环境工程第四章放射性废水处理

放射性废水的处理技术---膜分离
应用案例及研究实例
Kwang-Ho Choo在不同的pH水平、初始Co浓度、 背景离子浓度下研究纳滤膜对模拟放射性废液中Co的去 除选择性；深入研究了目标化合物（钴）和多种组分化学 平衡的关系。其中，使用纳滤膜NTR7250，运行压力为 4.9 bar，流速为1.0 m/s时，对不同进水Co浓度和ph值的 结果较好。 MARK D. NEVlLLE等人在比利时的Doel PWR核电 站建立了电化学离子交换法( EIX)工艺处理低放废水的中 试规模的处理车间。该系统连续运行了两年，处理经过常 规铁絮凝吸附过滤工艺处理的含Cs、Co及U的放射性活度 约为50Bq/mL的低放废水。出水放射性活度降至 0.02Bq/mL，去污效率大于99.9%，去污系数为2 500。 EIX利用置于聚合有机滤膜内的离子交换树脂，将电渗析 与离子交换相结合，具有去污率高，膜污染低,常压运行， 进水适应性强等优点。
放射性污染的特点
放射性废物在处理方面与普通的工业废 物的一个根本区别，在于工业废物的一些 化学毒物(如酚、氰、有机磷等)能够用物理、 化学或者生物学的处理方法将其分解破坏， 而放射性核素用这些方法却不能被破坏， 丝毫不能改变其衰变辐射的固有特性，只 能靠其自然衰变来降低以至消失其放射性。 因此，放射性废物的处理，从根本上说无 非是贮存与扩散两种方式。
放射性物质的危害
• 放射性物质对人体的健康危害是很大的，放射性元素通过 自身的衰变而放射出α 、β粒子和γ 量子（通称为α 、β和 γ 射线）。 • 这些元素可以由多种途径进入人体，它们发出的射线会破 坏机体内的大分子结构，甚至直接破坏细胞和组织结构， 给人体造成损伤。高强度射线会灼伤皮肤，引发白血病和 各种癌症，破坏人的生殖机能，严重的能在短期内致死。 少量累积照射会引起慢性放射病，使造血器官、心血管系 统、内分泌系统和神经系统等受到损害，发病过程往往延 续几十年。此外放射性辐射还有致畸、致突变作用，在妊 娠期间受到照射极易使胚胎死亡或形成畸胎。
第四章 放射性废水处理方法
北京时间2011年3 月11日13时46分，日本 本州岛仙台港东130公 里处发生里氏9.0级大地 震并引发海啸。此次地 震也引发了一连串连锁 反应，其中最吸引全世 界关注的是位于福岛的 核电站出现了核物质泄 漏事故。
基本概念
• 放射性污染是指环境中放射性物质的放射性水平 高于天然本底或超过规定的卫生标准
放射性废水的处理技术
• 目前，用于分离浓缩放射性废水和重金属废水中 的有害金属元素的传统方法很多，主要包括：物 化法和生化法。 • 物化法包括吸附、电解、蒸发、结晶、磁分离、 冻熔、离子交换、氢氧化物沉淀、硫化物沉淀、 絮凝、过滤、溶剂萃取、鳌合离子吸附等方法。 • 生化法主要有生物吸附法。生化法由于其处理流 程复杂，处理周期长，运行管理难度较大等缺点， 应用比较广泛的是物化法。
放射性废水的处理技术---蒸发浓缩
单效蒸发器
多效蒸发器
放射性废水的处理技术---化学沉淀
化学沉淀法：将沉淀剂与废水中微量的放射性核素 发生共沉淀作用的方法。 废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等 化合物大都是不溶性的，因而能在化学处理中被除 去，而在化学絮凝剂或载体投量较大形成大量絮凝 沉淀时，去除率就更高。 化学处理的目的是使废水中的放射性核素转移并浓 集到小体积的污泥中去，而使大体积的废水剩余很 少的放射性，从而能够达到排放标准。 此法优点是费用低廉，对大多数放射性核素具有良 好的去除效果，能够处理那些非放射性成分及其浓 度以及流量变化相当大的废水，使用的处理设施和 技术都有相当成熟的经验。
放射性废水的分类
高放废水
核燃料后处理
固化封存
放 射 性 废 水
中放废水 放射性核素工作场所和实 用的仪器、设备，在使用 和废弃前进行严格去污所 产生的大量清洗液 低放废水 分离浓缩后固化封存
《中华人民共和国污水综合排放标准》中规定：废水中总α放射性最高允许排 放活度为1Bq/L,总β放射性最高允许排放活度为10Bq/L
放射性废水的处理技术---化学沉淀
