專(zhuān)利名稱(chēng):用于從液體和微粒物質(zhì)組成的漿液中分離液體的分離系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及從液體和固體微粒物組成的漿液中分離液體的方法，和使用的分離裝置，它們特別適用于一些廢棄物質(zhì)的脫水，如核發(fā)電廠所用的離子交換樹(shù)脂和其他介質(zhì)(特別是球形離子交換樹(shù)脂)的脫水，而脫水的目的是使含有這些物質(zhì)的容器的容積，在將來(lái)處理這些物質(zhì)時(shí)得到有效的利用，同時(shí)也使這些物質(zhì)中游離存在的水含量減小到政府規(guī)定所要求的限度以?xún)?nèi)。
核發(fā)電廠使用各種物質(zhì)進(jìn)行水處理，主要是去除放射性物質(zhì)。水處理包括從水中去除固體和可溶離子，方法是使水通過(guò)用天然材料和合成材料做成的，能夠有效去除污染物的過(guò)濾器。核電站常使用的進(jìn)行水處理的物質(zhì)是離子交換樹(shù)脂。這些樹(shù)脂可以基本上是球形的，直徑在300～600微米范圍以?xún)?nèi)的小顆粒，最常用的是二乙烯基苯和乙烯基苯的共聚物，這種物質(zhì)經(jīng)處理后具有許多活性區(qū)，在這些區(qū)中，該物質(zhì)與水中的游離污染離子發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除的目的。當(dāng)這種樹(shù)脂所吸收的離子或微粒達(dá)到一定極限時(shí)，它就因失效而必須更換。通常對(duì)這種具有某種程度(低水平)放射性的失效的進(jìn)行處理物質(zhì)的處理，各國(guó)政府都有嚴(yán)格的規(guī)定。掩埋這些放射性廢物的規(guī)定要求是，廢棄物中水的含量要達(dá)到非常低的水平，例如，體積百分比要小于1%(見(jiàn)美國(guó)聯(lián)邦規(guī)程第10卷，61，56(a)(3)，61，56(b)(1)的標(biāo)準(zhǔn))。
鑒于這樣嚴(yán)格的要求，人們提出了各種處理放射性廢物的方法。這些方法包括用粘化劑固化法，如水泥固化(見(jiàn)1977年6月21日頒發(fā)給斯托克等的美國(guó)專(zhuān)利第4，030，788號(hào)和1981年11月10日頒布的美國(guó)專(zhuān)利第4，299，722號(hào)以及1984年1月24日頒發(fā)給格雷沃斯的美國(guó)專(zhuān)利第4，427，023號(hào))。也有用焚化的方法處理這些廢棄物的，而這需要進(jìn)行焚灰的后續(xù)處理。使這些放射性廢棄物脫水，在許多情況下是優(yōu)先選用的方法。但是，傳統(tǒng)的方法需要采用價(jià)佳昂貴的離心過(guò)濾法。
因此理想的方法是使脫水過(guò)程在處理這些廢棄物的容器內(nèi)進(jìn)行，例如，把處理這些廢棄物的容器掩埋在處理場(chǎng)。但是，這樣就使得脫水過(guò)程持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，例如要花長(zhǎng)達(dá)五天的時(shí)間才能使水靠重力流到容器底部。這樣的容器叫做套筒式容器，因?yàn)樗鼈兪卿撏?，適于用作鉛屏蔽容器內(nèi)部的套筒。常規(guī)的做法是把套筒插裝式濾器裝在套筒式容器底部的一排塑料管上，再用泵使水流過(guò)濾器，以達(dá)到分離水的目的。這些濾器損失了套筒式容器的相當(dāng)大量的空間(因此這種常規(guī)做法的體積有效率是非常低的)。體積有效率高是很重要的，因?yàn)樘幚沓杀臼歉鶕?jù)所用處理場(chǎng)處理空間的大小計(jì)算的。
脫水周期長(zhǎng)的原因可認(rèn)為是由于水的表面張力和拖曳間隙水的粘性效應(yīng)造成的。這也是用顆粒狀樹(shù)脂脫水特別突出的難題，因?yàn)槲挥谙噜忣w粒接觸點(diǎn)之間的水表面張力，將拖曳住一些水，若沒(méi)有這種拖曳作用，這些水就會(huì)由于重力而流到套筒式容器的底部。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供經(jīng)改進(jìn)的裝置和一種經(jīng)改進(jìn)的方法，以便從液體和微粒物質(zhì)組成的漿液中分離出液體，特別是用于進(jìn)行核放射廢棄物質(zhì)的漿液脫水，以對(duì)它們進(jìn)行后處理。
