核电厂放射性化学去污废液预处理新技术

廖能斌，毛 莉，李 斌

（国家电投集团远达环保工程有限公司，重庆 401122）

在核电厂日常维修过程中，为更好地对放射性沾污部件进行去污，通常采用化学方法，如加入酸、碱、柠檬酸、洗涤剂等化学试剂。去污过程中将产生一定量的化学去污废液，其成分复杂，除含有放射性核素外，还含有清洗剂、络合剂、酸碱等化学物质，并且含有一定量的有机物。该种废液必须经过处理，满足相关的排放标准后才能排放。

我国核电厂通常采用蒸发方式处理化学去污废液，但系统复杂，能耗较高。在美国，该种废液通常采用非热能处理方式进行处理。该种废液经预处理后，再经一套移动式处理装置（集活性炭和离子交换一体化装置）处理后即可达标排放。预处理的主要目的是：通过预处理装置去除化学去污废液中的绝大部分有机物和化学物质等，防止离子交换树脂中毒失效并产生较多的二次废物，达到满足移动式废液处理装置的接收需求，从而实现废物最小化和达标排放。

国内核电厂尚无采用非热能式处理放射性去污废液的经验。为完善核电废物处理工艺，填补国内空白，人们研究开发了用于核电厂热车间的化学去污废液预处理工艺技术。

1 化学去污废液预处理技术原理

化学去污废液预处理技术采用“UV/Fenton氧化＋絮凝沉降＋过滤”的工艺对热车间产生的化学去污废液进行预处理，主要利用Fenton试剂对有机物进行氧化分解[1-2]。

Fenton试剂是由H2O2与Fe2+组成的混合体系，二价铁离子（Fe2+）催化分解H2O2产生氢氧自由基（•OH），（•OH）具有比一般常用强氧化剂更高的氧化电位，能有效地氧化多种有毒或难氧化的有机物，将大分子有机物降解为小分子有机物或矿化为CO2和H2O等无机物[3-4]。在辅助紫外光（UV）照射条件下，Fe2+在弱酸条件下发生水解反应，生成更多的（•OH），能有效地提高Fenton试剂氧化降解有机物的能力[5]。

Fenton氧化法由于加入了Fe2+，反应终止时将产生Fe（OH）3絮凝沉淀[6-9]。该沉淀过程将会载带废液中的大部分金属离子共沉淀，从而实现废液中有机物去除的同时，去除废液中大部分金属离子，所以该方法特别适合于处理含金属离子污染的废液。其可以通过一个工艺（有机物去除）达到两个目的（有机物去除+金属离子去除）。而核电厂检修废液既含有需要处理的有机物，同时也含有部分放射性金属离子，选用该工艺处理化学去污废液，可以简化工艺，同时减少二次废物的产生量。

2 化学去污废液预处理工艺

2.1 化学去污废液源项

热车间产生的化学去污废液主要含有铬、钴、铁、镍等金属离子及可溶性离子（如高锰酸钾、草酸、柠檬酸、果酸、氢氧化钠、硝酸等试剂的离子态），单种试剂的质量浓度为2%（最高可达5%），可能含有表面活性剂及杂质沉淀。在去污中，将会考虑采用HAKA去污试剂，质量浓度最大5%。化学去污废液pH范围3～10，放射性活度浓度约4.0E+06 Bq/L。单台机组每次大修约产生20 m3化学去污废液，最大约产生45 m3化学去污废液。

2.2 化学去污废液预处理工艺流程

将待处理的化学去污废液送至反应槽，向反应槽添加酸、碱试剂，调节废液pH值至酸性，然后添加Fenton试剂，开启紫外光照射废液，Fenton反应开始进行；反应结束后，调节pH值至碱性，静置以进行充分絮凝沉降，将静置后的反应槽上清液排至中间水槽，取样分析中间水槽水样的COD值，若达到设计值，则将废液送至砂滤柱，若未达到设计值，将废液重新返回反应槽中进行二次反应；废液在砂滤柱中完成悬浮物的去除后排入暂存槽中储存；取样分析暂存槽水样的悬浮固体含量与放射性活度，若放射性活度低于排放管理限值，则利用暂存槽泵送至热车间机械废水接收槽，否则送至移动式废液处理装置进行后续处理[10-12]。

