ABSTRACT

This paper designed a set of ion exchange experiment pilot device (1 zeolite + 4 resin) base on the research and experiment. The device’s ability to treat simulate non-radioactive wastewater (including strontium, cesium and cobalt) is verified, and the experimental results show that decontamination factor of ion exchange device was 10⁴ to process strontium, cesium and cobalt.

Keywords:Radioactive Liquid Waste, Ion Exchange, Decontamination Factor

离子交换处理放射性废水的实验研究

杨彬，马若霞，许国静，徐杨华

国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司，重庆

收稿日期：2017年8月21日；录用日期：2017年9月4日；发布日期：2017年9月11日

摘 要

本文在前期调研和实验基础上，设计了一套离子交换中试实验装置(1级沸石 + 4级树脂)，并试验了该装置对模拟非放废水(含锶、铯、钴)的处理效果，实验结果表明，该离子交换中试实验装置对锶、铯、钴有较好的去除效果，去污因子达到10⁴。

关键词 :放射性废水，离子交换，去污因子

Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

核电站产生的低水平放射性废水的产量巨大(主要核素包括锶、铯、钴等)，必须进行妥善的净化处理，以满足国家越来越严格的排放要求。我国正在运行的核电站基本都是滨海核电站，利用海洋的巨大稀释能力，可将核电站液态流出物对环境的影响尽可能的降低。但对内陆核电项目，由于相对滨海厂址其周边受纳水体的局限性和水环境影响敏感性，对内陆核电的放射性液态流出物的排放提出了更高的要求。因此我国《核电厂放射性液态流出物排放技术要求》(GB 14587-2011)和《核动力厂环境辐射防护规定》(GB 6249-2011)中 [1] ，核电站的放射性液态流出物的排放要求——滨海厂址的核电站，槽式排放出口处的放射性流出物中除H-3和C-14外其他放射性核素浓度不应超过1000 Bq/L，而对于内陆厂址，此数值相应为100 Bq/L (除H-3和C-14外)。要达到此新标准的要求，需要对放射性废水尤其是对内陆核电站所产生废水进行深度处理，放射性废水处理技术要求相应提高。

国内在役核电站的废水处理工艺主要为蒸发和离子交换。蒸发处理对绝大多数废水有良好的适应性，但它能量消耗大、占地大。离子交换技术是非热能处理技术，占空间少，操作灵活，广泛应用于核工业的放射性废水处理中。自我国首座核电厂投入运行以来，离子交换技术在二代加、三代核电(各种堆型)的放射性废水净化处理中都得到了应用 [2] [3] 。

本文通过前期调研和选取离子交换材料的实验结果，选择4A沸石和罗门哈斯树脂作为处理锶、铯、钴的离子交换材料 [4] [5] ，设计了一套离子交换中试试验装置，并试验了该装置对模拟废水(含锶、铯、钴)的处理效果。

2. 模拟废水配置

放射性废水是指核电厂、核燃料循环以及放射性同位素生产、应用过程中产生的带有放射性污染或活化核素的各种废水。不同废水所含放射性核素的种类和活度浓度、酸碱度、常规化学组分等差异很大。核电站的放射性废水中，主要核素包括Co、Cs、Sr等。

本实验用去离子水配制含硝酸锶(Sr(NO₃)₂)、硝酸铯(CsNO₃)、硝酸钴(Co(NO₃)₂)的模拟废水2 m³，模拟非放废水含有硝酸锶(Sr(NO₃)₂)、硝酸铯(CsNO₃)、硝酸钴(Co(NO₃)₂)各10 mg/L。每次试验前均取原水样分析检测。

3. 试验装置及方法

离子交换处理流程图如图1所示，主要包括供水单元、离子交换单元、过滤器吸附单元等。供水单元：由废水配水罐、循环水泵、液位计等组成，完成废水配制、原水供料任务。离子交换单元：由进料泵、流量计、压力表、沸石吸附单元(1级4A沸石)、树脂吸附单元(4级罗门哈斯树脂)组成，去除离子态的核素。过滤吸附单元：由1级丝网过滤器组成，用于去除废水中的悬浮物及有机物。

离子交换中试试验装置如图2所示，模拟废水通过进料泵依次经过5台串联的离子交换床单元(1级4A沸石 + 4级罗门哈斯树脂)和过滤器单元，设计处理能力200 L/h。系统稳定运行1小时后，间隔一定时间在每台离子交换柱下游出口取样检测。

4. 试验结果与讨论

离子交换装置处理模拟废水的试验结果如图3~图5所示。

图1. 离子交换处理流程图

图2. 离子交换中试试验装置

图3. 离子交换装置去除锶试验结果。(a)沸石去除锶DF值；(b)树脂去除锶DF值

图4. 离子交换装置去除铯试验结果。(a)沸石去除铯DF值；(b)树脂去除铯DF值

图5. 离子交换装置去除钴试验结果。(a)沸石去除钴DF值；(b)树脂去除钴DF值

如图3所示，离子交换装置中4A沸石对锶的DF值约为10⁴，但随着时间增加，4A沸石会慢慢饱和，因此对锶的去除能力会下降。1级树脂对锶的DF值随时间的增加而变大，2~4级树脂的出水浓度小于1 ug/L，均在测量仪器的检测限(1 ug/L)以下。总装置对锶的DF值约为10⁴。

如图4所示，离子交换装置中4A沸石对铯的DF值约为10³，同样随着时间增加，4A沸石会慢慢饱和，因此对铯的去除能力会下降。1级树脂对铯的DF值随时间的增加而变大，2~4级树脂的出水浓度小于1 ug/L，均在测量仪器的检测限(1 ug/L)以下。总装置对铯的DF值约为10⁴。

如图5所示，离子交换装置中4A沸石对钴的DF值约为5 × 10。1级树脂对钴的DF值约为2 × 10²，2~4级树脂的出水浓度小于1 ug/L，均在测量仪器的检测限(1 ug/L)以下。总装置对钴的DF值约为10⁴。在实验过程中去污因子会有波动。

5. 总结

从上述数据分析可以得出，4A沸石对锶的处理效果最好，但随着时间的增加，4A沸石会慢慢饱和，去除效果会变差。该离子交换中试实验装置装载1级4A沸石和1级罗门哈斯树脂即能对锶、铯、钴有较好的去除效果，去污因子达到10⁴。但为了达到更好的处理效果，建议1级沸石后至少加两级罗门哈斯树脂。

后续采用该离子交换装置(装载1级4A沸石和2级罗门哈斯树脂)对100 mg/L的模拟废水进行了处理，总装置对锶、铯、钴的去污因子大于10⁴。

基金项目

2015年集团科技项目(2015-188-CQD-KJ-X)。

文章引用

杨彬,马若霞,许国静,徐杨华. 离子交换处理放射性废水的实验研究
Experimental Study on Treating the Radioactive Waste Water by Ion Exchange[J]. 核科学与技术, 2017, 05(04): 211-215. http://dx.doi.org/10.12677/NST.2017.54027

参考文献 (References)