本發(fā)明的另一目的是提供一種經(jīng)改進(jìn)的系統(tǒng)(包括方法和裝置)，用這種系統(tǒng)對(duì)顆粒狀離子交換樹(shù)脂進(jìn)行脫水，使得這種樹(shù)脂，在使用后可脫水成塊，從而使它們的容器具有高的容積有效利用率。
本發(fā)明的再一目的是提供一經(jīng)過(guò)改進(jìn)的容器，其中的水漿液特別是核放射廢棄物的和顆粒型離子交換樹(shù)脂的漿液，可以在該容器內(nèi)脫水，從而有高的容器容積利用率，而且使游離態(tài)的水含量減少到政府規(guī)定的限度以?xún)?nèi)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是，提供一經(jīng)過(guò)改進(jìn)的系統(tǒng)(包括方法和裝置)，用這種系統(tǒng)進(jìn)行液體一一固體微粒漿液的脫水，特別是含有顆粒狀微粒核廢棄物漿液的脫水，脫水時(shí)間是以小時(shí)計(jì)，而不是象過(guò)去一樣以天計(jì)，但仍能滿足政府規(guī)定所要求的游離態(tài)水團(tuán)的含量要求。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明提出的，對(duì)含有固體粒子的漿液脫水的裝置，是一錐形底部的容器，底部還有各種裝置，用來(lái)支撐固體粒子承床，和使液體徑向向外流到錐底頂點(diǎn)周?chē)囊后w收集區(qū)。該容器有一管子和液體收集區(qū)相連，最好是讓管子從容器頂部向下延伸到容器底部，由此來(lái)排出收集在集液區(qū)的液體。本發(fā)明的一實(shí)施系統(tǒng)，同樣在容器頂部設(shè)置一氣體入口，通過(guò)這個(gè)入口，在基本上去除了粒子中間隙水外的所有液體之后，將氣體鼓入容器。吹入的空氣迫使間隙液體向下流過(guò)承床到排出區(qū)。排水管最好帶有小孔，這些小孔可使鼓入排水區(qū)的水霧化，之后連同空氣一起向上通過(guò)排水管，在那兒，液體從空氣中分離出來(lái)，之后，空氣再流回并通過(guò)承床，以使足夠的液體被排出，而使殘留在容器中的游離態(tài)水的含量在規(guī)定的水平之下為止。
本發(fā)明的上述目的和其他目的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)，以及本文提出的最佳實(shí)施例，和目前所知的實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，將通過(guò)下面的說(shuō)明以及附圖得到更明確的了解。其中圖1表示本發(fā)明實(shí)施系統(tǒng)的原理圖。
圖2是圖1所示的用來(lái)進(jìn)行漿液脫水的容器的頂部局部剖面視圖。
圖3是圖1所示容器底部詳細(xì)結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖4a是圖3詳細(xì)表示的，用在容器底部的液體濾器和微粒承床支撐的局部剖去的視圖。
圖4b是沿圖4a中線4b-4b所做的局部剖面視圖。
圖4c是圖4a和4b中所示的濾器和支撐結(jié)構(gòu)的平面視圖。
參照?qǐng)D1，有一容器10，容器中有液體(水)和固體微粒物質(zhì)(如用廢了的離子交換樹(shù)脂顆粒)組成的漿液，漿液在容器中脫水從而固體物質(zhì)結(jié)塊。容器是圓柱形的，可以是鋼質(zhì)的套筒，它有一圓柱壁面12，頂部14和錐底16。錐底的頂點(diǎn)在容器的底部中央。換句話說(shuō)，錐體與容器同軸線。錐體的頂角最好是164°～168°的鈍角。該角度的大小是縮合考慮系統(tǒng)液壓要求和使脫水后的樹(shù)脂所占容器體積最小的結(jié)果。人們希望最大限度地利用容積，因?yàn)樘幚沓杀臼请S所用處理場(chǎng)空間的大小而變的，而這些容器隨后將掩埋在處理場(chǎng)。
