放射性廢液處理

郭健

【摘 要】隨著我國核能工業的不斷安全發展，對放射性廢物處理新技術的需求也越來越迫切，前期我國對放射性廢液的處理方式主要是水泥固化，目前還可以對放射性廢液進行化學沉淀、離子交換、吸附、蒸發濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法進行放射性廢水的凈化。詳細分析了離子交換、吸附、蒸發濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法的特點及適用范圍，并對放射性廢液處理方法的新的發展方向進行了展望。

【關鍵詞】放射性廢液；膜分離；吸附；蒸發

一、前言

隨著我國經濟的快速發展和化石能源的不斷枯竭，核能的大規模發展與使用成為了必然選擇。自從2011年3月日本發生了福島核事故以后，核安全以及核廢物的處理越來越引起人們的重視。隨著我國核能工業的不斷安全發展，對放射性廢物處理新技術的需求也越來越迫切，核電站產生的放射性核廢物主要為包含放射性元素的廢液，因此對放射性廢液的處理和處置成為了當今核能利用必須解決的關鍵問題。

二、我國對放射性廢液的主要處理方式

前期我國對放射性廢液的處理方式主要是水泥固化，水泥固化處理工藝相對簡單，而且固化體具有長期穩定性的特性，其主要步驟是以水泥、石灰和外加劑為固化劑作為原料，通過檢測核電站廢液中濃縮液的密度、硼酸根離子濃度、總鹽分含量、磷酸根離子濃度、硫酸根離子濃度來確定所需的水泥重量和外加劑重量、所需的石灰重量，在確定好所需物質質量后依次向放射性廢液中加入外加劑、石灰和水泥進行攪拌，最終將漿料靜置固化得到固化體。這樣就能夠降低水泥固化體的體積、提高核電廢棄物包容率。因此水泥固化在核電廠放射性廢物固化中得到了廣泛的應用。

除了水泥固化方法固化廢液中的放射性物質以外，還可以通過對放射性廢液進行化學沉淀、離子交換、吸附、蒸發濃縮、膜分離、生物處理等多種處理方法進行放射性廢水的凈化?；瘜W沉淀的處理方法具有操作方便，處理費用低廉的特點，對于含鹽量較高的放射性廢液可以采用化學沉淀法進行處理。離子交換處理方法的特點是對放射性廢液凈化效率比較高，對于含鹽量較低和懸浮物量較少的體系比較適用。

三、對放射性廢液的新的處理方式及工藝

吸附處理方法主要利用的是吸附材料對放射性核素離子的吸附，對于高鹽度的放射性廢液并不適用，因為此類放射性廢液含鹽量較高采用吸附處理方法則會導致吸附劑堵塞的產生，吸附劑再利用和回收也比較困難。無機吸附材料對放射性核素離子的選擇性強，可以從放射性廢水中高效地去除目標核素離子，大幅度降低放射性廢液的放射性水平，而且無機吸附產生的放射性廢棄物結構穩定性好，不易被輻射分解或生物分解，便于后期的處理處置，在地下處置場長期儲存過程中，更具長期安全性。目前國外針對放射性核素Ag的吸附劑主要有無機金屬硫化物、經巰基表面修飾的無機氧化物及活性炭、以及負載于無機載體表面的硫醇改性殼聚糖等等，基本上都是利用絡合特性或者沉積特性來選擇性識別Ag，以獲得良好的凈化效果。對60Co/58Co的吸附劑主要有水合金屬氧化物（如氧化錳）、金屬鈦酸鹽等，目前芬蘭赫爾辛基大學研制的水合銻酸鹽，對絡合態的Co（Co-EDTA等）具有良好的吸附性能。

