放射性廢水處理的方法

放射性廢水處理的方法摘要：介紹了放射性廢水的蒸發(fā)濃縮處理、化學(xué)處理和離子交換吸附處理三種主要處理方法，并簡(jiǎn)要論述了國(guó)內(nèi)外處理放射性廢水狀況。關(guān)鍵詞：放射性廢水、處理水對(duì)人類及一切生物的生存活動(dòng)起著極為重要的作用。然而，目前環(huán)境水源可能受到的放射性污染不可忽視。這不僅由于天然放射性分布的不均勻，更因?yàn)楹四艿拈_(kāi)發(fā)和放射性同位素的利用，使得我們賴以生存的某些水源遭受到令人擔(dān)憂的污染。由于放射性污染和其他污染相比，難以察覺(jué)，很容易被人們忽視，但其造成的危害可比其他環(huán)境污染更嚴(yán)重。環(huán)境水中的放射性物質(zhì)，可經(jīng)過(guò)皮膚、消化道等途徑進(jìn)人人體，一部分放射性核素進(jìn)人生物循環(huán)，并經(jīng)食物鏈進(jìn)人人體。放射性核素進(jìn)人人體后，由于其不斷衰變放出射線，使人體內(nèi)組織失去正常的生理機(jī)能并給組織造成損傷，此外放射性輻射還可致癌。一、低放射性廢水處理方法概述(一)放射性廢水的分類根據(jù)放射性活度值的大小，放射性廢水可分為以下幾類。低放廢液：濃度小于或等于3.7×105Bq/L。中放廢液：濃度大于3.7×105Bqg/L,小于或等于3.7×109Bg/L。高放廢液：濃度大于3.7×109Bg/L。(二)放射性廢水的蒸發(fā)濃縮處理廢水中的大多數(shù)放射性核素是不揮發(fā)性的，因此可用蒸發(fā)濃縮處理廢水，使其得到濃縮，原理是：將廢水送人蒸發(fā)器蒸發(fā)，廢水中的放射性核素，特別是不揮發(fā)性的放射性核素，大都留在殘余液中。蒸發(fā)法的最大優(yōu)點(diǎn)之一，就是用它處理廢水所達(dá)到的去污系數(shù)（去污系數(shù)是原水的放射性濃度與處理后的水的放射性濃度的比值)一般比其他方法要高。使用單效蒸發(fā)器處理只含有不揮發(fā)性放射性污染物的廢水時(shí)，可達(dá)到104以上（在許多情況下大于105)的去污系數(shù)，而使用多效蒸發(fā)器和帶有除霧沫裝置的蒸發(fā)器能達(dá)到更高的去污系數(shù)(106~108)。蒸發(fā)器的類型很多，單效蒸發(fā)器有：釜式蒸發(fā)器、自然循環(huán)蒸發(fā)器、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器、蒸汽壓縮蒸發(fā)器等；多效蒸發(fā)器有：擦膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器、升膜式蒸發(fā)器、急驟蒸發(fā)器、池內(nèi)蒸發(fā)器、紅外線蒸發(fā)器等。一般認(rèn)為蒸汽法效率較高，但動(dòng)力消耗大，費(fèi)用也高。為節(jié)省蒸汽降低成本，各國(guó)在新型高效蒸發(fā)器的研制方面進(jìn)行了大量工作。如壓縮蒸汽蒸發(fā)器、薄膜蒸發(fā)器、脈沖空氣蒸發(fā)器等都收到顯著效果。另外廢液進(jìn)行預(yù)處理可以大大減少在蒸發(fā)器工作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，通用的預(yù)處理方法是pH值調(diào)節(jié)和過(guò)濾。西德卡爾斯魯核研究中心用蒸汽壓縮式蒸發(fā)器，使廢水去污系數(shù)達(dá)到107~108。另外，對(duì)抗泡和除垢法也進(jìn)行了不少研究。(三)放射性廢水的化學(xué)處理在大多數(shù)核子研究和生產(chǎn)設(shè)施中都使用化學(xué)沉淀的方法處理中低水平放射性廢水，這是因?yàn)閺U水中放射性核素的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等化合物大都是不溶性的，因而能在化學(xué)處理中被除去，至少被部分的除去，而在化學(xué)絮凝劑或載體投量較大形成大量絮凝沉淀時(shí)，去除率就更高?；瘜W(xué)處理的目的，是使廢水中的放射性核素轉(zhuǎn)移并濃集到小體積的污泥中去，而使大體積的廢水剩余很少的放射性，從而能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)?；瘜W(xué)沉淀處理法的優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低廉，對(duì)大多數(shù)放射性核素具有良好的去除效果，能夠處理那些非放射性成分及其濃度和流量變化相當(dāng)大的廢水，使用的處理設(shè)施和技術(shù)都有相當(dāng)成熟的經(jīng)驗(yàn)。