申請日2017.09.29
公開(公告)日2018.02.23
IPC分類號G21F9/06; G21F9/10; G21F9/12
摘要
本發明公開了一種超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，包括：將放射性廢水輸入Fenton氧化池的加酸反應腔內，調節pH，然后依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內，對放射性廢水進行處理;將放射性廢水輸入超聲波反應室，調節pH;加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內通入氮氣，開啟超聲波發生器，對放射性廢水進行處理;將處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內設有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。本發明通過超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水，同時輔助加入介孔二氧化硅，并在末端進行過濾膜過濾吸附，實現對放射性廢水有機物和反射性元素的全面處理。
權利要求書
1.一種超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一、將放射性廢水以0.1～2.5m3/h的速度輸入Fenton氧化池的加酸反應腔內，將酸堿槽內的酸液輸入加酸反應腔內，調節放射性廢水的pH至2～3，調節pH后的放射性廢水自動溢出依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內，將Fenton試劑貯罐內的Fenton試劑分別通過導管輸入三個氧化腔內，對放射性廢水進行處理;所述三個氧化腔內輸入的Fenton試劑的流量依次為300～500mL/min、150～200mL/min、80～100mL/min;
步驟二、將步驟一處理后的放射性廢水輸入超聲波反應室，然后向超聲波反應室內加入氫氧化鈉，調節放射性廢水的pH至7～9;然后加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內通入氮氣，開啟超聲波發生器，對放射性廢水進行處理;
步驟三、將步驟二處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內設有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。
2.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述超聲波反應室為長方體結構;所述超聲波反應室的內壁均勻安裝四個超聲波發聲器;所述超聲波發聲器的頻率為50～80KHz，功率為300～500W。
3.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述加酸反應腔和三個氧化腔的底部均設置有攪拌器。
4.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述Fenton試劑中H2O2溶液與FeSO4溶液的體積比為1:5～8;所述FeSO4溶液的質量分數為3～5%;所述H2O2溶液的質量分數為35～45%。
5.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述酸堿槽內的酸液為硫酸、鹽酸、硝酸中的任意一種。
6.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述改性介孔二氧化硅與放射性廢水的重量體積比為1:50～100;所述氮氣的通氣速率為100～150mL/min。
7.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述改性介孔二氧化硅的制備方法為：按重量份，取20～25份衣康酸酐和50～100份甲苯混合，加入超臨界反應裝置中，再加入3～5份的介孔二氧化硅和0.2～0.5份三乙胺，在超臨界反應裝置密封后通入二氧化碳至30～40MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌反應30～60min，然后卸去二氧化碳壓力，加入10～15份3-氨丙基三乙氧基硅烷，再次注入二氧化碳至壓力為40～60MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌60～90min，卸壓，過濾，得到的固體用丙酮清洗、干燥，得到改性介孔二氧化硅。
8.如權利要求7所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述介孔二氧化硅為MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1介孔二氧化硅中的任意一種。
9.如權利要求1所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述過濾膜通過濾膜支撐架設置在過濾桶中部;所述過濾膜的制備方法為：按重量份，取20～30份殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產物和10～15份聚乳酸加入200～400份體積比為1:2的丙酮和DMF的混合溶劑中，攪拌，形成紡絲溶液，將紡絲溶液注入帶不銹鋼噴頭的噴射容器內，然后用高壓電源將電壓施加在不銹鋼噴頭上，并利用與噴射容器連接的推進泵將噴射容器內的紡絲溶液通過不銹鋼噴頭噴射至錫箔接收裝置上，并同時將5～10mg/mL的羧基化碳納米管分散液超聲霧化錫箔接收裝置上，將錫箔接收裝置上的膜層揭下，即得到單層過濾膜;將單層過濾膜熱壓形成過濾膜。
10.如權利要求9所述的超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，其特征在于，所述靜電紡絲的噴射條件為：環境溫度為40～80℃、高壓電源的輸出電壓為15～20kv、金屬絲與不銹鋼噴頭之間距離為15～25cm、流速為10～15mL/h;所述羧基化碳納米管分散液超聲霧化的功率為300W，頻率為3MHz，霧化率為3～5mL/min，超聲霧化的噴出口與錫箔接收裝置的距離為10～15cm。
說明書
超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法
技術領域
本發明涉及一種放射性廢水的處理方法，具體涉及一種超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法。
背景技術
