本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，涉及一種超聲駐波放射性廢水處理裝置。

背景技術(shù)：
2011年3月日本福島核事故的發(fā)生，促使國際原子能機(jī)構(gòu)對核能安全提出了更高要求。2011年在日本召開的第十九屆國際核工程會議(ICONE19)上，以美國為首的發(fā)達(dá)國家提出通過加強放射性廢水處理裝置的研究，重點是核電站等裝置產(chǎn)生的放射性廢水引起的世界性污染難題的相關(guān)研究。為了使環(huán)境的放射性輻射水平低于國家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值(≤1Bq/L，即1貝可/升)，必須對裝置的貯存間和操作間進(jìn)行放射性去污，在去污的過程中會產(chǎn)生一定量的放射性廢水，這些放射性廢水的主要成分是放射性物質(zhì)的氧化物顆粒，包含放射性氧化物顆粒的廢水處理是當(dāng)前國際公認(rèn)的難點問題之一。在本發(fā)明以前的現(xiàn)有技術(shù)中，放射性廢水處理方法按廢水處理過程中放射性物質(zhì)形態(tài)改變與否主要可分為化學(xué)形態(tài)改變法和化學(xué)形態(tài)不變法兩類?；瘜W(xué)形態(tài)改變法包括化學(xué)沉淀法、氣浮法、生化法等，化學(xué)形態(tài)不變法包括蒸發(fā)法、離子交換法、吸附法、膜處理法等。化學(xué)形態(tài)改變法包括化學(xué)沉淀法、氣浮法、生化法等化學(xué)或生物化學(xué)方法。上述各種方法對于放射性廢水的處理各有千秋，但都存在共同的問題，即處理過程耗時、耗材、耗能、效率不高、處理不徹底，且有二次污染危險。申請專利前，發(fā)明者已檢索相關(guān)專利，未發(fā)現(xiàn)有與本發(fā)明用超聲波方法處理放射性廢水裝置相近的公開文獻(xiàn)報導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的在于，在對核裝置放射性廢水排放情況和核素屬性綜合分析的基礎(chǔ)上，提供一種利用超聲波處理低水平放射性廢水的處理裝置，尤其是超聲駐波放射性廢水處理裝置?，F(xiàn)將本發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)解決方案敘述如下：本發(fā)明的基本構(gòu)思是，根據(jù)超聲波分離技術(shù)原理，處于超聲駐波場中的懸浮放射性氧化物顆粒會在聲輻射力、浮力、重力和液體粘滯阻力的共同作用下，朝向駐波場中的波節(jié)面處運動、聚集。因此，可以通過精心設(shè)計超聲駐波放射性廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸，在超聲駐波放射性廢水處理裝置底部的廢水出口處設(shè)計分流出口，通過計算確定分流出口位置和出口寬度，使得聚集在波節(jié)面處的懸浮放射性顆粒在重力場的作用下，從波節(jié)面附近的高濃度廢水出口處流出，從而減少了從低濃度放射性廢水出口處流出的放射性廢水里放射性物質(zhì)的含量，達(dá)到降低放射性廢水的放射性濃度的目的，放射性廢水超聲波處理的理論依據(jù)參見圖1、2。此外，根據(jù)放射性廢水的處理要求，所提供的超聲駐波放射性廢水處理裝置重點應(yīng)該解決：1.采用傳統(tǒng)去污和分離方法難以實現(xiàn)放射性徹底去除的放射性強度較低且呈懸浮顆粒狀的放射性廢水；2.為后續(xù)進(jìn)一步收集與貯存中低放射性核素顆粒提供基礎(chǔ)性工作；3.提供一種針對性強，二次污染小，處理效率高，技術(shù)簡單，成本低廉，易于操作使用的超聲駐波放射性廢水裝置。