CN104690083B - 一种被放射性核素Cs‑137污染的土壤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种被放射性核素Cs‑137污染的土壤的修复方法，属于环境保护领域，包括（1）土壤提取，破碎过筛；（2）物理淋洗；（3）多级分离过滤（4）化学淋洗；（5）土壤颗粒回收、脱水、pH调节、土壤回填，共5个步骤。本发明在物理淋洗阶段采用去离子水和超声波相结合的技术，去污百分比达到66%。化学淋洗的去污百分比达到80%，总去污百分比达到93%，大大高于传统方法的去污效率。本发明工艺易于实现，过程清洁，设备简单、安全性好，运行成本低。
Description
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复方法。
背景技术
在我国，由于核工业的发展和核技术在工业、农业、能源、军事、交通，医疗卫生等领域内的广泛应用，使放射性核素污染成为当今难以治理的重要环境问题之一。放射性核素进入土壤后，能在土壤中积累，将有害物质转移到植物（食作物、果树、蔬菜）体内，并通过食物链进入人体，从而危害到人类的身体健康。除了通过食物链对人类自身的健康产生严重的危害以外，也给人们清除这些核素造成困难，尤其是土壤中大面积存在，其清除工作更为困难。
放射性铯是重要的裂变核素，一般的放射性化学实验室均涉及到这种核素。环境中Cs-137进入人体后易被吸收，均匀分布于全身；由于Cs-137能释放射线，很容易在体外测出。进入体内的放射性铯主要滞留在全身软组织中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中浓度较低；较大量放射性铯摄入体内后可引起急、慢性损伤。由于铯源的半衰期较长及其性能易造成扩散的弱点，因此一旦污染了土壤，造成的后果十分严重。
到目前为止，对于放射性土壤修复方法较多，如铲土去污法，即移去表层土；深翻客土或者覆盖客土法，就是在污染土壤上面覆盖新的未受污染的土壤，重新建立生态系统；农业化学法，用钾盐来阻止核污染中的Cs-137的吸收；除此之外还有悬土移除法、植物修复法、膜剥离法、电化法、磁化法、沉淀法、土壤清洗、离子交换法、螯合剂浸取法、絮凝技术法、反渗透超滤法等多种方法，但这些方法都具有一些不足之处，有的是技术不太成熟；有的通常需要巨额的花费，成本太高；有的不太适用大面积低剂量的放射性核素污染处理，容易破坏污染土壤的结构和土质，造成二次污染；有的成本低，无污染，但存在去污效率低下等特点。
土壤中放射性核素的活度分布与土壤粒径成反比，物理去污效率与粒径成正比，但是效率有限。本发明采用的是水、超声波淋洗加上化学淋洗的技术。被Cs-137污染的土壤，经过合理的粒径分离后，采用去离子水和化学药剂的淋洗工艺去污，在较高的温度下和合适的时间，使去污效果达到最好。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复方法。采用异位处理法解决了原有原地处理方法处理效果不好，单独物理、化学或者生物方法效果较差，而且效率不高等问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复方法,包括如下步骤：
（1）对被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表层3-7cm的土壤，破碎过筛，去除石块及砂砾，准备进行后续处理；
（2）破碎过筛后得到的土壤投放入物理淋洗反应器进行淋洗，采用机械搅拌方式使土壤与淋洗液充分混合；与此同时土壤通过超声波装置进行大颗粒土壤分解处理；
（3 ) 物理淋洗过后的土壤通过多级分离过滤装置，分为粒径不等的土壤颗粒，分别进行脱水和浓缩，粒径0.05mm以上的土壤颗粒直接回填，粒径小于0.05mm的土壤颗粒经加热后进入下一步的化学淋洗过程；
（4）上步中得到的粒径小于0.05mm的土壤颗粒放入烘箱进行加热，之后经过泵进入化学淋洗装置中，化学淋洗装置内装有离子交换柱，化学淋洗剂从药剂槽中加入化学淋洗装置内，在KCl和FeCl3的复配化学淋洗剂的淋洗下进行土壤去污；
（5）将经过化学淋洗的土壤颗粒回收，通过脱水筛脱水，pH的调节完成整个修复过程，最后进行土壤回填。
步骤（1）中的筛网孔隙为5-10mm。
步骤（2）中的淋洗液选用去离子水，通过活性炭吸附和高温氧化实现水和污染物的分离，净化再生后的淋洗液回用于物理淋洗过程。
步骤（3）中的多级分离过滤装置由0.3mm，50，9三层高目数滤网构成。
步骤（4）的化学淋洗过程中离子交换柱被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃，化学淋洗时间为6个小时。
步骤（4）中使用的复配淋洗剂中KCl的质量浓度为10%-20%，FeCl3的质量浓度为5%。
步骤（2）的超声波装置的超声频率为20kHz ～ 100kHz，功率为100W ～ 2kW，超声时间为5min ～30min。
步骤（2）中以水土质量比为3-5∶1向物理淋洗反应器加入去离子，先以转速10-15rpm 搅拌5-10min，后再以转速25-35rpm 搅拌10-20min。
本发明中在物理淋洗阶段，采用去离子水和超声波相结合的技术，超声波用超声波所产生的机械效应使经过物理淋洗的大颗粒土壤分解成小颗粒的土壤颗粒。接着通过过滤使得大粒径的低放射性土壤颗粒与小粒径的土壤颗粒高放射性土壤颗粒分离。并且大小土壤颗粒粒径的点值0.05mm的选取也使污染去除、处理成本达到了最佳的平衡点，从而使下步的化学淋洗效率更高，不浪费药剂和能量。
