膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法与流程

本发明涉及铀酰离子处理领域，尤其涉及一种膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法。

背景技术：

目前采用硝酸进行铀矿纯化的过程中，会产生大量的酸性含铀废液。为了避免含铀废液中铀酰离子的浪费以及对环境的污染，需要对酸性含铀废液进行分离并尽可能浓缩铀酰离子的浓度，使其能够复用。

在酸性条件下，铀酰离子以阳离子(uo2²⁺)的形式存在，分子量为267。通常在铀矿开采等产生含铀废液的地方，会采用阳离子交换法对铀酰离子进行去除和分离纯化。这种方法的好处在于技术相对成熟，可选择树脂种类较多，也实现了树脂国产化。然而该方法也有较大的缺点，即离子交换树脂容量有限，限制了再生液浓度(即浓缩液含铀液体浓度)，同时离子交换法很难将含铀废水处理到较低浓度水平。随着膜技术的发展，尤其是纳滤膜的发展，采用膜技术进行物料分离逐渐被人们熟知应用。在膜分离过程中，能够实现盐分分离的膜类型为纳滤膜和反渗透膜。其中反渗透膜对一价和二价离子截留效率均较高，能够有效的去除废液中绝大部分盐分；而纳滤膜对离子的截留效率相对较低，能够使一部分离子透过膜材料，能够实现不同类型离子的分离。

然而在利用膜技术处理高含盐量废液时，最大的应用壁垒在于操作压力。当盐浓度过高时，盐分会在进水侧产水较大的渗透压，尤其是在浓差极化条件下，膜表面渗透压将会达到极高的程度。而为了维持产水，这就需要提高系统的操作压力。目前当进水侧和产水侧浓度差达到50g/l(以nacl计)时，需要的操作压力将大于4mpa。受膜材料耐压性和水泵经济性的限制，无法无限制的提高操作压力，即当进水侧和产水侧浓度较高时，系统将无法运行。正是受到上述原因的影响，目前的高压反渗透的推荐处理含盐量也不超过100g/l，难以达到浓缩物料到250g/l以上目标。

因此需要一种新的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明的一个方面提供了一种膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统，包括：进水箱1，进水箱1的第一端连接废水输入端；第一高压泵2，第一高压泵3的第一端与进水箱1的第二端连通；一段纳滤膜组3，一段纳滤膜组3的第一端与第一高压泵2的第二端连通；第一缓冲水箱4，第一缓冲水箱4的第一端与一段纳滤膜组3的第二端连通；第二高压泵5，第二高压泵5的第一端与第一缓冲水箱4的第二端连通；一级反渗透膜组6，一级反渗透膜组6的第一端与第二高压泵5的第二端连通，一级反渗透膜组8的第二端连接产水输出端；第二缓冲水箱7，第二缓冲水箱7的第一端与进水箱1的第三端连通；第三高压泵8，第三高压泵8的第一端与第二缓冲水箱7的第二端连通；二段纳滤膜组9，二段纳滤膜组9的第一端与第三高压泵8的第二端连通，二段纳滤膜组9的第二端与进水箱1的第三端连通，二段纳滤膜组9的第四端与浓水输出端连通。

其中，一段纳滤膜组3的第三端与进水箱1的第三端连通，且与第二缓冲水箱7的第一端连通。

其中，一级反渗透膜组6的第三端与第一缓冲水箱4的第三端连通，且与进水箱1的第三端连通。

其中，二段纳滤膜组9的第三端与第二缓冲水箱7的第一端连通。

其中，进水箱1的第三端与第二缓冲水箱7的第一端连通。

其中，进水箱1内设置第一液位计11和第一电导率仪12；第一缓冲水箱4内设置第二液位计41和第二电导率仪42；第二缓冲水箱7内设置第三液位计71和第三电导率仪72。

其中，第一高压泵2与一段纳滤膜组3之间设置第一传感器23；第二高压泵5与一级反渗透膜组6之间设置第二传感器56；第三高压泵8与二段纳滤膜组9之间设置第三传感器89。

