公开(公告)日2019.01.01
IPC分类号C02F9/04; C02F11/18; F23G5/08; F23G5/44; F23J15/06; B01D53/80; B01D53/40; B01D46/02
摘要
本发明公开了一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统，包括废水储槽、除酸装置、重金属处理装置、等离子体熔融装置、废气处理装置和玻璃回收装置，废水储槽用于将待处理的废水进行前置处理，除酸装置与废水储槽相连接，将来自废水储槽内经过前置处理的废水中的酸性物质进行中和处理。本发明废水处理过程中的尾渣减容效果显著，采用等离子体技术，能量密度高，工作温度可在1000℃‑1500℃下运行，熔融处理后尾渣体积减小70%以上，且尾渣熔融形成的玻璃态炉渣致密性良好且无空隙，重金属及各有害元素被包覆在Si‑O晶体结构中，对玻璃态路渣的迁移特性、浸出特性试验表明所有元素的浸出浓度均远低于规定的标准水平。
权利要求书
1.一种铀矿废水等离子体协同处置系统，其特征在于，包括废水储槽(1)、除酸装置(2)、重金属处理装置(3)、等离子体熔融装置(4)、废气处理装置(5)和玻璃回收装置(11)，所述废水储槽(1)用于将待处理的废水进行前置处理，所述除酸装置(2)与废水储槽(1)相连接，将来自所述废水储槽(1)内经过前置处理的废水中的酸性物质进行中和处理，所述重金属处理装置(3)与除酸装置(2)相连接，并向来自所述除酸装置(2)内经过中和处理的废水中加入除金属制剂进行处理，使得其中的重金属形成固体废渣，所述等离子体熔融装置(4)与重金属处理装置(3)相连接，利用所述等离子体熔融装置(4)中的等离子体束将来自重金属处理装置(3)内的固体废渣在完全熔融，所述废气处理装置(5)将从所述等离子体熔融装置(4)排出的尾气经过降温、净化、酸性气体处理和颗粒物分离处理工艺进行分离和回收，还包括：
一次板框压滤机(6)，从所述除酸装置(2)处理后的废水进入一次板框压滤机(6)进行脱水处理;
沉淀池(8)，将所述一次板框压滤机(6)脱水处理后的废水进行沉淀，除去其中的悬浮物;
二次板框压滤机(7)，位于所述重金属处理装置(3)和等离子体熔融装置(4)之间，用于对来自重金属处理装置(3)的废水进行脱水处理，脱水后的尾渣则进入等离子体熔融装置(4)进行熔融，所述二次板框压滤机(7)还与槽式排放槽(9)的进口连接;
其中，所述除酸装置(2)中包括氧化钙，其与来自废水储槽(1)的废水 可制备石灰乳，用于对废水中的酸性物质进行中和处理，且废水碱化除酸处理后的PH为10～11;
所述等离子体熔融装置(4)内部的等离子体炬为直流非转移弧等离子炬，所述等离子体炬的工作温度为1000℃-1500℃;
所述废气处理装置(5)由急冷塔、半干法除酸塔和布袋除尘器组成，且所述废气处理装置(5)的气出口与气体排放装置(10)的气进口连接，所述气体排放装置(10)为气体排放箱;
所述玻璃回收装置(11)由箱体(1101)、粉碎装置和接料装置组成，所述粉碎装置和接料装置均设置在箱体(1101)的内部，且所述粉碎装置的数量和接料装置的数量分别为三个和两个，两个所述接料装置分别设置在三个粉碎装置之间，所述粉碎装置由压辊电机(1103)和两个粉碎辊(1108)组成，两个所述粉碎辊(1108)的两端分别通过四个活动轴(1102)与箱体(1101)的两内壁活动连接，所述压辊电机(1103)固定设置在箱体(1101)的外侧，且所述压辊电机(1103)的输出端穿过箱体(1101)的侧壁与其中一个活动轴(1102)的一端连接，所述接料装置由振动筛(1104)和第一集料抽屉(1106)组成，所述第一集料抽屉(1106)设置在振动筛(1104)的底部，且所述振动筛(1104)的一侧与箱体(1101)内部的一侧固定连接，所述第一集料抽屉(1106)活动设置在箱体(1101)的正面，所述振动筛(1104)底部的一侧固定设置有两个振动电机(1105)，所述箱体(1101)底部的正面活动设置有第二集料抽屉(1107)，且所述第二集料抽屉(1107)与最底部的粉碎辊(1108)位置相对应，所述压辊电机(1103)通过外接压辊开关与外接电源电性连接，所述振动电机(1105)通过振动开关与外接电源电性连接;
