活性炭吸附法處理含鈾放射性廢水

左天明，左魏銘，李金蓮

活性炭吸附法處理含鈾放射性廢水

左天明，左魏銘，李金蓮

（四川省核工業輻射測試防護院，成都 610503）

研究了活性炭吸附法處理含鈾放射性廢水的最佳條件。試驗結果表明，活性炭具有良好的除鈾效果，在所選擇的條件下，活性炭吸附法對鈾的去除率≥96%，同時對重金屬鉻、鎘、鉛、銅也有一定的吸附作用。用活性炭吸附法除鈾，方法簡單，除鈾率高，特別適合實驗室含鈾廢水的處理。

活性碳；吸附；鈾；廢水處理

實驗室對含鈾物質分析過程中產生的廢水，以及鈾礦石浸出試驗中的廢液，都含有較高的鈾。根據放射保護和環境保護規程，鈾在露天水源中的限制濃度為0.05mg/L，如果這些廢液不經過處理直接排入露天水源或農田，將會污染周圍環境，給農業和漁業帶來損失，給人體健康帶來嚴重影響[1]，因此，實驗室產生的含鈾廢水在排放前必須經過處理。目前已開發應用的含鈾廢水的處理方法很多,主要有化學沉淀法、離子交換法、蒸發濃縮法、電解法和膜處理法等[2～3],本文介紹的是活性炭吸附法。活性炭的表面積巨大，有很高的物理吸附和化學吸附功能，因此活性炭吸附法被廣泛應用在廢水處理中，而且具有效率高，效果好等特點。

1　實驗部分

1.1主要儀器和試劑

MUA型激光熒光微量鈾分析儀，北京羽綸科技有限責任公司；

JB-2型恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新涇儀器有限公司；

PHS-3C型pH計，上海精密科學儀器有限公司；

活性炭：100g活性炭用500mL2%鹽酸浸漬過夜，過濾，用水洗至pH5～6，在70℃下烘干，備用。

鈾標準溶液：稱取1.1792g八氧化三鈾基準，置于100mL燒杯中。加10mL鹽酸（比重1.19），3mL過氧化氫（30%），兩滴硝酸（比重1.42）蓋上表面皿，放置3分鐘并經常搖動，待劇烈反應停止后，于砂浴上加熱至完全溶解，取下，稍冷，轉入1 000mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，此溶液1mL含1mg鈾。準確移取上述溶液50mL，置于500mL容量瓶中，加1mL鹽酸（比重1.19），用水稀釋至刻度，搖勻。此溶液濃度1mL含0.1mg鈾。

1.2試驗方法

取20mL鈾標準溶液（100mg/L）100mL燒杯中，調節pH值為6.0，加入一定量經過處理的活性炭，在25℃溫度下，控制攪拌速度為100r/min，攪拌8分鐘，沉降30分鐘后，過濾，定容，用MUA型激光熒光微量鈾分析儀測量濾液中鈾含量。

圖1　活性炭用量與鈾去除率的關系

2　結果與討論

2.1活性炭的用量對鈾去除率的影響

取20mL含鈾為100mg/L的溶液幾份，調節pH值為6.0，分別加入0.1～2.0g活性炭，在25℃溫度下，攪拌8分鐘，沉降30分鐘后，過濾，定容，測量濾液中鈾含量，結果見圖1。

由圖1可知，活性炭的用量在0.1～0.5g之間時，隨著活性炭用量的增加，鈾去除率也明顯增大，而0.5g以后，鈾去除率基本保持不變，所以本實驗選擇活性炭的用量為0.5g。

2.2pH值對鈾去除率的影響

按照1.2試驗方法，固定活性炭的用量為0.5g，測量pH2～10之間，活性炭對鈾的吸附，結果見圖2。

圖2　pH值與鈾去除率的關系

圖3　溫度與鈾去除率的關系

根據圖2可知，pH值對活性炭的影響很大，活性炭在pH4～8之間有較大的吸附量，其中pH5.5～6.5吸附量最大，本實驗選擇pH6.0。

2.3溫度對鈾去除率的影響

吸附反應通常是放熱反應，因此溫度低有利于吸附反應的進行。按照1.2試驗方法，改變溶液的溫度，進行條件試驗，結果見圖3。

從圖3可看出，隨著溫度的升高，活性炭對鈾的吸附只有稍許的降低，可見溫度對吸附的影響不顯著。這是因為吸附反應的吸附熱（活性炭吸附單位質量的吸附質放出的總熱量）越大，溫度對吸附的影響就越大，而活性炭在液相吸附時吸附熱較小，所以溶液溫度對鈾去除率的影響也小。本試驗選擇在室溫（25℃）下進行。

