李雅婕

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

在放射性“三廢”中，放射性廢水所含的放射性總量占原態(tài)放射性廢物總量的比例相當(dāng)大，從根本上講，放射性元素只能靠自然衰變來(lái)降低以至消除其放射性，故其處理方法從根本上說(shuō)無(wú)非是貯存與擴(kuò)散兩種。對(duì)于高水平放射性廢物，一般妥善地貯藏起來(lái)，與環(huán)境隔絕；對(duì)于中低水平的放射性廢物，則用適當(dāng)?shù)姆椒ㄌ幚砗螅瑢⒋蟛糠值姆派湫赞D(zhuǎn)移到小體積的濃縮（壓縮）物中，并加以貯藏，使大體積廢物中剩余的放射性小于最大允許排放濃度后，將其排于環(huán)境中進(jìn)行稀釋、擴(kuò)散。由于放射性物質(zhì)會(huì)污染環(huán)境，因此對(duì)放射性廢物必須進(jìn)行有效的處理和處置，這其中對(duì)于放射性廢水的處理成為放射性廢物處理中一個(gè)重要組成部分，各國(guó)為此開(kāi)展了大量廢水處理技術(shù)研究。放射性核素用任何水處理方法都不能改變其固有的放射性衰變特性，其處理一般遵循兩個(gè)基本原則［1］： （1）將放射性廢水排入水體，通過(guò)稀釋和擴(kuò)散達(dá)到無(wú)害水平，主要適用于極低水平的放射性廢水的處理。（2）將放射性廢水濃縮后，將其濃縮產(chǎn)物與人類的生活環(huán)境長(zhǎng)期隔離，任其自然衰減，對(duì)高中、低水平放射性廢水均適用。目前國(guó)內(nèi)外普遍做法是對(duì)放射性廢水進(jìn)行濃縮處理后貯存或固化處理。

2 傳統(tǒng)的放射性廢水處理技術(shù)

化學(xué)沉淀法是向廢水中投放一定量的化學(xué)絮凝劑，如硫酸鉀鋁、鋁酸鈉、硫酸鐵、氯化鐵等，有時(shí)還需投加助凝劑，如活性二氧化硅、黏土、聚合電解質(zhì)等，使廢水中的膠體物質(zhì)失去穩(wěn)定而凝聚成細(xì)小的可沉淀的顆粒，并能與水中原有的懸浮物結(jié)合為疏松絨粒。該絨粒對(duì)水中的放射性元素具有很強(qiáng)的吸附能力，從而凈化水中的放射性物質(zhì)、膠體和懸浮物［2］。 羅明標(biāo)等［3］的試驗(yàn)研究表明，氫氧化鎂處理劑具有良好的除鈾效果，特別適合于酸溶浸鈾后的地下低放射性含鈾廢水的處理，在一定條件下，能將廢水中的含鈾量降至0.05 mg·L-1以下，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

離子浮選法屬于泡沫分離技術(shù)范疇。方法基于待分離物質(zhì)與捕集劑通過(guò)化學(xué)的、物理的力結(jié)合在一起，在鼓泡塔中被吸附在氣泡表面富集，藉氣泡上升帶出溶液主體，達(dá)到凈化溶液主體和濃縮待分離物質(zhì)的目的。離子浮選法的分離作用主要取決于組分在氣-液界面上的吸附選擇性和程度。所使用的捕集劑的主要成分是表面活性劑和適量起泡劑、絡(luò)合劑和掩蔽劑等。離子浮選法具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、效率高和適應(yīng)性廣的特點(diǎn)。趙寶生，蔡青［4］用離子浮選法處理放射性廢水證明，運(yùn)用離子浮選法處理鈾同位素生產(chǎn)和研究設(shè)施退役過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)清洗劑廢水，不受有機(jī)物的影響，該方法適宜對(duì)成分復(fù)雜的放射性廢水進(jìn)行處理，并可回收鈾。通過(guò)分析影響離子浮選效果的主要因素，獲取了方法的最佳參數(shù)。用該方法處理后的廢水體積可望減少99%而使放射性廢物達(dá)到最少化。

