放射性廢液處理

郭健

【摘 要】隨著我國(guó)核能工業(yè)的不斷安全發(fā)展，對(duì)放射性廢物處理新技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切，前期我國(guó)對(duì)放射性廢液的處理方式主要是水泥固化，目前還可以對(duì)放射性廢液進(jìn)行化學(xué)沉淀、離子交換、吸附、蒸發(fā)濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法進(jìn)行放射性廢水的凈化。詳細(xì)分析了離子交換、吸附、蒸發(fā)濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法的特點(diǎn)及適用范圍，并對(duì)放射性廢液處理方法的新的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】放射性廢液；膜分離；吸附；蒸發(fā)

一、前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和化石能源的不斷枯竭，核能的大規(guī)模發(fā)展與使用成為了必然選擇。自從2011年3月日本發(fā)生了福島核事故以后，核安全以及核廢物的處理越來(lái)越引起人們的重視。隨著我國(guó)核能工業(yè)的不斷安全發(fā)展，對(duì)放射性廢物處理新技術(shù)的需求也越來(lái)越迫切，核電站產(chǎn)生的放射性核廢物主要為包含放射性元素的廢液，因此對(duì)放射性廢液的處理和處置成為了當(dāng)今核能利用必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

二、我國(guó)對(duì)放射性廢液的主要處理方式

前期我國(guó)對(duì)放射性廢液的處理方式主要是水泥固化，水泥固化處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，而且固化體具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性的特性，其主要步驟是以水泥、石灰和外加劑為固化劑作為原料，通過(guò)檢測(cè)核電站廢液中濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度來(lái)確定所需的水泥重量和外加劑重量、所需的石灰重量，在確定好所需物質(zhì)質(zhì)量后依次向放射性廢液中加入外加劑、石灰和水泥進(jìn)行攪拌，最終將漿料靜置固化得到固化體。這樣就能夠降低水泥固化體的體積、提高核電廢棄物包容率。因此水泥固化在核電廠放射性廢物固化中得到了廣泛的應(yīng)用。

除了水泥固化方法固化廢液中的放射性物質(zhì)以外，還可以通過(guò)對(duì)放射性廢液進(jìn)行化學(xué)沉淀、離子交換、吸附、蒸發(fā)濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法進(jìn)行放射性廢水的凈化?；瘜W(xué)沉淀的處理方法具有操作方便，處理費(fèi)用低廉的特點(diǎn)，對(duì)于含鹽量較高的放射性廢液可以采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行處理。離子交換處理方法的特點(diǎn)是對(duì)放射性廢液凈化效率比較高，對(duì)于含鹽量較低和懸浮物量較少的體系比較適用。

三、對(duì)放射性廢液的新的處理方式及工藝

吸附處理方法主要利用的是吸附材料對(duì)放射性核素離子的吸附，對(duì)于高鹽度的放射性廢液并不適用，因?yàn)榇祟惙派湫詮U液含鹽量較高采用吸附處理方法則會(huì)導(dǎo)致吸附劑堵塞的產(chǎn)生，吸附劑再利用和回收也比較困難。無(wú)機(jī)吸附材料對(duì)放射性核素離子的選擇性強(qiáng)，可以從放射性廢水中高效地去除目標(biāo)核素離子，大幅度降低放射性廢液的放射性水平，而且無(wú)機(jī)吸附產(chǎn)生的放射性廢棄物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，不易被輻射分解或生物分解，便于后期的處理處置，在地下處置場(chǎng)長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中，更具長(zhǎng)期安全性。目前國(guó)外針對(duì)放射性核素Ag的吸附劑主要有無(wú)機(jī)金屬硫化物、經(jīng)巰基表面修飾的無(wú)機(jī)氧化物及活性炭、以及負(fù)載于無(wú)機(jī)載體表面的硫醇改性殼聚糖等等，基本上都是利用絡(luò)合特性或者沉積特性來(lái)選擇性識(shí)別Ag，以獲得良好的凈化效果。對(duì)60Co/58Co的吸附劑主要有水合金屬氧化物（如氧化錳）、金屬鈦酸鹽等，目前芬蘭赫爾辛基大學(xué)研制的水合銻酸鹽，對(duì)絡(luò)合態(tài)的Co（Co-EDTA等）具有良好的吸附性能。

從國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展可以看出，利用碳納米管對(duì)放射性溶液進(jìn)行處理吸附的方法發(fā)展比較成熟，該技術(shù)利用了碳納米管的高效吸附性能，在放射性溶液中，投放碳納米管，使放射性元素富集在碳納米管上，可以使高放射性溶液中放射性核素的濃度和放射性強(qiáng)度降低99-99.9，高放射性溶液的體積降低95-99，大大減少高放射性溶液的處理成本和處理費(fèi)用。除了碳納米管吸附方法外，利用磁性材料進(jìn)行吸附的方法也比較常用，通過(guò)粘土礦物（蒙脫石、海泡石、沸石、累托石以及坡縷石等）與磁性氧化鐵顆粒復(fù)合，制備出各種不同種類的磁性吸附劑，而且還可以通過(guò)外加磁場(chǎng)使吸附達(dá)飽和的吸附劑與作用體系迅速地分離。磁性吸附材料對(duì)放射性核素的吸附性能較好，且吸附后不易解吸，具有環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可行的優(yōu)點(diǎn)。

