浓缩物处理系统的制作方法
专利名称：浓缩物处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理和治理放射性浓缩物的方法、过程或系统，所述放射性浓缩物例如核燃料工厂的液流或者含有放射性废弃物的液体或水性浓缩物或者其他形式的环境废弃物。
背景技术：
资料显示在北美、亚洲和欧洲(尤其是东欧)以及全球其他地方的许多工厂一直试图解决储存的放射性浓缩液体(或放射性药剂的溶液)或陈年浓缩物(historicalconcentrate)的问题，尤其在最近20至30年中，各工厂中的放射性浓缩液体(或放射性药剂的溶液)或陈年浓缩物的储存量显著增加。因此，除去核电厂的液体放射性废弃物中的放射性核素已经成为欧盟及其成员国和世界上其他国家优先考虑的重要问题。这些工厂通常包括将通过核裂变获得的能量转化为电力的核电厂。这样的工厂的一个实例为位于俄罗斯联邦Polyarnye Zori/Murmansk Region的Kola NPP0该工厂积累的LRW (液体放射性废弃物)一度临时储存在不锈钢罐中并以安全地长期储存、运输和最终丢弃这些废弃物的方式对积累的LRW进行处理。该工厂并没有证明其足够成功。Kola NPP (核电厂)运行了一种用于从蒸发器的浓缩物倾析液和盐结晶沉积物中除去放射性核素的系统。该过程由氧化阶段和过滤阶段构成。在氧化和过滤过程中，通过将臭氧喷入液体放射性废弃物中进行氧化。然而，该方法没有将温度和PH控制在促进所涉及的臭氧处理过程的理想状态下，该方法允许温度上升至90华氏度(或约32.22摄氏度)，在这种条件下，可溶的臭氧几乎变为溶解度为0，因此导致臭氧的利用率较低；在这种情况下，臭氧不被水吸收而以气相形式损失。PH没有被控制在既避免硼沉淀又优化臭氧利用率的最佳范围内。过滤操作用于从液相中分离放射性氧化产物(不可溶的)，但是，所述过滤操作只是微过滤而不是使小于微过滤范围的放射性颗粒得以通过的超滤。通常在大约胶体尺寸至大约微过滤范围的下限范围内发现钴、银和铁同位素。过去，在满足所需的性能要求方面，以及就可靠性而言或者在效率方面，已经发现该系统中使用的一些设备和方法存在缺陷；总体上，亟需对这类方法进行重大改进以治理这种工厂和这样的工厂区。与本发明公开的主题相关的先前的发明专利存在许多缺陷；并且，其在一个或一个以上的方面似乎与本发明不相关。参见,例如Napier等人的美国专利第4，894，091号,该美国专利教导了一种除去水中的金属的方法，所述方法包括如下步骤:预过滤水中的固体，调节PH至约2至3，减少水中溶氧的量，将PH提高至约6至8，添加水可溶的硫化物以使不可溶的硫化物型金属和氢氧化物型金属沉淀，添加絮凝剂，分离含有沉淀物的絮状物，再过滤得到的溶液，其中，再过滤的溶液可任选地通过离子交换树脂进行洗脱以除去残留的金属离子。Enda等人的美国专利第7，772，451号中公开了一种以化学方式净化放射性物质的系统，该美国专利与本发明的不同之处在于:该美国专利提供了一种以化学方式净化放射性物质的系统(以其最广的含义)，所述系统形成液体流过的通道，所述系统包括连接至用于循环净化液体的通道的循环回路，所述循环回路包括净化剂进料器，过氧化氢进料器，离子交换器和臭氧发生器或氧化剂进料器，所述净化剂进料器提供净化液体，所述净化液体为还原性的且为含有一元羧酸(称为“甲酸”)和二元羧酸(称为“草酸”)的水溶液，所述过氧化氢进料器向净化液体提供过氧化氢，所述离子交换器用于分离并除去净化液体中的金属离子；所述臭氧发生器用于将臭氧注入净化液体中，所述氧化剂进料器向净化液体提供高锰酸或高锰酸盐；其中，所述系统不含将三价铁原子还原成二价铁原子的装置，并且其中，存在于所述系统中的任何酸均为有机酸。该系统以及上述Napier等人所描述的方法没有采用本发明的如下处理步骤:氧化或臭氧氧化步骤(I)，吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤(II)，固体-液体分离步骤(III)，可调节且可配置的离子交换(IX)步骤(IV)以及第V步骤中的排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。Connor等人的美国专利第5，196，124号涉及一种减少从地下水库中取出的液体中的放射性物质含量的方法，该方法将吸附剂固体沉积在水库基体中，所述水库基体完全包围放射性物质的产生，从而充当存在于水库孔隙水中的溶解的放射性核素的原位过滤器。尽管使用吸附形式，但是，Connor没有以与本发明所述方法相同的方式或过程促进吸附的应用。该专利没有采用如下步骤顺序或由此获得的效果:吸附之前的氧化，或者固体-液体分离、可调节且可配置的离子交换，或排水或干燥溶解有固体的废液，从而得到干燥固体(所有步骤均在吸附步骤之后)。还参见Connor的美国专利第5，728，302号，其与本发明相比具有类似的区别。Kreisler的美国专利第5，908, 559号描述了一种从废液中回收并分离金属的方法。该方法包括与本发明不同的如下步骤:调节废液的PH，加入金属络合剂，加入颗粒生长促进剂，加入絮凝剂，得到溶液；对得到的溶液进行脱水处理，优选地使用板框压滤机，得到沉淀物和上清液；在用熔化促进剂对滤饼进行熔化、干燥和脱水之后从沉淀中回收金属，从而选择性地除去含有熔化的金属的浓缩物，该浓缩物可铸造成锭卖给基层熔炼厂。Tucker等人的美国专利第7，282，470号虽然使用了可溶于水的吸附剂添加物(即山梨醇或甘露醇)，但是该美国专利在其他方面与本发明方法中的步骤不同。Wetherill的美国专利申请第200910252663号提供了一种从液流中除去基本痕量污染物的方法和系统，其步骤包括使含有基本痕量污染物的液流流过含有氧化主要的痕量污染物的氧化催化剂的穿流独石(flow-through monolith),使含有氧化的痕量污染物的液流与不含氧化催化剂的吸附剂接触，从而吸附氧化的痕量污染物。然而，该美国专利申请缺少本发明包含的其他步骤所带来的功效。在发明人ALEXANDR0VI等人的PCT公开文本W02007123436 (Al)中公开了使用吸附剂和使用诸如高锰酸钾之类的氧化剂。然而，该方法既没有采用本发明的顺序，也没有采用本发明实施的下列步骤:固体-液体分离步骤II1、可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV，或排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。
Dmitriev等人的俄国专利RU2122753 (Cl)列举了一种方法中的如下要素:在存在氧化催化剂和/或放射性核素收集器的条件下通过臭氧化作用对废弃物进行氧化处理，固体-液体分离和进一步在下游的选择性吸附剂上最终纯化液体相。然而，上述步骤的顺序和定性组成与本发明不同，并且Dmitriev没有以与本发明相同的方式使用如下步骤:可调节且可配置的离子交换(IX) (IV)，以及步骤V中的排水(Va)或干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体(Vb)，也没有对实现分离放射性核素的处理途径和处理原理进行描述性说明。因此，本领域技术人员可理解的是，相对于过去涉及治理、处理、包装和以化学方式影响储存或放置在核电厂的或与核电厂有关的位置的放射性废液或浓缩液的常规技术，本发明提供具有功能和结构优势的本质上不同的方法和系统。还可理解的是，本发明的效率、灵活性、操作的适应性、各种实用性和不同的功能应用均作为本发明在本技术领域具有创新性的重要基础。
发明内容
本发明的上述目的和其他目的可通过本发明的方法和系统实现。一方面，本发明包括用于治理和处理放射性浓缩物(通常作为陈年浓缩物储存)或者其他放射性废弃物或其他形式的环境废弃物或有害废弃物的方法和相关系统，所述方法包括以下步骤(以罗马数字I，II，III，IV和V表示):氧化或臭氧氧化步骤I吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤II固体-液体分离步骤III可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV，以及步骤V:排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。
本申请的单个附图为表示根据本发明的示例性实施方式在核反应设备循环或放射性废弃物系统中处理水性放射性液体的浓缩物处理系统和方法的流程图和示意图，本文也称其为附图。
具体实施例方式参考附图对本发明优选实施方式中的概念和教导进行以下描述，附图构成对本发明方法和系统的教导内容以及本发明方法和系统的结构和功能要素的实例，此外，在本发明的范围和实质内还具有众多其他实施例。因此，现在结合附图(本申请的单个附图)进行说明，该附图以图示的方式举例说明本发明的示例性的实施方式，描述了处理放射性浓缩物的方法和系统，即浓缩物处理系统或发明方法10。本发明优选的实施方式包括下列步骤:氧化或臭氧氧化-步骤I (用罗马数字表示的I)
吸附或粉末吸附剂减少同位素-步骤II固体-液体分离-步骤III选择性的或可调节且可配置的离子交换(IX)-步骤IV步骤V:排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的液体，从而得到干燥固体V以及蒸发可排放到环境中的或可再循环利用的液体。本发明可解决许多问题，所述问题涉及已知的水的品质、所提议的废水排放限制以及减少现存的浓缩物和新的浓缩物及许多其他物质、浓缩物和液体的再处理过程中的主要废弃物的量。本发明的方法10还可除去诸如锑、铯、钴，铬、锰、铁、银之类的物质和其他污染物。尽管可使用其他循环和其他量化操作(例如“连续的”和其他)，但是本发明的氧化步骤I (用罗马数字表示的I)优选为持续约I小时至约48小时的分批操作。废液8由储存位置、容器区域或工厂6提供。已储存了多年的废弃物(陈年废弃物)或者最近产生的上述浓缩物或放射性浓缩物是目标放射性废弃物，可将本发明的处理方法有效地用于所述目标放射性废弃物。在本发明优选的实施方式中，废液8由如上所述在各种不同的容器或设备中储存了多年的陈年浓缩物或者最近产生的浓缩物组成。废液8通过供给管线14从储存位置6供给或转移至再循环氧化容器12中，所述废液8包含放射性浓缩物(通常为存储的放射性浓缩物)，例如但不限于:陈年浓缩物或其它放射性废弃物或其他形式的环境废弃物或有害废弃物。在转移过程同时或之后，泵23被启动，从而使从容器12和热交换器18中流出的浓缩物再循环返回至容器12和热交换器18 (如果使用热交换器18的话)；pH和温度(pH/温度)检测区13和ORP检测站11用于检测目的以确定所需要的进一步处理。确定适合的PH，如果需要的话，使用化学加药撬(skid) 15调节pH。如果需要消泡剂的话，使用化学加药撬15添加。如果需要调节温度的话，使用热交换器18将温度调节至更加有利于氧化作用的范围。由于氧和臭氧在较低温度下溶解度增加，使用冷却处理来维持较低的浓缩物温度会增加氧化速率，这样，更多的氧化剂被溶解，由此可用于氧化。在添加化学药剂之后，在管线17上供给的臭氧从臭氧供给撬或组件16a中流出，流经臭氧喷射器16b，这样，直接通过臭氧供给管线17/在臭氧供给管线17内供给或传送一定量的臭氧或通过化学加药撬15供给的其他氧化剂。在容器12中进行的氧化过程(I)(或臭氧供给过程)还可涉及诸如高锰酸盐(或高锰酸钾)、次氯酸盐(或次氯酸钠)、高氯酸盐和/或过氧化氢(H2O2)之类的化学物质和/或其他氧化剂(由这些物质辅助或代替)。氧化步骤(I)(罗马数字I)还可涉及检测ORP和pH以监测废液8的氧化状态。就这一点而言，如附图中的实例所示，当再循环至氧化容器12时，在ORP检测站11检测0RP。这时，水再循环通过臭氧喷射器16b以氧化容器12中的废水中的有机物和金属，并使用泵23或其他等同的输送能量或动力使水流过冷却装置18以维持较低温度，使臭氧具有更好的溶解度。如下所述，废液8通过供给管线22传送或转移，这时，供给管线22将作为被氧化的溶液的废液8从容器12中转移至吸附剂处理区20。将处理操作分至第二容器中既能提高系统的吞吐量还能防止可能的吸附剂残留物被随后的氧化处理氧化，该随后的氧化处理可导致中间化学物质的形成，所述中间化学物质既难以氧化又妨碍在吸附步骤II (罗马数字2)中除去适当的吸附剂。
