隨著核工業的發展和核設施退役工程任務的 曰益繁重，導致大量含钚廢水的產生。钚是極毒 放射性核素，主要產生《、7等放射性射線，由于其 化學毒性極強，而且放射性半衰期很長（2.44 X 1〇4 a)，不僅對環境造成極大危害，也嚴重威脅到 人類的身心健康。因此，能否有效去除廢水中的 核素钚，從而有效控制放射性廢水的污染問題應引起高度關注。

 

我國放射性廢水中《最高允許排放放射性濃 度為lBq/L[1]。放射性廢水處理方法主要有絮 凝沉淀法[2 3]、離子交換法[4 5]、吸附法[6]和超濾膜 技術W等。其中，絮凝沉淀法具有操作簡單、成本 低廉和設備簡單等優點，成為目前最常用的廢水 處理方法之一。廢水在堿性條件下可形成溶解性較低的钚氫氧化物，但是由于钚氫氧化物顆粒較 小，不足以形成沉降，加人絮凝劑后，絮凝劑與氫 氧化钚之間通過較強的吸附性而形成較大顆粒的 沉淀物，從而使廢水水質得到凈化。然而，有關含 钚廢水的絮凝處理研究報道甚少。本工作擬選用 MgCl2作為助劑，采用不同相對分子質量陽離子 聚丙烯酰胺（PAM)對低放含钚廢水進行絮凝處 理，考察不同因素對其去钚效果的影響，確定較優 絮凝劑及其最佳絮凝條件。與傳統的無機絮凝法 相比，該法具有去钚性能優良以及放射性泥漿產生 量較少兩大優勢，且國內外尚未見相關報道，從而 為低放含钚廢水的處理工藝提供理論和技術基礎。

 

1實驗部分1.1試劑與儀器陽離子聚丙烯酰胺PAM(M? = 3X10S?IX 1〇7)，濃陽中潤聚合物有限公司；FeS04、KMn04 均為工業級化學試劑；NaOH、HCl、MgCl2 . 6H20等均為分析純化學試劑。

 

JJ-4六聯電動變速混凝器，常州國華電器有限 公司；SHZ-DI循環水真空泵，上海亞榮生化儀器廠； MINI20低水平咄測量儀，法國堪培拉歐洲系統測 量公司;PH&3C型pH計，上海雷磁精密儀器廠； DR/890型COD測量儀，HACH公司。

 

1.2絮凝劑溶液的配制實驗所用絮凝劑PAM呈白色粉末狀，稱取 〇。 5 g溶于500 mL蒸餾水中，充分攪拌并熟化過 夜，使其完全溶解，即配制成質量濃度為1 g/L的 PAM溶液。再移取lmL溶于1L蒸餾水中，配制 成質量濃度為lmg/L的PAM溶液。絮凝實驗時 從中移取微量溶液進行投加，即可得到所需的低濃 度(質量分數1〇_6級）的絮凝劑PAM溶液。

 

1.3絮凝實驗實驗廢水為核工業生產車間排放的低放含钚 廢水，該廢水中含有/〇(A1)<0. 05 mg/L^CBX 0? 05 mg/L、|〇(Ca) = 5 mg/L'jC^BeXO. 05 mg/L、 i〇(Cu) =0.04 mg/L'^FeXO. 34 mg/L、j〇(Mg)= 1.38 mg/L^CMn) = 0.04 mg/L.^CMo) < 0? 05 mg/L、(〇 ( Ni ) = 0? 018 mg/L、p ( Si )= 2.71mg/L、Cr、S〇r等。廢水中钚初始放射性 濃度為2?30Bq/L。

 

取500 mL低放含钚廢水于1 000 mL燒杯 中，調pH至所需值，投加絮凝劑，快速攪拌 (350 r/min)l min 后轉人慢攪（60 r/min) 1 min,靜置沉降30 min。取上清液，通過萃取反萃法測 定钚《放射性活度，并計算钚去除率。將不同絮 凝劑絮凝處理后產生的泥漿轉人量筒中，靜置一 段時間后，記錄泥漿體積，再采用真空抽濾法對泥 槳進行抽濾、干燥、稱重，計算沉渣質量。

 

1.4钚濃度的測定廢水樣經預處理后，用亞硝酸將钚調為四價， 用三正辛胺-二甲苯萃取钚，用醋酸-醋酸銨反萃， 將水相轉人測量盤中，烘干，燒去有機涂料，采用M1NI20低水平邛測量儀測定钚a放射性濃度， 計算公式如下：C? = (N-NB)/(60,V)(1)

 

式中，C，钚a放射性濃度，Bq/L;N，樣品計數 率，mirT1 ;iVB，儀器本底計數率，mirT1;彳，儀器效 率，％ "，水樣體積，mL。

 

