張如金 王 帥 胡永林 劉 龍 羅艷玲 黃德超 朱業(yè)安 黃德娟*

(1.東華理工大學(xué)化學(xué)生物與材料學(xué)院，江西 撫州 344000；2.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013；3.東華理工大學(xué)核技術(shù)應(yīng)用教育部工程研究中心，江西 南昌 330013)

1 研究背景

1.1 放射廢水的危害

鈾是核能的主要來源，但同時(shí)也是最具毒性的重金屬之一。放射性廢水按所含的放射性濃度可分為兩類，一類為高水平放射性廢液，一類為低水平放射性廢水。前者主要是核燃料后處理第一循環(huán)產(chǎn)生的廢液，而后者則產(chǎn)生于核燃料前處理(包括鈾礦開采、水冶、精煉、核燃料制造等過程中產(chǎn)生的含鈾、鐳等的廢水)、核燃料后處理的其他工序，以及原子能發(fā)電站，應(yīng)用放射性同位素的研究機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、工廠等排出的廢水。

1.2 放射廢水的處理

化學(xué)沉淀、離子交換、膜過濾、反滲透和吸附都是一些控制水污染的方法。吸附是最普遍和使用最廣的方法[1]。植物吸附放射性廢水用于治理水體污染屬于植物修復(fù)技術(shù)范疇。

植物修復(fù)技術(shù)是一種以植物忍耐、分解或超量積累某些化學(xué)元素的生理功能為基礎(chǔ)，利用植物及其共存微生物體系來吸附、降解、揮發(fā)和富集環(huán)境中污染物的環(huán)境污染治理技術(shù)[2，3]。植物修復(fù)過程包括低能耗的優(yōu)點(diǎn)，低成本、處理低水平污染物的高效性、金屬可恢復(fù)的，靈活處理性[4]。放射性污染水體的植物修復(fù)技術(shù)，具有投資維護(hù)成本低(僅為傳統(tǒng)物理和化學(xué)方法的30%～50%)、操作簡便、不造成二次污染、處理效果好(去除率可達(dá)99%以上)、對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，并且在處理設(shè)備和規(guī)模上基本沒有限制，這些特點(diǎn)決定了植物修復(fù)技術(shù)適合大面積水污染的修復(fù)治理，從而在水體污染的修復(fù)中受到了廣泛關(guān)注。

用浮萍來處理含鈾等放射性物質(zhì)的廢水，可以清除鈾污染，消除該種廢水帶來的巨大的安全隱患，實(shí)現(xiàn)鈾資源化的植物修復(fù)，同時(shí)可以將富集鈾的生物量燃燒發(fā)電，或者將收獲的高富集量的浮萍進(jìn)一步再提煉回收鈾而得到利用。近年來，我國在該領(lǐng)域也開展了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的基礎(chǔ)性研究工作，如環(huán)境和營養(yǎng)條件對(duì)浮萍生長的影響[5-9]。不僅環(huán)保和簡單易行，而且還可以防止鈾的流失，節(jié)省資源，提高資源能源利用率，實(shí)現(xiàn)鈾工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，發(fā)揮出巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益，從而造福人類。

2 研究方法和過程

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑

表 實(shí)驗(yàn)試劑

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

表 實(shí)驗(yàn)儀器

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用的是紫外-可見分光光度法來測定培養(yǎng)液中的鈾含量，利用U4+和UO22+與偶氮胂Ⅲ能形成有色絡(luò)合物該絡(luò)合產(chǎn)物對(duì)波長為650的光有最大吸收峰值，其吸光程度與鈾含量在一定濃度范圍內(nèi)成正比關(guān)系，即符合比爾定律來進(jìn)行鈾的測定。

2.4 實(shí)驗(yàn)過程

2.4.1 浮萍的預(yù)處理

將采回來的浮萍用自來水沖洗干凈，直至不再有渾濁水流出。然后用蒸餾水漂養(yǎng)，每天換一次水，漂養(yǎng)三天，再用。

2.4.2 營養(yǎng)液

本課題采用的水培液由改進(jìn)的Hoagland's營養(yǎng)液加尾礦液和鈾標(biāo)溶液配制而成。配制營養(yǎng)液時(shí)首先需要配制母液，然后將配制好的母液分別置于各個(gè)容量瓶中。將植物生長所必需的營養(yǎng)素配制成6種母液。配制好的母液使用時(shí)再進(jìn)行稀釋。以配制500ml營養(yǎng)液為例，配制時(shí)先在容器中加入100ml-250ml的水，然后為防止?fàn)I養(yǎng)元素的沉淀，需加入幾滴濃鹽酸。再按表2-4中的加入量逐個(gè)加入各種母液，加水定容到500ml。最后用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH至6.0左右[10-11]。

第一，KCl主要是為植物生長提供氯離子，由于在配制過程中滴加了濃鹽酸，最后還要使用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值，所以可以不用加入；

第二，鐵元素需要單獨(dú)配制為1種母液，可以用NaFeDTPA直接配制。NaFeDTPA 是螯合好的鐵鹽，但是價(jià)格較高，不宜大規(guī)模使用。因此，可使用FeSO4·7H2O和Na2EDTA兩種試劑來代替，配制時(shí)，分別稱取5.57g FeSO4和7.45g Na2EDTA(即乙二胺四乙酸二鈉鹽)，然后將Na2EDTA溶解于約200ml的蒸餾水中，再將FeSO4倒入其中，用玻璃棒不斷進(jìn)行攪拌，使 Fe2 +螯合，再定容到1L。螯合好的Fe2+可以長時(shí)間地存放，而不會(huì)被氧化。