目前，鐵鹽、鋁鹽、磷酸鹽、蘇打一石灰絮凝沉淀等方法廣泛應(yīng)用于放射性廢水處理中，大多數(shù)絮凝方法通常能達(dá)到10的去污系數(shù)，某些特殊的化學(xué)處理方法能達(dá)到10或更大的去污系數(shù)。為了促進(jìn)凝結(jié)過(guò)程常投加助凝劑，如粘土、活性二氧化硅、高分子電解質(zhì)等，這些助凝劑在除去單種放射性同位素和混合裂變產(chǎn)物方面的效率很高，一般在pH7~8的范圍內(nèi)應(yīng)用，形成的污泥易于沉淀和過(guò)濾。對(duì)于含有有機(jī)物及細(xì)菌、藻類多的放射性廢水，由于不易絮凝沉淀，可先進(jìn)行氧化預(yù)處理，即在廢水中先加人氯氣、次氯酸鈣、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等進(jìn)行處理。德國(guó)于里希核子研究中心放射醫(yī)學(xué)研究所用過(guò)硫酸氫鉀，氧化處理放射性治療過(guò)程中產(chǎn)生的放射性污水。放射性廢水的化學(xué)處理產(chǎn)生大量污泥，需將污泥進(jìn)行濃縮處理，常用的方法有：重力沉淀、蒸發(fā)、過(guò)濾、離心和凍結(jié)一融化等。英國(guó)哈威爾原子能研究所[]用凍結(jié)一融化一離心過(guò)濾法濃縮污泥，獲得了比真空過(guò)濾脫水處理時(shí)更大的體積濃縮倍數(shù)。脫水后的污泥送人瀝青或水泥混合罐中進(jìn)行固化處理，最后將瀝青或水泥固化產(chǎn)品安全地埋在地下或排人深海。(四)放射性廢水的離子交換吸附處理許多放射性核素在水中呈離子狀態(tài)，特別是經(jīng)過(guò)化學(xué)沉淀處理后的放射性廢水，由于除去了懸浮的和膠體的放射性核素，剩下的幾乎是呈離子狀態(tài)的核素，其中大多數(shù)是陽(yáng)離子。放射性核素在水中是微量存在的，因而很適合離子交換處理，并且在沒(méi)有非放射性離子（少數(shù)是陰離子)干擾的情況下，離子交換能夠在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)工作而不失效。離子交換法采用離子交換樹(shù)脂，適用于含鹽量較低的廢液。當(dāng)含鹽量較高時(shí)，用離子交換樹(shù)脂來(lái)處理所花的費(fèi)用較高。近幾十年來(lái)，在放射性廢水處理的實(shí)踐過(guò)程中，絮凝吸附工藝的應(yīng)用得到穩(wěn)定的發(fā)展。在放射性廢水處理中廣泛應(yīng)用吸附和離子交換工藝。通過(guò)選擇合適的沉淀化學(xué)試劑，去污系數(shù)可達(dá)到10°，接近蒸餾方法取得的去污系數(shù)。目前，吸附工藝在放射性廢水處理中也得到很快的發(fā)展。該工藝主要利用吸附劑對(duì)放射性核素有很高的選擇性。該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)。(1)工藝簡(jiǎn)單，包含很少的幾個(gè)組成部分，泵/吸附過(guò)濾器/放射性控制裝置。(2)有可能使去污系數(shù)高達(dá)100-10000，這是其他放射性廢水處理工藝難以達(dá)到的。(3)可以凈化高含鹽量（大于10g/L)的放射性跋水，這也是其他工藝不能達(dá)到的。許多處理LRW的現(xiàn)代工藝往往是幾種方法的組合工藝，例如：絮凝—離子交換絮凝—電滲析—離子交換蒸餾—離子交換反滲透一選擇吸附超濾—反滲透—電滲析選擇性吸附劑基本上是無(wú)機(jī)離子交換劑（含有沸石），用于RW的凈化，能獲得高去污系數(shù)（大約103~104）。天然的吸附劑的吸附性能與其吸附目標(biāo)核素有很大的關(guān)系，一種吸附劑只對(duì)一種或幾種放射性核素同時(shí)有很高的選擇性和吸附容量。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已將沸石應(yīng)用于放射性廢水處理。沸石是一種天然礦物，在水處理工藝中常用作為吸附劑，但它同時(shí)還兼有離子交換劑和過(guò)濾劑的作用。沸石與其他無(wú)機(jī)吸附劑相比，具有較大的吸附能力和凈化效果，如去除水中放射性裂變產(chǎn)物的去污系數(shù)：高嶺土為4.5~6.2，蛭石為3.3~4.3，軟錳礦為8.2，而沸石為62~68。沸石的凈化能力比其他無(wú)機(jī)吸附劑高達(dá)10倍。二、國(guó)內(nèi)外處理放射性廢水狀況目前，國(guó)外放射性廢水的處理方法普遍分為化學(xué)沉積、吸附、離子交換，大多先采用混凝沉積法去除水中雜質(zhì)，然后使用離子交換吸附，活性炭吸附、沸石吸附或其他聯(lián)用手段去除放射性核素。(1)保加利亞使用A1(OH)3、Ca3(PO4)2作混凝劑，再通過(guò)離子交換，Co的去除率可大于99%。