含铀废水处理工艺探讨

【摘要】核燃料和稀土化工生产会产生含铀放射性废水，对含铀废水需处理至国家排放控制标准后方可排放，目前含铀废水的处理方法多样，本文对废水除铀的常用方法进行阐述，并就不同废水处理工艺路线选择进行分析，以供选用时参考。

【关键词】废水处理;含铀废水;分离工艺

随着我国对环境保护管理要求的不断提高，排放的工业废水对重金属含量控制日益严格。涉及核燃料化工处理和稀土生产中产生的废水会含有一定量的放射性铀，对于此类废水回收其中的贵金属铀和保证排放达标是必须的，选择经济高效的处理工艺需要根据实际情况综合考虑。

一、含铀废水的处理工艺

废水中的铀主要有四价和六价两种价态，铀含量高时可以通过加入沉淀剂沉淀出大部分的离子，经过沉淀后浓度无法直接达到排放标准，此类液体或含量较低时废液直接通过以下三类方式处理:一是将废水排进水域稀释或加水稀释至控制要求排放;二是将废水直接加热蒸发浓缩，减容后浓缩物固化存放，此方式适用于各类废液尤其是高放射性废水;三是通过化学分离将铀从废液中分离，废水铀含量降低至达标后排放，铀富集后回收再用。稀释处理适用于含量极低的低放射性废水，其他的处理技术主要根据应用工艺不同分为絮凝沉淀法、吸附法、离子交换法、蒸发浓缩法、膜分离等。(一)沉淀絮凝法。沉淀絮凝法采用化学试剂与废水中的铀离子发生共沉淀以降低溶液中的铀含量，通常使用的沉淀剂有铁盐、铝盐、磷酸盐等。聚合沉淀法时加入的絮凝剂在溶液中生成氢氧化物的絮状沉淀，产生的氢氧根离子与铀离子生成沉淀，絮状沉淀对铀也有很强的吸附作用形成共沉淀。常用的絮凝沉淀剂有聚合氯化铝、聚合硫酸铁等，聚丙烯酰胺应用在沉淀时去除铀的能力也很大。当废液中加入零价铁粉时，零价铁将铀离子进行还原成四价铀，四价铀形成沉淀物聚集在铁粉表面。铁粉溶解在溶液中的铁离子在适宜酸碱度下也会形成氢氧化物沉淀，产生与絮凝剂相同的除铀作用。由于多种作用联合零价铁可将溶液铀浓度降至很低的水平，尤其在偏酸性环境下通过搅拌或超声波充分混合作用时对铀的去除能力极强。采用沉淀絮凝法时处理过程简单、费用低，对净化要求不高、体积较大的低放射水平废水处理比较适用，缺点是产生的絮凝沉淀物体积较大、絮凝后含铀固渣杂质含量高，再次回收难度大。(二)吸附法。吸附处理时选择对铀具有特异性的吸附剂，通过废水与吸附剂充分接触时吸附剂对铀离子吸附能力比其他离子能力大，使铀离子在吸附剂表面聚集浓缩，以降低溶液中的铀含量达到净化废水的效果。吸附过程就是铀从液相转移到固相的传质过程，吸附作用分为物理吸附和化学吸附，吸附工艺主要以选择合适的吸附剂且通过液体流动方式、接触面积、接触时间等优化优化去除铀的能力。常用的吸附剂有:活性炭、硅胶、二氧化钛等。活性炭的形状各样，不同的原料制成的活性炭吸附能力也差异较大。活性炭对铀的去除能力高，尤其当废水中有难降解有机物无法使用其他吸附剂时可采用活性炭处理。采用硅胶吸附回收废液中铀的工艺应用范围很广，工艺成熟可靠，对铀的吸附专一性好，但是缺点是吸附能力不高、处理时间较长、效率低、有其他污染物尤其是有机溶剂时容易失效。吸附法受吸附能力影响，适用于废液铀含量较低时使用，吸附饱和后再解吸废液量大、铀浓度不高、产生二次废液等缺点，所以整个处理过程耗时费试剂。(三)离子交换法。离子交换法以离子树脂作为固定床，废液在通过树脂柱时与树脂颗粒接触，树脂上的可交换离子与铀离子交换固定，将铀从废液中去除。