一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置以及方法与流程

本发明涉及水体富集纯化，具体涉及一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置以及方法。

背景技术：

1、一般环境水体如海水、湖库水、河水、雨水、自来水中的放射性核素含量水平极低，根据不同的分析项目，需要对其进行特殊的富集或者纯化处理后才可以被精密的放射性测量仪器所探测。

2、现有技术中cn101327407b公开了一种液体分离的膜浓缩蒸发浓缩系统和方法，其公开了将具有一定温度的原液与疏水性多孔膜接触，水蒸汽以气态方式穿过多孔膜，在膜的另一侧被脱除和冷凝收集。通过该工艺过程的循环，在膜一侧可以得到原液浓缩物，富集了被处理水中的无机离子和有机物等物质，在膜的另一侧可以得到纯水；然而上述技术在处理液体时，难以处理大量的水体，且装置由于需要额外的负压泵、以及冷凝器分体设置不利于装置的自动化。

3、又如现有技术jp 特开平7-768 a公开了类似的膜蒸馏装置，然而其热效率并不高。

4、又如现有技术cn104445478b公开了一种旋转错流式真空膜蒸馏装置，其组成主要包括：原水储水箱、原水加热水箱、旋转错流式疏水性膜组件、冷凝器、冷却水水箱、真空缓冲罐、真空泵和产水箱。原水从储水箱进入到加热水箱后被加热，热水在旋转错流式疏水性膜组件外侧，蒸汽则透过膜进入中空膜组元，在真空泵的导入作用下，汇入中空轴，进而进入冷凝器，冷凝产水流入产水箱。这是一种典型的膜蒸馏装置，其可以提高系统的热量利用率，然而其旋转的结构企图净化膜，然而在实际使用中实际上是难以继续使用的。

5、当分析水体中γ放射性核素时，需要富集大体积的水体样品，而且处理效率越高越好，回收率越高越好，目前富集的方法主要有蒸发浓缩、共沉淀、树脂吸附等，耗时长一般较长，且操作较为复杂回收率不稳定。当分析水体中氚时，首先要降低水的电导率至10μs/cm，才可对其进行电解浓集氚，否则会极大缩短电解槽的寿命，所以需要对水进行纯化处理，将其电导率降至10μs/cm以下，目前主要应用的方法是常压蒸馏法，该方法步骤较多，操作繁琐。

6、基于膜蒸馏的方法，我们提出一种可以进行全自动控制的放射性核素富集纯化装置以及方法，本发明企图通过可以自动化地更换疏水膜从而实现高效地更换膜组件，以及本技术期望通过改变装置结构缩小装置体积扩大装置的适用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置以及方法，以解决上述背景中问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置，包括冷却器，所述冷却器的上方设置有用于对样品水进行蒸发的蒸发器，且蒸发器为无底结构，所述蒸发器的上方设置有冷凝装置，所述冷却器与蒸发器之间设置有膜框架且膜框架的中部设置有疏水膜，所述蒸发器与冷凝装置之间设置有半导体冷热片；

4、所述冷却器的一端设置有纯化收集口且收集口的端部贯通于冷却器的上表面，用于收集液化冷凝之后的纯化水；

5、所述冷凝装置与冷却器之间通过管道贯通连接；

6、所述膜框架和所述冷却器的上表面形成纯化水收集结构。

7、作为本发明进一步的方案：所述膜框架配置为可以从所述冷却器和蒸发器之间抽出和推入。

8、作为本发明进一步的方案：所述膜框架配置为自密封地布置在所述冷却器和蒸发器之间。

9、作为本发明进一步的方案：所述半导体冷热片的上方为冷端、下方为热端。

10、作为本发明进一步的方案：所述冷却器的上表面开设有若干平行设置的纯化流道，若干所述纯化流道的中部通过相互垂直的纯化流道贯通且端部与收集口连接；

11、作为本发明进一步的方案：所述纯化通道呈现s形布置在冷却器的上表面上，所述纯化通道并列设置有多个，所述纯化通道深度选择为1-2mm，宽度为1-2mm，所述s形的纯化通道的两端均设置有集流通道，所述集流通道连通纯化收集口。

12、作为本发明进一步的方案：所述冷却器上相邻纯化流道之间冷却器表面设置有加速斜面，优选地所述加速斜面上设置有若干微通道，所述加速斜面对称布置，优选地，所述微通道的深度可以选择为0.3-0.5mm，所述微观通道的横截面呈半圆形或者弧形或者三角形。

13、作为本发明进一步的方案：所述冷却器的一端设置有冷却出水口，且另一端设置有冷却进水口，所述冷凝装置的一端设置有冷凝回流口且冷凝回流口通过管道与冷却出水口连接，所述冷凝装置另一端的上方设置有冷凝液出口，所述冷凝液出口通过管道与冷却进水口连接，可以选择的是，管道上设置有用于对冷却水循环的水泵。

14、作为本发明进一步的方案：所述蒸发器的一端设置有水样进水口，另一端设置有水样出水口，可选地所述水样出水口可以排空所述蒸发器。

15、作为本发明进一步的方案：所述蒸发器的器壁内还可以设置有若干加热结构，所述加热结构可选择地为夹套加热、电热丝加热。

16、作为本发明进一步的方案：所述基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置还可以配置有水电导率传感装置，用于判断水样的富集程度。

