MVR处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究_王占龙.pdf

第 卷第期 年月铀矿冶 收稿日期：第一作者简介：王占龙（），男，河北石家庄人，学士，高级工程师，主要从事污水处理、固废处理技术研究和设计工作。处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究王占龙，杜娟，李利，何立宁，马琳娜，连国玺，曹俊鹏（中核第四研究设计工程有限公司，河北 石家庄 ；中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 ）摘要：采用自然蒸发工艺时，单靠蒸发池面积的增加不足以处理大量的放射性废水。以某中性地浸采铀矿山的电渗析浓水和蒸发池废水为研究对象，采用 蒸发工艺，考察了不同压力和温度下的冷凝水水质情况和蒸发效果。结果表明，冷凝水可达到排放或回用标准，减容率达；在 、时，的蒸发效果最好。关键词：；地浸采铀；蒸发池；冷凝水；电渗析中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）：目前，地浸采铀生产过程中产生的放射性废水，均排入蒸发池通过自然蒸发进行处理。采用自然蒸发法处理地浸采铀废水，可充分利用当地自然条件，降低废水处理成本。但该法受自然条件影响较大，蒸发量随季节变化较大，且处理能力主要依赖蒸发池面积，千吨级铀矿生产基地的蒸发池面积预计将达到 。随着地浸矿山规模的增加，采用自然蒸发法处理废水面临挑战。风能辅助强制蒸发技术通过增加废水与空气的接触面积，可将液面蒸发拓展到立体蒸发；但蒸发效果受温度和风速影响较大，尤其是在冬季该工艺的处理效果并不理想。机械蒸汽再压缩（）简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位蒸汽。与传统的多效蒸发相比，技术节能效果显著，已被广泛应用于化工、制药、造纸、污水处理、海水淡化等行业。为从源头减少蒸发池的废水量，笔者开展技术在地浸采铀行业中的研究应用，提高废水的蒸发速度，逐步实现蒸发池减容甚至替代。室内试验部分 废水来源及水质情况某中性地浸采铀工程进入蒸发池的废水主要包括：树脂转型废水（前个树脂床的转型废水直接排入蒸发池）、电渗析浓水、沉淀母液，以及清洗滤袋废水等种类型。各废水月均排放量与水质情况见表。选取废水量较大且具有代表性的电渗析浓水和蒸发池废水作为研究对象。试验设备室内试验设备包括反应搅拌设备、油浴加热设备、蒸馏冷凝设备、减压调节设备，以及蒸残液过滤设备。试验方法通过室内蒸发试验确定废水蒸发的主要工艺参数，并检验蒸发效果。对电渗析浓水和蒸发池废水分别进行蒸发试验，采用油浴加热，根据不同压力和温度下的蒸发量，确定最佳蒸发压力和温度参数；并 对 冷 凝 水 进 行 水 质 检 测，验 证 蒸 发效果。表废水月均排放量与水质情况 名称月均排放量（）（）（）电导率（）（）转型废水 电渗析浓水 沉淀母液 清洗滤袋废水 试验参数选择取电渗析浓水（废水）和蒸发池废水（废水）分别在绝对压力 、下进行室内蒸发试验，确定最佳蒸发压力和温度，考察原水 及主要离子浓度对蒸发的影响。废水处理量每批次取 ，蒸发时间均取，固定油浴加热温度为 。其他试验参数见表。表室内蒸发试验参数 试验编号废水编号绝对压力 饱和蒸汽温度 室内试验结果及分析 每隔 对蒸发量进行统计，、废水实 际 蒸 发 温 度 分 别 为 、。蒸发初期，溶液为澄清状态；随着蒸发进行，溶液开始略微浑浊。随废水体积的减少，溶液中的盐逐渐析出，紧贴在烧瓶内壁上。蒸发结束后，晃动烧瓶，尽量将烧瓶内壁的白色析出盐冲刷到残液内，经抽滤后得到白色残渣。蒸发量分析 蒸发时间对蒸发量的影响各废水均取的试验数据进行对比，蒸发时间 对 蒸 发 量 的 影 响 见 图。可 以 看 出，、属于常压蒸发，蒸发量较低，约为 ，蒸发速度较慢；、属于减压蒸发，蒸发量较大，约为 ，减压蒸发速度约是常压蒸发速度的倍。常压蒸发时，蒸发速度较为稳定；减压蒸发时，最后 的蒸发速度出现明显下降。