含氚廢水大氣載帶排放過程中濕度與溫度的控制

趙青

中核四0四有限公司第三分公司 甘肅蘭州 735100

氚是氫的最重同位素，也是它唯一的放射性同位素。它以99%的氚化水（HTO）和1%的氚化氫氣體（HT）形式存在。而氚化水又和普通水的物化性質極為相似。因此，把它和水進行分離是十分困難的[1]。現行的含氚廢水處理方法主要有分離回收氚、氧化揮發、高溫化學處理、大氣載帶排放等[2]，綜合考慮西北地區的氣候條件、地理環境、環境稀釋等因素，采用大氣載帶排放對含氚廢水進行處理[3]。

含氚廢水處理系統在4-10月運行，考慮到對環境的影響，運行的重點是要控制出口濕度和溫度。為確保含氚廢水排放環境的安全性，對出口濕度、出口溫度的控制研究是很有必要的。

1 高壓微霧大氣載帶工藝原理及工藝過程

高壓微霧是將含氚廢水加壓至一定壓力，然后通過特制的微霧噴嘴，在微霧室將廢液以微米級的云霧狀噴射到空氣中，熱空氣在微霧室與水霧充分混合，水霧在空氣中吸收熱量，從液態變成汽態，空氣被吸熱后降溫，控制增濕后的空氣相對濕度最大不超過70%，出口溫度比室外空氣低2℃左右。然后將其送往排風塔進行高架排放。

高壓微霧處理過程為由輸送泵從廢水接收槽輸送含氚廢水至高壓微霧機組，在高壓微霧機組經過高壓柱塞泵加壓，再通過噴嘴將含氚廢水以8-16μm的霧滴噴出，噴嘴開啟數量與主控室顯示排放濕度高限連鎖。

加熱空氣過程為先通過板式換熱器用蒸汽對翅片式換熱器的生產上水回路進行加熱，蒸汽回路為板換的一回路，生產升水為二回路。生產上水溫度與蒸汽量連鎖，達到所需溫度的生產上水對進風進行加熱。

含氚廢水處理系統工藝流程圖如圖1所示。

2 溫度的控制

在本工藝流程中涉及到三種溫度，一是環境的溫度，二是經過翅片式換熱器后空氣的溫度即加熱溫度，三是離心風機后排風的溫度即出口溫度為了滿足排放的含氚廢水的溫度比環境溫度低2℃左右的要求，首先要滿足含氚廢水充分載帶汽化的要求，加熱需滿足將廢水汽化的溫度，再實現加熱溫度的控制和出口溫度的控制。

2.1 加熱溫度的控制

（1）加熱溫度的確定。在運行過程中，若不開加熱系統，載帶量比處理量（微霧噴嘴噴出的氚水量）小50-200Kg/h，其中排風中載帶的氚水量=風量×干空氣密度（排風絕對濕度-進風絕對濕度），處理量為噴嘴噴出的廢水量。載帶的不完全，會導致大量的含氚廢水冷凝下來，污染廠房環境，為此我們進行加熱，加熱得到的效果如下。

加熱開啟后，含氚廢水的處理量和載帶量只相差10-30Kg/h。雖然載帶量和處理量匹配，從上表可以看出都將加熱溫度調至比環境溫度高8-10℃的方式，會使出口溫度高于環境溫度，此情況仍會造成噴出微霧的冷凝，由以上結果可說明要根據不同情況探索不同的加熱溫度，汽化的同時滿足出口溫度的要求。

要得到加熱的溫度，就要知道風加熱的狀態所對應的焓和絕對濕度，再通過焓濕圖得出對應的加熱溫度。由于從外部環境的狀態到加熱的狀態，這個過程中雖然相對濕度變小了，但絕對濕度沒變，所以可根據環境狀態得到的絕對濕度作為加熱狀態的絕對濕度。從加熱的狀態到排風的狀態，過程中是等焓加濕的過程，可以將排風狀態的焓作為加熱狀態的焓，排風的溫度可由環境溫度低于2℃來得出，排風的濕度可由載帶量和處理量匹配而得出，溫度、濕度確定即可獲得焓值即加熱狀態的焓值。確定的方法主要如下：

