核廢水處理,SINOYQX提供三聚氰胺泡沫作為新選擇

13年00月24日當地時間2023時,日本福島第一核電廠開始向大海排放核污染水。引起世界各國的廣泛關注。中國駐日本大使吳江浩就日本政府向海洋排放福島核污水向日本政府提出嚴正抗議;中國海關總署:全面暫停日本水產品進口;韓國總理:韓將維持對日本福島水產品的進口禁令不變。

核污水,顧名思義,就是含有放射性物質的污水。如核外洩漏事故中產生的高放射性廢水,或與核燃料直接接觸的冷卻水。專家表示,核廢水不等於核廢水。核污水的危害較大,含有氚等64種核放射性物質。

 

核污水含有鈾、鈽、銫、鍶、碘、鈷等多種放射性元素。其中一些元素的半衰期很長,如鈾-238的半衰期為4.5億年,鈽-239的半衰期為24,000年。這些放射性元素對人體和環境具有致癌、致畸、致突變等嚴重危害。根據不同的來源和情況,核流出物中各種放射性元素的濃度和比例有所不同,但通常遠超過國際標準和安全極限。

 

核污水若不經過妥善處理就排入環境中,將對生態系及人體健康造成嚴重影響。放射性物質可以透過水、土壤、空氣、食物鏈等傳播,造成生物體受輻射劑量增加,引發各種疾病和基因突變。因此,核污水的處理和處置必須遵循嚴格的安全標準和規範,以避免任何可能發生的洩漏和事故。

 

各國常用的核廢水處理技術如下:

 

  1. 化學沉澱法

化學沉澱法是利用沉澱劑與廢水中的微量放射性核種共沉澱的方法。廢水中放射性核種的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等化合物大多不會溶解,因此在處理過程中可以去除。化學處理的目的是將廢水中的放射性核素轉移並濃縮到體積較小的污泥中,使沉積下來的廢水放射性殘留很少,能夠達到排放標準。

此方法的優點是成本低,對數放射性核種的去除效果好,並能處理非放射性組分及其濃度和流化程度相當的流化廢水。所採用的處理設施和技術都有相當成熟的經驗。

目前最常用的沉澱劑有鐵鹽、鋁鹽、磷酸鹽、蘇打等。為了促進凝結過程,添加了黏土、活性二氧化矽、聚合物電解質等凝結助劑。對於銫、釕、碘等高濃度、難以去除的放射性核素,應採用專門的化學沉澱劑。例如,可以透過亞鐵氰化鐵和亞鐵氰化銅共沉澱去除銫。有人利用不溶性澱粉黃原酸鹽來處理含金屬的放射性廢水。處理效果好,適用性廣,放射性去除率>90%。是一種性能優異的離子交換絮凝劑。由於處理廢水時無殘留硫化物,較適合廢水處理。

 

  1. 離子交換法

許多放射性核種在水中會電離,特別是經過化學沉澱處理後的放射性廢水。由於懸浮和膠體放射性核素的去除,剩下的幾乎都是離子態,其中大部分是陽離子。而且放射性核種在水中存在量很少,非常適合採用離子交換處理,並且在沒有非放射性離子乾擾的情況下,離子交換可以長期有效地工作。大多數陽離子交換樹脂對放射性鍶有較高的去除能力和較大的交換容量。酚醛陽離子樹脂能有效去除放射性銫,微孔陽離子樹脂不僅能去除放射性陽離子,還能透過吸附去除以膠體形式存在的鋯、鈮、鈷,以及以絡合物形式存在的釕。然而,這項法律有一個致命的弱點。當廢液中放射性核種或非放射性離子含量較高時,樹脂床會很快滲透而失效。通常,用於處理放射性廢水的樹脂是不可再生的,因此一旦失效,應立即更換。

離子交換法採用離子交換樹脂,適用於含鹽量較低的廢液。當含鹽量較高時,採用離子交換樹脂處理的成本高於選擇性製程。這主要是因為樹脂的選擇性較低,且與放射性核種的相關性較大。在放射性廢水淨化中,採用電滲析可提高離子交換過程的使用效率。

 

  1. 吸附法

吸附法是利用多孔性固體物質吸附去除重金屬離子的一種有效去除水中重金屬離子的方法。吸附法的關鍵技術是吸附劑的選擇。常用的吸附劑有活性碳、沸石、高嶺土、膨潤土、黏土等,其中沸石價格低廉、安全、易得。與其他無機吸附劑相比,沸石具有更大的吸附容量和更好的淨化效果。沸石的淨化能力比其他無機吸附劑高10倍以上,是一種非常有競爭力的水處理劑。它常用於水處理過程中作為吸附劑,也可作為離子交換劑和過濾劑。

活性碳吸附能力強,去除率高,但活性碳再生效率低,處理後水質難以滿足回用要求。價格昂貴,應用受到限制。近年來,各種具有吸附能力的吸附材料逐漸被開發出來。相關研究表明,殼聚醣及其衍生物是良好的重金屬離子吸附劑。交聯後殼聚醣樹脂可重複使用多次,吸附容量不會明顯降低。利用改質海泡石處理重金屬廢水對Co、Ag有良好的吸附能力,處理後的廢水中重金屬含量明顯低於污水綜合排放標準。

 

