核電廠廢液生物處理工藝流程設(shè)計(jì)

1、第 頁(yè)Southwest University of Science and Technology*西南科技大學(xué)核化工與核燃料工程專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)名稱(chēng)核電廠廢液生物處理工藝流程設(shè)計(jì)學(xué) 院班 級(jí)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)設(shè)計(jì)日期 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)概述 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)選題依據(jù) 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 核電廠廢液生物處理工藝流程綜合設(shè)計(jì) 4 HYPER

2、LINK l bookmark22 o Current Document 3.1試驗(yàn)流程 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.2實(shí)驗(yàn)材料 5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.3試驗(yàn)設(shè)備 5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 3.4試驗(yàn)方法 6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.4.2菌株提純 6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3

3、.4.2微生物材料制備 6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 核電廠廢液生物處理系統(tǒng)實(shí)際效能驗(yàn)證 7 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 4.1耐鉻性能分析 7 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.2生物工藝處理系統(tǒng)效能分析 8 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 4.2.1生物處理廢水效果 8 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 4.2.2含鉻污泥成

4、分分析 8 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.3結(jié)論 9 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 小結(jié) 9 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 參考文獻(xiàn) 10亠.專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)概述自20世紀(jì)以來(lái)能源問(wèn)題成為了一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)峻的世界性難題擺在了人類(lèi)面 前，而人類(lèi)在核能的開(kāi)發(fā)和利用方面取得了重大成就，使人們的眼光轉(zhuǎn)向核能，1可以預(yù)料，21世紀(jì)將是核科學(xué)與核技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的重要世紀(jì)。核能的開(kāi)發(fā)和利用是一個(gè)龐大的體系，包括了鈾（釷）礦的開(kāi)采、提取、純化、同位素富集

5、、 燃料元件制造等板塊，在這些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的會(huì)遇到一個(gè)相同的問(wèn) 題，放射性廢物如何處置。而核燃料循環(huán)過(guò)程，反應(yīng)堆運(yùn)行、核技術(shù)應(yīng)用和核研究活動(dòng)產(chǎn)生的放射性廢 液多種多樣，所含核素的種類(lèi)、數(shù)量、形態(tài)，常量鹽分和酸堿度差別很大，要優(yōu) 選適當(dāng)?shù)墓に囘M(jìn)行處理2。本文主要結(jié)合核電廠放射性廢液的來(lái)源及特性，通過(guò)以高濃度含鉻模擬配水 為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，模擬核電廠放射性廢液生物處理工藝流程， 旨在設(shè)計(jì)出一種核電廠 放射性廢液處理流程的優(yōu)化方案，更好地適應(yīng)于海濱和內(nèi)陸核電廠，以實(shí)現(xiàn)放射 性廢物小量化的目標(biāo)。二專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)選題依據(jù)目前核電廠放射性廢液處理方法有膜分離法、離子交換法、蒸發(fā)濃縮法、化 學(xué)沉淀法、吸附

6、法、生物處理法等，每種方法都各有利弊。核島放射性廢液處理 系統(tǒng)的處理對(duì)象主要是反應(yīng)堆冷卻劑流出液中 Cs、Rb等以離子態(tài)形式存在的裂 變產(chǎn)物和Co Mn等以膠體、顆粒形式存在的腐蝕產(chǎn)物，根據(jù)壓水堆核電廠的運(yùn) 行經(jīng)驗(yàn)，可以知道腐蝕產(chǎn)物占據(jù)了大部分壓水堆源項(xiàng)的份額。核電廠中廣泛使 用的是離子交換工藝，此工藝可以有效去除放射性廢液中以離子態(tài)存在的物質(zhì)， 但對(duì)以膠體存在的腐蝕產(chǎn)物去除效果較差， 不適用于非離子型液體，含鹽量和懸 浮物的含量都有所限制。相比之下，生物法處理核電廠放射性廢液，主要依靠人工培養(yǎng)的功能菌。該 法操作簡(jiǎn)單，設(shè)備安全可靠，排放水用于培菌及其它使用，污泥量少，污泥中金 屬可回收利用，

