放射性废水处理

核反应术语

放射性废水处理是指为了改变放射性废物的物理和化学状态的操作过程，包括收集、浓缩、固化、贮存以及废物的转运等。

内容简介

核科学技术已广泛应用于工业、农业、医学、军事等多个领域，给人们的生产、生活带来了巨大的便利和利益，同时也对人们的健康、环境的安全和子孙后代的发展产生着重要影响，核安全已成为人们普遍关注的话题，前不久发生的日本福岛核事故又让人们对核安全产生了更多忧虑。核科学技术开发利用过程中会产生大量的放射性废物，放射性废水进入环境后造成水和土壤污染并可能通过多种途径进入人体,对环境和人类造成危害。

因此，世界各国高度重视放射性废水处理技术的发展和应用。放射性废水的主要去除对象是具有放射性的重金属核素，目前常用的处理技术包括化学沉淀法、离子交换法、吸附法、蒸发浓缩、膜分离技术、生物处理法等。

来源危害

我国放射性废水按放射性活度高低分为高、中、低和弱放射性废水，废水来源包括核电站废水、铀矿选冶废水、乏燃料后处理废水以及医院、科研等单位产生的废水。

铀矿选冶产生的废水主要含有的核素包括U、Ra以及微量的Po和210Pb，属于低放射性废水。

核电站废水主要包括主设备和辅助设备排空水、反应堆排放水、第二回路废水、清洗废液、离子交换装置再生废水和专用洗涤水等，主要为中低放射性废水。

乏燃料后处理废水主要包括乏燃料后处理和放射性物质分离制造过程产生的废水等，代表核元素包括137Cs、90Sr及铀、钚、超铀元素等，这两种废水放射性浓度都很高，危险性极大。

医院利用放射性同位素治疗疾病时也会产生废水，放射性物质种类较多，主要核素包括198Au、131I等，属于低放射性废水。

放射性危害有较强的隐蔽性，不易被察觉。当放射性废水进入环境后会造成水和土壤污染，之后放射性核素可通过多种途径进入人体，给环境和人类健康造成威胁，同时会给社会群众精神和心里上带来不安和恐慌，不利于社会的稳定。

处理方法

化学沉淀法

化学沉淀法是将沉淀剂与废水中微量的放射性核素发生共沉淀作用的方法。废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物大都是不溶性的，因而能在处理中被除去。化学处理的目的是使废水中的放射性核素转移并浓集到小体积的污泥中去，而使沉积后的废水剩余很少的放射性，从而能够达到排放标准。

此法优点是费用低廉，对数放射性核素具有良好的去除效果，能够处理那些非放射性成分及其浓度以及流化相当大的废水，使用的处理设施和技术都有相当成熟的经验。

目前，铁盐、铝盐、磷酸盐、苏打等沉淀剂最为常用，为了促进凝结过程，加助凝剂，如粘土、活性二氧化硅、高分子电解质等。对铯、钌、碘等集中难以去除的放射性核素要用特殊的化学沉淀剂例如铯可用亚铁氰化铁、亚铁氰化铜共沉淀去除。有人用不溶性淀粉黄原酸酯处理含金属放射性废水，处理效果较好，适用性宽，放射性脱除率>90%，是一种性能优良的离子交换絮凝剂,在处理废水时因没有残余硫化物存在,因而更适用于对废水处理。

离子交换法

许多放射性核素在水中呈离子状态，特别是经过化学沉淀处理后的放射性废水，由于除去了悬浮的和胶体的放射性核素，剩下的几乎是呈离子状态的核素，其中大多数是阳离子。并且放射性核素在水中是微量存在的，因而很适合离子交换处理，并且在没有非放射性离子干扰的情况下，离子交换能够长时间有效工作。大多数阳离子交换树脂对放射性锶有高的去除能力和大的交换容量；酚醛型阳树脂能有效去除放射性铯，大孔型阳树脂不仅能去除放射性阳离子，还能通过吸附去除以胶体形式存在的锆、铌、钴和以络合物形式存在的钌等。但是，该法存在一个较致命的弱点，当废液中放射性核素或非放射性离子含量较高时，树脂床很快会穿透而失效，而通常处理放射性废水的树脂是不进行再生处理的，所以一旦失效应立即更换。

离子交换法采用离子交换树脂，适用于含盐量较低的废液。当含盐量较高时，用离子交换树脂来处理所花的费用比选择性工艺要高。这主要是低选择性的树脂对放射性核素有很大的关联。在放射性废水净化中，利用电渗析的方法可以增加离子交换工艺的利用效率。

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的一种有效方法。吸附法的关键技术是吸附剂的选择。常用的吸附剂有活性炭、沸石、高岭土、膨润土、黏土等。其中沸石价格低廉，安全易得,与其他无机吸附剂相比,沸石具有较大的吸附能力和较好的净化效果。沸石的净化能力比其他无机吸附剂高达10倍，因而是一种很有竞争力的水处理药剂，它在水处理工艺中常用作吸附剂，并兼有离子交换剂和过滤剂的作用。

