[发明专利]一种分离放射性废水中硼和放射性核素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及放射性废水处理领域，尤其是一种分离放射性废水中硼和放射性核素的方法。

背景技术

在传统压水堆核电厂中采用硼进行反应性化学补偿控制，硼浓度的调节是由化学容积控制系统(简称化容系统)完成的。电厂运行期间，由于调硼和化容下泄操作频繁，产生大量含硼废液。排出的硼废液通过硼回收系统浓缩和净化后，在电厂内回用。

在美国AP1000核电站的设计中取消了硼回收系统，冷却剂流出液中的硼基本上全部排入厂址环境受纳水体。

硼酸具有急性毒性、慢性毒性和生殖毒性，进入水体中会影响生态环境及人类健康。由于内陆电厂的循环冷却水的稀释能力远小于沿海电厂，且受纳水体为宝贵的淡水资源，因此，内陆厂址需严格控制排放废液中硼的含量。

目前可采用除硼的工艺主要有蒸发、化学沉淀、离子交换、反渗透等。蒸发为二代加核电站硼回收系统采用的除硼工艺，其优点是工艺成熟，工程运行经验多，缺点是占地面积大、能耗高、浓缩液中放射性核素活度高；离子交换对硼有较高的去污因子，但目前市场上的离子交换树脂对硼的工作交换容量都较低，处理含硼废液会产生大量的废树脂；反渗透法为海水淡化中除硼的主要工艺，为了保证除硼效率，反渗透除硼需调节硼溶液进水pH值，由于硼酸为一元弱酸，调节pH值需加入大量碱，造成二次污染，且反渗透膜会对核素和硼同时截留，同样会在浓水侧造成放射性核素的累积。同时，反渗透对硼酸的截留效果远低于其它离子，在硼的去污因子和浓缩倍数之间构成矛盾。当提高浓缩倍数时，反渗透对硼的去污因子降低。在典型的反渗透系统中，当回收率达到80％以上时，硼的去除率不足30％。

在进行含硼放射性废液的处理时，可能会有不同的需求，除了硼的分离需求，还可能有放射性核素的分离要求。本发明所提供的方法可将含硼放射性废水分离为三股液流：低硼含量、低放射性含量的液流；高硼含量、低放射性含量的液流和低硼含量、高放射性含量的液流。除此之外，还可以将上述三种液流中的任意两股液流进行掺混，以满足不同的分离需求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种分离放射性废水中硼和放射性核素的方法，将含硼放射性废水分离为三股液流：低硼含量低放射性含量的液流、高硼含量低放射性含量的液流和低硼含量高放射性含量的液流，便于后续工艺对三股液流的处理。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分离放射性废水中硼和放射性核素的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)配备一电场，在其阳极和阴极之间设置垂直于该电场方向的阳离子交换膜和阴离子交换膜，所述阳离子交换膜靠近所述阴极，与阴极之间构成阴极室，所述阴离子交换膜靠近所述阳极，与阳极之间构成阳极室，阳离子交换膜与阴离子交换膜之间构成淡水室；

步骤2)在所述阳极室内填充强酸性阳离子交换树脂，在所述阴极室内填充强碱性阴离子交换树脂，在所述淡水室内填充有混合离子交换树脂；

步骤3)向阴极室、阳极室和淡水室内通入放射性废水，淡水室中的硼酸根离子在电场的作用下迁移至阳极室，而淡水室中的核素离子迁移至阴极室，由此分离淡水室内放射性废水中的硼和放射性核素；

在分离过程中，控制阳极室与淡水室中硼的平均浓度的比值不大于35。

进一步，控制所述阳极室与所述淡水室中硼的平均浓度的比值不大于20。

进一步，调节进入所述步骤3)中的放射性废水的pH值至9以上。

进一步，所述步骤3)中放射性废水在所述淡水室中的流向与在所述阳极室和所述阴极室中的流向相反，且垂直于所述电场的方向。

进一步，所述阳极室和所述阴极室的入水取自所述淡水室的出水。

本发明的技术方案针对的是含有硼酸的放射性废水，对其进行处理并且遵循不增加新的放射性废水的原则，本发明分离放射性废水中硼和放射性核素的方法利用了硼酸为一元弱酸，放射性核素大部分以阳离子的形态存在于水中。在电场的作用下，淡水室的放射性水中以离子态形式存在的硼酸根离子不断向阳极迁移进入阳极室，因此阳极室出水中硼酸的含量升高；淡水室中放射性核素向阴极迁移进入阴极室，由于阳离子无法透过阴离子交换膜，阴离子无法透过阳离子交换膜，因此阳极室中的核素和阴极室中的硼酸根离子均无法进入淡水室。最终的结果是阳极室出水中流出高硼含量、低放射性含量的液流；阴极室出水中流出低硼含量、高放射性含量的液流；淡水室出水中流出低硼含量、低放射性含量的液流。