[发明专利]一种去除放射性水中胶体态核素110mAg和60Co/58Co的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用膜浓缩、深度催化氧化和吸附技术处理放射性废液中胶体态核素^110mAg和⁶⁰Co/⁵⁸Co的方法，具体涉及对核电厂工艺水的处理。

背景技术

核电厂在日常运行及事故工况下所产生的放射性废液中，放射性核素主要有两个来源，一个来源为裂变产物，另一个来源为活化产物和腐蚀产物，主要与金属材料的活化、腐蚀、沉淀以及释放行为有关，该部分放射性核素包括Ag、Co、Cr、Mn、Fe等核素。核电厂放射性废液包括工艺水、化学水和地板水三部分。

工艺水来源于堆芯冷却剂，其中的大部分核素以离子形态存在，可以通过目前核电厂普遍采用离子交换方法去除，但是部分核素(如^110mAg和⁶⁰Co/⁵⁸Co)易于转化为胶体形态，离子交换工艺能去除离子态核素，但对胶体态核素去污系数低。化学水是电站化学去污过程形成的，含有较多的络合剂和表面活性剂，^110mAg和⁶⁰Co/⁵⁸Co易与化学去污废液中含有的柠檬酸、草酸、EDTA及表面活性剂形成络合状态，以胶体或者络合物的形态存在，一般经蒸发浓缩加以去除。由于有机物的影响在蒸发过程中出现发泡和夹带的现象，导致部分Ag和Co 的有机复合物残留在冷凝液中。处理后的工艺水和化学水废液汇合在一起，其中既含有Ag⁰纳米胶体，也含有Ag和Co的有机复合物。此外在离子交换工艺中，由于胶体易附着于树脂表面而引起树脂提前失效。核工业中树脂为一次性使用，不再生，这样不可避免会导致树脂更换频繁，增加了放射性固废产量。而放射性废树脂的处理与处置是核工业的一个难题，因此非常有必要开发胶体态放射性核素Ag、Co深度净化新技术及相应的工程装置，减轻放射性液态排出物排放压力，提高核电厂环境安全性。

法国电力集团(EDF)对放射性废液中^110mAg的形态进行了分析，结果证明在冷却剂中同时存在离子态的Ag⁺和胶体态的Ag⁰，胶体颗粒直径为0.02-0.06μm，而且Ag胶体颗粒的化学形态与所处液体的温度、pH及氧化还原性具有极大的相关性。针对核电站放射性废液中胶体的去除，国外采用的技术为大孔阴离子交换树脂。法国采用的大孔混床离子交换树脂，可以使排出液体中^110mAg的活度达到5Bq/L。

膜技术的兴起，为放射性废液处理提供了新的选择。超滤技术虽然难以去除溶解性的核素离子，但是可以去除水中存在的细微悬浮物、胶体物质、以及部分大分子有机物，由此去除被胶体或颗粒物夹带，或者与大分子有机物形成络合物的核素离子。原理上超滤技术可以去除尺度在0.01-100μm范围的胶体及颗粒物，由此去除被胶体或颗粒物夹带、或者与大分子有机物形成络合物的核素离子。美国的一些研究者利用超滤技术可去除水中胶体态的Co，去除效率达到90％。反渗透、纳滤技术可以去除离子态的核素离子，但是对进水水质有较高的要求。通常情况下，需根据放射性废液的水质特征，设计具有针对性的膜集成系统。必须说明的是，核电站现有系统对^110mAg和⁶⁰Co/⁵⁸Co等已经具有高的去除率，由于其形态以及化学性质的特殊性，最终液态排出物易发生排放量升高的现象。由于已经是处理系统的后端，采用膜技术往往会对设计以及工艺运行造成不便，例如额外产生的浓缩液需要出路。

无机吸附材料对痕量核素离子的选择性强，可以从高盐量的放射性废液中高效去除目标核素离子，减少放射性的环境排放。大量的放射性富集在小体积的固态无机离子交换剂中，易于辐射防护；而且相比于废树脂，无机吸附技术产生的放射性废弃物结构稳定性好，不易被辐射分解或生物分解，便于后期的处理处置，在地下处置场长期储存过程中，更具长期安全性。填装无机吸附材料的净化装置具有结构简单、选择性强、可移动性强等特点，对现场服务条件要求低，非常适合于核电厂放射性废液成分较为复杂且现场布置空间有限的特殊要求。

放射性废液处理不同于常规的水处理，难度较大，主要表现在以下几个方面：1)放射性胶体态核素^110mAg的质量浓度极低，处理难度大。2)由于放射性二次废物需要进行长期地质储存，因此对二次废物产生量的要求，要远远高于常规的水处理。3)应同时考虑放射性条件下的设备可操作性与可维护维修性、燃料动力消耗等。