金昌市水源水放射性污染因素調(diào)查與防治對策

王麗苑，杜曉亮

(西北礦冶研究院資源與環(huán)境研究所，甘肅白銀730900)

1 前言

放射性污染物的危害主要是放射性核素通過自身的衰變放出的α、β和γ射線，這些射線能使人的機(jī)體內(nèi)起著重要作用的各種分子變得不穩(wěn)定，化學(xué)鍵斷裂，分子被電離生成新的分子，引起遺傳變異或誘發(fā)癌癥，這種人體受過量的放射線照射所得的疾病稱為“放射病”，最常見的放射病就是“白血病”，即“血癌”，并且對其他生物也會產(chǎn)生損傷和致病效應(yīng)。有的放射性核素在水體、土壤中可轉(zhuǎn)移到水生物、糧食、蔬菜等食物中，并發(fā)生明顯的濃縮與富集，如水藻對90Sγ的濃縮倍數(shù)為10000倍，魚為1000倍［1］。這些富集的核素可通過食物鏈進(jìn)入人體。而由于這種污染物很難用物理、化學(xué)或生物作用去降低其輻射強(qiáng)度，只能靠自然衰變減少對環(huán)境的危害。

污染水體的放射性物質(zhì)主要來源為天然放射性核素，如40K、238K、236Ra、14C 氘等［2］;核武器核試驗(yàn)的沉淀物;核電站的廢水、廢氣、廢渣，包括泄露;放射性同位素的生產(chǎn)、運(yùn)輸和應(yīng)用等［3］。

污染水體最危險的放射性物質(zhì)為90Sγ、137Cs等，這些物質(zhì)半衰期長，化學(xué)性能與組成人體的主要元素鈣、鉀相似，經(jīng)水和食物進(jìn)入人體后，能在一定部位積累、增加對人體的內(nèi)照射［4］。

城市生活飲用水放射性污染為較敏感問題，故對其進(jìn)行論證和預(yù)防十分必要。

2 金昌市水源α放射性污染的調(diào)查與治理研究

2.1 金昌市源水放射性的調(diào)查與檢測

2.1.1 源水放射性的調(diào)查

(1)調(diào)查范圍。金川峽水庫上游約50km的東大河、西大河，流域面積4000km。

(2)調(diào)查時間。豐水期及平水期。

(3)調(diào)查方法。采用分地段布設(shè)采樣點(diǎn)。

(4)采樣地段。皇城水庫至金川峽水庫;西大河水庫出口至北海子水塘;大泉水庫、老人頭水庫及可能流入金川峽水庫的各股泉水。

(5)采樣點(diǎn)的分配。金川峽水庫為唯一水源，東大河、西大河水系最后匯集點(diǎn)直接影響飲用水質(zhì)，在金川峽水庫入口、水庫內(nèi)及金川公司凈水站入口設(shè)采樣點(diǎn);東大河、西大河源頭及匯入兩河的各個小溪、各股泉水都設(shè)采樣點(diǎn);東大河較西大河水量大，在皇城水庫內(nèi)及流入皇城水庫的直河、斜河，以及水庫附近的幾股泉水上設(shè)采樣點(diǎn);在可能流入金川峽水庫的各股泉水上設(shè)采樣點(diǎn)。

2.1.2 源水水樣總α放射性的檢測

(1)檢測方法［5］。每個代表性水樣取3個平行樣，每桶水樣10L。向水樣中加入10mL濃HCl，調(diào)pH值至2～4之間。取水樣2L加熱、濃縮至50mL，轉(zhuǎn)移到已稱重的坩堝內(nèi)，加入1mL濃硫酸慢慢加熱蒸干，560℃灰化，冷卻后稱取160mg的殘渣粉末，研細(xì)，均勻鋪樣(可用乙醇和丙酮混合物溶解)于直徑為45mm的測量盤內(nèi)，置于BH1227四路低本底αβ測量儀中測量，儀器經(jīng)241Am和KCl標(biāo)準(zhǔn)校正。Α標(biāo)準(zhǔn)源探測效率74%。

(2)檢測結(jié)果。具體測定結(jié)果詳見表1。

由表1可以看出，從豐水期及平水期兩次水樣的檢測結(jié)果分析，東大河水系總α放射性水平低，豐水期中19個點(diǎn)水樣低于或稍高于國標(biāo)的有12個，占70%;平水期中13個點(diǎn)水樣11個低于國家標(biāo)準(zhǔn)，占85%，不超標(biāo)的采樣點(diǎn)基本分布于東大河主河道。流入皇城水庫的直河、斜河及水庫附近的幾股泉水，流入東大河的兩條小溪(9號、17號)總α放射性較高，為 1.0 ～1.1Bq/L。

