水體中放射性污染

水體中放射性污染演講人:馬傳凈專業(yè):環(huán)境科學(xué)

青島科技大學(xué)主要內(nèi)容1放射性污染的概述2放射性廢水的分類及危害3水中放射性污染檢測4處理方法1放射性污染的概述

定義：放射性污染是指放射性物質(zhì)的放射性水平高于天然本底或者超過規(guī)定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。放射性污染物主要是各種放射性核素，其放射性與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)，每一放射性核素都能放射出一定能量的射線。

（1）α衰變

α衰變是不穩(wěn)定重核（一般原子序數(shù)大于82）自發(fā)放出4He核（α粒子）的過程。（2）β衰變

β衰變是放射性核素放射β粒子（即快速電子）的過程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果。

β衰變可分為負β衰變、正β衰變和電子俘獲三種類型。（3）γ衰變

γ射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態(tài)時所放射的電磁輻射。1.1水體中放射性污染物的污染源和分布（1）水體中放射性污染物的天然來源是由于巖石、土壤以及大氣相互作用而帶入水體的。由于放射性礦物質(zhì)和巖石的浸析和溶解過程，地面水包含了鈾（239U）、鐳（226Ra）、氡（220Rn）、40K等放射性元素。天然江水和大氣的另外一個相互作用的結(jié)果是，水中落入了宇宙放射性產(chǎn)物如14C、10Be、3H等。

（2）人工放射性污染物主要來源于①天然鈾礦的開采和選礦、精煉廠、放射性同位素應(yīng)用時產(chǎn)生的廢水，尤其是原子能工業(yè)和原子反應(yīng)堆設(shè)施的廢水、核武器制造和核試驗污染以及各種放射性核廢料等。②對鈾礦的加工中，礦石的化學(xué)處理、離子交換沉淀法和萃取法從容液中有選擇地提取鈾，鈾衰變的放射性產(chǎn)物基本上隨著礦石化學(xué)處理后的廢液流失夾帶出來。

在此只討論環(huán)境中主要的放射性污染物代表：鈾（239U）的環(huán)境污染化學(xué)。因為其他的放射性元素如鐳（226Ra）、鉛（214Pb、212Pb）等是鈾蛻變的產(chǎn)物。對于放射性同位素例如131I、133I，45Ca,40K等來說，他們與穩(wěn)定同位素之間不存在很大物理化學(xué)性質(zhì)差異，而且周期表中同族元素行為之間也有許多相似之處，如90Sr、140Ba、226Ra、45Ca與鈣穩(wěn)定同位素的行為相近，所以就穩(wěn)定同位素環(huán)境化學(xué)行為所得的結(jié)果一般可使用與其相應(yīng)的放射性同位素。1.2放射性污染的物理性質(zhì)

鈾金屬是一種軟的銀白色金屬，具有延展性，可以制成鈾合金。鈾在自然界中總是以四價或者六價例子與其他元素化合存在。不論是金屬態(tài)還是化合態(tài)的鈾都是具有強放射性。鈾的氧化物不溶于水；大部分鈾裂變產(chǎn)物的氯化物是不揮發(fā)的，鈾的氯產(chǎn)物UCl4具有揮發(fā)性；UOCl2易溶于水；硝酸鈾酰UO2(NO3)2易溶于水。1.3放射性污染的化學(xué)性質(zhì)

鈾的化學(xué)性質(zhì)非常活潑，它能與除惰性氣體以外的所有元素反應(yīng)，包括氫氣、氮氣、鹵素等。鈾的氧化態(tài)有+3、+4、+5、+6，其中以+6價最為穩(wěn)定。金屬鈾暴露在空氣中會慢慢的氧化，生成黑色的氧化膜，此氧化層可防止金屬進一步被氧化，粉末狀的鈾在空氣中能自燃。