待处理的溶液的pH是本发明优选实施方式中臭氧的使用方面的重要因素。在涉及破坏螯合剂的氧化步骤I (罗马数字I)中，就螯合剂的氧化而言，优选地，PH应当小于约
12.5，更加优选地应当小于(<)约12。较高的pH值使螯合剂氧化中臭氧的利用较差。如果存在其他有机物，当氧化所述有机物时，起始PH可较高，从而在氧化螯合剂之前使pH降低至优选值。在其他方面，在螯合剂的氧化开始之前，可添加与系统相容的酸以调节PH至该值(如果存在的话)。pH对满足最终氧化所需要的ORP具有很大影响。在浓缩物中的典型螯合剂开始氧化的过程中，当螯合剂结构被破坏成实质上无法进行螯合的较小化学组分时，PH不发生明显改变。当来自螯合剂的有机物已被破坏，pH又开始变低时，这说明生成了 C02。这时，氧化作用通常充分完成，从而使钴和其他金属沉淀并使其他同位素释放，用于通过吸附剂或选择性离子交换除去钴、其他金属和其他同位素。就本发明中的pH的控制和氧化步骤I而言，控制pH对于一些成分的溶解度而言是必要的并且控制PH提供最佳的氧化作用。一些成分的溶解度对pH非常敏感，因此，可维持最小PH或最大pH以防止在最终排放或干燥之前无需沉淀的盐沉淀出来。氧化过程也具有使氧化剂的用量最小化并且使给定的化学物质的氧化速率最大化的最佳PH目标。在本发明的方法10中，可在不超出溶解度范围的条件下对氧化过程中各个不同点的pH进行调节以使时间最小化。在最佳范围之外的PH条件下，螯合剂的氧化通常非常缓慢。可延迟pH的调节直至低分子量有机物和更多容易氧化的有机物被氧化，从而在不添加化学物质的情况下使PH范围转换至更优的范围内。因此，当添加pH调节化学物质时，必须知道氧化过程中的PH监测和ORP水平。pH不变但氧化作用增加的持续延长期可说明进入螯合剂氧化过程，尤其是当ORP缓慢变化至相对稳定增加而pH没有不断降低时。这通常发生在取决于pH的约+300至+IOOOmV的ORP范围中。因此，如附图中的实例所示，如果pH/温度检测区13处的PH高于12，那么pH应当通过在化学加药撬15处添加合适的酸来降低。此外，在本发明中，pH为如下情况的指示剂:在破坏螯合剂的过程中，将螯合剂氧化成较小组分接近完成且将所述较小组分氧化成CO2使已经接近恒定的pH开始降低。将螯合剂破坏至不再能够螯合金属的较小碎片优先于大多数碎片的氧化而发生。该螯合剂氧化过程通过pH很小的变化或不变化来指示。一旦pH的改变为约0.01至约0.1，则大于(>)约99.9%的螯合剂已经发生反应，放射性同位素可通过过滤、吸附剂(步骤II)和可调节且可配置的离子交换(步骤IV)除去。在本发明的相关方面，如附图所示，氧化返回管线14a供给再循环量，所述再循环量在直接进入供给管线14或通过喷射器供给进料管线19进入供给管线14且继续返回容器12之前流经热交换器18，以使所述再循环量的温度降低至优选的低于约80华氏度(或约26.67摄氏度)的温度，但是优选地为接近约60华氏度(或约15.56摄氏度)(如果可能的话)。通过这种方式，臭氧可更加理想地用于容器12之前的管线以及容器12中。例如，废液8通过泵23或连接在氧化再循环管线22中的其他设备分批泵入再循环吸附剂区、罐或容器20。如附图所示，管线22通向转移管线21。因此，转移管线21构成氧化再循环管线22和中央再循环管线38之间较短的连接管线，这样，管线38将再循环全部路径与再循环吸附剂区域或容器20连通。在吸附剂区域20中，吸附剂物质从吸附剂供给区24通过供给管线24a加入，或以其他转移或传送方式加入，并在区域20中使用混合器25或等同的搅拌或混合方式将吸附剂物质与废液8完全混合。许多吸附剂物质或材料，尤其是那些本发明优选使用的粉末状吸附剂是本领域可获得的和已知的，可用于步骤II。一般来讲，吸附剂是指具有如下性质的物质:通过吸附作用或吸收收集另一目标物质的分子(其自身可与其他不被收集的物质混合)并且通过吸附或吸收作用固定目标物质。本发明的吸附剂用于除去大部分的放射性同位素或其他不想要的污染物而不使用选择性离子交换材料，因为这些吸附剂的有效吸附量比选择性IX材料大至少10至100倍，这样，使丢弃的废弃物的量明显减少，因此降低操作成本。选择吸附剂物质并在容器20中将其混合，从而使废液8处于用于除去离子的化学操作中并且当需要时在该区域中使形成离子键合持续更长的停留时间。粉末状吸附剂、颗粒状吸附剂、液体离子絮凝状吸附剂以及其他形式的吸附剂构成充当吸收剂和形成离子键和早期微粒的离子交换材料。此外，在优选的实施方式中，在再循环吸附剂容器20中形成的沉淀和化学吸附剂固体在固体转移管线26上/中被转移或传送至固体收集容器28。如果需要的话，该过程可用另外的吸附剂按顺序重复，即，可将一种或一种以上吸附剂以所选择的实现吸附靶定一种或一种以上所选元素物质的方式加至吸附剂容器20中。在这些元素物质存在于吸附剂容器20中并进行处理的相关时间段或同时间段中，这样添加单个吸附剂(所选择的)形成完全靶定吸附容器20中的元素物质的吸附剂的顺序添加和吸附剂添加策略。如附图所示，在容器或区域20中处理的废液8随后在供给管线31上被泵送至或以其他方式被传送至进行固体-液体分离步骤III的子系统。固体通常通过离心分离和沉淀(33)与过滤(34)相结合来分离。水力旋流器以及类似方式为优选的用于开始分离吸附剂的方法，随后进行超滤除去非常细小的或胶状的固体。离心分离在浓缩用于丢弃的固体方面尤其有效。然而，可理解的是，其他类似方式可用来实现相同的功能目的。过滤器单元34 (通过供给管线31向其供给废液8)代表性的例子表示为具有至少一种介质或膜亚单位的超滤装置。在本发明的优选实施方式中，采用一个或一个以上管式超滤器膜，尽管所采用的超滤器本身并不必须为管状的，并且可采用一个或一个以上这样的单元。优选的超滤单元的实例为来自田纳西州诺克斯维尔的Diversified TechnologiesSystems公司的TUF 系统。TUF 系统(即“管式超滤”系统)对废液8进行过滤，以使其中的颗粒直径小于约0.05微米，并且该TUF 系统能够通过使废液流过一系列错流膜除去废液中几乎100%的悬浮固体、金属络合物和大多数胶状物质。如所描述的，可使用其他类型的错流膜和介质。此外，在优选的实施方式中，可在过滤器单元34 (或超滤单元)之前，将分离和沉淀设备33以及诸如水力旋流器的这类离心器材和设备用于本发明方法10以除去吸附剂材料，从而使这些固体一被引入吸附步骤II就被回收。如在关于优选实施方式中各再循环管线的附图中所说明的，提供第一再循环管线22A、第二再循环管线31A和第三再循环管线36A作为优选实施方式中的发明方法10的一部分。因此，在本发明方法10的优选实施方式中，取决于系统所需的操作，吸附剂处理区(罐或容器)20具有三条可能的再循环路径:第一、第二和第三再循环。在分离和沉淀设备33之前的第一再循环管线22A使吸附剂混合而不除去固体，因此使用可进入管线31并有助于混合的吸附剂。第二再循环管线31A使吸附剂或其他固体得以除去而不需要过滤。在当前的吸附剂应当被除去而下一吸附剂还未加入时可利用第二再循环管线31A。第三再循环管线36A可使用分离和沉淀设备33以及过滤器单元34这两者，排出的物质通过再循环管线36A和管线38返回到吸附剂处理区20用于进一步处理，其中，使用泵30提供动力。管线38可包括根据需要在不同方向使用的几组独立的管线。因此，如果浓缩物废液8中不存在固体则不需要在吸附剂处理(20)之前除去固体，并且在吸附剂处理区或容器20中只使用一种吸附剂，那么使用第一和第三再循环(分别为管线22A和36A)。如果从起始的浓缩物废液8中除去固体或者如果在吸附剂处理区或容器20中使用至少两(2)种独立的吸附剂处理循环，即，在使用吸收目标元素物质的第二(或另外的)吸附剂之前除去第一吸附剂，那么另外还使用第二再循环(管线31A)。分离和沉淀设备33可为许多离心分离器中的任何一种，例如，诸如本文所讨论的实施方式中优选的水力旋流器或离心机或其他相似或等同类型的设备之类的单元，或其他实现分离功能的设备。在附图举例说明的优选实施方式中，在离开储存容器区6之后，在子步骤中，立即在供应管道14上使用另一分离和沉淀设备7 (例如水力旋流器或等同的分离方式)以处理并除去固体，随后所述固体被直接传送至转移管线7T以传送至固体收集槽28，或使固体在转移管线7T上/中传送至固体收集槽28。在上述转移过程中固体可通过使用固体分离器7 (优选地，水力旋流器)除去，从而减少氧化剂的消耗、缩短氧化时间并排除随后必须除去的固体中的放射性同位素释放的可能性。在发明方法10的相关优选实施方式中，如附图中的实例所说明的那样，在使用第三再循环管线36A的情况下，过滤器介质35的排出侧的废液8的一部分沿再循环管线36A和中央再循环管线38循环回到吸附剂处理区或容器20。流过管式超滤器的再循环废液8对膜进行清洗，从而延长膜的寿命并减少维修。在固体-液体分离步骤III中，过滤器单元34中过滤器介质35的渗透侧的废液8的一部分被直接传送至过滤器渗透管线40。管线40将这部分废液8传送出过滤器单元34并传送至离子交换单元(本发明的优选实施方式中)，所述离子交换单元包括方法(10 )的可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV。如附图所示，在连接和向离子交换(IX)单元提供选择性的可调节且可配置的旁路选择方面，离子交换(IX)容器单元(可为I个或I个以上)代表性地显示为通过歧管管线串联连接，在离子交换容器和歧管管线之间运送废液8，离子交换容器和歧管管线的示例性的排列方式如下:第一 IX容器42、第一 IX歧管43、第二 IX容器44、第二歧管45、第三IX容器46、第三歧管47、第四IX容器48和第四歧管49。