放射性廢水處理

1、放射性廢水處理技術(shù) 前言前言核科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，方便了人們的生活，帶給人們巨大的利益，但也帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，比如“三廢”的產(chǎn)生。雖然人們已經(jīng)使用多種方法來(lái)處理“三廢”，但“三廢”的處理仍然是一世界難題。在不久前的日本福島核電站事故中，萬(wàn)余噸帶有放射性的廢水直接注入海洋，造成了海洋的大面積污染，也給人類帶來(lái)了極大的健康威脅。發(fā)展快速、高效的放射性廢水處理技術(shù)刻不容緩。概念介紹概念介紹 放射性廢水分類分級(jí)分級(jí)放射性廢水分類放射性廢水分類放射性活度范圍放射性活度范圍第第I I級(jí)級(jí)弱放廢水弱放廢水第第IIII級(jí)級(jí)低放廢水低放廢水第第IIIIII級(jí)級(jí)中放廢水中放廢水第第IVIV級(jí)級(jí)高放廢水高放廢水概念

2、介紹概念介紹 濃縮倍數(shù)濃縮倍數(shù)=V原/V濃縮 去污倍數(shù)去污倍數(shù)=A原/A處理放射性廢水處理技術(shù)放射性廢水處理技術(shù) 化學(xué)沉淀法 蒸發(fā)濃縮法 離子交換法 吸附法 膜處理法 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是使用沉淀劑，使其與廢水中的放射性核素產(chǎn)生沉淀作用，之后將產(chǎn)生的大量污泥，進(jìn)行濃縮處理，脫水后進(jìn)行固化，最后埋在地下或排入深海。一般用于對(duì)凈化程度要求較低的大體積低放廢水。大多數(shù)沉淀方法去污倍數(shù)可達(dá)到10，通過(guò)添加助凝劑，以及對(duì)含有有機(jī)物及細(xì)菌、藻類多的放射性廢水先進(jìn)行氧化預(yù)處理，可達(dá)到100或更大的去污倍數(shù)。化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法該方法費(fèi)用低廉，去除效果良好，對(duì)水質(zhì)變化適應(yīng)性較強(qiáng)，技術(shù)成熟，也可以作

3、為預(yù)處理手段同其它方法相結(jié)合使用。但是也容易受pH、沉淀劑用量、混合均勻程度等因素的影響，且容易造成二次污染。蒸發(fā)濃縮法蒸發(fā)濃縮法蒸發(fā)濃縮法是通過(guò)加熱使廢水的部分溶劑汽化為蒸汽，通過(guò)蒸發(fā)器排出，而使放射性物質(zhì)濃縮在剩余的溶液之中。適用于處理含有較多不易揮發(fā)的放射性核素的廢水。蒸發(fā)濃縮法蒸發(fā)濃縮法蒸發(fā)濃縮法技術(shù)成熟、安全可靠，靈活性大，可以單獨(dú)使用，也可與其它方法聯(lián)合使用。最主要的是去污倍數(shù)高，用單效蒸發(fā)器處理可達(dá)104-105，多效蒸發(fā)器和帶有除霧沫裝置的蒸發(fā)器可達(dá)到106-108。缺點(diǎn)是不適合處理易起泡沫和含有揮發(fā)性核素的廢水，運(yùn)行成本較高，還存在著結(jié)垢、腐蝕、爆炸等潛在威脅。離子交換法離子

4、交換法離子交換法是當(dāng)放射性廢水中的放射性離子與離子交換劑中的可交換離子發(fā)生互相交換，從而將放射性核素有選擇地去除。多用于處理含懸浮物較少、含鹽量低的中低水平放射性廢水。該方法操作簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，去除率高且能有效減少體積。吸附法吸附法吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附去除水中重金屬離子。其實(shí)質(zhì)是溶液中的物質(zhì)在某種適宜界面上積累，是液相中的組分向固相轉(zhuǎn)移的過(guò)程。吸附法技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、工藝成熟、適用范圍較大。去污倍數(shù)高達(dá)100-10000，還可以凈化高含鹽量（大于10g/L）的放射性廢水，這是其他處理工藝難以達(dá)到的。吸附法吸附法吸附法的關(guān)鍵是吸附劑的選擇，不同的吸附劑對(duì)不同的放射性核素吸附效果不同。常用的