容器的錐底構(gòu)成了位于中心部位的集水區(qū)19，用來(lái)收集來(lái)自容器10內(nèi)部微粒物承床18的水。集水區(qū)由一金屬做的如倒置的淺鍋狀的蓋板20限定。該蓋板有一頂部22和一圓柱壁24(見(jiàn)圖3和圖4c)。壁24的下邊緣插在由彈性材料制成的胎環(huán)26中，此胎環(huán)可以用機(jī)械的、模壓的或縮邊方式固定在壁上。材料可以是PVC(聚氯乙烯)。這個(gè)組件放置在一多孔的支承過(guò)濾板28上，板28放置于容器10的錐底16上。板28可使水徑向地流入錐底中心處的集水區(qū)19。板28支撐固體微粒(樹(shù)脂顆粒)承床18。
排水管30位于容器中部且與容器10以及錐底16同軸，且向上延伸至一伸出于容器10頂部的出口連接管32(見(jiàn)圖2)。管子30底部與一杯狀物34套接(見(jiàn)圖3)，且伸入到集水區(qū)19中。有一組徑向穿通管子30和杯狀物34的孔(以6個(gè)為宜)與集水區(qū)相通，以使收集在集水區(qū)的水流入管子30中。一螺母38旋在焊接于底16中心點(diǎn)上的螺栓上，以便把杯狀物固定。這樣，管子30，蓋板20以及多孔過(guò)濾板28也就被緊固在錐底16上。管子30從蓋板20中心處的一孔中通過(guò)。一密封圈和用來(lái)密封管子30和蓋板20之間的間隙39。這個(gè)密封圈可以是由彈塑性材料做的，它由一位于管30外周緣的法蘭42壓緊。
一水位傳感器或探測(cè)器44也與管子30并排縱向地穿過(guò)容器。傳感器44是一圓柱形組件。它的下端部伸入集水區(qū)，這樣便能很好地測(cè)量集水區(qū)的水位，甚至孔36下端以下的水位?？?6的大小要使它們總的面積之和等于或大于管子30的橫截面積，但也要足夠小，以使空氣流將抽入到集水區(qū)。停留在集水區(qū)，水位位于孔以下的容積將大大低于游離水含量的規(guī)定限度(如低于規(guī)定限度的10%)。錐底的角度增加了水位傳感器的分辨能力，若容器(10)的容積是170立方英尺，規(guī)定限度是1/2%(即0.85立方英尺)，則對(duì)于平底容器而言，其分辨能力是1英寸，而對(duì)于164°的錐形則是4英寸。從下面根據(jù)本發(fā)明提出的有關(guān)系統(tǒng)操作方法的討論中可知，集水區(qū)大部分的水排出后，水位甚至低于孔36。
傳感器組件44是一同軸的雙級(jí)傳感系統(tǒng)，它有一外傳感器46，用來(lái)檢測(cè)樹(shù)脂與水混合液的水位，還有一內(nèi)傳感器48，用來(lái)檢測(cè)水位。外傳感器的結(jié)構(gòu)是一用絕緣材料(如塑料，PVC為宜)做成的管子50。一導(dǎo)體材料薄膜包在管子50的外表面。導(dǎo)體薄膜又用熱套裝在管子50上的一層絕緣材料52，如PVC絕緣。內(nèi)水位傳感器48與外部傳感器同軸，是用導(dǎo)體材料做成的管子54，管子54上有一層絕緣材料，如PVC套56。這層絕緣材料的底部封死以包住管子54。一濾板58封住外傳感器48的底使水流過(guò)而隔絕固體物質(zhì)。外傳感器46的導(dǎo)體構(gòu)件與內(nèi)傳感器管子長(zhǎng)度相同，它從傳感器組件的底部(向下伸入集水區(qū))，向上伸至傳感器組件頂部，在頂部穿過(guò)頂蓋14的下凹部位60。圖1中虛線所示的電氣連接(根據(jù)需要，畫(huà)出了一根或幾根導(dǎo)線)從安裝于容器頂蓋14的圓柱形凹部60連接器中引出。
傳感器46和48的導(dǎo)體膜和絕緣層構(gòu)成了電容，電容值取決于水位(對(duì)于內(nèi)傳感器48而言)和圍繞外傳感器46的水與固體樹(shù)脂顆?；旌衔?或單純是濕的樹(shù)脂顆粒)的水位。
由于內(nèi)傳感器僅對(duì)水位做出響應(yīng)，所以根據(jù)內(nèi)外傳感器所提供的電容值的不同就可以檢測(cè)水和水與樹(shù)脂顆?；旌弦核坏乃?。這個(gè)傳感器系統(tǒng)(包括內(nèi)外傳感器以及根據(jù)內(nèi)外傳感器所提供的電容值而取得信號(hào)輸出的電路系統(tǒng))是以約翰C.霍默(ST-112)的名義提出的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)(ST-112)的主題。該專(zhuān)利申請(qǐng)(ST-112)已作為這個(gè)申請(qǐng)的索引。
蓋板20也限定了傳感器44在集水區(qū)的位置。一柔性的錐形密封圈(用一平的橡膠圈變形而成)密封住蓋板20頂部22，與傳感器44之間的縫隙孔62。