（1）鈾污染物的酸堿反應(yīng)鈾與誰在常溫下會緩慢反應(yīng)生成毒性較大的二氧化鈾：7U+6H2O→3UO2+4UH3鈾能溶解在硝酸中形成硝酸鈾酰UO2(NO3)2，也能溶于鹽酸生成三氯化鈾UCl3和黑色的羥基氫化物：HO-UH-OH。鈾通常不與堿反應(yīng)。U4+最容易水解：

（2）鈾污染物的配合反應(yīng)各種嘉泰鈾的配合能力不同，其配合能力順序與水解次序一致：U4+>UO22+>U3+>UO2+UO22+形成配合物的傾向比較強，它能與很多無機和有機的配位體作用。在各種配位體中，以含氧配位體為最強，含氮、硫配位體次之。UO22+還能與有機配位體，如EDTA、DTPA、酒石酸、檸檬酸等形成配合物或者螯合物。U4+具有較高的電荷和較小的離子半徑（0.0929nm），它不能與各種配位體形成配合離子，而且容易發(fā)生水解。（3）鈾的氧化還原反應(yīng)U3+是一種強還原劑，它容易被氧化為正四價和正六價。U3+與誰作用可緩慢放出氫氣：2U3++2H2O→2U4++H2+2OH-UO2+很不穩(wěn)定，在酸性溶液中容易發(fā)生歧化反應(yīng)，生成U4+和UO22+：UO2++4H+

→U4++UO22++2H2OUO22+是鈾化合物中最穩(wěn)定的價態(tài)，它與還原劑作用生成U4+：UO22++4H++2e-

→U4++2H2O2放射性廢水的分類及危害放射性廢水高放廢水中放廢水低放廢水中放廢水和低放廢水主要來源于放射性核素工作場所和使用的儀器、設(shè)備，在使用和廢棄前進行嚴格去污所產(chǎn)生的大量清洗液。而這兩種廢水則首先經(jīng)過分離濃縮，使得廢物體積大大減小后，再固化封存，以降低儲存費用。處理后的廢水中剩余的放射性很少，其活度低于允許排放標(biāo)準(zhǔn)時，可以安全排放至環(huán)境主要來源于核燃料后處理中。由于其放射性強度高，一般直接固化封存廢水中總α放射性最高允許排放活度為1Bq/L，總β放射性最高允許排放活度為10Bq/L

放射性物質(zhì)對人體的健康危害是很大的。放射性元素通過自身的衰變而放射出α、β粒子和γ量子(通稱為α、β和γ射線)。這些元素可以由多種途徑進入人體，它們發(fā)出的射線會破壞機體內(nèi)的大分子結(jié)構(gòu)，甚至直接破壞細胞和組織結(jié)構(gòu)，給人體造成損傷。高強度射線會灼傷皮膚，引發(fā)白血病和各種癌癥，破壞人的生殖機能，嚴重的能在短期內(nèi)致死。少量累積照射會引起慢性放射病，使造血器官、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等受到損害，發(fā)病過程往往延續(xù)幾十年。此外放射性輻射還有致畸、致突變作用，在妊娠期間受到照射極易使胚胎死亡或形成畸胎。3水中放射性污染的檢測3.1檢測的對象與內(nèi)容

主要測定的放射性核素為：①α放射性核素，即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U；②β放射性核素，即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。這些核素在環(huán)境中出現(xiàn)的可能性較大，其毒性也較大。

對放射性核素具體測量的內(nèi)容有：①放射源強度，半衰期，射線種類及能量；②環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強度、空間照射量或電離輻射劑量。

3.2放射性監(jiān)測方法

測量水中放射性污染的方法有:化學(xué)提取法、閃爍液體法、直接測量法、蒸發(fā)法.