5、吸附劑有活性炭、沸石、高嶺土、蛭石、粘土、軟錳礦等。吸附劑去污倍數(shù)高嶺土4.54.56.26.2蛭石3.33.34.34.3軟錳礦8.28.2沸石62626868吸附法吸附法目前的研究主要集中在利用化學(xué)吸附對(duì)吸附劑進(jìn)行篩選與改進(jìn)，這些新型吸附材料可分為合成沸石、氧化物/礦物質(zhì)、碳納米材料以及生物質(zhì)材料四大類。膜處理法膜處理法膜處理法是借助選擇性透過(guò)的薄膜，以壓力差、溫度差、電位差等為動(dòng)力，對(duì)放射性液體混合物實(shí)現(xiàn)分離。該方法能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，適應(yīng)性強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)外在放射性廢水處理中采用的膜技術(shù)主要有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、電滲析(ED)、膜蒸餾(MD)等

6、方法。膜處理法膜處理法 方法膜驅(qū)動(dòng)力用途微濾孔徑0.1-10m對(duì)稱結(jié)構(gòu)多孔膜壓差0.1MPa濾除102-104nm的顆粒超濾5-100nm非對(duì)稱結(jié)構(gòu)多孔膜壓差0.1-1MPa納濾1-10nm非對(duì)稱結(jié)構(gòu)多孔膜壓差0.5-4MPa截留相對(duì)分子質(zhì)量200-1000的溶質(zhì)反滲透 非對(duì)稱結(jié)構(gòu)多孔膜，復(fù)合膜壓差1-10MPa小分子質(zhì)量鹽水分離電滲析高密度荷電膜電位差電解質(zhì)離子分離膜分離特性表膜分離特性表目前發(fā)展現(xiàn)狀目前發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)美國(guó)美國(guó)美國(guó)加亞鐵氰化鎳鈉和鈦酸鈉泥漿混合吸附137Cs和90Sr過(guò)混合澄清沉淀上清液加亞鐵氰化鎳鈉和鈦酸鈉，吸附剩余的137Cs和90Sr通過(guò)超濾器，分離出亞鐵氰化鎳鈉和鈦酸鈉

7、顆粒無(wú)機(jī)離子吸附無(wú)機(jī)離子吸附- -超濾超濾技術(shù)技術(shù)英國(guó)英國(guó)英國(guó)比較重視放射性廢水中長(zhǎng)壽命核素的深度去除,開(kāi)發(fā)了SETP工藝、SIXEP工藝、EARP工藝和TPP沉淀工藝。英國(guó)英國(guó)SETP主要是處理酸性與堿性放射性廢水，將水變中性后將放射性元素超濾得到分離去除。SIXEP主要由酸堿中和預(yù)處理單元和選擇性無(wú)機(jī)離子吸附柱組成，對(duì)137Cs和90Sr的選擇性吸附。英國(guó)英國(guó)EARP工藝主要用來(lái)去除廢水中的錒系元素，通過(guò)投加亞鐵鹽類將錒系元素還原成低價(jià)態(tài)，再投加堿性物質(zhì)形成氫氧化物沉淀，從而將廢水凈化。TPP沉淀法，主要針對(duì) Tc，用四酚基磷化溴與Tc形成沉淀的原理，將Tc從廢水中除去。俄羅斯俄羅斯蘇聯(lián)早

8、期向北冰洋直接排放低放射性廢水, 直接處置放射性固體廢物容器、放射性廢液容器和反應(yīng)堆芯，到1993年才停止?，F(xiàn)在俄羅斯采用“零排放”工藝，低放廢水首先被暫存在廢液罐內(nèi)，之后廢液經(jīng)過(guò)沉淀、過(guò)濾、離子交換多層工藝后得到深度凈化，凈化后的水重復(fù)利用。日本日本日本低放廢水處理程度和排放要求居于世界先進(jìn)水平。在上世紀(jì)70年代，發(fā)展了較先進(jìn)的化學(xué)沉淀和蒸發(fā)兩種處理工藝，之后，日本又在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了化學(xué)沉淀-過(guò)濾-吸附-蒸發(fā)工藝，使得處理后的低放廢水的放射性活度濃度進(jìn)一步降低。中國(guó)中國(guó)我國(guó)低放廢水主要采用兩種工藝：蒸發(fā)工藝和天然蒸發(fā)池工藝。蒸發(fā)工藝為三段工藝：即絮凝沉降-蒸發(fā)-離子交換，該工藝的特點(diǎn)是廢水