容器12，在實(shí)施例中，其直徑可以是6英尺，高度也是6英尺(容積大約是170～200立方英尺)。多孔支撐結(jié)構(gòu)板28在半徑方向占去了2 1/2 ～3英尺。蓋板的半徑可以是7英寸。適宜排水管半徑可是3英寸，而傳感器的直徑可以是11 3/8 英寸。由此可見(jiàn)，集水區(qū)的容積與套筒容器12的容積相比是相當(dāng)小的。套筒容器12滿裝的容積，可以是170立方英尺或更多。據(jù)此可容易地理解，殘留在集水區(qū)19的游離態(tài)的水，其體積是小于政府規(guī)定的限度的。因此，這個(gè)系統(tǒng)能確保殘留在容器中的水的體積，不超過(guò)整個(gè)容器體積的0.5%。
水是通過(guò)板28上的多孔承床支撐結(jié)構(gòu)流到集水區(qū)的。這塊板可以是任意形式的，只要它有足夠的強(qiáng)度以支撐承床，而且有足夠多的孔可以讓水通過(guò)，但阻止固體粒子通過(guò)。在圖3和圖4a、4b、4c所示的結(jié)構(gòu)中，板28由一對(duì)蜂巢狀塑料板70和72構(gòu)成。這兩塊架上有用腹板連接的球形部分。球形部分在相鄰的板之間相互錯(cuò)開(kāi)，目的是提供一條通過(guò)板心部基本上暢通的水道。具有迷宮式通道的其他結(jié)構(gòu)，如吹模鋁材或泡沫材料(其內(nèi)部有大的內(nèi)通間隙)也可以采用。過(guò)濾作用是由一纖維織物外套實(shí)現(xiàn)的。在所表示的實(shí)施例中，此外套由上下兩片78和76構(gòu)成，它們通常是用塑料做的，如聚丙烯，將它們沿所示外緣74熱密封住。除了被蓋板20的胎環(huán)26(見(jiàn)圖3)壓住的部位之外，片70和72之間，將彈離開(kāi)一些。為了使板28固定在圓柱形容器10中，板28外邊緣可以是八角形的，容器的壁面在圖4c中用點(diǎn)劃線表示。用另一點(diǎn)劃線圖示蓋板20的直徑，這樣，便在平面圖上表示出了它與容器內(nèi)徑相對(duì)的大小關(guān)系。一調(diào)節(jié)切口80從板28的一邊切出，目的是使板與套筒容器10的錐底相適配。
套筒容器10的頂部結(jié)構(gòu)清楚地表示在圖1和圖2中。除了和排水管30相連的連接管32以外，還有一進(jìn)液管82和一排氣連接管34。這些管子和軟管86、88、90相連。軟管86、88、90的另一端與接頭92、94和96相連(見(jiàn)圖1)。另外，還有一電氣接頭98(這些接頭均用CN標(biāo)記)。這些接頭裝在一小型滑車(chē)上，脫水系統(tǒng)的各個(gè)元件裝在這個(gè)活動(dòng)小車(chē)上。這個(gè)小車(chē)可放置于核電站的屏蔽區(qū)外，而裝滿液體的容器10則位于屏蔽區(qū)內(nèi)。
水位傳感器44的連接管和端部接頭100都固定在容器頂板14的凹部60上的一塊密封板101上。密封板101防止?jié)撛诘奈廴究諝馍⑹У街車(chē)h(huán)境當(dāng)中。此外，在軟管86、88、90拆除以后，以及排水操作結(jié)束后，也可用蓋板102密封凹區(qū)。最后，滿裝的容器可用合適的起吊裝置(未示出)吊開(kāi)，并被運(yùn)到處理場(chǎng)。
為了避免排水管在容器10的起吊和運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中過(guò)份地受力，采用了一滑動(dòng)接頭104，并在排水管30頂部附近裝有密封圈106。水位傳感器與排水管之間裝有一支柱108以使傳感器穩(wěn)定。
排氣管接頭84可在脫水的部分過(guò)程當(dāng)中，用作空氣進(jìn)入箱體內(nèi)的通道。為了使流入箱體內(nèi)的氣體分布開(kāi)，用一U形管把空氣導(dǎo)向箱體頂部14，以使這些空氣從上向下流過(guò)承床18。U形管110由兩個(gè)常用的PVC彎管112、114組成，它們用螺紋或膠接的辦法于116處連接在一起。這些管子的直徑可以是3英寸。