17、作为本发明进一步的方案：所述膜框架采用聚四氟乙烯制备，所述膜框架为一体制备，所述疏水膜被配置在所述膜框架中央，所述膜框架密封地连接所述疏水膜；所述膜框架的的边缘呈十字结构，所述十字结构的内端密封连接所述疏水膜，所述十字结构的上端和所述蒸发器边缘的凹槽密封压紧，所述十字结构的下端和所述冷凝器边缘的凹槽密封压紧；所述十字结构的上端和下端呈锥台型结构；所述十字结构的外端的厚度大于等于所述十字结构的内端的厚度；进一步地，锥台由顶部半圆和两边对称的斜边结构一体组成；所述的锥台型结构斜边与水平面的夹角大于所述蒸发器和所述冷却器边缘同一侧凹槽的斜边与水平面夹角；所述蒸发器和所述冷却器边缘凹槽截面为三角结构。

18、作为本发明进一步的方案：本发明在使用过程中，在疏水膜需要更换时，采用第一移位装置将纯化装置的上部蒸发器和脱离膜组件，采用第二移位装置将待替换的膜组件移除；所述第一移位装置和第二移位装置可以选择为机械手装置，或者可以具有xyz轴移动方向的移位装置。

19、本发明还提供一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置的净水方法。

20、包括如下步骤：

21、s1：将待处理的水样从蒸发器的一端的水样进水口进入所述蒸发器，待处理水样接触蒸发器内的疏水膜；

22、s2:启动蒸发器上方的半导体制冷装置，所述半导体制冷装置的靠近蒸发器的一端对蒸发器进行加热，蒸发器内的水样受热；

23、s3:蒸发器内受热的水样产生水蒸气，所述水蒸气透过所述膜框架上的疏水膜进入纯化水收集结构，所述水蒸气在所述冷却器的上表面上的纯化通道上冷却，进入集流通道从纯化收集口排出进行收集，完成水样净化。

24、本发明还提供一种基于膜蒸馏的全自动水中放射性核素富集纯化装置的水样富集方法。

25、s1：将待处理的水样从蒸发器的一端的水样进水口进入所述蒸发器，待处理水样接触蒸发器内的疏水膜，采用水电导率传感装置测定水样的电导率；

26、s2:启动蒸发器上方的半导体制冷装置，所述半导体制冷装置的靠近蒸发器的一端对蒸发器进行加热，蒸发器内的水样受热；

27、s3:蒸发器内受热的水样产生水蒸气，所述水蒸气透过所述膜框架上的疏水膜进入纯化水收集结构，所述水蒸气在所述冷却器的上表面上的纯化通道上冷却，进入集流通道从纯化收集口排出进行收集；

28、s4:通过水电导率传感装置检测蒸发器内的水样的电导率判断所述水样的富集程度，满足试验要求则停止半导体制冷装置制冷和加热，否则继续步骤s1。

29、本发明的有益效果：

30、本发明中，在冷却器的一端设置纯化收集口且纯化收集口的端部贯通于冷却器的上表面，用于收集液化冷凝之后的纯化水；在对水体样品进行加热蒸发的过程中，水体样品蒸发的水蒸气贯穿通过疏水膜并进入至疏水膜与冷却器之间，然后水蒸气与冷却器的上表面进行接触，液化为液态水，此时，液态水由纯化收集口中流出；最后便可以对纯化后的水进行收集；同时可以对水体样品在蒸发器内进行富集，在对水体样品进行富集时；可以通过流量计对蒸发器流入流出的水流进行监测，同时对纯化之后的水流进行监测计算，可以根据需要决定水体样品被富集的倍数；

31、本发明中，在冷却器的上表面开设若干平行设置的纯化流道，若干纯化流道的中部通过一条相互垂直的纯化流道贯通且端部与纯化收集口连接，此时，当水蒸气穿过疏水膜与冷却器的上表面进行接触并冷凝为液态纯化水之后可以经过纯化流道进行流动，并经过集流孔然后再由纯化收集口流出，使得纯化水可以有效的流入至纯化收集口，在冷却器上相邻纯化流道之间冷却器表面设置有对称的加速斜面，加速斜面的较低的一侧分别与纯化流道接触，一方面加速斜面倾斜设计，有效的增加了透过疏水膜之后与冷却器上表面的接触面积，加快了冷凝效率，另一方面，加速斜面可以加快位于冷却器上表面冷凝之后的纯化水的流动速度，使得位于冷却器表面的纯化水可以快速的进行收集；

32、本发明中，通过将锁紧固定杆插入锁紧插口内，然后通过锁紧限位块对锁紧固定杆外侧的锁紧环进行扣合，便可以将锁紧固定杆锁紧扣合于锁紧插口内，并且，在扣合过程，压合力越大，即锁紧固定杆向下移动的行程越多，即蒸发器与冷却器对膜框架的挤压力更大，密封性更好，当需要对膜框架及疏水膜进行更换时，直接通过按压拆装块，便可以通过分离推杆推动分离块进而使得锁紧柱远离锁紧插口，此时，锁紧限位块便与锁紧固定杆外侧的锁紧环进行分离，在弹出弹簧的作用下，可以将蒸发器向上顶起，此时便可以将膜框架及上下两侧的密封垫进行抽出并更换，简单快捷。

33、本发明中，由于将加热装置和冷凝装置集成为一体，减少了装置的附加部件，在使用中扩展了装置的适用环境，适合装置的集中化，避免装置附加部件过多而导致的使用困难。