[发明专利]一种用于放射性含硼废液中回收硼的装置和方法

说明书

本发明提供一种用于放射性含硼废液中回收硼的装置，其包括:原水罐、分离单元进水泵、用于对硼和核素进行分离的分离单元膜组件、中间水罐、浓缩单元进水泵、浓缩单元膜组件和产水罐；所述原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件、中间水罐、浓缩单元进水泵、浓缩单元膜组件和产水罐依次相连。本发明提供的用于放射性含硼废液中回收硼的装置，简单高效解决传统硼回收工艺中硼被浓缩的同时核素和杂质也被浓缩，提高被浓缩硼的纯度和降低其放射性活度浓度，避免核素再次浓缩重复处理，增加固废产生量，根据项目实际需求，简单灵活控制回收的硼浓度。

技术领域

本发明涉及一种用于放射性含硼废液中回收硼的装置和方法。

背景技术

传统压水堆核电厂中，采用硼进行反应性化学补偿控制。电厂运行期间，由于调硼和化容系统下泄操作频繁，将产生大量含硼废液。排出的含硼废液大部分通过硼回收系统浓缩和净化后，在电厂内回用。但每堆年依然还有约0.4吨硼排向环境。

CAP系列核电厂的反应性控制方式与一般压水堆核电厂类似，但CAP系列核电厂在反应性控制中还采用了机械补偿运行模式，可溶硼仅用于补偿由于堆芯燃耗引起的反应性变化，而利用控制棒的动作进行快速反应性变化控制和负荷跟踪，从源头减少了含硼废液的产生。为简化系统设计，原设计中取消了传统压水堆电厂的硼回收系统，含硼废液如果不处理，每堆年大约有约1吨硼通过放射性废液处理系统处理后排入环境。

虽然国家标准中暂无硼的排放限值，但福岛事件后，国家监管对环境保护的要求日益严格，对液态流出物中硼的排放控制更加关注。审评方希望通过设计改进，使核电厂的硼排放浓度和硼排放总量得到进一步控制。为了控制最终排向环境的硼浓度和总量，解决方案之一是回用这部分硼。另外，基于富集硼酸的应用特点，将来可能会有越来越多的核电厂采用富集硼酸，考虑到富集硼的高价值，也有必要回收利用这部分硼。

目前可采用的回收硼的工艺主要有蒸发和反渗透膜工艺。蒸发为现阶段没有硼回收系统的核电站采用的除硼工艺，其优点是工艺成熟，工程运行经验较多，缺点是占地面积大、能耗高、浓缩液中放射性核素活度高，放射性核素及非放杂质(包括硅)与硼一起浓集，即使再通过树脂床净化，会增加固废产生量，且由于树脂对杂质离子中硅的选择性低，会导致回路中二氧化硅逐渐升高。膜技术是物理分离过程，不会引入额外的杂质，但现有的膜处理技术主要虽然具有工艺简单、除硼效率高、能耗低等优点，但硼和核素会被同时浓缩。核电厂冷却剂流出液中硼的最高浓度可能达到2700ppm，平均硼浓度约为1000ppm，浓缩后硼浓度甚至达到5000ppm，而放射性液体中核素离子浓度却只有ppb级甚至更低，需要分离的硼和核素浓度反差太大，传统反渗透膜对于高硼浓度低核素浓度的含硼废液处理缺乏应用实例，且也会发生核素和硼同时被浓集的现象，导致浓缩硼不能满足回用要求。

如何解决硼被浓缩的同时避免核素和其他杂质离子浓集，以及提高膜对进水硼浓度的适用范围，同时还要将平均硼浓度只有1000ppm左右的溶液浓缩为5000ppm左右的高纯硼溶液成为本发明的重点。通过采用一种核电厂对硼和核素具有高分离率的膜产品和一种对硼具有高截留率的膜产品组合应用，高效分离核电厂放射性含硼废液中核素后对硼进行高效浓缩，同时满足工程应用回收的浓度和纯度要求，实现对硼的高效和高品质回收利用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种用于放射性含硼废液中回收硼的装置和方法。

本发明提供一种用于放射性含硼废液中回收硼的装置，其特征在于，包括:原水罐、分离单元进水泵、用于对硼和核素进行分离的分离单元膜组件、中间水罐、浓缩单元进水泵、浓缩单元膜组件和产水罐；所述原水罐、分离单元进水泵、分离单元膜组件、中间水罐、浓缩单元进水泵、浓缩单元膜组件和产水罐依次相连；所述分离单元膜组件与所述原水罐相连；所述浓缩单元膜组件与所述中间水罐相连；其中：

所述分离单元膜组件对硼的透过率大于90％，对核素的截留率大于95％；

所述浓缩单元膜组件对硼的截留率大于95％。