钚去除率CR)計算公式如下：R = (C6 -C)/C? X 100%(2)

 

式中，C，處理前钚的放射性濃度，Bq/L;c，處理 后钚的放射性濃度，Bq/L。

 

2結果與討論2.1絮凝劑投加置對絮凝效果的影響絮凝劑投加量是影響實際絮凝效果的最為關 鍵的因素之一。實驗首先研究PAM的絮凝性 能，以相對分子質量為3X106和4X106的PAM 作為研究對象。當pH = ll?12時，單獨使用 PAM處理廢水，去钚效果示于圖1。圖1結果表 明，單獨使用PAM去钚效果較差，最大钚去除率 僅為60%左右，此時PAM投加量為4X10_6。 隨著投加量的增加，去钚效果更差。

 

依據文獻[8]報道，水樣中的钚在堿性條件下100 r 80 -li^VA可用生成的氫氧化鎂共沉淀濃集。因此，實驗選 用MgCl2作為助劑，考察PAM對廢水中钚的去 除效果。調廢水pH=ll?12,采用MgCl2協助 PAM(M? = 3X106)處理廢水后的去钚效果示于 圖2。由圖2結果可知，達到最佳去钚效果時的 PAM投加量為1X10-6,MgCl2 . 6H20最佳投 加量為0.8 g/L,最大钚去除率可達99. 77%。隨 著PAM投加量的增加，去钚效果明顯下降，這是 因為過量的陽離子絮凝劑PAM會導致在中和了 膠體中的負電荷后仍有多余的正電荷，部分膠體 顆粒將會因電荷排斥而重新分散穩定，導致絮凝 效果下降。過量絮凝劑的投人將導致溶液中脫穩 顆粒的“再穩”現象。

 

MgCl2發揮效能的最佳值，最大钚去除率為88%。

 

實驗還研究了 PAM與MgCl2混合使用時廢 水pH值對其去钚效果的影響，結果示于圖3。 由圖3可見，在最佳投加量下，不同相對分子質量 的PAM與MgCUg合使用時發揮最佳去钚性能 的PH=12,在此pH值條件下，更有利于膠體的 脫穩、聚沉，最大钚去除率均可達97. 55%以上， 這是因為當pH = 12時，MgCl2生成大量 Mg(OH)2沉淀，在此沉淀物質的作用下，通過吸 附、網捕卷掃作用將钚從溶液中除去，最終達到凈 化的目的。而與MgCl2同時加人的PAM在溶液 中還可通過高分子架橋和靜電吸附等作用進一步 提高去钚效果。

 

比較圖1和圖2可知，助劑厘6(：12使PAM 的絮凝效果得以明顯改善。這是因為，加人的 MgCl2在堿性廢水中形成Mg(OH)2沉淀，由于共 沉淀吸附作用而使廢水中的膠體顆粒脫穩形成細 小的礬花，再加人陽離子型PAM可以進一步中 和膠體表面的負電荷，并且發揮吸附架橋作用，使 得礬花體積增大易于快速下沉，達到良好的去钚 效果。當PAM添加過量時，顆粒表面被過多的 聚合物分子所飽和，已無吸附空位而失去架橋 作用。

 

>2.'2廢水pH值對絮凝效果的影響廢水pH值是另一個影響絮凝劑絮凝效果的 關鍵性因素。由于MgCl2在堿性條件下生成 Mg(OH)2沉淀，而且實驗所用廢水的初始pH值 一般為堿性，因此，實驗研究了 pH = 7?13時 MgCl2的去钚效果，結果表明，pH = 12時為2.3PAM相對分子質置對去钚效果的影響實驗以4種不同相對分子質量（M? = 4 X 106、6X10S、8X106、1X107)的 PAM 為研究對 象，研究其投加量對廢水中钚去除效果的影響，結 果示于圖4。由圖4可知，當pH = 12、固定 ^^02投加量為0. 8 g/L時，不同相對分子質量 的PAM均具有優良的去钚效果，最佳投加量為 (0. 2?1.2)X10_6,最大钚去除率均可達95%以 上。由此可見，在最佳絮凝條件下，相對分子質量 對PAM的除钚效果影響不大。

 

實驗可知，當廢水中钚初始放射性濃度為 2?30 Bq/L時，處理后的廢水中钚放射性濃度均 可降至lBq/L以下。由此可見，PAM與MgCl2 的共同作用對于低放含钚廢水具有優良的去钚性 能。這是由于在Mg(OH)2共沉淀作用的基礎 上，PAM長鏈結構中的活性基團與膠粒產生吸600.20.40.6 0.8lOw(PAM)

 

