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會產生含鈾放射性廢水，對含鈾廢水需處理至國家排放控制標準后方可排放，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行闡述，并就不同廢水處理工藝路線選擇進行分析，以供選用時參考。

【關鍵詞】廢水處理;含鈾廢水;分離工藝

隨著我國對環境保護管理要求的不斷提高，排放的工業廢水對重金屬含量控制日益嚴格。涉及核燃料化工處理和稀土生產中產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標是必須的，選擇經濟高效的處理工藝需要根據實際情況綜合考慮。

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，鈾含量高時可以通過加入沉淀劑沉淀出大部分的離子，經過沉淀后濃度無法直接達到排放標準，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;三是通過化學分離將鈾從廢液中分離，廢水鈾含量降低至達標后排放，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，其他的處理技術主要根據應用工藝不同分為絮凝沉淀法、吸附法、離子交換法、蒸發濃縮法、膜分離等。(一)沉淀絮凝法。沉淀絮凝法采用化學試劑與廢水中的鈾離子發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，聚丙烯酰胺應用在沉淀時去除鈾的能力也很大。當廢液中加入零價鐵粉時，零價鐵將鈾離子進行還原成四價鈾，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，產生與絮凝劑相同的除鈾作用。由于多種作用聯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。采用沉淀絮凝法時處理過程簡單、費用低，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，缺點是產生的絮凝沉淀物體積較大、絮凝后含鈾固渣雜質含量高，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到凈化廢水的效果。吸附過程就是鈾從液相轉移到固相的傳質過程，吸附作用分為物理吸附和化學吸附，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、接觸時間等優化優化去除鈾的能力。常用的吸附劑有:活性炭、硅膠、二氧化鈦等?；钚蕴康男螤罡鳂?，不同的原料制成的活性炭吸附能力也差異較大?；钚蕴繉︹櫟娜コ芰Ω撸绕洚攺U水中有難降解有機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、產生二次廢液等缺點，所以整個處理過程耗時費試劑。(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。工業上大量應用的是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，操作過程復雜。(四)蒸發濃縮法。蒸發濃縮法通過加熱使水分汽化蒸發，冷凝后液體中難揮發溶質極低得到很好的凈化，難揮發物濃縮在濃縮物中。蒸發含鈾廢水時，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境的影響。蒸發濃縮法凈化系數高、投資小、處理技術成熟可靠，在高放射性廢水的處理應用很多。缺點是處理過程耗能很大，運行成本高，處理后的濃縮物需固化處理，蒸發方式不適合含有易揮發核素和易起泡沫的廢水，運行時需考慮腐蝕、結垢、易爆物質聚集后加熱爆炸等威脅。為了降低運行成本，通過研制新型蒸發器如真空蒸發器、薄膜蒸發器等不斷改進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氫化合物溶劑、表面活性劑和其他添加劑，處理過程是在膜的兩側進行萃取與反萃取，在內相－膜相－外相三相體系中，被分離組分從外相溶液進入膜相，再從膜相轉入內相，在內相中不斷聚集濃縮。乳化液膜工藝簡便、能耗低、設備簡單、分離效率高，在處理含鈾廢水時有一定應用。乳化液膜分離的缺點是分離過程需經過制乳、萃取和破乳三個階段，對乳液的穩定性和萃取以及破乳技術要求嚴格，尤其在膜的穩定性方面尚不能滿足大規模工業化應用。(六)反滲透技術。反滲透作為膜分離技術中重要的一項，是一種新型分離技術，借助選擇性透過膜，以壓力差對含鈾放射性廢水進行分離，具有無相變、能耗低、操作方便和適應性強等特點。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，將其他物質如無機鹽、重金屬、有機物甚至細菌病毒分離。在廢水處理過程中，反滲透處理后污染物凈化效果好，凈化后的水雜質低可以直接排放或回用。反滲透分離技術和傳統的濃縮分離方法如蒸發、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，是水處理方面應用極廣的先進技術，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結構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性質從廢水中吸附鈾。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、改性產品，如殼聚糖、半纖維素、木質素、秸稈以及經物理化學方法修飾后生物物質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、結語

在核燃料循環過程需要處理大量的含鈾廢水，根據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標的同時控制運行的費用。

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作者:于曉闖 張 凡 單位:中核北方核燃料元件有限公司