再參照?qǐng)D1，廢棄的放射性材料(廢的離子交換樹(shù)脂漿液從存貯箱流經(jīng)一流量控制閥152。這個(gè)流量控制閥有一控制操作器154(用壓縮空氣或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))。這個(gè)閥152將根據(jù)水位傳感器44，并用邏輯控制電路138自動(dòng)操縱。水位傳感器在需要進(jìn)行自動(dòng)脫水操作時(shí)，將提供兩個(gè)輸出信號(hào)。當(dāng)箱體內(nèi)水位幾乎到達(dá)頂部時(shí)，輸出信號(hào)是高水平的輸出信號(hào)。圖1中表示出了一條當(dāng)容器充滿時(shí)的水位線124。另一由傳感器輸出的信號(hào)是水平差開(kāi)關(guān)輸出，此時(shí)，箱體內(nèi)水位低于漿液或濕粒子(樹(shù)脂顆粒)水位，對(duì)此水位是由外部傳感器46產(chǎn)生響應(yīng)的(見(jiàn)圖3)。對(duì)高水位檢測(cè)電路126，和當(dāng)水位低于漿液水位一予定量(深度)時(shí)檢測(cè)水位的電路(LDS電路128)的詳細(xì)描述，參見(jiàn)上述的約翰C?；裟拿x同時(shí)提交的專(zhuān)利申請(qǐng)(ST-112)，還有一由水位檢測(cè)器提供給控制邏輯電路的另一輸入信號(hào)，此檢測(cè)器130示意地示于水/空氣分離器132中的集水區(qū)130處。這個(gè)分離器可以是旋流型的分離器，其中霧化了(噴射)的水和空氣切向流到分離器中，當(dāng)與分離器內(nèi)壁面沖擊后使水分離出來(lái)。水位檢測(cè)器130將檢測(cè)出什么時(shí)候分離器中的水位高于一予定水位。水位檢測(cè)器130包括記為L(zhǎng)E的檢測(cè)電路，和記為L(zhǎng)SH的開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)水位超過(guò)分離器132中的予定水位時(shí)，檢測(cè)器便可發(fā)出一信號(hào)。當(dāng)傳送器因系統(tǒng)起動(dòng)被打開(kāi)時(shí)，且此時(shí)容器12是空的，漿液(其中固體物質(zhì)例如樹(shù)脂顆粒約占5%～20%)便將流入套筒容器12的頂部14。合適的流量可高達(dá)50加侖/分，在此情況下，容器容積大約為200立方英尺。當(dāng)樹(shù)脂漿液達(dá)到容器容積的約50%時(shí)，一正排量泵140起動(dòng)，該泵最好是用壓縮空氣操縱的膜片泵。這個(gè)泵是由通用的閥和控制器操縱的，見(jiàn)圖1中的142。這個(gè)系統(tǒng)還包括一鼓風(fēng)機(jī)144，它可以是一旋片式真空泵。這個(gè)泵由馬達(dá)146驅(qū)動(dòng)，由控制邏輯電路138控制。如有必要，可用一手動(dòng)開(kāi)關(guān)148(HS)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。采用手動(dòng)控制時(shí)，由水位傳感器44的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的顯示指示器或儀表，和報(bào)警器將指導(dǎo)操作人員使系統(tǒng)完成脫水過(guò)程的各個(gè)工序。鼓風(fēng)機(jī)在最初向容器充漿液時(shí)是不工作的。排出的水從集水區(qū)19流過(guò)排水管30，軟管86和管子150，再通過(guò)水-空氣分離器132，從那里再到泵140。從系統(tǒng)排出的經(jīng)過(guò)濾的水宜于流回放射性廢物存貯箱。水的放射性和污染水平在數(shù)值上是低的，可以將此水再用到漿液樹(shù)脂中，或者經(jīng)過(guò)凈化處理后再用到核電站的其他地方。
當(dāng)向容器12繼續(xù)灌注時(shí)，如果排水的流量低于進(jìn)入注入管流到容器12的水的流量，則容器內(nèi)水位逐漸上升，并達(dá)到由高水位檢測(cè)電路126實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的高水位為止。此時(shí)，流量控制閥152關(guān)斷，直到箱內(nèi)水位遠(yuǎn)低于高水位，或低于容器中沉淀的固體物質(zhì)的位置以下時(shí)才打開(kāi)。在上述任何一種情況下，打開(kāi)流量控制閥152，即可再次輸送漿液。當(dāng)水分離過(guò)程排除了高水位情況不再出現(xiàn)時(shí)，注入過(guò)程就停止。隨后，顆粒樹(shù)脂使報(bào)警器報(bào)警，容器的注入過(guò)程就完成了。
