申請(qǐng)日2014.10.15

　　公開(公告)日2015.01.21

　　IPC分類號(hào)C02F9/04

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種應(yīng)用于高溫氣冷堆燃料元件核芯制備廢水的處理方法。其步驟包括：(1)將廢水蒸發(fā)去除氨，(2)廢水投加絮凝劑，過(guò)濾去除固態(tài)物質(zhì);(3)將濾得固體物質(zhì)焙燒，得到可回用鈾氧化物固體;(4)將過(guò)濾后的濾液進(jìn)行活性炭吸附;(5)鈾吸附處理，吸附劑為粒度為100-200目、比表面積為500-600m2/g的硅膠;(6)對(duì)步驟(4)和(5)中使用的吸附劑用硝酸溶液淋洗及再生;(7)對(duì)步驟(5)除鈾后的廢水進(jìn)行反滲透處理，所得減容濃水暫存，淡水則直接排放。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高溫氣冷堆燃料元件核芯制備廢水中氨、鈾的回收，廢水體積可減容至10%以下，鈾含量低于0.05ppm�；�本不產(chǎn)生二次廢水及廢物。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種高溫氣冷堆元件核芯制備過(guò)程廢水的處理方法，包括以 下步驟：

　　(1)將廢水蒸發(fā)去除氨，將氨蒸氣以去離子水吸收，得到回用 氨水;

　　(2)對(duì)步驟(1)處理后的廢水投加絮凝劑，過(guò)濾去除固態(tài)物質(zhì);

　　(3)將濾得固體物質(zhì)焙燒，得到可回用鈾氧化物固體;

　　(4)將過(guò)濾后的濾液進(jìn)行活性炭吸附有機(jī)物處理，所述活性炭 裝在吸附柱中;

　　(5)對(duì)步驟(4)除鈾后的廢水進(jìn)行鈾吸附處理，吸附劑為粒度 為100-200目、比表面積為500-600m2/g的硅膠;

　　(6)對(duì)步驟(4)和(5)中使用的吸附劑用硝酸溶液淋洗及再 生;

　　(7)對(duì)步驟(5)除鈾后的廢水進(jìn)行反滲透處理，所得減容濃水 暫存，淡水則直接排放。

　　2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，所述高溫氣冷 堆元件核芯制備過(guò)程廢水中NH3-N質(zhì)量百分比為5-10%，經(jīng)過(guò)步驟 (1)蒸發(fā)后的廢水內(nèi)氨的NH3-N質(zhì)量百分比為1.8-2.5%。

　　3.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其特征在于，步驟(2)中所 述絮凝劑為明礬或明礬與聚丙烯酰胺的組合。

　　4.如權(quán)利要求3所述的處理方法，其特征在于，所述絮凝劑為 明礬，明礬加入的摩爾量為廢水中氨摩爾含量的0.001-0.03倍。

　　5.如權(quán)利要求4所述的處理方法，絮凝溫度為20-30℃，絮凝時(shí) 間為1-6小時(shí)。

　　6.如權(quán)利要求3所述的廢水處理方法，其特征在于，所述絮凝 劑為明礬與聚丙烯酰胺的混合絮凝劑，明礬加入的摩爾量為廢水中氨 摩爾含量的0.0002-0.005倍，兩種絮凝劑的質(zhì)量比為1:1.2-1.4。

　　7.如權(quán)利要求6所述的廢水處理方法，其特征在于，投加明礬 與聚丙烯酰胺混合絮凝劑時(shí)，明礬與聚丙烯酰胺先后加入，投料時(shí)間 間隔0.5-2小時(shí)。

　　8.如權(quán)利要求6所述的廢水處理方法，其特征在于，投加明礬 與聚丙烯酰胺混合絮凝劑時(shí)，絮凝溫度為20-30℃，絮凝時(shí)間為4-6 小時(shí)。

　　9.如權(quán)利1-8任一所述的廢水處理方法，步驟(3)中，焙燒溫 度為300-600℃，焙燒時(shí)間為6-12時(shí)。

　　10.如權(quán)利1-8任一所述的廢水處理方法，步驟(4)中，活性 炭吸附飽和后采用0.05-0.5mol/L稀硝酸浸泡解吸，使活性炭顆粒再 生從而循環(huán)利用。

