核電廠放射性化學去污廢液預處理新技術

廖能斌，毛 莉，李 斌

（國家電投集團遠達環保工程有限公司，重慶 401122）

在核電廠日常維修過程中，為更好地對放射性沾污部件進行去污，通常采用化學方法，如加入酸、堿、檸檬酸、洗滌劑等化學試劑。去污過程中將產生一定量的化學去污廢液，其成分復雜，除含有放射性核素外，還含有清洗劑、絡合劑、酸堿等化學物質，并且含有一定量的有機物。該種廢液必須經過處理，滿足相關的排放標準后才能排放。

我國核電廠通常采用蒸發方式處理化學去污廢液，但系統復雜，能耗較高。在美國，該種廢液通常采用非熱能處理方式進行處理。該種廢液經預處理后，再經一套移動式處理裝置（集活性炭和離子交換一體化裝置）處理后即可達標排放。預處理的主要目的是：通過預處理裝置去除化學去污廢液中的絕大部分有機物和化學物質等，防止離子交換樹脂中毒失效并產生較多的二次廢物，達到滿足移動式廢液處理裝置的接收需求，從而實現廢物最小化和達標排放。

國內核電廠尚無采用非熱能式處理放射性去污廢液的經驗。為完善核電廢物處理工藝，填補國內空白，人們研究開發了用于核電廠熱車間的化學去污廢液預處理工藝技術。

1 化學去污廢液預處理技術原理

化學去污廢液預處理技術采用“UV/Fenton氧化＋絮凝沉降＋過濾”的工藝對熱車間產生的化學去污廢液進行預處理，主要利用Fenton試劑對有機物進行氧化分解[1-2]。

Fenton試劑是由H2O2與Fe2+組成的混合體系，二價鐵離子（Fe2+）催化分解H2O2產生氫氧自由基（?OH），（?OH）具有比一般常用強氧化劑更高的氧化電位，能有效地氧化多種有毒或難氧化的有機物，將大分子有機物降解為小分子有機物或礦化為CO2和H2O等無機物[3-4]。在輔助紫外光（UV）照射條件下，Fe2+在弱酸條件下發生水解反應，生成更多的（?OH），能有效地提高Fenton試劑氧化降解有機物的能力[5]。

Fenton氧化法由于加入了Fe2+，反應終止時將產生Fe（OH）3絮凝沉淀[6-9]。該沉淀過程將會載帶廢液中的大部分金屬離子共沉淀，從而實現廢液中有機物去除的同時，去除廢液中大部分金屬離子，所以該方法特別適合于處理含金屬離子污染的廢液。其可以通過一個工藝（有機物去除）達到兩個目的（有機物去除+金屬離子去除）。而核電廠檢修廢液既含有需要處理的有機物，同時也含有部分放射性金屬離子，選用該工藝處理化學去污廢液，可以簡化工藝，同時減少二次廢物的產生量。

2 化學去污廢液預處理工藝

2.1 化學去污廢液源項

熱車間產生的化學去污廢液主要含有鉻、鈷、鐵、鎳等金屬離子及可溶性離子（如高錳酸鉀、草酸、檸檬酸、果酸、氫氧化鈉、硝酸等試劑的離子態），單種試劑的質量濃度為2%（最高可達5%），可能含有表面活性劑及雜質沉淀。在去污中，將會考慮采用HAKA去污試劑，質量濃度最大5%。化學去污廢液pH范圍3～10，放射性活度濃度約4.0E+06 Bq/L。單臺機組每次大修約產生20 m3化學去污廢液，最大約產生45 m3化學去污廢液。

2.2 化學去污廢液預處理工藝流程

將待處理的化學去污廢液送至反應槽，向反應槽添加酸、堿試劑，調節廢液pH值至酸性，然后添加Fenton試劑，開啟紫外光照射廢液，Fenton反應開始進行；反應結束后，調節pH值至堿性，靜置以進行充分絮凝沉降，將靜置后的反應槽上清液排至中間水槽，取樣分析中間水槽水樣的COD值，若達到設計值，則將廢液送至砂濾柱，若未達到設計值，將廢液重新返回反應槽中進行二次反應；廢液在砂濾柱中完成懸浮物的去除后排入暫存槽中儲存；取樣分析暫存槽水樣的懸浮固體含量與放射性活度，若放射性活度低于排放管理限值，則利用暫存槽泵送至熱車間機械廢水接收槽，否則送至移動式廢液處理裝置進行后續處理[10-12]。