各種方法的比較：化學(xué)提取法比較靈敏,但必需知道側(cè)量對象,操作較麻煩.閃爍液體法主要是用于側(cè)量低能放射性同位素H3

和C14.值接測量法靈敏度較低,但可以很快得出拮果,當(dāng)濃度較大而同位素的性質(zhì)已知時,采用這種方法是適宜的.蒸發(fā)法是最先采用的方法,精確度較差,不能連續(xù)工作和很快得出拮果,但所需設(shè)備簡單,并可普遍解決問題(揮發(fā)性物質(zhì)除外),靈敏度可以在很大范圍內(nèi)改變,故目前還很廣泛的應(yīng)用.4處理方法4.1放射性廢水處理的傳統(tǒng)方法

（1）絮凝沉淀法絮凝沉降法依靠絮凝劑使溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒凝聚為大的絮凝體,從而實現(xiàn)固液分離。向廢水中投放一定量的絮凝劑(如硫酸鉀鋁、鋁酸鈉、硫酸鐵、氯化鐵等),通過絮凝劑的吸附架橋、電中和等物理化學(xué)作用與廢液中微量放射性核素及其他有害元素發(fā)生共沉淀,或凝聚成細小的可沉淀的顆粒,并與水中的懸浮物結(jié)合為疏松絨粒,從而吸附水中的放射性核素。優(yōu)缺點：絮凝沉淀的優(yōu)點是費用低廉，對大多數(shù)放射性核素有良好的去除效果，處理設(shè)備和技術(shù)成熟。缺點是所需設(shè)備體積龐大，去除效率低，出水大多不能直接達標(biāo)排放。（2）離子交換法離子交換劑與廢水接觸時,廢水中的放射性離子與離子交換劑上的可交換離子進行交換而轉(zhuǎn)移到離子交換劑上,從而使廢水達到凈化的目的。離子交換樹脂是主要的離子交換劑,分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂2種,屬于有機離子交換劑。此外,還有無機離子交換劑,如沸石、磺化煤、硅酸鐵凝膠、磷酸鋯等,它們大都具有耐輻照、價格低廉的優(yōu)點。優(yōu)缺點：優(yōu)點是能去除離子態(tài)的放射性核素，凈化效率高。缺點是廢水中懸浮固體濃度必須很小，放射性核素必須是可交換的（離子態(tài)），非放射性常量雜質(zhì)離子的競爭吸附，處理成本高。

（3）蒸發(fā)濃縮法蒸法濃縮法的基本原理是進入蒸發(fā)器的廢水,通過蒸汽或電熱器加熱至沸騰,廢水中的水分便逐漸蒸發(fā)成水蒸氣,經(jīng)冷卻凝結(jié)成水。除氚、碘等極少數(shù)元素之外,廢水中的大多數(shù)放射性元素都不具有揮發(fā)性,因此用蒸發(fā)濃縮法處理,能夠使這些元素大都留在殘余液中而得到濃縮。優(yōu)缺點：蒸發(fā)濃縮法的優(yōu)點是去污因數(shù)高；缺點是設(shè)備和運行費用昂貴，需要復(fù)雜的預(yù)處理來防腐蝕、泡沫、結(jié)垢，有爆炸的潛在危險。一般用來處理少量的中水平和高水平廢水。

（4）吸附法吸附法是用多孔性的固體吸附劑處理放射性廢水,使其中所含的一種或數(shù)種元素吸附在吸附劑的表面上,從而達到去除的目的。在對放射性廢液的處理中,常用的吸附劑有活性炭、沸石、高嶺土、膨潤土、黏土等。其中沸石價格低廉,安全易得,與其他無機吸附劑相比,沸石具有較大的吸附能力和較好的凈化效果，并兼有離子交換劑和過濾劑的作用。4.2放射性廢水處理的最新研究進展

膜處理法是借助選擇性透過的薄膜,以壓力差、溫度差、電位差等為動力,對放射性液體混合物實現(xiàn)分離。

膜處理技術(shù)是一項新興的分離技術(shù),它具有物料無相變、能耗低、設(shè)備簡單、操作方便和適應(yīng)性強等特點,在放射性廢水處理中有更為廣泛的應(yīng)用前景,是21世紀(jì)初最有發(fā)展前途的高技術(shù)之一。對于中、低濃度放射性廢水,經(jīng)2級反滲透凈化,一般都能達到排放標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)外在放射性廢水處理中采用的膜技術(shù)主要有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、電滲析(ED)、膜蒸餾(MD