化工高盐废水、浓缩氟硅酸与硫酸等、制备蒸馏水、甲醇与乙二醇等物质。例如专利号cn102989322a一种可用于微波真空膜蒸留操作的平板式膜组件分离硫酸钙与腐殖酸，该组件为板式膜，相对于卷式真空膜表面积较小，处理效率较低。cn101205086a海水淡化浓盐水真空膜蒸馏工艺，虽然该专利使用卷式膜，但未提及长期使用膜后，疏水膜被浸润导致蒸发效率下降。专利cn 113731178 a一种采用串联进料的气扫膜蒸留系统，蒸汽通过载气吹扫离开膜组件。专利cn 103803669 a空气吹扫真空膜蒸馏苦咸水、海水的淡化装置及其淡化方法，该专利使用增加空气吹扫步骤，利用空气带出水蒸气。仅用气扫法带出蒸汽，但也未解决膜浸湿的问题。本专利研究通过将卷式真空膜与热泵气扫法结合去除难分离物质-氚。解决疏水膜浸湿导致效率下降，用简便方式清洗恢复膜效率。

技术实现思路

1、

2、为解决上述问题，本发明提供了一种核工业废水除氚系统设计膜蒸发单元和膜冷凝单元，提高了膜元件的热效率。将传统膜蒸馏过程分解为膜蒸发与膜冷凝，保持了原有膜蒸馏的优点基础上，避免了传统膜蒸馏过程中造成总体传热效率下降根本原因，即膜元件的气侧的传热系数低的问题；减压与吹扫结合的方式，以及采取了效率更高的膜冷凝技术，使气侧的传热系数提升一个数量级以上，使整体上的热效率有了巨大的提升。也避免了因为物料与膜的双面接触产生膜污染透水现象的发生。同时，实现了无金属换热器的全膜法蒸馏过程，使设备总重量更小，因设备而产生的二次污染更低。采用多通道卷式膜元件和多级多效减压吹扫式膜蒸发冷凝的除氚系统，可以实现低流量、高湍流、高装填密度、低投运成本以及无泄露等优点，为膜法脱氚提供了技术基础。

3、本发明的目的在于提供一种膜法处理核工业废水除氘氚的方法，所述方法利用核工业废水除氚系统进行，

4、所述方法将含重的氢同位素的水或者将含重的氧同位素的水从核工业废水中分离，所述核工业废水中含有二种或二种以上的氢同位素的水，或者含有18o同位素的水。

5、待处理的热核工业废水注入到核工业废水除氘氚系统的热水罐中，处理时，启动热水泵，将核工业废水泵入膜蒸发组件热侧进口。

6、同时，启动真空泵抽吸冷水罐中的空气，注入贮气罐，冷水罐中形成负压，贮气罐出口处的气体排放阀打开，使气体进入膜蒸发组件冷侧进口。

7、此时，在膜蒸发组件的膜两侧为热核工业废水和干冷空气，热核工业废水的热量和轻水分子通过膜交换给干冷空气。

8、所述核工业废水除氚系统包括膜蒸发单元、膜冷凝单元、气体循环单元、冷热水能量转换单元。

9、所述膜蒸发单元包括膜蒸发组件、热水泵、热水罐，待处理的含氚废水注入到热水罐中。

10、所述膜冷凝单元包括冷水罐、冷水泵、膜冷凝组件。

11、所述膜蒸发组件为单个膜元件或多个膜元件，膜元件为卷式膜元件。

12、所述膜蒸发组件包括膜蒸发组件热侧进口、膜蒸发组件热侧出口、膜蒸发组件冷侧进口、膜蒸发组件冷侧出口。

13、所述膜冷凝组件为单个膜元件或多个膜元件，膜元件为中空膜元件。

14、所述膜冷凝组件包括膜冷凝组件热侧进口、膜冷凝组件热侧出口、膜冷凝组件冷侧进口、膜冷凝组件冷侧出口。

15、所述膜蒸发组件中，热核工业废水侧温度为30-90℃。

16、所述膜冷凝组件中，冷水侧温度为5-30℃。

17、所述膜蒸发组件中，膜表面流速为1-5m/s。

18、所述膜冷凝组件中，膜表面流速为1-5m/s。

19、所述核工业废水除氚系统启动时，启动流速不超过0.5m/s，运行时间不短于30min。

20、所述方法以从含氕氘水、含氕氚水、含氘氚水、含氕水、含氘水和含氚水中的二种或二种以上的氢同位素水作为进水，实现分子量较小的氢同位素水与重的氢同位素水分离，或者以含18o的水为进水，实现分子量较小的氧同位素水与重的氧同位素水的分离，包括氕、氘、氚与18o组成水分子。

21、本发明的目的还在于提供一种核工业废水除氘氚系统，其包括膜蒸发单元、膜冷凝单元、气体循环单元、冷热水能量转换单元。

22、所述膜蒸发单元包括膜蒸发组件、热水泵、热水罐。

23、所述膜冷凝单元包括冷水罐、冷水泵、膜冷凝组件。

24、所述气体循环单元包括贮气罐、真空泵、气体排放阀。

25、所述冷热水能量转换单元包括热泵。

26、本发明具有以下有益效果：

27、（1）本发明在多级多效减压吹扫式膜蒸发膜冷凝技术基本上，针对核工业高放射性含氚核素溶液，特别是核电含氚废水，对人体健康和生态环境的危害问题，突破成本高、效率低、难运维等技术难点，开发出新型的多级多效减压吹扫式膜蒸发冷凝除氚系统，具有过流介质均为高分子材料、二次污染率低；操作温度低于100℃、运行能耗低；装置小型化、运行维护高度自控等优点。

28、（2）现有技术中操作温度过高，容易导致膜元件的制作用胶的融化，导致膜元件泄露。本发明大幅降低了运行温度，避免了上述问题。

29、（3）本发明系统装置小型化、运行维护高度自控等优点。

30、（4）本发明采用的卷式膜元件设计放大口，提高出水量，尽可能将残留在膜袋或管路内部的杂质冲洗出去，避免水路堵塞等问题的产生。