　　說(shuō)明書

　　高溫氣冷堆元件核芯制備工藝廢水的處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種含有放射性元素的廢水 的處理方法。

　　背景技術(shù)

　　高溫氣冷堆核燃料元件二氧化鈾陶瓷核芯采用溶膠-凝膠法制備 (Sol-Gel法制備球形UO2陶瓷顆粒，無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2007，22(2)， 259)，核芯經(jīng)過(guò)多層包覆后具有良好的安全性，在熔鹽堆、壓水堆等 核反應(yīng)堆型中都有潛在的應(yīng)用前景。然而，陶瓷核芯在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì) 產(chǎn)生大量的含氨、鈾、有機(jī)物、硝酸鹽等物質(zhì)的低放射性廢水。迄今 為止尚無(wú)一套完整的處理該廢水的工藝流程，面對(duì)高溫氣冷堆的商業(yè) 化趨勢(shì)，燃料元件生產(chǎn)走向規(guī)模化，迫切需要一套適應(yīng)生產(chǎn)要求的燃 料元件制造廢水處理方法。

　　核工業(yè)領(lǐng)域的放射性廢水傳統(tǒng)處理工藝一般直接將放射性核素 濃縮富集到液體介質(zhì)或者固體介質(zhì)中(如膜工藝，蒸發(fā)工藝，吸附工 藝等)。高溫氣冷堆燃料元件核芯制備工藝廢水不同于常規(guī)的廢水處 理，難度較大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)放射性廢水中含有高 濃度的氨氮，而常規(guī)的水處理技術(shù)(如反滲透、離子交換樹脂等)對(duì) 待處理水的pH值要求須為近似中性，因此必須將氨氮幾乎全部去除， 而常規(guī)的氨氮去除方法(如蒸發(fā)法、吹脫法等)很難實(shí)現(xiàn)將氨氮全部 去除。在專利(CN103440894A)中提到利用膜蒸餾法可較徹底地去 除廢水中的氨氮，然而該方法的成本較高。2)有機(jī)物含量較高。由 于制備工藝的特殊要求，廢水中含有濃度較高的有機(jī)物，而這些化合 物會(huì)對(duì)后續(xù)處理產(chǎn)生不利影響，例如“硅膠中毒”、“樹脂中毒”。在 專利(CN103204601A)中,開發(fā)了一種核工業(yè)放射性廢水處理技術(shù),包 括蒸氨、過(guò)濾、中和預(yù)處理、鈾吸附、濃縮結(jié)晶等工藝流程。在中和 預(yù)處理過(guò)程中，泵入硝酸會(huì)增加工藝流程的潛在危險(xiǎn)，另外對(duì)于pH 接近中性時(shí)的流速控制與信號(hào)監(jiān)測(cè)等實(shí)際操作都比較困難。因此在本 專利中提出了一種新的處理工藝流程，該流程省略了中和預(yù)處理步 驟，實(shí)用性更強(qiáng)。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對(duì)本領(lǐng)域存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是以蒸氨-絮凝-活性炭吸 附-硅膠吸附-反滲透技術(shù)為核心的高溫氣冷堆燃料元件核芯制備工 藝廢水處理方法。

　　實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：

　　一種高溫氣冷堆元件核芯制備過(guò)程廢水的處理方法，包括以下步 驟：

　　(1)將廢水蒸發(fā)去除氨，將氨蒸氣以去離子水吸收，得到回用 氨水;

　　(2)對(duì)步驟(1)處理后的廢水投加絮凝劑，過(guò)濾去除固態(tài)物質(zhì);

　　(3)將濾得固體物質(zhì)焙燒，得到可回用鈾氧化物固體;

　　(4)將過(guò)濾后的濾液進(jìn)行活性炭吸附有機(jī)物處理，所述活性炭 裝在吸附柱中;

　　(5)對(duì)步驟(4)除鈾后的廢水進(jìn)行鈾吸附處理，吸附劑為粒度 為100-200目、比表面積為500-600m2/g的硅膠;

　　(6)對(duì)步驟(4)和(5)中使用的吸附劑用硝酸溶液淋洗及再 生;

