一种利用连续电除盐处理低放废液的方法技术

一种利用连续电除盐处理低放废液的方法，其特征在于阴离子交换膜与阳离子交换膜交替排列在阴极和阳极之间，离子交换膜之间填充离子交换树脂，形成淡水室，相邻淡水室之间形成浓水室。淡水室和浓水室交替排列，构成整个膜堆。淡水室内填充２０％－６０％的弱碱性阴离子交换树脂，３０％－５０％的强酸性阳树脂和１０％－３０％的强碱性阴树脂。膜堆两端施加直流电压，电场方向与离子交换膜垂直。低放废液进入淡水室中，核素离子在直流电场的作用下，在树脂相发生定向迁移，通过阴阳离子交换膜进入浓水室。膜堆中添加弱碱性阴离子交换树脂，充分借助该树脂对过渡金属离子的高度选择性，在不改变设备的前提下，大幅度提高处理效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于污水处理

技术介绍
核三废治理作为核工业的一个重要组成部分，其地位十分重要，越来越受到公众的 普遍关注。低放废液的处理与处置是核三废治理的重要内容之一。核设施凡与放射性物 质相关的一切活动，必须考虑运行人员和公众的健康与安全以及所有活动对环境的影 响。在活动中产生的废物需要安全地储存和处置。废物小量化是放射性废物管理的核心 部分，以此来限制放射性污染物产生和扩散，减少储存和处置的废物量，从而减少对环 境的影响和对放射性废物管理的总成本。低放废液量在核废物中所占比例很大，对其进 行经济有效的处理将对废物小量化有明显的贡献。离子交换与蒸发浓縮工艺是低放废液处理的常用技术。离子交换技术具有技术成 熟、效率高、工艺简单、易操作等优点。用于低放废液处理的离子交换树脂多为一次性 使用，不再生，放射性废树脂产生量大，需要进一步处理处置，不能完全满足放射性废 物小量化要求。蒸发浓縮也是低放废液处理的常用技术，蒸气冷凝冷却后满足排放标准， 若仍不满足标准，则进入离子交换系统，其最大缺点是能耗过高。连续电除盐(CEDI， Continuous Electrodeionization)技术是最新发展起来的膜处 理技术。该技术是将离子交换树脂填充在阴阳离子交换膜之间形成CEDI单元，阴离子 交换膜与阳离子交换膜交替排列，水中的离子被树脂吸附后，在直流电压的作用下，分 别通过阴阳离子交换膜被去除。水分子在电场的作用下分解为氢离子和氢氧根离子，对 离子交换树脂进行连续再生，使树脂保持最佳工作状态。利用连续电除盐(CEDI)技 术处理低放废液，最大优点在于1)树脂在直流电压下自动连续再生，无需投加酸碱， 理论上无放射性废树脂产生；2)对能耗的要求远远低于蒸发浓縮法。以CEDI技术为核心的膜法超纯水生产工艺己经成为目前电力、电子、制药、生物 技术等领域中超纯水生产的首选工艺。但是，用现代新型CEDI技术处理低放废水，国 际上的研究才刚刚起步，报道较少，属于国际前瞻性研究方向。CEDI膜堆中填充的树脂分为两大类强酸性阳离子交换树脂，是去除核素离子的 主要部分；强碱性阴离子交换树脂，主要起到电平衡和pH平衡作用，对核素离子的去 除作用很少。强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂以分段或者混合的方式填 充在CEDI膜堆的淡水室中。但是，现有的CEDI技术均以去除水中的强弱电介质、制造高品质的超纯水作为目标，无法直接应用于核工业的低放废液处理。在低放废液中，核素离子的浓度往往比常规非放射性离子的浓度低4-5个数量级，而强酸性阳离子交换树脂对于水中阳离子的吸 附没有很强的选择性，因此导致CEDI技术对于核素离子去除的选择性差。在核工业的 低放废液处理中直接应用现有的CEDI技术，存在以下几个方面的问题对核素离子的 去除效率不高，淡水出水的水质不能满足要求；电流绝大部分用于水中非放射性离子的 去除，有效电流利用率低，能耗高。
技术实现思路
针对现有连续电除盐处理低放废水存在的问题，本专利技术的目的是通过改进膜堆淡水 室内部树脂配比的方法来提高连续电除盐处理低放废液的效率。本专利技术的目的是通过如下的技术方案实现的 一种利用连续电除盐处理低放废液的方 法，其特征在于该方法包括如下步骤1) 阴离子交换膜与阳离子交换膜交替排列在阴极和阳极之间，阴离子交换膜和阳 离子交换膜之间填充阴离子交换树脂和阳离子交换树脂，形成一个处理单元，每个单元 内阴阳离子交换膜之间形成淡水室，每个淡水室内阴离子交换膜总是靠近正极，阳离子 交换膜总是靠近负极，相邻淡水室之间形成浓水室，淡水室和浓水室交替排列，构成整 个膜堆；2) 在淡水室内填充三种离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交 换树脂和强酸性阳离子交换树脂；3) 在膜堆两端施加直流电压，电场方向与离子交换膜垂直，低放废液进入淡水室 中，核素离子首先被离子交换树脂吸附，在直流电场的作用下，被吸附的核素离子在离 子交换树脂相发生定向迁移，通过阴阳离子交换膜进入浓水室排出。