低浓度含铀废水处理技术的研究进展 4页

')"*+,-.)!/01-2.30!,-20!-2.工业用水与废水4567&’"57’$88&9%:低浓度含铀废水处理技术的研究进展唐志坚!张平!左社强$解放军理工大学工程兵工程学院!江苏南京IKJJJM!摘要!各种人为因素使得环境中的铀及其化合物越来越多!对水体造成了放射性污染"在分析环境中低浓度铀来源的基础上!介绍了对低浓度铀污染水体进行处理的最新技术!并着重探讨了应用植物修复技术处理铀污染的研究现状与发展趋势"关键词!铀污染#废水处理#膜分离#植物修复!!!中图分类号!NOPK文献标识码!+文章编号!KJJP%IQOO"$%%&#%’%JJJP%JQ!"#"$%&’"()%*+),-.%(/0"1)’"()/"23(%$%4.*%0516)"71)"078)39%7:9"#"$;01(8,’<%()"()!!"#"#$%&$’()"*+,-.$(/)"012#3%4$’(/!!"#$"%&’$"()"*+$+,+%-./"($"%%’$"(0-’1*23456"$78-9:;$<=>&;?2@A"B$"(CDEEEF!0?$"A!!"#$%&’$"5’6$789’6:$;$<$’=;’<:769>’?386’($8>’(@$:9<7>A78(@9$(:#33(B$67(>3(:>763’(@>763)C#$<#<’89396’@$7’<:$B3<7(:’>$(’:$7(7;C’:36D7@$39EF’:39::3<#(7=7/$39;76:#3:63’:>3(:7;C’:36D7@$39<7(:’>$(’:3@DG=7C%=3B3=86’($8>’63$(:67@8<3@D’93@7(:#3’(’=G9$97;:#39786<397;:#3=7C%=3B3=86’($8>$(:#33(B$67(>3(:)C$:#9:6399A8:7(@$9<899$(/:#3<8663(:9$:8’:$7(’(@@3B3=7A>3(::63(@7;:#3’AA=$<’:$7(7;A#G:763>3@$’:$7($(<7(:67==$(/86’($8><7(:’>$(’:$7(E()*+,%-#"86’($8><7(:’>$(’:$7(HC’9:3C’:36:63’:>3(:H>3>D6’(393A’6’:$7(HA#G:763>3@$’:$7(铀及其化合物是核工业中不可或缺的重要原料湾战争综合症)和(巴尔干综合症)致病原因的罪之一!而通过核反应产生的核辐射线和人工制取的魁之一%铀同位素更是成为许多科研领域中最有效的研究工当前!世界上共有II个国家从事铀矿冶生产!具%因此!铀及其化合物进入水体也是不可避免共积存铀尾矿IJJ多亿吨%大量的铀尾矿可能会由的!如何清除水体中的低浓度铀已成为人们所关注于输送管破裂&尾矿矿库发生渗漏&大雨淹没尾矿的一个问题%矿坝等原因而发生泄漏!从而使铀进入地表或地下.水体!造成污染*(+%水体中铀的来源水体中的铀来源很多!如各种核武器试验&与铀属于放射性重金属元素!释放出!射线!对贫铀武器有关的战争&核电站放射性废物正常排人体产生放射性辐射损伤%通过饮水$约占总摄入放&异常事故$如切尔诺贝尼核泄漏和铀原料加工量的RQS’和食物链等途径!水体中的铀一部分最厂核灾难’&铀加工及铀矿冶企业排放的废水等%终会进入人体并造成潜在威胁%研究表明*$+"进入调查声明"在KPPK年海湾战争&KPPO年波黑人体后的铀主要蓄积于肝脏&肾脏和骨骼中!以化战争和KPPP年科索沃战争中使用的贫铀武器严重学毒性和内照射两种形式对人体造成损伤!根据剂污染了当地的大气&水源和土壤!曾被怀疑是(海量大小!可引起急性或慢性中毒!诱发多种疾病%收稿日期!IJJI%KK%II#修回日期!IJJL%JL%JL,P, !"#$%&’!()*(&+’,*(%&+*(&+’工业用水与废水-./012".324551657!8铀在水体中的存在形式研究人员对上述处理方法进行了大量的实验研由于排放源的不同!水体中铀的浓度也不尽相究!部分还应用到生产实践中%张有贤)1*等人采用同!但是其存在形态却基本类似!主要是以!"!#混凝沉淀法处理某矿区含铀&钍等微量放射性源水和!""