從國內研究進展可以看出，利用碳納米管對放射性溶液進行處理吸附的方法發展比較成熟，該技術利用了碳納米管的高效吸附性能，在放射性溶液中，投放碳納米管，使放射性元素富集在碳納米管上，可以使高放射性溶液中放射性核素的濃度和放射性強度降低99-99.9，高放射性溶液的體積降低95-99，大大減少高放射性溶液的處理成本和處理費用。除了碳納米管吸附方法外，利用磁性材料進行吸附的方法也比較常用，通過粘土礦物（蒙脫石、海泡石、沸石、累托石以及坡縷石等）與磁性氧化鐵顆粒復合，制備出各種不同種類的磁性吸附劑，而且還可以通過外加磁場使吸附達飽和的吸附劑與作用體系迅速地分離。磁性吸附材料對放射性核素的吸附性能較好，且吸附后不易解吸，具有環境友好、經濟可行的優點。

蒸發濃縮廢液處理方法的特點是凈化系數高，靈活性大，技術相對成熟，其缺點是工藝要求水平高，并且運行成本比較高，還存在著腐蝕、結垢等問題。蒸發濃縮廢液處理方法往往和離子交換廢液處理方法結合起來。即放射性廢水先經過蒸發濃縮后，將濃縮后的廢液引導進入離子交換樹脂床進行離子交換處理，待溶液滿足環境排放要求之后排放。對于濃縮富集了大量核素的蒸殘液，以及富集了大量核素的離子交換樹脂，對其經固定化處理后，進行長期地質儲存。

膜分離技術是新興的一種處理方法，該技術與前面幾種放射性廢液處理方法相比，具有較多優點：（1）可以在常溫下進行操作，能耗比較低；（2）占地面積比較少，操作簡單方便；（3）適應范圍比較廣，對于放射性廢液中中各種形態的放射性物質，都可以選擇與該放射性物質相對應的膜過程、膜材料以及膜組件進行處理；（4）該方法還可以與常規廢液處理工藝進行集成，比如蒸發+離子交換+膜分離工藝、吸附+膜分離工藝、化學沉淀+膜分離工藝。膜分離處理方法在對放射性廢液的處理中應用非常廣泛。膜技術的興起，為放射性廢水處理提供了新的選擇。目前國內一種高效環保的放射性廢水處理方法，包括預處理、膜分離和后處理，依次進行的活性炭過濾和超濾膜過濾的預處理，通過氧化石墨烯基復合膜進行過濾實現過濾膜分離，氧化石墨烯基復合膜是氧化石墨烯復合聚多巴胺后在硅烷偶聯劑預修飾的片狀多孔載體上制備而成的，其膜層二維水通道小于0.45nm，后處理為二級反滲透處理，通過二級反滲透處理的水電導率≤40μs/cm，達到放射性物質的排放要求。這種方法能夠有效的降低放射性廢液中放射性物質的含量，穩定性較高，操作簡單，經濟性高。

生物處理方法也是新興的一種放射性廢液處理方法，該方法主要是利用了零價鐵作為活性材料的PRB，利用該活性材料對放射性核素進行原位修復實現了對放射性核素的處理。通過在活性材料中的零價鐵反應體系中不斷注入鐵還原細菌，可以有效的將鐵表面的腐蝕產物還原清除，從而提高鐵的還原利用效果，此外，鐵還原細菌自身也能將鈾還原實現了對放射性廢液的處理。

以上多種放射性廢液處理方法的主要目標是盡可能降低放射性廢物的量。無論采取哪種處理方法，實質上是將放射性核素濃縮富集到極小體積的液體介質或者固體介質，并使絕大部分液體滿足相關排放標準后進行排放。濃縮富集了放射性核素的液體介質如膜工藝的濃水，蒸發工藝的蒸殘液。固體介質如離子交換樹脂。這些物質最終成為放射性廢物，進行長期地質儲存。放射性廢水處理的一個重要原則是在合理的條件下，使濃縮富集了放射性核素的液體介質或者固體介質盡可能小量化。

四、結論

隨著我國核電技術的不斷發展進步，對于放射性物質的控制和排放也提出了更高的要求，通過多種放射性廢液處理方法的工藝結合來實現對放射性廢液的處理，明顯降低了放射性廢物的產量，減弱了工作人員受到的輻照，并且提高了放射性廢液處理效率，展現了核電站放射性廢液處理工藝新的發展方向。endprint