由过滤器渗透管线40向第一 IX容器42供给废液8，在附图中的实例所示的情况下，最后的(第四)IX容器48连接至IX排放管线51。如附图中的实例所示，安装并放置在功能上表示为歧管系统41的歧管43、45、47和49，其在可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV中起作用，这样，歧管管线43、45、47和49延伸并连接至各IX容器42、44、46和48，并且与过滤器渗透管线40和IX排放管线51连通。本发明中，歧管管线43、45、47和49中的每一个还可在功能和结构上被认为是具有旁路连接管线的流入集合管/排出集合管。还可被描述为流入/流出歧管管线的歧管管线(43、45、47和49)中的每一个由H形(S卩，当从至少一个视轴看时呈字母“H”形状的结构)管道结构组成，所述管道结构在流进(流入)和流出(排出)容器的管道上具有阀门。当容器工作时，这些阀门通常处于打开位置。阀门也位于流入和流出之间的交叉管路上，被称为旁路阀门。在使用容器时旁路阀门通常关闭。如果要绕开容器，则打开旁路阀门，并关闭流入阀门和流出阀门，由此，避开流至容器中，并且促进对在本领域使用该步骤的过程中具体采用的那些容器的选择及其可调节或可配置的排列。因此，总体看来，歧管系统41在不需要改变管道的情况下使离子交换(IX)容器(本发明该实施例中表示为42、44、46和48)进入流动路径或从流动路径中除去。因此，容器中的介质不会暴露于废水，所述废水不需要进一步除去指定的同位素；或者当介质完全消耗时，可从步骤IV的用于除去介质的流动路径中将其除去。可以理解的是，歧管系统41的元件可被配置为、可被构建为和/或可被连接为容纳可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV中使用的任何数量的容器单元，并且，可以理解的是，当在本领域中运行系统(10)时，许多不同的方式和结构方向以及位置可用于实施本发明方法的旁路功能，该旁路功能与用于实施步骤IV的IX容器单元和实际用于步骤IV中的那些IX容器(例如42、44、46和/或48)的选择有关。还可以理解的是，多种IX排列、顺序和连接方式可用于实施离子交换(IX)步骤IV的设备中。本发明优选实施方式中的一种这样的排列采用附图所示的设备。离子交换步骤IV可采用能够额外除去铯的介质。该介质可清除水中所有的钴和其他目标同位素，例如清除任何锑、铯和其他同位素的介质。可以理解的是，在介质中可使用许多物质，包括，但不限于，树脂珠、沸石及其他。如附图中的实例所示，本发明方法的总体第五步(V)(涉及排水步骤Va或干燥步骤Vb:将得到的溶解的固体干燥，从而得到干燥固体)涉及将从第4IX容器48 (使用或选择的这些单元(在该示例性的实例中为第四IX容器48)的所选排列中的最后IX容器或所述单元的最后一个)中得到的废液8传送至通向(或直接通向)监控槽50的IX排放管51。保留在水中的各种化学物质(即例如硼酸钠、硫酸钠、高锰酸盐、硝酸盐和氯化物)代表溶解的固体。在释放到环境中之前必须分析已经除去放射性同位素的水中同位素的含量以确保符合排放限制，因此，在排放或送至蒸发步骤Vb之前水被保存在监控槽50中。因此，此处和优选实施方式中由此通过分析被确认的干净的、环境安全的排放水可释放和排放Va到环境中。该过程能够向环境释放基本约100%的溶解的浓缩物。槽50中排放的废液的可选路径可通过蒸发器进料管53转移或传送至蒸发器单元54，蒸发器单元54用于干燥溶解的固体(Vb)，生成无放射性工业废弃固体废料和可排放的蒸发浓缩物并将蒸汽释放到大气中。在本发明方法10中，用于在单元54中实施蒸发的优选设备的例子为由美国田纳西诺克斯维尔的Diversified Technologies Services公司生产的DrumDryer ,该DrumDryer 通过生成具有最小空隙的致密坚硬的产品使干燥的产品的体积最小化。许多其他类型的方式和设备也可用于实施蒸发器单元54的蒸发功能。蒸汽为通过蒸发器单元54生成的不含溶解的固体的品质非常高的水。作为管线57a上的步骤Va的一部分，通过管线57b输送或运送待排放到环境中的来自蒸发器单元54的蒸汽，或者任选地或选择性地通过回用管线60或可在一些应用中出现的其他方式将所述蒸汽再循环至工厂。在优化干燥速率和最小化最终干燥量方面，pH也可以是有用的手段。例如，在硼存在的条件下，大于约12的pH对于使硼的溶解度最大化来说是理想的，然后在约12.5至约13的最佳pH条件下进行沉淀。较高的pH使硼的溶解度最大化，从而防止过早发生的沉淀而引起较差的热传递。这使来自热表面的液体的热传递最大化，尽管所述液体变得很粘。因此，当由于溶液接近较高温度下的溶解度而最终使蒸发最小化时，单纯地除去热量导致随温度降低发生浓溶液结晶。剩余的所有水被化学束缚于结晶结构中。因此，在本发明优选的实施方式中，为了使干燥效率最大化，干燥之前，含有大多数硼的浓缩物应当升温至使溶解度最大化，然后进入蒸发器单元54。在带有泵55的转移管线50R上的再循环过程中，通过pH调节站52添加苛性碱以使pH监测站56的pH值达到理想的PH值。在硫酸盐系统的情况下，可能需要将pH调节至酸性以达到相同的效果。较高的pH还使核沸腾最小化，所述核沸腾引起飞溅，从而导致盐在填充头中积聚。此外，本发明的方法10的优选实施方式包括过程控制70，过程控制70用于通过计算机和电子方式远程实施本发明的功能步骤和子步骤。因此，本发明10的操作通常可远程实施并且一般在自动计算机控制下实施，从而使放射线暴露最小化以及使对操作时间的需求最小化。对人而言，这些成分中的某些成分的潜在剂量可导致危险暴露。尽管屏蔽可使暴露最小化，但是长期暴露仍然是个问题。因此，可将对多数活动的远程操作通过本发明10用于优选实施方式中。因此，本发明的方法10中包括使用自动阀门、远程控制的电动机和进料器、具有远程显示器和连接至过程逻辑控制器或PLC的传感器。此外，这些控制可激活并控制氧化监控和氧化完成、吸附剂的添力口、吸附剂的水平、吸附剂的体积和重量、过滤压力以及蒸发。PLC为被编程为按照安全启动、操作和关闭本发明的系统所需要的顺序控制系统所有重要功能的计算机。这使必须监控系统的操作者最少化，并且几乎消除了操作者的放射线暴露。PLC也是通过编程模拟来优化系统操作的更好方式，此外，所述编程模拟对于操作者而言较难实施，需要进行大量训练。PLC每隔几秒监控参数且PLC能够识别并校正操作问题，发送警告和警报以及安全关闭系统。对于PH或起泡问题而言，可通过改变泵速度、阀门位置，以及添加化学物质来优化操作。PLC通过使用人机界面(Human Machine Interface)或HMI连接,所述人机界面或HMI使用可位于控制室的计算机上的专用本地屏幕，或者一个或一个以上远程计算机屏幕。这些计算机通过互联网连接还可位于工厂或世界的任何地方。这使监督员、管理员和设备供应商得以远程监控系统从而适当进行操作并进一步优化。HMI还能够记录来自系统的数据，用于永久记录、分析系统参数的趋势并生成本发明的系统操作的管理报告。这些趋势和报告可提醒处理即将发生的维修需求。甚至像膜清洗之类的问题也能在分批操作之间自动处理。本文举例说明并描述了本发明的优选实施方式，可以理解的是，可在其中进行各种变化而不偏离本发明的实质和范围。引用的附图标记和符号10处理放射性浓缩物的方法和系统，浓缩物处理系统或本发明的方法I (罗马数字I)氧化或臭氧氧化的步骤或氧化步骤II吸附步骤或粉末状吸附剂减少同位素步骤III固体-液体分离步骤IV可调节且可配置的离子交换(IX)步骤V 直接排水(Va)或将得到的废液干燥得到固体(Vb)以及排水或水再循环的步骤8废液或进料液流6储存位置、容器区域或工厂12再循环氧化容器14(12)的供给管线14a氧化返回管线IX离子交换16b臭氧喷射器和混合装置17臭氧供给管线16a臭氧供给滑道或部件11ORP 检测站18热交换器23泵(或其他等同输送能量或动力)22氧化再循环管线24吸附剂供给区24a从(24)开始的供给管线13pH/温度检测区15化学加药撬19喷射器供给进料20吸附剂处理区(罐或容器)38中央再循环管线21转移管线25混合器26固体转移管线28固体收集槽31吸附剂再循环管线34过滤器单元35(34)的过滤器介质33分离和沉淀设备(和这种类型的设备和方式)22A第一再循环管线31A第二再循环管线36A过滤器再循环管线或第三再循环管线30泵(或其他发动方式或输送力)7固体分离设备7T固体转移管线28固体收集槽40过滤器渗透管线
42第一 IX 容器43第一 IX 歧管
44 第二 IX 容器45 第二 IX 歧管46第三IX容器47第三IX歧管48第四IX容器51 IX排放管线49第四IX歧管41歧管系统50监控槽53蒸发器进料管线54蒸发器单元52 pH 调节站56 pH 检测站50R (50)的再循环管线55 泵57a管线(与步骤Va相关)57b管线(与步骤Vb相关)60回用管线(通向工厂的选择性再循环管线)70过程控制(用于远程或计算机系统操作)PLC在本发明范围内和本发明教导的范围内采用的、被编程为按照安全启动、操作和关闭本发明的系统所需要的顺序控制系统10的所有重要功能的计算机HMI人机界面(或HMI)，为可位于支持本发明的使用的控制室内的计算机上的专用本地屏幕或者一个或一个以上远程计算机屏幕，其中，当可使用网线时，所述计算机还可位于支持本发明的使用的厂区的任何地方，或者世界的任何地方。参考文献以下参考文献与本发明的技术领域可能相关联，在此通过引用并入本文，这些参考文献包括:欧洲专利申请公开EP0428868 (A2)欧洲专利申请EP0765842 (Al)欧洲专利申请EP1803689 (Al)欧洲专利申请EP1837075 (A2)俄罗斯专利RU2105366(C1)俄罗斯专利RU2122753(C1)俄罗斯专利RU2203512(C2)俄罗斯专利RU2225049 (Cl)俄罗斯专利RU22685I3(Cl)俄罗斯专利RU2313148(C1)俄罗斯专利RU2342720(C1)俄罗斯专利RU2342721 (Cl)
乌克兰专利UA14319UPCT 国际公布 TO02/096559 (Al)PCT 国际公布 W02007/123436(A1)PCT 国际公布 W02008/002282 (Al)美国专利第3，947，354号美国专利第4，814，091号美国专利第5，080, 799号美国专利第5，196，124号美国专利第5，728，302号美国专利第5，908, 559号美国专利第5，030, 587号美国专利第7，282，470 (B2)号美国专利第7，772，451 (B2)号美国专利申请公开第2009/0252663 (Al)号美国专利申请公开第2010/0059428 (Al)号
权利要求
