[发明专利]一种处理核电废水中放射性元素铁、钴、锰和银的复合絮凝剂及处理方法

说明书

技术领域

本发明属于核电废水处理技术领域，具体地说，涉及一种处理核电废水中放射性元素铁、钴、锰和银的复合絮凝剂及处理方法，更具体地说，涉及一种处理核电废水中超低痕量的放射性元素铁、钴、锰和银离子的复合絮凝剂及处理方法。

背景技术

核矿开采精炼、核燃料制造和核燃料后处理等过程，以及应用放射性同位素的大型分析仪器、研究机构和医院都会排出含放射性元素的废水。放射性废水中所含放射性元素通常以金属离子、氧化物胶体形式存在，对环境中生物具有很强的致癌、致畸作用，在排放到受纳水体前，必须将其从废水体系中有效地去除，并将含放射性元素的污泥转移至安全存储地点。现有技术对此类废水中放射性元素主要处理工艺有：蒸发、离子交换、化学沉淀、生物化学、膜分离、电化学等方法。

然而任何水处理方法都不能改变核电废水中放射性元素固有的放射性衰变特性，因此通常处理后的核电废水排放途径基本为：对于痕量浓度水平低的放射性元素，可将其处理后排入水域（如海洋、湖泊、河流、地下水），通过稀释和扩散达到无害水平；对中高浓度水平的放射性元素处理后的浓缩物进行长期封闭隔离，任其自然衰变。

其中，蒸发法处理含有放射性元素的核电废水可以获得很高而稳定的去污系数和浓缩系数，但需要耗用大量蒸发热能，主要用于处理一些高、中浓度水平的放射性废液。还要考虑起沫、腐蚀、结垢、爆炸等潜在危险和辐射防护问题。因此，蒸发法虽然具有较高的浓缩系数，但耗能较大，而且蒸发设备的辐射防护问题也很突出。

离子交换法基于放射性元素在废水水中主要以离子形态存在，而通过特性离子交换树脂从核电废水中富集浓缩放射性元素的阴阳离子，其中大多数为阳离子，只有少数放射性元素如碘、磷、碲、钼、锝、氟等通常呈阴离子形式，大多数阳离子交换树脂对放射性元素锶有较高的去除能力和交换容量；酚醛型阳离子交换树脂能有效地除去放射性铯，大孔型阳离子交换树脂不仅能去除放射性阳离子，还能通过吸附去除以胶体形式存在的锆、铌、钴和以络合物形式存在的钌等。无机离子交换法具有耐高温、耐辐射的优点，并且对铯、锶等长寿命裂变产物有高度的选择性。常用的无机离子交换剂有蛭石、沸石（特别是斜发沸石）、凝灰岩、锰矿石、某些经加热处理的铁矿石、铝矿石以及合成沸石、铝硅酸盐凝胶、磷酸锆等。综上所述，离子交换法可有效浓缩脱除废水中的放射性元素离子态，也具有较高的去除效率，但吸附富集在树脂等离子交换介质上的放射性元素，通常还需要通过化学洗脱和清洗等过程进行转移，运行成本较高，元素在介质之间的转移过程较为复杂。

而生物化学一般采用活性污泥方法，产生大量的剩余污泥，并具有放射性；膜分离方法则面临膜污染、分离效果低等缺陷；电化学方法能耗较高，药剂投入量也较大。因此，生物化学、膜分离、电化学等方法，在核电废水处理中都面临一定的局限性。

化学沉淀法具有对产生的污泥仅仅需要快速分离、浓缩和固化，一般常温常压、操作简单易行，而且运行成本低廉的特点，因而常常作为处理核电废水的优选工艺。现有应用于核电废水的化学沉淀工艺，较多采用铁盐、铝盐、磷酸盐、高锰酸盐、石灰、苏打等高分子絮凝剂，与核电废水中微量的放射性元素如铁、钴、锰等发生化学沉淀而将其去除。对铯、碘等几种难以去除的放射性元素则使用亚铁氰化铁、亚铁氰化铜或亚铁氰化镍通过共沉淀法予以去除；放射性钌则用硫化亚铁、仲高碘酸铅等共沉淀法去除；放射性碘还可用磺化钠和硝酸银反应形成碘化银沉淀的方法予以去除。上述化学沉淀法都是通过能与核电废水中的放射性元素离子或胶体发生化学沉淀反应的沉淀剂，使之形成不溶性的化学沉淀物而将其从核电废水中分离除去。

但通常由于核电废水中放射性元素的离子或胶体浓度处于ppb-ppt级超痕量浓度水平，处于超衡量浓度水平的离子间的布朗运动导致碰撞和反应几率大大下降，影响了化学沉淀效果；其次，使用化学沉淀剂所产生的颗粒粒径大都处于极为细小的1～10um范围，以致难以形成明显的胶体聚沉效果；而对多种放射性元素离子共存的废水体系，单一或复合化学沉淀剂对绝大多数组分难以同时达到较好的去除效果。这些均导致实际化学沉淀处理去除效果明显低于设计理论值。常规化学沉淀法成的化学污泥量大，造成二次污染较大，从而增加了污泥处理量。而高分子絮凝剂，又不能对完全以离子态或完全溶解态的核电元素离子通过架桥聚沉等作用予以有效化学沉淀。因此，常规的化学沉淀法在核电废水的处理中也具有一定的局限性。