蒸發(fā)濃縮廢液處理方法的特點(diǎn)是凈化系數(shù)高，靈活性大，技術(shù)相對(duì)成熟，其缺點(diǎn)是工藝要求水平高，并且運(yùn)行成本比較高，還存在著腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題。蒸發(fā)濃縮廢液處理方法往往和離子交換廢液處理方法結(jié)合起來(lái)。即放射性廢水先經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮后，將濃縮后的廢液引導(dǎo)進(jìn)入離子交換樹脂床進(jìn)行離子交換處理，待溶液滿足環(huán)境排放要求之后排放。對(duì)于濃縮富集了大量核素的蒸殘液，以及富集了大量核素的離子交換樹脂，對(duì)其經(jīng)固定化處理后，進(jìn)行長(zhǎng)期地質(zhì)儲(chǔ)存。

膜分離技術(shù)是新興的一種處理方法，該技術(shù)與前面幾種放射性廢液處理方法相比，具有較多優(yōu)點(diǎn)：（1）可以在常溫下進(jìn)行操作，能耗比較低；（2）占地面積比較少，操作簡(jiǎn)單方便；（3）適應(yīng)范圍比較廣，對(duì)于放射性廢液中中各種形態(tài)的放射性物質(zhì)，都可以選擇與該放射性物質(zhì)相對(duì)應(yīng)的膜過(guò)程、膜材料以及膜組件進(jìn)行處理；（4）該方法還可以與常規(guī)廢液處理工藝進(jìn)行集成，比如蒸發(fā)+離子交換+膜分離工藝、吸附+膜分離工藝、化學(xué)沉淀+膜分離工藝。膜分離處理方法在對(duì)放射性廢液的處理中應(yīng)用非常廣泛。膜技術(shù)的興起，為放射性廢水處理提供了新的選擇。目前國(guó)內(nèi)一種高效環(huán)保的放射性廢水處理方法，包括預(yù)處理、膜分離和后處理，依次進(jìn)行的活性炭過(guò)濾和超濾膜過(guò)濾的預(yù)處理，通過(guò)氧化石墨烯基復(fù)合膜進(jìn)行過(guò)濾實(shí)現(xiàn)過(guò)濾膜分離，氧化石墨烯基復(fù)合膜是氧化石墨烯復(fù)合聚多巴胺后在硅烷偶聯(lián)劑預(yù)修飾的片狀多孔載體上制備而成的，其膜層二維水通道小于0.45nm，后處理為二級(jí)反滲透處理，通過(guò)二級(jí)反滲透處理的水電導(dǎo)率≤40μs/cm，達(dá)到放射性物質(zhì)的排放要求。這種方法能夠有效的降低放射性廢液中放射性物質(zhì)的含量，穩(wěn)定性較高，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性高。

生物處理方法也是新興的一種放射性廢液處理方法，該方法主要是利用了零價(jià)鐵作為活性材料的PRB，利用該活性材料對(duì)放射性核素進(jìn)行原位修復(fù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)放射性核素的處理。通過(guò)在活性材料中的零價(jià)鐵反應(yīng)體系中不斷注入鐵還原細(xì)菌，可以有效的將鐵表面的腐蝕產(chǎn)物還原清除，從而提高鐵的還原利用效果，此外，鐵還原細(xì)菌自身也能將鈾還原實(shí)現(xiàn)了對(duì)放射性廢液的處理。

以上多種放射性廢液處理方法的主要目標(biāo)是盡可能降低放射性廢物的量。無(wú)論采取哪種處理方法，實(shí)質(zhì)上是將放射性核素濃縮富集到極小體積的液體介質(zhì)或者固體介質(zhì)，并使絕大部分液體滿足相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放。濃縮富集了放射性核素的液體介質(zhì)如膜工藝的濃水，蒸發(fā)工藝的蒸殘液。固體介質(zhì)如離子交換樹脂。這些物質(zhì)最終成為放射性廢物，進(jìn)行長(zhǎng)期地質(zhì)儲(chǔ)存。放射性廢水處理的一個(gè)重要原則是在合理的條件下，使?jié)饪s富集了放射性核素的液體介質(zhì)或者固體介質(zhì)盡可能小量化。

四、結(jié)論

隨著我國(guó)核電技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，對(duì)于放射性物質(zhì)的控制和排放也提出了更高的要求，通過(guò)多種放射性廢液處理方法的工藝結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)放射性廢液的處理，明顯降低了放射性廢物的產(chǎn)量，減弱了工作人員受到的輻照，并且提高了放射性廢液處理效率，展現(xiàn)了核電站放射性廢液處理工藝新的發(fā)展方向。endprint