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)要求，本發(fā)明一種超聲駐波放射性廢水處理裝置，其特征在于：由超聲波發(fā)生器5、6、超聲波換能器1、2、水槽3、超聲波振板4、進(jìn)出水系統(tǒng)、機(jī)架組成；所述的超聲波換能器1呈點陣形固定封裝于超聲波振板4內(nèi)，所述的超聲波換能器2呈點陣形固定于水槽3底部的下方；所述的水槽3左、右兩側(cè)面的兩塊超聲波振板4相對平行放置，對稱分布于水槽3內(nèi)部，兩塊超聲波振板4浸沒于水槽3內(nèi)的放射性廢水中；所述的進(jìn)出水系統(tǒng)的進(jìn)水口7、出水口8安裝在水槽3的前、后兩側(cè)的后側(cè)，且呈上下排列；所述的機(jī)架由底盤、地腳、萬向腳輪、部件支架組成，為設(shè)備整機(jī)其它零部件安裝的基礎(chǔ)。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種超聲駐波放射性廢水處理裝置，其特征在于：在所述的水槽3中使左右兩塊超聲波振板4內(nèi)的超聲波換能器1產(chǎn)生疏密相間的超聲波向?qū)ΨQ輻射，使液體流動，當(dāng)滿足形成駐波的式(1)條件時，在水槽3里形成超聲駐波：L＝nλ/2(1)λ＝v/f(2)式中：λ為超聲波波長，n為形成的駐波數(shù)，L為水槽的長度，v為超聲波在水中速度，f為超聲波發(fā)生器的頻率。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種超聲駐波放射性廢水處理裝置，其特征在于：所述的超聲波發(fā)生器5和超聲波發(fā)生器6所發(fā)出的的兩種不同頻率的超音頻電能，分別通過超聲波換能器1、2轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入到放射性廢液中；兩個超聲波發(fā)生器5、6所發(fā)出的不同頻率f分別為(25～30)kHz和(35～45)kHz。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種超聲駐波放射性廢水處理裝置，其特征在于：放射性廢水超聲波處理效果受到聲學(xué)參數(shù)如超聲波頻率、能量和時間、結(jié)構(gòu)參數(shù)如振板之間形成駐波的尺寸、水槽尺寸的影響，按照超聲波在水中速度為v＝1500m/s，當(dāng)頻率f為(25～30)kHz時，則超聲駐波的波長λ＝v/f＝(50～60)mm，超聲波駐波數(shù)n取16，故超聲駐波處理放射性廢水裝置整體尺寸取(400×400×400)mm～(480×400×400)mm。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種超聲駐波放射性廢水處理裝置，其特征在于：所述的超聲駐波處理放射性廢水裝置的超聲波輻射面的設(shè)計成由20mm×20mm～100mm×100mm的超換能器組成的陣列2×2～6×6個，輻射面的面積為400mm2～10000mm2。本發(fā)明的優(yōu)點在于：(1)、針對核放射性沉積物對操作人員產(chǎn)生輻射危害，影響操作人員的身體健康的問題，避免了技術(shù)人員暴露在高危環(huán)境下作業(yè)，確保了人身安全，為像日本福島核事故、核電站等放射性廢水的排放和處理提供新思路。(2)、試驗表明，濃度為200Bq/L的放射性廢水，在頻率為28kHz、功率為1kW超聲波作用下，經(jīng)40min時間的處理后濃度達(dá)到2.43Bq/L，去污效率為98.79％，處理效率高。(3)、與現(xiàn)有傳統(tǒng)污水處理方法相比，針對性更強，無二次污染，技術(shù)簡單，成本低廉，易于操作人員掌握使用。即該裝置具有操作方便、去污效率高、費用低廉和快速處理等優(yōu)點。將會有更寬廣的應(yīng)用前景。附圖說明圖1：超聲波分離原理示意圖圖2：超聲駐波放射性廢水處理裝置設(shè)計原理示意圖圖3：超聲波輻射波節(jié)面示意圖圖4：超聲波輻射面的設(shè)計示意圖圖5：超聲駐波放射性廢水處理裝置主視圖圖6：圖5的左視圖其中：1-超聲波換能器(28KHz)；2-超聲波換能器(40KHz)；3-水槽；4-超聲波振板；5-超聲波發(fā)生器(28KHz)；6-超聲波發(fā)生器(40KHz)；7-進(jìn)水管；8-排水管。具體實施方式現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和具體實施方式作進(jìn)一步說明。