运用化学沉淀法处理废水其处理过程简单、费用低，对净 化要求不高，体积较大的低放废水的处理比较适用。 影响凝聚沉淀净化效率的因素较多，其中主要包括以下几 个方面： （1）废水的pH值，不同的沉淀剂需要选择对应最适宜的pH。 （2）沉淀剂的用量，用量要与废水中含有的胶体状及悬浮状 物质量相对应，才能保证较好的净化效果。 （3）混合均匀程度，投加的沉淀剂在废水中分布越均匀，沉 淀过程越决。 该法产生的放射性淤泥量大，一般为原水的1%~5%，为 了便于贮存和处置，需进一步脱水，而采用一般的过滤法或 离心法脱水都是很困难的。目前最有效的脱水方法是冻结-融 化-真空或压力过滤。目前化学沉淀法主要除了用于净化去污 要求不高的大体积低放废水外还可以作为预处理手段同其它 方法结合使用。
放射性废水的处理技术---蒸发浓缩
基本原理：借助外部加热使溶液的部分溶剂被汽化，经冷凝 后成为含不挥发溶质较少的二次蒸汽冷凝液而得到净化。蒸 发浓缩法处理放射性废水时，水不断被汽化成为二次蒸汽从 蒸发器中排出，放射性物质不被汽化保留在溶液中，因而得 到浓缩。主要用于处理含有难挥发性放射性核素的废水，可 以得到很高的去污效果和浓缩效果。 优点：该方法净化效果好、灵活性大(即可处理高、中放废 水,也可处理低放废水；可以单独使用，也可以与其它方法 联合使用），理论与技术相对成熟，安全可靠。 缺点：该法不适合处理含有挥发性核素和易起泡沫的废水； 热能消耗大，运行成本较高；同时在设计和运行时还要考虑 腐蚀、结垢、爆炸等潜在威胁。为了提高蒸汽利用率，降低 运行成本，各国在新型蒸发器的研制方面一直不遗余力，如 蒸汽压缩式蒸发器、薄膜蒸发器、真空蒸发器等新型蒸发器 方面都取得显著效果。
放射性废水ຫໍສະໝຸດ Baidu处理技术---膜分离
膜分离是利用特殊的薄膜对液体中某些成 分进行选择性透过的统称。 溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜 的过程称为渗析. 在溶液中凡是一种或几种成分不能透过， 而其他成分能透过的膜，叫做半透膜。 膜分离法是将溶液用半透膜隔开，使溶液 中某种溶质或者溶剂（水）渗透出来，从而 达到分离溶质的目的。
放射性废水的处理技术---膜分离
反渗透RO、微滤MF、超滤UF、纳滤NF
膜技术 渗透
浓度差
2～50 （中孔）
电渗析
电位差
<2 （微孔） 荷电离子
反渗透
压力差
<2 （致密孔） 0.1～1
纳滤
压力差
<2 （微孔） 1～10
超滤
压力差
2～50 （中孔） 5～200
微滤
压力差
>50 （大孔） 80~2000
放射性废水的处理技术---化学沉淀
铁盐、铝盐、磷酸盐、苏打等沉淀剂最为常用， 为了促进凝结过程，常投加助凝剂，如粘土、活 性二氧化硅、高分子电解质等，这些助凝剂在除 去单种放射性同位素和混合裂变产物方面的效率 很高，一般在pH7-8的范围内应用，形成的污泥 易于沉淀和过滤。 对铯、钌、碘等集中难以去除的放射性核素要用 特殊的化学沉淀剂。例如铯可用亚铁氰化铁、亚 铁氰化铜共沉淀去除；钌可用硫化亚铁、仲高碘 酸铅共沉淀去除；碘可用碘化钠和硝酸银共沉淀 去除。
放射性废水的处理技术---吸附
沸石。沸石是一种天然矿物，在水处理工艺中常用作 吸附剂，但它同时还兼有离子交换剂和过滤剂的作用。 沸石与其他无机吸附剂相比，对于水的净化具有较大 的吸附能力和净化效果，如去除水中放射性裂变产物的净 化系数（净化系数是指处理前后水中放射性数值的比值)： 高岭土为4.5-6.2；硅石为3.3-4.3；软锰矿为8.2；沸石为6268。沸石的净化能力比其他无极吸附剂高10倍。 国内的天然沸石产于河北省赤城县、黑龙江省牡丹江 地区。沸石经过化学处理，改为Na+型或NH4+型沸石，对 各种金属离子有良好的吸附性能。也可用来研究处理放射 性废水的实验。
驱动力
操作孔径/nm 分离范围/nm 应 用
海水淡化 回收酸、碱、 饮用水处理 回收酸、碱 淡化和除盐 高纯水制备 废水处理
去除相对分 去除胶体、悬 去除相对分子 子量大于 浮固体和细菌。 量大于1000～ 200～400 可降低浊度、 100000的物质 的物质 水消毒
放射性废水的处理技术---膜分离