1.一种处理废液的系统，所述废液由选自下列废弃物中的至少一种构成:放射性浓缩液体、陈年废弃物、其他形式的环境废弃物或有害废弃物或放射性废弃物；所述系统将所述废液转化为两种选定形式中的至少一种，所述选定形式包括用于安全丢弃的可被固化的形式或固化形式，以及可安全排放到环境中的水性形式，所述系统包括以罗马数字表示的下列步骤 1、I1、II1、IV和 V: (I)氧化废液； (II)将废液与用于减少同位素的吸附剂物质混合； (III)将废液分离成固体和液体组分； (IV)通过选择性离子交换(IX)处理废液；以及 (V)最终处理，其中的至少一个步骤选自: (Va)排放所述水性形式的废液，以及 (Vb)干燥得到的含有溶解的固体的废液，得到所述固化形式的干燥固体。
2.如权利要求1所述的系统，其中，步骤(I)通过选自以下操作中的至少一种操作进行循环:分批操作、连续操作和量化处理操作的其他循环。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述量化处理操作的时间为大约I小时至大约48小时。
4.如权利要求2所述的系统，其中，作为步骤(I)的一部分，将所述废液从储存位置(6)输送或转移至再循环氧化容器(12)。
5.如权利要求4所述的系统，其中，在输送或转移所述废液的同时或之后，所述废液从再循环氧化容器(12)中流出并返回至再循环氧化容器(12)中，当需要将温度调节至更加有利于氧化的温度范围时，通过热交换设备(18)选择性地向氧化容器(12)供给废液；其中，PH和温度检测区(13)和ORP检测站(11)用于检测目的以确定所需的进一步处理。
6.如权利要求5所述的系统，其中，测定pH，如果需要时使用化学加药设备(15)对pH进行调节。
7.如权利要求5所述的系统，其中，如果需要时使用消泡剂，所述消泡剂通过化学加药设备(15)提供。
8.如权利要求6所述的系统，其中，pH低于约12.5。
9.如权利要求6所述的系统，其中，pH低于约12。
10.如权利要求7所述的系统，其中，在调节pH之后，所述ORP为大约+300至大约+1000。
11.如权利要求5所述的系统，其中，热交换设备(18)使废液的温度降低至低于约80华氏度或约26.67摄氏度。
12.如权利要求5所述的系统，其中，热交换设备(18)使废液的温度降低至低于或等于约60华氏度或15.56摄氏度。
13.一种用于处理废液(8)的系统，废液(8)由选自下列废弃物中的至少一种构成:放射性浓缩液体、陈年废弃物和其他形式的环境废弃物或有害废弃物或放射性废弃物；所述系统将所述废液转化为两种选定形式中的至少一种，所述选定形式包括用于安全丢弃的可被固化的形式或固化形式，以及可安全排放到环境中的水性形式，所述系统包括以罗马数字表示的下列步骤1、I1、II1、IV和V:(I)氧化废液； (II)混合废液和用于减少同位素的吸附剂物质； (III)将废液分离成固体和液体组分； (IV)通过选择性离子交换(IX)处理废液，以及 (V)最终处理，其中的至少一个步骤选自: (Va)排放所述水性形式的废液，以及 (Vb)干燥得到的含有溶解的固体的废液，得到所述固化形式的干燥固体。
14.如权利要求13所述的系统，其中，步骤(I)为氧化或臭氧氧化步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 通过固体分离设备(7)传送来自工厂或储存区(6)的废液(8)，在固体分离设备(7)中，废液的固体部分被输送至固体收集槽(28)，废液的剩余部分被输送至再循环氧化容器(12)，在其中进行处理， 在再循环氧化容器(12)中处理之后将废液输送至pH和温度检测设备(13)，进而流过ORP检测设备(11)，以及 将废液的至少一部分转移至热交换设备(18)，该设备(18)与喷射器供给进料管线(19)和臭氧喷射器和混合设备(16b)连通，所述废液通过臭氧喷射器和混合设备(16b)被传送至氧化返回管线(14a)，再循环回到容器(12)，管线(14a)进一步与选择性化学加药设备(15)连通并同时由该化学加药设备(15)向管线(14a)供给废液。
15.如权利要求14所述的系统，其中，步骤(II)为吸附步骤或粉末状吸附剂减少同位素步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 收集没有转移到热交换设备(18)中的剩余废液中的至少一部分，并将所述剩余废液转移到吸附剂处理区(20)， 当需要时选择至少一种吸附剂物质以除去至少一种目标元素或同位素，所述至少一种目标元素或同位素形成转移到吸附剂处理区(20)的废液的一部分，将所选择的至少一种吸附剂物质添加到处理区(20)中并在处理区(20)中进行混合，结合至少一个附加的子步骤，所述子步骤选自:重复选择至少一种吸附剂物质直到经过足以基本吸附形成所述废液的一部分的目标元素或同位素的时间，以及再循环转移到吸附剂处理区(20)中的废液直到经过足以基本吸附形成所述废液的一部分的目标元素或同位素的时间，其中，所述至少一种吸附剂物质选自:粉末状吸附剂、颗粒状吸附剂、液体离子絮凝状吸附剂或其他形式的吸附剂； 将来自区域(20)的废液传送至分离和沉淀设备(33)，其中，从所述废液的至少一部分中分离出固体物质，其中，在吸附剂处理区(20)和分离和沉淀设备(33)之间连接有用于选择性地再循环至处理区(20 )的第一管线(22A，38 )，当选择第一管线(22A，38 )时，所选的废液的一部分不经过分离和沉淀设备(33)， 将来自分离和沉淀设备(33)的固体物质转移至收集槽(28)，并将设备(33)中的剩余废液转移至过滤器单元(34)，其中，在分离和沉淀设备(33)与过滤器单元(34)之间连接有用于选择性地再循环至处理区(20)的第二管线(31A，38)，当选择第二管线(31A，38)时，所选的废液的一部分不经过过滤器单元(34)。
16.如权利要求15所述的系统，其中，作为步骤(II)的一部分，在吸附剂处理区(20)中添加并混合(24，24a) —种吸附剂物质，选择可选择性地再循环至处理区(20)的第一管线(22A，38)并在需要时重复经过第一管线(22A，38)直到经过足以基本吸附至少一种目标元素的时间。
17.如权利要求15所述的系统，其中，作为步骤(II)的一部分，用于可选择性地再循环的第二管线(31A，38)用于除去吸附剂和其他固体而不使这些物质经过过滤器单元(34)，并且在需要将当前使用的吸附剂除去而下一吸附剂还未添加至吸附剂处理区(20)时使用第二管线(31A，38)。
18.如权利要求15所述的系统，其中，步骤(III)为固体-液体分离步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 通过过滤器单元(34)的过滤器介质(35)过滤剩余废液， 连接过滤器介质(35)的排出侧与用于可选择性地再循环至处理区(20)的第三管线(36A，38)，使废液的至少一部分再循环至吸附剂处理区(20)而不经过介质(35)，以及 同时引导废液的至少一部分通过介质(35)流至歧管系统(41)。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述废液经过分离和沉淀设备(33)到达过滤器单元(34)，其中，来自过滤器单元(34)的过滤器介质(35)的排出侧的排出部分通过用于可选择性地再循环的第三管线(36A，38)返回到处理区(20)，用于进一步处理。
20.如权利要求18所述的系统，其中，当废液中没有固体且不需要在经过吸附剂处理区(20)之前除去固体 ，并且吸附剂处理区(20)中只使用一种吸附剂时，使用通向处理区(20 )的选择性地再循环的第一管线(22A，38 )和选择性地再循环的第三管线(36A，38 )。
21.如权利要求18所述的系统，其中，当选择并采用经过吸附剂处理区(20)的至少两种独立的处理过程或在添加并在使用用于吸附目标元素物质的第二吸附剂或单独添加的吸附剂之前从处理区(20)除去第一吸附剂时，使用通向处理区(20)的选择性再循环的第二管线(31A，38)。
22.如权利要求18所述的系统，其中，当存在一种以上目标元素，在所述目标元素存在于处理区(20)中的相关的时间段或者同时，以所选的可实现吸附-靶定上述目标元素或同位素中的一种或一种以上的方式向吸附剂处理区(20)中添加一种或一种以上吸附剂，由此所选的各单独的吸附剂的添加形成在处理区(20)中完全吸附目标元素的吸附剂的顺序添加和吸附剂添加策略。
23.如权利要求18所述的系统，其中，步骤(IV)为可调节且可配置的离子交换(IX)步骤，该步骤进一步包括: 通过选择性地除去同位素对流入歧管系统(41)中的废液进行处理，其中，系统(41)包括至少一个用于离子交换的容器单元(42)，向所述单元(42)供给废液并使其与至少一条歧管管线(43)连接，其中，在确定通过系统(41)的流动路径和选择性IX处理方式方面，一种和一种以上所述容器通过旁路作用选择性地以串联方式展开、调节和配置，以及 使剩余废液从系统(41)中流出，并流至IX排出输送管线(51)。
24.如权利要求23所述的系统，其中，作为步骤(V)的一部分，其子步骤包括: 在输送管线(51)上将所述剩余废液输送至储存和监控液体的设备(50)， 使来自设备(50)的剩余废液的至少一部分流至以下中的至少一种: 排水(Va),和干燥得到的溶解有固体的废液(Vb);以及 同时引导所述剩余废液的至少一部分通过再循环子过程，在所述再循环子过程中，所述废液返回到储存和监控液体的设备(50)。
25.如权利要求24所述的系统，其中: 排水(Va)至少包括用于将成为干净水的剩余废液排放至环境中的管线；以及 干燥(Vb)至少包括用于将来自设备(50)的剩余废液的至少一部分提供给蒸发器进料输送管线(53)、用于与管线(53)连接的蒸发设备(54)，以及用于选择性地再循环回到工厂或储存区(6)的与蒸发设备(54)连接的管线。
26.如权利要求25所述的系统，其中: 所述再循环子过程至少包括: 用于将来自储存和监控液体的设备(50)的剩余废液的至少一部分传送和转移至IX排出输送管线(51)的管线(50R)， 与输送管线(51)连接的提供pH调节的设备，以及 在废液转移到IX排出输送管线(51)并回到用于储存和监控液体的设备(50)之前用于检测PH并连通输送管线(51)的设备。
27.如权利要求18所述 的系统，其中，所述系统通过整合远程计算机系统控制调整和控制各处理步骤。
全文摘要
本发明一方面提供以安全丢弃为目的的处理废液(尤其是放射性废弃物)的系统，并且在最终处理中将废液转化为一种或两种形式，所述一种或两种形式包括安全排放至环境中的水性形式和用于安全丢弃的固化形式。另一方面，本发明能够建立作为吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤(II)的一部分的特定目标元素方案，同时进行吸附剂物质选择和多种再循环选择，以从废液中除去目标物质。其他步骤与吸附步骤(II)结合，包括氧化步骤(I)、固-液分离步骤(III)和选择性离子交换步骤(IV)，从而将废液递送至最终处理过程。
文档编号A62D3/00GK103108677SQ201180041888