參見圖1：超聲波分離技術(shù)原理。處于超聲駐波場中的懸浮放射性氧化物顆粒會在聲輻射力、浮力、重力和液體粘滯阻力的共同作用下，朝向駐波場中的波節(jié)面處運動、聚集。因此，可以通過精心設(shè)計超聲駐波放射性廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸，在超聲駐波放射性廢水處理裝置底部的廢水出口處設(shè)計分流出口，通過計算確定分流出口位置和出口寬度，使得聚集在波節(jié)面處的懸浮放射性顆粒在重力場的作用下，從波節(jié)面附近的高濃度廢水出口處流出，從而減少了從低濃度放射性廢水出口處流出的放射性廢水里放射性物質(zhì)的含量，達(dá)到降低放射性廢水的放射性濃度的目的，這就是放射性廢水超聲波處理的理論依據(jù)。對駐波聲場中懸浮粒子所受到的作用力分析可知，懸浮顆粒主要受到駐波聲場的聲輻射力(Fac)、液體粘滯stokes阻力(Fd)、重力和浮力的合力(Fb)的作用，在這幾個力的共同作用下，當(dāng)顆粒的聲比因子G﹥0時，顆粒會向駐波場內(nèi)的聲壓波節(jié)面運動；當(dāng)G﹤0時，顆粒向聲壓波腹面運動。借助超聲駐波場，通過設(shè)計超聲駐波放射性廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)，將懸浮液中的懸浮顆粒富集在波節(jié)(腹)面處，然后將波節(jié)(腹)面附近的高濃度的懸浮液排出，達(dá)到了降低懸浮液中懸浮顆粒濃度的目的。參見圖2：如圖2所示超聲駐波放射性廢水處理裝置設(shè)計原理示意圖，左右兩邊由超聲波輻射面和不銹鋼反射面組成，其整體尺寸為：8λ×400×400mm(λ為超聲波波長)。水槽側(cè)面左右兩塊超聲波振動板相對平行放置，內(nèi)部超聲波換能器點陣型對稱分布，兩塊振動板浸沒于放射性廢水中。利用28KHz超音頻電能，通過換能器轉(zhuǎn)成高頻機(jī)械振蕩而傳入到放射性廢液中。超聲波在中疏密相間地向前輻射，使液體流動，在水槽里形成超聲駐波。處于超聲駐波場中的懸浮放射性氧化物顆粒會在聲輻射力、浮力、重力和液體粘滯阻力的共同作用下，朝向駐波場中的波節(jié)面處運動、聚集，成為高濃度放射性廢水集中區(qū)。通過精心設(shè)計超聲駐波放射性廢水處理裝置的結(jié)構(gòu)和尺寸，在超聲駐波放射性廢水處理裝置底部的廢水出口處設(shè)計分流出口，通過計算確定分流出口位置和出口寬度，使得聚集在波節(jié)面處的懸浮放射性顆粒在重力場的作用下，從波節(jié)面附近的高濃度廢水出口處流出，從而減少了從低濃度放射性廢水出口處流出的放射性廢水里放射性物質(zhì)的含量，達(dá)到降低放射性廢水的放射性濃度的目的，達(dá)到放射性廢水超聲波處理的目的。放射性廢水超聲波處理效果受到聲學(xué)參數(shù)(如超聲波頻率、能量和時間)、結(jié)構(gòu)參數(shù)(如振板之間形成駐波的尺寸、水槽尺寸等)的影響，必須通道大量計算和實驗，得出參數(shù)配置規(guī)律。放射性廢水處理裝置通過兩套超聲波發(fā)生器單元、三套超聲波換能器、水槽、進(jìn)出水系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、機(jī)架、外門板組成。各組成部分功能如下：超聲波發(fā)生器：產(chǎn)生28KHz和40KHz超音頻電信號，以供給換能器。超聲波換能器：將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超音頻電能轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入到放射性廢水中，形成超聲駐波，從而達(dá)到放射性核素顆粒收集的目的。超聲水槽：盛載放射性廢液，在此槽進(jìn)行超聲駐波放射性廢水處理測試。機(jī)架與整機(jī)外罩：由底盤、地腳、萬向腳輪、部件支架、門板組成。機(jī)架為設(shè)備整機(jī)其它零部件安裝的基礎(chǔ)，整機(jī)采用進(jìn)口#304不銹鋼制成。