在化学淋洗阶段采用的药剂是KCl和FeCl3的复配药剂，利用了K+对于Cs+的吸附效果有强烈的抑制作用和Fe3+的羟基复合物对Cs+去除有非常好的促进效果。本步中不采用传统的有机萃取剂，减少了下一步的二次污染处理和减少了处理成本。
经过物理淋洗的去污系数Kd约为3，即去污百分比达到66%。经过化学淋洗的去污系数Kd约为5，即去污百分比达到80%。本方法总去污百分比达到93%，大大高于传统方法的去污效率。
本发明工艺易于实现，过程清洁，设备简单、安全性好，运行成本低，可应用于环境放射性防护与修复，同时也为科研人员研究土壤化学淋洗提供了高效便捷的实验手段。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图中：1-土壤存放装置；2-筛；3-泵；4-物理淋洗反应器；5-超声波装置；6-多级分离过滤装置；7-烘箱；8-化学淋洗装置；9-离子交换柱；10-药剂槽；11-脱水筛。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种被放射性核素Cs-137污染的土壤的修复方法,包括如下步骤：
（1）对被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表层3-7cm的土壤，破碎过筛2，筛网孔隙为5-10mm，去除石块及砂砾，准备进行后续处理；
（2）破碎过筛后得到的土壤投放入物理淋洗反应器4进行淋洗，采用机械搅拌方式使土壤与淋洗液充分混合，淋洗液选用去离子水，以水土质量比为3-5∶1向物理淋洗反应器加入去离子，先以转速10-15rpm 搅拌5-10min，后再以转速25-35rpm 搅拌10-20min；通过活性炭吸附和高温氧化实现水和污染物的分离，净化再生后的淋洗液回用于物理淋洗过程；与此同时土壤通过超声波装置5进行大颗粒土壤分解处理，超声波装置的超声频率为20kHz ～ 100kHz，功率为100W ～ 2kW，超声时间为5min ～30min；
（3 ) 物理淋洗过后的土壤通过由0.3mm，50，9三层高目数滤网构成的多级分离过滤装置6，分为粒径不等的土壤颗粒，分别进行脱水和浓缩，粒径0.05mm以上的土壤颗粒直接回填，粒径小于0.05mm的土壤颗粒经加热后进入下一步的化学淋洗过程；
（4）上步中得到的粒径小于0.05mm的土壤颗粒放入烘箱7进行加热，之后经过泵进入化学淋洗装置8中，化学淋洗装置8内装有离子交换柱9，在化学淋洗过程中离子交换柱9被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃，化学淋洗时间为6个小时。化学淋洗剂从药剂槽10中加入化学淋洗装置8内，在KCl和FeCl3的复配化学淋洗剂的淋洗下进行土壤去污，复配淋洗剂中KCl的质量浓度为10%-20%，FeCl3的质量浓度为5%；
（5）将经过化学淋洗的土壤颗粒回收，通过脱水筛11脱水，pH的调节完成整个修复过程，最后进行土壤回填。
Claims (5)
1.一种被放射性核素Cs-137污染土壤的修复方法,其特征在于包括如下步骤：
(1)对被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表层3-7cm的土壤，破碎过筛，筛网孔隙为5-10mm，去除石块及砂砾，准备进行后续处理；
(2)破碎过筛后得到的土壤投放入物理淋洗反应器进行淋洗，采用机械搅拌方式使土壤与淋洗液充分混合；与此同时土壤通过超声波装置进行大颗粒土壤分解处理；
(3)物理淋洗过后的土壤通过多级分离过滤装置，分为粒径不等的土壤颗粒，分别进行脱水和浓缩，粒径0.05mm以上的土壤颗粒直接回填，粒径小于0.05mm的土壤颗粒经加热后进入下一步的化学淋洗过程；
(4)上步中得到的粒径小于0.05mm的土壤颗粒放入烘箱进行加热，之后经过泵进入化学淋洗装置中，化学淋洗装置内装有离子交换柱，化学淋洗剂从药剂槽中加入化学淋洗装置内，在KCl和FeCl3的复配化学淋洗剂的淋洗下进行土壤去污，其中离子交换柱被保温层包裹，使反应的温度保持在90℃，化学淋洗时间为6个小时，使用的复配化学淋洗剂中KCl的质量浓度为10％-20％，FeCl3的质量浓度为5％；
(5)将经过化学淋洗的土壤颗粒回收，通过脱水筛脱水，pH的调节完成整个修复过程，最后进行土壤回填。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的淋洗液选用去离子水，通过活性炭吸附和高温氧化实现水和污染物的分离，净化再生后的淋洗液回用于物理淋洗过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的多级分离过滤装置由0.3mm，50μm，9μm三层高目数滤网构成。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)的超声波装置的超声频率为20kHz～100kHz，功率为100W～2kW，超声时间为5min～30min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中以水土质量比为3-5∶1向物理淋洗反应器加入去离子水，先以转速10-15rpm搅拌5-10min，后再以转速25-35rpm搅拌10-20min。
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