吸附法处理含铀废水研究进展综述

吸附法处理含铀废水研究进展综述

任加翔 张天一

无锡地铁集团有限公司建设分公司

摘 要：本文简要介绍了铀的危害及其在水溶液中的存在形态,综述了吸附法处理低浓度含铀废水的最新研究进展,分析了不同吸附技术的特点,评论了它们的吸附性能和应用前景,并对进一步的研究方向提出了一些看法。

关键词：吸附 含铀废水 处理

（一）前言

随着核电的发展,核电在满足人类能源需求的同时,在运行的过程中产生大量的含铀废水,以及铀尾矿废渣,威胁着人类的健康，放射性核素可通过稻米等食物转移至人体内部,极难排出体外,这些铀元素将在人体内形成长期放射性内照射,对人体健康健康造成巨大危害，因此,含铀放射性废水的治理引起了相关学者的广泛关注。在放射性废水尤其是含铀废水的处理方面，国内外的学者进行了许多试验研究和生产实践，几乎尝试使用了废水处理领域中所有的处理方法和技术，如化学沉淀、离子交换和蒸发浓缩等方法.但是这些传统方法在实际运行过程中存在许多不足之处，其共同缺点就产生的泥浆量较大，工艺流程冗长，后续处理烦琐，还需对二次废物行再处理，并且用于处理低含量放射性废水时，往往操作费用和原材料成本相对较高。因此，多年来人们一直致力于研究和寻求更高效经济的含铀放射性废水的处理方法。

废水中铀的净化方法主要包括：化学沉淀、蒸发浓缩、离子交换、吸附、膜处理和生物处理等。吸附法因具有效率高、占地省、易于操作及产生污泥少等优点受到国内外研究者的广泛关注，并取得了显著的研究成果。

（二）铀的来源与危害及其在水溶液中的存在形态

（1）含铀废水的来源

低浓度的含铀废水的来源很多，主要来源是铀矿采冶过程中产生的废水，还有核电站、实验室、工厂等含铀废液部分的正常排放，各种核武器试验以及核战争，异常事故等。在铀矿开采过程中废水主要来自两个部分：在矿石开采过程中产生的矿山废水和加工过程中产生的废水。其中后者又是铀矿加工工业外排废水的主要来源。铀矿加工废水来源有：1）生产中的工艺废液；2）排放的沉淀母液和吸附尾液；3）工艺过程用水。

（2）含铀废水的危害

金属铀及铀化合物都具有放射性，当铀为外照射源时，其放出的α射线在空气中的射程仅有2.7~3.5cm，危险性较小，但铀的衰变子体释放出β射线和弱γ射线[2]，危害较大。铀可通过呼吸道和消化道进入体内，易溶性铀化合物还可经无伤的皮肤进入体内，从而生内照射和化学毒性。因此，铀对人体具有化学毒性和辐射毒性两方面的危害，可对人的肾脏、免疫系统、神经系统及生育能力产生损害，并可能导致基因突变和癌症的发生。

（3）含油废水在水中的存在形式

铀在水溶液中的价态包括：三价、四价、五价和六价。三价铀离子是强还原剂，易被氧化为四价和六价。四价铀能够被溶液中的氧缓慢氧化为六价。五价铀在酸性溶液中会发生歧化反应，一部分被还原为四价，一部分被氧化为六价。通常情况下，水溶液中的铀为六价——U(VI)，对废水中铀的净化也就是去除U(VI)。不同pH值下U(VI)的存在形式不同子的形式存在；当pH>3 时，UO22+离子发生水解，水解UO2(OH)+(UO2)2(OH)22+和(UO2)3(OH)52+等。随着pH 值的升高，UO22+离子的最终水解产物包括铀酸、多铀酸和UO2(OH)2沉淀。

（三）吸附法处理含铀废水

（1)粘土矿物吸附

海泡石、膨润土、硅藻土、凹凸棒等粘土矿物比表面积大，具有较强的吸附性，可用于含铀废水处理。并且其处理产物与玻璃、水泥等有较好的相容性，有利于处理产物的最终处置。但粘土矿物吸附剂使用前需进行改性，提高吸附容量和选择性。某些有机物含有与铀配位能力较强的官能团，常用作粘土矿物的改性剂。Wang 等的研究结果表明，经十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）改性后膨润土对

