毕业论文-放射性废水处理.docx

绪论 1.1放射性废水的来源、特点及危害1.1.1放射性废水的来源 随着全球原子能事业的迅速发展，产生的放射性废水的数量和种类越来越多，其来源也十分广泛，在原子能工业的各个主要生产环节以及放射性同位素的应用中都排放出大量的放射性废水如铀矿的开采和水冶废水、铀的精制和核燃料制造废水、反应堆运行废水、反应堆卸除乏燃料的后处理废水、生产放射性同位素产生的废水以及使用放射性同位素的工厂和研究部门产生的废水等1.1.2放射性废水污染的特点 和人类生存环境中的其它污染相比，放射性废水污染有以下特点 (1)一旦产生和排入到环境中，就不断对周围产生放射性，永不停止，只是遵循各种放射性同位素内固定速率不断减少其活性，其半衰期即活度减少到一半所需的时间从几分钟到几千年不等 (2)自然条件的阳光、温度无法改变放射性核同位素的放射性活度，人们也无法用任何化学或物理手段使放射性核同位素失去放射性 (3)放射性污染对人类作用有累积性放射性污染是通过发射a、p、丫、中子等辐射都属于致电离辐射经过长期深入研究，已经探明致电离辐射对人(生物)危害的效果(剂量)具有明显的累积性尽管人或生物体自身有一定对辐射伤害的修复功能，但极弱。

实验表明，多次长时间较小剂量的辐射所产生的危害近似等于一次辐射该剂量所产生的危害这样一来，极少的放射性同位素污染发出的很少的辐射剂量如果长期存在于人身边或人体内，就可能长期积累对人体造成严重危害 (4)放射性污染既不象化学污染多数有气味或颜色，也不象噪声振动、热、光等污染，公众可以直接感知其存在;放射性污染的辐射，哪怕强到直接致死水平，人类的感官对它都无任何直接感受，从而采取躲避防范行动，只能继续受害1.1.3放射性废水的危害(1)产生危害的原理、途径及程度 放射性引起的生物效应，主要是使机体分子产生电离和激发，破坏生物机体的正常机能这种作用可以是直接的，既射线直接作用于组成机体的蛋白质、碳水化合物、酵素等而引起电离和激发可，并使这些物质的原子结构发生变化，引起人体生命过程的改变;也可以是间接的，即射线与机体内的水分子起作用，产生强氧化剂和强还原剂，破坏有机体的正常物质代谢，引起机体系列反应，造成生物效应由于水占人体重量的70%左右，所以射线间接作用对人体健康的影响不直接作用更大应指出的是，射线对机体作用是综合性的，在同等条件下，内辐射要比外辐射危害更大大气和环境中的放射性物质，可经过呼吸道、消化道、皮肤、直接照射、遗传等途径进入人体，一部分放射性核素进入生物循环，并经食物链进入人体。

2)对人的影响 放射性废水对其生态环境和人类健康危害极大，如果任其排放于环境中，就会造成极其严重的后果放射性废水对环境的污染主要是由其中所含的放射性核素引起的，它们对生物和人体会产生多种损伤和致病效应放射性废水中的放射性核素通过外辐射和内辐射两条途径对人体发生危害 外辐射包括废水中的辐射体(主要是γ和β射线)直接对人体的辐射以及人在被放射性废水污染的水体中游泳或划船时受到的辐射 废水中的放射性核素进入人体产生内辐射的途径有:饮用被放射性核素在水体和土壤中转移到水生物、粮食、蔬菜等食物以及牲畜、家禽中并发生浓集放大作用，人通过食物链会将污染环境的放射性核素摄入体内，超过允许含量时，就会受到损伤和致病放射性废水中含有的废弃放射性核素通过自身的衰变而放射出α、β、γ射线，这些射线在较大的辐照剂量下对人体的组织和器官有危害作用，如能导致脱发，皮肤起红斑，白血球、红血球或血小板减少，白血病，白内障影响生殖机能，癌症等;在大剂量照射下能使人死亡如在核燃料再加工中产生的高水平放射性废液，只要从贮存设备中泄漏了极少量，人不慎短时间接触，就会受到严重的辐射损伤甚至死亡意大利有两个村庄在1957-1965年期间胃癌和肠癌患者显著增加，经调查发现是由于起用了一口新井，井水的放射性高达4400微居里/升，而老井水的放射性仅为80微居里/升。

