放射性废液处理

郭健

【摘 要】随着我国核能工业的不断安全发展，对放射性废物处理新技术的需求也越来越迫切，前期我国对放射性废液的处理方式主要是水泥固化，目前还可以对放射性废液进行化学沉淀、离子交换、吸附、蒸发浓缩、膜分离、生物处理等多种处理方法进行放射性废水的净化。详细分析了离子交换、吸附、蒸发浓缩、膜分离、生物处理等多种处理方法的特点及适用范围，并对放射性废液处理方法的新的发展方向进行了展望。

【关键词】放射性废液；膜分離；吸附；蒸发

一、前言

随着我国经济的快速发展和化石能源的不断枯竭，核能的大规模发展与使用成为了必然选择。自从2011年3月日本发生了福岛核事故以后，核安全以及核废物的处理越来越引起人们的重视。随着我国核能工业的不断安全发展，对放射性废物处理新技术的需求也越来越迫切，核电站产生的放射性核废物主要为包含放射性元素的废液，因此对放射性废液的处理和处置成为了当今核能利用必须解决的关键问题。

二、我国对放射性废液的主要处理方式

前期我国对放射性废液的处理方式主要是水泥固化，水泥固化处理工艺相对简单，而且固化体具有长期稳定性的特性，其主要步骤是以水泥、石灰和外加剂为固化剂作为原料，通过检测核电站废液中浓缩液的密度、硼酸根离子浓度、总盐分含量、磷酸根离子浓度、硫酸根离子浓度来确定所需的水泥重量和外加剂重量、所需的石灰重量，在确定好所需物质质量后依次向放射性废液中加入外加剂、石灰和水泥进行搅拌，最终将浆料静置固化得到固化体。这样就能够降低水泥固化体的体积、提高核电废弃物包容率。因此水泥固化在核电厂放射性废物固化中得到了广泛的应用。

除了水泥固化方法固化废液中的放射性物质以外，还可以通过对放射性废液进行化学沉淀、离子交换、吸附、蒸发浓缩、膜分离、生物处理等多种处理方法进行放射性废水的净化。化学沉淀的处理方法具有操作方便，处理费用低廉的特点，对于含盐量较高的放射性废液可以采用化学沉淀法进行处理。离子交换处理方法的特点是对放射性废液净化效率比较高，对于含盐量较低和悬浮物量较少的体系比较适用。

三、对放射性废液的新的处理方式及工艺

吸附处理方法主要利用的是吸附材料对放射性核素离子的吸附，对于高盐度的放射性废液并不适用，因为此类放射性废液含盐量较高采用吸附处理方法则会导致吸附剂堵塞的产生，吸附剂再利用和回收也比较困难。无机吸附材料对放射性核素离子的选择性强，可以从放射性废水中高效地去除目标核素离子，大幅度降低放射性废液的放射性水平，而且无机吸附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。目前国外针对放射性核素Ag的吸附剂主要有无机金属硫化物、经巯基表面修饰的无机氧化物及活性炭、以及负载于无机载体表面的硫醇改性壳聚糖等等，基本上都是利用络合特性或者沉积特性来选择性识别Ag，以获得良好的净化效果。对60Co/58Co的吸附剂主要有水合金属氧化物（如氧化锰）、金属钛酸盐等，目前芬兰赫尔辛基大学研制的水合锑酸盐，对络合态的Co（Co-EDTA等）具有良好的吸附性能。

从国内研究进展可以看出，利用碳纳米管对放射性溶液进行处理吸附的方法发展比较成熟，该技术利用了碳纳米管的高效吸附性能，在放射性溶液中，投放碳纳米管，使放射性元素富集在碳纳米管上，可以使高放射性溶液中放射性核素的浓度和放射性强度降低99-99.9，高放射性溶液的体积降低95-99，大大减少高放射性溶液的处理成本和处理费用。除了碳纳米管吸附方法外，利用磁性材料进行吸附的方法也比较常用，通过粘土矿物（蒙脱石、海泡石、沸石、累托石以及坡缕石等）与磁性氧化铁颗粒复合，制备出各种不同种类的磁性吸附剂，而且还可以通过外加磁场使吸附达饱和的吸附剂与作用体系迅速地分离。磁性吸附材料对放射性核素的吸附性能较好，且吸附后不易解吸，具有环境友好、经济可行的优点。

蒸发浓缩废液处理方法的特点是净化系数高，灵活性大，技术相对成熟，其缺点是工艺要求水平高，并且运行成本比较高，还存在着腐蚀、结垢等问题。蒸发浓缩废液处理方法往往和离子交换废液处理方法结合起来。即放射性废水先经过蒸发浓缩后，将浓缩后的废液引导进入离子交换树脂床进行离子交换处理，待溶液满足环境排放要求之后排放。对于浓缩富集了大量核素的蒸残液，以及富集了大量核素的离子交换树脂，对其经固定化处理后，进行长期地质储存。

膜分离技术是新兴的一种处理方法，该技术与前面几种放射性废液处理方法相比，具有较多优点：（1）可以在常温下进行操作，能耗比较低；（2）占地面积比较少，操作简单方便；（3）适应范围比较广，对于放射性废液中中各种形态的放射性物质，都可以选择与该放射性物质相对应的膜过程、膜材料以及膜组件进行处理；（4）该方法还可以与常规废液处理工艺进行集成，比如蒸发+离子交换+膜分离工艺、吸附+膜分离工艺、化学沉淀+膜分离工艺。膜分离处理方法在对放射性废液的处理中应用非常广泛。膜技术的兴起，为放射性废水处理提供了新的选择。目前国内一种高效环保的放射性废水处理方法，包括预处理、膜分离和后处理，依次进行的活性炭过滤和超滤膜过滤的预处理，通过氧化石墨烯基复合膜进行过滤实现过滤膜分离，氧化石墨烯基复合膜是氧化石墨烯复合聚多巴胺后在硅烷偶联剂预修饰的片状多孔载体上制备而成的，其膜层二维水通道小于0.45nm，后处理为二级反渗透处理，通过二级反渗透处理的水电导率≤40μs/cm，达到放射性物质的排放要求。这种方法能够有效的降低放射性废液中放射性物质的含量，稳定性较高，操作简单，经济性高。

生物处理方法也是新兴的一种放射性废液处理方法，该方法主要是利用了零价铁作为活性材料的PRB，利用该活性材料对放射性核素进行原位修复实现了对放射性核素的处理。通过在活性材料中的零价铁反应体系中不断注入铁还原细菌，可以有效的将铁表面的腐蚀产物还原清除，从而提高铁的还原利用效果，此外，铁还原细菌自身也能将铀还原实现了对放射性废液的处理。

以上多种放射性废液处理方法的主要目标是尽可能降低放射性废物的量。无论采取哪种处理方法，实质上是将放射性核素浓缩富集到极小体积的液体介质或者固体介质，并使绝大部分液体满足相关排放标准后进行排放。浓缩富集了放射性核素的液体介质如膜工艺的浓水，蒸发工艺的蒸残液。固体介质如离子交换树脂。这些物质最终成为放射性废物，进行长期地质储存。放射性废水处理的一个重要原则是在合理的条件下，使浓缩富集了放射性核素的液体介质或者固体介质尽可能小量化。

四、结论

随着我国核电技术的不断发展进步，对于放射性物质的控制和排放也提出了更高的要求，通过多种放射性废液处理方法的工艺结合来实现对放射性废液的处理，明显降低了放射性废物的产量，减弱了工作人员受到的辐照，并且提高了放射性废液处理效率，展现了核电站放射性废液处理工艺新的发展方向。endprint