放射性废水处理的方法

放射性废水处理的方法摘要：介绍了放射性废水的蒸发浓缩处理、化学处理和离子交换吸附处理三种主要处理方法，并简要论述了国内外处理放射性废水状况。关键词：放射性废水、处理水对人类及一切生物的生存活动起着极为重要的作用。然而，目前环境水源可能受到的放射性污染不可忽视。这不仅由于天然放射性分布的不均匀，更因为核能的开发和放射性同位素的利用，使得我们赖以生存的某些水源遭受到令人担忧的污染。由于放射性污染和其他污染相比，难以察觉，很容易被人们忽视，但其造成的危害可比其他环境污染更严重。环境水中的放射性物质，可经过皮肤、消化道等途径进人人体，一部分放射性核素进人生物循环，并经食物链进人人体。放射性核素进人人体后，由于其不断衰变放出射线，使人体内组织失去正常的生理机能并给组织造成损伤，此外放射性辐射还可致癌。一、低放射性废水处理方法概述(一)放射性废水的分类根据放射性活度值的大小，放射性废水可分为以下几类。低放废液：浓度小于或等于3.7×105Bq/L。中放废液：浓度大于3.7×105Bqg/L,小于或等于3.7×109Bg/L。高放废液：浓度大于3.7×109Bg/L。(二)放射性废水的蒸发浓缩处理废水中的大多数放射性核素是不挥发性的，因此可用蒸发浓缩处理废水，使其得到浓缩，原理是：将废水送人蒸发器蒸发，废水中的放射性核素，特别是不挥发性的放射性核素，大都留在残余液中。蒸发法的最大优点之一，就是用它处理废水所达到的去污系数（去污系数是原水的放射性浓度与处理后的水的放射性浓度的比值)一般比其他方法要高。使用单效蒸发器处理只含有不挥发性放射性污染物的废水时，可达到104以上（在许多情况下大于105)的去污系数，而使用多效蒸发器和带有除雾沫装置的蒸发器能达到更高的去污系数(106~108)。蒸发器的类型很多，单效蒸发器有：釜式蒸发器、自然循环蒸发器、强制循环蒸发器、蒸汽压缩蒸发器等；多效蒸发器有：擦膜式蒸发器、降膜式蒸发器、升膜式蒸发器、急骤蒸发器、池内蒸发器、红外线蒸发器等。一般认为蒸汽法效率较高，但动力消耗大，费用也高。为节省蒸汽降低成本，各国在新型高效蒸发器的研制方面进行了大量工作。如压缩蒸汽蒸发器、薄膜蒸发器、脉冲空气蒸发器等都收到显著效果。另外废液进行预处理可以大大减少在蒸发器工作中可能出现的问题，通用的预处理方法是pH值调节和过滤。西德卡尔斯鲁核研究中心用蒸汽压缩式蒸发器，使废水去污系数达到107~108。另外，对抗泡和除垢法也进行了不少研究。(三)放射性废水的化学处理在大多数核子研究和生产设施中都使用化学沉淀的方法处理中低水平放射性废水，这是因为废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物大都是不溶性的，因而能在化学处理中被除去，至少被部分的除去，而在化学絮凝剂或载体投量较大形成大量絮凝沉淀时，去除率就更高。化学处理的目的，是使废水中的放射性核素转移并浓集到小体积的污泥中去，而使大体积的废水剩余很少的放射性，从而能够达到排放标准。化学沉淀处理法的优点是费用低廉，对大多数放射性核素具有良好的去除效果，能够处理那些非放射性成分及其浓度和流量变化相当大的废水，使用的处理设施和技术都有相当成熟的经验。目前，铁盐、铝盐、磷酸盐、苏打一石灰絮凝沉淀等方法广泛应用于放射性废水处理中，大多数絮凝方法通常能达到10的去污系数，某些特殊的化学处理方法能达到10或更大的去污系数。为了促进凝结过程常投加助凝剂，如粘土、活性二氧化硅、高分子电解质等，这些助凝剂在除去单种放射性同位素和混合裂变产物方面的效率很高，一般在pH7~8的范围内应用，形成的污泥易于沉淀和过滤。对于含有有机物及细菌、藻类多的放射性废水，由于不易絮凝沉淀，可先进行氧化预处理，即在废水中先加人氯气、次氯酸钙、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾等进行处理。德国于里希核子研究中心放射医学研究所用过硫酸氢钾，氧化处理放射性治疗过程中产生的放射性污水。放射性废水的化学处理产生大量污泥，需将污泥进行浓缩处理，常用的方法有：重力沉淀、蒸发、过滤、离心和冻结一融化等。英国哈威尔原子能研究所[]用冻结一融化一离心过滤法浓缩污泥，获得了比真空过滤脱水处理时更大的体积浓缩倍数。脱水后的污泥送人沥青或水泥混合罐中进行固化处理，最后将沥青或水泥固化产品安全地埋在地下或排人深海。(四)放射性废水的离子交换吸附处理许多放射性核素在水中呈离子状态，特别是经过化学沉淀处理后的放射性废水，由于除去了悬浮的和胶体的放射性核素，剩下的几乎是呈离子状态的核素，其中大多数是阳离子。放射性核素在水中是微量存在的，因而很适合离子交换处理，并且在没有非放射性离子（少数是阴离子)干扰的情况下，离子交换能够在很长时间内工作而不失效。离子交换法采用离子交换树脂，适用于含盐量较低的废液。当含盐量较高时，用离子交换树脂来处理所花的费用较高。近几十年来，在放射性废水处理的实践过程中，絮凝吸附工艺的应用得到稳定的发展。