随着核工业的发展和核设施退役工程任务的 曰益繁重，导致大量含钚废水的产生。钚是极毒 放射性核素，主要产生《、7等放射性射线，由于其 化学毒性极强，而且放射性半衰期很长（2.44 X 1〇4 a)，不仅对环境造成极大危害，也严重威胁到 人类的身心健康。因此，能否有效去除废水中的 核素钚，从而有效控制放射性废水的污染问题应引起高度关注。

 

我国放射性废水中《最高允许排放放射性浓 度为lBq/L[1]。放射性废水处理方法主要有絮 凝沉淀法[2 3]、离子交换法[4 5]、吸附法[6]和超滤膜 技术W等。其中，絮凝沉淀法具有操作简单、成本 低廉和设备简单等优点，成为目前最常用的废水 处理方法之一。废水在碱性条件下可形成溶解性较低的钚氢氧化物，但是由于钚氢氧化物颗粒较 小，不足以形成沉降，加人絮凝剂后，絮凝剂与氢 氧化钚之间通过较强的吸附性而形成较大颗粒的 沉淀物，从而使废水水质得到净化。然而，有关含 钚废水的絮凝处理研究报道甚少。本工作拟选用 MgCl2作为助剂，采用不同相对分子质量阳离子 聚丙烯酰胺（PAM)对低放含钚废水进行絮凝处 理，考察不同因素对其去钚效果的影响，确定较优 絮凝剂及其最佳絮凝条件。与传统的无机絮凝法 相比，该法具有去钚性能优良以及放射性泥浆产生 量较少两大优势，且国内外尚未见相关报道，从而 为低放含钚废水的处理工艺提供理论和技术基础。

 

1实验部分1.1试剂与仪器阳离子聚丙烯酰胺PAM(M? = 3X10S?IX 1〇7)，浓阳中润聚合物有限公司；FeS04、KMn04 均为工业级化学试剂；NaOH、HCl、MgCl2 . 6H20等均为分析纯化学试剂。

 

JJ-4六联电动变速混凝器，常州国华电器有限 公司；SHZ-DI循环水真空泵，上海亚荣生化仪器厂； MINI20低水平咄测量仪，法国堪培拉欧洲系统测 量公司;PH&3C型pH计，上海雷磁精密仪器厂； DR/890型COD测量仪，HACH公司。

 

1.2絮凝剂溶液的配制实验所用絮凝剂PAM呈白色粉末状，称取 〇。 5 g溶于500 mL蒸馏水中，充分搅拌并熟化过 夜，使其完全溶解，即配制成质量浓度为1 g/L的 PAM溶液。再移取lmL溶于1L蒸馏水中，配制 成质量浓度为lmg/L的PAM溶液。絮凝实验时 从中移取微量溶液进行投加，即可得到所需的低浓 度(质量分数1〇_6级）的絮凝剂PAM溶液。

 

1.3絮凝实验实验废水为核工业生产车间排放的低放含钚 废水，该废水中含有/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。废水中钚初始放射性 浓度为2?30Bq/L。

 

取500 mL低放含钚废水于1 000 mL烧杯 中，调pH至所需值，投加絮凝剂，快速搅拌 (350 r/min)l min 后转人慢搅（60 r/min) 1 min,静置沉降30 min。取上清液，通过萃取反萃法测 定钚《放射性活度，并计算钚去除率。将不同絮 凝剂絮凝处理后产生的泥浆转人量筒中，静置一 段时间后，记录泥浆体积，再采用真空抽滤法对泥 桨进行抽滤、干燥、称重，计算沉渣质量。

 

1.4钚浓度的测定废水样经预处理后，用亚硝酸将钚调为四价， 用三正辛胺-二甲苯萃取钚，用醋酸-醋酸铵反萃， 将水相转人测量盘中，烘干，烧去有机涂料，采用M1NI20低水平邛测量仪测定钚a放射性浓度， 计算公式如下：C? = (N-NB)/(60,V)(1)

 

式中，C，钚a放射性浓度，Bq/L;N，样品计数 率，mirT1 ;iVB，仪器本底计数率，mirT1;彳，仪器效 率，％ "，水样体积，mL。

 