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月25日 优先权日2010年10月15日
发明者丹尼斯·A·布伦赛尔, 查理斯·E·詹森, 拉里·E·贝茨 申请人:迪韦尔西菲德技术服务公司
技术领域：
本发明涉及处理和治理放射性浓缩物的方法、过程或系统，所述放射性浓缩物例如核燃料工厂的液流或者含有放射性废弃物的液体或水性浓缩物或者其他形式的环境废弃物。
背景技术：
资料显示在北美、亚洲和欧洲(尤其是东欧)以及全球其他地方的许多工厂一直试图解决储存的放射性浓缩液体(或放射性药剂的溶液)或陈年浓缩物(historicalconcentrate)的问题，尤其在最近20至30年中，各工厂中的放射性浓缩液体(或放射性药剂的溶液)或陈年浓缩物的储存量显著增加。因此，除去核电厂的液体放射性废弃物中的放射性核素已经成为欧盟及其成员国和世界上其他国家优先考虑的重要问题。这些工厂通常包括将通过核裂变获得的能量转化为电力的核电厂。这样的工厂的一个实例为位于俄罗斯联邦Polyarnye Zori/Murmansk Region的Kola NPP0该工厂积累的LRW (液体放射性废弃物)一度临时储存在不锈钢罐中并以安全地长期储存、运输和最终丢弃这些废弃物的方式对积累的LRW进行处理。该工厂并没有证明其足够成功。Kola NPP (核电厂)运行了一种用于从蒸发器的浓缩物倾析液和盐结晶沉积物中除去放射性核素的系统。该过程由氧化阶段和过滤阶段构成。在氧化和过滤过程中，通过将臭氧喷入液体放射性废弃物中进行氧化。然而，该方法没有将温度和PH控制在促进所涉及的臭氧处理过程的理想状态下，该方法允许温度上升至90华氏度(或约32.22摄氏度)，在这种条件下，可溶的臭氧几乎变为溶解度为0，因此导致臭氧的利用率较低；在这种情况下，臭氧不被水吸收而以气相形式损失。PH没有被控制在既避免硼沉淀又优化臭氧利用率的最佳范围内。过滤操作用于从液相中分离放射性氧化产物(不可溶的)，但是，所述过滤操作只是微过滤而不是使小于微过滤范围的放射性颗粒得以通过的超滤。通常在大约胶体尺寸至大约微过滤范围的下限范围内发现钴、银和铁同位素。过去，在满足所需的性能要求方面，以及就可靠性而言或者在效率方面，已经发现该系统中使用的一些设备和方法存在缺陷；总体上，亟需对这类方法进行重大改进以治理这种工厂和这样的工厂区。与本发明公开的主题相关的先前的发明专利存在许多缺陷；并且，其在一个或一个以上的方面似乎与本发明不相关。参见,例如Napier等人的美国专利第4，894，091号,该美国专利教导了一种除去水中的金属的方法，所述方法包括如下步骤:预过滤水中的固体，调节PH至约2至3，减少水中溶氧的量，将PH提高至约6至8，添加水可溶的硫化物以使不可溶的硫化物型金属和氢氧化物型金属沉淀，添加絮凝剂，分离含有沉淀物的絮状物，再过滤得到的溶液，其中，再过滤的溶液可任选地通过离子交换树脂进行洗脱以除去残留的金属离子。Enda等人的美国专利第7，772，451号中公开了一种以化学方式净化放射性物质的系统，该美国专利与本发明的不同之处在于:该美国专利提供了一种以化学方式净化放射性物质的系统(以其最广的含义)，所述系统形成液体流过的通道，所述系统包括连接至用于循环净化液体的通道的循环回路，所述循环回路包括净化剂进料器，过氧化氢进料器，离子交换器和臭氧发生器或氧化剂进料器，所述净化剂进料器提供净化液体，所述净化液体为还原性的且为含有一元羧酸(称为“甲酸”)和二元羧酸(称为“草酸”)的水溶液，所述过氧化氢进料器向净化液体提供过氧化氢，所述离子交换器用于分离并除去净化液体中的金属离子；所述臭氧发生器用于将臭氧注入净化液体中，所述氧化剂进料器向净化液体提供高锰酸或高锰酸盐；其中，所述系统不含将三价铁原子还原成二价铁原子的装置，并且其中，存在于所述系统中的任何酸均为有机酸。该系统以及上述Napier等人所描述的方法没有采用本发明的如下处理步骤:氧化或臭氧氧化步骤(I)，吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤(II)，固体-液体分离步骤(III)，可调节且可配置的离子交换(IX)步骤(IV)以及第V步骤中的排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。Connor等人的美国专利第5，196，124号涉及一种减少从地下水库中取出的液体中的放射性物质含量的方法，该方法将吸附剂固体沉积在水库基体中，所述水库基体完全包围放射性物质的产生，从而充当存在于水库孔隙水中的溶解的放射性核素的原位过滤器。尽管使用吸附形式，但是，Connor没有以与本发明所述方法相同的方式或过程促进吸附的应用。该专利没有采用如下步骤顺序或由此获得的效果:吸附之前的氧化，或者固体-液体分离、可调节且可配置的离子交换，或排水或干燥溶解有固体的废液，从而得到干燥固体(所有步骤均在吸附步骤之后)。还参见Connor的美国专利第5，728，302号，其与本发明相比具有类似的区别。Kreisler的美国专利第5，908, 559号描述了一种从废液中回收并分离金属的方法。该方法包括与本发明不同的如下步骤:调节废液的PH，加入金属络合剂，加入颗粒生长促进剂，加入絮凝剂，得到溶液；对得到的溶液进行脱水处理，优选地使用板框压滤机，得到沉淀物和上清液；在用熔化促进剂对滤饼进行熔化、干燥和脱水之后从沉淀中回收金属，从而选择性地除去含有熔化的金属的浓缩物，该浓缩物可铸造成锭卖给基层熔炼厂。Tucker等人的美国专利第7，282，470号虽然使用了可溶于水的吸附剂添加物(即山梨醇或甘露醇)，但是该美国专利在其他方面与本发明方法中的步骤不同。Wetherill的美国专利申请第200910252663号提供了一种从液流中除去基本痕量污染物的方法和系统，其步骤包括使含有基本痕量污染物的液流流过含有氧化主要的痕量污染物的氧化催化剂的穿流独石(flow-through monolith),使含有氧化的痕量污染物的液流与不含氧化催化剂的吸附剂接触，从而吸附氧化的痕量污染物。然而，该美国专利申请缺少本发明包含的其他步骤所带来的功效。在发明人ALEXANDR0VI等人的PCT公开文本W02007123436 (Al)中公开了使用吸附剂和使用诸如高锰酸钾之类的氧化剂。然而，该方法既没有采用本发明的顺序，也没有采用本发明实施的下列步骤:固体-液体分离步骤II1、可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV，或排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。
Dmitriev等人的俄国专利RU2122753 (Cl)列举了一种方法中的如下要素:在存在氧化催化剂和/或放射性核素收集器的条件下通过臭氧化作用对废弃物进行氧化处理，固体-液体分离和进一步在下游的选择性吸附剂上最终纯化液体相。然而，上述步骤的顺序和定性组成与本发明不同，并且Dmitriev没有以与本发明相同的方式使用如下步骤:可调节且可配置的离子交换(IX) (IV)，以及步骤V中的排水(Va)或干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体(Vb)，也没有对实现分离放射性核素的处理途径和处理原理进行描述性说明。因此，本领域技术人员可理解的是，相对于过去涉及治理、处理、包装和以化学方式影响储存或放置在核电厂的或与核电厂有关的位置的放射性废液或浓缩液的常规技术，本发明提供具有功能和结构优势的本质上不同的方法和系统。还可理解的是，本发明的效率、灵活性、操作的适应性、各种实用性和不同的功能应用均作为本发明在本技术领域具有创新性的重要基础。
发明内容
本发明的上述目的和其他目的可通过本发明的方法和系统实现。一方面，本发明包括用于治理和处理放射性浓缩物(通常作为陈年浓缩物储存)或者其他放射性废弃物或其他形式的环境废弃物或有害废弃物的方法和相关系统，所述方法包括以下步骤(以罗马数字I，II，III，IV和V表示):氧化或臭氧氧化步骤I吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤II固体-液体分离步骤III可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV，以及步骤V:排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的废液，从而得到干燥固体。
本申请的单个附图为表示根据本发明的示例性实施方式在核反应设备循环或放射性废弃物系统中处理水性放射性液体的浓缩物处理系统和方法的流程图和示意图，本文也称其为附图。
具体实施例方式参考附图对本发明优选实施方式中的概念和教导进行以下描述，附图构成对本发明方法和系统的教导内容以及本发明方法和系统的结构和功能要素的实例，此外，在本发明的范围和实质内还具有众多其他实施例。因此，现在结合附图(本申请的单个附图)进行说明，该附图以图示的方式举例说明本发明的示例性的实施方式，描述了处理放射性浓缩物的方法和系统，即浓缩物处理系统或发明方法10。本发明优选的实施方式包括下列步骤:氧化或臭氧氧化-步骤I (用罗马数字表示的I)
吸附或粉末吸附剂减少同位素-步骤II固体-液体分离-步骤III选择性的或可调节且可配置的离子交换(IX)-步骤IV步骤V:排水步骤(Va)或干燥步骤(Vb):干燥得到的溶解有固体的液体，从而得到干燥固体V以及蒸发可排放到环境中的或可再循环利用的液体。本发明可解决许多问题，所述问题涉及已知的水的品质、所提议的废水排放限制以及减少现存的浓缩物和新的浓缩物及许多其他物质、浓缩物和液体的再处理过程中的主要废弃物的量。本发明的方法10还可除去诸如锑、铯、钴，铬、锰、铁、银之类的物质和其他污染物。尽管可使用其他循环和其他量化操作(例如“连续的”和其他)，但是本发明的氧化步骤I (用罗马数字表示的I)优选为持续约I小时至约48小时的分批操作。废液8由储存位置、容器区域或工厂6提供。已储存了多年的废弃物(陈年废弃物)或者最近产生的上述浓缩物或放射性浓缩物是目标放射性废弃物，可将本发明的处理方法有效地用于所述目标放射性废弃物。在本发明优选的实施方式中，废液8由如上所述在各种不同的容器或设备中储存了多年的陈年浓缩物或者最近产生的浓缩物组成。废液8通过供给管线14从储存位置6供给或转移至再循环氧化容器12中，所述废液8包含放射性浓缩物(通常为存储的放射性浓缩物)，例如但不限于:陈年浓缩物或其它放射性废弃物或其他形式的环境废弃物或有害废弃物。在转移过程同时或之后，泵23被启动，从而使从容器12和热交换器18中流出的浓缩物再循环返回至容器12和热交换器18 (如果使用热交换器18的话)；pH和温度(pH/温度)检测区13和ORP检测站11用于检测目的以确定所需要的进一步处理。确定适合的PH，如果需要的话，使用化学加药撬(skid) 15调节pH。如果需要消泡剂的话，使用化学加药撬15添加。如果需要调节温度的话，使用热交换器18将温度调节至更加有利于氧化作用的范围。由于氧和臭氧在较低温度下溶解度增加，使用冷却处理来维持较低的浓缩物温度会增加氧化速率，这样，更多的氧化剂被溶解，由此可用于氧化。在添加化学药剂之后，在管线17上供给的臭氧从臭氧供给撬或组件16a中流出，流经臭氧喷射器16b，这样，直接通过臭氧供给管线17/在臭氧供给管线17内供给或传送一定量的臭氧或通过化学加药撬15供给的其他氧化剂。在容器12中进行的氧化过程(I)(或臭氧供给过程)还可涉及诸如高锰酸盐(或高锰酸钾)、次氯酸盐(或次氯酸钠)、高氯酸盐和/或过氧化氢(H2O2)之类的化学物质和/或其他氧化剂(由这些物质辅助或代替)。氧化步骤(I)(罗马数字I)还可涉及检测ORP和pH以监测废液8的氧化状态。就这一点而言，如附图中的实例所示，当再循环至氧化容器12时，在ORP检测站11检测0RP。这时，水再循环通过臭氧喷射器16b以氧化容器12中的废水中的有机物和金属，并使用泵23或其他等同的输送能量或动力使水流过冷却装置18以维持较低温度，使臭氧具有更好的溶解度。如下所述，废液8通过供给管线22传送或转移，这时，供给管线22将作为被氧化的溶液的废液8从容器12中转移至吸附剂处理区20。将处理操作分至第二容器中既能提高系统的吞吐量还能防止可能的吸附剂残留物被随后的氧化处理氧化，该随后的氧化处理可导致中间化学物质的形成，所述中间化学物质既难以氧化又妨碍在吸附步骤II (罗马数字2)中除去适当的吸附剂。