本发明另一方面提供了一种膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理方法，包括：设置如上述的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统；令待处理的废液进入进水箱，通过第一高压泵进入一段纳滤膜组，序批处理得到产品水和浓缩液；将产品水引入第一缓冲水箱，并通过第二高压泵进入一级反渗透膜组，生成产品水，并将产品水排入产水输出端；将浓缩液引入第二缓冲水箱，并通过第三高压泵进入二段纳滤膜组后进入进水箱，得到的浓水通过浓水输出端输出。

其中，在序批处理得到产品水和浓缩液后，方法还包括：将浓缩液返回至进水箱。

其中，在将产品水引入第一缓冲水箱，并通过第二高压泵进入一级反渗透膜组后，方法还包括：送入第一缓冲水箱。

其中，在第三高压泵进入二段纳滤膜组后，方法还包括：送入第二缓冲水箱。

其中，方法还包括：将进水箱的水送入第二缓冲水箱。

由此可见，通过本发明提供的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法，利用纳滤膜较低的截留效率，使部分铀酰离子透过膜材料，增加产水侧的浓度，使分离膜的进水侧和产水侧的浓度差降低，进而降低膜两侧的渗透压差，达到降低操作压力的目标；然后利用反渗透膜较高的截留效率，提高含铀废液中铀酰离子的去除效率，使其满足处理要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统的示意图，参见图1，本发明实施例提供的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统，包括：

进水箱1，进水箱1的第一端连接废水输入端；

第一高压泵2，第一高压泵3的第一端与进水箱1的第二端连通；

一段纳滤膜组3，一段纳滤膜组3的第一端与第一高压泵2的第二端连通；

第一缓冲水箱4，第一缓冲水箱4的第一端与一段纳滤膜组3的第二端连通；

第二高压泵5，第二高压泵5的第一端与第一缓冲水箱4的第二端连通；

一级反渗透膜组6，一级反渗透膜组6的第一端与第二高压泵5的第二端连通，一级反渗透膜组8的第二端连接产水输出端；

第二缓冲水箱7，第二缓冲水箱7的第一端与进水箱1的第三端连通；

第三高压泵8，第三高压泵8的第一端与第二缓冲水箱7的第二端连通；

二段纳滤膜组9，二段纳滤膜组9的第一端与第三高压泵8的第二端连通，二段纳滤膜组9的第二端与进水箱1的第三端连通，二段纳滤膜组9的第四端与浓水输出端连通。

由此可见，本发明利用纳滤膜较低的截留效率，使部分铀酰离子透过膜材料，增加产水侧的浓度，使分离膜的进水侧和产水侧的浓度差降低，进而降低膜两侧的渗透压差，达到降低操作压力的目标；然后利用反渗透膜较高的截留效率，提高含铀废液中铀酰离子的去除效率，使其满足处理要求。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，一段纳滤膜组3的第三端与进水箱1的第三端连通，且与第二缓冲水箱7的第一端连通。由此可以将通过一段纳滤膜组3的浓缩液再次进入进水箱1或者第二缓冲水箱7后，进行再次过滤，提高过滤能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，一级反渗透膜组6的第三端与第一缓冲水箱4的第三端连通，且与进水箱1的第三端连通。由此可以将通过一级反渗透膜组6的产品水再次进入第一缓冲水箱4或者进水箱1后，进行再次过滤，提高过滤的能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，二段纳滤膜组9的第三端与第二缓冲水箱7的第一端连通。由此可以将通过二段纳滤膜组9的浓缩液再次进入第二缓冲水箱7后，进行再次过滤，提高过滤能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，进水箱1的第三端与第二缓冲水箱7的第一端连通。由此可以将进水箱1中的水送入第二缓冲水箱7，以进行再次过滤，提高过滤能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，进水箱1内设置第一液位计11和第一电导率仪12；第一缓冲水箱4内设置第二液位计41和第二电导率仪42；第二缓冲水箱7内设置第三液位计71和第三电导率仪72。由此可以根据设置的液位计和电导率仪进行各个水箱内水去向的判断。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，第一高压泵2与一段纳滤膜组3之间设置第一传感器23；第二高压泵5与一级反渗透膜组6之间设置第二传感器56；第三高压泵8与二段纳滤膜组9之间设置第三传感器89。可以根据传感器来对高压泵与纳滤膜组和/或反渗透膜组之间的情况进行监控。