西大河總α放射性明顯高于東大河，除西大河水庫出口和豐水期柴家莊總放射性符合標(biāo)準(zhǔn)外，其他5個采樣點(diǎn)的總α放射性均在0.2～0.42Bq/L之間，最高測點(diǎn)是后塔寺紅洋芋一線。

表1 金昌市生活飲用水源水總α放射性測定結(jié)果 Bq/L

金川峽水庫總體上總α放射性超過l－2Bq/L，低于西大河而高于東大河，其臥兔泉是最高的測點(diǎn)。

整個水源系統(tǒng)總α放射性最強(qiáng)的是北海子水塘(為泉水，來自地下水)和老人頭水庫，它們流入金川峽水庫，必然導(dǎo)致蓄水總α放射性的增加。

2.1.3 調(diào)查結(jié)論

通過對金昌市千平方公里范圍內(nèi)α放射性的調(diào)查表明:金昌市水源中的α放射性主要是由天然放射系－鈾系、釷系和錒系的放射性核素引起的，人工放射性核素沒有檢出。主要的放射性核素是U238、U234、U235，其 次 是 釷 系 的 Th232、Th238、Thc(212B1)和 Thc(210Po)的以及錒系的Ra226，可能是由于上游泉水較多，溶解了地殼中的放射性元素所致。

由于各源水點(diǎn)水平不一，差別較大，超標(biāo)源點(diǎn)較多，約占50%，且地理位置分散，有時一股地下水有幾個乃至十幾個泉眼，多集中在西大河水庫出口經(jīng)后塔寺至北海子一線，它們匯入金川峽水庫，是使水庫總α放射性超標(biāo)的主要原因。因此，不能采用截流和堵源的辦法來治理總α放射性，只能在金昌市供水工程范圍內(nèi)采取有效的治理措施。

2.2 金昌市飲用水放射性污染的治理研究

降低飲用水中總α放射性方案探討。根據(jù)金昌市水源總α放射性調(diào)查結(jié)果以及對源水水樣總γ譜的分析表明:總α放射性主要是由天然放射系鈾、釷和錒系及其子體引起的，因此，只要通過降低飲用水中的鈾、釷、錒的濃度，就能使總α放射性降低。根據(jù)此指導(dǎo)方向，選定了采用混凝沉淀法、吸附法等處理方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，整個實(shí)驗(yàn)的過程以鈾、釷、錒含量的分析數(shù)據(jù)做為改變和確定實(shí)驗(yàn)條件的依據(jù)，最后測定總α比活度作為最終的處理研究結(jié)果。

在混凝沉淀法及吸附法等處理方法的試驗(yàn)中，通過對不同條件下，投加不同劑量的各種凈水劑的試驗(yàn)得出:選用5#凈水劑的混凝沉淀法試驗(yàn)效果較好，該方法使飲用水中鈾、釷及總α放射性的去除率分別達(dá)到90%、60%、80%，同時還能改善水的色度和濁度。產(chǎn)渣量為85g/t水，因此確定此方法為降低α放射性的處理方法。

推薦方法的工藝流程為:原水→初沉→混凝→二沉→過濾→用戶，5號凈水劑的投加量為75～125g/t水，濃度5%;助凝劑的投加量為2g/t水，濃度為0.2% 。

3 金昌市供水工程水源頭凈化工藝的選擇及可行性分析

3.1 金昌市供水工程水源水凈化工藝的選擇

關(guān)于降低飲用水總α放射性的處理工藝流程，考慮到金昌市水源水含有機(jī)物及菌、藻類較多，以及參考有關(guān)放射性廢水的處理方法，確定金昌市供水工程凈水廠所采用的水處理工藝是較先進(jìn)的處理設(shè)施，可以提高處理效果，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)預(yù)沉池一改以往使用平流沉淀池的傳統(tǒng)而改為旋流絮凝沉淀池。

(2)二沉池選用斜管沉淀池，并在沉淀池前部設(shè)置多級微渦體機(jī)械網(wǎng)漿反應(yīng)池，用以提高反應(yīng)和沉淀效果，對去除有機(jī)物中溶解于水中的膠體分子和放射性核素有重大意義。

(3)將普通濾池改為V型濾池，可使過濾介質(zhì)在沉層截污，達(dá)到濾速高、運(yùn)行效果好的目的。

(4)在預(yù)沉池配水井處投加液氯做預(yù)氧化處理，以利去除水中有機(jī)物、菌和藻類等。

其工藝流程見圖1。

圖1 水源水處理工藝圖

根據(jù)所確定的工藝流程和水處理構(gòu)筑物經(jīng)預(yù)沉、二次沉淀、過濾的層層處理，不僅使水源水在高濁度水期間也能保證良好的去除率，二沉池亦有良好的反應(yīng)條件和較高的沉淀效果，對有機(jī)物污染、放射性核素有較好的去除效果。

