核工业低浓度含铀废水处理技术

Posted 2023-01-13 放射性

篇首语：五陵年少金市东，银鞍白马渡春风。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了核工业低浓度含铀废水处理技术相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

铀是具有天然放射性的元素，它进入动植物体内后，仍然能发生蜕变放出射线刺激影响动植物体的生长，铀进入人体则危害身体健康，导致感染其他各种疾病。低浓度含铀废水包括含铀的矿山水和后处理工艺工厂的外排废水，其中除放射性元素外还包括重金属。这种废水含铀的质量浓度约为5mg/L[1]，远远高于国家排放标准(0.05mg/L)。酸性废水中的铀一般以六价形式(UO2+2)存在，硫酸铀酰在pH值>3时就开始强烈水解，pH值为5～6时可以沉淀完全，所以在pH值较低的条件下，铀比较容易弥散、迁移[2]。由于排放源的不同，水体中铀的浓度也不尽相同，四价铀容易与无机碳形成稳定的络合物，最终形成沉淀，而六价铀可溶性较好，不容易去除，水体除铀主要指的是去除六价铀及其化合物。

1　低浓度含铀废水传统处理技术

与处理其他废水相似，处理低浓度含铀废水都是尽可能地将含铀物质截流、直接沉淀或浓缩于水中，以达到净化水体的作用。简单可分为化学形态改变法和化学形态不改变法，常见的有吸附法、化学沉淀法、蒸发浓缩法、萃取法、离子交换法等[3]，它们的优缺点如表1。

1.1　吸附法

废水的吸附处理是指让废水与具有吸附性能的固体吸附剂接触，使废水中的有毒有害物质固着在吸附剂表面，从而使废水中有毒有害物质得以除去，这是一种污染物从液相到固相的传质现象。吸附工艺主要以吸附剂为基础，它对放射性核素有很高的选择性，不但可以吸附分子，也可以吸附离子。

1.2　蒸发浓缩法

蒸发浓缩法适用于除碘、氚等极少数元素之外的不具有挥发性的放射性元素，此方法可使放射性元素得到浓缩而留在残留液中。任何浓缩方法都会使杂质同时浓缩，最后返回镀槽造成杂质积累，此部分废液杂质夹带放射性，因此蒸发浓缩所造成的废液杂质都要进行预处理。同时还要考虑结垢、爆炸、抗泡等因素。

1.3　萃取法

废水的萃取处理原理是加入一种与水互不溶解的溶剂，使废水中某些放射性污染物溶入溶剂中，然后分离溶剂与废水，从而将废水中的放射性污染物去除。分离后含有污染物的废水具有较高的放射性，因此萃取法在处理含铀废水中不被常用。1.4　离子交换法

离子交换是使放射性废水通过离子交换剂，使废水中的放射性离子与其他有毒有害离子与交换剂上的离子进行交换，从而达到分离废水中污染物的一种方法。离子交换法不适于处理含有高浓度竞争离子的放射性废水，一般认为常量竞争离子的浓度<1000～1500mg/L的放射性废水适于使用离子交换法处理。

离子交换法采用离子交换树脂，目前由周耀中等[4]研究了用ASC特种水泥固化放射性废离子交换树脂，其工艺简单，与目前的工艺技术水平相适应，不需要特殊的设备可以在目前我国核电站或核设施的水泥固化车间投入运行。

综上所述，各种传统的处理方法均有各自的优势和不足，适用范围亦有所差异(如表1)。

2　低浓度含铀废水处理新技术

2.1　乳化液膜分离法

乳化液膜法是一种较新的分离技术，乳化液膜按分离机理可分为无载体和有载体两种，其过程是在膜的两侧同时进行萃取与反萃取。在内相-膜相-外相体系中，被分离组分从外相溶液进入膜相溶液，再转入内相溶液，在内相中浓集。

用乳化液膜法除去物质的方法大多是形成W/O/W型乳状液膜后进行分离，将废水与膜内相含有特定试剂微小液滴的液膜接触，液膜是由碳氢化合物溶剂、表面活性剂和某些添加剂组成的。

乳化液膜技术基于工艺简单、可再利用渗透液、单级分离效率高等优点，在处理含铀废水中得到了充分的应用。由于萃取法物理化学平衡的限制，铀能逆着浓度梯度迁移，所以萃取效率是溶剂萃取法无法比拟的。Kulkarni[5-6]采用乳化液膜法对铀提取进行了实验研究，以复合组分制成的乳化液膜，可将铀离子浓缩6倍。对于初始浓度为600mg/L的含铀废水，经过两级逆流萃取，使铀离子在萃余液中的含量低于50mg/L。李民权等[1]基于UO2+2在1mol/LHNO3体系中，经过制膜-破乳的过程后，去铀效率达到了95%以上，这一结果在提高铀浓缩物纯度的研究上具有重要的意义。乳化液膜主要缺点是分离时要经过制乳、萃取和破乳三个阶段，对乳液的稳定性和萃取以及破乳技术都有严格的要求，尤其在膜的稳定性方面尚不能满足实际大规模工业化应用。

2.2　改性膨润土处理含铀废水

膨润土是一种以蒙脱石为主的黏土矿物,处理废水的主要机理是吸附作用,分为物理吸附和交换吸附两种。物理吸附由分子间作用力(范德华力)引起,交换吸附则分别由静电力和范德华力作用引起。有机吸附质中的有机大离子与膨润土作用除了有离子交换作用,范德华力也起着相当大的作用[7]。

膨润土改性的方法较多,有酸化法、氧化法、还原法、熔烧法以及氢化法等,其中以酸化法(用硫酸或盐酸处理)较为简单易行。改性膨润土吸附性能好,可以富集、脱除放射性废物。郭天亮等[8]对超铀核素在膨润土的扩散中的研究表明,核素的扩散与膨润土的干密度有关,其表观扩散系数随着干密度的增加而降低。放射性核素Am在膨润土上的吸附强;Np在膨润土上的吸附较强,在还原条件下吸附很强。膨润土中存在水泥添加剂时,Am的分配系数随添加剂含量增大而减小。。

pH值对酸性膨润土处理重金属离子的去除率影响较大,pH值较高时,既有酸性膨润土对其吸附作用和交换作用,又有沉淀作用,去除率较高。如钠基膨润土在pH值为2.0～4.5的条件下吸附、处理含UO3的溶液,钠基膨润土中UO3的含量达5.34%～11.67%[9]。改性膨润土也可除去放射性废液中的放射性同位素及各种核聚变产物,膨润土还可以作核废料的地质储藏库原材料[10]。

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