申请日2014.11.25
公开(公告)日2015.03.11
IPC分类号G21F9/20
摘要
本发明涉及一种超声波处理放射性废水装置，利用超声波分离技术，将处于超声驻波场中的悬浮放射性氧化物颗粒聚集后处理。由超声波发生器、超声波换能器、水槽、超声波振板、进出水系统、电源系统、机架组成;超声波换能器呈点阵形固定封装于超声波振板内和水槽底部的下方;水槽左、右两侧面的两块超声波振板相对平行放置，对称分布于水槽内，两块超声波振板浸没于水槽内;进水口、出水口安装在水槽的前、后两侧的后侧，且呈上下排列。本发明的优点在于：避免了技术人员暴露在高危环境下作业，确保了人身安全，可有效去除废水中放射性物质，无二次污染，技术简单，成本低廉，易于操作该放射性废水处理装置将会有更宽广的应用前景。
权利要求书
1.一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：由超声波发生器(5)、(6)、超 声波换能器(1)、(2)、水槽(3)、超声波振板(4)、进出水系统、机架组成;所述的超 声波换能器(1)呈点阵形固定封装于超声波振板(4)内，所述的超声波换能器(2)呈 点阵形固定于水槽(3)底部的下方;所述的水槽(3)左、右两侧面的两块超声波振板(4) 相对平行放置，对称分布于水槽(3)内部，两块超声波振板(4)浸没于水槽(3)内的 放射性废水中;所述的进出水系统的进水口(7)、出水口(8)安装在水槽(3)的前、后 两侧的后侧，且呈上下排列;所述的机架由底盘、地脚、万向脚轮、部件支架组成，为设 备整机其它零部件安装的基础。
2.根据权利要求1所述的一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：在所述 的水槽(3)中使左右两块超声波振板(4)内的超声波换能器(1)产生疏密相间的超声 波向对称辐射，使液体流动，当满足形成驻波的式(1)条件时，在水槽(3)里形成超声 驻波：
L=nλ/2 (1)
λ=v/f (2)
式中：λ为超声波波长，n为形成的驻波数，L为水槽的长度，v为超声波在水中速度， f为超声波发生器的频率。
3.根据权利要求2所述的一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：所述的 超声波发生器(5)和超声波发生器(6)所发出的的两种不同频率的超音频电能，分别通 过超声波换能器(1)、(2)转换成高频机械振荡而传入到放射性废液中;两个超声波发生 器(5)、(6)所发出的不同频率f分别为(25～30)kHz和(35～45)kHz。
4.根据权利要求3所述的一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：放射性 废水超声波处理效果受到声学参数如超声波频率、能量和时间、结构参数如振板之间形成 驻波的尺寸、水槽尺寸的影响，按照超声波在水中速度为v=1500m/s，当频率f为(25～30) kHz时，则超声驻波的波长λ=v/f=(50～60)mm，超声波驻波数n取16，故超声驻波处理 放射性废水装置整体尺寸取(400×400×400)mm～(480×400×400)mm。
5.根据权利要求4所述的一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：所述的 超声驻波处理放射性废水装置的超声波辐射面的设计成由20mm×20mm～100mm×100 mm的超换能器组成的阵列2×2～6×6个，辐射面的面积为400mm2～10000mm2。
说明书
一种超声驻波放射性废水处理装置
技术领域
本发明属于废水处理领域，涉及一种超声驻波放射性废水处理装置。
背景技术
2011年3月日本福岛核事故的发生，促使国际原子能机构对核能安全提出了更高要求。 2011年在日本召开的第十九届国际核工程会议(ICONE 19)上，以美国为首的发达国家 提出通过加强放射性废水处理装置的研究，重点是核电站等装置产生的放射性废水引起的 世界性污染难题的相关研究。为了使环境的放射性辐射水平低于国家所规定的标准值(≤1 Bq/L，即1贝可/升)，必须对装置的贮存间和操作间进行放射性去污，在去污的过程中会 产生一定量的放射性废水，这些放射性废水的主要成分是放射性物质的氧化物颗粒，包含 放射性氧化物颗粒的废水处理是当前国际公认的难点问题之一。
在本发明以前的现有技术中，放射性废水处理方法按废水处理过程中放射性物质形态 改变与否主要可分为化学形态改变法和化学形态不变法两类。化学形态改变法包括化学沉 淀法、气浮法、生化法等，化学形态不变法包括蒸发法、离子交换法、吸附法、膜处理法 等。化学形态改变法包括化学沉淀法、气浮法、生化法等化学或生物化学方法。上述各种 方法对于放射性废水的处理各有千秋，但都存在共同的问题，即处理过程耗时、耗材、耗 能、效率不高、处理不彻底，且有二次污染危险。