工业上大量应用的是201×7型阴离子交换树脂，在稀硫酸体系中铀离子主要与硫酸根形成阴离子的形式，而大多数金属离子以阳离子形式存在，通过离子树脂对阴离子交换达到处理效果。该法对于铀的净化能力高，处理后废水铀的去除率也较高。离子交换的缺点是容易受废水中其他易被交换污染物的影响，废水中不能含有有机物、悬浮物、高价金属离子等，否则树脂容易中毒失效或交换能力急剧降低，树脂交换饱和后再生过程时间长，酸碱消耗大，操作过程复杂。(四)蒸发浓缩法。蒸发浓缩法通过加热使水分汽化蒸发，冷凝后液体中难挥发溶质极低得到很好的净化，难挥发物浓缩在浓缩物中。蒸发含铀废水时，水分不断汽化成为蒸气排出后冷凝回收，铀由于不被蒸发在溶液中不断聚集，浓缩后的铀通过再回收或固化处理减少对环境的影响。蒸发浓缩法净化系数高、投资小、处理技术成熟可靠，在高放射性废水的处理应用很多。缺点是处理过程耗能很大，运行成本高，处理后的浓缩物需固化处理，蒸发方式不适合含有易挥发核素和易起泡沫的废水，运行时需考虑腐蚀、结垢、易爆物质聚集后加热爆炸等威胁。为了降低运行成本，通过研制新型蒸发器如真空蒸发器、薄膜蒸发器等不断改进提高蒸汽利用率是一直研究的方向。(五)乳化液膜分离法。乳化液膜分离法液膜组成是碳氢化合物溶剂、表面活性剂和其他添加剂，处理过程是在膜的两侧进行萃取与反萃取，在内相－膜相－外相三相体系中，被分离组分从外相溶液进入膜相，再从膜相转入内相，在内相中不断聚集浓缩。乳化液膜工艺简便、能耗低、设备简单、分离效率高，在处理含铀废水时有一定应用。乳化液膜分离的缺点是分离过程需经过制乳、萃取和破乳三个阶段，对乳液的稳定性和萃取以及破乳技术要求严格，尤其在膜的稳定性方面尚不能满足大规模工业化应用。(六)反渗透技术。反渗透作为膜分离技术中重要的一项，是一种新型分离技术，借助选择性透过膜，以压力差对含铀放射性废水进行分离，具有无相变、能耗低、操作方便和适应性强等特点。反渗透膜孔径极小可至纳米级，在很大的压力下仅有水分子可以通过分离膜，将其他物质如无机盐、重金属、有机物甚至细菌病毒分离。在废水处理过程中，反渗透处理后污染物净化效果好，净化后的水杂质低可以直接排放或回用。反渗透分离技术和传统的浓缩分离方法如蒸发、萃取、沉淀等相比一次处理可在除铀的同时去除绝大部分杂质脱盐率高，能耗低、效率高、处理能力大、无污染等特点，是水处理方面应用极广的先进技术，在海水淡化、城市生活废水处理、纯水制备等方面得到了广泛的应用。(七)生物吸附法。生物吸附时是以利用某些生物体自身的化学结构和组成成分特性来吸附溶液中的金属铀离子，吸附后再通过分离固液两相来去除水溶液中的铀的方法。吸附过程主要涉及到离子交换、表面络合、螯合、氧化还原、静电吸附等作用，通过生物材料的新陈代谢或自身的物理化学性质从废水中吸附铀。生物吸附剂的种类很多，菌类、藻类或动植物以及他们的衍生物、改性产品，如壳聚糖、半纤维素、木质素、秸秆以及经物理化学方法修饰后生物物质都可以作为吸附剂使用。从废水中去除铀时生物原料成本低、选择性好、容量高、成本低、操作简单是很有发展前景的方法。缺点是生物吸附剂的再生、回收过程繁琐，储存困难，吸附能力有限等，目前仍需不断探索完善。

二、结语

在核燃料循环过程需要处理大量的含铀废水，根据废水处理情况选择合适的处理工艺可以在保证废水处理达标的同时控制运行的费用。

【参考文献】

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作者:于晓闯 张 凡 单位:中核北方核燃料元件有限公司