所述粉碎装置的顶部和两个接料装置的一侧分别设置有四个导料板(1109)，且四个所述导料板(1109)分别固定设置在箱体(1101)的两内壁，从顶部到底部的三个所述粉碎装置的两个粉碎辊(1108)间距依次减小，位于顶部的所述振动筛(1104)的筛孔直径大于位于底部的振动筛(1104)的筛孔直径。
2.一种铀矿废水等离子体协同处置，方法其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：废水前处理;
S2：中和处理;
S3：重金属处理;
S4：熔融处理;
S5：排气和固体回收;
其中，所述S1步骤包括将待处理的废水在废水储槽(1)内进行前处理工序，铀矿废水经收集后进入废水储槽(1)，所述废水储槽(1)的设计贮存容量为24h;
所述S2步骤包括将来自所述废水储槽(1)的废水中的酸性物质进行中和处理，废水储槽(1)的废水进入除酸装置(2)中进行中和，除去废水中的酸性物质，其中除酸装置(2)用于制备石灰乳，制备的石灰乳用于中和废水中的酸性物质，具体的，废水储槽(1)中的废水进入除酸装置(2)中，与除酸装置(2)中的CaO混合，按化学计量的1.1倍制备石灰乳，同时起到碱化和絮凝作用，石灰用量比为70%含量或为20kg/m3，搅拌时间为30min，处理后废水pH为10～11，除酸装置(2)中石灰乳中和絮凝后的废液进入一次板框压滤机(6)进行脱水，实现水渣分离，减小后续沉淀、除重金属、酸化和二次板框压滤机(7)的处理负荷，一次板框压滤机(6)分理出的尾渣和废水分别进入等离子体熔融装置(4)和沉淀池(8)，沉淀池(8)用于将一次板框压滤机(6)出水中的悬浮物进一步沉降，实现完全沉淀，沉淀池(8)的尾渣送至等离子体熔融装置(4);
所述S3步骤包括对来自除酸装置(2)的废水加入除金属剂进行处理，使得其中的重金属形成固体废渣，重金属处理装置(3)具体为除镭酸化池，所述除镭剂为CaCl2含量是20g/m3的CaCl2溶液，除镭反应时间为10min，除去重金属后的溶液需加入硫酸将废水中和至允许排放标准pH=7～9范围内，沉淀时间为12h，二次板框压滤机(7)用于对沉淀池(8)的尾渣进行脱水处理，脱水后的液体进入槽式排放槽(9)排放入附近水体，尾渣则进入等离子体熔融装置(4)进行熔融处理;
所述S4步骤包括来自重金属处理装置(3)的固体废渣在等离子体熔融装置(4)的等离子体束的作用下完全熔融，等离子体熔融装置(4)采用20kW～50kW的直流非转移弧等离子炬，等离子体炬热效率大于70%，电极寿命大于400hr，其中离子体炉的工作温度为1000℃-1500℃，气体停留时间大于2s;
所述S5步骤包括将从等离子体熔融装置(4)排出的尾气经过降温、净化、酸性气体处理和颗粒物分离处理工艺进行分离和回收，废气处理装置(10)负责将废气的进行冷却，冷却后通过玻璃回收装置(11)进行玻璃渣回收。
说明书
一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统
技术领域
本发明涉及废物处理领域，具体为一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统。
背景技术
在铀矿工业中废水来源主要为两部分：开采过程中产生的采矿废水和铀浸出过程中产生的废水。其中采矿废水包括矿井或露天采场的外排水、地表堆积的废矿石的浸渍水;铀矿加工废水包括离子交换后的吸附尾液、饱和树脂再生尾液和沉淀后的浸出液等。铀矿采选过程中产生的废水不仅含有U、Th、Ra、Po、Pb等放射性元素，还产生各种重金属废水，如果处理不当，将造成地表水和地下水的Pb、U、Cu、Zn、Ni、Cd、As、Co等重金属超标，对环境造成严重破坏。另外，铀矿加工过程中采用的强酸或强碱未处理合格外排将破坏水体的水质，严重时会导致水体和土壤酸化，直接影响动植物的生存。
