李冠華　張超　何廣昌

【摘 要】本文對(duì)低放射性廢水蒸發(fā)和高壓反滲透處理工藝進(jìn)行論述，分析其運(yùn)行特性及工程適用性，嘗試找出適用于我國(guó)核工業(yè)低放射性廢水處理的方法。

【關(guān)鍵詞】低放廢水處理；蒸發(fā)處理；反滲透處理

0 引言

隨著我國(guó)核能事業(yè)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)核燃料元件廠生產(chǎn)能力也逐年提高，并在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量低放射性廢水?，F(xiàn)階段燃料元件廠廢水處理工藝僅能將水中鈾離子處理到0.05mg/L，且缺乏對(duì)水中大量酸、堿、重金屬離子等有毒有害物質(zhì)的必要處理手段，排放后對(duì)環(huán)境及公眾安全造成長(zhǎng)期而嚴(yán)重的危害。為滿足國(guó)家環(huán)保要求，亟需解決核工業(yè)低放廢水的有效處置和合理減排問(wèn)題。由于目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的工程案例以供借鑒，本文選取國(guó)外較為先進(jìn)的蒸發(fā)處理工藝和國(guó)內(nèi)正在研發(fā)的高壓反滲透處理工藝，從其原理、性能、能耗、生產(chǎn)規(guī)模等方面出發(fā)加以比較，探討其在我國(guó)核工業(yè)生產(chǎn)中的適用性。

1 技術(shù)原理

1.1 蒸發(fā)處理工藝原理

蒸發(fā)處理工藝?yán)猛饧訜崮軐⒌头派湫詮U水加熱氣化，對(duì)蒸汽進(jìn)行清洗去污后導(dǎo)出系統(tǒng)，作為蒸汽冷凝水回收或排放。蒸汽進(jìn)入去污裝置后首先通過(guò)旋風(fēng)分離器去除較大的懸浮液滴，然后通過(guò)多級(jí)淋洗去除蒸汽中的氣溶膠微粒，最后通過(guò)液封和鼓泡方式分離蒸汽中夾帶的可溶性放射性氣體，完成低放射性廢水的最終處理。

1.2 高壓反滲透處理工藝原理

高壓反滲透處理工藝?yán)猛獠繅毫朔疂B透壓，使?jié)B透過(guò)程逆向進(jìn)行，將低放射性廢水通過(guò)反滲透膜進(jìn)行分離，其中水分子透過(guò)反滲透膜后被收集成為清相水，包含放射性核素在內(nèi)的多種鹽分留在廢水中成為濃縮液。

2 工程規(guī)模及相關(guān)參數(shù)

2.1 工程規(guī)模及配套設(shè)施

蒸發(fā)工藝處理設(shè)備需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的設(shè)備操作間，并配套設(shè)計(jì)送、排風(fēng)系統(tǒng)。其中處理量0.5m3/h的典型廠房面積要求為15m×10m，最低高度需達(dá)到6.5m，建議總凈高度為10m。

高壓反滲透工藝處理設(shè)備占地面積很小，處理量0.5m3/h的設(shè)備尺寸僅為2100 mm×1500 mm×1877 mm，且無(wú)需其他輔助系統(tǒng)支持。

2.2 工藝及工程設(shè)計(jì)要求

根據(jù)目前所掌握的技術(shù)資料，蒸發(fā)處理工藝對(duì)操作環(huán)境溫、濕度具有較高要求，但尚未獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)范圍。在我國(guó)北方環(huán)境隨季節(jié)變化較大的地區(qū)，對(duì)于維持設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行所需的室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)存在不小的挑戰(zhàn)。此外，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中允許溫度和壓力的波動(dòng)范圍較小，對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精度及自控儀表的靈敏度要求較高。

高壓反滲透處理工藝對(duì)操作環(huán)境要求較寬泛，在原水pH=2～11，供電系統(tǒng)波動(dòng)<5%，接地電組≤4Ω，空氣最大相對(duì)濕度≤85%條件下即可正常工作。其中，設(shè)備的適宜運(yùn)行溫度為23℃～30℃，但是當(dāng)環(huán)境溫度低至10℃左右時(shí)仍能保持較好的水質(zhì)處理效果[1]。

