常见的放射性废水处理工艺 8页

常见的放射性废水处理工艺1、铁凝沉淀-超滤工艺2、化学预处理-微滤工艺3、超滤-纳滤-离子交换工艺4、超滤-反渗透-电渗析工艺5、络合-超滤组合工艺 放射性废水的介绍自1895年伦琴发现X射线和1898年居里发现镭元素以来，核科学技术一直在不断的发展成熟，并深刻的改变着世界。但是，在核科学给人类带来巨大利益的同时，也带来了严重的安全隐患。比如，核能发电，尽管能满足人类对能源的需要，却又引起人们对切尔诺贝利核事故悲剧是否会重演的忧虑。现在，放射性元素在军事、能源、工业、农业、医学以及其他科学研究中的应用已经机器广发。于此同时，在整个开发利用过程中所产生的放射性废气、废液和固态废弃物的数量也越来越多，危害也越来越大，这不能不引起人们更加深切的关注。 在放射性“三废”中，放射性废水所占的比例相当大，因此对放射性废水的处理尤其应当重视。 放射性废水是指核燃料前处理和后处理，原子能发电站，应用放射性同位素的研究、医院、工厂等排出的废水。按废水所含放射性废水浓度分为高水平、中水平与低水平放射性废水。按废水中所含射线种类，还可以分为α、β、γ三类放射性废水。放射性废水的来源及特点在核工业部门、一些科研部门，如核电站反应堆、铀钍的湿法冶金厂、医院、同位素试验堆及生产堆等都会产生放射性废水，表1—1归纳了部分主要的放射性废水的来源。 工厂及设施废水来源废水特征n铀燃料制造工厂天然铀加工过程废水铀开采、加工过程中产生的含微量铀、镭、钍的废水，危害性小浓缩铀加工过程废水废水的放射性活度大，危害大反应堆反应堆冷却水冷却水中的部分杂质受到中子照射产生活化物，半衰期较短，危害性小乏燃料储存水池废水储存水池中的废水一般不含放射性，但当发生燃料元件破损事故时会有大量裂变元素泄漏水池中，造成污染。燃料装卸冲洗废水一般只含有微量放射性物质研究反应堆及其他特殊反应堆废水含有可能产生的不同类型的各种放射性物质   在核电站运行和停运过程中，都会形成放射性活度不同的废水。这些废水的特点是组分复杂、浓度和水量的变化幅度较大，这种变化与核电站反应堆类型、电站的管理水平以及水化学工况等有关。放射性废水因含有放射性元素或裂变产物，会损坏人的身体健康，一旦进入人体，极易在器官内沉积，乃至危害生命，所以要经过严格处理，才能排放。放射性废水的处理方法 放射性废水n具有重金属元素种类多和浓度高、具有放射性、对人和动物危害大的特点。从根本上讲，放射性元素只能靠自然衰变来降低以及消除其放射性。故其处理方法从根本上说，无非是贮存和扩散两种。对于高水平放射性废物，一般妥善的贮藏起来，与环境隔离；对中低水平的放射性废物，则用适当的方法处理后，将大部分的放射性废物转移到小体积的浓缩（压缩）物中，并加以贮藏，而使大体积废物中生育的放射性小于最大允许排放浓度后，将其排于环境中进行稀释、扩散。  放射性废水的主要去除对象是具有放射性的重金属元素，与此相关的处理技术，简单地可分为化学形态改变法和化学形态不变法两类。其中化学形态改变法包括：1、化学沉淀法；2、气浮法；3、生化法。化学形态不变法包括：1、蒸发法；2、离子交换法；3、吸附法；4、膜法。一、化学沉淀法是向废水中投放一定量的化学絮凝剂，如硫酸钾铝、硫酸钠、硫酸铁、氯化铁等，有时还需要投加助凝剂，如活性二氧化硅、黏土、聚合电解质等，使废水中的胶体物质失去稳定而凝聚何曾细小的可沉淀的颗粒，并能于水中原有的悬浮物结合为疏松绒粒。改绒粒对水中的放射性元素具有很强的吸附能力，从而净化水中的放射性物质、胶体和悬浮物。引起放射性元素与某种不溶性沉渣共沉的原因包括了共晶、吸附、胶体化、截留和直接沉淀等多种作用，因此去除效率较高。 化学沉淀法的优点是：方法简便、费用低廉、去除元素种类较广、耐水力和水质冲击负荷较强、技术和设备较成熟。缺点是：产生的污泥需进行浓缩、脱水、固化等处理，否则极易造成二次污染。化学沉淀法适用于水质比较复杂、水量变化较大的低放射性废水，也可在与其他方法联用时作为预处理方法。二、蒸发浓缩法处理放射性废水：除氚、碘等极少数元素之外，废水中的大多数放射性元素都不具有挥发性，因此用蒸发浓缩法处理，能够使这些元素大都留在残余液中而得到浓缩。蒸发法的最大优点之一是去污倍数高。使用单效蒸发器处理只含有不挥发性放射性污染物的废水时，可达到大于10的4次方的去污倍数，而使用多效蒸发器和带有除污膜装置的蒸发器更可高达10的6次方到8次方的去污倍数。