[发明专利]一种含氚水的去氚化处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种含氚水的去氚化处理装置及方法，为核电站含氚水处理工艺匮乏的问题提供了一个可靠的解决方案。本发明的装置包括进料系统、水精馏单元、级联系统、联合电解催化交换单元、氚水储存容器和热泵节能系统。采用了两级处理工艺，以水精馏作为初级贫化及减容工艺，实现大容量低浓含氚水的达标排放贫化；以联合电解催化交换工艺作为次级高效减容工艺，实现不同倍数的含氚水贫化和减容处理。本发明的方法具有流程简单、装置操作便捷、系统稳定性好、减容及贫化因子高的优点，能够有效实现含氚水的贫化和减容处理，具有广泛的工程应用价值。

技术领域

本发明属于核废料处理技术领域，具体涉及一种含氚水的去氚化处理装置及方法。

背景技术

随着国家发展和环境保护的需要，核能将会在我国能源领域扮演越来越重要的作用。同时，也必须清醒的认识到，虽然核能相比化石能源更为环保和绿色，但核能在提供巨大能量的同时也不可避免的产生一定数量的放射性废物，而且随着核电规模的扩大，随之产生的放射性废物也会逐渐增加。由于放射性废物的特殊性，一直受到普遍关注。

含氚废水是其中一个重要方面。压水堆型核电机组中的氚主要是在核反应中产生的，一部分是在核燃料元件在核裂变过程中产生并通过包壳渗透到一回路，另一部分是一回路冷却剂中的微量物质如B、Li和D等在中子作用下形成。对于一座百万千瓦的核电站，其氚排放量为70TBq/a，其中氚在废水中以HTO形式存在。对于AP1000堆型机组，一回路冷却剂中氚主要以反应堆冷却剂系统流出液的形式进入废液处理系统(WLS)。

氚带有放射性，会发生β衰变，其半衰期长达12.43年。虽然我国国标《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》将氚列入低毒性放射性核素，但这并不意味氚的危害可以被忽略。液态氚（HTO/T₂O）的放射性毒性比气态氚（HT/T₂）高10000倍，可通过消化道、呼吸道和损伤的皮肤进入体内，长期或超量蓄积在体内，可引起慢性内照射放射病。

由于现有核电站中缺乏对含氚废水的处理装置，常规放射性核素的去除手段如吸附、过滤、蒸发、离子交换、膜技术等几乎不可能将HTO与H₂O分离出来，大部分氚最终被排放到环境之中。随着核电建设规模的日益增长，含氚废水排放量也将逐渐增加。尤其是随着内陆核电站的建设提到日程，含氚废水的问题将会日益突出。由于内陆水体稀释能力相对沿海核电站较弱，发展内陆核电站首先要考虑的是大量低浓含氚废水的排放对环境的影响或者直接对饮用水的污染问题。

美国环保署制定的饮用水中氚含量上限为740Bq/L，我国最近发布的GB6249-2011规定，内陆核电站排放口一千米处受纳水体中(除氚和碳-14)总β放射性不超过1Bq/L，氚浓度不超过100Bq/L，同时对氚的年总排放量提出要求（液态流出物75TBq/a，气态流出物15TBq/a）。核电站含氚水氚浓度一般比饮用水控制的氚浓度上限高几个量级，因此内陆核电站产生的大量含氚水不能采用滨海核电站的直接排放方式，对含氚废水的关注程度也日益提高。在目前水资源短缺且环境保护标准日益严格的形势下，对含氚废水进行处理的需求日益强烈。

核电站含氚废水具有浓度低、处理量大的特点，同时对处理工艺的减容因子、安全性和经济型也有很高的要求。目前已公开的含氚水处理工艺多是用于含氚重水的处理，且多为氚的稀释过程，需要大量的氢气置换水中的氚，后端的氢同位素分离单元的处理压力和能耗巨大。因此，能够满足核电站大容量含氚废水处理要求的工艺目前仍然匮乏。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种含氚水的去氚化处理装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种含氚水的去氚化处理方法。