可移动式放射性废水处理装置

表 2 CMF 工艺处理含铀、钚、镅混和废水的实验结果
放射性浓度
原水 出水 去除率，％
Ｕ μｇ／Ｌ １．０８×１０３ ４３．９６ ９５．９３
２３９Ｐｕ 放射性活度 Ｂｑ／Ｌ
１．０６×１０３ ０．４３ ９９．９７
２４１Ａｍ 放射性活度 Ｂｑ／Ｌ
８．０９×１０２ ０．３０ ９９．９６
总α Ｂｑ／Ｌ ２．７４×１０３ ３．５２ ９９．８７
进 水 铯 浓 度 （ µg/L） 出 水 铯 浓 度 （ µg/L）
110
1
100 0.8
90
80
0.6
70
进水 0.4
60
出水
50
0.2
1 3 5 7 9 11
运行时间（d）
图 7 反应器进、出水 Cs 浓度
注：吸附剂用量为 0.165 g/L。
5 结论
可移动式放射性废水处理装置组成设备简单，结构紧凑，布局合理，所采用的膜 技术处理低放废水新工艺对含有铀、钚、镅、锶、铯等放射性核素废水的处理具有较 高的去污率及去污系数。该装置的研制成功不仅实现了放射性废水处理装置的小型化、 可移动化，并且具备一机多能的功能，提高了设备的使用率。因而，可移动式放射性 废水处理装置在放射性废水处理领域中具有广阔的应用前景。
ｌｇＤＦ
４．５
４．０
３．５
３．０
２．５
２．０
１．５
１．０
０．５
０பைடு நூலகம்０
５
６
７
８
９
１０
１１
出水ｐＨ值
图 ５ ２３９Ｐｕ 的去污系数 ＤＦ 随出水 ｐＨ 值的变化曲线
4.1.4 含铀、钚、镅混合废水的处理 结合含镅、铀、含废水处理的结果，进行 CMF 工艺处理含铀、钚、镅混合废水的
实验研究，结果见表 2。实验结果表明：[Fe2+]投加量为 35mg/L～60mg/L，出水 pH 值 控制在 9～11，总 a 去除率达 99.87%。
4.1.3 含钚废水处理 含钚废水的处理实验结果表明： 硫酸亚铁的最佳加入量取[Fe2+]=35mg/L～60mg/L；出水 pH 值对 239Pu 废水处理
效果的影响较大（见图 5），原水浓度为 1.06×103 Bq/L：出水 pH<6 时 239Pu 的去除效果 较差、去污系数 DF<100，pH>6 时去污系数 DF>100，出水 pH=6.5～9.0 时 239Pu 的去 污系数 DF 均大于 1000。从实验结果看，控制出水 pH=6.3～10.5，出水中 239Pu 的浓度 均在 0.1Bq/L～0.8Bq/L 之间。
图 ４ 去离子水体系中铀去除率隨出水 ｐＨ 值的变化曲线
100 90
[ F e2+]=20mg/L [ F e2+]=40mg/L [ F e2+]=60mg/L [ F e2+]=80mg/L
?铀 ?去除? ?率, ,%%
80
70
60
50
5
6
7
8
9
10
出X 水A x i sp HT i t l值e
全国核技术及应用研究学术研讨会院青年科协专题分会场
可移动式放射性废水处理装置
邓玥 赵军 张东 刘学军
（中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳，621900）
摘 要：本文介绍了国内首创的可移动式放射性废水处理装置的主体结构，包括 主工艺系统、辅助工艺系统以及装置的布局；阐述了该装置处理低放射性废水的典型 工艺；分析了该装置处理含有铀、镅、钚、锶、铯等放射性核素废水的实验结果。实 验表明，该装置及其特定的膜技术处理工艺，在放射性废水的处理上，取得了良好的 效果，具有较高的去污率及去污系数；可为国内低放废水的处理及该类型设备的研制 提供借鉴。
b) 化学沉淀－微滤工艺：含锶废水采用此工艺处理，其工艺流程为：废水经进水 泵→投加 SrNO3、Na2CO3、FeCl3 于氧化沉淀槽预沉降→投加 FeCl3 于膜分离反应器(MR1) →膜分离反应器(MR2)→出水；
c)无机离子交换吸附- 微滤膜工艺：含铯废水处理采用此工艺，其工艺流程为：废 水经进水泵→氧化沉淀槽→膜分离反应器（ＭＲ１）→投加无机吸附剂K2Zn3[Fe(CN)6]2、膜 分离反应器（ＭＲ２）→出水。
表 1 CMF 流程处理含镅废水去污效果
序号 1
原始废水
pH 值 6.8
