放射性废水处理

放射性废水处理技术前言核科学技术的蓬勃发展，方便了人们的生活，带给人们巨大的利益，但也带来了严重的危害，比如“三废”的产生。虽然人们已经使用多种方法来处理“三废”，但“三废”的处理仍然是一世界难题。在不久前的日本福岛核电站事故中，万余吨带有放射性的废水直接注入海洋，造成了海洋的大面积污染，也给人类带来了极大的健康威胁。发展快速、高效的放射性废水处理技术刻不容缓。概念介绍放射性废水分类分级放射性废水分类放射性活度范围第I级弱放废水第II级低放废水第III级中放废水第IV级高放废水概念介绍•浓缩倍数浓缩倍数=V原/V浓缩•去污倍数去污倍数=A原/A处理放射性废水处理技术•化学沉淀法•蒸发浓缩法•离子交换法•吸附法•膜处理法化学沉淀法化学沉淀法是使用沉淀剂，使其与废水中的放射性核素产生沉淀作用，之后将产生的大量污泥，进行浓缩处理，脱水后进行固化，最后埋在地下或排入深海。一般用于对净化程度要求较低的大体积低放废水。大多数沉淀方法去污倍数可达到10，通过添加助凝剂，以及对含有有机物及细菌、藻类多的放射性废水先进行氧化预处理，可达到100或更大的去污倍数。化学沉淀法该方法费用低廉，去除效果良好，对水质变化适应性较强，技术成熟，也可以作为预处理手段同其它方法相结合使用。但是也容易受pH、沉淀剂用量、混合均匀程度等因素的影响，且容易造成二次污染。蒸发浓缩法蒸发浓缩法是通过加热使废水的部分溶剂汽化为蒸汽，通过蒸发器排出，而使放射性物质浓缩在剩余的溶液之中。适用于处理含有较多不易挥发的放射性核素的废水。蒸发浓缩法蒸发浓缩法技术成熟、安全可靠，灵活性大，可以单独使用，也可与其它方法联合使用。最主要的是去污倍数高，用单效蒸发器处理可达104-105，多效蒸发器和带有除雾沫装置的蒸发器可达到106-108。缺点是不适合处理易起泡沫和含有挥发性核素的废水，运行成本较高，还存在着结垢、腐蚀、爆炸等潜在威胁。离子交换法离子交换法是当放射性废水中的放射性离子与离子交换剂中的可交换离子发生互相交换，从而将放射性核素有选择地去除。多用于处理含悬浮物较少、含盐量低的中低水平放射性废水。该方法操作简便，设备简单，去除率高且能有效减少体积。吸附法吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金属离子。其实质是溶液中的物质在某种适宜界面上积累，是液相中的组分向固相转移的过程。吸附法技术相对简单、工艺成熟、适用范围较大。去污倍数高达100-10000，还可以净化高含盐量（大于10g/L）的放射性废水，这是其他处理工艺难以达到的。吸附法吸附法的关键是吸附剂的选择，不同的吸附剂对不同的放射性核素吸附效果不同。常用的吸附剂有活性炭、沸石、高岭土、蛭石、粘土、软锰矿等。。吸附剂去污倍数高岭土4.5～6.2蛭石3.3～4.3软锰矿8.2沸石62～68吸附法目前的研究主要集中在利用化学吸附对吸附剂进行筛选与改进，这些新型吸附材料可分为合成沸石、氧化物/矿物质、碳纳米材料以及生物质材料四大类。膜处理法膜处理法是借助选择性透过的薄膜，以压力差、温度差、电位差等为动力，对放射性液体混合物实现分离。该方法能耗低、设备简单、操作方便，适应性强。目前国内外在放射性废水处理中采用的膜技术主要有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、膜蒸馏(MD)等方法。膜处理法方法膜驱动力用途微滤孔径0.1-10μm对称结构多孔膜压差0.1MPa滤除102-104nm的颗粒超滤5-100nm非对称结构多孔膜压差0.1-1MPa筛分10-103nm的颗粒/相对分子质量103-3×105的大分子纳滤1-10nm非对称结构多孔膜压差0.5-4MPa截留相对分子质量200-1000的溶质反渗透非对称结构多孔膜，复合膜压差1-10MPa小分子质量盐水分离电渗析高密度荷电膜电位差电解质离子分离膜分离特性表目前发展现状1944年开始，为处理美国汉福特核材料生产基地产生的大量的低放废液，修建了很多地上的蓄水池和地下渗沟，有些蓄水池和地下渗沟距离哥伦比亚河仅100米，造成了地下水和环境的污染。从1944年到1979年，216-Z低放废水处理场址共排放低放废水1.55×108m3，其中包含了8.22kg的Pu，将近5000kg的U，总β放射性达到50多居里。美国美国加亚铁氰化镍钠和钛酸钠泥浆混合吸附137Cs和90Sr过混合—澄清沉淀上清液加亚铁氰化镍钠和钛酸钠，吸附剩余的137Cs和90Sr通过超滤器，分离出亚铁氰化镍钠和钛酸钠颗粒无机离子吸附-超滤技术英国英国比较重视放射性废水中长寿命核素的深度去除,开发了SETP工艺、SIXEP工艺、EARP工艺和TPP沉淀工艺。