CN112080638A - 用于从含铀废水中回收铀的方法 - Google Patents

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CN112080638A CN202010714757.2A CN202010714757A CN112080638A CN 112080638 A CN112080638 A CN 112080638A CN 202010714757 A CN202010714757 A CN 202010714757A CN 112080638 A CN112080638 A CN 112080638A
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刘剑
曾荣英
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Abstract

本发明涉及一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用回收装置实现，所述回收装置包括回收容器，所述回收容器中依次设置有过滤层和铀富集层，所述铀富集层中填充有多孔材料，所述多孔材料选自海绵铁和/或还原铁粉，所述多孔材料的表面上和/或所述多孔材料的孔隙内负载有硫酸盐还原菌；所述方法包括如下步骤：向所述回收容器中的铀富集层通入惰性气体，直至所述铀富集层内的空气被完全排出；将含铀废水依次通过所述回收容器中的过滤层和铀富集层；收集所述铀富集层内的多孔材料，经干燥、碱性溶液洗脱后，获得含铀的洗脱液。本发明提供的方法，处理成本低，无需使用有机萃取剂，绿色环保；而且工艺简单，易操作。

Description

用于从含铀废水中回收铀的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种用于从含铀废水中回收铀的方法。
背景技术
铀是放射性金属元素，能够通过裂变或聚变反应释放大量能量，进而可以应用于核电、核武器制造等领域。
目前，核电中采用的核燃料主要为铀，铀在开采、冶炼及核反应堆运行过程中会产生含铀废水，该废水会对生态环境和人类健康带来极大的危害。
为解决上述问题，中国申请号为CN201611115989.6、发明名称为一种酸性含硝酸铵含铀废水中铀的回收方法中记载，包括如下步骤：(1)来自铀纯化转化酸性含硝酸铵含铀废水与氢氧化钠溶液混合配成酸度为0.3～0.8mol/L的萃原液；(2)将所得的萃原液与体积百分比为20～40％的TBP-加氢煤油萃取剂进行萃取；萃取剂与萃原液的两相流比1:(3～5)；(3)萃取后负载有机相可送至铀纯化转化萃取工序，作萃取脉冲柱的萃取剂使用；对萃取后萃余水相进行取样分析，若含铀量≤50μg/L，返回步骤(1)用于配制质量百分比为30～50％氢氧化钠溶液；若含铀量>50μg/L，返回步骤(1)重新当做废水进行处理。该方法可使铀的回收率达到99％以上。
然而，上述回收方法处理成本高，需要大量的有机萃取剂；此外，该回收方法中的工艺冗长，从而增加了控制的难度。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一用于从含铀废水中回收铀的方法，该方法的处理成本低，无需使用有机萃取剂，绿色环保；此外，工艺简单，易操作。
本发明提供一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用回收装置实现，所述回收装置包括回收容器，所述回收容器中依次设置有过滤层和铀富集层，所述铀富集层中填充有多孔材料，所述多孔材料选自海绵铁和/或还原铁粉，所述多孔材料的表面上和/或所述多孔材料的孔隙内负载有硫酸盐还原菌和反硝化菌；
所述方法包括如下步骤：
向所述回收容器中的铀富集层通入惰性气体，直至所述铀富集层内的空气被完全排出；
将含铀废水依次通过所述回收容器中的过滤层和铀富集层；
收集所述铀富集层内的多孔材料，经干燥、碱性溶液洗脱后，获得含铀的洗脱液。
在一些可选的实施方案中，所述铀富集层的厚度为50-200cm。
在一些可选的实施方案中，所述过滤层包含石英砂。
在一些可选的实施方案中，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、热脱硫杆菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫杆菌属中的至少一种。
在一些可选的实施方案中，所述反硝化菌选自反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌中的至少一种。
在一些可选的实施方案中，所述多孔材料的孔隙率为80％-90％。
在一些可选的实施方案中，所述还原铁粉的粒径为60-100μm。
在一些可选的实施方案中，所述海绵铁的比表面积为55-80m2/g。
在一些可选的实施方案中，单位质量的所述多孔材料负载的硫酸盐还原菌的量为70-90mg/g。
在一些可选的实施方案中，所述碱性溶液为pH≥9的碳酸钠溶液。
本发明的实施方案，至少具有如下优势：
本发明提供的用于从含铀废水中回收铀的方法，通过铀富集层中的多孔材料及其表面和/或孔隙内负载硫酸盐还原菌协同作用，将六价铀还原成稳定的氧化物并富集在该层中，然后通过碱性溶液洗脱，回收得到较纯的含铀洗脱液。该方法的处理成本低，且无需使用有机萃取剂，绿色环保；此外，该方法的回收工艺简单，易操作。
附图说明
图1为本申请实施例一提供的回收装置的结构示意图。
附图标记说明：
10-回收装置；
11-回收容器；
111-过滤层；
112-铀富集层。
具体实施方案
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下提供了对本文中使用的一些术语的定义。除非另作限定，本文中使用的所有科技术语具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。
本文中所使用的“约”将为本领域技术人员所理解，并将取决于其被使用的上下文而在一定范围内变化。