(2)R.Harrjula報(bào)道在一核電站(LoviisaNPP)廢水處理中，采用混凝劑、離子交換劑及吸附劑來(lái)去除66C0的去除率為95%~98%。(3)J.Schunk報(bào)道在一放射性污水處理中，采用多層選擇離子交換-吸附工藝，發(fā)現(xiàn)經(jīng)預(yù)處理過(guò)的活性炭對(duì)54Mn、60Co、58Co有很強(qiáng)的親和力。(4)俄羅斯庫(kù)茲涅佐夫等指出，斜發(fā)沸石對(duì)于放射性物質(zhì)137C8的選擇性比其他的堿元素和堿土元素陽(yáng)離子高得多。一個(gè)柱容積的斜發(fā)沸石可以從含24mg/LCa2+、Mg2+的50000柱容積的水中去除99%的137C8。(5)愛(ài)達(dá)荷國(guó)立核反應(yīng)堆試驗(yàn)站曾采用斜發(fā)沸石處理中低放射性的廢水，沸石顆粒粒徑為1~6mm,用以去除137Cs和90Sr,對(duì)于137Cs的凈化系數(shù)為200，而對(duì)于1”Cs還要高一些。國(guó)內(nèi)處理放射性廢水的報(bào)道有：(1)硼潤(rùn)土、MnO2是Co的良好吸附劑（李楷君）。(2)用磺化聚礬膜超濾(uF)組件與離子交換聯(lián)合及超濾-反滲透-電滲析兩種組合工藝處理低放廢水（中科院上海原子核研究所）。(3)通過(guò)放射性核素131Ba與穩(wěn)定性同位素Ba2+共沉淀，Al2(S04)3混凝以及活性炭，砂濾等程序來(lái)處理含131Ba的放射性廢水（哈爾濱建筑工程學(xué)院石廣梅）。(4)通過(guò)不同材料對(duì)穩(wěn)定同位素與放射性同位素吸附率的比較試驗(yàn)，表明離子交換樹(shù)脂對(duì)兩者的去除效果基本一致，用穩(wěn)定同位素可以代替放射性同位素進(jìn)行篩選試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，用穩(wěn)定同位素篩選出了對(duì)一、二價(jià)陽(yáng)離子有較好處理效果的D1樹(shù)脂和對(duì)陰離子有較好處理效果的D2樹(shù)脂（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所）。(5)上海放射性三廢處理試驗(yàn)站張銀生用絮凝沉淀和木屑吸附-多孔過(guò)濾-電滲析-離子交換工藝處理放射性廢水，經(jīng)絮凝沉淀和木屑吸附-多孔過(guò)濾工藝段凈化后，147Pm濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。電滲析一離子交換段只作為備用工藝段。經(jīng)離子交換段處理后的排放水濃度，為1.5×102~8.1×102Bq/L,凈化系數(shù)達(dá)到了3個(gè)數(shù)量級(jí)。采用遠(yuǎn)紅外蒸發(fā)處理時(shí)，原液為7.26×105Bg/L,冷卻液為50Bq/L,凈化系數(shù)可達(dá)4個(gè)數(shù)量級(jí)。國(guó)內(nèi)外還對(duì)溶劑萃取法、冷凍法、中子燃燒法等進(jìn)行了探討和試驗(yàn)研究。利用微生物對(duì)放射性同位素的同化作用來(lái)凈化放射性廢水，也引起了人們的興趣，并進(jìn)行了研究。參考文獻(xiàn)[1]王寶貞.放射性廢水處理[M],北京：科學(xué)出版社，1979.[2]阪田貞弘（日）.放射性廢物處理處置的研究開(kāi)發(fā)[M],北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1998.[3]BROWNGN,MARININV.Studiesofsorbent/ion-exchangematerialsfortheremovalofradioactivestrontiumfromLiquidradioactivewasteandhighhardnessgroundwaters[J].WasteManagement,2000,20:545-553.[4]孟文斌，等.低中水平放射性廢水的處理，國(guó)外醫(yī)學(xué)放射醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)分冊(cè)，1989(2).[5]劉強(qiáng).放射性廢水非放處理研究[J].電子材料與電子技術(shù)，2002,29（1）.[6]葛學(xué)貴，太玉明，李大好，等.沸石在環(huán)境治理工程中的應(yīng)用[J],環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2001(6).[7]李楷君.無(wú)機(jī)離子交換材料在放射性廢水處理中的應(yīng)用[