超滤、反渗透、电渗析组合工艺处理放射性废水

超滤—反渗透—电渗析组合工艺处理放射性废水

论文作者：陆晓峰 楼福乐 毛伟钢 梁国明 李国祯 刘光全

摘要：介绍用超滤-反渗透-电渗析组合工艺处理放射化学实验室排出的低水平放射性废水。叙述了内压管式超滤器、中空纤维反渗透器及电渗析器在废水处理中的脱盐、去污等效果，及两种清洗方法对超滤膜通量恢复的比较等。由“三膜”组合工艺组成的URE流程去污因子高达3.2×103，为放射性废水的处理提供了一种新的方法。

关键词：放射性废水 超滤 反渗透 电渗析 组合工艺

　　一、前言

　　我所于七十年代起开展用“四台电渗析器”和“电渗析器-填充床电渗析器”两个流程来处理放射性废水，获得了成功。但也发现在处理本所放化实验室排除的放射性废水时，效果不理想。主要是该废水中，组分复杂，特别是含有的有机大分子、络合物等，很难用电渗析工艺去除，影响了净化效果^[2]。

　　近年来，我们研制了YM型磺化聚砜超滤膜，并做了超滤膜处理放射性废水的探索试验^[3]。对反渗透处理放射性废水的方法也作了研究^[4]。在此基础上，综合各种处理手段的优点，提出了用超滤（UF）－反渗透（RO）－电渗析（ED）组合工艺（简称URE流程）处理低水平放射性废水的新工艺。

　　二、流程与设备

　　处理低放废水URE流程见图1。采用本所研制YM型内压管式超滤器（磺化聚砜超滤膜，截留分子量为2万），膜面积1.5m²，纯水通量250L/h，（压力0.25Mpa）。反渗透器为海洋二所研制的HRC型中空纤维组件，膜面积40m²，纯水通量270L/h（压力1.3Mpa）。电渗析器为400mm×800mm，一级一段，膜对40对，由本所组装。

　　放化实验室排出的低放废水进入沉降槽，静止澄清24h后，上清液放入超滤原水槽，经超滤处理后，渗透液进入中间槽。同时启动反渗透器和电渗析器，反渗透器进一步脱盐和去污，渗透液可直接排放或流入混床进一步处理。电渗析起浓缩作用。超滤和电渗析处理的最终浓缩液留待固化处理。三个单元均采用循环式操作。

　　三、全流程冷试验运行

　　冷试验累计运行147.5h，共处理模拟废水14m³。模拟废水按实际放射性废水组份配制，具体配方为：NaHCO₃ 60mg/L，NaNO₃ 146mg/L，NaCl 128mg/L，CaCl₂ 88mg/L，MgCl₂ 71mg/L，Na₂SO₄ 7mg/L，30%TBP-煤油50mg/L，机油50mg/L，洗涤剂50mg/L。冷试验运行情况分述如下：

　　图1  URE流程图

　　1． 超滤单元

　　在URE流程中，UF作为预处理除去大部分有机物和大分子物质，以保证RO的进水要求，提高ED的浓缩效果。

　　⑴脱盐效果

　　与普通超滤膜不同，由于磺化聚砜超滤膜是荷电的，因而具有一定的脱盐能力。但脱盐率随原水中含盐量的增加和pH值的下降而降低（表1）。

　　表1  原水含盐量、pH对脱盐率的影响

　　⑵影响通量的因素

　　原水的组成、浓度和温度都影响UF的通量。当原水不含有机物（指没有加入机油、洗涤剂等）和含有机物时的通量分别为73.87L/m²h和58.30L/m²h。此外随着料液浓度的提高，通量逐渐下降。而随着料液温度的提高，通量逐渐增加。

　　⑶浊度和化学耗氧量的变化

　　经超滤后，废水的浊度大大下降，确保了反渗透的进水要求。废水COD值下降表明，大部分有机物已被去除，使下游工艺处理更易进行（表2）。

　　表2  浊度COD值的变化

　　⑷膜的清洗方法试验

　　随着运行时间的延长，超滤通量逐渐下降，试验用化学清洗法、海面球机械清洗法及其结合的方法来清洗，以恢复通量（图2）采用化学清洗法可较好地恢复通量，但再次运行时通量衰减较快，且有两次废液产生。而海面球机械清洗时，只要将球洗阀门旋转180度，使存放于阀门内的海面球随料液进入管膜内，海面球擦洗膜面后又回归入球阀内待用。清洗后的起始通量虽不如化学清洗法高，但通量可在较长时间内保持稳定。该方法简单，不影响生产，不产生两次废液，适合于放射性废水处理时采用。

　　图2  清洗试验效果比较

　　1.化学清洗后通量；2.化学清洗后再球洗的通量；3.球洗后通量

　　2． 反渗透单元

　　在URE流程中，RO用作深度净化。试验中对RO在流程中的位置及其他影响因素作了探索。

　　⑴反渗透在URE流程中的位置

　　在起初的设想中，URE流程为：UF-RO-ED，废水经超滤处理后，进入反渗透，由反渗透脱盐并浓缩2倍后，再由电渗析作进一步浓缩。但试验发现，当反渗透的进料液含盐量由于浓缩而增加时，其脱盐率下降，渗透液的含盐量也提高，加重了尾端处理的负担。为更好地发挥反渗透的作用，将其位置改为：UF-ED-RO，即经超滤处理后的料液先由电渗析脱盐，使料液含盐量降至500mg/L时，再由反渗透作进一步脱盐，经试验改动后，反渗透的脱盐率可稳定在85%。

　　⑵通量变化

　　在起始的40h运行中，RO的通量从141L/h降至112L/h（1.3Mpa），但在以后的100多小时运行中通量基本保持稳定，不再下降。可以认为由于采用UF作为预处理手段，RO膜受污染的程度大大降低。初始阶段的通量下降是由于膜的压密效应引起的。

3． 电渗析和离子交换单元

　　电渗析和离子交换在URE流程中主要分别作为浓缩和后级深度净化（表3，4）。

　　表3  电渗析和离子交换单元冷试验结果

　　表4  URE流程冷试验结果汇总

　　*体积浓缩比=进料液体积/浓缩排污液体积

四、放射性废水处理试验

　　在全流程冷试验运行的基础上，进行了低放废水的处理试验。低放废水来自本所放化实验室实际污水，废水比放为7.4kBq/L，核素主要⁹⁰Sr-⁹⁰Y和¹³⁷Cs，废水含盐量为800mg/L，为进一步验证膜对有机物的去除能力，仍向废水中加入与冷试验时相同的有机组份。热试验总计运行了104.5h，处理放射性废水7.5m³。试验中对反渗透单元的进水浓度对脱盐、去污的影响作了进一步测定，对高价离子的去除情况也作了分析。

　　1． 原水含盐量对反渗透单元去污率的影响

　　同冷试验结果相同，当原水含盐量较高时，RO脱盐率下降，去污率也下降。通过先启动ED，使RO的进料液含盐量保持在500mg/L左右时，RO脱盐率可达90%以上，去污率也提高到95%以上（表5）。

　　表5  原水含盐量对反渗透单元去污率的影响