铀矿废水的处理方法主要有物理吸附法、膜处理方法、生物处理法、化学沉淀法、离子交换法等。物理吸附法利用多孔性的吸附剂如活性炭处理放射性废水，能够吸附分子、离子，并对不同类型的核素有选择性吸附的作用，但吸附剂昂贵，再生费用高;膜处理技术具有出水水质好，能耗低，运行稳定可靠等特点，但存在膜被栓塞、被污染、断丝等现象，必须经常清洁;生物法中特定微生物的培养对环境条件的要求很苛刻，并存在占地面积大、管理复杂、废水达标难度大等缺点;离子交换法只适用于量少的放射性废水处理，并且会产生大量具有放射性的废树脂。化学沉淀法是通过沉淀剂将其与核素共沉淀并转移至小体积的沉淀底泥中，该法工艺简单、运行费用低，但泥渣产生量较多。
上述各处理方法产生的尾渣量较大，且尾渣中含有大量的Pb、U、Cu、Zn、Ni、Cd、As、Co等重金属。目前，这些尾渣一般通过堆放在尾渣库或回填采空区等方式进行处理，容易受到雨水和地下水的冲刷，导致溶解流失，造成严重的环境污染。在国内外，因矿坝损坏而引发的矿渣流失事件偶有发生，尾渣进入水体后，由于重金属的再溶解导致水中的放射性水平升高，污染附近土壤和地表水体。我国南方某地铀水冶厂的尾矿库渗漏水曾对附近鱼塘、井水造成污染。因此，需要提供一种能将铀矿废水处理中产生的尾渣进行彻底惰化的处理方案，在减小尾渣量的同时将放射性元素和其他重金属彻底固化，满足防冲刷、耐侵蚀和浸出的要求。因此我们对此做出改进，提出一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统，包括废水储槽、除酸装置、重金属处理装置、等离子体熔融装置、废气处理装置和玻璃回收装置，所述废水储槽用于将待处理的废水进行前置处理，所述除酸装置与废水储槽相连接，将来自所述废水储槽内经过前置处理的废水中的酸性物质进行中和处理，所述重金属处理装置与除酸装置相连接，并向来自所述除酸装置内经过中和处理的废水中加入除金属制剂进行处理，使得其中的重金属形成固体废渣，所述等离子体熔融装置与重金属处理装置相连接，利用所述等离子体熔融装置中的等离子体束将来自重金属处理装置内的固体废渣在完全熔融，所述废气处理装置将从所述等离子体熔融装置排出的尾气经过降温、净化、酸性气体处理和颗粒物分离处理工艺进行分离和回收，还包括：
一次板框压滤机，从所述除酸装置处理后的废水进入一次板框压滤机进行脱水处理;
沉淀池，将所述一次板框压滤机脱水处理后的废水进行沉淀，除去其中的悬浮物;
二次板框压滤机，位于所述重金属处理装置和等离子体熔融装置之间，用于对来自重金属处理装置的废水进行脱水处理，脱水后的尾渣则进入等离子体熔融装置进行熔融，所述二次板框压滤机还与槽式排放槽的进口连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述除酸装置中包括氧化钙，其与来自废水储槽的废水可制备石灰乳，用于对废水中的酸性物质进行中和处理，且废水碱化除酸处理后的PH为10～11。
作为本发明的一种优选技术方案，所述等离子体熔融装置内部的等离子体炬为直流非转移弧等离子炬，所述等离子体炬的工作温度为1000℃-1500℃。
作为本发明的一种优选技术方案，所述废气处理装置由急冷塔、半干法除酸塔和布袋除尘器组成，且所述废气处理装置的气出口与气体排放装置的气进口连接，所述气体排放装置为气体排放箱。
作为本发明的一种优选技术方案，所述玻璃回收装置由箱体、粉碎装置和接料装置组成，所述粉碎装置和接料装置均设置在箱体的内部，且所述粉碎装置的数量和接料装置的数量分别为三个和两个，两个所述接料装置分别设置在三个粉碎装置之间，所述粉碎装置由压辊电机和两个粉碎辊组成，两个所述粉碎辊的两端分别通过四个活动轴与箱体的两内壁活动连接，所述压辊电机固定设置在箱体的外侧，且所述压辊电机的输出端穿过箱体的侧壁与其中一个活动轴的一端连接，所述接料装置由振动筛和第一集料抽屉组成，所述第一集料抽屉设置在振动筛的底部，且所述振动筛的一侧与箱体内部的一侧固定连接，所述第一集料抽屉活动设置在箱体的正面，所述振动筛底部的一侧固定设置有两个振动电机，所述箱体底部的正面活动设置有第二集料抽屉，且所述第二集料抽屉与最底部的粉碎辊位置相对应，所述压辊电机通过外接压辊开关与外接电源电性连接，所述振动电机通过振动开关与外接电源电性连接。