此外，蒸发法基本不需要使用其他物质，不会像其他方法因为污染物的转移而产生其他形式的污染物。 尽管蒸发法效率较高，但动力消耗大、费用高，此外，还存在着腐蚀、泡沫、结垢和爆炸的危险。因此，本法较适用于处理总固体浓度大、化学成分变化大、需要高的去污倍数且流量较小的废水，特别是中高放射性水平的废水。n  新型高效蒸发器的研发对于蒸发法的推广利用具有重大意义，为此，许多国家进行了大量工作，如压缩蒸汽蒸发器、薄膜蒸发器、脉冲空气蒸发器等，都具有良好的节能降耗效果。另外，对废液的预处理、抗泡和结垢等问题也进行了不少研究。三、离子交换法处理放射性废水的原理是，当废液通过离子交换剂时，放射性离子交换到离子交换剂上，使废液得到净化。目前，离子交换法已广发应用于核工艺生产工艺及放射性废水处理工艺。 许多放射性元素在水中呈离子状态，其中大多数是阳离子，且放射性元素在水中是微量存在的，因此很适合离子交换出来，并且在无非放射性粒子干扰的情况下，离子交换能够长时间的工作而不失效。 离子交换法的缺点是，对原水水质要求较高；对于处理含高浓度竞争离子的废水，往往需要采用二级离子交换柱，或者在离子交换柱前附加电渗析设备，以去除常量竞争离子；对钌、单价和低原子序数元素的去除比较困难；离子交换剂的再生和处置较困难。除离子交换树脂外，还有用磺化沥青做离子交换剂的，其特点是能在饱和后进行融化-凝固处理，这样有利于放射性废物的最终处置。四、吸附法是用多孔性的固体吸附剂处理放射性废水，使其中所含的一种或数种元素吸附在吸附剂的表面上，从而达到去除的目的。在放射性废液的处理中，常用的吸附剂有活性炭、沸石等。 天然斜发沸石是一种多孔状结构的无机非金属矿物，主要成分为铝硅酸盐。沸石价格低廉，安全易得，处理同类型地放射性废水的费用可比蒸发法节省80%以上，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。 当前，高选择性复合吸附剂的研发是吸附法运用中的热点。所谓“复合”是指离子交换复合物（氰亚铁盐、氢氧化物、磷酸盐等）在母体（多位多孔物质）上的某些方面饱和，所以新材料结合天然母体材料的优点，具有良好的机械性能、高的交换容量以及适宜的选择性。五、离子浮选法n属于泡沫分离技术范畴。该方法基于待分离物质通过化学的、物理的力与捕集剂结合在一起，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面而富集，借泡沫上升带出溶液主体，达到净化溶液主体和浓缩待分离物质的目的。例子浮选法的分离作用，主要取决于其组分在气-液界面上选择性和吸附程度。所使用捕集剂的主要成分是，表面活性剂和适量的起泡剂、络合剂、掩蔽剂等。 离子浮选法具有操作简单、能耗低、效率高和适应性广等特点。它适用于处理铀同位素生产和实验研究设施退役中产生的含有各种洗涤剂和去污剂的放射性废水，尤其是含有有机物的化学清洗剂的废水，以便充分利用该废水易于起泡的特点而达到回收金属离子和处理废水的目的。六、膜处理作为一门新兴学科，正处于不断推广应用的阶段。它有可能成为处理放射性废水的一种高效、经济、可靠的方法。目前所采用的膜处理技术主要有：微滤、超滤、反渗透、电渗析、电化学离子交换、铁氧体吸附过滤膜分离等方法。与传统处理工艺相比，膜技术在处理低放射性废水时，具有出水水质好，浓缩倍数高，运行稳定可靠等诸多优点。 不同的膜技术由于去除机理不同，所适用的水质与现场条件也不尽相同。此外，由于对原水水质要求较高，一般需要预处理，故膜法处理法宜与其他方法联用。比如铁凝沉淀-超滤法，适用于处理含有能与碱生成金属氢氧化物的放射性离子的废水，水溶性多聚物-膜过滤法，适用于处理含有能被水溶性聚合物选择吸附的放射性离子的废水；化学预处理-微滤法，通过预处理可以大大提高微滤处理放射性废水的效果，且运行费用低，设备维护简单。七、超滤—反渗透—电渗析组合工艺处理放射性废水实例某实验室排放出的低浓度放射性废水，废水比放为7.4kBq/L，核素主要90Sr-90Y和137Cs，废水含盐量为800mg/L。静止24小时后，用超滤—反渗透—电渗析组合流程（简称URE流程）处理。上清液放入超滤原水槽，经超滤处理后，渗透液进入中间槽。同时启动反渗透器和电渗析器，反渗透器进一步脱盐和去污，渗透液可直接排放或者流入混床进一步处理。