含鈾廢水處理工藝探討

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【摘要】核燃料和稀土化工生產(chǎn)會產(chǎn)生含鈾放射性廢水，對含鈾廢水需處理至國家排放控制標(biāo)準(zhǔn)后方可排放，目前含鈾廢水的處理方法多樣，本文對廢水除鈾的常用方法進(jìn)行闡述，并就不同廢水處理工藝路線選擇進(jìn)行分析，以供選用時參考。

【關(guān)鍵詞】廢水處理;含鈾廢水;分離工藝

隨著我國對環(huán)境保護(hù)管理要求的不斷提高，排放的工業(yè)廢水對重金屬含量控制日益嚴(yán)格。涉及核燃料化工處理和稀土生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水會含有一定量的放射性鈾，對于此類廢水回收其中的貴金屬鈾和保證排放達(dá)標(biāo)是必須的，選擇經(jīng)濟(jì)高效的處理工藝需要根據(jù)實際情況綜合考慮。

一、含鈾廢水的處理工藝

廢水中的鈾主要有四價和六價兩種價態(tài)，鈾含量高時可以通過加入沉淀劑沉淀出大部分的離子，經(jīng)過沉淀后濃度無法直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此類液體或含量較低時廢液直接通過以下三類方式處理:一是將廢水排進(jìn)水域稀釋或加水稀釋至控制要求排放;二是將廢水直接加熱蒸發(fā)濃縮，減容后濃縮物固化存放，此方式適用于各類廢液尤其是高放射性廢水;三是通過化學(xué)分離將鈾從廢液中分離，廢水鈾含量降低至達(dá)標(biāo)后排放，鈾富集后回收再用。稀釋處理適用于含量極低的低放射性廢水，其他的處理技術(shù)主要根據(jù)應(yīng)用工藝不同分為絮凝沉淀法、吸附法、離子交換法、蒸發(fā)濃縮法、膜分離等。(一)沉淀絮凝法。沉淀絮凝法采用化學(xué)試劑與廢水中的鈾離子發(fā)生共沉淀以降低溶液中的鈾含量，通常使用的沉淀劑有鐵鹽、鋁鹽、磷酸鹽等。聚合沉淀法時加入的絮凝劑在溶液中生成氫氧化物的絮狀沉淀，產(chǎn)生的氫氧根離子與鈾離子生成沉淀，絮狀沉淀對鈾也有很強(qiáng)的吸附作用形成共沉淀。常用的絮凝沉淀劑有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等，聚丙烯酰胺應(yīng)用在沉淀時去除鈾的能力也很大。當(dāng)廢液中加入零價鐵粉時，零價鐵將鈾離子進(jìn)行還原成四價鈾，四價鈾形成沉淀物聚集在鐵粉表面。鐵粉溶解在溶液中的鐵離子在適宜酸堿度下也會形成氫氧化物沉淀，產(chǎn)生與絮凝劑相同的除鈾作用。由于多種作用聯(lián)合零價鐵可將溶液鈾濃度降至很低的水平，尤其在偏酸性環(huán)境下通過攪拌或超聲波充分混合作用時對鈾的去除能力極強(qiáng)。采用沉淀絮凝法時處理過程簡單、費(fèi)用低，對凈化要求不高、體積較大的低放射水平廢水處理比較適用，缺點是產(chǎn)生的絮凝沉淀物體積較大、絮凝后含鈾固渣雜質(zhì)含量高，再次回收難度大。(二)吸附法。吸附處理時選擇對鈾具有特異性的吸附劑，通過廢水與吸附劑充分接觸時吸附劑對鈾離子吸附能力比其他離子能力大，使鈾離子在吸附劑表面聚集濃縮，以降低溶液中的鈾含量達(dá)到凈化廢水的效果。吸附過程就是鈾從液相轉(zhuǎn)移到固相的傳質(zhì)過程，吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附，吸附工藝主要以選擇合適的吸附劑且通過液體流動方式、接觸面積、接觸時間等優(yōu)化優(yōu)化去除鈾的能力。常用的吸附劑有:活性炭、硅膠、二氧化鈦等。活性炭的形狀各樣，不同的原料制成的活性炭吸附能力也差異較大。活性炭對鈾的去除能力高，尤其當(dāng)廢水中有難降解有機(jī)物無法使用其他吸附劑時可采用活性炭處理。采用硅膠吸附回收廢液中鈾的工藝應(yīng)用范圍很廣，工藝成熟可靠，對鈾的吸附專一性好，但是缺點是吸附能力不高、處理時間較長、效率低、有其他污染物尤其是有機(jī)溶劑時容易失效。吸附法受吸附能力影響，適用于廢液鈾含量較低時使用，吸附飽和后再解吸廢液量大、鈾濃度不高、產(chǎn)生二次廢液等缺點，所以整個處理過程耗時費(fèi)試劑。(三)離子交換法。離子交換法以離子樹脂作為固定床，廢液在通過樹脂柱時與樹脂顆粒接觸，樹脂上的可交換離子與鈾離子交換固定，將鈾從廢液中去除。工業(yè)上大量應(yīng)用的是201×7型陰離子交換樹脂，在稀硫酸體系中鈾離子主要與硫酸根形成陰離子的形式，而大多數(shù)金屬離子以陽離子形式存在，通過離子樹脂對陰離子交換達(dá)到處理效果。該法對于鈾的凈化能力高，處理后廢水鈾的去除率也較高。離子交換的缺點是容易受廢水中其他易被交換污染物的影響，廢水中不能含有有機(jī)物、懸浮物、高價金屬離子等，否則樹脂容易中毒失效或交換能力急劇降低，樹脂交換飽和后再生過程時間長，酸堿消耗大，操作過程復(fù)雜。