①通過進風參數，先確定絕對濕含量

含濕量是指濕空氣中與一千克干空氣同時并存的水蒸氣的質量（克），常用d來表示，單位：g/kg干空氣。含濕量d幾乎同水蒸氣分壓力Ps成正比，而同空氣總壓力P成反比。

式中：P表示空氣壓力（Pa）；

Ps表示水蒸氣分壓力（Pa）；

②再通過排風參數，確定焓值

空氣中的焓值是指空氣中所含有的絕熱量，通常以干空氣的單位質量作為基準，稱作比焓。符號用i表示，單位為kj/kg干空氣。濕空氣焓值等于1kg干空氣的焓值與dkg水蒸氣焓值之和。

式中：t-空氣溫度℃；

d-空氣中的含濕量kg/kg干空氣。

③通過絕對濕含量和焓值，通過濕焓圖（如下圖2），確定對應的加熱溫度，根據確定的加熱溫度的運行，得到結果如下表2：

在此種情況下即保證了處理量和載帶量只相差10-30Kg/h，保證載帶量和處理量匹配，而且控制了出口溫度比環境溫度低2℃左右。

（2）加熱溫度的自動控制。在100000-140000m3/h的風量下，風要達到一定加熱溫度，板換供熱水的溫度一般比此加熱溫度大20-24℃，由此可倒退出板換供熱水的溫度。以此確定出熱水溫度，在板換一回路的蒸汽回路上設調節閥，與二回路熱水的溫度聯鎖，設定好已確定的熱水溫度，會自動調節蒸汽流量已熱水的溫度穩定。

2.2 出口溫度的自動控制

調節好加熱溫度后，翅片式換熱器的水回路中設置自動調節回路流量的自動調節閥，會根據出口溫度與環境溫度的差值來調節調節閥，以使出口溫度比環境溫度低2℃左右，實際運行中在1．5-3．5℃，滿足系統的運行要求。

3 出口濕度的控制

表1 加熱系統開啟后的運行數據表

表2 加熱溫度調整后的運行數據表

表3 環境溫度10℃下的運行數據表

主要通過加熱降低出口濕度、風量控制、確保微霧機組狀態、自動控制出口濕度值來確保出口濕度滿足要求。

3.1 加熱使出口濕度降低

相對濕度會隨著溫度降低而升高，根據相關設計文件，含氚廢水大氣載帶的最低溫度為10℃，在10℃的最大相對濕度下仍能控制出口濕度滿足要求，即可說明其他情況下出口濕度也是滿足要求的。加熱會明顯的降低濕度，在10℃濕度最大時，依靠加熱所帶來的降低濕度的作用，能保證出口的濕度在70%以下，防止冷凝，見表3。

3.2 風量的控制

為了保證排風量，不讓液滴在出口處聚集造成出口濕度高，運行中對風機進行維護和檢修，保證其軸溫不超過70℃，兩臺排風機的總風量達到120000-140000m3/h。同時，為了防止過濾器的問題導致風量的降低，控制過濾器的差壓小于400Pa，大于此值時及時進行過濾器的更換。

3.3 確保微霧機組的狀態

要實現液滴的微霧化，微霧機組出口壓力應達到6．1MPa以上，進口壓力應達到0．1MPa-0．15MPa。微霧機組中設過濾器芯對供水進行過濾，在運行過程中，黨過濾壓力與進口壓力相差0．05MPa以上時，及時進行過濾器芯的更換。

3.4 出口濕度的自動控制

在微霧機組自控程序中加入濕度高限70%的設置，當出口濕度達到65%左右時，微霧機組會自動減少噴嘴數量以降低出口濕度，此自動控制引入后，可將最高的出口濕度降低到67%左右，滿足運行的要求。

4 結語

在含氚廢水系統運行的基礎上，本文主要闡述了含氚廢水大氣載帶排放過程中出口溫度和出口濕度的控制方法，研究并驗證了處理的廢水能夠充分載帶，為后續的安全穩定運行提供科學依據合計技術支撐，為含氚廢水大氣載帶工藝的工程應用提供經驗參考。