241Am 浓度 Bq/L
8.09×102
处理后废水
pH 值 12.0
241Am 浓度 Bq/L 0.33
去除率 99.959%
去污系数 DF
2.45×103
2
6.8
8.09×102
10.0
= 0.49*
= 99.939%
= 1.65×103
1 技术指标
可移动式放射性废水处理装置可对放射性总活度小于 4×104 Bq·L-1、总固体含量小
于 10 mg·L-1 的含铀、钚、镅低放废水及含裂片核素锶、铯低放废水进行处理，主要技
术指标如下：
处理量：
=100m3·次
处理能力：
500L·h -1
浓缩倍数：
铀、钚、镅废水 723
锶废水 480
铯废水=539
60
250
200 45
150 30
100
15
出水
50
DF
0
0
0
3
6
9
运行时间（d）
图 6 锶元素的去除效果
4.3 铯废水处理
依据铯无机吸附剂研究结果[2，3]，选用亚铁氰化锌钾作为该工艺中的吸附剂，进行 含铯废水处理实验研究。实验结果（见图 7）表明：原水 Cs 浓度为 100 µg/L 左右，进 水的 pH 为 7.40～7.92 时，出水的 pH 为 7.89～8.29，吸附剂用量越小，浓缩倍数越大， 去污因子越小，吸附剂用量分别为 0.33 g/L、0.165 g/L、0.083 g/L 时，浓缩倍数分别为 539、1218、2306，去污因子分别为 182.4、128.8、77.2。吸附剂用量的选取需根据热 实验结果及出水 Cs 浓度的控制要求来确定。
4.1.2 含铀废水处理 含铀废水的处理实验结果表明： 硫酸亚铁的最佳加入量为[Fe2+]=35mg/L～70mg/L ；CMF 工艺对放射性核素铀具
有较高的去除率，但 pH 值及废水的体系对铀的去除率有较大的影响，pH 值太高或太 低都不利于铀的清除，自来水体系与去离子水体系的实验结果差别较大，在原水浓度 为 2.15×103µg/L 条件下：去离子水体系中，pH=6～6.5 时铀去除效果最佳（见图 4）， 铀去除率较稳定地保持在 98%以上，最高达 99.7％；而在自来水体系中，自来水中的 共存离子对含铀废水处理效果的影响较大，pH 大于 9 以后去除率稳定于最大值 95%左 右。
3 装置结构
3.1 装置组成
装置由主工艺系统和辅助系统组成，各系统主要设备有： a) 主工艺系统：主要由氧化沉淀槽、两级膜反应器(MR1 和 MR2)、离子交换柱、 两台并联的清水箱、扬液器（泥浆收集贮存容器）、进水泵、试剂槽、试剂投加泵、排 放水泵和控制系统等构成； b) 辅助系统：主要有运载车辆、通排风及废气净化系统、取样、样品预处理及制
样间、样品测量间、洗手盆、上水系统和供电系统等。 3.2 装置布局
为了实现放射性废水处理系统的可移动性、槽式排放、净污分离和操作安全性， 将废水处理系统的所有设备集成于两辆卡车箱体：一台车为主设备车；另外一台为辅 助设备车。
主设备车用于固定废水处理系统主工艺系统中关键设备，包括前面所述的氧化沉 淀槽，反应室 MR1，反应室 MR2，扬液器，离子交换柱等。为了防止有放射性的气体 排放，在主设备车辆上设计了密封室完成对主工艺设备气体的防护，密封室漏率不大 于 200PaL/s，并能承受 100Pa 负压，同时将车辆分割为加药室、过滤器室与制样间， 完成车辆各个工作区间的分离。其各个空间及主要设备的分布如下图 2：
处理后废水指标：
总 a 放射性=1Bq·L-1，总 ß放射性=10Bq·L-1
系统功率：
9434W
2 主体工艺
可移动式放射性废水处理装置采用的是膜技术处理低放废水新工艺，其主体工艺 为预氧化沉淀、混凝、微滤工艺，如废水处理不能满足排放要求，需经离子交换柱（阴、 阳离子交换树脂混合柱）进一步处理，主体工艺流程如图 1 所示。
原始废水 241Am 浓度=1.19×0 4Bq/L 时，[Fe2+]投加量为 30ppm，处理后废水中的 241Am 浓度小于最大允许排放浓度（1Bq/L）；出水 pH 值在 7.8～13.5 时，对去污效果无显著 影响；能稳定地保持较高的去污能力，去污率均大于 99.9％。241Am 废水处理试验结果 见表 1。