待处理的溶液的pH是本发明优选实施方式中臭氧的使用方面的重要因素。在涉及破坏螯合剂的氧化步骤I (罗马数字I)中，就螯合剂的氧化而言，优选地，PH应当小于约
12.5，更加优选地应当小于(<)约12。较高的pH值使螯合剂氧化中臭氧的利用较差。如果存在其他有机物，当氧化所述有机物时，起始PH可较高，从而在氧化螯合剂之前使pH降低至优选值。在其他方面，在螯合剂的氧化开始之前，可添加与系统相容的酸以调节PH至该值(如果存在的话)。pH对满足最终氧化所需要的ORP具有很大影响。在浓缩物中的典型螯合剂开始氧化的过程中，当螯合剂结构被破坏成实质上无法进行螯合的较小化学组分时，PH不发生明显改变。当来自螯合剂的有机物已被破坏，pH又开始变低时，这说明生成了 C02。这时，氧化作用通常充分完成，从而使钴和其他金属沉淀并使其他同位素释放，用于通过吸附剂或选择性离子交换除去钴、其他金属和其他同位素。就本发明中的pH的控制和氧化步骤I而言，控制pH对于一些成分的溶解度而言是必要的并且控制PH提供最佳的氧化作用。一些成分的溶解度对pH非常敏感，因此，可维持最小PH或最大pH以防止在最终排放或干燥之前无需沉淀的盐沉淀出来。氧化过程也具有使氧化剂的用量最小化并且使给定的化学物质的氧化速率最大化的最佳PH目标。在本发明的方法10中，可在不超出溶解度范围的条件下对氧化过程中各个不同点的pH进行调节以使时间最小化。在最佳范围之外的PH条件下，螯合剂的氧化通常非常缓慢。可延迟pH的调节直至低分子量有机物和更多容易氧化的有机物被氧化，从而在不添加化学物质的情况下使PH范围转换至更优的范围内。因此，当添加pH调节化学物质时，必须知道氧化过程中的PH监测和ORP水平。pH不变但氧化作用增加的持续延长期可说明进入螯合剂氧化过程，尤其是当ORP缓慢变化至相对稳定增加而pH没有不断降低时。这通常发生在取决于pH的约+300至+IOOOmV的ORP范围中。因此，如附图中的实例所示，如果pH/温度检测区13处的PH高于12，那么pH应当通过在化学加药撬15处添加合适的酸来降低。此外，在本发明中，pH为如下情况的指示剂:在破坏螯合剂的过程中，将螯合剂氧化成较小组分接近完成且将所述较小组分氧化成CO2使已经接近恒定的pH开始降低。将螯合剂破坏至不再能够螯合金属的较小碎片优先于大多数碎片的氧化而发生。该螯合剂氧化过程通过pH很小的变化或不变化来指示。一旦pH的改变为约0.01至约0.1，则大于(>)约99.9%的螯合剂已经发生反应，放射性同位素可通过过滤、吸附剂(步骤II)和可调节且可配置的离子交换(步骤IV)除去。在本发明的相关方面，如附图所示，氧化返回管线14a供给再循环量，所述再循环量在直接进入供给管线14或通过喷射器供给进料管线19进入供给管线14且继续返回容器12之前流经热交换器18，以使所述再循环量的温度降低至优选的低于约80华氏度(或约26.67摄氏度)的温度，但是优选地为接近约60华氏度(或约15.56摄氏度)(如果可能的话)。通过这种方式，臭氧可更加理想地用于容器12之前的管线以及容器12中。例如，废液8通过泵23或连接在氧化再循环管线22中的其他设备分批泵入再循环吸附剂区、罐或容器20。如附图所示，管线22通向转移管线21。因此，转移管线21构成氧化再循环管线22和中央再循环管线38之间较短的连接管线，这样，管线38将再循环全部路径与再循环吸附剂区域或容器20连通。在吸附剂区域20中，吸附剂物质从吸附剂供给区24通过供给管线24a加入，或以其他转移或传送方式加入，并在区域20中使用混合器25或等同的搅拌或混合方式将吸附剂物质与废液8完全混合。许多吸附剂物质或材料，尤其是那些本发明优选使用的粉末状吸附剂是本领域可获得的和已知的，可用于步骤II。一般来讲，吸附剂是指具有如下性质的物质:通过吸附作用或吸收收集另一目标物质的分子(其自身可与其他不被收集的物质混合)并且通过吸附或吸收作用固定目标物质。本发明的吸附剂用于除去大部分的放射性同位素或其他不想要的污染物而不使用选择性离子交换材料，因为这些吸附剂的有效吸附量比选择性IX材料大至少10至100倍，这样，使丢弃的废弃物的量明显减少，因此降低操作成本。选择吸附剂物质并在容器20中将其混合，从而使废液8处于用于除去离子的化学操作中并且当需要时在该区域中使形成离子键合持续更长的停留时间。粉末状吸附剂、颗粒状吸附剂、液体离子絮凝状吸附剂以及其他形式的吸附剂构成充当吸收剂和形成离子键和早期微粒的离子交换材料。此外，在优选的实施方式中，在再循环吸附剂容器20中形成的沉淀和化学吸附剂固体在固体转移管线26上/中被转移或传送至固体收集容器28。如果需要的话，该过程可用另外的吸附剂按顺序重复，即，可将一种或一种以上吸附剂以所选择的实现吸附靶定一种或一种以上所选元素物质的方式加至吸附剂容器20中。在这些元素物质存在于吸附剂容器20中并进行处理的相关时间段或同时间段中，这样添加单个吸附剂(所选择的)形成完全靶定吸附容器20中的元素物质的吸附剂的顺序添加和吸附剂添加策略。如附图所示，在容器或区域20中处理的废液8随后在供给管线31上被泵送至或以其他方式被传送至进行固体-液体分离步骤III的子系统。固体通常通过离心分离和沉淀(33)与过滤(34)相结合来分离。水力旋流器以及类似方式为优选的用于开始分离吸附剂的方法，随后进行超滤除去非常细小的或胶状的固体。离心分离在浓缩用于丢弃的固体方面尤其有效。然而，可理解的是，其他类似方式可用来实现相同的功能目的。过滤器单元34 (通过供给管线31向其供给废液8)代表性的例子表示为具有至少一种介质或膜亚单位的超滤装置。在本发明的优选实施方式中，采用一个或一个以上管式超滤器膜，尽管所采用的超滤器本身并不必须为管状的，并且可采用一个或一个以上这样的单元。优选的超滤单元的实例为来自田纳西州诺克斯维尔的Diversified TechnologiesSystems公司的TUF 系统。TUF 系统(即“管式超滤”系统)对废液8进行过滤，以使其中的颗粒直径小于约0.05微米，并且该TUF 系统能够通过使废液流过一系列错流膜除去废液中几乎100%的悬浮固体、金属络合物和大多数胶状物质。如所描述的，可使用其他类型的错流膜和介质。此外，在优选的实施方式中，可在过滤器单元34 (或超滤单元)之前，将分离和沉淀设备33以及诸如水力旋流器的这类离心器材和设备用于本发明方法10以除去吸附剂材料，从而使这些固体一被引入吸附步骤II就被回收。如在关于优选实施方式中各再循环管线的附图中所说明的，提供第一再循环管线22A、第二再循环管线31A和第三再循环管线36A作为优选实施方式中的发明方法10的一部分。因此，在本发明方法10的优选实施方式中，取决于系统所需的操作，吸附剂处理区(罐或容器)20具有三条可能的再循环路径:第一、第二和第三再循环。在分离和沉淀设备33之前的第一再循环管线22A使吸附剂混合而不除去固体，因此使用可进入管线31并有助于混合的吸附剂。第二再循环管线31A使吸附剂或其他固体得以除去而不需要过滤。在当前的吸附剂应当被除去而下一吸附剂还未加入时可利用第二再循环管线31A。第三再循环管线36A可使用分离和沉淀设备33以及过滤器单元34这两者，排出的物质通过再循环管线36A和管线38返回到吸附剂处理区20用于进一步处理，其中，使用泵30提供动力。管线38可包括根据需要在不同方向使用的几组独立的管线。因此，如果浓缩物废液8中不存在固体则不需要在吸附剂处理(20)之前除去固体，并且在吸附剂处理区或容器20中只使用一种吸附剂，那么使用第一和第三再循环(分别为管线22A和36A)。如果从起始的浓缩物废液8中除去固体或者如果在吸附剂处理区或容器20中使用至少两(2)种独立的吸附剂处理循环，即，在使用吸收目标元素物质的第二(或另外的)吸附剂之前除去第一吸附剂，那么另外还使用第二再循环(管线31A)。分离和沉淀设备33可为许多离心分离器中的任何一种，例如，诸如本文所讨论的实施方式中优选的水力旋流器或离心机或其他相似或等同类型的设备之类的单元，或其他实现分离功能的设备。在附图举例说明的优选实施方式中，在离开储存容器区6之后，在子步骤中，立即在供应管道14上使用另一分离和沉淀设备7 (例如水力旋流器或等同的分离方式)以处理并除去固体，随后所述固体被直接传送至转移管线7T以传送至固体收集槽28，或使固体在转移管线7T上/中传送至固体收集槽28。在上述转移过程中固体可通过使用固体分离器7 (优选地，水力旋流器)除去，从而减少氧化剂的消耗、缩短氧化时间并排除随后必须除去的固体中的放射性同位素释放的可能性。在发明方法10的相关优选实施方式中，如附图中的实例所说明的那样，在使用第三再循环管线36A的情况下，过滤器介质35的排出侧的废液8的一部分沿再循环管线36A和中央再循环管线38循环回到吸附剂处理区或容器20。流过管式超滤器的再循环废液8对膜进行清洗，从而延长膜的寿命并减少维修。在固体-液体分离步骤III中，过滤器单元34中过滤器介质35的渗透侧的废液8的一部分被直接传送至过滤器渗透管线40。管线40将这部分废液8传送出过滤器单元34并传送至离子交换单元(本发明的优选实施方式中)，所述离子交换单元包括方法(10 )的可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV。如附图所示，在连接和向离子交换(IX)单元提供选择性的可调节且可配置的旁路选择方面，离子交换(IX)容器单元(可为I个或I个以上)代表性地显示为通过歧管管线串联连接，在离子交换容器和歧管管线之间运送废液8，离子交换容器和歧管管线的示例性的排列方式如下:第一 IX容器42、第一 IX歧管43、第二 IX容器44、第二歧管45、第三IX容器46、第三歧管47、第四IX容器48和第四歧管49。