反应槽底部泥浆进入布氏过滤器，通过真空抽滤对泥浆进脱水，脱水后泥饼含水率小于40%。脱水后的泥饼在手套箱中转移至废物转运桶中，最后将废物转运桶转运至核电站厂址废物处理设施（SRTF）进行进一步处理。

化学去污废液预处理系统采用间歇式运行，设计处理能力为1.5 m3/批次。处理工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

2.3 主要设备概述

化学去污废液预处理系统共设置5个化学试剂槽，分别储存Fenton试剂（双氧水和七水硫酸亚铁）、硫酸、氢氧化钠及消泡剂，试剂槽材质为高密度聚乙烯（HDPE）。化学试剂通过试剂泵送至反应槽。

设置1个反应槽，材质为316L不锈钢。考虑到操作人员的辐射防护，在反应槽外部设计有屏蔽室。反应槽顶部安装三组紫外光灯，反应时利用压缩空气进行搅拌。设置1个真空缓冲罐，材质为304L不锈钢，通过真空泵抽吸作用在真空缓冲罐内形成负压，将布氏过滤器内泥浆中的水分抽吸至罐内。

设置1个手套箱，将经过真空抽滤得到的泥饼在手套箱内转移至废物转运桶中，手套箱主要起辐射屏蔽作用，减小工作人员进行泥饼转运操作时所受到的辐照剂量。设置1个中间水槽，材质为304L不锈钢，用于储存、监测反应槽上清液。设置1台砂滤柱，过滤介质为石英砂，材质为304L不锈钢，主要用于截留废水中的机械悬浮物和胶体杂质。

设置1个暂存槽，材质为304L不锈钢，用于暂存砂滤柱出水，并监测出水的各项指标。若出水的放射性活度浓度低于1 000 Bq/L，则利用暂存槽泵将废液送至合格废水接收槽，无需后续处理；若出水的放射性活度浓度高于1 000 Bq/L，则送至移动式化学废液处理装置进行后续处理。

3 实施效果说明

经化学去污废液预处理工艺处理后，系统出水指标为：化学需氧量（COD）≤150 mg/L；pH值6～9；悬浮物≤150 mg/L；金属离子（Fe、Ni、Mn、Co、Ag）去除效率＞90%。

本化学去污废液预处理工艺首次应用在核电厂中，与常用的蒸发工艺相比，具有能耗低、二次废物少、运行维护费用低等优点。每处理20 m3化学去污废液消耗电能约200 kW·h，产生二次废物泥饼约630 kg，所消耗的药剂和电费约4 300元。考虑核电厂60年寿期以及低中放废物高昂的处置费用，预期本项目工程化后能够为核电厂带来较好的经济效益和社会效益。目前，本技术已在山东海阳核电厂热车间使用，处于设计、建造阶段。

4 结语

本化学去污废液预处理工艺作为化学去污废液的预处理手段，解决了化学去污废液中有机物处理的根本问题，具有能耗低、废物量小、经济合理等优点。本技术不仅可以有效去除热车间化学去污废液中的有机物，还能显著降低废水中的核素和重金属离子，可有效降低后续处理设备（如活性炭柱、树脂柱、烘干装置等）的工艺负荷，满足移动式化学废液处置装置的进液条件。

本技术有机物去除效率较高，平均去除效率大于80%，同时对重金属离子也有很好的去除效果，去除效率大于90%。本技术可以通过一个工艺（有机物去除）达到两个目的（有机物去除+金属离子去除）。而核电厂检修废液既含有需要处理的有机物，同时也含有部分放射性金属离子，人们可以选用该工艺对化学去污废液进行预处理，以简化工艺流程，减少二次废物的产生量，该工艺有较好的示范作用和推广前景。