$两种价态与其它金属化合物或氧化物共的结果表明!采用聚合氯化铝&聚合硫酸铁为混凝存%其中!!""$容易与无机碳形成稳定的络合物!剂!以聚丙烯酰胺为助凝剂处理含铀的污染源水!最终形成沉淀!而!"!$则通常以!"#$铀酰离子铀的去除率可达&’()*+(!且效果稳定&泥水#形式存在!可溶性较好!不容易去除!水体除铀也易于分离%该技术已应用于处理水量为%+9%+2主要指的是去除!"!$及其化合物%,1:-的低浓度含铀源水!处理效果良好!但增加"水处理成本+0#.元:,1%苏凯洲).*采用萃取法对低水体中铀的清除根据水体中铀的来源不同!大致可以将水体中浓度铀钍废水进行处理!废水经+脱除氢氟酸/石铀的清除方法分为两类!一类是由于铀加工&铀矿灰中和调01值2三级萃取,处理工艺!按照推荐冶企业排放的废水而产生的铀污染!对于这类废水的工艺技术指标能够使出水中铀的质量浓度由345中铀的清除可采用一些单元操作!如混凝沉淀&萃,6:7降低到出水的+4+5,6:7!达到国家规定的露取&膜分离等方法’另一类是由战争&核事故等因天水源中铀的限制浓度!但处理费用较高%李涤等素导致的大面积水体铀污染!其主要特点是水量人);*采用活性炭清除水中的铀污染的结果表明(活大&铀含量低!这类铀污染水体的治理一般不宜采性炭的形状-粉末或粒状$&水样中铀的含量&吸附用单元操作!植物修复是一项可行的技术措施%下时间等因素对铀的去除无明显影响!当水样中铀的面对这两类铀处理方法做一分析与评述%质量浓度为+4.%&,6:7!加入%6粉末状活性炭!"!#铀加工废水中低浓度铀的清除搅拌%,89!水样中铀的去除率为:5;5<%但是当可用于处理铀加工&铀矿冶废水的方法通常处理水量较大时!处理费用庞大!难以大规模开展有(混凝沉淀法&吸附法&蒸发浓缩法&萃取法工业化应用%等!它们各自的特点如表%所示%采用膜分离技术对水体中的铀进行分离!是一表%处理铀加工企业低浓度含铀废水常用方法处理方法优点缺点备注与混凝沉淀结合作用!去除率可达吸附法方法有效!铀去除率高%价格昂贵!废水量大时不适用%**(以上)<*%效果好!出水铀的质量浓度处理费用高’萃取后废渣"中和渣$量尚处于中试阶段!还需进一步进行萃取法低于+4+5,6:7%大!放射性高!需妥善存放%放大试验及综合应用研究%反渗透法出水效果好!铀去除率高%处理废用高!工业应用困难%出水浓度往往不达标!须作进一步处常用于矿山&冶金工厂排放的废水!混凝沉淀法处理工艺简单!成本较低%理’沉淀产物需二次处理%已有成功应用%方法简单&有效&可靠!去仅适用于水量较少!废水放射性比蒸发浓缩法成本较高!浓缩泥需固化屏蔽处理%污效率高%活度低的情况%项很有发展潜力的处理工艺%当前研究较多的是膜的效率与水相01值&水相流速等因素有密切关萃取与液膜分离技术%孙贤波等人)&*用疏水性聚丙系!而与水相的温度&浓度等因素无明显关系%烯中空纤维膜制成膜萃取器!研究了二"#一乙基已由于!"4=在%,@A:71B"体系中!易被磷酸1基$磷酸"1=>1?$/煤油膜对于低浓度含铀"!$废三丁酯"CD?$萃取!在低酸条件下"+3++%,@A:7水的处理情况!结果表明萃取率随时间的增加而增1B":$!则被反萃取这一特性!利用CD?/加氢煤加!在一定范围内提高水相流速可以提高膜萃取油和表面活性剂与+;++%,@A:71B":在强烈搅拌率%采用膜萃取技术清除水体中的低浓度铀可获得下制成的油包水型乳化液膜处理含铀废水!经过三较高的传质系数和传质效率%实验还表明!膜萃取级连续逆流处理!铀的质量浓度从.,6:7降低到!.%+.! 唐志坚&张平&左社强(低浓度含铀废水处理技术的研究进展!"#!$!%多年的研究表明"%%#(人工湿地能够利用基质F!实验过程中液膜反复使用了#&次未见性能发生明显变化"’#!在液膜分离过程中$分离时微生物G植物这个复合生态系统的物理%化学和微间%外相的()值%共存离子%表面活性剂的选用生物分解来实现对废水的高效净化)它具有出水水等因素对膜分离的效果与效率均有明显的影响!