1.2放射性废水的传统处理方法 处理放射性废水与处理普通工业废水的一个根本区别在于后者的一些化学毒性如酚、氰、有机磷等能够用物理、化学或生物学处理将其分解破坏，而放射性核素用这些方法却不能被破坏，即不能改变其衰变辐射的固有特性，只能靠其自然衰变来降低以致消失其放射性因此，放射性废水的处理，从本质而言无非是贮存与扩散两种方式，即用适当的方法处理以后将大部分的放射性转移到小体积的浓缩废物中并加以贮藏，而使大体积废水中剩余的放射性小于最大允许浓度以将其排放于环境中进行稀释和扩散在放射性废水的处理方面，国内外进行了许多试验研究与生产实践，几乎尝试使用了污水领域中所有的处理方法与技术，以物理、化学方法为主，主要有以下几类处理方法1.2.1化学沉淀法 多数原子能研究机构和生产部门都使用化学沉淀法处理中低水平放射性废水这是因为废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物大多是不溶性的，因此能在化学处理中被除去，至少被部分除去，而在絮凝剂或载体投加量较大形成大量絮凝沉淀时，其去除率更高化学处理的目的，是使废水中的放射性核素转移并浓集到小体积的污泥中，而使大体积饿废水剩余很小的放射性，从而达到允许排放标准而安全排放于环境。

废水中放射性核素的不溶性物质通过沉淀法除去，同时为了达到较高的去除率，在化学沉淀过程中一般都要加入絮凝剂首先将絮凝剂加入水中并充分搅拌，第二步是絮凝剂在水中通过复杂的物理化学反应发生水解和凝聚，形成分散的胶体颗粒，第三步是通过搅拌使之发生絮凝，即一些细分散颗粒互相接触和粘附而逐渐形成大絮团主要优点:处理设备简单，费用低廉，对大多数放射性核素具有良好的去除效果缺点:絮凝反应与水溶液的酸碱度、离子浓度、反应温度和反应时间等条件有关，因此操作条件较苛刻，同时产生的泥浆量也较大，并造成了新的污染，通常随后还要进行离子交换和蒸发浓缩处理1.2.2离子交换法 许多放射性核素在水溶液中呈离子状态，特别是经化学沉淀处理后的废水，其中含有大量的阳离子，只有少数是阴离子因此用离子交换法处理经化学沉淀处理后的放射性废水以及含盐量少和浊度小的放射性废水能获得较高的净化效率离子交换是一种等当量的可逆反应过程如在阳离子交换剂中，其中的阳离子与溶液中的另一种阳离子发生交换反应，达到去除溶液中阳离子的目的常用的离子交换剂分为无机和有机离子交换剂两大类无机离子交换剂有高岭土、伊利土、蒙脱土、膨润土等粘土矿，沸石类矿物，凝灰岩，多价金属的氧化物和氢氧化物。

分子筛，离子筛等有机离子交换剂主要有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和磺化沥青等主要优点:处理设备比较简单，去除含盐量少和浊度小的放射性废水时的净化效率较高缺点:交换选择性不理想，交换容量有限，废水中的竞争离子干扰严重，一般需进行预处理要求废水中的悬浮固体浓度和总固体浓度必须很低，废水中的放射性核素必须程离子状态有些离子交换树脂的化学、机械和辐射稳定性较差，价格昂贵1.2.3蒸发浓缩法 废水中的大多数放射性核素是不挥发性的，因此可用蒸发浓缩法处理废水，使其得到有效的净化和浓缩将废水送入蒸发器加热段的加热管中，同时将工作蒸汽通入加热管的外侧空间，通过管壁的热传导将废水加热沸腾，废水中的水分被逐渐蒸发形成水蒸汽，随后经冷却凝结成水而废水中的放射性核素，特别是不挥发的放射性核素，大都被保留在残余液中，致使冷凝水中的放射性比原来的废水降低很多在其放射性低于最大允许浓度时便可直接排于环境中，而在其放射性较大时，可附加离子交换处理后再行排放主要优点:用蒸发浓缩法可达到较高的去污因数，一般要大于化学沉淀和离子交换法的去污因数大，蒸发残液的体积较小缺点:费用昂贵，蒸发设备易发生腐蚀、结垢等现象，在蒸发器的设计和使用中还必须考虑防爆炸问题。