英国SETP主要是处理酸性与碱性放射性废水，将水变中性后将放射性元素超滤得到分离去除。SIXEP主要由酸碱中和预处理单元和选择性无机离子吸附柱组成，对137Cs和90Sr的选择性吸附。英国EARP工艺主要用来去除废水中的锕系元素，通过投加亚铁盐类将锕系元素还原成低价态，再投加碱性物质形成氢氧化物沉淀，从而将废水净化。TPP沉淀法，主要针对Tc，用四酚基磷化溴与Tc形成沉淀的原理，将Tc从废水中除去。俄罗斯苏联早期向北冰洋直接排放低放射性废水,直接处置放射性固体废物容器、放射性废液容器和反应堆芯，到1993年才停止。现在俄罗斯采用“零排放”工艺，低放废水首先被暂存在废液罐内，之后废液经过沉淀、过滤、离子交换多层工艺后得到深度净化，净化后的水重复利用。日本日本低放废水处理程度和排放要求居于世界先进水平。在上世纪70年代，发展了较先进的化学沉淀和蒸发两种处理工艺，之后，日本又在此基础上，开发了化学沉淀-过滤-吸附-蒸发工艺，使得处理后的低放废水的放射性活度浓度进一步降低。中国我国低放废水主要采用两种工艺：蒸发工艺和天然蒸发池工艺。蒸发工艺为三段工艺：即絮凝沉降-蒸发-离子交换，该工艺的特点是废水净化倍数高，处理后的废水β和γ10Bq/L,缺点是能耗高，处理能力低。天然蒸发池处理工艺的优点是处理能力大、能耗低，缺点是天然蒸发池退役困难。法国法国采用共沉淀工艺处理低放废水，其优点是处理力大、能量消耗低。加絮凝剂硫酸钴加硫酸钠加硫酸，排出CO2升pH，沉淀U、Pu使137Cs、134Cs和90Sr沉淀使106Ru-Rh、103Ru、125Sb沉淀形成更大的絮状物，加速分离固液分离，固话车间进行固化，上清液过滤后导入海洋进行稀释加硝酸钡亚铁氰化物总结•扩大新技术的研究，实现工业化规模。如加强膜分离技术机理和膜污染控制技术的研究；加强耐辐射膜材料和膜元件的开发。•优化现有工艺流程，提高净化倍数。如加强高选择性复合吸附剂的研究；加强新型高效蒸发器的研制，加强化学沉淀污泥泥水分离方法的研究。总结•研究多种技术联合使用工艺，达到最佳处理效果。如在离子交换法或膜分离法前进行化学沉淀、吸附和蒸发等处理；将蒸发浓缩法进行并联组合使用。展望传统的放射性废水处理方法的应用已经较为广泛，目前各个国家又致力于发展一些新的方法。•生物处理法•磁分子法•惰性固化法•零价铁渗透反应墙技术生物处理法生物处理法包括植物修复法和微生物法。植物修复是指利用绿色植物本身及其根际的微生物吸附废水中的放射性核素，清除环境中的污染物的一种新的治理技术。不同的植物对不同的放射性核素吸附能力不同。试验结果表明，几乎水体中所有的铀都能富集于植物的根部。适用于植物修复技术的低放核素主要有137Cs，90Sr，3H，238Pu，239Pu，240Pu，241Pu及U的放射性核素。生物处理法微生物治理是用微生物菌体作为生物处理剂，吸附富集回收存在于水溶液中的铀等放射性核素。该方法效率高，成本低，耗能少，而且没有二次污染，可以实现放射性废物的减量化目标，为核素的再生创造有利条件。磁分子法磁分子法是用铁蛋白这一蛋白质为基础，将其改性，利用其特性选择性地结合锶、铯和钴等放射性污染物，再用磁铁将其从溶液中去除，而被结合的金属可以通过反冲洗磁性滤床得到。磁分子法随着铁蛋白研究的深入，有实验发现铁蛋白具有体外储存重金属离子能力，一些金属核如FeS核、CdS核、Mn3O4核、Fe3O4磁性铁核及放射性材料的铀核,已被成功地组装到铁蛋白蛋白壳的纳米空间内。还有研究表明，可以利用铁蛋白这种捕获金属离子及抗逆的特性，构建铁蛋白反应器并用于野外连续监测流动水体被重金属离子污染的程度。惰性固化法惰性固化法是将某些低放射性废液处理成固化体以便安全处置的新方法。利用低温(小于90℃)凝固法来稳定高碱性、低活度的放射性废液，将废液转化为惰性固化体。最终的固化体硬度非常大，性质稳定持久。零价铁渗滤反应墙技术渗滤反应墙（PRB）技术是用于原位去除地下水中污染组分的方法。一般安装在地下蓄水层中，垂直于地下水流方向，当污染的地下水流在自身水力梯度作用下通过反应墙时，污染物与墙体中的反应材料发生物理、化学反应而被去除，从而达到污染修复的目的。它是一种被动式修复技术，很少需要人工维护、费用很低。零价铁渗滤反应墙技术Fe0-PRB技术作为PRB技术的一个重要分支，在许多国家和地下水污染处理的众多方面得到了研究和发展，我国学者也开始研究用零价铁渗滤反应墙技术来修复治理铀尾矿放射性废水。