放射性廢水處理

核科學技術已廣泛應用於工業、農業、醫學、軍事等多個領域，給人們的生產、生活帶來了巨大的便利和利益，同時也對人們的健康、環境的安全和子孫後代的發展產生着重要影響，核安全已成為人們普遍關注的話題，前不久發生的日本福島核事故又讓人們對核安全產生了更多憂慮。核科學技術開發利用過程中會產生大量的放射性廢物，放射性廢水進入環境後造成水和土壤污染並可能通過多種途徑進入人體,對環境和人類造成危害。 ^[1] 

因此，世界各國高度重視放射性廢水處理技術的發展和應用。放射性廢水的主要去除對象是具有放射性的重金屬核素，目前常用的處理技術包括化學沉澱法、離子交換法、吸附法、蒸發濃縮、膜分離技術、生物處理法等。 ^[2] 

我國放射性廢水按放射性活度高低分為高、中、低和弱放射性廢水，廢水來源包括核電站廢水、鈾礦選冶廢水、乏燃料後處理廢水以及醫院、科研等單位產生的廢水。

鈾礦選冶產生的廢水主要含有的核素包括U、Ra以及微量的Po和²¹⁰Pb，屬於低放射性廢水。

核電站廢水主要包括主設備和輔助設備排空水、反應堆排放水、第二回路廢水、清洗廢液、離子交換裝置再生廢水和專用洗滌水等，主要為中低放射性廢水。

乏燃料後處理廢水主要包括乏燃料後處理和放射性物質分離製造過程產生的廢水等，代表核元素包括¹³⁷Cs、⁹⁰Sr及鈾、鈈、超鈾元素等，這兩種廢水放射性濃度都很高，危險性極大。

醫院利用放射性同位素治療疾病時也會產生廢水，放射性物質種類較多，主要核素包括¹⁹⁸Au、¹³¹I等，屬於低放射性廢水。

放射性危害有較強的隱蔽性，不易被察覺。當放射性廢水進入環境後會造成水和土壤污染，之後放射性核素可通過多種途徑進入人體，給環境和人類健康造成威脅，同時會給社會羣眾精神和心裏上帶來不安和恐慌，不利於社會的穩定。 ^[3] 

化學沉澱法是將沉澱劑與廢水中微量的放射性核素發生共沉澱作用的方法。廢水中放射性核素的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等化合物大都是不溶性的，因而能在處理中被除去。化學處理的目的是使廢水中的放射性核素轉移並濃集到小體積的污泥中去，而使沉積後的廢水剩餘很少的放射性，從而能夠達到排放標準。

此法優點是費用低廉，對數放射性核素具有良好的去除效果，能夠處理那些非放射性成分及其濃度以及流化相當大的廢水，使用的處理設施和技術都有相當成熟的經驗。

目前，鐵鹽、鋁鹽、磷酸鹽、蘇打等沉澱劑最為常用，為了促進凝結過程，加助凝劑，如粘土、活性二氧化硅、高分子電解質等。 對銫、釕、碘等集中難以去除的放射性核素要用特殊的化學沉澱劑例如銫可用亞鐵氰化鐵、亞鐵氰化銅共沉澱去除。有人用不溶性澱粉黃原酸酯處理含金屬放射性廢水，處理效果較好，適用性寬，放射性脱除率>90%， 是一種性能優良的離子交換絮凝劑,在處理廢水時因沒有殘餘硫化物存在,因而更適用於對廢水處理。 ^[2] 

許多放射性核素在水中呈離子狀態，特別是經過化學沉澱處理後的放射性廢水，由於除去了懸浮的和膠體的放射性核素，剩下的幾乎是呈離子狀態的核素，其中大多數是陽離子。並且放射性核素在水中是微量存在的，因而很適合離子交換處理，並且在沒有非放射性離子干擾的情況下，離子交換能夠長時間有效工作。大多數陽離子交換樹脂對放射性鍶有高的去除能力和大的交換容量；酚醛型陽樹脂能有效去除放射性銫，大孔型陽樹脂不僅能去除放射性陽離子，還能通過吸附去除以膠體形式存在的鋯、鈮、鈷和以絡合物形式存在的釕等。但是，該法存在一個較致命的弱點，當廢液中放射性核素或非放射性離子含量較高時，樹脂牀很快會穿透而失效，而通常處理放射性廢水的樹脂是不進行再生處理的，所以一旦失效應立即更換。