7、實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，無(wú)污水和廢渣排放，投資少，能耗低，運(yùn)行費(fèi) 用少。國(guó)內(nèi)外對(duì)SRB菌（硫酸鹽還原菌）、SR系列復(fù)合功能菌、脫硫孤菌、脫 色桿菌等進(jìn)行研究，從過(guò)去的單一菌種到現(xiàn)在多菌種的聯(lián)合使用，使廢水的處理 向清潔技術(shù)發(fā)展司。因此，經(jīng)過(guò)各種工藝技術(shù)的比對(duì)后，基于核電廠常用的放射性廢液處理系統(tǒng) 的不足，在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，力爭(zhēng)設(shè)計(jì)出一種廢液處理的優(yōu)化方案， 為核電廠 廢液處理流程的完善提供簡(jiǎn)單的理論參考。三核電廠廢液生物處理工藝流程綜合設(shè)計(jì)3.1試驗(yàn)流程圖1模擬核電廠含鉻廢液生物處理試驗(yàn)流程L含活菌污泥2碳筑培養(yǎng)基;3.繭液上洽;4含生物硫鐵材料的菌液以含鉻模擬配水為試驗(yàn)廢水，從再生反應(yīng)器中取250

8、ml培養(yǎng)好的生物硫鐵菌 液離心，上清液返回再生反應(yīng)器，取沉淀與250ml含鉻廢水一起進(jìn)入鉻廢水還原 反應(yīng)器，攪拌處理10min后，調(diào)節(jié)PH值至8.2，離心，上清液測(cè)定總鉻濃度。處理后污泥，加入適量碳氮培養(yǎng)基混合，返回生物硫鐵再生反應(yīng)器，調(diào)節(jié)pH 值至7.4,再生培養(yǎng)4d,再離心,取經(jīng)過(guò)再生的生物硫鐵,處理含鉻廢水,以此進(jìn)行 10個(gè)循環(huán)的還原-再生處理試驗(yàn)流程。3.2實(shí)驗(yàn)材料SRB混合菌種：取自西南科技大學(xué)新區(qū)游泳池附近污泥SRB培養(yǎng)基： K 2HPO 0.5g,NH4CI 1.0g,Na 2SQ 1.0g,CaCI 2 2FbO 0.1g,MgSO- 7HO 2.0g,60%乳酸鈉溶液6mL;

9、酵母浸汁6.0g,蒸餾水1000mL模擬含鉻配水：Cr6+濃度為200mg/ l3.3試驗(yàn)設(shè)備儀器型號(hào)1攪拌器EMS-3A2電子天平JY40013馬弗爐HY-1000C4行星式球磨機(jī)QM-3SP045水浴鍋HH-26紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)721E7原子吸收分光光度計(jì)日立180-808電熱鼓風(fēng)干燥箱101-2 型表1.主要儀器3.4試驗(yàn)方法342菌株提純污泥以I g : 10 mL的比例用無(wú)菌水稀釋?zhuān)浞终袷幒笠泽w積比 1 : 10的比例將懸液接入裝有50 mL富集培養(yǎng)基的血清瓶中，35 C厭氧培養(yǎng)8d。當(dāng)培養(yǎng) 基完全變黑說(shuō)明SRB已大量繁殖，同時(shí)用無(wú)菌針管抽取的氣體有臭雞蛋的味道. 按10%接種

10、量轉(zhuǎn)接多次，稀釋10 -1至10 -7共7個(gè)梯度，采用亨蓋特（Hun gate） 厭氧技術(shù)進(jìn)行厭氧分離培養(yǎng)。9至10 d后長(zhǎng)出黑色菌落，挑取長(zhǎng)勢(shì)良好、濃黑 色的單菌落至液體培養(yǎng)基，如此重復(fù)進(jìn)行稀釋滾管一厭氧培養(yǎng)一挑菌一液體厭 氧培養(yǎng)多次，獲得純的菌株。3.4.2微生物材料制備圖2.微生物材料制備工藝流程稱(chēng)取30g硫酸鹽還原菌沉淀，在馬弗爐內(nèi)以450C下煅燒2h，在干燥器內(nèi)冷 至室溫后裝袋；按2.5:1的液固比量取一定量的煅燒生物硫鐵粉體和水，攪拌混 勻后分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的濃硫酸，在水浴溫度保持100C的情況下，充分?jǐn)嚢杌旌弦海磻?yīng)4h，隨后按15:1的液固比加入一定量的水稀釋?zhuān)磻?yīng) 1h后

11、，過(guò) 濾、干燥提純。四核電廠廢液生物處理系統(tǒng)實(shí)際效能驗(yàn)證4.1耐鉻性能分析0246810時(shí)間(d)圖3.生物硫鐵對(duì)不同濃度含鉻廢水的去除效果由圖3可見(jiàn)，在鉻濃度為600mg/L以下時(shí)，生物硫鐵經(jīng)過(guò)4至7d均能將鉻 離子去除，而鉻濃度為800mg/L和1000mg/L時(shí)，生物硫鐵失去活性，無(wú)法對(duì)鉻 離子進(jìn)一步去除。說(shuō)明生物硫鐵具有較強(qiáng)的耐鉻性能，不僅可以短時(shí)間耐受2000mg/L的鉻毒性，而且可以長(zhǎng)時(shí)間耐受600mg/L的鉻離子廢水并可將其還原去除。4.2生物工藝處理系統(tǒng)效能分析421生物處理廢水效果1.00,80,2010203040時(shí)何(圖4.生物處理工藝對(duì)模擬核電廠含鉻廢水的處理效果由圖4