　　(7)對(duì)步驟(5)除鈾后的廢水進(jìn)行反滲透處理，所得減容濃水 暫存，淡水則直接排放。

　　其中，所述高溫氣冷堆元件核芯制備過(guò)程廢水中NH3-N質(zhì)量百 分比為5-10%，經(jīng)過(guò)步驟(1)蒸發(fā)后的廢水內(nèi)氨的NH3-N質(zhì)量百分 比為1.8-2.5%。

　　所述的高溫氣冷堆元件核芯制備過(guò)程廢水中，還含有濃度為 5-10mg/L的鈾，濃度為8-12mg/L的硝酸銨，廢水的COD值4-6× 105mg/L。鈾的放射性使該廢水不能夠直接套用常規(guī)工業(yè)廢水處理方 法，必須事先經(jīng)過(guò)除鈾處理。

　　進(jìn)一步地，步驟(1)中，最終廢水內(nèi)氨的質(zhì)量百分比不大于2.5%。 由于蒸氨消耗的熱動(dòng)力比較大，尤其是當(dāng)液體中氨濃度下降至2-3% 左右時(shí)，每下降一個(gè)百分點(diǎn)所需要的熱消耗均成倍增加，對(duì)設(shè)備的溫 度控制也有較高的要求。而氨對(duì)常規(guī)鈾處理回收工藝設(shè)備有較大的腐 蝕性和破壞性，對(duì)廢水中氨的去除是過(guò)濾和硅膠吸附工藝所要求的， 若蒸氨不完全則要進(jìn)一步采取加酸中和的方法。而在本方法中，不需 要將氨完全蒸除，加入明礬與體系中的殘氨反應(yīng)生成絮凝沉淀，即可 利用蒸氨廢水中的殘氨，避免過(guò)量的熱消耗，又能通過(guò)絮凝作用回收 溶液中絕大部分鈾，降低后續(xù)操作步驟的放射性風(fēng)險(xiǎn)。

　　其中，步驟(2)中所述絮凝劑為明礬或明礬與聚丙烯酰胺的組 合。

　　作為本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案之一，所述絮凝劑為明礬，明礬加入的 摩爾量為廢水中氨摩爾含量的0.001-0.03倍。

　　其中，絮凝溫度為20-30℃，絮凝時(shí)間為1-6小時(shí)。

　　作為本發(fā)明另一優(yōu)選技術(shù)方案，所述絮凝劑為明礬與聚丙烯酰胺 的混合絮凝劑，明礬加入的摩爾量為廢水中氨含量的0.0002-0.005倍， 兩種絮凝劑的質(zhì)量比為1:1.2-1.4。

　　其中，投加明礬與聚丙烯酰胺混合絮凝劑時(shí)，明礬與聚丙烯酰胺 先后加入，投料時(shí)間間隔0.5-2小時(shí)。

　　其中，投加明礬與聚丙烯酰胺混合絮凝劑時(shí)，絮凝溫度為20-30 ℃，絮凝時(shí)間為4-6小時(shí)。

　　步驟(2)中，采用明礬或明礬與聚丙烯酰胺的組合，除去廢水 中90%以上的鈾與50%以上的有機(jī)物。

　　其中，步驟(3)中，焙燒溫度為300-600℃，焙燒時(shí)間為6-12 時(shí)。

　　其中，步驟(4)中，裝有活性炭的吸附柱入口壓力值在0.26-0.35 MPa之間，出口壓力在0.10-0.22MPa之間�；钚蕴课�附飽和后采用 0.05-0.5mol/L稀硝酸浸泡解吸，使活性炭顆粒再生從而循環(huán)利用。步 驟(5)使用的吸附劑硅膠也用同樣濃度的硝酸溶液淋洗再生。

　　進(jìn)一步作為優(yōu)選，步驟(2)過(guò)濾得到的沉淀與步驟(6)中得到 的飽和硅膠淋洗鈾溶液混合，蒸發(fā)后焙燒得到可回用鈾氧化物，焙燒 溫度為300-600℃。

　　本發(fā)明的有益效果在于：

　　提供了一套完整的針對(duì)高溫氣冷堆燃料元件核芯制備廢水的處 理方法;實(shí)現(xiàn)了有用物質(zhì)氨、鈾及硝酸銨的回收;基本不產(chǎn)生二次 廢水廢物，廢水減容體積為原體積90%以上，且減容后廢水中含鈾 濃度低于0.05ppm。