7
6.8
1.26×103
13.0
= 0.34*
= 99.974% = 99.973%
= 3.83×103 = 3.71×103
*为仪器探测下限。
在实验室研究的基础上，建立了处理能力为 0.5m3/h 的 CMF 工艺含镅废水处理系 统固定装置并投入运行，共计处理 241Am废水 63m3。处理出水总 a 在 0.17Bq/L～0.82Bq/L 之间，平均总 a 比活度为 0.41Bq/L。
HNO3 KMnO4 NaOH 空气 FeSO4 /FeCl3 空气
原水 SrNO3 Na2CO3 FeCl3
氧化沉淀
MR1
K2Zn3[Fe(CN)6]2 空气
出水
离子交换柱
MR2
图 １ 主体工艺流程示意图
该废水处理系统共包含以下三种组合工艺，运行中根据废水中放射性核素的种类
及活度，在 PLC 控制下，采用不同的运行方式，控制添加试剂的种类和配比，实现了 同一套装置处理含不同放射性核素废水的功能。
3
6.8
1.26×103
7.8
= 0.45*
4
6.8
1.19×104
13.5
= 0.25*
= 99.964% = 99.998%
= 2.81×103 = 4.76×104
5
6.8
1.26×103
11.0
= 0.34*
= 99.973%
= 3.71×103
6
6.8
1.26×103
12.5
= 0.33*
为处理某核设施退役过程中产生的含浓缩铀废水，采用 CMF 工艺含镅废水处理 系统固定装置＋阴离子交换柱组合工艺：原始废水? 絮凝、微滤? 离子交换? 出水， 处理铀质量浓度为 4.29×103µg/L 的废水，出水含浓缩铀量均能低于 0.38µg/L(1Bq/L)的 直接排放标准,去污因子高达 104 以上，适合于含浓缩铀废水的处理，具有极优的适用 价值。
a) 絮凝沉淀并结合中空纤维膜微滤一体化处理工艺(CMF 工艺)：铀、钚、镅废水 处理采用此工艺。其工艺流程为：废水经进水泵? 投加 HNO3 调节 pH 值为 2～4 和 20ppm 的 KMnO4 于氧化沉淀槽反应 6min 后、投加 NaOH? 投加 FeSO4于膜分离反应器(MR1)? 膜分离反应器(MR2)? 出水。出水 pH 值由 NaOH 及 FeSO4 投加量控制；
图 ２ 主设备车平面布置图
辅助设备车用于安装清水箱、在线γ仪、出水泵等设备以及工作人员的控制场所， 车厢分隔为两部分：一部分为控制室，另外一部分为清水间。其各个空间及主要设备 的分布如下图 3：
图 ３ 辅助设备车平面布置图
4 放射性废水处理效果
4.1 铀、钚、镅废水处理
4.1.1 含镅废水处理 实验结果表明：
关键词：放射性废水；处理装置；可移动 随着我国核工业系统核设施退役工作的展开，以及核技术的广泛应用，开发小型 化可移动式放射性废水处理装置尤显必要和紧迫：可移动式放射性废水处理装置[1]不仅 可用于处理核设施退役过程中产生的放射性废水，从而省去对关停多年、已污染的、 老化陈旧、庞大的废水处理设施及废水管网的恢复和改造，也可解决废水处理设施本 身退役中产生的放射性废水的处理问题，同时还可对在役核设施运行、科研、生产及 核武器研制生产中产生的放射性废水进行净化处理；另外，也可用于核应急处理和按 需求到各个废液产生单位执行净化业务，可减少企业的固定投资。 近几年来，我所积极致力于放射性废水处理新型技术及设备的研发。在我所开发 的絮凝沉淀并结合中空纤维膜微滤一体化处理工艺（简称 CMF 工艺）及已建立的 CMF 工艺含镅废水处理系统固定装置基础上，结合 相继开展的 膜分离技术处理含裂变核素 废水的实验研究结果，成功完成了可移动式放射性废水处理装置的研制，实现放射性 废水处理装置的可移动性、集成化、处理放射性废水的多样性和高效性，该装置属国 内首创。
4.2 锶废水处理
实验结果（见图 6）表明：在原水锶元素浓度约为 5 mg/L，Na2CO3 投加量为 1000 mg/L，FeCl3 在氧化沉淀槽和膜反应器中投加量分别为 20mg/L 及 10mg/L 时，出水锶 元素的平均浓度为 34.4 µg/L，平均 DF 为 157。
锶元素浓度（ ug/L） DF