某礦區(qū)微量放射性原水的處理
礦區(qū)水質(zhì)
西北某礦區(qū)用水取自山區(qū)地表水自流匯集的水庫水，水質(zhì)普查中發(fā)現(xiàn)水中放射性物質(zhì)指標(biāo)嚴重超標(biāo)(見表1)，水放射性專項調(diào)查表明，該水中的放射性核素主要來自地下巖層中放射性礦點，放射性物質(zhì)隨泉水、溪流匯集于水庫水之中，點多面廣，因此無法從源頭解決放射性超標(biāo)問題，只能在水廠集中處理。
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2 處理方法
城市供水中微量放射性元素的處理不同于放射性廢水處理，其特點是放射性水平低、水量大、出水水質(zhì)要求高[2]，國內(nèi)外對其研究極少。已報道的處理方法有混凝法、離子交換法、反滲透法、多孔固體物質(zhì)吸附法[3]等，但沒有處理方案和處理水中最低 鈾含量的資料，且無工程實例。
陽離子交換法的處理效果與水的pH值關(guān)系密切，在中性條件下很難達到滿意的結(jié)果[4]；陰離子交換樹脂雖然可使鈾的去除率達90%以上，但樹脂的再生和阻塞問題限制了它的使用[5]；反滲透法用于水量大、放射性元素含量低的飲用水處理，無論經(jīng)濟上 還是技術(shù)上都不可取，故傳統(tǒng)的混凝法可能是降低生活飲用水中放射性核素濃度行之有效的方法[6]。
3 小試
通過對水中放射性物質(zhì)的γ能譜分析發(fā)現(xiàn)，該水中總α放射性主要是由天然放射系、鈾系、釷系和錒系的放射性核素引起的，人工放射性元素沒有檢出。主要放射性核素是238U、234U和226Ra，其次為232Th、228Th以及235U,故降低鈾、釷濃度即可使總α比放射性大大降低。
選擇市售10種水處理劑并配加聚丙烯酰胺助凝劑進行試驗，結(jié)果表明凈水劑硫酸亞鐵(2#)、聚合氯化鋁(5#)、聚合硫酸鐵(7#)對水中微量鈾、釷的去除率可達70%～90%，效果穩(wěn)定良好、泥水易于分離。
3.1 正交試驗
影響混凝沉淀的因素主要有pH值、混凝劑種類、藥劑投加量、攪拌時間和沉淀時間等，結(jié)合混凝沉淀的實際，選擇混凝劑種類(A)、凈水劑投加量(B)、助凝劑投加量(C)、沉淀時間(D)作為控制試驗的4個因素。試驗中始終保持自然pH值、凈水劑濃度為5%、助凝劑濃度為0.2%、試驗用水量為2.5L進行正交試驗。
試驗結(jié)果表明，各因素的主次關(guān)系依次為B、D、A、C。確定助凝劑的投加量為1mL/L、沉淀時間為30min。
3.2 投加量試驗
凈水劑2#、5#、7#用量對鈾、釷去除效果的影響試驗結(jié)果見表2！
表2 凈水劑用量對鈾、釷去除效果的影響
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注： 原水中的鈾、釷含量分別為10.85、7.71μg/L，試驗用水為2 L。
由表2可知，凈水劑5#和7#投加量在1.0～4.0mg/L的處理效果都很好，且整體趨勢是隨著加藥量增加水中鈾、釷含量逐漸降低。試驗結(jié)果還表明，凈水劑用量過多效果反而不好,其原因是大量的高分子包裹住水中的鈾、釷離子形成具有相同性質(zhì)的混合基團，從而使鈾、釷穩(wěn)定地分布于水中而難以去除。
可見在一個較寬的范圍內(nèi)，用凈水劑2#、5#、7#去除水中微量鈾、釷效果顯著，根據(jù)當(dāng)?shù)毓⿷?yīng)條件選擇5#、7#凈水劑較理想，投加量為60～120g/m3，助凝劑投加量為2g/m3。
4 生產(chǎn)試驗
根據(jù)小試確定的方案進行了平水期和枯水期生產(chǎn)試驗，總處理水量為1800m3，流量為12m3/h，連續(xù)運行144h，5#和7#凈水劑投量為70～90g/m3、助凝劑投量為1.5～2.0g/m3，運行效果穩(wěn)定，水質(zhì)達標(biāo)(見表3)，說明本方案可行。混凝沉淀后渣量為85g/m3，渣中放射性物質(zhì)含量低，總α比放射性為2.4×102Bq/L，不屬于放射性廢物，故可直接填充廢礦坑而不會造成二次污染。
表3 生產(chǎn)試驗部分水質(zhì)指標(biāo)
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據(jù)試驗結(jié)果設(shè)計了一套10×104m3/d規(guī)模的能適應(yīng)低溫、低濁水并能有效去除放射性元素的處理方案，流程如圖1所示。
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該工程已于2000年建成投產(chǎn)，供水指標(biāo)達到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，經(jīng)核算增加水處理成本0.24元/m3。
5 結(jié)語
采用混凝沉淀法處理水中微量放射性物質(zhì)有效可行、經(jīng)濟合理、工藝重復(fù)性好，解決了礦區(qū)供水放射性超標(biāo)的問題。
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