结晶-载带-膜分离工艺去除中低水平放射性废液中的锶铯及机理研究

核电建设高速发展的同时，伴随着大量含90Sr和137Cs的中低水平放射性废液的排放，其持续的放射性和生物毒性对生态环境和人类健康造成严重的危害。采用结晶造粒技术，依靠晶种之间及晶种与反载体之间的耦合协同机制，使投加的晶种、沉淀剂和反载体与废液中的90Sr及冷锶反应，投加的离子交换/吸附剂和反载体与137Cs及冷铯反应，预期生成尺寸大且密实的颗粒，沉淀到反应器底部或被微滤/超滤膜截留，从而以载带的方式将大部分90Sr和137Cs从废液中去除。因颗粒的沉降性能提高，可显著降低后续的膜污染，延长膜的使用寿命。同时研究不同机制下锶铯去除的冷试验代替热试验的可行性，寻找简单有效的放射性模拟试验方法，降低研究的工作量、安全风险及费用。寻找高效经济的沉淀剂和离子交换/吸附剂，最大限度地提高90Sr及137Cs的去污因数和浓缩倍数，开发高效经济的结晶-载带-膜分离技术。

日本福岛地震引发的核电站放射性物质泄漏引起了人们的广泛关注。放射性废水如果处置不当，对整个生态环境都具有大的伤害，严重时可危及生命。在这些放射性物质中，锶、铯是半衰期较长的高释热裂变产物，其存在对环境造成长期威胁，因此应采用合适的工艺尽快妥善处置。为了进一步强化锶、铯的去除效果，本课题组开展了结晶-载带-膜分离工艺去除中低水平放射性废液中的锶铯及机理研究，并进行了热试验应用研究。.针对含铯废水，课题组自制吸附剂亚铁氰化铜Cu2Fe(CN)6•7H2O（CuFC），采用微滤膜进行固液分离，开发出累积二级逆流吸附-微滤工艺去除模拟废水中的铯，获得了较高的去污因数（DF）和浓缩倍数（CF），铯的DF与亚铁氰化铜的投加量呈正相关，CF则相反；与常规吸附-微滤工艺相比，在相同的吸附剂投加量下DF可提高1~2倍，稀释因子为0.4 时，DF的数量级可接近103，从而为应对核突发事件提供了技术支撑。热试验表明， CuFC对137Cs具有优异的吸附能力，当CuFC投加量为80 mg/L时，DF达；去离子水中，133Cs载带机制成立，133Cs浓度为2500 μg/L，CuFC投加量为80 mg/L时，137Cs的去污因数可达1.68×105。.针对含锶废水，课题组引入造粒技术和微滤技术，开发出了两种除锶工艺：机械造粒共沉淀-微滤工艺（PCM）和水利搅拌造粒共沉淀-微滤工艺（HPC-MF），这两种工艺均具有较高的DF和CF，为解决化学沉淀法中固液分离和浓缩困难瓶颈提出了新的思路；对于HPC-MF，水力反应器水力停留时间为60 min，运行温度为17~29 °C，晶种浓度为0.340 g/L时，装置除锶效果最好，其DF达到840、CF达到2790，是目前文献检索到此类研究成果的最好水平。研究中制备的CaCO3晶种，主要成分为方解石，同时含有少量文石，随着试验运行沉淀颗粒晶型由方解石和文石的混合物转变为以文石为主，这是因为Sr2+通过镶嵌在CaCO3晶格内部形成菱锶矿固溶体，从液相转移到固相得到去除。因SrCO3和文石属于同一个晶系，并具有较大的颗粒尺寸，除锶DF、CF较高，因此以SrCO3为晶种工艺优越性提高。热试验研究表明进水Sr2+、Ca2+和沉淀剂Na2CO3投加量均为主要影响因素，其浓度的变化会直接影响放射性90Sr的去除效果，作用的先后顺序为：Na2CO3＞Sr2+＞Ca2+。