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放射性污水处理

放射性废水中的放射性物质应尽可能作出安全的处理并转移到安全的地方,使它对人和其他生物的危害减轻到最低限度。   

放射性废水按所含的放射性浓度可分为两类,一类为高水平放射性废液,一类为低水平放射性废水。前者主要是核燃料后处理第一循环产生的废液,而后者则产生于核燃料前处理(包括铀矿开采、水冶、精炼、核燃料制造等过程中产生的含铀、镭等的废水)、核燃料后处理的其他工序,以及原子能发电站,应用放射性同位素的研究机构、医院、工厂等排出的废水。   

国际原子能机构(IAEA)建议按放射性浓度水平将放射性废水分为五类,其处理方法以及处理装置屏蔽要求见表。   

放射性核素用任何水处理方法都不能改变其固有的放射性衰变特性,其处理一般按两个基本原则:①将放射性废水排入水域(如海洋、湖泊、河流、地下水),通过稀释和扩散达到无害水平。这一原则主要适用于极低水平的放射性废水的处理。②将放射性废水及其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离,任其自然衰变。这一原则对高、中、低水平放射性废水都适用。   

浓缩处理  有化学沉淀、离子交换、蒸发、生物化学、膜分离、电化学等方法,常用的方法是前三种。放射性废水的处理效果,通常用去污系数(DF)和浓缩系数(CF)表示。前者的定义是废水原有的放射性浓度C0与其处理后剩余放射性浓度C之比,即DF=C0/C;后者的定义是废水的原有体积与其处理后浓缩产物的体积之比,即CF=V原水/V浓缩。蒸发法、 离子交换法和化学沉淀法的代表性去污系数的数量级分别为104~106、10~103和10。   

彩63彩票官网化学沉淀法 使沉淀剂与废水中微量的放射性核素发生共沉淀作用的方法。最通用的沉淀剂有铁盐、铝盐、磷酸盐、 高锰酸盐、石灰、苏打等。对铯、钌、 碘等几种难以去除的放射性核素要用特殊的化学沉淀剂。例如,放射性铯可用亚铁氰化铁、亚铁氰化铜或亚铁氰化镍共沉淀去除;也可用粘土混悬吸附──絮凝沉淀法去除。放射性钌可用硫化亚铁、仲高碘酸铅共沉淀法等去除。放射性碘可用磺化钠和硝酸银反应形成碘化银沉淀的方法去除;也可用活性炭吸附法去除。沉淀污泥需进行脱水和固化处理。最有效的脱水方法是冻结-融化-真空或压力过滤。   

离子交换法 放射性核素在水中主要以离子形态存在,其中大多数为阳离子,只有少数核素如碘、磷、碲、钼、锝、氟等通常呈阴离子形式。因此用离子交换法处理放射性废水往往能获得高的去除效率。采用的离子交换剂主要有离子交换树脂和无机离子交换剂。大多数阳离子交换树脂对放射性锶有高的去除能力和大的交换容量;酚醛型阳树脂能有效地除去放射性铯,大孔型阳树脂不仅能去除放射性阳离子,还能通过吸附去除以胶体形式存在的锆、铌、钴和以络合物形式存在的钌等。   无机离子交换剂具有耐高温、耐辐射的优点,并且对铯、锶等长寿命裂变产物有高度的选择性。常用的无机离子交换剂有蛭石、沸石(特别是斜发沸石)、凝灰岩、锰矿石、某些经加热处理的铁矿石、铝矿石以及合成沸石、铝硅酸盐凝胶、磷酸锆等。   离子交换剂以单床(一般为阳离子交换剂床),双床(阳树脂床→阴树脂床串联)和混合床(阳、阴树脂混装的床)的形式工作。   

彩63彩票官网蒸发法 用蒸发法处理含有难挥发性放射性核素的废水可以获得很高而稳定的去污系数和浓缩系数。此法需要耗用大量蒸发热能。所以主要用于处理一些高、中水平放射性废液。用的蒸发器有标准型、水平管型、强制循环型、升膜型、降膜型、盘管型等。蒸发过程中产生的雾末随同蒸汽进入冷凝液,使其中的放射性增强,因此需设置雾末分离装置,如旋风分离器、玻璃纤维填充塔、线网分离器、筛板塔、泡罩塔等。此外还要考虑起沫、腐蚀、结垢、爆炸等潜在危险和辐射防护问题。   

用上述方法处理后的放射性废水,排入水体的可通过稀释,排入地下的可通过土壤对放射性核素的吸附和地下水的稀释等作用,达到安全水平。   

浓缩产物固化处理  化学沉淀污泥、离子交换树脂再生废液、失效的废离子交换剂、吸附剂和蒸发浓缩残液等放射性浓缩产物,要作固化处理。对固化体要求是:放射性核素的浸出率小,耐久和耐撞击,在辐射以及温度、湿度等变化的情况下不变质。主要有水泥和沥青两种固化法。水泥固化法的优点是工艺和设备简单,费用低,其固化体耐压、耐热,比重为 1.2~2.2,可以投入海洋。缺点是固化体的体积比原物大,放射性浸出率较高。沥青固化法的优点是其固化体放射性浸出率比水泥固化体小2~3个数量级,而且固化后的体积比原来的小;缺点是工艺和设备复杂,固化体容易起火和爆炸,在大剂量辐射下会变质等。此外还在研究塑料固化法。   

高水平放射性废液处理  高水平放射性废液大都贮存于地下池中。最初是用碳钢池外加钢筋混凝土池贮存碱性废液,后来用不锈钢池外加钢筋混凝土池贮存酸性废液。贮存池中设有冷却盘管或冷凝装置以导出废液释出的衰变热,另外还装有液温、液位、渗漏等监测装置以及废液循环、通气净化装置等(见图)。   

对高水平放射性废液的固化处理是采用流化床煅烧法、喷雾煅烧法、罐内煅烧法和转窑煅烧法,将废液转变成氧化物固体;或者采用玻璃固化法,将废液烧制成磷酸盐坡璃、硼硅酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、霞石正长岩玻璃、玄武岩玻璃等。玻璃固化法的优点是固化体密实,在水、酸性和碱性水溶液中的浸出率小,为10-7克/(厘米2·日)数量级;固化体传热率大,固化体的灰尘发生量小。但是设备复杂,并且需要使用耐高温(900~1200℃)和耐腐蚀的材料;此外,一些放射性核素的挥发问题尚未解决。   

放射性废物的最后处置  

长寿命的放射性核素的半衰期长达几十年甚至上万年,因此必须使它们与人类生活环境隔离。这种贮藏或处置为长期的、永久性的。放射性废物的最终处置分为陆地处置和海洋处置两类。陆地处置方法有:在人造贮藏库内贮藏;在废矿坑如岩盐矿坑内贮藏;在土中埋藏和压注入深的地层中等。海洋处置的一种方法是将低水平放射性废液排入海中,依靠扩散和稀释达到无害化;另一种方法是将放射性固体废物封入容器投入深2000~10000米的海域。   

但是上述处置方法都不能完全防止对环境的污染。为此,还研究用火箭将极高水平的放射性废物发射到宇宙空间,或者使用大输出功率的高密度中子源反应堆、高能质子加速器或核聚变反应堆,对裂变产物中的长寿命核素(如90锶、137铯、85氪、99锝、129碘等)进行中子照射,使之发生核转变,但这两种处置法都还未实际应用。

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