2.3 設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性及可操作性

目前，蒸發(fā)處理工藝在我國(guó)尚未開(kāi)展工藝設(shè)計(jì)，相關(guān)科研院所也缺乏相應(yīng)的技術(shù)儲(chǔ)備，設(shè)備需要進(jìn)口或通過(guò)國(guó)內(nèi)代理商進(jìn)行采購(gòu)，定價(jià)權(quán)掌握在外企手中，工藝設(shè)備全套報(bào)價(jià)約為2000萬(wàn)歐元。相較而言，高壓反滲透處理工藝已經(jīng)處于工程驗(yàn)證階段，樣機(jī)造價(jià)約為96萬(wàn)元人民幣，產(chǎn)品價(jià)格相差懸殊。

蒸發(fā)處理工藝設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中耗能組件包括熱交換器中的2套9kW加熱器和1臺(tái)37kW熱泵，其中2×9kW加熱器在設(shè)備啟動(dòng)階段提供系統(tǒng)升溫所需的熱能，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行階段后可關(guān)閉加熱器，僅靠熱泵維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。高壓反滲透處理工藝設(shè)備耗能組件包括1臺(tái)輸料泵和1臺(tái)高壓泵，總功率15kW。

蒸發(fā)處理工藝設(shè)備和高壓反滲透處理設(shè)備均采用集成PLC控制，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需操作人員干預(yù)，僅裝卸料液和日常維護(hù)階段需要人工操作。一般1～2人即可完成所有工作。

2.4 設(shè)備性能及生產(chǎn)能力

上述兩種工藝方法均針對(duì)低放射性廢水的處理，其中蒸發(fā)處理工藝蒸殘液濃度一般設(shè)定為33%（理論范圍值30%～35%），處理后蒸汽冷凝水的放射性活度濃度低于106Bq/m3，蒸殘液的放射性活度濃度約為1012Bq/m3，核素及可溶性離子去除率推測(cè)可達(dá)到99.5%以上。蒸發(fā)設(shè)備的處理能力可調(diào)節(jié)范圍小，適用于廢水處理量變化不大的工程方案，如需擴(kuò)大生產(chǎn)只能增加設(shè)備臺(tái)套數(shù)。

高壓反滲透裝置濃縮液濃度一般可達(dá)到20%～25%，正常生產(chǎn)條件下系統(tǒng)脫鹽率≥96%，其中鈾離子去除率99%～99.9%。設(shè)計(jì)水回收率50%～80%、處理能力（1.0～1.5）m3/h，可通過(guò)PLC連續(xù)調(diào)節(jié)，操作壓力隨操作參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)環(huán)境溫度較低或原水濃度較高時(shí)，系統(tǒng)脫鹽率會(huì)降至92%～93%，但不影響回用于水噴射吸收及酸霧凈化塔等設(shè)備。

3 分析及結(jié)論

根據(jù)對(duì)蒸發(fā)處理工藝及高壓反滲透處理工藝各項(xiàng)性能參數(shù)的對(duì)比分析，蒸發(fā)處理工藝具有較高的放射性核素及離子去除率，同時(shí)具有較高的水回收率，在回收利用水資源及低放射性廢物減容方面具有較大優(yōu)勢(shì)，但其設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用昂貴，運(yùn)行環(huán)境要求嚴(yán)苛，在當(dāng)前階段不利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。如果能夠引進(jìn)吸收該項(xiàng)技術(shù)并進(jìn)行自主化設(shè)計(jì)制造，同時(shí)解決工藝及自動(dòng)化設(shè)計(jì)方面的瓶頸，將成為未來(lái)低放射性廢水處理工藝的首選方案。

高壓反滲透工藝在處理效果上不及蒸發(fā)處理工藝，但是仍具有較好的水處理能力，在廢水回收利用和低放廢物減容方面具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)其采購(gòu)價(jià)格較低，環(huán)境適應(yīng)性較好，可以滿足大部分核工業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行需要，在當(dāng)前階段仍可作為低放射性廢水處理的最優(yōu)化方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宮本希，劉麗敏，張卓.一種含鈾廢水處理新技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015（13），32-33.

[責(zé)任編輯：張濤]