  1. 蒸發和濃縮

蒸發濃縮法濃縮倍數和淨化倍數較高,多用於處理中、高放射性廢水。蒸發法的工作原理是:將放射性廢水送入蒸發裝置,同時通入加熱蒸汽,使水蒸發成水蒸氣,而放射性核種則留在水中。蒸發過程中形成的冷凝水被排放或再利用,濃縮液進一步固化。蒸發濃縮法不適用於處理含有揮發性核種和易起泡的廢水;消耗熱能多,運作成本高;同時,設計與運作中必須考慮腐蝕、結垢、爆炸等潛在威脅。為了提高蒸汽利用率,降低運作成本,各國一直不遺餘力地開發新型蒸發器,如蒸汽壓縮蒸發器、薄膜蒸發器、真空蒸發器等新型蒸發器取得了顯著的成果。

 

  1. 膜分離技術

薄膜技術是一種處理放射性廢水相對高效、經濟且可靠的方法。由於膜分離技術具有出水水質好、不發生材料相變、能耗低等特點,因此膜技術受到了積極的研究。

國外使用的薄膜技術有:微濾、超濾、奈米、水溶性聚合物薄膜過濾、逆滲透(RO)、電滲析、膜蒸餾、電化學離子交換、液膜、鐵氧體吸附過濾膜分離及陰離子交換紙膜等方法。

三聚氰胺泡棉是一種奈米級穩定的三維網狀有機過濾基材,其孔徑高達1nm,孔容量高達0.297cc/g,開孔率高達98%。可對核污水進行高效吸附過濾,甚至添加絕大部分種類的吸附劑。

  1. 生物處理

生物處理方法包括植物修復和微生物方法。植物修復是指利用綠色植物及其根際土著微生物共同作用去除環境中污染物的一種新型原位處理技術。

從現有的研究成果來看,生物修復技術適用類型主要有人工濕地技術、根際過濾技術、植物萃取技術、植物固化技術、植物蒸發技術等。試驗結果表明,水體中的鈾幾乎都能在植物根部富集。

低放射性廢水的微生物處理是1960年代開始研究的新技術。國內外對利用此方法去除放射性廢水中鈾的研究已有一些,但目前大多處於實驗研究階段。

隨著生物技術的發展和微生物與金屬相互作用機制的深入研究,人們逐漸意識到利用微生物處理放射性廢水污染是一種非常有前景的方法。利用微生物細胞作為生物處理劑對水溶液中的鈾等放射性核種進行吸收、富集與回收,具有效率高、成本低、能耗低等優點。而且不產生二次污染物,可以達到放射性廢棄物減量化的目的,為核種的再生或地質處置創造了有利條件。

 

  1. 磁分子方法

美國電力研究機構(EPRI)開發了Mag-Mole-clue方法,用於減少產生的鍶、銫和鈷等放射性廢棄物的數量。此方法基於一種名為鐵蛋白的蛋白質,對其進行改造後,可使用磁性分子選擇性地結合污染物,然後透過磁鐵將污染物從溶液中去除,最後透過反沖洗磁濾床回收結合的金屬。鐵蛋白是生物體中普遍存在的高度保守的多功能多單元蛋白質,具有耐稀酸(pH<2.0)、耐稀鹼(pH=12.0)和耐高溫(在70~75℃水溫下不變)的特性。隨著鐵蛋白研究的不斷深入,利用其蛋白質外殼的奈米空間在體外研究新功能方面取得了巨大進展。體外研究表明,鐵蛋白具有體外儲存重金屬離子的能力。此外,先前的研究集中在使用其他重金屬離子作為與鐵離子競爭的探針來研究鐵在鐵蛋白中的儲存和釋放機制。而最近的研究表明,可以利用鐵蛋白這種捕獲金屬離子和抗逆轉的特性,建構鐵蛋白反應器,並在現場用於連續監測流動水受重金屬離子污染的程度。在體外特定條件下,一些金屬核,如FeS核、CdS核、Mn3O4核、Fe3O4磁性鐵核以及放射性物質的鈾核等,成功組裝到鐵蛋白殼的奈米空間內。

 

  1. 惰性固化法

賓州州立大學和薩凡納河國家實驗室開發出一種新方法,可以將某些低放射性廢液處理成固化形式以便安全處置。此新製程採用低溫(<90℃)凝固法,對強鹼性、低活性放射性廢液進行穩定化,即將廢液轉化為惰性固化體。科學家將最終固化的物體稱為「水陶瓷」(素燒多孔陶瓷)。他們表示,最終的固化體非常堅硬、穩定、持久,並且可以在其沸石結構中固定放射性核種。這個準備過程類似於自然界中岩石的形成過程。

 

  1. 零價鐵滲濾反應壁技術

滲透反應牆(PRB)是歐美等已開發國家新興的一種原位去除受污染地下水中污染物成分的方法。 PRB 通常安裝在地下含水層中,與地下水流方向垂直。當受污染的地下水在自身水力梯度的作用下流經反應牆時,污染物將與牆內的反應物質發生物理化學反應而被去除,達到污染修復的目的。

這是一種被動修復技術,幾乎不需要維護,而且成本低。 Fe0-PRB技術作為PRB技術的一個重要分支,已在許多國家、地下水污染治理的多個方面得到了研究和發展。在反應機理研究、PRB的結構與安裝研究、新型活性材料研究等方面都取得了令人鼓舞的成果。我國學者開始研究以零價鐵代表的活性滲濾牆技術用於鈾尾礦放射性廢水的修復(處理),目前研究已取得一定成果。

 

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