同时在处理含有结垢、起沫、腐蚀性和爆炸性物质时必须采取妥善的预处理和抑制措施以保证运行安全1.2.4其它处理方法除了以上三种处理方法外，电渗析、电泳、反渗透、土壤渗滤、浮选、泡沫分离、吸附法、氧化还原等方法均可用于处理放射性废水，但由于处理技术及实际操作过程中存在的许多问题尚待解决，尚未得到广泛应用1.3常用吸附剂处理含铀废水现状铀矿采、选、冶产生的废石和尾矿砂多以废石堆或尾矿库的形式露天存放，雨水淋经废石场、尾矿库的出水往往呈酸性，而渗滤液常含有较多的放射性核素和非放射有害物，对生态环境构成潜在的威胁在含铀废水的处理方面，人类一直在寻求高效经济的方法1.3.1核素的生物吸附传统的处理方法或因为处理效果不好，或因为经济上不可行，很大程度上限制了其应用近年来，生物吸附法以其高效、廉价的优点逐渐引起了人们的兴趣所谓生物吸附法就是利用某些生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固、液两相分离来去除水溶液中金属离子的方法生物吸附重金属是起步于70年代的新兴研究领域，30多年来，对生物吸附重金属的研究取得了较大进展大量研究表明，一些微生物如细菌、真菌和藻类等对金属离子都有很强的吸附能力。

生物吸附的特点主要有:生物吸附材料来源广泛，品种丰富，成本低、吸附速度快、吸附量大、选择性好;处理效率高，pH值和温度范围宽;投资小，运行费用低，可有效地回收一些贵重金属;用一般的化学方法就可以解吸生物材料上吸附的金属离子，且解吸后的生物材料可再利用 含铀废水的微生物富集也因此受到了日益重视目前，发现与铀的富集作用有密切关系的微生物已达数十种，包括丝状真菌、细菌和酵母菌等其中有价值的铀的吸附材料主要来源于菌类和藻类对铀 表现出特异吸附性能的生物材料来源十分广泛，在自然界，许多微生物都对铀具有选择性吸附能力利用微生物处理含铀废水的研究工作有不少相关报道如南华大学核工业溶浸技术重点实验室开展了大量的铀矿石微生物浸出技术研究工作，该技术由于具有投资低、环境效益好等特点而引起了人们的广泛重视目前铀矿石浸出所使用的微生物种类繁多，主要有氧化亚铁硫杆菌、嗜酸硫杆菌、氧化亚铁钩端螺杆菌以及热氧化硫硫化裂片菌等印度用微生物对铀矿冶废水进行了研究用藻类或真菌处理铀矿废水，可以使铀含量降至5.0mg/L[13，14]八十年代初，加拿大学者Tsezos和volesky利用生物材料富集铀，获得了美国和加拿大的专利[15]。

目前，发现与铀的富集作用有密切关系的微生物已达数十种，包括丝状真菌、细菌和酵母菌等其中对铀有价值的吸附材料主要来源于菌类和藻类，淀粉和纤维素等应用较少我国学者从八十年代开始从事微生物富集铀的研究工作谭红等[16]研究了酵母细胞能够快速富集溶液中的铀，对铀的最大富集量可达13.5mg/g冯易君等[17]用FT菌 装柱成型后铀的富集率可达99%张小枝等[18]用蓝细菌满江红鱼腥藻为吸附材料研究得出，对浓度低于5.5mg/L的铀吸附迅速刘文娟[19]等研究了酒精酵母菌对溶液中铀的吸附行为，pH为5时吸附量最大(162.5mg/g)，其吸附等温线符合Langmuir和Fruendlich吸附模型，用0.1N NaNO3可解吸出92.3%的吸附铀王翠萍等[20]发现啤酒酵母菌在pH为6，粒度为0.15-0.13mm时，吸附铀的能力最高，吸附量为2.93mg/gGalun等[21]人研究了改性后指状 青霉菌对铀的吸附能力研究发现，用煮沸的方法或是用甲醛、乙醛、二甲亚矾和氢氧化钾等试剂对菌丝体进行预处理后，改性后的菌丝体对铀的吸附能力都有较大程度的提高王宝娥等发现啤酒酵母菌用0.lmol/LNaHCO3预处理后，其吸附铀的能力显著增加，最大吸附量约为238mg/g，而未处理时的最大吸附量为196.1mg/g。

含铀废水的生物吸附目前主要处于实验室研究阶段，并主要放在处理放射性废液上，在地下介。