质稳定%基建及运行费用低%维护管理方便%耐冲膜分离技术具有能耗低%单级分离效率高%工击负荷强%适于处理间歇排放的污水等优点)而近艺简单%不污染环境等突出优点&在处理铀污染废#&年来&一些研究开始涉及人工湿地处理工业废水中应用前景广阔’当前&将膜分离技术应用于含水&并认为人工湿地独特而复杂的净化机理使其能铀废水的清除方面仍然处于实验研究阶段&还远未够在含重金属工业废水的处理中发挥重要作用)但达到工业化应用的地步&存在的主要问题是(膜材是&迄今为止&应用人工湿地处理特殊工业废水的料的制备与选用%膜分离操作工艺的优化等)研究和实例尚不多见&这在一定程度上已经成为该!!""大面积水体铀污染的修复治理技术进一步推广应用的限制因素)为了更好地采用对于大面积的受到低浓度放射性铀污染的水人工湿地处理低浓度含铀废水&今后需深入开展以体&采用混凝沉淀%活性炭吸附%萃取%膜分离等下几方面的研究工作("深入研究放射性铀对人技术进行处理&其运行费用都是难以承受的&而采工湿地系统中氧的供应及植物输氧能力的影响,#用植物修复技术则是一个特别有效且经济的方法!研究放射性铀的去污机理及其对人工湿地系统的影植物修复**+,-./010234-3.5+是指利用绿色植物响,$以往人工湿地系统的设计方程一般仅以及其根际土著微生物共同作用以清除环境中的污染HIJ为参考指标&而含铀废水中的特征污染物并物的一种新的原位治理技术)植物对于放射性铀的不是HIJ&其设计方程需要新的特征污染指标)清除途径主要有(植物吸收和转运铀酰离子到植物!!"!"&根际过滤技术地上部分组织中&超量积累&有待以后处理,将铀根际过滤技术就是利用超积累植物根部从废水酰离子隔离在根部以阻止其从污染点扩散,利用根中吸收%富集和沉淀污染物的一种植物修复技术)际微生物的生物降解作用&将铀酰离子转化成某种根际是指受植物根系影响的根G土界面的一个铀化合物沉积在植物根部等)微区&也是植物G土壤’微生物与其环境条件相互根据在实际应用中的具体形式不同&植物修复作用的场所)在植物及其根际微生物这一共存体系技术又可以分为很多种)其中可用来清除水体中低中&植物给根际微生物提供生态位和适宜的营养条浓度放射性铀的技术主要有两种(人工湿地技术件&以保证微生物数目和活性的维持,而微生物的*6.57-/89-02:0-;4527+和根际过滤技术*<+3=.>3;-/4#代谢活动也会促进根系分泌物的释放)通常认为"%(#("?#)-3.5+根际微生物对铀的吸附主要有两种机理(%铀和!!"!#人工湿地技术细胞壁上的活性基团发生定量结合反应&这些基团人工湿地是指利用人工建造和监督控制的-适包括羧基%羟基%磷酸基%胺基等,&通过物理宜于水生植物或湿生植物生长的%工程化的沼泽地吸附或形成无机沉淀沉积在细胞壁上)而K70=.7"%)#进行废水处理的一种污染治理工艺)在德国铀矿山等对根霉菌*<+3=.(874//+3=87+吸附铀的机理进行了和水冶厂退役治理中&由于需要处理的废水量大&系统的研究&更明确地将铀的吸附过程分三个步要求用最经济工艺达到较好铀去除效果&人工湿地骤(%首先是根霉菌细胞壁上的几丁质与离子态技术成为首选方案之一):3718-公司的中间试验的铀化合&并保持在菌丝体的细胞壁内,&溶液中的结果表明(该湿地处理系统有#个曝气池%#个剩余的铀被几丁质物理吸附,$第一步中形成的化沉淀池%@个充填不同砾石的厌氧或好氧池和#个合物水解&水解产物沉淀在细胞壁上&几丁质胺基种植本地植物的沼泽地等A个反应池组成)该厂的再次吸附铀直到水解产物抑制这种循环为止)中试结果表明(采用湿地法处理矿坑含铀废水的运在应用根际过滤技术处理含铀废水时&植物根行费用仅为@马克!1B*约合人民币?$#&元!1B+&部及其根际微生物的共同作用&对废水中的铀具有远低于常规水处理方法&铀的去除效果可以达到较高的吸附效率)实验表明(几乎所有从水中去除A&C"DE#)的铀都集中在向阳花属植物根部&并且根部与水相.##. !"#$%&’!()*(&+’,*(%&+*(&+’工业用水与废水-./012".324551657中铀浓度比的生物累计系数达!""""!#$"#染水体的处理技术%因此$一个理想的用于根际过滤的植物$也应该具有迅速生长的根系$以利于根际微生物的生参考文献!长$这对于提高铀的清除效率起着极其重要的作!8"李合莲&陈家军)铀尾矿对地下水的环境影响研究!