(四)蒸發(fā)濃縮法。蒸發(fā)濃縮法通過加熱使水分汽化蒸發(fā)，冷凝后液體中難揮發(fā)溶質(zhì)極低得到很好的凈化，難揮發(fā)物濃縮在濃縮物中。蒸發(fā)含鈾廢水時，水分不斷汽化成為蒸氣排出后冷凝回收，鈾由于不被蒸發(fā)在溶液中不斷聚集，濃縮后的鈾通過再回收或固化處理減少對環(huán)境的影響。蒸發(fā)濃縮法凈化系數(shù)高、投資小、處理技術(shù)成熟可靠，在高放射性廢水的處理應(yīng)用很多。缺點是處理過程耗能很大，運(yùn)行成本高，處理后的濃縮物需固化處理，蒸發(fā)方式不適合含有易揮發(fā)核素和易起泡沫的廢水，運(yùn)行時需考慮腐蝕、結(jié)垢、易爆物質(zhì)聚集后加熱爆炸等威脅。為了降低運(yùn)行成本，通過研制新型蒸發(fā)器如真空蒸發(fā)器、薄膜蒸發(fā)器等不斷改進(jìn)提高蒸汽利用率是一直研究的方向。(五)乳化液膜分離法。乳化液膜分離法液膜組成是碳?xì)浠衔锶軇⒈砻婊钚詣┖推渌砑觿幚磉^程是在膜的兩側(cè)進(jìn)行萃取與反萃取，在內(nèi)相－膜相－外相三相體系中，被分離組分從外相溶液進(jìn)入膜相，再從膜相轉(zhuǎn)入內(nèi)相，在內(nèi)相中不斷聚集濃縮。乳化液膜工藝簡便、能耗低、設(shè)備簡單、分離效率高，在處理含鈾廢水時有一定應(yīng)用。乳化液膜分離的缺點是分離過程需經(jīng)過制乳、萃取和破乳三個階段，對乳液的穩(wěn)定性和萃取以及破乳技術(shù)要求嚴(yán)格，尤其在膜的穩(wěn)定性方面尚不能滿足大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。(六)反滲透技術(shù)。反滲透作為膜分離技術(shù)中重要的一項，是一種新型分離技術(shù)，借助選擇性透過膜，以壓力差對含鈾放射性廢水進(jìn)行分離，具有無相變、能耗低、操作方便和適應(yīng)性強(qiáng)等特點。反滲透膜孔徑極小可至納米級，在很大的壓力下僅有水分子可以通過分離膜，將其他物質(zhì)如無機(jī)鹽、重金屬、有機(jī)物甚至細(xì)菌病毒分離。在廢水處理過程中，反滲透處理后污染物凈化效果好，凈化后的水雜質(zhì)低可以直接排放或回用。反滲透分離技術(shù)和傳統(tǒng)的濃縮分離方法如蒸發(fā)、萃取、沉淀等相比一次處理可在除鈾的同時去除絕大部分雜質(zhì)脫鹽率高，能耗低、效率高、處理能力大、無污染等特點，是水處理方面應(yīng)用極廣的先進(jìn)技術(shù)，在海水淡化、城市生活廢水處理、純水制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用。(七)生物吸附法。生物吸附時是以利用某些生物體自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成成分特性來吸附溶液中的金屬鈾離子，吸附后再通過分離固液兩相來去除水溶液中的鈾的方法。吸附過程主要涉及到離子交換、表面絡(luò)合、螯合、氧化還原、靜電吸附等作用，通過生物材料的新陳代謝或自身的物理化學(xué)性質(zhì)從廢水中吸附鈾。生物吸附劑的種類很多，菌類、藻類或動植物以及他們的衍生物、改性產(chǎn)品，如殼聚糖、半纖維素、木質(zhì)素、秸稈以及經(jīng)物理化學(xué)方法修飾后生物物質(zhì)都可以作為吸附劑使用。從廢水中去除鈾時生物原料成本低、選擇性好、容量高、成本低、操作簡單是很有發(fā)展前景的方法。缺點是生物吸附劑的再生、回收過程繁瑣，儲存困難，吸附能力有限等，目前仍需不斷探索完善。

二、結(jié)語

在核燃料循環(huán)過程需要處理大量的含鈾廢水，根據(jù)廢水處理情況選擇合適的處理工藝可以在保證廢水處理達(dá)標(biāo)的同時控制運(yùn)行的費(fèi)用。

【參考文獻(xiàn)】

［1］胡鄂明，邵二言，趙靜．含鈾廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］．湖南生態(tài)科學(xué)學(xué)報，2016，3(1):42～48

［2］譚文發(fā)，呂俊文，唐東山．生物技術(shù)處理含鈾廢水的研究進(jìn)展［J］．生物技術(shù)通報，2015，31(3):82～87

［3］李明權(quán)，關(guān)玉蓉．液膜分離技術(shù)處理含鈾廢水［J］．鈾礦冶，2003，22(2):88～94

［4］馮海軍，楊云龍．淺析反滲透技術(shù)在污水回用中的應(yīng)用［J］．山西建筑，2004，30(21):112～113

［5］趙素芬，史夢潔，安小剛，賀彩婷．零價鐵處理含鈾廢水的試驗研究［J］．工業(yè)水處理，2011，31(7):71～73

作者:于曉闖 張 凡 單位:中核北方核燃料元件有限公司