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核废水处理技术总结
 


2021年4月13日上午,日本政府召开内阁会议,正式决定将东京电力公司福岛第一核电站储存的核废水排入海中。
据分析,首先,日本太平洋沿岸的海域受到影响,特别是福岛县周边的局部水域,之后污水会污染我国的东海。
德国海洋科洋科研机构的计算结果表明,从排放之日起,放射性物质将在57天内扩散到太平洋的大部分地区,3年后美国和加拿大将受到核污染的影响。
核废水处理技术总结。
一、化学沉淀法
化学沉淀法是将沉淀剂与废水中的微量放射性核素共同沉淀的方法。废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物大多是不溶性的,可以在处理过程中去除。化学处理的目的是将废水中的放射性核素转移到小体积的污泥中,使沉积的废水中的剩馀放射性少,达到排放标准。


该方法具有成本低、对数放射性核素去除效果好、能处理非放射性成分及其浓度及流化率较高的废水等优点,所用处理设施及技术经验较为成熟。
目前,铁盐、铝盐、磷酸盐、苏打等沉淀剂是最常用的。为了促进凝结过程,应添加粘土、活性二氧化硅、聚合物电解质等凝聚力难以去除的放射性核素,应使用特殊的化学沉淀剂,如δ,可用亚铁氰化铁、亚铁氰化铜共沉淀去除。有些人用不溶性淀粉黄原酸酯处理含金属的放射性废水,处理效果好,适用性广,放射性去除率>90%,是一种性能优异的离子交换絮凝剂。
二、离子交换法
很多放射性核素在水中处于离子状态,尤其是经过化学沉淀处理的放射性废水,由于去除了悬浮的和铱的放射性核素,其余的几乎都是离子状态的核素,其中大部分都是阳离子。而且放射性核素在水中是微量存在的,因此非常适合离子交换处理,而且在没有非放射性离子干扰的情况下,离子交换可以长期有效地工作。多数阳离子交换树脂具有较高的去除能力和较大的交换能力;酚醛能力;酚醛型阳树脂可以有效地去除放射性锶,大孔型阳树脂不仅可以去除放射性阳离子,而且可以通过吸附去除以胶体形式存在的锆、铌、钴和络合物形式存在的交换能力。但这种方法有一个致命的弱点,当废液中放射性核素或非放射性离子含量较高时,树脂床很快就会穿透失效,而一般处理放射性废水的树脂一旦失效,就不能立即更换。
离子交换法采用离子交换树脂,适用于低盐废液。盐含量高时,用离子交换树脂处理的成本高于选择性工艺。这主要是因为低选择性树脂与放射性核素密切相关。在放射性废水净化中,电渗析可以提高离子交换工艺的利用效率。


三、吸附法
吸附法是利用多孔固体物质吸附去除水中重金属离子的有效方法。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、粘土等。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10倍,是一种极具竞争力的水处理剂,常用于水处理工艺中的吸附剂,兼有离子交换剂和过滤剂。
活性炭吸附能力强,去除率高,但活性炭再生效率低,处理水质难以达到再利用要求,价格高,应用有限。近年来,开发了具有吸附能力的多种吸附剂材料。有关研究表明,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多次重复使用,吸附容量未明显降低。用改性海泡石处理重金属废水对Co、Ag有良好的吸附能力,处理后废水中的重金属含量明显低于污水的综合排放标准。
四、蒸发浓缩
蒸发浓缩法浓缩因子和净化系数高,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,而放射性核素留在水中。蒸发过程中形成的冷凝水排放或回用,浓缩液进一步固化。蒸发浓缩法不适合处理含有挥发性核素和泡沫的废水;热能消耗大,运行成本高;同时,在设计和运行过程中,还应考虑腐蚀、结垢、爆炸等潜在威胁。为了提高蒸汽利用率和降低运行成本,国家在开发新型蒸发器方面一直不遗余力,如蒸汽压缩蒸发器、薄膜蒸发器、真空蒸发器等新型蒸发器。
五、膜分离技术
膜法是处理放射性废水的较为高效、经济、可靠的方法。膜法分离技术以其出水水质好、物料不变、能耗低等特点,得到了积极的研究。
国外采用的膜技术主要有微滤、超滤、纳滤、水溶性聚合物膜过滤、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、阴离子交换纸膜等。


六、生物处理方法
生物学处理方法包括植物修复和微生物修复。植物学修复是指利用绿色植物及其根际土著微生物的共同作用,对环境污染物进行新的原位治理。
根据现有的研究成果,适用的生物修复技术主要有人工湿地、根际过滤、植物提取、植物固化和植物蒸发。实验结果表明,几乎所有的铀都可以在水中丰富到植物的根部。
微生物处理低放射性废水是20世纪60年代开始研究的新技术,用这种方法去除放射性废水中铀的国内外有一定的研究,但目前多处于试验研究阶段。
伴随着生物技术的发展和对微生物与金属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具应用前景的方法。利用微生物菌体作为生物处理剂,吸附铀等放射性核素,如富集回收在水溶液中,效率高,成本低,能耗低,无二次污染物,可实现放射性废物的减量化目标,为其再生或地质处理创造有利条件。
七、磁-分子法
美国电力研究所(EPRI)开发了一种Mag-Mole-cule法,用于减少锶、锶和钴等放射性废物的产生。该方法基于一种叫做铁蛋白的蛋白质。改性后,磁分子选择性地与污染物结合,然后用磁铁从溶液中去除,然后通过反冲洗磁性滤床回收结合的金属。铁蛋白是一种保守性高的多功能多亚基蛋白,具有耐稀酸(pH<2.0)、耐稀碱(pH=12.0)、耐高温(70~75℃水温不变性)等特殊性。随着铁蛋白研究的深入,体外利用蛋白壳纳米空间的新功能研究取得了长足的进展。体外研究表明,铁蛋白具有体外储存重金属离子的能力。此外,以前的研究侧重于利用其他重金属离子作为与铁离子竞争的探针,可以监测和释放一些与铁离子竞争的离子竞争,从而在体外部分离子竞争竞争中释放出的新功能。
八、惰性固化法
宾夕法尼亚州立大学和萨凡纳河国家实验室已经开发出一种新的方法,将一些低放射性废液处理成固化物,以便安全处理。这种新工艺使用低温(<90℃)凝固法来稳定高碱度、低活性的放射性废液,即将其转化为惰性固化物。科学家们称最终固化物为hydroceramic(一种素烧多孔陶瓷)。他们说最终固化物硬度很大,性能稳定持久,可以将放射性核素固定在沸石结构中,类似于自然岩石的形成过程。
零价铁渗滤反应墙技术。
9、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。

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