9、凈化倍數(shù)高，處理后的廢水和10Bq/L, 缺點(diǎn)是能耗高，處理能力低。天然蒸發(fā)池處理工藝的優(yōu)點(diǎn)是處理能力大、能耗低，缺點(diǎn)是天然蒸發(fā)池退役困難。法國(guó)法國(guó)法國(guó)采用共沉淀工藝處理低放廢水，其優(yōu)點(diǎn)是處理力大、能量消耗低。加絮凝劑硫酸鈷加硫酸鈉加硫酸，排出CO2升pH，沉淀 U、Pu 使137Cs、134Cs和90Sr沉淀使106Ru-Rh、103Ru、125Sb沉淀形成更大的絮狀物，加速分離固液分離，固話車間進(jìn)行固化，上清液過(guò)濾后導(dǎo)入海洋進(jìn)行稀釋加硝酸鋇亞鐵氰化物總結(jié)總結(jié) 擴(kuò)大新技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模。如加強(qiáng)膜分離技術(shù)機(jī)理和膜污染控制技術(shù)的研究；加強(qiáng)耐輻射膜材料和膜元件的開(kāi)發(fā)。 優(yōu)化現(xiàn)有工藝流程，提

10、高凈化倍數(shù)。如加強(qiáng)高選擇性復(fù)合吸附劑的研究；加強(qiáng)新型高效蒸發(fā)器的研制，加強(qiáng)化學(xué)沉淀污泥泥水分離方法的研究?？偨Y(jié)總結(jié) 研究多種技術(shù)聯(lián)合使用工藝，達(dá)到最佳處理效果。如在離子交換法或膜分離法前進(jìn)行化學(xué)沉淀、吸附和蒸發(fā)等處理；將蒸發(fā)濃縮法進(jìn)行并聯(lián)組合使用。展望展望傳統(tǒng)的放射性廢水處理方法的應(yīng)用已經(jīng)較為廣泛，目前各個(gè)國(guó)家又致力于發(fā)展一些新的方法。 生物處理法 磁分子法 惰性固化法 零價(jià)鐵滲透反應(yīng)墻技術(shù)生物處理法生物處理法生物處理法包括植物修復(fù)法和微生物法。植物修復(fù)是指利用綠色植物本身及其根際的微生物吸附廢水中的放射性核素，清除環(huán)境中的污染物的一種新的治理技術(shù)。不同的植物對(duì)不同的放射性核素吸附能力不同。試

11、驗(yàn)結(jié)果表明，幾乎水體中所有的鈾都能富集于植物的根部。適用于植物修復(fù)技術(shù)的低放核素主要有137Cs，90Sr，3H，238Pu，239Pu，240Pu，241Pu及U的放射性核素。生物處理法生物處理法微生物治理是用微生物菌體作為生物處理劑，吸附富集回收存在于水溶液中的鈾等放射性核素。該方法效率高，成本低，耗能少，而且沒(méi)有二次污染，可以實(shí)現(xiàn)放射性廢物的減量化目標(biāo)，為核素的再生創(chuàng)造有利條件。磁分子法磁分子法磁分子法是用鐵蛋白這一蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)，將其改性，利用其特性選擇性地結(jié)合鍶、銫和鈷等放射性污染物，再用磁鐵將其從溶液中去除，而被結(jié)合的金屬可以通過(guò)反沖洗磁性濾床得到。磁分子法磁分子法隨著鐵蛋白研究的深

12、入，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵蛋白具有體外儲(chǔ)存重金屬離子能力，一些金屬核如FeS核、CdS核、Mn3O4核、Fe3O4磁性鐵核及放射性材料的鈾核,已被成功地組裝到鐵蛋白蛋白殼的納米空間內(nèi)。還有研究表明，可以利用鐵蛋白這種捕獲金屬離子及抗逆的特性，構(gòu)建鐵蛋白反應(yīng)器并用于野外連續(xù)監(jiān)測(cè)流動(dòng)水體被重金屬離子污染的程度。惰性固化法惰性固化法惰性固化法是將某些低放射性廢液處理成固化體以便安全處置的新方法。利用低溫(小于90)凝固法來(lái)穩(wěn)定高堿性、低活度的放射性廢液，將廢液轉(zhuǎn)化為惰性固化體。最終的固化體硬度非常大，性質(zhì)穩(wěn)定持久。零價(jià)鐵滲濾反應(yīng)墻技術(shù)零價(jià)鐵滲濾反應(yīng)墻技術(shù)滲濾反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)是用于原位去除地下水中污染組分的方法。一般安裝在地下蓄水層中，垂直于地下水流方向，當(dāng)污染的