但是，當(dāng)排水流量高于漿液輸入流量時(shí)，水位就下降，直到水位低于沉淀固體物承床頂部以下。此時(shí)，LDS電路128向控制邏輯電路138發(fā)出信號(hào)，使膜片泵140停轉(zhuǎn)。隨后，排水過(guò)程暫時(shí)停止，但仍有漿液繼續(xù)流入容器，由此使水位超過(guò)承床。樹(shù)脂顆粒緊密結(jié)塊，這樣使容器的容積得到最充分利用。這種情況也使得樹(shù)脂顆粒間的接觸區(qū)最大，相鄰的顆粒間在垂直方向上有三個(gè)接觸點(diǎn)成一四面體陣列。這樣一個(gè)陣列可使流過(guò)承床到達(dá)容器12底部16的水的流動(dòng)線路最多。
在容器的注入過(guò)程中，容器中的空氣將通過(guò)排氣管84排出(與圖1中以110標(biāo)出的流動(dòng)方向相反的方向)。排氣管可以通過(guò)一高效微粒過(guò)濾器120(過(guò)濾器120由差壓元件(DPE)122操縱)通到大氣中或連接到工廠的HVAC(熱通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié))系統(tǒng)上。
當(dāng)容器被顆粒樹(shù)脂充滿，同時(shí)泵140不再能排出水時(shí)(此時(shí)，泵抽空);一個(gè)5至15分鐘的短暫等待(靜排出)期是允許發(fā)生的。其后，泵140又一次起動(dòng)，使從承床漏下來(lái)的水排出。理想的等待期是5至15分鐘，因?yàn)樗?空氣分離器132的工作能力是有限的，如果靜排出期是不合要求的，那末很可能在排水過(guò)程的下一階段，就會(huì)造成過(guò)載。當(dāng)然，如果水-空氣分離器是足夠大的，那末靜排出期就可以沒(méi)有。
在等待期之后，鼓風(fēng)機(jī)144起動(dòng)。一旁通真空溢流閥156，并接在鼓風(fēng)機(jī)144兩端，以使排水泵140和鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)但間歇地工作，通過(guò)降低系統(tǒng)中的真空度而使膜片泵正常工作。這樣壓力可以減小(比如低于15英寸水銀柱)，從而減小了由鼓風(fēng)機(jī)，真空泵144造成的壓差。在鼓風(fēng)機(jī)144的出口處有一單向閥158，它的作用是防止排水初期階段，氣流流過(guò)鼓風(fēng)機(jī)。此單向閥158在膜片泵140初始抽空階段，防止氣流反方向地流過(guò)鼓風(fēng)機(jī)144，這樣，膜片泵便可使系統(tǒng)排空，從而使容器10中的壓力是以使容器中的水通過(guò)排水管30排出。
在風(fēng)機(jī)啟動(dòng)之后，它產(chǎn)生一股高速氣流，例如可達(dá)300立方英尺/分(CFM)，這股氣流通過(guò)承床18和多孔板28，進(jìn)入集水區(qū)19。通過(guò)承床的空氣流可使間隙水通過(guò)承床。在顆粒樹(shù)脂的情況下，空氣流可使顆粒接觸點(diǎn)處的水游離出來(lái)。這些水再被迫向下流入集水區(qū)19。在集水區(qū)，孔36借助高速氣流使水霧化。風(fēng)機(jī)的合適進(jìn)氣壓力范圍在大氣壓和24英寸水銀柱之間。容器頂部壓力保持在近乎大氣壓力，以防止容器的該部位材料過(guò)度受力。容器排水時(shí)(在集水區(qū)19)，將造成壓力降，該系統(tǒng)是一負(fù)壓系統(tǒng)。該壓力降的大小由氣流的流速?zèng)Q定(CFM)。若氣流流速如上所說(shuō)是300CFM時(shí)，則對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)顆粒樹(shù)脂承床18來(lái)說(shuō)，在容器10頂部與底部之間有一大約為10英寸水銀柱的壓力降。
空氣在水-空氣分離器132中，從水中分離出來(lái)。如上所述，當(dāng)分離器中集水區(qū)的水位增加時(shí)，膜片泵將重新啟動(dòng)，集水區(qū)的水被排出，比如排到存貯廢棄物漿液的存貯箱中。在水-空氣分離器132中被分離出來(lái)的空氣通過(guò)凝聚過(guò)濾器160。在那里，水、霧和固體物都被去除掉。水在象海綿狀的過(guò)濾元件中集聚，隨后因重力作用而流到聚水元件下部，在那兒它們落入聚水槽中，再通過(guò)一管子和一單向閥162，流回到連結(jié)水-空氣分離器132和膜片泵140的排水管中。
