二次载带共沉淀‑膜分离处理放射性锶污染水的方法

摘要

本发明涉及一种二次载带共沉淀‑膜分离处理放射性锶污染水的方法。第一次载带：向预先加入SrCO

说明书

技术领域

本发明属于水处理工艺技术领域，涉及一种放射性锶污染水的处理方法；特别是涉及一种二次载带共沉淀-膜分离处理放射性锶污染水的方法。

背景技术

随着工业化进程的发展和人类生活水平的提高，能源消耗量不断增加。与化石燃料相比，核能是一种能量巨大、绿色高效、可持续发展的清洁能源，越来越受各国关注。据报道，2011年核电发电量占全球总发电量的16％。然而，在核电厂运行维护过程以及各种核事故中产生的大量放射性核污染水严重威胁着人类的健康与生存。在众多放射性核素中，由²³⁵U和²³⁹Pu裂变产生的放射性锶(⁹⁰Sr)是极强的β射线辐射源，其半衰期长达28.9年。锶属于碱土金属元素，化学性质与钙元素相似，能参与人体钙代谢。一旦放射性锶进入人体，将对人体造成电离辐射伤害，带来不同程度的疾病和癌变。因此，水中放射性锶离子的去除受到广泛的关注。

处理放射性锶污染水的方法有很多，如萃取法、离子交换法、吸附法、膜分离法、化学沉淀法等。其中，化学沉淀法是处理中低放射性废水最常用且比较成熟的方法，具有费用低廉、应用范围广等优点。通常，中低放射性废水中放射性锶离子的质量浓度很低，加入常量沉淀剂难以形成沉淀。因此需要加入载带剂。载带剂与沉淀剂形成沉淀的过程中通过共沉淀的方式将放射性Sr²⁺载带下来，达到将放射性锶从液相转移至固相的目的，此法也称为载带共沉淀法。常用的沉淀剂有CO₃^2-和SO₄^2-，载带剂有Ca²⁺、Ba²⁺及非放射性Sr²⁺。载带共沉淀法形成的沉淀颗粒较小、沉淀物松散、沉降性能较差、去污效果不佳。将载带共沉淀法与膜分离技术相结合，形成高效的组合工艺，能显著提高去污效果。近年报道的组合工艺有共沉淀-微滤组合工艺、造粒共沉淀-微滤组合工艺、水力搅拌造粒共沉淀-微滤组合工艺。

中国专利申请号201410009260.5提出的一种放射性含锶废水的处理方法及装置，以CO₃^2-为沉淀剂、以Ca²⁺和非放射性Sr²⁺为载带剂，旨在通过SrCO₃与CaCO₃共沉淀的方式去除废水中的放射性锶离子。由于放射性锶核素和非放射性锶核素具有相同的化学性质，非反射性Sr²⁺除了起载带剂的作用外，还扮演着放射性锶的代替者。通过测定非反射性Sr²⁺的去污因数，便可定量评估该处理方法及装置对放射性锶的去污效果。该方法生成的沉淀在CaCO₃晶种表面沉积，形成大颗粒密实的晶体颗粒物快速沉降到水力旋流底部，小颗粒的沉淀物随上清液进入膜分离器，在氯化铁絮凝作用下，通过中空纤维膜实现固液分离，降低了出水中锶离子的浓度。然而该方法为仅为一次载带共沉淀，对沉淀剂的使用率较低，大部分Na₂CO₃以游离CO₃^2-的形式随出水流出，造成处理出水pH值较高(pH>10.7)的问题。另外，该方法除锶效果有限，去污因数为1000，还有进一步提高的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种放射性锶污染水的处理方法，既能够提高Na₂CO₃的使用率，降低出水的pH值，又能有效的去除水中的放射性锶，提高锶的去污因数。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

二次载带共沉淀-膜分离处理放射性锶污染水的方法，包括步骤如下：

(1)第一次载带：向预先加入SrCO₃晶种的第一次载带单元加入放射性锶污染水和非放射性锶，充分混合后投加Na₂CO₃沉淀剂，经100～200rpm机械搅拌10～20min后，静沉15～30min，上清液进入第二次载带预处理单元；

(2)第二次载带进水的预处理：第一次载带的上清液进入第二次载带预处理单元后，用酸调节pH值至8.3以下以除去水中的碳酸根离子，然后投加非放射性锶并充分混合，作为第二次载带进水；

(3)第二次载带：向预先加入SrCO₃晶种的第二次载带单元加入第二次载带进水和Na₂CO₃沉淀剂，经100～200rpm机械搅拌10～20min后，静沉8～20min，上清液进入膜分离单元；

(4)膜分离：第二次载带的上清液进入膜分离单元，经其中的膜组件过滤后出水。

所述SrCO₃晶种为粒径大小介于20～100μm的SrCO₃晶体。

在第一次和第二次载带单元中均为一次性投加；所述晶种投加量均为0.05～0.15g/L。

所述非放射性锶为氯化锶或硝酸锶。

所述第一次和第二次载带中Na₂CO₃沉淀剂投加量为0.1～0.9g/L，两次投加量共计1.0g/L。

所述第一次和第二次载带进水中锶离子的质量浓度为4～36mg/L。

所述第二次载带进水预处理中的酸为水处理中常用的盐酸或硝酸。

所述放射性锶污染水包括但不限于受放射性锶污染的饮用水、地表水、地下水、海水等。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明以CO₃^2-为沉淀剂、以Sr²⁺为载带剂，处理放射性锶污染水。利用放射性锶离子和非放射性锶离子化学性质相同的特点，用非放射性锶(⁸⁸Sr)代替放射性锶(⁹⁰Sr)进行试验研究。因此非放射性锶在本发明中既是载带剂，又是放射性锶的代替者。控制Na₂CO₃沉淀剂和非放射性锶的总量不变，将Na₂CO₃沉淀剂和非放射性锶按一定比例分配在两个处理单元中先后与放射性锶污染水进行反应，放射性锶污染水经过两次载带形成含锶晶体通过膜分离去除，选用合适的药剂投加量和操作条件，既能够提高Na₂CO₃的使用率，降低出水的pH值，又能有效的去除水中的放射性锶，提高锶的去污因数。至今尚未见到关于二次载带共沉淀法与膜分离法相结合处理放射性锶污染水的报道。