反應槽底部泥漿進入布氏過濾器，通過真空抽濾對泥漿進脫水，脫水后泥餅含水率小于40%。脫水后的泥餅在手套箱中轉移至廢物轉運桶中，最后將廢物轉運桶轉運至核電站廠址廢物處理設施（SRTF）進行進一步處理。

化學去污廢液預處理系統采用間歇式運行，設計處理能力為1.5 m3/批次。處理工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

2.3 主要設備概述

化學去污廢液預處理系統共設置5個化學試劑槽，分別儲存Fenton試劑（雙氧水和七水硫酸亞鐵）、硫酸、氫氧化鈉及消泡劑，試劑槽材質為高密度聚乙烯（HDPE）。化學試劑通過試劑泵送至反應槽。

設置1個反應槽，材質為316L不銹鋼。考慮到操作人員的輻射防護，在反應槽外部設計有屏蔽室。反應槽頂部安裝三組紫外光燈，反應時利用壓縮空氣進行攪拌。設置1個真空緩沖罐，材質為304L不銹鋼，通過真空泵抽吸作用在真空緩沖罐內形成負壓，將布氏過濾器內泥漿中的水分抽吸至罐內。

設置1個手套箱，將經過真空抽濾得到的泥餅在手套箱內轉移至廢物轉運桶中，手套箱主要起輻射屏蔽作用，減小工作人員進行泥餅轉運操作時所受到的輻照劑量。設置1個中間水槽，材質為304L不銹鋼，用于儲存、監測反應槽上清液。設置1臺砂濾柱，過濾介質為石英砂，材質為304L不銹鋼，主要用于截留廢水中的機械懸浮物和膠體雜質。

設置1個暫存槽，材質為304L不銹鋼，用于暫存砂濾柱出水，并監測出水的各項指標。若出水的放射性活度濃度低于1 000 Bq/L，則利用暫存槽泵將廢液送至合格廢水接收槽，無需后續處理；若出水的放射性活度濃度高于1 000 Bq/L，則送至移動式化學廢液處理裝置進行后續處理。

3 實施效果說明

經化學去污廢液預處理工藝處理后，系統出水指標為：化學需氧量（COD）≤150 mg/L；pH值6～9；懸浮物≤150 mg/L；金屬離子（Fe、Ni、Mn、Co、Ag）去除效率＞90%。

本化學去污廢液預處理工藝首次應用在核電廠中，與常用的蒸發工藝相比，具有能耗低、二次廢物少、運行維護費用低等優點。每處理20 m3化學去污廢液消耗電能約200 kW·h，產生二次廢物泥餅約630 kg，所消耗的藥劑和電費約4 300元。考慮核電廠60年壽期以及低中放廢物高昂的處置費用，預期本項目工程化后能夠為核電廠帶來較好的經濟效益和社會效益。目前，本技術已在山東海陽核電廠熱車間使用，處于設計、建造階段。

4 結語

本化學去污廢液預處理工藝作為化學去污廢液的預處理手段，解決了化學去污廢液中有機物處理的根本問題，具有能耗低、廢物量小、經濟合理等優點。本技術不僅可以有效去除熱車間化學去污廢液中的有機物，還能顯著降低廢水中的核素和重金屬離子，可有效降低后續處理設備（如活性炭柱、樹脂柱、烘干裝置等）的工藝負荷，滿足移動式化學廢液處置裝置的進液條件。

本技術有機物去除效率較高，平均去除效率大于80%，同時對重金屬離子也有很好的去除效果，去除效率大于90%。本技術可以通過一個工藝（有機物去除）達到兩個目的（有機物去除+金屬離子去除）。而核電廠檢修廢液既含有需要處理的有機物，同時也含有部分放射性金屬離子，人們可以選用該工藝對化學去污廢液進行預處理，以簡化工藝流程，減少二次廢物的產生量，該工藝有較好的示范作用和推廣前景。