空氣在進(jìn)一步被凝聚式過(guò)濾器160脫水后，繼續(xù)流到鼓風(fēng)機(jī)144的入口。隨后，鼓風(fēng)機(jī)將這些空氣再次鼓入容器?？諝庠谕ㄟ^(guò)風(fēng)機(jī)144時(shí)將吸收熱量。因?yàn)榛氐匠写?8的熱空氣是不飽合的，因此它們能吸收和保持更多的水，并且加熱游離水，減小水的粘度，最后在容器12頂部使顆粒物質(zhì)脫水，進(jìn)一步在承床18的較冷部分使?jié)駳庠俪两?，這樣就使得脫水過(guò)程加速。在承床較冷部分，含有水的空氣被冷氣流強(qiáng)迫帶到集水區(qū)19。這個(gè)過(guò)程一直繼續(xù)，直到水-空氣分離器132中的水位傳感器130檢測(cè)不出有水流到集水區(qū)為止。當(dāng)然，連續(xù)不斷地鼓入空氣，可使越來(lái)越多的顆粒脫水。在進(jìn)行了一段時(shí)間的鼓風(fēng)過(guò)程以后(如進(jìn)入脫水流程4小時(shí)以后)，也可以通過(guò)換接軟管86和88，以使空氣反向流過(guò)承床18。這樣，熱空氣將從承床的潮濕的底部流向承床頂部的已被脫水的固體物質(zhì)中。在多次試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行過(guò)4至8小時(shí)的脫水流程之后，由水位傳感器44檢測(cè)到的水位將不會(huì)超過(guò)政府規(guī)定的限度，即使放置很長(zhǎng)時(shí)間也是這樣。
檢測(cè)水位的傳感器可以和已被填滿的容器10一起廢棄，但如果需要的話，傳感器44可以隨時(shí)用來(lái)檢驗(yàn)，以確讓含水量是否超過(guò)限度。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是，容器內(nèi)部構(gòu)件成本較低，而且也能實(shí)現(xiàn)快速脫水，以及有效地利用容器內(nèi)部空間。
從前面的說(shuō)明可明顯地看出，本發(fā)明提供了一經(jīng)過(guò)改進(jìn)的，用來(lái)從液體和微粒物組成的漿液，特別是放射性廢物，諸如離子交換樹(shù)脂顆粒中分離液體和脫水的系統(tǒng)(方法和裝置)。盡管已描述了本發(fā)明的最佳實(shí)施例和最佳實(shí)施方案，但在本發(fā)明的范圍以?xún)?nèi)，各種各樣的變化和改進(jìn)，包括本發(fā)明在其他方面的應(yīng)用，將毫無(wú)疑問(wèn)可以被那些在該技術(shù)領(lǐng)域：
中的技術(shù)熟練者們做出。據(jù)此，前面的說(shuō)明可以認(rèn)為是演示性的，而不帶有任何限制的含義。
權(quán)利要求
1.從液體/和固體物質(zhì)顆粒組成的漿液中分離液體的方法。其特征在于其步驟是用所說(shuō)的混合物質(zhì)充填容器。在容器的底部從所說(shuō)的漿液的固體物質(zhì)中分離液體。在所說(shuō)的容器底部收集從固體物質(zhì)中分離出來(lái)的液體。自容器底部排出所收集的液體以從所說(shuō)的漿液中分離掉大量的水。最后在容器中留下一潮濕的固體物質(zhì)塊。使空氣從上到下通過(guò)所說(shuō)的物質(zhì)塊。將粘附于所說(shuō)的顆粒物質(zhì)上的液體帶到所說(shuō)容器的底部。然后，自容器底部將由氣體帶下來(lái)的水排掉。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征在于所說(shuō)的漿液由基本上是球形的微粒構(gòu)成，所說(shuō)的液體是水，而所說(shuō)的氣體是空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的方法，其特征在于包括下列步驟，在容器中檢測(cè)所說(shuō)的顆粒漿液水位和容器中水的水位之差，當(dāng)容器中水的水位比所說(shuō)的需脫水的漿液的水位低一予定深度時(shí)，就用新的漿液重新填充所說(shuō)的容器，由此，所說(shuō)的微粒物質(zhì)就能沉入所述承床，而且容積有效率很高又在水位線以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征又在于用氣體使收集在容器底部的液體霧化并從所說(shuō)的容器中排出所說(shuō)的霧化了的液體和氣體。