離子交換法採用離子交換樹脂，適用於含鹽量較低的廢液。當含鹽量較高時，用離子交換樹脂來處理所花的費用比選擇性工藝要高。這主要是低選擇性的樹脂對放射性核素有很大的關聯。在放射性廢水淨化中，利用電滲析的方法可以增加離子交換工藝的利用效率。 ^[2] 

吸附法是利用多孔性固態物質吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法。吸附法的關鍵技術是吸附劑的選擇。常用的吸附劑有活性炭、沸石、高嶺土、膨潤土、黏土等。其中沸石價格低廉，安全易得,與其他無機吸附劑相比,沸石具有較大的吸附能力和較好的淨化效果。沸石的淨化能力比其他無機吸附劑高達10倍，因而是一種很有競爭力的水處理藥劑，它在水處理工藝中常用作吸附劑，併兼有離子交換劑和過濾劑的作用。

活性炭有很強吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，處理水質很難達到回用要求，價格貴，應用受到限制。近年來，逐漸開發出有吸附能力的多種吸附劑材料。有相關研究表明，殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑，殼聚糖樹脂交聯後，可重複使用多次，吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對 Co、Ag 有很好的吸附能力，處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標準。 ^[2] 

蒸發濃縮法具有較高的濃縮因子和淨化係數，多用於處理中、高水平放射性廢水。蒸發法的工作原理是：將放射性廢水送入蒸發裝置，同時導入加熱蒸汽將水蒸發成水蒸氣，而放射性核素則留在水中。蒸發過程中形成的凝結水排放或回用，濃縮液則進一步進行固化處理。蒸發濃縮法不適合處理含有揮發性核素和易起泡沫的廢水；熱能消耗大，運行成本較高；同時在設計和運行時還要考慮腐蝕、結垢、爆炸等潛在威脅。 為了提高蒸汽利用率，降低運行成本，各國在新型蒸發器的研製方面一直不遺餘力，如在蒸汽壓縮式蒸發器、薄膜蒸發器、真空蒸發器等新型蒸發器方面都有顯著成效。 ^[2] 

膜技術是處理放射性廢水的比較高效、經濟、可靠的方法。由於膜分離技術具有出水水質好、物料無相變、低能耗等特點，膜技術受到了積極的研究。

國外所採用的膜技術主要有：微濾、超濾、納濾、水溶性多聚物-膜過濾、反滲透（RO）、電滲析、膜蒸餾、電化學離子交換、液膜、鐵氧體吸附過濾膜分離及陰離子交換紙膜等方法。 ^[2] 

生物處理法包括植物修復法和微生物法。植物修復是指利用綠色植物及其根際土著微生物共同作用以清除環境中的污染物的一種新的原位治理技術。

從現有的研究成果看,適用的生物修復技術類型主要有人工濕地技術、根際過濾技術、植物萃取技術、植物固化技術、植物蒸發技術。試驗結果表明，幾乎水體中所有的鈾都能富集於植物的根部。

微生物治理低放射性廢水是20世紀60年代開始研究的新工藝，用這種方法去除放射性廢水中的鈾國內外均有一定研究，但目前多處於試驗研究階段。

隨着生物技術的發展和微生物與金屬之間相互作用機制的深入研究，人們逐漸認識到利用微生物治理放射性廢水污染是一種極有應用前景的方法。用微生物菌體作為生物處理劑，吸附富集回收存在於水溶液中的鈾等放射性核素，效率高，成本低，耗能少，而且沒有二次污染物，可以實現放射性廢物的減量化目標，為核素的再生或地質處置創造有利條件。 ^[2] 