申请专利前，发明者已检索相关专利，未发现有与本发明用超声波方法处理放射性废 水装置相近的公开文献报导。
发明内容
针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，在对核装置放射性废水排放情况和核素 属性综合分析的基础上，提供一种利用超声波处理低水平放射性废水的处理装置，尤其是 超声驻波放射性废水处理装置。
现将本发明构思及技术解决方案叙述如下：
本发明的基本构思是，根据超声波分离技术原理，处于超声驻波场中的悬浮放射性氧 化物颗粒会在声辐射力、浮力、重力和液体粘滞阻力的共同作用下，朝向驻波场中的波节 面处运动、聚集。因此，可以通过精心设计超声驻波放射性废水处理装置的结构和尺寸， 在超声驻波放射性废水处理装置底部的废水出口处设计分流出口，通过计算确定分流出口 位置和出口宽度，使得聚集在波节面处的悬浮放射性颗粒在重力场的作用下，从波节面附 近的高浓度废水出口处流出，从而减少了从低浓度放射性废水出口处流出的放射性废水里 放射性物质的含量，达到降低放射性废水的放射性浓度的目的，放射性废水超声波处理的 理论依据参见图1、2。此外，根据放射性废水的处理要求，所提供的超声驻波放射性废水 处理装置重点应该解决：1.采用传统去污和分离方法难以实现放射性彻底去除的放射性强 度较低且呈悬浮颗粒状的放射性废水;2.为后续进一步收集与贮存中低放射性核素颗粒提 供基础性工作;3.提供一种针对性强，二次污染小，处理效率高，技术简单，成本低廉， 易于操作使用的超声驻波放射性废水装置。
根据上述发明构思及技术要求，本发明一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在 于：由超声波发生器5、6、超声波换能器1、2、水槽3、超声波振板4、进出水系统、机 架组成;所述的超声波换能器1呈点阵形固定封装于超声波振板4内，所述的超声波换能 器2呈点阵形固定于水槽3底部的下方;所述的水槽3左、右两侧面的两块超声波振板4 相对平行放置，对称分布于水槽3内部，两块超声波振板4浸没于水槽3内的放射性废水 中;所述的进出水系统的进水口7、出水口8安装在水槽3的前、后两侧的后侧，且呈上 下排列;所述的机架由底盘、地脚、万向脚轮、部件支架组成，为设备整机其它零部件安 装的基础。
本发明进一步提供一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：在所述的水槽3 中使左右两块超声波振板4内的超声波换能器1产生疏密相间的超声波向对称辐射，使液 体流动，当满足形成驻波的式(1)条件时，在水槽3里形成超声驻波：
L=nλ/2 (1)
λ=v/f (2)
式中：λ为超声波波长，n为形成的驻波数，L为水槽的长度，v为超声波在水中速度， f为超声波发生器的频率。
本发明进一步提供一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：所述的超声波发 生器5和超声波发生器6所发出的的两种不同频率的超音频电能，分别通过超声波换能器 1、2转换成高频机械振荡而传入到放射性废液中;两个超声波发生器5、6所发出的不同 频率f分别为(25～30)kHz和(35～45)kHz。
本发明进一步提供一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：放射性废水超声 波处理效果受到声学参数如超声波频率、能量和时间、结构参数如振板之间形成驻波的尺 寸、水槽尺寸的影响，按照超声波在水中速度为v=1500m/s，当频率f为(25～30)kHz时， 则超声驻波的波长λ=v/f=(50～60)mm，超声波驻波数n取16，故超声驻波处理放射性废 水装置整体尺寸取(400×400×400)mm～(480×400×400)mm。
本发明进一步提供一种超声驻波放射性废水处理装置，其特征在于：所述的超声驻波 处理放射性废水装置的超声波辐射面的设计成由20mm×20mm～100mm×100mm的超 换能器组成的阵列2×2～6×6个，辐射面的面积为400mm2～10000mm2。
本发明的优点在于：
(1)、针对核放射性沉积物对操作人员产生辐射危害，影响操作人员的身体健康的问 题，避免了技术人员暴露在高危环境下作业，确保了人身安全，为像日本福岛核事故、核 电站等放射性废水的排放和处理提供新思路。
(2)、试验表明，浓度为200Bq/L的放射性废水，在频率为28kHz、功率为1kW超声 波作用下，经40min时间的处理后浓度达到2.43Bq/L，去污效率为98.79%，处理效率高。
(3)、与现有传统污水处理方法相比，针对性更强，无二次污染，技术简单，成本低 廉，易于操作人员掌握使用。即该装置具有操作方便、去污效率高、费用低廉和快速处理 等优点。将会有更宽广的应用前景。