作为本发明的一种优选技术方案，最顶部的所述粉碎装置的顶部和两个接料装置的一侧分别设置有四个导料板，且四个所述导料板分别固定设置在箱体的两内壁，从顶部到底部的三个所述粉碎装置的两个粉碎辊间距依次减小，位于顶部的所述振动筛的筛孔直径大于位于底部的振动筛的筛孔直径。
作为本发明的一种优选技术方案，包括以下步骤：
S1：废水前处理;
S2：中和处理;
S3：重金属处理;
S4：熔融处理;
S5：排气和固体回收。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S1步骤包括将待处理的废水在废水储槽内进行前处理工序，铀矿废水经收集后进入废水储槽，设计贮存容量24h废水处理量，用于暂存和混合铀矿采矿废水和冶矿过程中产生的废水，并在处理系统设备发生故障时起到缓冲废水来量的作用，其中可提供最大24小时的缓冲时间。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S2步骤包括将来自将废水储槽的废水中的酸性物质进行中和处理，废水储槽1的废水进入除酸装置中进行中和，除去废水中的酸性物质，其中除酸装置用于制备石灰乳，制备的石灰乳用于中和废水中的酸性物质，具体的，废水储槽中的废水进入除酸装置中，与除酸装置中的CaO混合，按化学计量的1.1倍制备石灰乳，同时起到碱化和絮凝作用，石灰用量(70%含量)为20kg/m3，搅拌时间为30min，处理后废水pH为10～11，上述数据为优选数据，本发明并不限于上述具体数据，除酸装置中石灰乳中和絮凝后的废液进入一次板框压滤机进行脱水，实现水渣分离，大大减小后续沉淀、除重金属、酸化和二次板框压滤机的处理负荷，一次板框压滤机分理出的尾渣和废水分别进入等离子体熔融装置和沉淀池，沉淀池用于将一次板框压滤机出水中的悬浮物进一步沉降，实现完全沉淀，沉淀池容积为12h废水处理量，沉淀池的尾渣送至等离子体熔融装置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S3步骤包括对来自除酸装置的废水加入除金属剂进行处理，使得其中的重金属形成固体废渣，重金属处理装置具体可为除镭酸化池，用于除去废水中的镭等元素，除镭剂为20g/m3的CaCl2，除镭反应时间为10min，为了使得除重金属后的溶液的酸碱度符合标准要求，除去重金属后的溶液需加入适量的硫酸将废水中和至允许排放标准pH=7～9范围内，并沉淀除去废水中的镭和钡等悬浮物，沉淀时间为12h，二次板框压滤机用于对沉淀池的尾渣进行脱水处理，脱水后的液体进入槽式排放槽排放入附近水体，尾渣则进入等离子体熔融装置进行熔融处理。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S4步骤包括来自重金属处理装置的固体废渣在等离子体熔融装置的等离子体束的作用下完全熔融，等离子体熔融装置采用20kW～50kW的直流非转移弧等离子炬，等离子体炬热效率大于70%，电极寿命大于400hr，其中离子体炉的工作温度为1000℃-1500℃，气体停留时间大于2s，炉内设有防火材料，防火材料包括但不限于耐火度不低于1750℃的高铝砖，其中，炉内负压-50Pa，炉体外表敷设保温材料，温度低于50℃，炉体材料为不锈钢。
作为本发明的一种优选技术方案，所述S5步骤包括将从等离子体熔融装置排出的尾气经过降温、净化、酸性气体处理和颗粒物分离处理工艺进行分离和回收，废气处理装置负责将废气的进行冷却、除酸、除尘，用以消除气体中可能含有的酸性气体和挥发性重金属，处理合格后的废气排放进入大气，无机成分熔融成玻璃态炉渣，冷却后通过玻璃回收装置进行玻璃渣回收。
本发明的有益效果是：该种铀矿废水等离子体协同处置方法和系统，废水处理过程中的尾渣减容效果显著，采用等离子体技术，能量密度高，工作温度可在1000℃-1500℃下运行，熔融处理后尾渣体积减小70%以上，且尾渣熔融形成的玻璃态炉渣致密性良好且无空隙，重金属及各有害元素被包覆在Si-O晶体结构中，对玻璃态路渣的迁移特性、浸出特性试验表明所有元素的浸出浓度均远低于规定的标准水平，彻底消除了铀矿废水尾渣可能造成的二次污染。