5.一個(gè)從液體與固體物質(zhì)顆粒組成的漿液中分離液體的系統(tǒng)，其特征在于包括有一容器，將所說(shuō)的漿液注入容器的裝置，在容器底部從所說(shuō)的固體物質(zhì)中分離液體的裝置，在容器底部收集分離后的液體的裝置，從容器底部排出所收集的水以便讓漿液中的大部分水排出而在容器中的承床上留下一潮濕的固體物質(zhì)塊的裝置，讓氣體從上到下通過(guò)所說(shuō)的微粒物質(zhì)承床使粘附于所說(shuō)的粒子上的水流到所說(shuō)的容器底部的裝置，自容器底部排出由所說(shuō)的氣體帶出的液體的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的系統(tǒng)，其特征在于所說(shuō)的漿液由基本上是球形的微粒物質(zhì)構(gòu)成，所說(shuō)的液體是水，而所說(shuō)的氣體是空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5的系統(tǒng)，其特征在于還包括，在容器中檢測(cè)所說(shuō)的需脫水的微粒漿液的水位與所說(shuō)容器中水的水位之差的檢測(cè)裝置，當(dāng)水的水位比所說(shuō)漿液的水位低于一予定深度時(shí)，向容器中填充新的漿液的裝置，從而使微粒物質(zhì)沉積在所說(shuō)的微粒物質(zhì)承床上又在水位線以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的系統(tǒng)，其特征在于包括在重新填充新的漿液的裝置工作一段時(shí)間后，容器中承床上基本充滿了脫過(guò)水的微粒物質(zhì)時(shí)，啟動(dòng)所述供氣裝置的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8的系統(tǒng)，其特征還在于包括用吹過(guò)所說(shuō)的微粒承床的氣體使收集在容器底部的水霧化的霧化裝置，和從所說(shuō)的容器中排出所說(shuō)的霧化了的氣體和液體的裝置。
10.從由液體和所說(shuō)的微粒物質(zhì)組成的漿液中脫水的設(shè)備，其特征在于它包括帶有一錐形底部的容器，位于所說(shuō)容器底部用來(lái)支撐所說(shuō)的微粒物質(zhì)的承床的裝置，并且該裝置讓液體徑向流到位于所說(shuō)容器的錐底頂點(diǎn)周?chē)囊后w集水區(qū)，一與所說(shuō)的液體集水區(qū)相連，用來(lái)排出收集在集水區(qū)的液體的排放管。
專(zhuān)利摘要
為了從含有微粒物的漿液中分離出液體，本發(fā)明提供了實(shí)現(xiàn)上述目的一裝有這種漿液的容器。該容器底部是錐形的，且是一集水區(qū)，水徑向地流過(guò)一用來(lái)進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)支撐微粒物質(zhì)承床的結(jié)構(gòu)。一排水管沿容器縱向地插入集水區(qū)。排水管側(cè)邊設(shè)置有一水位傳感器。一伸入容器頂部的通道用于把空氣吹過(guò)承床，以使微粒物質(zhì)中的水通過(guò)承床進(jìn)入集水區(qū)。泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，將根據(jù)容器中液位和其中的固體物質(zhì)操作，以使集水區(qū)的液體排出。鼓風(fēng)機(jī)鼓入的空氣流使剩余的游離態(tài)的水排出。
文檔編號(hào)B01D35/00GK87101633SQ87101633
公開(kāi)日1987年10月21日 申請(qǐng)日期1987年2月26日
發(fā)明者約翰·C·霍默爾 申請(qǐng)人:通用信號(hào)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan