放射性廢水吸附行為的研究

摘 要：本文對(duì)放射性廢水的處理研究做了介紹，總結(jié)出傳統(tǒng)處理方法：化學(xué)沉淀法、離子交換法、蒸發(fā)法、膜分離法和吸附法等。運(yùn)用吸附法處理放射性廢水，一般可以用： 參數(shù)模型、吸附等溫線模型、離子交換模型、表面絡(luò)合模型等吸附模型進(jìn)行解釋。

關(guān)鍵詞：吸附；放射性廢水；模型

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2012）16-206-02

為了解決當(dāng)今世界面臨的能源短缺問題，大多數(shù)國家利用核能，核能的應(yīng)用帶來了新的希望，同時(shí)也產(chǎn)生了大量放射性廢物，在降雨淋濾或其他因素作用下，這些物質(zhì)通過地表徑流或地下滲透進(jìn)入水系，改變水系酸堿平衡，使水環(huán)境中放射性核素含量增高，嚴(yán)重威脅著人們的健康。因此，有必要探討放射性廢水處理的方法，以修復(fù)環(huán)境，維護(hù)正常的生產(chǎn)、生活活動(dòng)。

一、放射性廢水的特點(diǎn)

與其它污染相比，放射性廢水的污染有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）放射性污染的永久性，一旦產(chǎn)生，放射性永不停止；

（2）放射性污染的不可改變性，自然條件無法改變放射性核同位素的放射性活度；

（3）放射性污染的累積性，放射性污染屬于電離輻射，對(duì)人類危害效果具有累積性；

（4）放射性污染的不可預(yù)知性，公眾對(duì)其無任何直接感受，從而無法采取躲避防范行動(dòng)。

人們通過食物鏈將污染環(huán)境的放射性核素?cái)z入體內(nèi)，超過允許含量時(shí)，就會(huì)受害。由于鈾加工排放的廢水中鈾的質(zhì)量濃度一般在5 左右，是國家規(guī)定的允許排放濃度的125倍，因此鈾加工產(chǎn)生的廢水必須經(jīng)過處理才能排放[3]。

二、放射性廢水的傳統(tǒng)處理方法

處理放射性核素，不能改變其衰變輻射的固有特性，只能依靠其自然衰變來降低以消失其放射性。從本質(zhì)而言，處理放射性廢水有貯存和擴(kuò)散兩種方式，以物理、化學(xué)方法為主，主要有化學(xué)沉淀法、離子交換法、蒸發(fā)法、膜分離法和吸附法等處理方法。

1、化學(xué)沉淀法

廢水中放射性核素的氫氧化物、碳酸鹽等化合物大多為不溶性化合物，因此能通過化學(xué)方法來去除，在大量絮凝沉淀?xiàng)l件下，其去除率更高?；瘜W(xué)處理的目的，是使廢水中的放射性核素轉(zhuǎn)移并濃集到小體積的污泥中，使大體積的廢水含有很小的放射性，從而達(dá)到允許排放標(biāo)準(zhǔn)排放于環(huán)境。

主要優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低廉，設(shè)備簡單，對(duì)大多數(shù)放射性核素的去除效果良好。

缺點(diǎn)：反應(yīng)與水溶液的pH值、離子濃度、溫度和時(shí)間等條件有關(guān)，操作條件較苛刻。

2、離子交換法

許多放射性核素在水溶液中呈離子狀態(tài)，尤其是經(jīng)化學(xué)沉淀處理后的廢水，含有大量的陽離子，只有少數(shù)陰離子。因而用離子交換法處理此類放射性廢水能獲得較高的凈化效率。

主要優(yōu)點(diǎn)：處理設(shè)備簡單，去除放射性廢水的凈化效率較高。

缺點(diǎn)：選擇性不理想，容量有限，競爭離子干擾嚴(yán)重，需進(jìn)行預(yù)處理。

3、蒸發(fā)濃縮法

廢水中的大多數(shù)放射性核素是不可揮發(fā)性的，因而可用蒸發(fā)濃縮法處理廢水，使其得到有效的凈化和濃縮。將廢水加熱沸騰，廢水中的水分蒸發(fā)形成水蒸汽，隨后經(jīng)冷卻凝結(jié)成水。廢水中的不揮發(fā)的放射性核素，大都在殘余液中，使得冷凝水中的放射性比原來的廢水降低了很多。