在放射性废水处理中广泛应用吸附和离子交换工艺。通过选择合适的沉淀化学试剂，去污系数可达到10°，接近蒸馏方法取得的去污系数。目前，吸附工艺在放射性废水处理中也得到很快的发展。该工艺主要利用吸附剂对放射性核素有很高的选择性。该方法具有以下优点。(1)工艺简单，包含很少的几个组成部分，泵/吸附过滤器/放射性控制装置。(2)有可能使去污系数高达100-10000，这是其他放射性废水处理工艺难以达到的。(3)可以净化高含盐量（大于10g/L)的放射性跋水，这也是其他工艺不能达到的。许多处理LRW的现代工艺往往是几种方法的组合工艺，例如：絮凝—离子交换絮凝—电渗析—离子交换蒸馏—离子交换反渗透一选择吸附超滤—反渗透—电渗析选择性吸附剂基本上是无机离子交换剂（含有沸石），用于RW的净化，能获得高去污系数（大约103~104）。天然的吸附剂的吸附性能与其吸附目标核素有很大的关系，一种吸附剂只对一种或几种放射性核素同时有很高的选择性和吸附容量。近年来国内外已将沸石应用于放射性废水处理。沸石是一种天然矿物，在水处理工艺中常用作为吸附剂，但它同时还兼有离子交换剂和过滤剂的作用。沸石与其他无机吸附剂相比，具有较大的吸附能力和净化效果，如去除水中放射性裂变产物的去污系数：高岭土为4.5~6.2，蛭石为3.3~4.3，软锰矿为8.2，而沸石为62~68。沸石的净化能力比其他无机吸附剂高达10倍。二、国内外处理放射性废水状况目前，国外放射性废水的处理方法普遍分为化学沉积、吸附、离子交换，大多先采用混凝沉积法去除水中杂质，然后使用离子交换吸附，活性炭吸附、沸石吸附或其他联用手段去除放射性核素。(1)保加利亚使用A1(OH)3、Ca3(PO4)2作混凝剂，再通过离子交换，Co的去除率可大于99%。(2)R.Harrjula报道在一核电站(LoviisaNPP)废水处理中，采用混凝剂、离子交换剂及吸附剂来去除66C0的去除率为95%~98%。(3)J.Schunk报道在一放射性污水处理中，采用多层选择离子交换-吸附工艺，发现经预处理过的活性炭对54Mn、60Co、58Co有很强的亲和力。(4)俄罗斯库兹涅佐夫等指出，斜发沸石对于放射性物质137C8的选择性比其他的碱元素和碱土元素阳离子高得多。一个柱容积的斜发沸石可以从含24mg/LCa2+、Mg2+的50000柱容积的水中去除99%的137C8。(5)爱达荷国立核反应堆试验站曾采用斜发沸石处理中低放射性的废水，沸石颗粒粒径为1~6mm,用以去除137Cs和90Sr,对于137Cs的净化系数为200，而对于1”Cs还要高一些。国内处理放射性废水的报道有：(1)硼润土、MnO2是Co的良好吸附剂（李楷君）。(2)用磺化聚矾膜超滤(uF)组件与离子交换联合及超滤-反渗透-电渗析两种组合工艺处理低放废水（中科院上海原子核研究所）。(3)通过放射性核素131Ba与稳定性同位素Ba2+共沉淀，Al2(S04)3混凝以及活性炭，砂滤等程序来处理含131Ba的放射性废水（哈尔滨建筑工程学院石广梅）。(4)通过不同材料对稳定同位素与放射性同位素吸附率的比较试验，表明离子交换树脂对两者的去除效果基本一致，用稳定同位素可以代替放射性同位素进行筛选试验。经过静态和动态试验，用稳定同位素筛选出了对一、二价阳离子有较好处理效果的D1树脂和对阴离子有较好处理效果的D2树脂（军事医学科学院卫生学环境医学研究所）。(5)上海放射性三废处理试验站张银生用絮凝沉淀和木屑吸附-多孔过滤-电渗析-离子交换工艺处理放射性废水，经絮凝沉淀和木屑吸附-多孔过滤工艺段净化后，147Pm浓度达到排放标准。电渗析一离子交换段只作为备用工艺段。经离子交换段处理后的排放水浓度，为1.5×102~8.1×102Bq/L,净化系数达到了3个数量级。采用远红外蒸发处理时，原液为7.26×105Bg/L,冷却液为50Bq/L,净化系数可达4个数量级。国内外还对溶剂萃取法、冷冻法、中子燃烧法等进行了探讨和试验研究。利用微生物对放射性同位素的同化作用来净化放射性废水，也引起了人们的兴趣，并进行了研究。参考文献[1]王宝贞.放射性废水处理[M],北京：科学出版社，1979.[2]阪田贞弘（日）.放射性废物处理处置的研究开发[M],北京：中国环境科学出版社，1998.[3]BROWNGN,MARININV.Studiesofsorbent/ion-exchangematerialsfortheremovalofradioactivestrontiumfromLiquidradioactivewasteandhighhardnessgroundwaters[J].WasteManagement,2000,20:545-553.[4]孟文斌，等.低中水平放射性废水的处理，国外医学放射医学与核医学分册，1989(2).[5]刘强.放射性废水非放处理研究[J].电子材料与电子技术，2002,29（1）.[6]葛学贵，太玉明，李大好，等.沸石在环境治理工程中的应用[J],环境科学与技术，2001(6).[7]李楷君.无机离子交换材料在放射性废水处理中的应用[