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

 

式中，C，处理前钚的放射性浓度，Bq/L;c，处理 后钚的放射性浓度，Bq/L。

 

2结果与讨论2.1絮凝剂投加置对絮凝效果的影响絮凝剂投加量是影响实际絮凝效果的最为关 键的因素之一。实验首先研究PAM的絮凝性 能，以相对分子质量为3X106和4X106的PAM 作为研究对象。当pH = ll?12时，单独使用 PAM处理废水，去钚效果示于图1。图1结果表 明，单独使用PAM去钚效果较差，最大钚去除率 仅为60%左右，此时PAM投加量为4X10_6。 随着投加量的增加，去钚效果更差。

 

依据文献[8]报道，水样中的钚在碱性条件下100 r 80 -li^VA可用生成的氢氧化镁共沉淀浓集。因此，实验选 用MgCl2作为助剂，考察PAM对废水中钚的去 除效果。调废水pH=ll?12,采用MgCl2协助 PAM(M? = 3X106)处理废水后的去钚效果示于 图2。由图2结果可知，达到最佳去钚效果时的 PAM投加量为1X10-6,MgCl2 . 6H20最佳投 加量为0.8 g/L,最大钚去除率可达99. 77%。随 着PAM投加量的增加，去钚效果明显下降，这是 因为过量的阳离子絮凝剂PAM会导致在中和了 胶体中的负电荷后仍有多余的正电荷，部分胶体 颗粒将会因电荷排斥而重新分散稳定，导致絮凝 效果下降。过量絮凝剂的投人将导致溶液中脱稳 颗粒的“再稳”现象。

 

MgCl2发挥效能的最佳值，最大钚去除率为88%。

 

实验还研究了 PAM与MgCl2混合使用时废 水pH值对其去钚效果的影响，结果示于图3。 由图3可见，在最佳投加量下，不同相对分子质量 的PAM与MgCUg合使用时发挥最佳去钚性能 的PH=12,在此pH值条件下，更有利于胶体的 脱稳、聚沉，最大钚去除率均可达97. 55%以上， 这是因为当pH = 12时，MgCl2生成大量 Mg(OH)2沉淀，在此沉淀物质的作用下，通过吸 附、网捕卷扫作用将钚从溶液中除去，最终达到净 化的目的。而与MgCl2同时加人的PAM在溶液 中还可通过高分子架桥和静电吸附等作用进一步 提高去钚效果。

 

比较图1和图2可知，助剂厘6(：12使PAM 的絮凝效果得以明显改善。这是因为，加人的 MgCl2在碱性废水中形成Mg(OH)2沉淀，由于共 沉淀吸附作用而使废水中的胶体颗粒脱稳形成细 小的矾花，再加人阳离子型PAM可以进一步中 和胶体表面的负电荷，并且发挥吸附架桥作用，使 得矾花体积增大易于快速下沉，达到良好的去钚 效果。当PAM添加过量时，颗粒表面被过多的 聚合物分子所饱和，已无吸附空位而失去架桥 作用。

 

>2.'2废水pH值对絮凝效果的影响废水pH值是另一个影响絮凝剂絮凝效果的 关键性因素。由于MgCl2在碱性条件下生成 Mg(OH)2沉淀，而且实验所用废水的初始pH值 一般为碱性，因此，实验研究了 pH = 7?13时 MgCl2的去钚效果，结果表明，pH = 12时为2.3PAM相对分子质置对去钚效果的影响实验以4种不同相对分子质量（M? = 4 X 106、6X10S、8X106、1X107)的 PAM 为研究对 象，研究其投加量对废水中钚去除效果的影响，结 果示于图4。由图4可知，当pH = 12、固定 ^^02投加量为0. 8 g/L时，不同相对分子质量 的PAM均具有优良的去钚效果，最佳投加量为 (0. 2?1.2)X10_6,最大钚去除率均可达95%以 上。由此可见，在最佳絮凝条件下，相对分子质量 对PAM的除钚效果影响不大。

 