美國電力研究所(EPRI)開發出Mag-Mole-cule法，用於減少鍶、銫和鈷等放射性廢物的產生量。該法以一種稱為鐵蛋白的蛋白質為基礎,將其改性後，利用磁性分子選擇性地結合污染物,再用磁鐵將其從溶液中去除,然後被結合的金屬通過反衝洗磁性濾牀得到回收。鐵蛋白(Fer-ritin)是普遍存在於生物體內的一種保守性較高的多功能多亞基蛋白,該蛋白具有耐稀酸(pH<2.0)、耐稀鹼(pH= 12.0)、耐較高温度(70～ 75℃水温下不變性)等特殊性。隨着鐵蛋白研究的深入，在體外利用其蛋白殼納米空間的新功能研究取得了很大進展。體外研究表明鐵蛋白具有體外儲存重金屬離子能力。此外，以前的研究都着重於利用其他重金屬離子作為與鐵離子競爭的探針來研究鐵蛋白儲存和釋放鐵的機制,而最新的研究表明，可以利用鐵蛋白這種捕獲金屬離子及抗逆的特性，構建鐵蛋白反應器並用於野外連續監測流動水體被重金屬離子污染的程度。在體外特定的條件下，一些金屬核如FeS核、CdS核、Mn₃O₄核、Fe₃O₄磁性鐵核及放射性材料的鈾核，已被成功地組裝到鐵蛋白蛋白殼的納米空間內。 ^[4] 

美國賓夕法尼亞州立大學和薩凡納河國家實驗室，已開發出一種將某些低放射性廢液處理成固化體以便安全處置的新方法。這一新工藝利用低温(< 90℃)凝固法來穩定高鹼性、低活度的放射性廢液，即將廢液轉化為惰性固化體。科學家們將最終的固化體稱作“ hydroceramic”(一種素燒多孔陶瓷)。他們稱，最終的固化體硬度非常大，性質穩定持久，能夠將放射性核素固定在其沸石結構中，這種製備過程類似於自然界中岩石的形成過程。 ^[4] 

滲濾反應牆(permeable reactive barrier,PRB)是目前在歐美等發達國家新興起來的用於原位去除污染地下水中污染組分的方法。PRB一般安裝在地下蓄水層中,垂直於地下水流方向，當污染的地下水流在自身水力梯度作用下通過反應牆時，污染物與牆體中的反應材料發生物理、化學反應而被去除，從而達到污染修復的目的。

這是一種被動式修復技術，很少需要人工維護、費用很低。Fe0-PRB技術作為PRB技術的一個重要分支，在許多國家和地下水污染處理的眾多方面得到了研究和發展，在反應機制研究、PRB的結構和安裝以及新型活性材料的研究等方面都取得了可喜的成果。我國學者已開始研究以零價鐵為代表的活性滲濾牆技術，以用於鈾尾礦放射性廢水的修復(治理)，目前研究已取得一定效果。 ^[4] 

（1）對傳統的放射性廢水處理工藝做進一步優化，根據不同的對象可以選擇不同的處理和處置辦法，達到減量化，資源化，無害化的目的。

（2） 積極開發更多安全 、高效的膜分離組合工藝，在運行過程中實現較高程度的自動化控制。 ^[5] 

我國的原子能事業從20世紀50年代起步以來，為我國的國防建設做出了巨大的貢獻，但放射性廢水的處理仍是我國環境保護面臨的重大問題之一。隨着人類社會發展和能源不斷枯竭，未來社會核能作為能源技術將會發揮更加重要的作用。伴隨核能利用產生的放射性廢水不斷增加，放射性廢水的處理將會成為未來核能利用必須妥善解決的問題。隨着現有技術的不斷成熟和提高，一些新技術、新方法的合理利用,未來核能的利用將會更加安全，更加可靠。 ^[4]