蒸發(fā)處理對(duì)絕大多數(shù)廢水有良好的適應(yīng)性，但它需要在高溫、高放射性條件下操作，能量消耗大，處理含有機(jī)物的廢液時(shí)安全性不佳［5～7］。 生物處理法需要很大的氧化塘面積，耗時(shí)較長(zhǎng)，且效率低［7］?；瘜W(xué)沉淀法在強(qiáng)放射性條件下的固液分離操作困難，又屬間歇式操作，現(xiàn)已經(jīng)很少應(yīng)用［8］。

目前處理低放廢水主要是采用離子交換法，包括有機(jī)離子交換體系和無(wú)機(jī)離子交換體系。在有機(jī)離子交換體系中，由于有機(jī)溶劑和有機(jī)離子交換樹(shù)脂不耐輻射和高溫，在固化中易形成空穴導(dǎo)致廢液的浸出，且分解產(chǎn)物不便于后續(xù)處理等缺點(diǎn)，影響處理效果。而無(wú)機(jī)離子交換材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：耐酸，耐輻照性能好，可用于強(qiáng)放射性條件下的吸附分離；在放射性廢物的最終處置中能耐高溫，與玻璃和水泥有良好的相容性；有良好的選擇性，如雜多酸鹽（磷鉬酸氨）對(duì)Cs＋、聚銻酸對(duì)Sr2＋都有高度選擇吸附性，操作簡(jiǎn)便；天然無(wú)機(jī)離子交換材料價(jià)廉物豐，合成無(wú)機(jī)離子交換材料制備比較容易。所以，無(wú)機(jī)離子交換是放射性廢物處理中較為經(jīng)濟(jì)和適宜的技術(shù)。何佳恒等［9］綜述了用于放射性廢水處理的各種無(wú)機(jī)離子交換材料及其應(yīng)用，包括沸石、復(fù)合離子交換劑、金屬亞鐵氰化物及鐵氰化物、雜多酸鹽、多價(jià)金屬磷酸鹽、多價(jià)金屬（過(guò)渡金屬）的水合氧化物和氫氧化物，以及兩種新型多孔材料—鈦硅酸鹽晶體和原子簇化合物，希望對(duì)我國(guó)新型無(wú)機(jī)離子交換材料的研究有所幫助。 天然沸石有很強(qiáng)的耐核子裂變幅射的能力，對(duì)137CS、90Sr有高選擇性交換功能，各國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了廣泛的用沸石處理和消除放射性污染的研究。美國(guó)加州大學(xué)LOS Almes實(shí)驗(yàn)室將斜發(fā)沸石粉與絮凝劑混合后，用于初級(jí)污水中提取137Cs；愛(ài)達(dá)荷州Arco國(guó)家反應(yīng)堆試驗(yàn)站用裝有粒狀斜發(fā)沸石的鋼筒作為半衰期分別為25年、33年的90Sr和137Cs的離子交換柱，當(dāng)交換達(dá)到筒的容量時(shí)，將筒掩埋；亞利桑那州Bowie所產(chǎn)菱沸石破碎至 840μm×297μm后充填交換柱，可從高放射性廢水中回收90Sr、137Cr，匈牙利用斜發(fā)沸石包藏90Sr處理放射性污物；Daier等人將蛭石、斜發(fā)沸石混在一起能從廢液中除去98%以上的137Cs，204Tl，110As，90Sr和45Ca；日本用富含斜發(fā)、絲光沸石的凝炭巖與少量凝結(jié)劑相結(jié)合，從廢液中除去137Cs。

3 其他放射性廢水處理技術(shù)

膜分離工藝已在國(guó)外核電站放射性廢液處理工藝中得到了較普遍的應(yīng)用，但我國(guó)放射性廢水膜分離工藝尚處于探索階段。隨著膜分離工藝在核工業(yè)領(lǐng)域試驗(yàn)研究和應(yīng)用的不斷深入，膜分離工藝逐漸成為放射性廢水處理可行的替代方法［10~11］。膜分離工藝是一類處理放射性廢水的物理方法，因膜的分子空隙不變，廢液中放射性核素不論以溶解態(tài)、顆粒物、絡(luò)合物或膠體狀態(tài)存在，都能被膜有效去除，膜分離工藝因此也具有穩(wěn)定可靠的性能。膜分離工藝用于處理放射性廢液的主要目標(biāo)是：（1）減少排放到環(huán)境的放射性活度；（2）減少?gòu)U物產(chǎn)生量，延長(zhǎng)就地貯存設(shè)施的使用壽命，減少?gòu)U物處置費(fèi)用；（3）回收硼酸循環(huán)復(fù)用；（4）降低運(yùn)行和維修人員的輻射照射劑量；（5）使在役的放射性廢液處理系統(tǒng)升級(jí)或替換。