核燃料生產、核電廠運行、核設施退役等過程都將產生大量放射性(高放、中放、低放)有機廢液，由于其放射性強、半衰期長、生物與化學毒性大，對人類與生態環境構成極大的長期危害。當前，中國正在實施“積極發展核電”規劃，根據國務院批準的《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》，預計到2020年，核電裝機容量達到5800萬千瓦，在建容量達到3000萬千瓦以上，屆時每年僅處理卸載下的乏燃料所產生含有機物的高放廢液將達800-1000m3;同時還將產生大量的中低放廢液/廢水。目前，含有機物放射性廢液/廢水的處理處置仍然是一大難題。尤其自日本福島核事故以來，美、日、俄、法等主要核大國都加強了這方面的研究工作。
放射性有機廢液包括油類、廢溶劑萃取劑、閃爍液以及其他混雜廢液。目前，放射性有機廢液處理方法主要分三類：一是高溫氧化法，如焚燒法、超臨界水氧化法、蒸汽重組法;二是濕化學法，如Fenton試劑法、酸氧化法、電化學催化法;三是吸附法。上述方法雖各有自己的優點，但都存在成本高昂、對設備要求高、且處理不完全等缺點限制了此類技術的推廣應用。其中普通fenton法H2O2在Fe2+的催化作用下分解產生·OH,它通過電子轉移等途徑將有機物氧化分解成小分子。單純只采用fenton試劑中的亞鐵鹽作為催化劑催化雙氧水氧化廢水中的有機物，其降解速度較慢，反應效率不夠高，有機物降解不夠徹底。
發明內容
本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。
為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種超聲結合濕法氧化Fenton法處理放射性廢水的方法，包括以下步驟：
步驟一、將放射性廢水以0.1～2.5m3/h的速度輸入Fenton氧化池的加酸反應腔內，將酸堿槽內的酸液輸入加酸反應腔內，調節放射性廢水的pH至2～3，調節pH后的放射性廢水自動溢出依次流入Fenton氧化池的三個氧化腔內，將Fenton試劑貯罐內的Fenton試劑分別通過導管輸入三個氧化腔內，對放射性廢水進行處理;所述三個氧化腔內輸入的Fenton試劑的流量依次為300～500mL/min、150～200mL/min、80～100mL/min;
步驟二、將步驟一處理后的放射性廢水輸入超聲波反應室，然后向超聲波反應室內加入氫氧化鈉，調節放射性廢水的pH至7～9;然后加入改性介孔二氧化硅，向放射性廢水內通入氮氣，開啟超聲波發生器，對放射性廢水進行處理;
步驟三、將步驟二處理后的放射性廢水輸入混凝沉淀池，投加混凝劑進行固液分離，將混凝沉淀池出水輸入內設有過濾膜的過濾桶進行過濾處理，完成對放射性廢水的處理。
優選的是，所述超聲波反應室為長方體結構;所述超聲波反應室的內壁均勻安裝四個超聲波發聲器;所述超聲波發聲器的頻率為50～80KHz，功率為300～500W。
優選的是，所述加酸反應腔和三個氧化腔的底部均設置有攪拌器。
優選的是，所述Fenton試劑中H2O2溶液與FeSO4溶液的體積比為1:5～8;所述FeSO4溶液的質量分數為3～5%;所述H2O2溶液的質量分數為35～45%。
優選的是，所述酸堿槽內的酸液為硫酸、鹽酸、硝酸中的任意一種。
優選的是，所述改性介孔二氧化硅與放射性廢水的重量體積比為1:50～100;所述氮氣的通氣速率為100～150mL/min。
優選的是，所述改性介孔二氧化硅的制備方法為：按重量份，取20～25份衣康酸酐和50～100份甲苯混合，加入超臨界反應裝置中，再加入3～5份的介孔二氧化硅和0.2～0.5份三乙胺，在超臨界反應裝置密封后通入二氧化碳至30～40MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌反應30～60min，然后卸去二氧化碳壓力，加入10～15份3-氨丙基三乙氧基硅烷，再次注入二氧化碳至壓力為40～60MPa、溫度60～70℃的條件下攪拌60～90min，卸壓，過濾，得到的固體用丙酮清洗、干燥，得到改性介孔二氧化硅。
優選的是，所述介孔二氧化硅為MCM-41、MCM-48、HMS、SBA-15、MCF、MSU-1、MSU-2、MSU-4或KIT-1介孔二氧化硅中的任意一種。
優選的是，所述過濾膜通過濾膜支撐架設置在過濾桶中部;所述過濾膜的制備方法為：按重量份，取20～30份殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產物和10～15份聚乳酸加入200～400份體積比為1:2的丙酮和DMF的混合溶劑中，攪拌，形成紡絲溶液，將紡絲溶液注入帶不銹鋼噴頭的噴射容器內，然后用高壓電源將電壓施加在不銹鋼噴頭上，并利用與噴射容器連接的推進泵將噴射容器內的紡絲溶液通過不銹鋼噴頭噴射至錫箔接收裝置上，并同時將5～10mg/mL的羧基化碳納米管分散液超聲霧化錫箔接收裝置上，將錫箔接收裝置上的膜層揭下，即得到單層過濾膜;將單層過濾膜熱壓形成過濾膜。
優選的是，所述靜電紡絲的噴射條件為：環境溫度為40～80℃、高壓電源的輸出電壓為15～20kv、金屬絲與不銹鋼噴頭之間距離為15～25cm、流速為10～15mL/h;所述羧基化碳納米管分散液超聲霧化的功率為300W，頻率為3MHz，霧化率為3～5mL/min，超聲霧化的噴出口與錫箔接收裝置的距離為10～15cm。
本發明中，所述殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產物的制備方法為：按重量份，取5～10份殼聚糖份加入到100～200份蒸餾水中，通氮氣保護，水浴加熱到60～75℃，攪拌10～30min后加入0.1～0.6份的過硫酸銨并攪拌引發10～30min，隨后加入10～15份苯乙烯和10～15份丙烯酸甲酯，在60～80℃下氮氣保護反應2～6小時，然后用乙醇沉淀在65℃下真空干燥，得到反應粗產物，用索氏提取器將粗產物用丙酮洗提24小時直至除去反應產生的均聚物，在65℃下真空干燥24小時，即得到殼聚糖接枝苯乙烯-丙烯酸甲酯接枝產物。
本發明至少包括以下有益效果：本發明首先對放射性有機廢水進行fenton氧化處理，將有機物進行降解，然后進入超聲波反應室超聲處理，利用超聲輻射產生的空化效應，在極短的時間內崩潰釋放出能量，形成具有極端物理化學環境和含有高能量的“微反應器”，有機物在超聲作用下轉化為小分子化合物，同時輔助加入改性介孔二氧化硅，實現對小分子化合物和放射性元素的吸附，最后通過過濾膜的過濾吸附作用，去除放射性有機廢水中的放射性元素，將放射性有機廢水處理完全。
本發明的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本發明的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
