鈾是具有天然放射性的元素，它進入動植物體內(nèi)后，仍然能發(fā)生蛻變放出射線刺激影響動植物體的生長，鈾進入人體則危害身體健康，導(dǎo)致感染其他各種疾病。 低濃度含鈾廢水包括含鈾的礦山水和后處理工藝工廠的外排廢水，其中除放射性元素外還包括重金屬。這種廢水含鈾的質(zhì)量濃度約為5mg/L[1]，遠遠高于國家排放標(biāo)準(0.05mg/L)。酸性廢水中的鈾一般以六價形式(UO2+2)存在，硫酸鈾酰在pH值>3時就開始強烈水解，pH值為5～6時可以沉淀完全，所以在pH值較低的條件下，鈾比較容易彌散、遷移[2]。由于排放源的不同，水體中鈾的濃度也不盡相同，四價鈾容易與無機碳形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，最終形成沉淀，而六價鈾可溶性較好，不容易去除，水體除鈾主要指的是去除六價鈾及其化合物。

1　低濃度含鈾廢水傳統(tǒng)處理技術(shù)

與處理其他廢水相似，處理低濃度含鈾廢水都是盡可能地將含鈾物質(zhì)截流、直接沉淀或濃縮于水中，以達到凈化水體的作用。簡單可分為化學(xué)形態(tài)改變法和化學(xué)形態(tài)不改變法，常見的有吸附法、化學(xué)沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、萃取法、離子交換法等[3]，它們的優(yōu)缺點如表1。

1.1　吸附法

廢水的吸附處理是指讓廢水與具有吸附性能的固體吸附劑接觸，使廢水中的有毒有害物質(zhì)固著在吸附劑表面，從而使廢水中有毒有害物質(zhì)得以除去，這是一種污染物從液相到固相的傳質(zhì)現(xiàn)象。吸附工藝主要以吸附劑為基礎(chǔ)，它對放射性核素有很高的選擇性，不但可以吸附分子，也可以吸附離子。

1.2　蒸發(fā)濃縮法

蒸發(fā)濃縮法適用于除碘、氚等極少數(shù)元素之外的不具有揮發(fā)性的放射性元素，此方法可使放射性元素得到濃縮而留在殘留液中。任何濃縮方法都會使雜質(zhì)同時濃縮，最后返回鍍槽造成雜質(zhì)積累，此部分廢液雜質(zhì)夾帶放射性，因此蒸發(fā)濃縮所造成的廢液雜質(zhì)都要進行預(yù)處理。同時還要考慮結(jié)垢、爆炸、抗泡等因素。

1.3　萃取法

廢水的萃取處理原理是加入一種與水互不溶解的溶劑，使廢水中某些放射性污染物溶入溶劑中，然后分離溶劑與廢水，從而將廢水中的放射性污染物去除。分離后含有污染物的廢水具有較高的放射性，因此萃取法在處理含鈾廢水中不被常用。1.4　離子交換法

離子交換是使放射性廢水通過離子交換劑，使廢水中的放射性離子與其他有毒有害離子與交換劑上的離子進行交換，從而達到分離廢水中污染物的一種方法。離子交換法不適于處理含有高濃度競爭離子的放射性廢水，一般認為常量競爭離子的濃度<1000～1500mg/L的放射性廢水適于使用離子交換法處理。

離子交換法采用離子交換樹脂，目前由周耀中等[4]研究了用ASC特種水泥固化放射性廢離子交換樹脂，其工藝簡單，與目前的工藝技術(shù)水平相適應(yīng)，不需要特殊的設(shè)備可以在目前我國核電站或核設(shè)施的水泥固化車間投入運行。

綜上所述，各種傳統(tǒng)的處理方法均有各自的優(yōu)勢和不足，適用范圍亦有所差異(如表1)。

2　低濃度含鈾廢水處理新技術(shù)

2.1　乳化液膜分離法

乳化液膜法是一種較新的分離技術(shù)，乳化液膜按分離機理可分為無載體和有載體兩種，其過程是在膜的兩側(cè)同時進行萃取與反萃取。在內(nèi)相-膜相-外相體系中，被分離組分從外相溶液進入膜相溶液，再轉(zhuǎn)入內(nèi)相溶液，在內(nèi)相中濃集。

用乳化液膜法除去物質(zhì)的方法大多是形成W/O/W型乳狀液膜后進行分離，將廢水與膜內(nèi)相含有特定試劑微小液滴的液膜接觸，液膜是由碳氫化合物溶劑、表面活性劑和某些添加劑組成的。

乳化液膜技術(shù)基于工藝簡單、可再利用滲透液、單級分離效率高等優(yōu)點，在處理含鈾廢水中得到了充分的應(yīng)用。由于萃取法物理化學(xué)平衡的限制，鈾能逆著濃度梯度遷移，所以萃取效率是溶劑萃取法無法比擬的。Kulkarni[5-6]采用乳化液膜法對鈾提取進行了實驗研究，以復(fù)合組分制成的乳化液膜，可將鈾離子濃縮6倍。對于初始濃度為600mg/L的含鈾廢水，經(jīng)過兩級逆流萃取，使鈾離子在萃余液中的含量低于50mg/L。李民權(quán)等[1]基于UO2+2在1mol/LHNO3體系中，經(jīng)過制膜-破乳的過程后，去鈾效率達到了95%以上，這一結(jié)果在提高鈾濃縮物純度的研究上具有重要的意義。乳化液膜主要缺點是分離時要經(jīng)過制乳、萃取和破乳三個階段，對乳液的穩(wěn)定性和萃取以及破乳技術(shù)都有嚴格的要求，尤其在膜的穩(wěn)定性方面尚不能滿足實際大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。

2.2　改性膨潤土處理含鈾廢水

膨潤土是一種以蒙脫石為主的黏土礦物,處理廢水的主要機理是吸附作用,分為物理吸附和交換吸附兩種。物理吸附由分子間作用力(范德華力)引起,交換吸附則分別由靜電力和范德華力作用引起。有機吸附質(zhì)中的有機大離子與膨潤土作用除了有離子交換作用,范德華力也起著相當(dāng)大的作用[7]。

膨潤土改性的方法較多,有酸化法、氧化法、還原法、熔燒法以及氫化法等,其中以酸化法(用硫酸或鹽酸處理)較為簡單易行。改性膨潤土吸附性能好,可以富集、脫除放射性廢物。郭天亮等[8]對超鈾核素在膨潤土的擴散中的研究表明,核素的擴散與膨潤土的干密度有關(guān),其表觀擴散系數(shù)隨著干密度的增加而降低。放射性核素Am在膨潤土上的吸附強;Np在膨潤土上的吸附較強,在還原條件下吸附很強。膨潤土中存在水泥添加劑時,Am的分配系數(shù)隨添加劑含量增大而減小。具體參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

pH值對酸性膨潤土處理重金屬離子的去除率影響較大,pH值較高時,既有酸性膨潤土對其吸附作用和交換作用,又有沉淀作用,去除率較高。如鈉基膨潤土在pH值為2.0～4.5的條件下吸附、處理含UO3的溶液,鈉基膨潤土中UO3的含量達5.34%～11.67%[9]。改性膨潤土也可除去放射性廢液中的放射性同位素及各種核聚變產(chǎn)物,膨潤土還可以作核廢料的地質(zhì)儲藏庫原材料[10]。

詳情請下載附件：核工業(yè)低濃度含鈾廢水處理技術(shù)