3.2 金昌市供水工程水源水凈化工藝的可行性分析

由于金昌市供水工程水源水凈化工藝流程是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦的工藝流程而確定的，有一定的理論試驗(yàn)根據(jù)，而通過對小型及擴(kuò)大試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析看出:5#凈水劑混凝沉淀法適用于飲用水總α放射性的治理，能有效去除飲用水中鈾、釷等微量元素，使飲用水中鈾、釷及總放射性的去除率分別達(dá)到90%、60%、80%。放射性可降到0.1Bq/L以下，符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而且廢渣量較低，產(chǎn)渣量為85g/t水，泥渣的總α放射性水平為2.4×103Bq/kg左右，低于固體放射性廢物1.85×104Bq/kg的國家標(biāo)準(zhǔn)，亦不屬于放射性廢物，不必進(jìn)行特別處理，也不會造成二次污染。

因此，從試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論上分析，金昌市供水工程凈水廠所采用的對水源水放射性污染的化學(xué)沉淀工藝是基本可行的。

另外，由于生活飲用水微量放射性元素治理不同于放射性廢水，其特點(diǎn)是水量大、放射性水平低、水質(zhì)要求較為嚴(yán)格。雖然目前國內(nèi)外對治理放射性廢水的研究較多，但對直接論述生活飲用水放射性治理的題材很少，還沒有對從飲用水中去除鈾、釷，降低總α放射性的確切方法，還需在實(shí)踐中逐步探索、研究，尋找最佳、確切的治理措施。

綜上所述，金昌市供水工程凈水廠凈化工藝應(yīng)在實(shí)踐中加以驗(yàn)證，在水廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，針對放射性物質(zhì)而合理布設(shè)水樣監(jiān)測點(diǎn)，以測定全工藝過程中的放射性物質(zhì)，尋找其變化規(guī)律，不斷地探索、研究，以求更高的、有效的去除效果。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

金昌市生活飲用水源總α放射性，由于各源水點(diǎn)水平不一，差別較大，超標(biāo)點(diǎn)約50%左右，地理位置分散，多集中在西大河水庫出口經(jīng)后塔寺至北海子一線。金川峽水庫總放射性在0.2Bq/L左右，飲用水在0.3Bq/L左右。各源水點(diǎn)的檢測值多在0.3Bq/L以上，最高達(dá)0.9Bq/L，對總α放射性的治理不能采用截流和堵源的辦法。源水水樣總γ能譜分析出金昌市生活飲用水源水總α放射性來自天然放射系——鈾系、釷系和錒系的一系列放射性核素。因此，確定了治理總α放射性的指導(dǎo)方向就是降低飲用水中的鈾、釷濃度。經(jīng)類比且通過在不同條件下，分別投加不同凈水劑的試驗(yàn)表明:采用混凝沉淀法、投加5號凈水劑可使金昌市源水的鈾、釷及總α放射性的去除率達(dá)到90%、60%、80%以上，處理后的總α放射性降至0.04Bq/L，符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)渣量低，處理1t水產(chǎn)渣量85g左右，每年產(chǎn)渣量為3102.5t/年(以10萬m3/d規(guī)模計)，泥渣的總 α 放射性水為2.5×104Bq/kg的低于固體放射性廢物1.85×104Bq/kg的國家標(biāo)準(zhǔn)，不屬于放射性廢物。因此推薦的工藝流程為原水+初沉+混凝+二沉+過濾+用戶。

4.2 存在問題和建議

4.2.1 存在問題

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析與實(shí)際操作必然有一定的差距，由試驗(yàn)效果推薦的治理總α放射性的工藝，應(yīng)在實(shí)際運(yùn)行中加以驗(yàn)證。

4.2.2 建議

(1)為了充分驗(yàn)證金昌市供水工程凈水廠工藝對總α放射性去除的效果，建議水廠應(yīng)配置放射線監(jiān)測儀表和設(shè)備，并在全工藝過程布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，從動態(tài)和靜態(tài)來跟蹤放射線，以求掌握其變化規(guī)律，從實(shí)踐中探索、研究生活飲用水微量放射性物質(zhì)去除效果，以求得一種確切的治理措施，填補(bǔ)國內(nèi)外在這方面的空白，使金昌市人民用上放心水，確保金昌市城市居民的身心健康。

(2)對于水廠處理過程產(chǎn)生的泥渣，不屬放射性固體廢物，不必進(jìn)行特殊處理，如能脫水后在廢礦井中深埋、封存則更為安全可靠。

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