第一篇
水质净化与水污染控制工程
第一章 水质与水体自净
第二章 水的物理化学处理方法 第三章 水的生物化学处理方法 第四章 放射性废水处理方法
第四章 放射性废水处理方法
核反应和放射性对人们的生产、生活有巨大的帮助。 1.在能源方面，核能的使用可以缓解能源短缺的现状。 2.安全运行中的核电站不仅不像火力发电站那样排放污染性气体， 而且排出的放射性物质也小于火力发电站。这是因为火力发电站 需要燃烧大量的煤，而煤中所含的天然放射性核素也会随废气排 出。 3.在工业方面，管道无缝焊接是否合格，可以采用放射源进行探 查，比如我们每家每户的煤气管道就进行过这样的检测。 4.在农业方面，辐照灭菌可以使农产品保鲜，有利于长期贮存和 运输。 5.在医疗方面应用就更为广泛了。伦琴先生发现了X射线，并用 来进行医疗显像，从而获得了首届诺贝尔医学奖。其产生的价值 一直延续到现在。CT、核医学显像、牙片机、介入治疗等无一 不为人类健康做出了巨大贡献。 迄今为止，已经有几十项诺贝尔奖与放射性的发现、发展和应用 有关。
放射性废水的处理技术---吸附
吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金 属离子的一种有效方法。 吸附法的关键技术是吸附剂的选择， 吸附剂： 活性炭。强吸附能力，去除率高，再生效率低， 处理水质很难达到回用要求，价格贵，应用受到限制。 壳聚糖及其衍生物。重金属离子的良好吸附剂， 壳聚糖树脂交联后，可重复使用。 改性的海泡石。对Co、Ag有很好的吸附能力，处 理后废水中重金属含量显著低于污水综合排放标准。 蒙脱石。一种性能良好的粘土矿物吸附剂，蒙脱 石在酸性条件下可达到良好处理效果，出水中十含量 低。
• 放射性污染物主要指各种放射性核素,其放射性与 化学状态无关,每一放射性核素都能发射出一定能 量的射线 • 放射性核素排入环境中后,造成对大气、水、土壤 的污染,可被生物富集,使某些动植物特别是一些水 生生物体内的放射性核素可比环境中的增高许多 倍
基本概念
• 放射性废物的管理实际上是包含对放射性废物进行贮存、 处理和处置等过程 • 贮存是在处理前或处理后为日后进一步处理或处置而把放 射性废物贮存在贮罐中或收集在设施里，原则上要在有人 管理下安全保管到所限定的时间 • 处理是为放射性废物运输、贮存或处置而把放射性废物做 成适当状态的操作，如浓缩、固化处理 • 处置是将放射性废物中所含的放射性核素处理到将来对人 类的影响在容许限度以下的状态，其作法有两种，一是稀 释排放；二是与生物圈永久隔离
• 为了加强对放射性废物的管理,减少放射性 污染及其危害,我国于年月日颁布了《中华 人民共和国放射性污染防治法》。该法规 定,向环境排放放射性废气、废液，必须符 合国家放射性污染防治标准。产生放射性 废液的单位，必须按照国家放射性污染防 治标准的要求，对不得向环境排放的放射 性废液进行处理或者贮存。
应用案例及研究实例 牟旭凤等对应用聚合物辅助无机膜处理模拟放射性废水 进行研究，比较不同相对分子质量的三种聚丙烯酸和不同截 留分子量的无机膜对模拟放射性废水的处理效果。研究表明 聚合物辅助超滤技术可以有效地去除废水中的Sr2+和Co2+， 去除效果良好。 陈红盛研究了用聚丙烯酸辅助的陶瓷膜分离技术处理含 锶、铯、钴的重金属废水，在最佳P∶M 值（聚丙烯酸与锶、 钴、铯离子的质量浓度比）和最适pH时，废水中三种重金属 离子的截留率分别为99.7%、95.1%和99.9%，实验结果表明 用聚丙烯酸辅助可以大大提高陶瓷膜对重金属废水中锶、铯、 钴的去除效率。 G. Zakrzewska-Trznadel研究了用膜蒸馏技术对低水平 放射性废水中的核素进行浓缩。
放射性废水的处理技术---膜分离
常用的膜分离法有电渗析、反渗透、超滤、微滤等。 近年来，膜分离技术发展速度极快，在污水处理、化工、 生化、医药、造纸等领域广泛应用，在放射性废水处理领域的
应用和研究也在逐渐增长。
膜分离法共同优点: 是膜分离过程不发生相变；操作在常 温下进行；膜分离技术不仅适用于有机物还适用于无机物; 装 置简单，操作容易且易控制，便于维修且分离效率高。 缺点: 是处理能力较小，消耗能量多。