中低放液體廢物有哪些處理方法

【專家解說】：中低放廢液的處理處置技術(shù)

一．研究的目的與意義

當(dāng)今世界
,
核科學(xué)技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入新階段
,
同位素和核技術(shù)的應(yīng)用更加廣
泛深入
,
核能發(fā)電已成為解決當(dāng)前世界能源危機(jī)的重要途徑之一
,
很多國(guó)家已
將其列為重點(diǎn)發(fā)展的能源。
核能的開發(fā)和利用給人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)
效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的放射性廢物
,
給人類的生存環(huán)境帶來了較大的威
脅。因此
,
如何安全有效地處置放射性廢物
,
使其最大限度地與生物圈隔離
,
已成為核工業(yè)、
核科學(xué)面臨的日益迫切的重要課題
,
是影響核能持續(xù)健康發(fā)展的
關(guān)鍵因素。
對(duì)放射性廢物的處置
,
人們認(rèn)為最合理的措施是首先將放射性廢物進(jìn)
行固化處理
,
然后將得到的放射性廢物固化體進(jìn)行最終的地質(zhì)處置。
已經(jīng)發(fā)展起
來的放射性廢物固化處理方法有很多
,
主要有水泥固化、瀝青固化和塑料固化，
玻璃固化以及人造巖石固化。
水泥固化具有固化體性能穩(wěn)定、
工藝操作簡(jiǎn)單、
成
本低廉等優(yōu)勢(shì)
,
被廣泛用于蒸殘液、泥漿、廢樹脂等中、低放廢物的處理。近年
來
,
在水泥化學(xué)、
新水泥系列、
混合材、
外加劑及混凝土用纖維等方面的研究取
得了許多進(jìn)展
,
這些成果可直接或間接地指導(dǎo)放射性廢物水泥固化的研究和應(yīng)
用。

二．國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

后處理廠主要產(chǎn)生高放廢液、
中放廢液、
低放廢液和有機(jī)廢液，
必須對(duì)這些廢液進(jìn)行凈化處
理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，再向環(huán)境排放。①放射性廢液應(yīng)分類收集和監(jiān)測(cè)，根據(jù)其特性選用最
佳處理工藝。
②放射性廢液在送往處理系統(tǒng)的主要干管上應(yīng)設(shè)置體積累積測(cè)量?jī)x表，
實(shí)時(shí)統(tǒng)
計(jì)廢液量，
及早發(fā)現(xiàn)廢液輸送異常。
③設(shè)備清洗時(shí)采用合理的去污工藝和去污劑，
盡量減少
去污廢液的產(chǎn)生量，
并盡量使二次廢液的成分簡(jiǎn)單，
以便后續(xù)處理。
④較低放射性水平的廢
液應(yīng)采用蒸發(fā)、
離子交換、超濾等技術(shù)進(jìn)行處理，
將放射性物質(zhì)濃縮在較小體積里，減小需
進(jìn)一步處理的廢液體積。
⑤采用放射性物質(zhì)包容性高、
增容少的廢液固化技術(shù)，
減少需處置
的固體廢物體積。⑥對(duì)于污有機(jī)溶劑，應(yīng)進(jìn)行回收復(fù)用，
對(duì)不能復(fù)用的污溶劑，應(yīng)優(yōu)先采用
焚燒或濕法氧化等減容大的技術(shù)進(jìn)行處理。

各類放射性廢液的比活度、
含鹽量差別很大，
處理方法也不一樣。
核工業(yè)放
射性工藝廢液一般需要多級(jí)凈化處理，
低、
中放廢液常用的處理方法有絮凝沉淀、
蒸發(fā)、離子交換（或吸附）和膜技術(shù)（如電滲析、反滲透、超濾膜）。高放廢液
比活度高，一般只經(jīng)過蒸發(fā)濃縮后貯存在雙壁不銹鋼貯槽中。

1.
沉淀法

去污機(jī)理：
離子態(tài)核素通過加入另一種離子或化合物使之轉(zhuǎn)變成不溶性或難
溶性化合物沉淀來達(dá)到分離。
有沉淀、
共沉淀或吸附作用。
離子濃度的乘積大于
濃度積，
生成沉淀。
加入載體，
發(fā)生共沉淀。
被吸附在別的沉淀物或晶體的表面，
形成吸附共沉淀。
溶液中絮凝劑水解和縮聚反應(yīng)生成線性結(jié)構(gòu)聚合物，
與膠?；?br>
微小懸浮物吸附橋聯(lián)，
或者因膠體粒子的雙電層受壓縮和電中和而凝聚。
影響因
素：加入試劑的種類、濃度、用量、加入的速度和方式、攪拌情況，廢水的離子
濃度、溫度和
pH
值等。去污因子＜
10
沉淀法評(píng)價(jià)：
絮凝沉淀工藝較多用于處理組分復(fù)雜的低、
中水平放射性廢水，
其方法簡(jiǎn)便，成本低廉。在去除放射性物質(zhì)的同時(shí)，還去除懸浮物、膠體、常量
鹽，
有機(jī)物和微生物等，
一般與其他方法聯(lián)用時(shí)作為預(yù)處理方法。
缺點(diǎn)是放射性
去除效率較低，一般為
50
％～
70
％。產(chǎn)生的污泥量較多，需要進(jìn)一步處理。

2.
蒸發(fā)濃縮法

工作原理：
加熱把廢液中大量水份汽化，
將放射性物質(zhì)濃縮、
減少?gòu)U液的體
積。
除少量易揮發(fā)性核素一起進(jìn)入蒸汽和少量放射性核素被霧沫夾帶出去外，
絕
大部分放射性核素被保留在蒸發(fā)濃縮物中，貯存等待進(jìn)一步固化處理