分析认为这是由于烧瓶中废水体积太少导致的，但大体上整个蒸发过程中的蒸发速度较为稳定。图蒸发时间对蒸发量的影响 铀矿冶第 卷 蒸发压力对蒸发量的影响各压力下均取的试验数据，将其折算成 平均蒸发量进行对比，蒸发压力对蒸发量的 影 响 见 图。可 以 看 出，压 力 在 时，线段斜率最大，表明该段压力变化引起的平均蒸发量增加最为明显；进一步降低压力至 ，平均蒸发量有所下降。因此，压力为 、时，平均蒸发量最大，即蒸发速度最快。及离子浓度对蒸发的影响原水的 及主要离子浓度低于原水，原水的平均蒸发量与原水的平均蒸发量相差不大（图）。因此，认为原水的 及主要离子浓度对蒸发量基本无影响。冷凝水水质分析 对和试验得到的冷凝水进行水质检测，分析电导率、，以及其中相关离子的浓度，结果见表。图蒸发压力对蒸发量的影响 表、冷凝水主要指标 试验编号（）（）（）电导率（）（）未检出 未检出 未检出 未检出 未检出未检出 未检出未检出 对比表和表数据可知，冷凝水中各离子浓度较原废水均降低个数量级。不同减压条件下，冷凝水的水质指标相近，各离子浓度及电导率等基本处于同一数量级，且均低于常压蒸发冷凝水 中 各 离 子 浓 度 及 电 导 率。各 冷 凝 水 中、均达到了 铀矿冶辐射防护和辐射环境保护规定（）中表的排放限值（）、（），、均 达 到 了 地 表 水 环 境 质 量 标 准（）中 表 的 三 类 水 标 准 限 值（、）。废水 蒸发处理工艺现场试验 蒸发处理工艺流程根据废水室内试验结果，搭建的 蒸发处理工艺流程见图。蒸发处理工艺流程分为预处理及进料、预热、强制循环蒸发结晶、蒸汽压缩、离心出盐个工段。预处理及进料工段废水自界外打入原料缓冲罐，并投入消泡剂，再经过进料泵输送到冷凝水预热器预热，然后进入强制循环换热器，当蒸发结晶器液位达到设计液位时，启动强制循环泵，进料结束。预热工段向强制循环换热器壳程通入生蒸汽给料液进行开机预热，当料液温度达到设定的蒸发温度时，开启蒸汽压缩机，系统开始进入蒸发状态；常温的废水进入冷凝水预热器（板式换热器）和 的高温冷凝水换热，废水温度由 预热到 以上后进入强制循环换热器。第期王占龙，等：处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究图 蒸发处理工艺流程图 强制循环蒸发结晶工段废水与循环料液混合后进入强制循环换热器，以 的流速流过换热器的每根换热管；与此同时，与换热器壳程内 的加热蒸汽（来自压缩机出口）进行换热，受热后的料液在蒸发结晶器底部沿切线进入蒸发结晶器进行蒸发（、）。当料液上升至接近液面时，料液由过饱和状态变为饱和状态，部分结晶颗粒析出；析出的晶体在强制循环系统进行循环、沉降、生长，集盐腿收集的盐浆自流排入离心机进行固液分离。蒸汽压缩工段蒸发结晶器蒸发出的二次蒸汽（、）进入蒸汽压缩机，经压缩做功后蒸汽压力和温 度 得 以 提 升，其 压 力 由 升 至 ，温度由 升至 （饱和温度），然后再进入强制循环换热器给废水加热。整个蒸发过程由压缩机建立起完整的热能循环。离心出盐工段过饱和溶液通过重力自流进入离心机，离心出固体盐；母液自流排入母液罐，经母液泵一路返回 继续蒸发，一路开路外排或母液中有机物富集到一定程度影响正常蒸发时整罐外排。设计参数及材质选择蒸发处理装置设计蒸发量，主要设计参数见表。表 系统主要设计参数 参数进料量（）进料浓度进料温度完成液浓度蒸发量（）出料量（）蒸发压力 蒸发温度压缩机出口压力 压缩机出口温度设计值 过饱和 （可调）（饱和温度）（可调）（饱和温度）铀矿冶第 卷 蒸发处理设备选型及组装根据 蒸发处理工艺流程进行设备选型，各设备技术参数见表。