74U(VI)的吸附能力从65.02 mg/g增加到106.38 mg/g，当U(VI)初始浓度为10 mg/L，pH 值为6，吸附剂用量为1.5 g/L 时，净化效率接近100 %。Sprynskyy等利用HDTMA将硅藻土改性后处理初始浓度为47.6 mg/L 的含U(VI)溶液，吸附剂用量为2 g/L 时，吸附效率随pH值的增大而升高，当pH值为8 时，净化效率接近100 %。加热及酸处理可以提高海泡石的比表面积，增强其吸附性能。Kilislioglu等利用天然海泡石、加热及盐酸处理的海泡石对水溶液中U(VI)进行吸附，相同实验条件下，吸附容量分别为661.6 mg/g、747.3 mg/g、852.0 mg/g，有效提高了海泡石的吸附能力，并且加热及酸改性具有操作简单，成本低的特点。

磁改性不仅能提高吸附剂的比表面积，而且吸附完成后可通过磁场实现固液分离。Fan等利用共沉淀法将磁性氧化铁以共价键结合到凹凸棒表面，使凹凸棒比表面积从110 m2/g 增大到135 m2/g，

用于处理pH 值6.0，初始浓度4.76 mg/L 的含U(VI)溶液，净化效率大于99 %，吸附剂用量为0.3 g/L。凹凸棒与磁性氧化铁的复合颗粒不仅吸附效率高，并且可以通过磁场

（2） 微生物吸附

微生物吸附是指通过酶促反应、静电吸附、氧化还原、无机微沉淀等作用，将污染物吸附的过程。Ghasemi 等利用钙预处理后的囊链藻吸附废水中的铀（VI），当吸附床高度为6 cm，处理量为2.3 mL/min 时，吸附率为59.32 %，吸附容量达318.15 mg/g。Akhtar 等研究了将哈茨木霉固定在海藻酸钙上作为吸附剂净化并回收废水中的铀，研究结果表明，固定了哈茨木霉的海藻酸钙对铀的吸附能力及稳定性都会增强。每1.5 g 吸附剂可以净化8.5 L浓度为58 mg/L 的含铀废水达到排放标准到了98.1 %~99.3 %。Silva 等利用马尾藻吸附废水中的铀，吸附床高度为40.0 cm 时对铀的去除率最高，达到64 %。完成吸附操作后的马尾藻经煅烧后体积可减少85 %~87 %，为含铀马尾藻的储存提供了便利。Khani研究了扇藻吸附废水中铀的动力学和热力学，根据朗格缪尔等温式计算出的10 ℃时的最大吸附容量为434.8 mg/g。Ding 等利用固定化黑曲霉菌吸附净化水溶液中的U(VI)，最大吸附容量为649.4 mg/g。Pang 等[26]研究了桔青霉死菌体对水溶液中U(VI)的吸附性能，当溶液中U(VI)浓度为50 μg/mL时，最大吸附容量为127.3 mg/g。微生物吸附技术具有效率高、成本低、适应性强、可再生及吸附剂可生物降解等优点，在含铀废水净化领域越来越受到研究者的重视。

（四）结语

本文综述了利用吸附法处理低浓度含铀废水的研究成果。粘土矿物为无机吸附剂及其改性吸附剂均具有较高的吸收效率，但有机物改性吸附剂的热稳定性较差，在应用过程中当温度较高时会产生有机物的挥发，吸附处理产物最终处置过中遇高温会导致有机物及核素的挥发扩散。无机吸附剂具有较好的热稳定性，更适于生产应用。零价铁还原吸附效率较高，但废水中溶解氧浓度的升高会增加零价铁的消耗量，使得浓缩倍数（CF）减小，因此净化过程需要厌氧环境，在实际应用中受到了一定限制。生物质吸附剂和微生物吸附剂具有来源广泛、成本低及无二次污染等优点，而且完成吸附后经煅烧可使其体积大大缩小，有利于对最终处理产物的处置，但同时存在净化效率不高的问题。通过以上分析可知，无机吸附剂吸附是低浓度含铀废水净化中最有前景的处理技术之一。

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