以下，提供一种膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理方法，该方法包括：

s101，设置上述的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统；

s102，令待处理的废液进入进水箱，通过第一高压泵进入一段纳滤膜组，序批处理得到产品水和浓缩液；

s103，将产品水引入第一缓冲水箱，并通过第二高压泵进入一级反渗透膜组，生成产品水，并将产品水排入产水输出端；

s104，将浓缩液引入第二缓冲水箱，并通过第三高压泵进入二段纳滤膜组后进入进水箱，得到的浓水通过浓水输出端输出。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，在序批处理得到产品水和浓缩液后，方法还包括：将浓缩液返回至进水箱。由此可以将通过一段纳滤膜组的浓缩液再次进入进水箱后，进行再次过滤，提高过滤能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，在将产品水引入第一缓冲水箱，并通过第二高压泵进入一级反渗透膜组后，方法还包括：送入第一缓冲水箱。由此可以将通过一级反渗透膜组的产品水再次进入第一缓冲水箱后，进行再次过滤，提高过滤的能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，在第三高压泵进入二段纳滤膜组后，方法还包括：送入第二缓冲水箱。由此可以将通过二段纳滤膜组的浓缩液再次进入第二缓冲水箱后，进行再次过滤，提高过滤能力。

作为本发明实施例的一个可选实施方式，膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理方法还包括：将进水箱的水送入第二缓冲水箱。由此可以将进水箱中的水送入第二缓冲水箱，以进行再次过滤，提高过滤能力。

以下提供一种具体地操作详细步骤，但本发明并不局限于此：

步骤1：将待处理酸性含铀废液注入进水箱。通过进水箱中第一液位计的高液位判断进水量。然后利用第一给水泵和第一高压泵将废液压力提升后泵入一段纳滤膜组内，一段纳滤膜组的产品水直接进入第一缓冲水箱，一段纳滤膜组的浓缩液返回至进水箱循环处理。当进水箱中第一液位计低液位提示液位达到较低、或者第一电导率仪电导率提示水箱内浓度较高时，关闭第一给水泵和第一高压泵。然后利用第一给水泵将进水箱中浓缩液排入第二缓冲水箱。

步骤2：将第一缓冲水箱中一段纳滤膜组的产品水通过第二给水泵、第二高压泵提升压力后泵入一级反渗透膜组内，一级反渗透膜组的产品水直接排放入产品水箱，一级反渗透膜组的浓缩液返回至第一缓冲水箱中循环处理。当第一缓冲水箱中第二液位计低液位提示液位达到较低、或者第二电导率仪电导率提示水箱内浓度较高时，关闭第二给水泵和第二高压泵。然后利用第二给水泵将进水箱中浓缩液排入进水箱等待下一批次处理。

步骤3：将第二缓冲水箱中一段纳滤膜组的浓缩液通过第三给水泵、第三高压泵提升压力后泵入一级反渗透膜组内，一级反渗透膜组的产品水直接排放入进水箱，一级反渗透膜组的浓缩液返回至第二缓冲水箱中循环处理。当第二缓冲水箱第三液位计低液位提示液位达到较低、或者第三电导率仪电导率提示水箱内浓度较高时，关闭第三给水泵和第三高压泵。缓第二冲水箱中的浓缩液为系统浓缩液，采用第三给水泵排放至浓缩液水箱。

其中，步骤2中一级反渗透膜组产生的产品水为系统产水，步骤3中二段反渗透产生的浓缩液为系统浓缩液。

由此可见，本发明选择合适的膜材料，利用膜材料截留率的差异，进行系统配置，避免操作压力带来的工作局限，可以使硝酸体系下铀酰离子实现分离浓缩，达到95％以上去除率及5倍以上的浓缩率。