实验可知，当废水中钚初始放射性浓度为 2?30 Bq/L时，处理后的废水中钚放射性浓度均 可降至lBq/L以下。由此可见，PAM与MgCl2 的共同作用对于低放含钚废水具有优良的去钚性 能。这是由于在Mg(OH)2共沉淀作用的基础 上，PAM长链结构中的活性基团与胶粒产生吸600.20.40.6 0.8lOw(PAM)

 

1.0 1.2853456 7IO'X858910图4不同相对分子质量PAM投加量 对去钚效果的影响Fig, 4 Effect of added amount of PAM on Pu removal Mw (PAM) :?——4 X 106，■——6 X 106，▲——8X 106, * ——1X107附作用而架桥联接，从而使胶粒聚集而形成絮 凝体。

 

2.4絮凝剂对有机物的去除效果在实际科研生产过程中，可能会导致某些有 机物存在于含钚废水中，由于有机物将影响放射 性废水的后续处理步骤，因此，在去除钚的同时， 能否有效地去除水中的有机物也是本工作的研究 目标之一。在最佳絮凝条件下，不同相对分子质 量的PAM与MgCU昆合处理废水时，钚和COD 的去除效果示于图5。由图5可知，以MgCl2S 助剂，PAM不仅可以有效去除废水中的钚，去除 率可达99%以上，同时废水中的COD也可被有 效去除，废水中的COD初始值约为400 mg/L，处图5 PAM的相对分子质量对废水中钚和 COD的去除效果影响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)

 

理后废水中的COD值降至15 mg/L，COD去除 率可达92%以上。

 

2.5不同絮凝剂的比较实验选用不同絮凝剂对同一批低放含钚废水 进行絮凝处理，每次废水取样量为500 mL，废水 的初始钚放射性浓度为2. 9 Bq/L，实验在絮凝剂 各自的优化絮凝条件下进行，结果列于表1。由 表1可知，PAM(M? = 8X106)与MgCl2混合使 用时所取得的各项指标均较好，钚去除率达97% 以上，处理后的水样中钚放射性浓度仅为8.3 X 10-2Bq/L，泥浆体积为22mL。当PAM相对分 子质量增加到9X106和1X107时，去钚效果反而表1不同絮凝剂对同一批废水的处理结果比较Table 1 Wastewater treatment results of different flocculantsNo.絮凝剂（Flocculant)pHR(Pu)/%C(Pu)/ (Bq* L-：)泥浆体积 (Slurry volume)/ mL沉渣质董 (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，这可能是因为分子链过长的PAM分子将 由于空间位阻效应使颗粒间互相排斥、使得颗粒 又重新处于稳定分散状态的缘故[9]。

 

使用传统无机絮凝剂FeS04与 KMn04混合 溶液处理后的废水样中的钚放射性浓度则为 2.0X10-1 Bq/L，泥浆体积为28 mL，沉渣量亦 最多。而使用Mg(〇H)2作为絮凝剂时，不但去 钚效果较差，泥浆体积更多。由此可见，有机絮 凝法不仅提高了去钚效果，而且克服了无机絮 凝剂产渣量多的缺点，在一定程度上有效地减 少了放射性泥浆的产生量，符合放射性废物最 小化原则。

 

3结论通过对低放含钚废水进行的絮凝实验可以得 出以下结论：(1)采用MgCl2为助剂，不同相对分子质量 PAM(MW = 3X10S?1X107)对低放含钚废水具 有优良的去钚效果，絮凝机理为Mg(OH)2与核 素钚之间的共沉淀吸附作用以及PAM的静电吸 附和高分子架桥作用；(2)PAM(M? = 8X10S)与 MgCl2的混合物 为较优絮凝剂，最佳絮凝条件为：PAM投加量 为 1.0Xl(Ts、Mga2 ? 6H20 投加量 0.8 g/L、 废水pH=12。最佳钚去除率均可达95%以上， 处理后的废水中钚放射性浓度小于1 Bq/L。经 其处理后产生的放射性泥浆体积和沉淹量均低 于无机絮凝剂的产生量，符合放射性废物最小 化原则。