主要優(yōu)點(diǎn)：蒸發(fā)濃縮法的去污因數(shù)較高，蒸發(fā)殘液的體積較小。

缺點(diǎn)：費(fèi)用昂貴，蒸發(fā)設(shè)備易發(fā)生腐蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象。

4、膜分離法

膜分離技術(shù)具有能耗低、設(shè)備簡單、操作方便、物料無相變和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是20世紀(jì)末到21世紀(jì)初最有發(fā)展前途的高技術(shù)之一。

優(yōu)點(diǎn)：能處理各種料液，處理質(zhì)量高；過程可自動(dòng)化操作；可再利用滲透液。

缺點(diǎn)：膜的相容性受多因素制約；膜的壽命較短。

5、吸附法

吸附法是利用多孔性的固體吸附劑處理放射性廢液，使核素吸附在它的表面上，從而達(dá)到去除有害元素的目的。吸附劑對(duì)分子、離子都可以吸附，對(duì)不同的核素有不同的選擇性。吸附法工藝簡單，去除率高，成本較低，方法有效。

6、其它處理方法

處理放射性廢水還可用浮選、電泳、電滲析、反滲透、泡沫分離、氧化還原等方法，但由于存在處理技術(shù)及實(shí)際操作過程上的諸多問題，這些方法都尚未得到廣泛應(yīng)用。

三、核素吸附模型

1、 參數(shù)模型

研究核素遷移時(shí)，分配系數(shù)是表示吸附平衡的量最常用的定量，定義如下：

式中 、 分別為核素在固、液相中的平衡濃度； 、 分別為液相體積及吸附劑質(zhì)量。

常數(shù)模型的優(yōu)點(diǎn)在于形式簡單，遷移方程易于求解；缺點(diǎn)是它的一些假設(shè)在實(shí)際條件下往往得不到滿足。

2、吸附等溫線模型

該模型只考慮核素濃度對(duì)分配的影響。固-液界面吸附反應(yīng)中，當(dāng)吸附達(dá)到平衡后， 、 、 、 等吸附等溫式常被用來描述核素在固、液兩相間的分配[7]。

模型

當(dāng)吸附劑表面只有一種吸附質(zhì)，且只有一種表面吸附位≡SOH時(shí)，吸附量 可表示為：

、 、 分別為平衡濃度、吸附量、最大吸附量， 為 吸附平衡常數(shù)。

模型

核素在固-液兩相間達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量 可表示為：

， 為 吸附平衡常數(shù)。 等溫線模型可以用來描述表面不均一或表面位吸附粒子后產(chǎn)生相互作用的表面吸附。

3、 模型

核素在固-液兩相間達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量 可表示為：

其中 和 分別代表吸附反應(yīng)常數(shù)和表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)。

4. 模型

式中 為平衡時(shí)液相核素離子的濃度； 為平衡時(shí)最大吸附容量； 為平均吸附自由能活度系數(shù)； 為平均吸附自由能。

4、離子交換模型

固相中任何的一種離子被溶液中另一種離子替換的過程在廣義上都稱為離子交換；狹義上離子交換指固相中一種容易被替換的吸附態(tài)離子被另一種離子替換的過程。在吸附化學(xué)中，通常指外層絡(luò)合物或擴(kuò)散層中的帶電化合態(tài)被替換的現(xiàn)象。離子交換反應(yīng)常用選擇性系數(shù) 來表征，如：

離子交換模型在土壤中有較多的應(yīng)用[10]，但是離子交換模型不能解釋吸附與金屬離子相互作用對(duì)pH的依賴性，也不能提供表面化合態(tài)的信息。

5、表面絡(luò)合模型

表面絡(luò)合模型建立在熱力學(xué)、雙電層理論和表面配位理論基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮了許多重要的系統(tǒng)特征，如pH、溶液離子強(qiáng)度、液相配合作用、多吸附劑表面不同吸附點(diǎn)的配合性等。根據(jù)表面絡(luò)合模型，吸附劑表面可視為一種聚合酸，在水溶液中呈現(xiàn)水化經(jīng)基表面，常記為 ，這種表面在水溶液中可以質(zhì)子化或去質(zhì)子化，存在以下離解平衡：

四、結(jié)論

處理放射性廢水時(shí)，傳統(tǒng)的處理方法有：化學(xué)沉淀法、離子交換法、蒸發(fā)法、膜分離法和吸附法等。運(yùn)用吸附法處理放射性廢水，一般可以用下列四種吸附模型進(jìn)行解釋： 參數(shù)模型、吸附等溫線模型、離子交換模型、表面絡(luò)合模型。

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