參見圖3：超聲駐波放射性廢水處理裝置的波節(jié)面示意圖。超聲駐波放射性廢水處理裝置的下方特別設(shè)計了放射性廢水的出口，在距離超聲波輻射面距離為x＝Nλ/4(N＝2n+1，n＝0…16)的各波節(jié)面附近處為寬度dL2＝0.5cm的高放射性濃度廢水出口，富集在波節(jié)面上的放射性氧化物顆粒從這些出口流出超聲駐波放射性廢水處理裝置；位于波腹面附近的是出口寬度dL1＝λ/2－dL2的低放射性濃度廢水出口。高濃度廢水出口寬度的設(shè)計依據(jù)為：在該寬度下，放射性廢水能順利通過該出口；同時，為了達(dá)到使放射性廢水的濃縮系數(shù)增大，出口寬度也不能太大。參見圖4：超聲波輻射面的設(shè)計。因為當(dāng)超聲波射向水和不銹鋼界面時，可近似認(rèn)為發(fā)生了全反射，為了較少所需換能器的數(shù)量，超聲駐波放射性廢水處理裝置中所形成的駐波場的方式是由超聲波輻射面產(chǎn)生的超聲波和不銹鋼反射面所反射的超聲波相疊加而形成的。同時，為了使所設(shè)計的超聲駐波放射性廢水處理裝置符合實際生產(chǎn)的需要，即換能器的生產(chǎn)價格、功率要求等，將超聲波輻射面設(shè)計成由20×20mm的換能器組成的陣列，輻射面的面積為400mcm×400mm。參見圖5和圖6：放射性廢水超聲波處理裝置整體設(shè)計。設(shè)計圖如圖5、6所示，結(jié)構(gòu)組成、功能和技術(shù)指標(biāo)如下。(1)結(jié)構(gòu)組成：根據(jù)理論分析，設(shè)計放射性廢水超聲波處理裝置，整個裝置由兩臺超聲波控制發(fā)生器、右側(cè)超聲波振板、左側(cè)超聲波振板、底部超聲波振板、槽體、機(jī)架、外門板等組成，整機(jī)采用進(jìn)口304#不銹鋼制成。(2)各組成部分功能：①超聲波發(fā)生器：超聲波發(fā)生器產(chǎn)生28KHZ或40KHZ超音頻電信號，以供給換能器?？刂葡洳捎梦㈦娔X控制下的它激式線路，頻率自動跟蹤及掃頻工作方式等先進(jìn)技術(shù)。與傳統(tǒng)控制箱相比，具有工作穩(wěn)定可靠、超聲功率連續(xù)可調(diào)，能最大限度地發(fā)揮換能器的潛能。工作頻率自動跟蹤，使輸出匹配更佳，功率更加強勁，效率更高。獨特的掃頻工作方式，使處理液在掃頻的作用下形成一股細(xì)小的回流，從而達(dá)到更快速、更徹底的處理效果，超聲處理效率更高。同時，具有完善的保護(hù)功能：過熱保護(hù)和過流保護(hù)，工作更加可靠。還設(shè)有四位定時器，使時間控制精確到秒。配合數(shù)碼功率調(diào)整可適應(yīng)各種不同的清洗要求。開機(jī)工作狀態(tài)隨意更改，使用更自由。整機(jī)采用模塊化設(shè)計，配合電腦故障定位及顯示系統(tǒng)，使其使用與維護(hù)變得更加方便。主要技術(shù)指標(biāo)為：工作電壓：220V±10％工作電流：1～1.5A環(huán)境溫度：0～40C°相對濕度：40％～90％工作頻率：28KHz(40、68、80、100、120、135KHz等)±5％最大功率：300W時間控制：0～59：59分功率控制范圍：0～100％32級數(shù)控調(diào)節(jié)機(jī)內(nèi)過熱保護(hù)：65C°外型尺寸：L×W×H＝400×360×160mm②換能器：將超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超音頻電能轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩而傳入到清洗液中，從而達(dá)到超聲處理放射核素顆粒的目的。③超聲處理槽：盛載液體水，在此槽進(jìn)行超聲波測試。④機(jī)架與整機(jī)外罩：由底盤、地腳、萬向腳輪、部件支架、門板等組成。機(jī)架為設(shè)備整機(jī)其它零部件安裝的基礎(chǔ)。放射性廢水超聲波處理裝置如圖5所示。(3)技術(shù)指標(biāo)放射性廢水超聲波處理裝置主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。表1技術(shù)參數(shù)