處理核工業含氟含銨廢水的設計方法

尚改彬

（中國核電工程有限公司，鄭州450052）

1 工藝背景

在核燃料元件的制造生產過程中（包括物料轉化過程和回收處理過程），工藝廢水含有高濃度的氟離子和銨根離子，其中氟離子的最高含量達10～20g/L，銨根離子含量達4～8g/L。要求經處理的廢水達到GB 8978—2002《污水綜合排放標準》一級標準，即氟含量小于10mg/L，氨含量以氮計小于15mg/L。廢水處理工藝中，經常加入氧化鈣或氫氧化鈣，使氟轉化為難溶解的氟鹽，經過沉淀和固相分離脫除氟。將銨根離子轉化為氨水，液相精餾脫除氨。經過沉淀分離后，廢水的氟含量約為100mg/L。銨根離子的化學形態轉化為氨水，經多級高溫精餾及吹脫處理，氨含量以氮元素計小于15mg/L，再經大池沉降處理后，氟含量小于10mg/L。

2 除氟工藝

典型的含氟廢水處理工藝是在廢水中添加氧化鈣，生成沉淀物后進行離心過濾，再至大池靜置沉降數天，然后除去沉淀物，效果較好，并且成本較少[1]。通過該工藝的深入研究，通過改善氣沉淀條件和分離條件（如確定添加量和采取分次添加），優化環境溫度和pH值控制等，可使尾水氟含量不超過10mg/L而達標排放。另外，可以在工藝中加放鈣鹽、鐵鹽或鋁鹽作為絮凝劑，沉淀效果很好[2]。

3 銨處理工藝

核燃料元件制造廢水中存在氟離子和銨根離子，也有其他離子存在，如硝酸根等，要除去其中的氟離子和銨根離子，可以采用多種方法，這些方法各有所長，也有一定的局限或工程應用缺陷。

例如，一般將銨根離子轉化為氨水，常用蒸汽吹脫法，去除率高，但耗能也較高；物理法有反滲透、蒸餾（即蒸汽汽提）、氨吹脫、土壤灌溉；化學法有離子交換、折點加氯、含氨副產品生產、焚燒、催化裂解、電滲析、電化學處理等；生物法有藻類養殖及生物消化等。許多方法都能在理論上有效去除銨根離子，但僅有幾種方法能在工程上真正用于含氨廢水的處理。技術的選擇主要取決于廢水的組成、要求達到的處理效果及經濟性。脫氨膜分離和吸收工藝是常用的銨處理工藝，其原理為：先將高濃度氨廢水通過蒸氨或吹脫降低廢水中的氨含量，然后用化學沉淀法進行后續處理，如電化學處理或離子交換處理。

4 工藝設計方法

從上述章節可以看出，脫氟工藝和除銨工藝都有幾種工藝方法可供選擇。氟離子與銨根離子相互作用，脫氟與除銨不是簡單的工藝先后順序疊加，工藝設計要結合實際條件的限制和要求從廢水處理線功能要求中尋求最佳處理方案，研究確定工藝路線和工藝設備。在工藝設計中，需要分析廢水中離子間的相互作用，對幾種處理工藝的深入分析和必要的試驗驗證，必要時，需要幾種方法結合或多次采用才可以利用離子間相互作用的特點，分批次添加化學試劑，獲得除氟與脫銨結合工藝，實現廢水達標排放的目標。

由于現代工業產業園的要求，有學者提出“近零排放”的概念，雖然該提法還有一些爭議，但在實施過程中，對廢水的深度處理漸漸成為一種目標和要求。在該理念的影響下，原來可以達到廢水排放標準的廢水，需經過深度凈化處理才可排放，并且對其中的氟離子和銨根離子的深度處理要求更加嚴格，甚至要求氟含量小于1mg/L、氨氮含量小于1mg/L。要達到這樣的要求，必然需要多方法結合使用，有的方法先后使用幾次也是可能，特別是膜法處理和離子交換、電化學處理或生物深度處理等工藝，在這樣的處理工藝中應用廣泛，有些工藝對單一有害的廢水處理較為成熟，但針對含有多種有害物質的廢水處理工藝還有待進一步研究驗證。

處理特定的高濃度含氟離子含銨根離子廢水時，工業處理和深度處理技術難度都很大，通常情況下，應先根據工程目標要求確定采用的處理標準與實施方案，充分考慮工藝廢水中各種雜質的含量與相互的影響，經過順向與逆向相結合方法，使生產工藝流程更合理可行。由于環保要求，必須實現“三同時”，另外，廢水從輸入到輸出以及中間的變化，均需要考慮工藝布局與自動化控制統籌，它將直接影響處理工藝占用的場地、投資以及生產能力。

從廢水接收至不同的處理工藝，最后到廢水達標排放，需要進行反向跟蹤，提出需要完成的必需中間處理工藝，并對工藝進行需求梳理和優化選擇，找到突破口和關鍵點，漸次推動，最終得到更為科學合理的廢水處理方式。根據排放要求確定工藝到接收廢水的逆向設計流程，有利于快速形成工藝流程概念設計，進而形成設計流程，并確定工藝過程中產生的廢渣的最終運輸和去向。在廢水處理過程中，工藝的選擇和下游可接收的程度標準，應充分考慮周邊配套建設情況，經優選后確定工藝，并經過價值工程分析，保證工藝的完整性最優化。

結合工藝改進要求以及廢水深度處理要求，應對工藝順序的選擇、投量過量系數以及關鍵參數（如pH值控制、反應時間和反應形式、副產品去向、深度處理控制）等進行分析論證。經過研究試驗和生產實踐，在特定廢水中投加投加鎂鹽和磷酸鹽，控制投料比和pH值，能夠實現理想的除氟效果，同時除去銨根離子轉化成的氨水，并結合使用膜法處理和離子交換方法，可以成功達到深度除雜廢水復用標準。

5 結語

處理核工業特定的高濃度含氟離子和銨根離子廢水，在工程設計中，確定處理目標之后，應充分論證工藝適應性，分析接收廢水的成分和特點，確定工藝需要適應廢水的組成、要求效果及經濟性。氟離子和銨根離子去除順序及方法選擇有許多制約因素，現多采用先化學沉淀法脫氟后，將銨根離子轉化為氨水后，精餾法去除氨的方法，廢水再經二次分離大池靜置沉降方式達標排放。當有深度處理要求時，需對改進的工藝與設備的適用性、經濟性和操作維護便利性進行論證。經過順向與逆向相結合的方法，將使生產工藝流程更趨合理可行，因此，確定并驗證方案技術關鍵點極為重要。