<")环境污染治理技术与设备&4555&8,1-(+,-++)用%从目前研究来看&风眼莲’破铜钱等具有发达!4"池翠萍&王仲文)贫铀武器对人体健康的影响!<")中华放射医的纤维状根系和很高生物产量的水生植物&能够在学与防护杂志&4554&44,4-(81=>81?)水中有效地去除重金属和放射性核素&尤其适合根!1"张有贤&马卫东)某矿区微量放射性原水的处理!<")中国给水!8%"际过滤技术的要求#排水&4554&87,@-(=4>=1)根际过滤技术具有较高的处理效率’选择性!2"苏凯洲&汤志军)含铀钍废水的处理研究!<")湖南有色金属&8???&8@,@-(87>44)高’&’值和温度范围宽等独特的优点&在处理大!@"李涤&韩寿岭&石二为)活性炭清除水中铀污染的效果观察面积低浓度含铀废水领域中有着较好的应用前景#!<")中国公共卫生&8??A&84,@-(445-,,$)但是目前&这项技术的研究绝大多数还处于实验室!A"肖雄伟)萃取法处理钽铌生产废水中铀钍的研究!<")稀有金属阶段&在实用化和工业化过程中还存在着诸多有待与硬质合金&4554&15,8-(2A>2=)于进一步深入研究的问题(根际微生物细胞吸附铀!="孙贤波&杜慧芳&周祖铭)中空纤维膜器处理含铀,!-废水的研究!<")上海环境科学&4555&8?,85-(2=@>2==)的机理)根际微生物对铀的选择吸收性以及吸附容!7"李民权&关玉蓉)液膜分离技术处理含铀废水!<")工业水处理&量与环境因素之间的关系)如何从功能和成本两个8??@&8@,4-(82>8A)方面开发优良的超积累植物和根际微生物)被吸附!?"唐世荣)土-水介质中低放核素污染物的生物修复!<")应用生态的铀在植物体内以何种形式存在以及如何处理)根学报&4554&81,4-(421>42A)际过滤技术在实际应用中应该如何操作’具体的操!85"徐乐昌)德国铀矿山和水冶厂退役治理状况!<")铀矿冶&作条件该如何控制等%4558&45,1-(8A8>8=5)!88"籍国东&孙铁珩&李顺)人工湿地及其在工业废水处理中的应用!9结语!<")应用生态学报&4554&81,4-(442>447)对于低浓度含铀废水的处理技术选用&应考虑!84"王建龙)生物固定化技术与水污染控制!B")北京(科学出版到待处理废水的水量’铀的含量’共存的其它离社&4554)子’废水的&’值等因素%一般而言(当水量较!81"./012/3&4056/789:;;<<)<;=;>0/6=?:6=2;2@0;?=;00A=;?小’共存离子少’水溶液偏酸性*萃取法需要废水&:A:9060A/@2A6805/02@=992B=C=10DB=29://&:A6=7C0/=;B=2/2A&6=2;!<")E809.078F=26078;2C&(**G&$+(,*-!*)的&’值在(:()%左右&不满足时需添加石灰进行!82"HC:>=I45/80;I2>&40>J:/5D0>&K2A:9L:&5C;=I&06:C)M0>调解+&可优先考虑采用混凝沉淀’萃取’吸附’92>:C2@5A:;=59@A29N:60A5/=;?60AA0/6A=:C&C:;6/!<")O;>=A2;膜分离等技术)而当水量大’&’值范围波动大H7=.078;2CP(**QP,!(-(12A7>12=2),&’;!:*-’以及存在多种共存离子时&优先考!8@"R85KS&R:T0D<3&U=:;V’&06:C)W8T62:77595C:6=2;2@虑采用植物修复技术进行处理%6A:700C090;6/BTN06C:;D&C:;6/("X:60A8T:7=;68!V")V25A;:C2@O;>=A2;90;6:CU5:C=6TP(***&,+(!!*-!$$)水体中低浓度铀污染的清除既是一个早已有之的课题&也是一个很有现实意义的问题%当今世界上许多军事强国都拥有的贫铀武器&在爆炸后会对作者简介!唐志坚,(*Y$--&湖南益阳人&副教授&研究生导师&环境造成不容忽视的铀污染%作为从事战场给水保主要从事战场给水保障和水处理技术研究%电话(,G,%-$+YQ!$*障研究的技术人员&理应进一步深入研究有关铀污18:;?&=;?,!Z/=;:)729%欢迎订阅!"#$%年!工业用水与废水"!.(,.!'