2.4攪拌時間對鈾去除率的影響

按照1.2試驗方法，固定活性炭的用量為0.5g，改變攪拌時間，沉降30分鐘，觀察其對鈾去除率的影響，試驗結果見圖4。

圖4　攪拌時間與鈾去除率的關系

圖5　沉降時間與鈾去除率的關系

試驗結果表明，攪拌時間對鈾去除率的影響比較大，這是因為：攪拌使活性炭與溶液的接觸面增大，有利于活性炭的吸附，從而提高鈾的去除率。在5～10min鈾去除率已達到最高，在延長攪拌時間，去除率提高并不明顯，反而增加處理成本，這就要求攪拌時間盡量少些，鑒于上述原因，本實驗選擇攪拌時間為8min。

2.5 沉降時間對鈾去除率的影響

按照1.2試驗方法，固定活性炭的用量為0.5g，攪拌時間為8min，改變沉降時間，，觀察其對鈾去除率的影響，試驗結果見圖5。

由圖5可知，沉降30min后，鈾的去除率基本達到最大。故本實驗選擇沉降時間為30min。

2.6對其他金屬離子的吸附及共存離子的影響

在固定試驗條件下（調節pH值為6.0，加入0.5g活性炭，在25℃溫度下，攪拌8分鐘，沉降30分鐘），活性炭對Pd2+、Cd2+、Cu2+、Cr6+、Th的最大吸附容量分別可達到50.27mg/g、34.71mg/g、55.38mg/g、61.32mg/g、92.38mg/g。

在固定試驗條件下，測定100mg/L鈾標準，當相對誤差為±5%時，當共存的Cl－(＜30g/L)、SO42－(＜15g/L)、PO43－(＜0.3g/L)、CO32－(＜0.12g/L)對測定結果無影響。

3　結論

1）采用活性炭為吸附劑，對實驗室含鈾廢水中的鈾進行吸附去除，整個操作過程簡便，且除鈾率高，在最佳吸附條件（調節pH值為6.0，加入0.5g活性炭，在25℃溫度下，攪拌8分鐘，沉降30分鐘）下，對鈾的去除率可到96%以上，處理后的含鈾廢水可達到國家排放標準。同時活性炭也吸附除去廢水中的重金屬和其他放射性元素，如：鉛、鎘、銅、鉻、釷等。

2）含鈾廢水的初始pH值是影響活性炭吸附功能的最主要因素。在進行吸附之前，最好控制廢液pH5.5～6.5。

3）活性炭處理含鈾廢水工藝簡單，吸附容量大，鈾去除率高，非常適合處理實驗室中水量比較小、放射性比活度比較高的廢水。由于生產成本比較高，廢水量非常大時不太適合用此方法來處理。

[1] 羅明標，劉淑娟，余亨華．氫氧化鎂處理含鈾放射性廢水的研究[J]．水處理技術，2002，28（5）:274．

[2] 高廷耀，顧國維．水污染控制工程下冊（第二版）[M]．北京：高等教育出版社，1999.

[3] 魏廣芝，徐樂昌．低濃度含鈾廢水的處理技術及其研究進展[J]．鈾礦冶，2007，26（2）：90．

Treatment of U-Bearing Wastewater by Active Carbon Adsorption

ZUO Tian-ming ZUO Wei-ming LI Jin-lian
（Sichuan Radiation Detection & Protection Institute of Nuclear Industry， ?Chengdu610503）

This paper deals with the optimal conditions for treatment of uranium in radioactive wastewater by the activated carbon adsorption. The test results show that the active carbon adsorption has good effects to remove uranium in wastewater. In optimal conditions， active carbon adsorption can remove more than 96% of uranium in wastewater. Active carbon adsorption can remove cadmium， lead and copper. This method is simple and high efficient to remove uranium， especially uranium in laboratory wastewater.

active carbon adsorption； uranium； wastewater treatment

P619.14

A

1006-0995（2015）03-0473-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.03.037

2014-10-11

左天明(1979-)，男，湖南邵東人，工程師，主要從事巖礦分析工作