电渗析其浓缩作用。超滤和电渗析处理的俄最终浓缩液留待固化处理。三个单元均采用循环式操作。       处理流程见下图：1．超滤单元　　在URE流程中，UF作为预处理除去大部分有机物和大分子物质，以保证RO的进水要求，提高ED的浓缩效果。2．反渗透单元n　　在URE流程中，RO用作深度净化。试验中对RO在流程中的位置及其他影响因素作了探索。3．电渗析和离子交换单元　　电渗析和离子交换在URE流程中主要分别作为浓缩和后级深度净化。 全流程热试运行中，用β-弱放射性测量装置测定总β，HP-Ge探头S-85多道分析器系统测总γ，每2小时取样测量一次，URE流程的去污效果及用热释光方法测定3H的情况见下表。全流程评价： 1.超滤工艺取代了凝聚沉降，减少了固体废物的处置设备，废水体积减缩比高，运行稳定，操作方便。超滤对废水中有机物去除效果明显，出水浊度低，满足了反渗透的进水要求，改善了下游工艺的净化效果。采用海棉球机械清洗的方法，可适当恢复其通量，清洗时不影响生产，不产生两次废液。      2.反渗透既可除去离子，也可除去复杂的大分子等物质，使净化效果提高。八、活性炭+膜法组合工艺处理放射性废水案例：某反应堆结构材料的腐蚀产物被中子活化，生成Mn54、Mn56、Co60、Fe56Ni63等铁、锰、钴、镍的同位素核素。放射性比活度很高，废水中的EDTA、而柠檬酸等有机物络合成Fe、Mn、Co、Ni，其中Co、Ni主要以二价形式存在，产生络合物形成体。 放射性废水综合利用原理工艺流程说明： 放射性废水首先进入中和调节罐，并同时投入高锰酸钾和氢氧化钠氧化药剂对设备表面进行预处理，氧化核素及其同位素，然后进入沉淀罐投入草酸药剂去除高锰酸根离子及MnO2形成沉淀物，而经过絮凝池通过投入碱性絮凝剂可增加PH值使废水中Fe3+随着生成羟基络合物浓度增大，并借羟基中间体把羟基络合物中的金属连接起来，形成多核络离子，最后聚成无机高聚物氢氧化物Fe(OH)3等形成污泥沉淀物质进入板框压滤机、烘干机、焚烧制成复合原材料．而经过絮凝池絮凝后的水质部分可进入粗过滤器、纤维过滤器除去水中的悬浮物及大分子化合物，最后经过活性炭吸附器对Fe、Mn、Co、Ni有效吸附累积去除率可达99％，并通过膜处理装置除去水中的胶体达到生产循环用水的条件。n九、医院放射性废水超声波清洗净水机：组成、用途：本超声波清洗机是在洗涤时向清洗液中引入超声振动,使清洗液产生空化作用而发生强大的机械力，以使各种器皿上所粘附的放射性同位素及其它污物脱落，并溶解于水而达到清洗的目的。通过超声洗涤产生的放射性同位素废水,以恒定流速通过717＃强碱性阴离子交换树脂净化装置进行交换,可使得90%放射性同位素被截留下来,使废水得到净化后排放,交换饱和的废树脂则另行处置。本机兼有超声波洗涤和净化两方面功能,适用于医院、实验室等放射性沾污的口杯,注射器、吸管、试管以及各种玻璃器皿的清洗及所产生的低放射性废水处理。放射性废水超声清洗净水机规格及性能　　　　　　超声波发生器清洗槽贮水箱型号最大输出功率频率（f）电源定时器控制最长清洗时间位置外形尺寸构造容积（升）用途容积（升）CSF-3B500W21±1千赫220V、50Hz60分钟嵌装于台面450×265×200mm左上角装有排水漏斗，槽底两个泄水阀15供贮存清洗废水，以使废水能恒速流通过净化装置30 控制阀净化装置外形尺寸L×B×H（毫米）整机重量（公斤）形式树脂净化流量n包括直放阀、蓄水阀、排放流量控制阀各1个,进水阀2个卧式回流，密封在铅盒内717#强碱性阴离子树脂控制在1.5升/小时(即20小时净化1贮水箱子蓄水)90O×450×830250　　设计注意事项：　　1）清洗所用水源应符合城市自来水水质标准，硬度也不宜过高，否则应对清洗水进行预处理和软化。　　2）清洗槽水位必须限制在溢流板以下,即总容量为15升。清洗物必须全部淹没于水中。　　3）洗涤时间可按需要预选定,最长为60分钟,工作时控制电流≤3.8安。亦可进行第二次重复清洗。　　4）用排放流量控制阀控制,以恒定流量通过净化器,流量一般不得大于1.5升/小时,流量愈低,净化效果愈高。　　5）较高浓度的放射废液,可直接倾倒入清洗槽左角上的漏斗,开启进水阀冲洗,直接进入净化器。使其较长时间与树脂接触而达到较高的净化效果。　　6）交换装置的废树脂,可按一般放射性固体存放处理或深埋处置。