核废水预处理蒸发结晶工艺

核废水预处理蒸发结晶工艺，可概括为“先减量、再固化、兼顾资源化”的三段式流程，核心目标是在低能耗、高浓缩倍率下把废水中的放射性核素与盐分尽可能转入固相，便于后续水泥/玻璃固化或临时贮存。典型工艺路线与关键控制点如下（以xyu蒸发结晶为例）：

1.预处理——“除浊、调值、脱气、除害”

机械过滤/超滤去除悬浮物、胶体，降低浊度＜1NTU，避免蒸发器结垢、起泡。

化学沉淀或离子交换选择性去除60Co、90Sr、137Cs等关键核素，降低料液放射性比活度，减少后续结晶盐的活度。

pH6–8、温度35–45℃进入蒸发器，既抑制腐蚀又保证硅、钙、镁处于不饱和区，延缓结垢。

真空脱气器抽除溶解氧、惰性气体，降低蒸发器内起泡及二次蒸汽腐蚀风险。

2.蒸发浓缩——“xyu+强制循环+在线清洗”

采用机械蒸汽再压缩（xyu）降膜/升膜蒸发器，利用二次蒸汽压缩升温→再作热源，能耗可比单效蒸发降低50–70%，吨水蒸汽耗量≈35kg。

强制循环泵保持管内流速1.5–2.5m/s，防止晶体在加热面沉积；蒸发室真空度−45~−70kPa，蒸发温度55–75℃，减少结垢与腐蚀。

浓缩终点TDS200–250g/L（接近NaCl、Na₂SO₄共饱和），体积减量化率≥95%。

在线周期清洗（CIP）：碱+螯合剂除硅垢，柠檬酸/硝酸除钙镁垢，保证连续运行周期≥7d。

3.结晶分离——“FC/DTB分级结晶+离心+母液回流”

浓缩液进入强制循环（FC）或DTB结晶器，维持过饱和度10–20g/L，晶核粒度0.2–0.4mm，晶体生长时间4–6h。

盐腿+淘洗结构实现晶体分级，大颗粒排至离心机，含水率≤5%；离心母液COD、放射性富集，返回前端循环或送水泥固化。

冷凝液经离子交换深度净化后TDS＜50mg/L，放射性达标（如7Bq/L）可回用于厂区循环冷却或排放；浓缩盐渣视活度水平送临时桶装贮存或玻璃固化。

4.能耗与盐回收

全流程吨水电耗28–35kWh，蒸汽耗量≈35kg；若采用多效蒸发+蒸汽热压缩（TVR），电耗可降至15kWh，但蒸汽耗量增至110kg，适合现场有廉价乏汽的核电站。

可结合“盐硝联产”分温结晶：先高温蒸发（100–110℃）析出Na₂SO₄，再低温（40–50℃）冷却析出NaCl，提高商品盐回收率>80%，杂盐率<15%。

5.设计要点与经验

材质：加热器管选双相钢2205/2507或TiGr.1，壳体与分离室衬316L+橡胶；离心机转鼓用超级双相钢或钛合金，耐Cl⁻点蚀。

防泡沫：投加0.2–0.5mgL⁻¹有机硅消泡剂，蒸发室设高效丝网除沫器，确保二次蒸汽含雾量<20mgm⁻³。

在线监测：电导、γ剂量率、液位、蒸汽流量闭环控制，异常结垢趋势由ΔT/ΔP+AI算法提前预警，实现无人值守>72h。

通过“预处理+xyu蒸发分级结晶”组合，可把核废水体积减量化≥95%，放射性核素固定率>99%，盐渣含水率≤5%，冷凝液达标回用，是目前核电站、核燃料循环厂实现“零排放”最成熟可靠的工艺路线之一。