表 蒸发处理主要设备 类别名称技术参数主体材质数量罐类原料缓冲罐公称容积，配 搅拌电机 台冷凝水罐公称容积，工作温度 台蒸发结晶器 ，上锥角 、下锥角 ，介质：废水、蒸汽 台母液罐公称容积，工作温度，工作压力：常压 台换热器冷凝水预热器换热面积 台不凝气冷却器换热面积 台强制循环换热器立式单管程列管 式 换 热器，换 热面积 ，换 热 管 管程 壳程 台压缩机蒸汽压缩机螺杆式压缩机，流量 ，功率 台泵类进料泵流量，扬程，功率 台冷凝水泵流量，扬程，功率 台强制循环泵卧式轴流泵，流量 ，扬程，功率 ，工作温度 台母液泵流量，扬程，功率 台水环真空泵型号 ，极限压力 ，功率 台离心机平板离心机处理量 ，功率 台管道管道阀门管件等包括工艺管道及所含管件阀门 批控制阀电动调节阀单座角形调节型 台仪表压力变送器就地 ，带远传，信号，台差压液位计（单、双法兰）就地 ，带远传，信号，钽膜片台在线 计 信号，台电磁流量计衬里 ，信号（）钛电极台温度传感器电极 ，信号 套管台现场压力表、温度计批电控控制柜电缆、桥架、开关柜，自控柜、程序、现场控制箱套其他蒸汽发生器额定蒸发量 ，功率 台支撑平台碳钢防腐项保温项废水含有大量氯离子，腐蚀性较强，按照 腐蚀数据和选材手册 及工程经验进行选材。强制循环换热器的换热管采用 ，结晶器和强制循环管材质选择双相不锈钢 ，可有效减缓设备的腐蚀。现场组装完成后，设备长宽高 ，质量约，系统装机功率约（不含蒸汽发生器）。由于试验现场没有生蒸汽来源，本试验配备台蒸汽发生器作为预热 蒸发系统的热源。蒸发系统外接动力电 、自来水 。电渗析浓水试验结果及分析对电渗析浓水进行 蒸发处理试验，取电渗析浓水存放于试验原料桶中。为防止第期王占龙，等：处理中性地浸采铀矿山蒸发池废水技术研究蒸汽夹带雾沫进入压缩机而导致冷凝水不能达标排放，在原料桶中投加消泡剂（主要成分为改性有机硅，每 废水投加 消泡剂）。试验进行，每天连续运行，分别在不同参数条件下进行设备调试，使系统稳定运行；记录各参数下正常运行时（每天选取，每小时记录 次）的压 力、温 度、蒸 发 量 及 耗 电 量，验 证系统的蒸发效果和能耗情况。系统运行情况分析 蒸发压力对蒸发效果的影响调节蒸发结晶器在不同的蒸发压力条件下（、），对 系统的蒸发量及耗电量进行考察，试验平均结果见表。可以看出，蒸发压力为 时，平均蒸发量相对最大，平均耗电量相对最低，平均蒸发量约，平均耗电量约 。压缩机出口压力对蒸发效果的影响在 蒸 发 结 晶 器 压 力 一 定 的 情 况 下（、），调节压缩机 出 口压 力条件（、），对 系统的蒸发量及耗电量进行考察，试验平均结果见表。表蒸发压力对 蒸发效果的影响 序号蒸发结晶器压力 蒸发结晶器温度压缩机的出口压力 压缩机的出口温度平均蒸发量（）平均耗电量（）表压缩机出口压力对 蒸发效果的影响 序号蒸发结晶器压力 蒸发结晶器温度压缩机的出口压力 压缩机的出口温度平均蒸发量（）平均耗电量（）由表可知，两组压力下的蒸发量基本持平，说明压缩机出口压力对蒸发量基本无影响；压缩机出口压力为 的平均耗电量相对较低。冷凝水水质分析系统蒸发产生的冷凝水比较清澈，无明显杂质。对、试验产生的冷凝水分别取样进行水质检测，结果见表。可以看出，电渗析浓水经 蒸发后得到的组冷凝水水质指标相近。各冷凝水中、均达到了 铀矿冶辐射防护和辐射环境保护规定（）表 的排放限值，总放射性、总放射性均达到了 污水综合排放标准（）的表要求，、及重金属等均达到了 地表水环境质量标准（）表 的 三 类 水 标 准 限值，达标排 放 率 。冷 凝 水 也 可 回 用 于生产。母液水质分析由于进入 系统的电渗析废水浓度较低，试验过程中未能结晶出盐，系统蒸发到无法循环运行后，最终得到母液约 （排回到蒸发池）。根据处理的总废水计算，产生冷凝水约 ，减容率约为 。母液比较浑浊，且底部有部分沉淀，经分析检测得知沉淀物的主要成分为 和 。这是由于废水中含少量 （）和（），经加热后分解并最终形成沉淀。母液主要指标检测结果见表。可以看出，母液中电导率、的浓缩程度较高，达到了废水减容的目的。铀矿冶第 卷表、冷凝水主要指标 ，项目电导率（）（）（）（）（）（）总放射性（）总放射性（）（）冷凝水 未检出未检出冷凝水 未检出未检出冷凝水 未检出未检出冷凝水 未检出未检出参考排放限值 项目（）冷凝水 未检出未检出未检出未检出 未检出未检出冷凝水 未检出未检出未检出未检出 未检出未检出冷凝水 未检出未检出未检出未检出 未检出未检出冷凝水 未检出 未检出未检出未检出未检出 未检出未检出参考排放