。

蒸發(fā)器類型：釜式蒸發(fā)器、自然循環(huán)蒸發(fā)器（中央循環(huán)管式和外加熱循環(huán)）、強(qiáng)
制循環(huán)蒸發(fā)器、刮膜蒸發(fā)器等。

蒸發(fā)器的問題：結(jié)垢、腐蝕和發(fā)泡。

蒸發(fā)法評(píng)價(jià)：
較多用于高、
中放廢液，
可處理含鹽量高達(dá)
200
～
300g/L
的各
種廢液。處理能力大
(0.5
～
6t/h )
，凈化效率高
(103
～
106)
，減容倍數(shù)大（幾
十倍至幾百倍）。

蒸發(fā)法不適合處理含有易起泡物質(zhì)（如某些有機(jī)物）和易揮發(fā)核素（如
Ru
，
I
）
的廢水；蒸發(fā)耗能大，系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行和維修要求高，處理費(fèi)用較高。

3.
離子交換法

工作原理：
借助離子交換劑上的可交換離子
（活性基因）
和溶液中的離子進(jìn)
行交換，
選擇性地去除溶液中以離子態(tài)存在的放射性核素，
使廢液得到凈化。
離
子交換劑是不溶解的固體物質(zhì)。
當(dāng)離子交換劑與某種電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，
這些離
子可按化學(xué)計(jì)算的當(dāng)量值交換相同電荷的其它離子。
離子交換是可逆反應(yīng)，
其反
應(yīng)通式可表達(dá)為：

R-H
＋
M
＋
＝
R-M
＋
H
＋

陽樹脂＋陽離子＝飽和樹脂＋交換離子

或
R-OH
＋
N
－
＝
R-N
＋
OH
－

陰樹脂＋陰離子＝飽和樹脂＋交換離子

人工合成離子交換樹脂：
交換正離子的酸性陽離子樹脂和交換負(fù)離子的堿性
陰離子樹脂。

天然離子交換和吸附劑：
有天然無機(jī)材料如天然沸石、
粘土
（膨潤(rùn)土或高嶺
土）、蒙脫石、蛭石、硅藻土、海泡石等；天然有機(jī)吸附劑如活性炭、木屑和磺
化煤等；

人工無機(jī)材料：合成沸石、硅酸、爐渣、金屬的水合氫氧化物和氧化物、多
價(jià)金屬難溶鹽基吸附劑和一些金屬粉末等。

樹脂的再生：酸堿或鹽型。壓水堆核電站一次性使用。

廢樹脂：可焚燒或固化，再生液多用蒸發(fā)處理。

廢液條件：
懸浮固體物濃度小于
4mg/L
，
含鹽量小于
1g/L
，
核素必須以離子
態(tài)存在，液體溫度不能太高，不含油類和油脂物質(zhì)。

優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟，去污因子較高
10
～
100
，適于連續(xù)運(yùn)行和自動(dòng)化操作。

4.
電滲析

工作原理：
在直流電場(chǎng)作用下，
利用離子交換膜的選擇透過性，
讓陽離子透
過陽膜，
陰離子透過陰膜，
使溶液中的離子發(fā)生定向遷移，
達(dá)到凈化和濃縮液體
的目的。多作為離子交換前料液脫鹽的預(yù)處理。問題：濃差極化

5.
反滲透

工作原理：在濃側(cè)施加壓力（
P
＞
π
，
1.5
～
10MPa
），讓濃溶液中的溶劑通
過半透膜進(jìn)入稀溶液中，使?jié)馊芤焊鼭猓鸬綕饪s作用。去污因子：
10
～
100
。
適于處理含鹽量較低的廢液如洗衣廢水和洗澡水，
含硼廢水等，
濃縮液體占料液
的
10%
左右。半透膜：醋酸纖維素膜，空心纖維膜

6.
超濾

工作原理：借助于壓力和選擇透過性薄膜，使分子量小的物質(zhì)（如水、溶劑
和電解質(zhì)）
通過，
分離出大分子
（分子量大于
500
）
懸浮顆粒和膠體，
達(dá)到濃縮、
分離的作用。

工藝：聚丙烯腈管式膜等，工作壓力
0.1
～
1.4MPa
，濃縮倍數(shù)可達(dá)
104
。去污因
子：
10
～
100
。優(yōu)點(diǎn)：能耗低、操作簡(jiǎn)單

7.
膜分離

借助膜的選擇滲透作用，
在外界能量或化學(xué)位差的推動(dòng)下對(duì)混合物中溶質(zhì)和
溶劑進(jìn)行分離、分級(jí)、提純和富集。與其他傳統(tǒng)的分離方法相比，膜分離具有過
程簡(jiǎn)單、無相變、分離系數(shù)較大、節(jié)能高效、可在常溫下連續(xù)操作等特點(diǎn)，是近
年來發(fā)展較快的化工分離技術(shù)。

8.
過濾

對(duì)于含有污染物濃度更高，顆粒尺寸更大（小于
10
μ
m
）的廢液，首先選用
的技術(shù)是沉降（澄清）和過濾。用于沖洗、冷卻或去污產(chǎn)生的放射性廢水一般都
含有污染顆粒物，常見的有砂、粘土、膠體和溶解的物質(zhì)，應(yīng)當(dāng)在廢水進(jìn)一步處
理（或排放）前把這些顆粒物除去。

有機(jī)廢液的處理：

特點(diǎn)：易燃、易揮發(fā)、易輻射分解、熱分解、生物降解。廢萃取劑
TBP/
煤
油、廢機(jī)油、潤(rùn)滑油、測(cè)量低能
β
-
射線
3H
和
14C
的有機(jī)閃爍液。