CN111320245A - 一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr2+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr²⁺的方法，属于放射性废水处理领域。该方法在预涂氢氧化铁(Fe(OH)₃)絮体的微滤膜表面继续预涂碳酸钙(CaCO₃)晶种实现强化共沉淀过程。含锶废水与碳酸钠(Na₂CO₃)反应，形成沉淀颗粒在晶种表面沉积，形成大粒径密实颗粒，沉积在动态膜表面。絮体颗粒吸附去除溶液中剩余的锶离子，进一步降低锶浓度。复合动态膜强化共沉淀‑吸附‑膜过滤组合除锶，能够显著提高放射性锶的去污因数。过滤过程中絮体‑晶体“复合强化”形成可压缩滤饼层有效缓解膜污染，复合动态膜与微滤膜结合实现了很好的固液分离效果。应用本方法处理放射性废水中Sr²⁺，具有良好的去污和缓解膜污染效果，无二次污染且成本较低。

Description

一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr2+的方法

技术领域

本发明涉及放射性废水处理领域，具体涉及一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中 Sr²⁺的方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，化石能源不断被消耗，核能的大规模发展成为必然，同时也 带来一定的危害。核电厂运行维护过程以及各种核事故中产生大量放射性核素，其中锶是极 强的辐射源。放射性锶(⁹⁰Sr)是核裂变产生的亲骨性β辐射源，半衰期长达28.9年，会发生β 衰变，生物毒性极强。2011年日本福岛核电站爆炸，造成大量放射性锶元素泄漏。2013年6 月该核电站地下水中再次检测出放射性锶。一旦放射性锶进入人体，将对人体造成电离辐射 伤害，带来不同程度的疾病和癌变。因此水中放射性锶离子的去除受到广泛关注。

目前，沉淀法广泛应用于体积大含盐量较低的放射性废水处理中。但沉淀法去除放射性 废液中锶的研究都在一定程度上与膜分离技术相结合，或是序批式进行简单固液分离，或是 沉淀-微滤组合工艺连续运行。因此，与膜技术结合成为共沉淀方法去除放射性核素的有效途 径。

但是，当下膜污染问题仍然是阻碍膜工艺广泛应用的最大的挑战和主要的障碍。在过滤 过程中，不论进水成分以及过滤形式如何变化，都会出现由于小颗粒堵塞膜孔以及大颗粒在 膜表面沉积形成滤饼层导致的膜污染的现象。一旦膜污染发生，它会降低膜通量，增加过膜 压力，增加膜维护和操作费用，同时降低膜组件的寿命，从而影响膜工作效率。值得关注的 是，核事故的发生具有不定时性，突发性和应急性。因此膜工艺的长期稳定运行对核废液应 急处理方面具有重要的意义。

发明内容

本发明将动态膜的理念引入放射性废液处理中，以微滤膜作为基底膜，在其表面铺设 CaCO₃/Fe(OH)₃复合动态膜进行研究。第一，以复合动态膜中CaCO₃晶种作为强化沉淀的晶 析诱导因子，过滤过程中，滤液快速通过膜孔，溶液与晶种之间具有较大的剪切力，达到强 化共沉淀放射性核素的目标；第二，复合动态膜中絮体颗粒吸附去除放射性核素，同时利用 其“复合强化”结构有效缓解膜污染；第三，构成简单、清洗方便的复合动态膜，物理清洗 即可去除，为膜技术应急处理核废液提供便利。

本发明是现代膜分离技术以及传统过滤技术的结合，具有处理效率高、工艺简单、成本 较低等特点，在缓解膜污染的基础上实现高效除锶，同样可用于工业生产上的广泛应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr²⁺的方法，包括以下步骤：

(1)室温下将一定质量的SrCl₂·6H₂O溶解在自来水中，充分搅拌得到5mg/L的锶溶液； 还需配置1g/L的Na₂CO₃溶液、20mg/L的FeCl₃溶液待用；除锶溶液外其他溶液均使用去离 子水作为溶剂；

(2)将FeCl₃溶液以及Na₂CO₃溶液，磁力搅拌混合，通过双水解，制得所需Fe(OH)₃絮体待用；

(3)制备CaCO₃晶种；

(4)在电脑上安装电子天平数据采集软件，通过RS 232串口将电脑与电子天平连接， 通过电脑的数据采集软件将过滤出水数据实时采集，获得出水膜通量J；

(5)取用孔径为0.22μm、直径100mm的混合纤维素酯微孔滤膜泡于去离子水中，20min 后在0.02MPa的恒定压力下过滤出水，再用400mL去离子水冲洗泡过后滤膜，最后在相同 压力下过滤去离子水测空膜通量J₀；