以下提供两种不同的具体实施案例，但本发明并不局限于此。

具体实施案例1：

本案例采用该系统处理铀酰离子浓度为20g/l，体积为1m3的酸性含铀废液。

进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的体积设置为1.5m³、1.5m³、0.5m³；第一给水泵、第一高压泵的处理流量均为4m³/h，扬程分别为30m和300m；第二给水泵、第二高压泵的处理流量均为3m³/h，扬程分别为30m和400m；第三给水泵、第三高压泵的处理流量均为1m³/h，扬程分别为30m和600m。液位计高液位时，进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的水量分别为1.3m³、1.0m³和0.3m³，液位计低液位时，进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的水量分别为0.3m³、0.15m³和0.15m³。

一段纳滤膜组、二段纳滤膜组、反渗透膜组对铀酰离子的膜片截留率分别为80％、98.5％、65％，回收率分别为77％、85％、50％。此时，一段纳滤膜组、二段纳滤膜组、反渗透膜组的操作压力分别为2.5mpa、3.5mpa、5.5mpa。

由于步骤1、2、3是循环操作，因此当进水为1m³时，进水箱中废液体积浓度实际为1.3m³。在一次循环结束后，进水箱中除了有新进的20g/l浓度废液外，还有一级反渗透浓缩液0.15m³，二段纳滤产品水0.15m³。因此实际上在步骤1后，进水箱中铀酰离子浓度约为25g/l,产品水和浓缩液浓度分别为12g/l和68g/l。步骤2后，系统产品水铀酰离子浓度为0.95g/l，即系统对铀酰离子的去除效率为95.5％左右。步骤3后，系统浓缩液铀酰离子浓度为102g/l，即系统对铀酰离子的浓缩倍数为5倍。

实施案例2：

本案例采用该系统处理铀酰离子浓度为50g/l，体积为1m3的酸性含铀废液。

进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的体积设置为2.0m³、1.5m³、0.7m³；第一给水泵、第一高压泵的处理流量均为4m³/h，扬程分别为30m和600m；第二给水泵、第二高压泵的处理流量均为3m³/h，扬程分别为30m和400m；第三给水泵、第三高压泵的处理流量均为1m³/h，扬程分别为30m和800m。液位计高液位时，进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的水量分别为1.6m³、1.2m³和0.4m³，液位计低液位时，进水箱、第一缓冲水箱、第二缓冲水箱的水量分别为0.4m³、0.35m³和0.15m³。

一段纳滤膜组、二段纳滤膜组、反渗透膜组对铀酰离子的膜片截留率分别为70％、99％、55％，回收率分别为75％、70％、62.5％。此时，一段纳滤膜组、二段纳滤膜组、反渗透膜组的操作压力分别为6mpa、4mpa、8mpa。

由于步骤1、2、3是循环操作，因此当进水为1m3时，进水箱中废液体积浓度实际为1.6m3。在一次循环结束后，进水箱中除了有新进的50g/l浓度废液外，还有一级反渗透浓缩液0.35m3，二段纳滤产品水0.25m3。因此实际上在步骤1后，进水箱中铀酰离子浓度约为52g/l,产品水和浓缩液浓度分别为20g/l和160g/l。步骤2后，系统产品水铀酰离子浓度为0.58g/l，即系统对铀酰离子的去除效率为99％左右。步骤3后，系统浓缩液铀酰离子浓度为251g/l，即系统对铀酰离子的浓缩倍数为5倍。

由此可见，本发明能够有效降低膜法处理工艺中操作压力，当进水铀酰离子浓度不超过50g/l时，操作压力不大于8mpa；同时本发明采用了反渗透膜组，能够有效的降低废液中铀酰离子浓度，有效去除率大于95％。

综上所述，通过本发明提供的膜技术分离浓缩硝酸体系下铀酰离子的处理系统及方法，选择合适的膜材料，利用膜材料截留率的差异，进行系统配置，避免操作压力带来的工作局限，可以使硝酸体系下铀酰离子实现分离浓缩，达到95％以上去除率及5倍以上的浓缩率。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。