一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置及方法

技术领域

本发明属于辐射废水技术领域，具体涉及一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置及方法。

背景技术

核燃料的生产、核电厂的运行、核燃料后处理、核设施退役、同位素的生产和使用过程及核事故情况下都会产生大量的放射性废水，为了保护环境和人类健康，这些废水必须经过安全、经济和有效的处理处置。目前放射性废水传统的处理方法主要有过滤法、离子交换法、蒸发浓缩法、吸附法、生物处理法或这几种工艺的组合等方法，但大多数系统的设置复杂，能耗高，产生的固体废物量多、投资、运行和维护成本高等问题。

与传统的蒸馏过程比较，膜蒸馏装置可以在常压、较低温度的蒸发过程中高效地运行，且蒸馏操作所需的气相空间很小。与其他膜分离技术，如微滤、超滤、反渗透等相比，膜蒸馏是热驱动过程，操作压力低，因此对膜机械性能的要求低，设备费用也低，过程安全性得到了提高。与反渗透相比，膜蒸馏在处理高含盐量废水时也能够正常运行，而且由于膜的疏水性，膜蒸馏过程更不容易发生膜污染。

按照疏水膜透过侧的不同蒸汽收集冷凝方式，目前膜蒸馏过程的主要形式有四种：直接接触式(DCMD)、气隙式(AGMD)、真空式(VMD)、吹扫气式(SGMD)。但这4种不同形式的膜过滤过程均存在气化潜热丧失问题，致使能耗较高；且在膜蒸馏过程中，常出现疏水膜亲水化渗漏问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可降低能耗，减缓疏水膜亲水化泄露，可用于处理中低放废水或经浓缩后的放射性废水的鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置，包括依次连接的料液槽、循环水泵、压缩空气泵、气液混合器、疏水膜组件、吸收液槽；所述压缩空气泵将压缩的空气传输至气液混合器中，料液槽中的放射性废水传输至所述气液混合器中，与压缩空气混合后形成气液混合流体进入疏水膜组件蒸馏，经所述疏水膜组件后的水蒸气进入所述吸收液槽中。

进一步地，所述疏水膜组件内置中空纤维膜。

进一步地，还包括恒温水浴锅，所述料液槽、吸收液槽均位于所述恒温水浴锅中。

进一步地，所述料液槽与循环水泵之间设有液体流量计，控制管路中放射性废水的流速。

进一步地，所述压缩空气泵上连接气体流量计，控制压缩空气流速。

进一步地，所述疏水膜组件的上端与料液槽连通，连通管路上设有温度计。

进一步地，所述疏水膜组件与吸收液槽之间依次设有温度计、液体流量计、循环水泵。循环水泵传输吸收液至所述疏水膜组件的一侧。

进一步地，所述吸收液槽中设有吸收剂。

本发明还提供了一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的方法，包括以下步骤：

(1)依次连接料液槽、循环水泵、压缩空气泵、气液混合器、疏水膜组件、吸收液槽；

(2)将所述料液槽、吸收液槽置于恒温水浴锅中；

(3)依次打开气液混合器、压缩空气泵、循环水泵，并调节压缩空气泵至气液混合器管路上的空气流量，调节料液槽中放射性废水的流速；

(4)放射性废水与压缩空气在气液混合器中混合后进入疏水膜组件蒸馏，馏出液进入所述吸收液槽中；

(5)蒸馏过程中，关闭循环水泵，继续鼓入压缩空气至所述疏水膜组件中，对疏水膜组件在线干燥。

采用本发明的技术方案带来的有益效果是，一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置及方法，本发明在放射性废水料液进入疏水膜组件前的管路上鼓入低压压缩空气，混合形成气液混合流体后，进入疏水膜组件，水蒸汽与部分压缩空气一起透过疏水膜；利用疏水膜两侧化学位差及疏水膜组件两侧气体压差传质，提高了传质效率高，提高了蒸馏过程的膜通量，降低了能耗；可广泛应用于核设施运行、退役、核事故等过程中产生的中低放射性废水高度减容和深度净化处理；对放射性废水蒸馏一段时间后，在疏水膜组件中的疏水膜尚未发生亲水化或只发生轻微的亲水化时，关闭所有循环水泵，继续向疏水膜组件内鼓入压缩空气，压缩空气的夹带吹扫作用将膜孔中的凝结水除掉，从而实现疏水膜的在线干燥，有效减缓膜污染。