(6)将上述制得的Fe(OH)₃絮体转移至微滤杯中，保持0.02MPa的恒定压力过滤出水， 将制得的Fe(OH)₃絮体预涂在膜表面，形成絮体预涂层；其次将CaCO₃晶体混合液以相同的 压力过滤出水形成稳定的复合预涂层，依次测得预涂膜通量J₁、J₂；

(7)采用序批过滤的方式，依次将含锶原水和Na₂CO₃溶液加入到微滤杯，以150r/min 的速率搅拌15min，以此来提供体系的紊度，使Fe(OH)₃絮体和CaCO₃晶种能与混合液充分 接触，然后在相同压力下过滤，获得不同批次下的膜通量J_n。

所述SrCl₂·6H₂O中的Sr²⁺是非放射性的锶，通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES) 对锶浓度进行检测，实验进水锶离子质量浓度为5mg/L。

所述絮体和晶种的投加均为一次性投加。

所述晶种的投加量通过质量浓度计算，最终确定的投加量为1g/L。

所述放射性含锶废水在微滤杯中磁力搅拌20min。

本方面具有以下有益效果：

1.复合动态膜强化共沉淀-吸附-膜过滤组合除锶，能够显著提高放射性锶的去污因数和 浓缩倍数，在提高锶去除效果的同时减少放射性废物的产量，减少放射性污染对环境和公众 的潜在危害。

2.复合动态膜的复合强化结构，有效生成可压缩滤饼层，方法操作简单、成本低廉，缓 解膜污染效果显著，对工程实践的应用具有很大的参考意义。

3.基于该方法的反应器可以根据需要设计成固定式或移动式装置，设计规模也可以灵活 选取，适用于核设施含锶废水处理以及突发核污染时废水的应急处理，应用前景广阔，环境 效益显著。

4.单个反应器内实现吸附-强化共沉淀-膜过滤组合除锶，可节省空间。

附图说明

图1：本发明实施步骤流程图；

图2：过滤通量J随处理水量的变化；

图3：出水锶浓度及去污因数随处理水量的变化。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，以下结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下 实施例只用于解释本发明，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr²⁺的方法，包括以下步骤：

(1)在微滤杯中安装孔径为0.22μm、直径100mm，有效过滤面积为36cm²的混合纤维素酯微孔滤膜泡于去离子水中。20min后在0.02MPa的恒定压力下过滤出水，再用400mL 去离子水冲洗泡过后滤膜，最后在相同压力下过滤去离子水测空膜通量J₀；

(2)首先将制得的Fe(OH)₃絮体转移至微滤杯中，保持0.02MPa的恒定压力过滤出水， Fe(OH)₃絮体预涂在膜表面，形成致密的预涂层；其次将CaCO₃晶体混合液以相同的压力过 滤出水形成稳定的复合预涂层，依次测得预涂膜通量J₁、J₂；

(3)采用序批过滤的方式，依次将含锶废水及1g/L Na₂CO₃溶液加入到微滤杯，以150 r/min的速率搅拌15min，以此来提供体系的紊度，使Fe(OH)₃絮体和CaCO₃晶种能与混合液 充分接触，然后在相同压力下过滤锶溶液，通过电脑的数据采集软件将过滤出水数据实时采 集，数据经处理后可计算获得不同批次下的膜通量J_n；

实验过程中测得初始膜通量J₀为2796L/(m²·h)，预涂膜通量J₁为636L/(m²·h)、J₂为 328L/(m²·h)，最终膜通量J为58L/(m²·h)。

通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对锶浓度进行检测，测得实验进水锶离 子浓度为5.153mg/L，最终出水锶离子浓度为0.0224mg/L，去污因数230。

以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通过复合预涂膜技术处理放射性废水中Sr²⁺的方法，其特征在于由以下步骤完成：

(1)预涂絮体层：向微滤杯中投加FeCl₃和Na₂CO₃双水解反应得到絮体，并通过加压过滤，将絮体预涂于微滤膜表面；

(2)预涂晶种：在微滤膜上预涂絮体之后，将提前制备好的平均粒径为35.56μm的CaCO₃晶种继续涂于絮体之上，形成复合动态膜；

(3)磁力搅拌处理：在微滤杯中加放射性废水和1g/L的Na₂CO₃药剂，充分磁力搅拌混合，形成大粒径密实颗粒物，沉积到微滤杯底部；

(4)批次过滤：复合动态膜与微滤膜结合分离混合液出水，实现固液分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：预涂动态膜过程和共沉淀除锶过程都在微滤杯中完成。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是放射性废水中锶离子的质量浓度为5mg/L。

4.根据权利要求1所述的方法，，其特征是所述的放射性含锶废水在微滤杯中磁力搅拌20min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：一次性完成絮体预涂过程，絮体在微滤膜表面形成可压缩滤饼层缓解膜污染，同时通过吸附作用强化除锶。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在絮体预涂完成之后，预涂晶种混合液，晶种在碱性环境中通过诱导成核作用强化共沉淀除锶。

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