附图说明

图1：本发明实施步骤流程图。

具体实施方式

本发明以CO₃^2-为沉淀剂、以Sr²⁺为载带剂，处理放射性锶污染水。在实际放射性废水中，放射性锶离子的质量浓度非常低(例如比活度为4×10¹⁰Bq/L的放射性锶折算成质量浓度仅有8×10^-4mg/L)，并且放射性锶离子和非放射性锶离子化学性质完全相同，因此本发明用含有微量非放射性锶的原水模拟放射性锶污染水。非放射性锶既是载带剂，又是放射性锶的代替者。具体实施流程见图1。分别计算第一次和第二次载带的去污因数，则放射性锶的总去污因数DF＝DF₁×DF₂，其中DF₁和DF₂分别为第一次载带和第二次载带的去污因数。由于原水中锶质量浓度很低，在计算时可忽略不计。

实施例1

预先往第一次、第二次载带单元分别加入0.15g/L平均粒径为100μm的SrCO₃晶种。用氯化锶配制质量浓度为8×10^-4mg/L的含非放射性锶原水模拟放射性锶污染水，进入第一次载带单元，投加4mg/L氯化锶，充分混合后投加0.5g/L>2CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉15min。第一次载带上清液进入第二次载带预处理单元，并加入稀盐酸调节pH值至8.3，然后投加36mg/L氯化锶，充分混合后进入第二次载带单元。往第二次载带单元投加0.5g/L>2CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉8min，上清液进入膜分离单元，经膜组件过滤后出水。经测定，DF₁＝26.11、DF₂＝232.1，DF＝6060，出水pH值为9.0。

实施例2

预先往第一次、第二次载带单元分别加入0.150g/L平均粒径为100μm的SrCO₃晶种。用氯化锶配制质量浓度为8×10^-4mg/L的含锶原水模拟放射性锶污染水，进入第一次载带单元，投加12mg/L氯化锶，充分混合后投加0.3g/L>2CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉15min。第一次载带上清液进入第二次载带预处理单元，并加入稀盐酸调节pH值至8.3，然后投加28mg/L氯化锶，充分混合后进入第二次载带单元。往第二次载带单元投加0.7g/L>2CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉8min，上清液进入膜分离单元，经膜组件过滤后出水。经测定，DF₁＝37.37、DF₂＝134.2，DF＝5015，出水pH值为9.8。

实施例3

预先往第一次、第二次载带单元分别加入0.085g/L平均粒径为50μm的SrCO₃晶种。用氯化锶配制质量浓度为8×10^-4mg/L的含锶原水模拟放射性锶污染水，进入第一次载带单元，投加20mg/L氯化锶，充分混合后投加0.9g/L>2CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉15min。第一次载带上清液进入第二次载带预处理单元，并加入稀盐酸调节pH值至8.3，然后投加20mg/L氯化锶，充分混合后进入第二次载带单元。往第二次载带单元投加0.1g/LNa₂CO₃沉淀剂，经过150rpm机械搅拌15min，静沉8min，上清液进入膜分离单元，经膜组件过滤后出水。经测定，DF₁＝38.62、DF₂＝91.42，DF＝3531，出水pH值为8.5。

实施例4

预先往第一次、第二次载带单元分别加入0.085g/L平均粒径为50μm的SrCO₃晶种。用氯化锶配制质量浓度为8×10^-4mg/L的含锶原水模拟放射性锶污染水，进入第一次载带单元，投加28mg/L硝酸锶，充分混合后投加0.5g/L>2CO₃沉淀剂，经过100rpm机械搅拌20min，静沉20min。第一次载带上清液进入第二次载带预处理单元，并加入稀硝酸调节pH值至8.3，然后投加12mg/L硝酸锶，充分混合后进入第二次载带单元。往第二次载带单元投加0.5g/LNa₂CO₃沉淀剂，经过100rpm机械搅拌20min，静沉15min，上清液进入膜分离单元，经膜组件过滤后出水。经测定，DF₁＝38.27、DF₂＝59.27，DF＝2268，出水pH值为9.3。

实施例5

预先往第一次、第二次载带单元分别加入0.05g/L平均粒径为20μm的SrCO₃晶种。用氯化锶配制质量浓度为8×10^-4mg/L的含锶原水模拟放射性锶污染水，进入第一次载带单元，投加36mg/L硝酸锶，充分混合后投加0.7g/L>2CO₃沉淀剂，经过200rpm机械搅拌10min，静沉30min。第一次载带上清液进入第二次载带预处理单元，并加入稀硝酸调节pH值至8.3，然后投加4mg/L硝酸锶，充分混合后进入第二次载带单元。往第二次载带单元投加0.3g/LNa₂CO₃沉淀剂，经过200rpm机械搅拌10min，静沉20min，上清液进入膜分离单元，经膜组件过滤后出水。经测定，DF₁＝41.14、DF₂＝8.08，DF＝332，出水pH值为9.5。

本发明公开和提出的二次载带共沉淀-膜分离处理放射性锶污染水的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。