本专利技术的技术特征还在于，所述步骤2)中淡水室内填充的三种离子交换树脂所占 的体积百分比分别为弱碱性阴离子交换树脂占20%—60%，强酸性阳离子交换树脂 占30%_50%，强碱性阴离子交换树脂占10%—30%。本专利技术所述步骤2)中淡水室内填充的弱碱性阴离子交换树脂，其季胺官能团占胺 基官能团的比例为0 20%。本专利技术所述步骤2)中淡水室内填充的弱碱性阴离子交换树脂，在填充到淡水室之 前采用如下的步骤进行预处理先用0.1 1.0mol/L的盐酸或硫酸淋洗，盐酸或硫酸的体 积是所处理的离子交换树脂体积的2—10倍，再用等当量的氢氧化钠溶液转型，氢氧化 钠溶液的体积是所处理的离子交换树脂体积的2—10倍，最后用过量无离子水冲洗。本专利技术与现有CEDI技术相比，具有以下优点及突出性效果与传统的离子交换观 念不同，本所提出的弱碱性阴离子交换树脂是一种弱解离性配位共聚物，骨架侧链上的官能团含有活性基团，具有电子给体的特性；水中部分痕量放射性核素离子，特别是放 射性腐蚀产物，或者具有空电子轨道，或者可以通过价电子层或能量相近的电子轨道杂 化，具有电子受体的特性。因此，弱碱性阴离子交换树脂表现出对具有过渡金属特征的 放射性核素离子的特殊选择性，这种性质是强碱性阴离子交换树脂所不具备的。同时， 弱碱性阴离子交换树脂可以在膜堆中起到电平衡和pH平衡的作用。在膜堆淡水室中添加弱碱性阴离子交换树脂物，实际上是在保持原有膜堆中阴离子交 换树脂电平衡和pH平衡作用的同时，使这部分树脂具备去除放射性核素离子的功能，特 别是去除具有过渡金属特征的放射性核素离子。在不改变设备的结构和稳定性的前提下， 大幅度提高了整个膜堆对低放废液的去除效率，从而使得CEDI技术对于放射性废水的处 理更具有针对性和适用性。与原有的CEDI相比，添加了弱碱性阴离子交换树脂的新膜堆 在去除效率上可以提高l一2个数量级以上。 具体实施例方式本专利技术提供的，其具体工艺步骤如下1)阴离子交换膜与阳离子交换膜交替排列在阴极和阳极之间，阴离子交换膜和阳 离子交换膜之间填充阴离子交换树脂和阳离子交换树脂，形成一个处理单元，每个单元 内阴阳离子交换膜之间形成淡水室，每个淡水室内阴离子交换膜总是靠近正极，阳离子 交换膜总是靠近负极，相邻淡水室之间形成浓水室，淡水室和浓水室交替排列，构成整 个膜堆；2)在淡水室内填充三种离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交 换树脂和强酸性阳离子交换树脂；三种离子交换树脂所占的体积百分比分别为弱碱性阴离子交换树脂占20%—60%，强酸性阳离子交换树脂占30%—50%，强碱性阴离子 交换树脂占10%—30%，其中填充的弱碱性阴离子交换树脂，其季胺官能团占胺基官 能团比例为0 20%。弱碱性阴离子交换树脂在装填入淡水室前应先用0.1 1.0mol/L的盐酸或硫酸淋 洗，盐酸或硫酸的体积是所处理的离子交换树脂体积的2—10倍，再用等当量的氢氧化 钠溶液转型，氢氧化钠溶液的体积是所处理的离子交换树脂体积的2 —10倍，最后用过 量无离子水冲洗3)在膜堆两端施加直流电压，电场方向与离子交换膜垂直，低放废液进入淡水室 中，核素离子首先被离子交换树脂吸附，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用连续电除盐处理低放废液的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：　　１）阴离子交换膜与阳离子交换膜交替排列在阴极和阳极之间，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间填充阴离子交换树脂和阳离子交换树脂，形成一个处理单元，每个单元内阴阳离子交换膜之间形成淡水室，每个淡水室内阴离子交换膜总是靠近正极，阳离子交换膜总是靠近负极，相邻淡水室之间形成浓水室，淡水室和浓水室交替排列，构成整个膜堆；　　２）在淡水室内填充三种离子交换树脂：弱碱性阴离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂；　　３）在膜堆两端施加直流电压，电场方向与离子交换膜垂直，低放废液进入淡水室中，核素离子首先被离子交换树脂吸附，在直流电场的作用下，被吸附的核素离子在离子交换树脂相发生定向迁移，通过阴阳离子交换膜进入浓水室排出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵璇，李福志，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]