附图说明

图1是本发明实施例的鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置示意图。

其中，1—恒温水浴锅；2—料液槽；3—循环水泵；4—液体流量计；5—压缩空气泵；6—气体流量计；7—气液混合器；8—温度计；9—疏水膜组件；10—吸收液槽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜，以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程。在微孔疏水膜两侧的蒸汽压差的驱动下，水蒸汽从被加热的料液一侧穿过疏水膜后再被冷凝为馏出液，而放射性离子则被疏水性微孔膜截留在热侧成为馏残液。由于膜的疏水性，只有水蒸汽能透过膜孔，料液以及溶解在其中的非挥发性溶质无法穿过膜孔，所以膜蒸馏过程理论上可以对离子、大分子、胶体、细胞和其它非挥发物实现100％的脱除。

参照附图1，一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的装置，包括依次连接的料液槽2、循环水泵3、压缩空气泵5、气液混合器7、疏水膜组件9、吸收液槽10；所述压缩空气泵5将压缩的空气传输至气液混合器7中；料液槽2中的放射性废水传输至所述气液混合器7中，与压缩空气混合后形成气液混合流体进入疏水膜组件9中蒸馏，经所述疏水膜组件9蒸馏后的水蒸气进入所述吸收液槽10中。在空气的夹带吹扫作用下，可进一步加快将水蒸气透过疏水膜组件9，提高传质效率；且在空气的夹带吹扫作用下，附着在膜上的非挥发性物质容易脱落，在循环水泵3的作用下返回料液槽2中。

优选地，所述疏水膜组件10内置疏水性多孔膜材料；所述疏水性多孔膜材料厚度薄，导热性好；所述疏水性多孔膜材料为中空纤维膜。

优选地，还包括恒温水浴锅1，所述料液槽2、吸收液槽10均位于所述恒温水浴锅1中。料液槽2在恒温水浴锅1中加热，加热后的放射性废水与压缩空气在气液混合器总混合，进入疏水膜组件9中进行蒸发，未蒸发的流体返回料液槽2中；同时吸收液槽10内的吸收液被加热后进入疏水膜组件9的壳程中，在疏水膜组件9两侧形成相同的温度；此时，由于吸收液对水分子有高度吸收作用，在疏水膜组件9的两侧形成化学位差，气态水分子则被吸收进入吸收液中，完成水分子的传质过程。水分子在膜的料液侧吸热汽化，扩散通过疏水膜组件9的膜孔后，在膜的吸收液侧液化，在膜的另一表面释放出相变热，通过分离膜的热能传导回输作用，可保持疏水膜组件9两侧的热能平衡。

优选地，所述料液槽2与循环水泵3之间设有液体流量计4，控制管路中放射性废水的流速。

优选地，所述压缩空气泵5上连接气体流量计6，控制压缩空气流速。

优选地，所述疏水膜组件9的顶端与料液槽2连通，连通管路上设有温度计8。进入疏水膜组件9内的放射性废水通过其顶端回流至所述料液槽2内，温度计8监测回流放射性废水的温度。

优选地，所述疏水膜组件9与气液混合器7之间设有温度计8。温度计8监测进入疏水膜组件9的气液混合流体的温度。

优选地，所述疏水膜组件9与吸收液槽10之间依次设有温度计8、液体流量计4、循环水泵3。循环水泵3传输吸收液至所述疏水膜组件9的一侧。

优选地，所述疏水膜组件9的上端与吸收液槽10连通，连通管路上设有温度计8。经疏水膜组件9的馏出液通过疏水膜组件9的上端流出至所述收液槽10内，温度计8监测馏出液的温度。

优选地，所述吸收液槽10中的吸收液为葡萄糖溶液。吸收液可采用正渗透方法进行再生。

本发明实施例还提供了一种鼓气吸收膜蒸馏处理放射性废水的方法，包括以下步骤：

(1)依次连接料液槽2、循环水泵3、压缩空气泵5、气液混合器7、疏水膜组件9、吸收液槽10；

(2)将所述料液槽2、吸收液槽10置于恒温水浴锅1中；所述恒温水浴锅1的温度为50～90℃

(3)依次打开气液混合器7、压缩空气泵5、循环水泵3，并调节压缩空气泵5至气液混合器7管路上的空气流量，调节料液槽1中放射性废水的流速；

(4)放射性废水与压缩空气在气液混合器7中混合后进入疏水膜组件9蒸馏，馏出液进入所述吸收液槽10中；

(5)蒸馏过程中，关闭循环水泵3，继续鼓入压缩空气至所述疏水膜组件9中，对疏水膜组件9在线干燥后打开循环水泵3，继续蒸馏。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。