由过滤器渗透管线40向第一 IX容器42供给废液8，在附图中的实例所示的情况下，最后的(第四)IX容器48连接至IX排放管线51。如附图中的实例所示，安装并放置在功能上表示为歧管系统41的歧管43、45、47和49，其在可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV中起作用，这样，歧管管线43、45、47和49延伸并连接至各IX容器42、44、46和48，并且与过滤器渗透管线40和IX排放管线51连通。本发明中，歧管管线43、45、47和49中的每一个还可在功能和结构上被认为是具有旁路连接管线的流入集合管/排出集合管。还可被描述为流入/流出歧管管线的歧管管线(43、45、47和49)中的每一个由H形(S卩，当从至少一个视轴看时呈字母“H”形状的结构)管道结构组成，所述管道结构在流进(流入)和流出(排出)容器的管道上具有阀门。当容器工作时，这些阀门通常处于打开位置。阀门也位于流入和流出之间的交叉管路上，被称为旁路阀门。在使用容器时旁路阀门通常关闭。如果要绕开容器，则打开旁路阀门，并关闭流入阀门和流出阀门，由此，避开流至容器中，并且促进对在本领域使用该步骤的过程中具体采用的那些容器的选择及其可调节或可配置的排列。因此，总体看来，歧管系统41在不需要改变管道的情况下使离子交换(IX)容器(本发明该实施例中表示为42、44、46和48)进入流动路径或从流动路径中除去。因此，容器中的介质不会暴露于废水，所述废水不需要进一步除去指定的同位素；或者当介质完全消耗时，可从步骤IV的用于除去介质的流动路径中将其除去。可以理解的是，歧管系统41的元件可被配置为、可被构建为和/或可被连接为容纳可调节且可配置的离子交换(IX)步骤IV中使用的任何数量的容器单元，并且，可以理解的是，当在本领域中运行系统(10)时，许多不同的方式和结构方向以及位置可用于实施本发明方法的旁路功能，该旁路功能与用于实施步骤IV的IX容器单元和实际用于步骤IV中的那些IX容器(例如42、44、46和/或48)的选择有关。还可以理解的是，多种IX排列、顺序和连接方式可用于实施离子交换(IX)步骤IV的设备中。本发明优选实施方式中的一种这样的排列采用附图所示的设备。离子交换步骤IV可采用能够额外除去铯的介质。该介质可清除水中所有的钴和其他目标同位素，例如清除任何锑、铯和其他同位素的介质。可以理解的是，在介质中可使用许多物质，包括，但不限于，树脂珠、沸石及其他。如附图中的实例所示，本发明方法的总体第五步(V)(涉及排水步骤Va或干燥步骤Vb:将得到的溶解的固体干燥，从而得到干燥固体)涉及将从第4IX容器48 (使用或选择的这些单元(在该示例性的实例中为第四IX容器48)的所选排列中的最后IX容器或所述单元的最后一个)中得到的废液8传送至通向(或直接通向)监控槽50的IX排放管51。保留在水中的各种化学物质(即例如硼酸钠、硫酸钠、高锰酸盐、硝酸盐和氯化物)代表溶解的固体。在释放到环境中之前必须分析已经除去放射性同位素的水中同位素的含量以确保符合排放限制，因此，在排放或送至蒸发步骤Vb之前水被保存在监控槽50中。因此，此处和优选实施方式中由此通过分析被确认的干净的、环境安全的排放水可释放和排放Va到环境中。该过程能够向环境释放基本约100%的溶解的浓缩物。槽50中排放的废液的可选路径可通过蒸发器进料管53转移或传送至蒸发器单元54，蒸发器单元54用于干燥溶解的固体(Vb)，生成无放射性工业废弃固体废料和可排放的蒸发浓缩物并将蒸汽释放到大气中。在本发明方法10中，用于在单元54中实施蒸发的优选设备的例子为由美国田纳西诺克斯维尔的Diversified Technologies Services公司生产的DrumDryer ,该DrumDryer 通过生成具有最小空隙的致密坚硬的产品使干燥的产品的体积最小化。许多其他类型的方式和设备也可用于实施蒸发器单元54的蒸发功能。蒸汽为通过蒸发器单元54生成的不含溶解的固体的品质非常高的水。作为管线57a上的步骤Va的一部分，通过管线57b输送或运送待排放到环境中的来自蒸发器单元54的蒸汽，或者任选地或选择性地通过回用管线60或可在一些应用中出现的其他方式将所述蒸汽再循环至工厂。在优化干燥速率和最小化最终干燥量方面，pH也可以是有用的手段。例如，在硼存在的条件下，大于约12的pH对于使硼的溶解度最大化来说是理想的，然后在约12.5至约13的最佳pH条件下进行沉淀。较高的pH使硼的溶解度最大化，从而防止过早发生的沉淀而引起较差的热传递。这使来自热表面的液体的热传递最大化，尽管所述液体变得很粘。因此，当由于溶液接近较高温度下的溶解度而最终使蒸发最小化时，单纯地除去热量导致随温度降低发生浓溶液结晶。剩余的所有水被化学束缚于结晶结构中。因此，在本发明优选的实施方式中，为了使干燥效率最大化，干燥之前，含有大多数硼的浓缩物应当升温至使溶解度最大化，然后进入蒸发器单元54。在带有泵55的转移管线50R上的再循环过程中，通过pH调节站52添加苛性碱以使pH监测站56的pH值达到理想的PH值。在硫酸盐系统的情况下，可能需要将pH调节至酸性以达到相同的效果。较高的pH还使核沸腾最小化，所述核沸腾引起飞溅，从而导致盐在填充头中积聚。此外，本发明的方法10的优选实施方式包括过程控制70，过程控制70用于通过计算机和电子方式远程实施本发明的功能步骤和子步骤。因此，本发明10的操作通常可远程实施并且一般在自动计算机控制下实施，从而使放射线暴露最小化以及使对操作时间的需求最小化。对人而言，这些成分中的某些成分的潜在剂量可导致危险暴露。尽管屏蔽可使暴露最小化，但是长期暴露仍然是个问题。因此，可将对多数活动的远程操作通过本发明10用于优选实施方式中。因此，本发明的方法10中包括使用自动阀门、远程控制的电动机和进料器、具有远程显示器和连接至过程逻辑控制器或PLC的传感器。此外，这些控制可激活并控制氧化监控和氧化完成、吸附剂的添力口、吸附剂的水平、吸附剂的体积和重量、过滤压力以及蒸发。PLC为被编程为按照安全启动、操作和关闭本发明的系统所需要的顺序控制系统所有重要功能的计算机。这使必须监控系统的操作者最少化，并且几乎消除了操作者的放射线暴露。PLC也是通过编程模拟来优化系统操作的更好方式，此外，所述编程模拟对于操作者而言较难实施，需要进行大量训练。PLC每隔几秒监控参数且PLC能够识别并校正操作问题，发送警告和警报以及安全关闭系统。对于PH或起泡问题而言，可通过改变泵速度、阀门位置，以及添加化学物质来优化操作。PLC通过使用人机界面(Human Machine Interface)或HMI连接,所述人机界面或HMI使用可位于控制室的计算机上的专用本地屏幕，或者一个或一个以上远程计算机屏幕。这些计算机通过互联网连接还可位于工厂或世界的任何地方。这使监督员、管理员和设备供应商得以远程监控系统从而适当进行操作并进一步优化。HMI还能够记录来自系统的数据，用于永久记录、分析系统参数的趋势并生成本发明的系统操作的管理报告。这些趋势和报告可提醒处理即将发生的维修需求。甚至像膜清洗之类的问题也能在分批操作之间自动处理。本文举例说明并描述了本发明的优选实施方式，可以理解的是，可在其中进行各种变化而不偏离本发明的实质和范围。引用的附图标记和符号10处理放射性浓缩物的方法和系统，浓缩物处理系统或本发明的方法I (罗马数字I)氧化或臭氧氧化的步骤或氧化步骤II吸附步骤或粉末状吸附剂减少同位素步骤III固体-液体分离步骤IV可调节且可配置的离子交换(IX)步骤V 直接排水(Va)或将得到的废液干燥得到固体(Vb)以及排水或水再循环的步骤8废液或进料液流6储存位置、容器区域或工厂12再循环氧化容器14(12)的供给管线14a氧化返回管线IX离子交换16b臭氧喷射器和混合装置17臭氧供给管线16a臭氧供给滑道或部件11ORP 检测站18热交换器23泵(或其他等同输送能量或动力)22氧化再循环管线24吸附剂供给区24a从(24)开始的供给管线13pH/温度检测区15化学加药撬19喷射器供给进料20吸附剂处理区(罐或容器)38中央再循环管线21转移管线25混合器26固体转移管线28固体收集槽31吸附剂再循环管线34过滤器单元35(34)的过滤器介质33分离和沉淀设备(和这种类型的设备和方式)22A第一再循环管线31A第二再循环管线36A过滤器再循环管线或第三再循环管线30泵(或其他发动方式或输送力)7固体分离设备7T固体转移管线28固体收集槽40过滤器渗透管线
42第一 IX 容器43第一 IX 歧管
44 第二 IX 容器45 第二 IX 歧管46第三IX容器47第三IX歧管48第四IX容器51 IX排放管线49第四IX歧管41歧管系统50监控槽53蒸发器进料管线54蒸发器单元52 pH 调节站56 pH 检测站50R (50)的再循环管线55 泵57a管线(与步骤Va相关)57b管线(与步骤Vb相关)60回用管线(通向工厂的选择性再循环管线)70过程控制(用于远程或计算机系统操作)PLC在本发明范围内和本发明教导的范围内采用的、被编程为按照安全启动、操作和关闭本发明的系统所需要的顺序控制系统10的所有重要功能的计算机HMI人机界面(或HMI)，为可位于支持本发明的使用的控制室内的计算机上的专用本地屏幕或者一个或一个以上远程计算机屏幕，其中，当可使用网线时，所述计算机还可位于支持本发明的使用的厂区的任何地方，或者世界的任何地方。参考文献以下参考文献与本发明的技术领域可能相关联，在此通过引用并入本文，这些参考文献包括:欧洲专利申请公开EP0428868 (A2)欧洲专利申请EP0765842 (Al)欧洲专利申请EP1803689 (Al)欧洲专利申请EP1837075 (A2)俄罗斯专利RU2105366(C1)俄罗斯专利RU2122753(C1)俄罗斯专利RU2203512(C2)俄罗斯专利RU2225049 (Cl)俄罗斯专利RU22685I3(Cl)俄罗斯专利RU2313148(C1)俄罗斯专利RU2342720(C1)俄罗斯专利RU2342721 (Cl)
乌克兰专利UA14319UPCT 国际公布 TO02/096559 (Al)PCT 国际公布 W02007/123436(A1)PCT 国际公布 W02008/002282 (Al)美国专利第3，947，354号美国专利第4，814，091号美国专利第5，080, 799号美国专利第5，196，124号美国专利第5，728，302号美国专利第5，908, 559号美国专利第5，030, 587号美国专利第7，282，470 (B2)号美国专利第7，772，451 (B2)号美国专利申请公开第2009/0252663 (Al)号美国专利申请公开第2010/0059428 (Al)号
权利要求