第三，在用母液配制營養(yǎng)液時(shí)，由于一些試劑濃度過高時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀，如Ca(NO3)2和NH4H2PO4反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生CaHPO4沉淀，因此為防止?fàn)I養(yǎng)元素濃度過高而發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，要注意配制時(shí)首先應(yīng)在燒杯中加入足夠多的水，然后再依次加入各種母液。

第四，每加完1種母液之后，為了避免污染其他母液，需要使用蒸餾水將量筒或移液管沖洗干凈后再量取其他母液或者使用多組量筒和移液管。

第五，母液配制過程中，NH4H2PO4可以使用KH2PO4代替；MnSO4·H2O可以使用MnCl2·4H2O代替；ZnSO4·7H2O可以使用ZnCl2代替；H2MoO4可以使用Na2MoO4代替。

2.4.3 鈾標(biāo)曲線的建立

取6個(gè)25mL比色管，分別加入1ml 0、10、20、30、40、50μg鈾的標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入2mL氯乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，搖勻，2mL偶氮胂III，再搖勻加蒸餾水定容至25ml，搖勻。靜置5min后，于分光光度計(jì)上，在波長650nm處，用1cm比色皿，以空白試劑為參比，測其吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 鈾空白中浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

如圖1所示，浮萍吸附在第六天基本達(dá)到飽和，隨后濃度沒有多大變化。

圖1 鈾空白中浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

3.2 蘋果酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖2所示，蘋果酸處理下的浮萍從第六天到第十二天的吸附鈾濃度并沒有明顯變化，第十二天以后濃度出現(xiàn)明顯下降。其中，0.2×10^-5mol/ml的蘋果酸對(duì)浮萍的吸附效果最好。

圖2 蘋果酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

3.3 甲酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖3所示，甲酸處理下的浮萍在第六天吸附鈾接近飽和，其中0.4×10^-5mol/ml甲酸對(duì)浮萍吸附鈾效果最好。

圖3 甲酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

3.4 檸檬酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

圖4可以看出，0.1×10^-5mol/ml檸檬酸對(duì)浮萍吸附鈾的效果最好。五種濃度在第六天都接近吸附飽和，但隨著時(shí)間的推移0.1和0.5×10^-5mol/ml濃度下的檸檬酸在第十二天后出現(xiàn)濃度增加現(xiàn)象。

圖4 檸檬酸處理浮萍吸附鈾濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律

4 討論

通過空白對(duì)照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三種不同酸處理下的浮萍對(duì)鈾濃度的吸附量明顯提高。其中甲酸處理下的浮萍吸附性能最好，尤以0.4×10^-5mol/ml甲酸吸附效果最佳。蘋果酸以0.2×10^-5mol/ml的酸濃度對(duì)浮萍的吸附效果較好，檸檬酸以0.5×10^-5mol/m的酸濃度對(duì)浮萍的吸附效果較好。

在不同濃度的甲酸和檸檬酸處理下的浮萍對(duì)鈾的吸附量在第六天都基本達(dá)到吸附飽和，而蘋果酸在第六天后吸附速率緩慢，在第十二天后也基本達(dá)到吸附飽和。

[1]Sorption of heavy metals from aqueous solution by dehydrated Powders of aquatic plants，Int.J.Environ.Sci.Technol.(2013)10：559.

[2]黃德娟，朱業(yè)安，余月，等.鈾污染環(huán)境治理中的植物修復(fù)研究.鈾礦冶，2012，31(4)：202-206.

[3]黃德娟，朱業(yè)安，劉慶成，等.某鈾礦山環(huán)境土壤重金屬污染評(píng)價(jià).金屬礦山，2013，439(1)：146-150.

[4]C.-L.Lee，1 T.C.Wang，2 C.-H.Hsu，1 A.-A.Chiou Heavy Metal Sorption by Aquatic，PlantsBull.Environ.Contam.Toxicol.(1998)61：497-504.

[5]黃輝，劉杰，趙浩，饒群，等.浮萍放養(yǎng)體系對(duì)污水氮磷的凈化效果.業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26(增刊)：242-245.

[6]種云霄，胡洪營，錢易.無機(jī)氮化合物及pH值對(duì)紫背浮萍生長的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2003，23(4)：417-421.

[7]種云霄，胡洪營，錢易.pH及無機(jī)氮化合物對(duì)小浮萍生長的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2003，24(4)：35-40.

[8]種云霄，胡洪營，錢易.細(xì)脈浮萍和紫背浮萍在污水營養(yǎng)條件下的生長特性[J].環(huán)境科學(xué)，2004，11：59-64.

[9]沈根祥，胡宏，沈東升，等.浮萍凈化氮磷污水生長條件研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(1)：284-287.

[10]PAN Jin-fen，LIN Rong-gen，MA Li.A REVIEW OF HEAVY METAL ADSORPTION BY MARINE ALGAE.Chinese Journal of Oceanology and Linmology Vol.18，No.3，P.260-264，2000.

[11]JihongDong，MinYu，ZhengfuBian，YindiZhao，WeiCheng.The safety study of heavy metal pollution in wheat planted In reclaimed soil of mining areas in Xuzhou，China.Environ EarthSci(2012)66：673-682.