活性炭有很强吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，处理水质很难达到回用要求，价格贵，应用受到限制。近年来，逐渐开发出有吸附能力的多种吸附剂材料。有相关研究表明，壳聚糖及其衍生物是重金属离子的良好吸附剂，壳聚糖树脂交联后，可重复使用多次，吸附容量没有明显降低。利用改性的海泡石治理重金属废水对 Co、Ag 有很好的吸附能力，处理后废水中重金属含量显著低于污水综合排放标准。

蒸发浓缩

蒸发浓缩法具有较高的浓缩因子和净化系数，多用于处理中、高水平放射性废水。蒸发法的工作原理是：将放射性废水送入蒸发装置，同时导入加热蒸汽将水蒸发成水蒸气，而放射性核素则留在水中。蒸发过程中形成的凝结水排放或回用，浓缩液则进一步进行固化处理。蒸发浓缩法不适合处理含有挥发性核素和易起泡沫的废水；热能消耗大，运行成本较高；同时在设计和运行时还要考虑腐蚀、结垢、爆炸等潜在威胁。为了提高蒸汽利用率，降低运行成本，各国在新型蒸发器的研制方面一直不遗余力，如在蒸汽压缩式蒸发器、薄膜蒸发器、真空蒸发器等新型蒸发器方面都有显著成效。

膜分离技术

膜技术是处理放射性废水的比较高效、经济、可靠的方法。由于膜分离技术具有出水水质好、物料无相变、低能耗等特点，膜技术受到了积极的研究。

国外所采用的膜技术主要有：微滤、超滤、纳滤、水溶性多聚物-膜过滤、反渗透（RO）、电渗析、膜蒸馏、电化学离子交换、液膜、铁氧体吸附过滤膜分离及阴离子交换纸膜等方法。

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及其根际土著微生物共同作用以清除环境中的污染物的一种新的原位治理技术。

从现有的研究成果看,适用的生物修复技术类型主要有人工湿地技术、根际过滤技术、植物萃取技术、植物固化技术、植物蒸发技术。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。

微生物治理低放射性废水是20世纪60年代开始研究的新工艺，用这种方法去除放射性废水中的铀国内外均有一定研究，但目前多处于试验研究阶段。

随着生物技术的发展和微生物与金属之间相互作用机制的深入研究，人们逐渐认识到利用微生物治理放射性废水污染是一种极有应用前景的方法。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，效率高，成本低，耗能少，而且没有二次污染物，可以实现放射性废物的减量化目标，为核素的再生或地质处置创造有利条件。

磁-分子法

美国电力研究所(EPRI)开发出Mag-Mole-cule法，用于减少锶、铯和钴等放射性废物的产生量。该法以一种称为铁蛋白的蛋白质为基础,将其改性后，利用磁性分子选择性地结合污染物,再用磁铁将其从溶液中去除,然后被结合的金属通过反冲洗磁性滤床得到回收。铁蛋白(Fer-ritin)是普遍存在于生物体内的一种保守性较高的多功能多亚基蛋白,该蛋白具有耐稀酸(pH<2.0)、耐稀碱(pH= 12.0)、耐较高温度(70～ 75℃水温下不变性)等特殊性。随着铁蛋白研究的深入，在体外利用其蛋白壳纳米空间的新功能研究取得了很大进展。体外研究表明铁蛋白具有体外储存重金属离子能力。此外，以前的研究都着重于利用其他重金属离子作为与铁离子竞争的探针来研究铁蛋白储存和释放铁的机制,而最新的研究表明，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。在体外特定的条件下，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。

惰性固化法

美国宾夕法尼亚州立大学和萨凡纳河国家实验室，已开发出一种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。这一新工艺利用低温(< 90℃)凝固法来稳定高碱性、低活度的放射性废液，即将废液转化为惰性固化体。科学家们将最终的固化体称作“ hydroceramic”(一种素烧多孔陶瓷)。他们称，最终的固化体硬度非常大，性质稳定持久，能够将放射性核素固定在其沸石结构中，这种制备过程类似于自然界中岩石的形成过程。

零价铁渗滤反应墙技术

渗滤反应墙(permeable reactive barrier,PRB)是目前在欧美等发达国家新兴起来的用于原位去除污染地下水中污染组分的方法。PRB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。

这是一种被动式修复技术，很少需要人工维护、费用很低。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，在反应机制研究、PRB的结构和安装以及新型活性材料的研究等方面都取得了可喜的成果。我国学者已开始研究以零价铁为代表的活性渗滤墙技术，以用于铀尾矿放射性废水的修复(治理)，目前研究已取得一定效果。

未来发展

（1）对传统的放射性废水处理工艺做进一步优化，根据不同的对象可以选择不同的处理和处置办法，达到减量化，资源化，无害化的目的。

（2）积极开发更多安全、高效的膜分离组合工艺，在运行过程中实现较高程度的自动化控制。

我国的原子能事业从20世纪50年代起步以来，为我国的国防建设做出了巨大的贡献，但放射性废水的处理仍是我国环境保护面临的重大问题之一。随着人类社会发展和能源不断枯竭，未来社会核能作为能源技术将会发挥更加重要的作用。伴随核能利用产生的放射性废水不断增加，放射性废水的处理将会成为未来核能利用必须妥善解决的问题。随着现有技术的不断成熟和提高，一些新技术、新方法的合理利用,未来核能的利用将会更加安全，更加可靠。

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