1.0 1.2853456 7IO'X858910圖4不同相對分子質量PAM投加量 對去钚效果的影響Fig, 4 Effect of added amount of PAM on Pu removal Mw (PAM) :?——4 X 106，■——6 X 106，▲——8X 106, * ——1X107附作用而架橋聯接，從而使膠粒聚集而形成絮 凝體。

 

2.4絮凝劑對有機物的去除效果在實際科研生產過程中，可能會導致某些有 機物存在于含钚廢水中，由于有機物將影響放射 性廢水的后續處理步驟，因此，在去除钚的同時， 能否有效地去除水中的有機物也是本工作的研究 目標之一。在最佳絮凝條件下，不同相對分子質 量的PAM與MgCU昆合處理廢水時，钚和COD 的去除效果示于圖5。由圖5可知，以MgCl2S 助劑，PAM不僅可以有效去除廢水中的钚，去除 率可達99%以上，同時廢水中的COD也可被有 效去除，廢水中的COD初始值約為400 mg/L，處圖5 PAM的相對分子質量對廢水中钚和 COD的去除效果影響Fig, 5 Efficiency of removal of Pu and COD by different molecular mass PAM ? —COD 去除率（COD removal rate)，■杯去除率（Pu removal rate)

 

理后廢水中的COD值降至15 mg/L，COD去除 率可達92%以上。

 

2.5不同絮凝劑的比較實驗選用不同絮凝劑對同一批低放含钚廢水 進行絮凝處理，每次廢水取樣量為500 mL，廢水 的初始钚放射性濃度為2. 9 Bq/L，實驗在絮凝劑 各自的優化絮凝條件下進行，結果列于表1。由 表1可知，PAM(M? = 8X106)與MgCl2混合使 用時所取得的各項指標均較好，钚去除率達97% 以上，處理后的水樣中钚放射性濃度僅為8.3 X 10-2Bq/L，泥漿體積為22mL。當PAM相對分 子質量增加到9X106和1X107時，去钚效果反而表1不同絮凝劑對同一批廢水的處理結果比較Table 1 Wastewater treatment results of different flocculantsNo.絮凝劑（Flocculant)pHR(Pu)/%C(Pu)/ (Bq* L-：)泥漿體積 (Slurry volume)/ mL沉渣質董 (Precipitation mass)/g1PAM(MW= 3X106) + MgCl21292. 720. 211 1320. 122 82PAM(MW=4X 106) + MgCl21295. 590. 128 0320.184 83PAM(MW= 5X106) + MgCl21294. 280. 166 0300. 072 44PAM(MW=6X 106) + MgCl21295. 690.125 0220. 061 75PAM(MW= 7X106)+MgCl21297. 120. 083 5250.088 06PAM(MW= 8X106) + MgCl21297. 130.083 1220. 075 57PAM(MW= 9X106) + MgCl21294. 760. 152 0220. 078 38PAM(MW= lX107) + MgCl21293. 340. 193 0250. 076 39FeS04+KMn〇41193. 070. 201 0280. 104 510Mg(OH)2289. 780. 296 4450. 255 4下降，這可能是因為分子鏈過長的PAM分子將 由于空間位阻效應使顆粒間互相排斥、使得顆粒 又重新處于穩定分散狀態的緣故[9]。

 

使用傳統無機絮凝劑FeS04與 KMn04混合 溶液處理后的廢水樣中的钚放射性濃度則為 2.0X10-1 Bq/L，泥漿體積為28 mL，沉渣量亦 最多。而使用Mg(〇H)2作為絮凝劑時，不但去 钚效果較差，泥漿體積更多。由此可見，有機絮 凝法不僅提高了去钚效果，而且克服了無機絮 凝劑產渣量多的缺點，在一定程度上有效地減 少了放射性泥漿的產生量，符合放射性廢物最 小化原則。

 

3結論通過對低放含钚廢水進行的絮凝實驗可以得 出以下結論：(1)采用MgCl2為助劑，不同相對分子質量 PAM(MW = 3X10S?1X107)對低放含钚廢水具 有優良的去钚效果，絮凝機理為Mg(OH)2與核 素钚之間的共沉淀吸附作用以及PAM的靜電吸 附和高分子架橋作用；(2)PAM(M? = 8X10S)與 MgCl2的混合物 為較優絮凝劑，最佳絮凝條件為：PAM投加量 為 1.0Xl(Ts、Mga2 ? 6H20 投加量 0.8 g/L、 廢水pH=12。最佳钚去除率均可達95%以上， 處理后的廢水中钚放射性濃度小于1 Bq/L。經 其處理后產生的放射性泥漿體積和沉淹量均低 于無機絮凝劑的產生量，符合放射性廢物最小 化原則。