牟旭鳳等［12］對(duì)應(yīng)用聚合物輔助無(wú)機(jī)膜處理模擬放射性廢水進(jìn)行了研究，比較了相對(duì)分子質(zhì)量分別為8000、50000和100000的3種聚丙烯酸和截留分子量為1000、3000、8000的無(wú)機(jī)膜對(duì)模擬放射性廢水的處理效果。研究表明聚合物輔助超濾技術(shù)可以有效地去除廢水中的Sr2＋和Co2＋，且當(dāng)采用相對(duì)分子質(zhì)量為100000的聚丙烯酸輔助截留相對(duì)分子質(zhì)量為8000的無(wú)機(jī)膜超濾時(shí)，去除效果最好。白慶中等［13］選擇相對(duì)分子質(zhì)量2000～5000的水溶性聚丙烯酸鈉作為無(wú)機(jī)納濾膜處理主要含90Sr、137Cs、60Co放射性核素的低水平放射性廢水的輔助藥劑，重點(diǎn)考察了非放模擬廢水的pH值及聚丙烯酸鈉投加量對(duì)廢水中鍶、銫、鈷等穩(wěn)定核素截留率及膜通量的影響，并就影響機(jī)理做了初步探討，得到較優(yōu)的試驗(yàn)條件為：pH值7～8，聚丙烯酸鈉體積濃度不低于0.1%。在優(yōu)化的條件下，進(jìn)行實(shí)際放射性廢水的處理試驗(yàn)，結(jié)果表明，聚丙烯酸鈉輔助無(wú)機(jī)納濾膜處理低水平放射性廢水是可行的，對(duì)總β和總γ的凈化率均達(dá)到95%左右，且可得到滿意的膜通量。Cross等人［14］利用鐵絮凝沉淀-超濾法對(duì)清洗液中低濃度Pu、Am的去除進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，所用膜的截留分子量為20000。以去離子水配制的Pu或Am污染溶液作為實(shí)驗(yàn)原水。在250mL原水中加入一定量的三價(jià)鐵離子和（或）無(wú)機(jī)吸附劑，如水合氧化鈦（HTiO）、聚銻酸、二氧化錳等，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至8～10，靜置一段時(shí)間，然后進(jìn)行超濾。結(jié)果表明，在Am污染溶液中加入25mg·L-1三價(jià)鐵離子后獲得很好的去污效果，再加入0.5 mL HTiO后去污系數(shù)達(dá)4120，濾出液中放射性活度約為0.05Bq·L-1。放射性廢水中的放射性物質(zhì)由于其粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于微濾膜的截留粒徑，因此，用微濾直接凈化放射性廢水的效果很差。通過(guò)投加化學(xué)藥劑或顆粒吸附／交換劑，可使水中放射性物質(zhì)成為大分子聚合物或被固定在較大顆粒上，通過(guò)微濾去除。同時(shí)通過(guò)化學(xué)處理可以有選擇地去除水中有害物質(zhì)，降低非選擇性膜分離所產(chǎn)生的二次廢物量。Chalk River Laboratory成功地采用該方法從地下水中去除86Sr。該系統(tǒng)主要采取如下化學(xué)預(yù)處理：（1）投加石灰調(diào)pH，加沸石粉交換吸附，去除大部分重金屬、放射性核素及有機(jī)物；（2）投加天然離子交換-吸附沸石粉，去除放射性核素、殘留重金屬和部分有機(jī)物；（3）投加粉末活性炭，進(jìn)一步凈化、去除有機(jī)物和殘留放射性核素［15］。

4 展望

（1）對(duì)傳統(tǒng)的放射性廢水處理工藝做進(jìn)一步優(yōu)化，根據(jù)不同的對(duì)象可以選擇不同的處理和處置辦法，達(dá)到減量化，資源化，無(wú)害化的目的。

（2）積極開(kāi)發(fā)更多安全、高效的膜分離組合工藝，在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化控制。

［1］ 中國(guó)大百科全書(shū)環(huán)境科學(xué)編委會(huì).中國(guó)大百科全書(shū)·環(huán)境科學(xué)［M］.北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社，2002.67.

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