12、可見(jiàn)，鉻離子幾乎全部被還原，出水濃度0.008至0.019mg/L,去除率達(dá)99.99% 以上；總Cr濃度0.624至0.929mg/L,去除率達(dá)99.9% 以上。4.2.2含鉻污泥成分分析結(jié)合能(V)圖5.含鉻污泥成分XPS能譜分析由圖5可見(jiàn),污泥成分主要為鉻、鐵、氧、氮、鈣、碳為主,其鉻、鐵含量與化學(xué)分析數(shù)據(jù)基本一致4.3結(jié)論 生物材料具有較強(qiáng)的耐Cr(VI) 性，不僅可以短時(shí)間耐受 2000mg/L的Cr(VI) 毒性，而且可以長(zhǎng)時(shí)間耐受 600mg/L的Cr(VI)廢水并可將其還原去除。生物工藝處理系統(tǒng)處理含鉻廢水Cr(VI) 濃度為0.0080.019mg/L,總鉻濃度為0.6240

13、.929mg/L,均能達(dá)標(biāo)排放。生物工藝處理系統(tǒng)處理含鉻廢水可有效提高污泥中鉻含量和鉻鐵比，經(jīng)過(guò)10個(gè)循環(huán)處理后污泥中鉻(Cr 203)含量達(dá)到40.47%左右，鉻鐵比達(dá)到 6.98,污泥達(dá)到冶金級(jí)(濕法 冶煉鉻)鉻礦標(biāo)準(zhǔn)和化工級(jí)鉻礦標(biāo)準(zhǔn)，可資源化利用。五.小結(jié)隨著核電技術(shù)發(fā)展到第三代，我國(guó)對(duì)于放射性物質(zhì)的控制和排放提出了更高 的要求。壓水堆核電廠放射性廢液處理系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，是解決放射性廢液安全 問(wèn)題的途徑，也是放射性廢液處理系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。微生物處理核電廠廢水是該領(lǐng)域新興的研究方向 件3.硫酸鹽還原菌(SRB) 能原位生成納米級(jí)的硫鐵化合物而形成生物硫鐵復(fù)合材料(生物硫鐵)

14、,兼具生物 處理和化學(xué)處理的優(yōu)點(diǎn)，處理效果顯著，出水能確保Cr(VI)達(dá)標(biāo)排放.采用生 物硫鐵處理含鉻廢水將產(chǎn)生含鉻、鐵的污泥，如能對(duì)含鉻污泥實(shí)現(xiàn)資源化利用， 可以降低二次污染，減少我國(guó)對(duì)鉻進(jìn)口的依賴(lài)。本文通過(guò)分析核電廠放射性廢液的來(lái)源及其特性， 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種核 電廠放射性廢液生物處理流程，在能夠確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行的同時(shí)，使放射性廢液的排放滿足合理、可行、盡量低的排放原則。但不足的是目前關(guān)于含鉻污泥的資源化技術(shù)多適用于鐵含量較低的含鉻污 泥,鉻、鐵分離尚存在很多難題。不過(guò)，這也為下一步的探索研究提供了方向。參考文獻(xiàn)侯立安.特殊廢水處理技術(shù)及工程實(shí)例M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200

15、3.1-2陳福星，周立祥.生物催化合成的施氏礦物對(duì)廢水中Cr(VI)的吸附J.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2006,26(1):11-15謝翼飛,李旭東,李福德.生物硫鐵納米材料特性分析及其處理高濃度含鉻廢 水研究J.環(huán)境科學(xué),2009,30:1060-1065謝夢(mèng)芹,牛冬杰,趙由才.含鉻污泥中鉻鐵分離研究J.黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2003,13:9 - 12. 國(guó)家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司電鍍污泥及鉻渣資源化實(shí)用技術(shù)指南M.北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1997:8 - 18.Tusa E.Harjula R.Yarnell Y.fifteen Years of Operation with Inorganic Highly Selective Ion Excha nge Materials:proceed ings of the WasteMan ageme nt Conferen ce.Tucso n. Ariz on a.2007CLehto J.Brodkin L.Harjula R.et al.Separation of Radioactive Strontium from Alkali ne Nuclear Waste Soluti ons with highly Effective I