1.一种处理废液的系统，所述废液由选自下列废弃物中的至少一种构成:放射性浓缩液体、陈年废弃物、其他形式的环境废弃物或有害废弃物或放射性废弃物；所述系统将所述废液转化为两种选定形式中的至少一种，所述选定形式包括用于安全丢弃的可被固化的形式或固化形式，以及可安全排放到环境中的水性形式，所述系统包括以罗马数字表示的下列步骤 1、I1、II1、IV和 V: (I)氧化废液； (II)将废液与用于减少同位素的吸附剂物质混合； (III)将废液分离成固体和液体组分； (IV)通过选择性离子交换(IX)处理废液；以及 (V)最终处理，其中的至少一个步骤选自: (Va)排放所述水性形式的废液，以及 (Vb)干燥得到的含有溶解的固体的废液，得到所述固化形式的干燥固体。
2.如权利要求1所述的系统，其中，步骤(I)通过选自以下操作中的至少一种操作进行循环:分批操作、连续操作和量化处理操作的其他循环。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述量化处理操作的时间为大约I小时至大约48小时。
4.如权利要求2所述的系统，其中，作为步骤(I)的一部分，将所述废液从储存位置(6)输送或转移至再循环氧化容器(12)。
5.如权利要求4所述的系统，其中，在输送或转移所述废液的同时或之后，所述废液从再循环氧化容器(12)中流出并返回至再循环氧化容器(12)中，当需要将温度调节至更加有利于氧化的温度范围时，通过热交换设备(18)选择性地向氧化容器(12)供给废液；其中，PH和温度检测区(13)和ORP检测站(11)用于检测目的以确定所需的进一步处理。
6.如权利要求5所述的系统，其中，测定pH，如果需要时使用化学加药设备(15)对pH进行调节。
7.如权利要求5所述的系统，其中，如果需要时使用消泡剂，所述消泡剂通过化学加药设备(15)提供。
8.如权利要求6所述的系统，其中，pH低于约12.5。
9.如权利要求6所述的系统，其中，pH低于约12。
10.如权利要求7所述的系统，其中，在调节pH之后，所述ORP为大约+300至大约+1000。
11.如权利要求5所述的系统，其中，热交换设备(18)使废液的温度降低至低于约80华氏度或约26.67摄氏度。
12.如权利要求5所述的系统，其中，热交换设备(18)使废液的温度降低至低于或等于约60华氏度或15.56摄氏度。
13.一种用于处理废液(8)的系统，废液(8)由选自下列废弃物中的至少一种构成:放射性浓缩液体、陈年废弃物和其他形式的环境废弃物或有害废弃物或放射性废弃物；所述系统将所述废液转化为两种选定形式中的至少一种，所述选定形式包括用于安全丢弃的可被固化的形式或固化形式，以及可安全排放到环境中的水性形式，所述系统包括以罗马数字表示的下列步骤1、I1、II1、IV和V:(I)氧化废液； (II)混合废液和用于减少同位素的吸附剂物质； (III)将废液分离成固体和液体组分； (IV)通过选择性离子交换(IX)处理废液，以及 (V)最终处理，其中的至少一个步骤选自: (Va)排放所述水性形式的废液，以及 (Vb)干燥得到的含有溶解的固体的废液，得到所述固化形式的干燥固体。
14.如权利要求13所述的系统，其中，步骤(I)为氧化或臭氧氧化步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 通过固体分离设备(7)传送来自工厂或储存区(6)的废液(8)，在固体分离设备(7)中，废液的固体部分被输送至固体收集槽(28)，废液的剩余部分被输送至再循环氧化容器(12)，在其中进行处理， 在再循环氧化容器(12)中处理之后将废液输送至pH和温度检测设备(13)，进而流过ORP检测设备(11)，以及 将废液的至少一部分转移至热交换设备(18)，该设备(18)与喷射器供给进料管线(19)和臭氧喷射器和混合设备(16b)连通，所述废液通过臭氧喷射器和混合设备(16b)被传送至氧化返回管线(14a)，再循环回到容器(12)，管线(14a)进一步与选择性化学加药设备(15)连通并同时由该化学加药设备(15)向管线(14a)供给废液。
15.如权利要求14所述的系统，其中，步骤(II)为吸附步骤或粉末状吸附剂减少同位素步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 收集没有转移到热交换设备(18)中的剩余废液中的至少一部分，并将所述剩余废液转移到吸附剂处理区(20)， 当需要时选择至少一种吸附剂物质以除去至少一种目标元素或同位素，所述至少一种目标元素或同位素形成转移到吸附剂处理区(20)的废液的一部分，将所选择的至少一种吸附剂物质添加到处理区(20)中并在处理区(20)中进行混合，结合至少一个附加的子步骤，所述子步骤选自:重复选择至少一种吸附剂物质直到经过足以基本吸附形成所述废液的一部分的目标元素或同位素的时间，以及再循环转移到吸附剂处理区(20)中的废液直到经过足以基本吸附形成所述废液的一部分的目标元素或同位素的时间，其中，所述至少一种吸附剂物质选自:粉末状吸附剂、颗粒状吸附剂、液体离子絮凝状吸附剂或其他形式的吸附剂； 将来自区域(20)的废液传送至分离和沉淀设备(33)，其中，从所述废液的至少一部分中分离出固体物质，其中，在吸附剂处理区(20)和分离和沉淀设备(33)之间连接有用于选择性地再循环至处理区(20 )的第一管线(22A，38 )，当选择第一管线(22A，38 )时，所选的废液的一部分不经过分离和沉淀设备(33)， 将来自分离和沉淀设备(33)的固体物质转移至收集槽(28)，并将设备(33)中的剩余废液转移至过滤器单元(34)，其中，在分离和沉淀设备(33)与过滤器单元(34)之间连接有用于选择性地再循环至处理区(20)的第二管线(31A，38)，当选择第二管线(31A，38)时，所选的废液的一部分不经过过滤器单元(34)。
16.如权利要求15所述的系统，其中，作为步骤(II)的一部分，在吸附剂处理区(20)中添加并混合(24，24a) —种吸附剂物质，选择可选择性地再循环至处理区(20)的第一管线(22A，38)并在需要时重复经过第一管线(22A，38)直到经过足以基本吸附至少一种目标元素的时间。
17.如权利要求15所述的系统，其中，作为步骤(II)的一部分，用于可选择性地再循环的第二管线(31A，38)用于除去吸附剂和其他固体而不使这些物质经过过滤器单元(34)，并且在需要将当前使用的吸附剂除去而下一吸附剂还未添加至吸附剂处理区(20)时使用第二管线(31A，38)。
18.如权利要求15所述的系统，其中，步骤(III)为固体-液体分离步骤，所述步骤进一步包括下列子步骤: 通过过滤器单元(34)的过滤器介质(35)过滤剩余废液， 连接过滤器介质(35)的排出侧与用于可选择性地再循环至处理区(20)的第三管线(36A，38)，使废液的至少一部分再循环至吸附剂处理区(20)而不经过介质(35)，以及 同时引导废液的至少一部分通过介质(35)流至歧管系统(41)。
19.如权利要求18所述的系统，其中，所述废液经过分离和沉淀设备(33)到达过滤器单元(34)，其中，来自过滤器单元(34)的过滤器介质(35)的排出侧的排出部分通过用于可选择性地再循环的第三管线(36A，38)返回到处理区(20)，用于进一步处理。
20.如权利要求18所述的系统，其中，当废液中没有固体且不需要在经过吸附剂处理区(20)之前除去固体 ，并且吸附剂处理区(20)中只使用一种吸附剂时，使用通向处理区(20 )的选择性地再循环的第一管线(22A，38 )和选择性地再循环的第三管线(36A，38 )。
21.如权利要求18所述的系统，其中，当选择并采用经过吸附剂处理区(20)的至少两种独立的处理过程或在添加并在使用用于吸附目标元素物质的第二吸附剂或单独添加的吸附剂之前从处理区(20)除去第一吸附剂时，使用通向处理区(20)的选择性再循环的第二管线(31A，38)。
22.如权利要求18所述的系统，其中，当存在一种以上目标元素，在所述目标元素存在于处理区(20)中的相关的时间段或者同时，以所选的可实现吸附-靶定上述目标元素或同位素中的一种或一种以上的方式向吸附剂处理区(20)中添加一种或一种以上吸附剂，由此所选的各单独的吸附剂的添加形成在处理区(20)中完全吸附目标元素的吸附剂的顺序添加和吸附剂添加策略。
23.如权利要求18所述的系统，其中，步骤(IV)为可调节且可配置的离子交换(IX)步骤，该步骤进一步包括: 通过选择性地除去同位素对流入歧管系统(41)中的废液进行处理，其中，系统(41)包括至少一个用于离子交换的容器单元(42)，向所述单元(42)供给废液并使其与至少一条歧管管线(43)连接，其中，在确定通过系统(41)的流动路径和选择性IX处理方式方面，一种和一种以上所述容器通过旁路作用选择性地以串联方式展开、调节和配置，以及 使剩余废液从系统(41)中流出，并流至IX排出输送管线(51)。
24.如权利要求23所述的系统，其中，作为步骤(V)的一部分，其子步骤包括: 在输送管线(51)上将所述剩余废液输送至储存和监控液体的设备(50)， 使来自设备(50)的剩余废液的至少一部分流至以下中的至少一种: 排水(Va),和干燥得到的溶解有固体的废液(Vb);以及 同时引导所述剩余废液的至少一部分通过再循环子过程，在所述再循环子过程中，所述废液返回到储存和监控液体的设备(50)。
25.如权利要求24所述的系统，其中: 排水(Va)至少包括用于将成为干净水的剩余废液排放至环境中的管线；以及 干燥(Vb)至少包括用于将来自设备(50)的剩余废液的至少一部分提供给蒸发器进料输送管线(53)、用于与管线(53)连接的蒸发设备(54)，以及用于选择性地再循环回到工厂或储存区(6)的与蒸发设备(54)连接的管线。
26.如权利要求25所述的系统，其中: 所述再循环子过程至少包括: 用于将来自储存和监控液体的设备(50)的剩余废液的至少一部分传送和转移至IX排出输送管线(51)的管线(50R)， 与输送管线(51)连接的提供pH调节的设备，以及 在废液转移到IX排出输送管线(51)并回到用于储存和监控液体的设备(50)之前用于检测PH并连通输送管线(51)的设备。
27.如权利要求18所述 的系统，其中，所述系统通过整合远程计算机系统控制调整和控制各处理步骤。
全文摘要
本发明一方面提供以安全丢弃为目的的处理废液(尤其是放射性废弃物)的系统，并且在最终处理中将废液转化为一种或两种形式，所述一种或两种形式包括安全排放至环境中的水性形式和用于安全丢弃的固化形式。另一方面，本发明能够建立作为吸附步骤或粉末吸附剂减少同位素步骤(II)的一部分的特定目标元素方案，同时进行吸附剂物质选择和多种再循环选择，以从废液中除去目标物质。其他步骤与吸附步骤(II)结合，包括氧化步骤(I)、固-液分离步骤(III)和选择性离子交换步骤(IV)，从而将废液递送至最终处理过程。
文档编号A62D3/00GK103108677SQ201180041888
公开日2013年5月15日 申请日期2011年9月25日 优先权日2010年10月15日
发明者丹尼斯·A·布伦赛尔, 查理斯·E·詹森, 拉里·E·贝茨 申请人:迪韦尔西菲德技术服务公司
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