本文中使用的“异化还原”指的是作为电子传递链中末端电子受体的物质的还原。异化还原与同化还原不同，后者涉及到摄取营养物过程中的物质的还原。
本文中使用的“硫酸盐”指的是硫酸的可溶性盐，包含SO4 2-的多价阴离子。
本文中使用的“硫酸盐还原菌”和“SRB”指的是在将硫酸盐还原为硫化物，尤其是该硫化物为硫化氢时，由有机化合物或分子氢的氧化而获得能量的细菌和古细菌。
本文中使用的“孔隙率”是指材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。
本实施例提供一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用回收装置实现，如图1所示。该回收装置10包括回收容器11，该回收容器11依次设置有过滤层111和铀富集层112，其中，铀富集层112中填充有多孔材料，该多孔材料的表面上和/或多孔材料的孔隙内负载有硫酸盐还原菌和反硝化菌。
进一步的，上述回收容器11可以由耐腐蚀材料构成，示例性的，该耐腐蚀材料可以但不限于为不锈钢和玻璃。
在本发明的一些实施方案中，回收容器11为玻璃柱，该玻璃柱的尺寸根据实际应用情况进行选择。在本实施例中，该玻璃柱的内径为15cm，长度为 120cm。
为了将废水中的一些悬浮物去除掉，在回收容器11中设置至少一层过滤层111，至于过滤层111的层数及厚度可以根据实际应用进行调整。
示例性的，过滤层111的层数可以但不限于为1、2、3层；且每层的厚度可以但不限于为2cm、3cm、4cm、5cm；若过滤层111为多层，可以在回收容器11的进口端和出口端均设置上述过滤层111，每层的厚度和材质可以相同，也可以不相同。
在本发明的实施例中，对于过滤层111的材质不做特别限定，可以是本领域技术人员所熟知的过滤材质，只要能够实现过滤废水中的悬浮物即可。示例性，过滤层111的材质可以但不限于为石英砂和活性炭。
在一种可选的实施方案中，回收容器10的进口端设置了一层过滤层111，其材质选自石英砂，其粒径为0.5-1mm。
在本发明的具体实施方案中，回收容器11的进口端和出口端均设置了一层过滤层111，这两层过滤层111的厚度和材质可以相同，也可以不相同。
进一步的，进口端的过滤层111的材质选自粒径约为0.6mm的石英砂，该层的厚度为5cm左右，用于去除悬浮物；出口端的过滤层111的材质选自活性炭，其厚度为5cm左右，用于吸附其他细小颗粒。含铀废水通过该回收装置10处理后，满足废水的排放标准。
为了富集铀等重金属离子，在回收容器11中设置至少一层铀富集层112，至于铀富集层112的层数和厚度可以根据实际应用进行调整。
示例性的，铀富集层112的层数可以但不限于为1、2、3层，且每层的厚度可但不限于为50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm。
在本发明提供的方法中，铀富集层112中填充有多孔材料，该多孔材料选自海绵铁和铁粉中的至少一种。
其中，海绵铁又称直接还原铁，其主要成分是单质铁，在海绵铁中的百分含量大于或等于97％，因此，海绵铁具有较强的还原性，进而可以还原金属离子和硝酸盐，同时还能降低溶液中的酸度，利于硫酸盐还原菌的生长。此外，海绵铁还具有较高的孔隙率和较大的比表面积，进而硫酸盐还原菌可以负载于海绵铁的表面上和/或海绵铁的孔道内，并利用海绵铁在处理废水的反应过程中产生的氢气为能源促进自身生长和代谢。另外，在处理含铀废水的过程中，硫酸盐还原菌与海绵铁协同作用，即硫酸盐还原菌在其代谢过程中会辅助海绵铁处理废水中的含氧酸根，例如可以将硫酸根异化还原成硫化氢，该硫化氢与重金属离子反应形成硫化物沉淀，富集在铀富集层112，从而可以在回收铀的同时，还可以净化废水，使其达到排放的标准。
对于还原铁粉，其主要成分也是单质铁，因此，同样也会具有较强的还原性，进而也可以还原金属离子和硝酸盐，同时还能降低溶液中的酸度，利于硫酸盐还原菌的生长。此外，还原铁粉具有疏松多孔及较大的比表面积，进而硫酸盐还原菌可以负载于其表面上和/或孔道内，并利用还原铁粉在处理废水的反应过程中产生的氢气为能源促进自身生长和代谢。另外，在处理含铀废水的过程中，硫酸盐还原菌与还原铁粉协同作用，不仅可以回收铀，还可以净化废水，使其达到排放的标准。
在本发明的实施例中，硫酸盐还原菌在厌氧或缺氧的条件下可以降解废水中的有机物，同时还可以对废水中的含氧酸根进行异化还原以辅助上述多孔材料处理废水。
反硝化菌可以将硝酸盐转化成氮气，进一步提高对废水的处理效果。进一步的，上述反硝化菌可以但不限于选自反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌。
在本发明的另一些实施方案中，硫酸盐还原菌和反硝化菌的质量比为 2-5:1。通过合理控制硫酸盐还原菌和反硝化菌之间的配比，使该硫酸盐还原菌和反硝化菌相互协同作用，可以进一步辅助多孔材料处理废水，提高净化效果。
进一步的，在本发明的一些实施方案中，硫酸盐还原菌可以但不局限于为脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、热脱硫杆菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫杆菌属中的至少一种。
更进一步的，在本发明的具体实施方案中，上述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属，该脱硫弧菌属可以将废水中可溶性的六价铀或铀酰(UO2 2+)转变成难溶的四价铀或晶质铀矿(其主要成分为UO2)。
为了能够快速获取大量的脱硫弧菌属，因而需要选择合适的培养基提供脱硫弧菌属生长繁殖所需的营养物质。示例性，在本发明的具体实施过程中， SRB培养基包括如下组分：NH4Cl、Na2SO4、Na2S2O3、MgSO4、CaCl2、KH2PO4、微量元素、维生素溶液、酵母提取物、碳酸氢盐、丙酮酸盐、苹果酸盐、刃天青和硫化钠。其具体制备过程如下：
1)将NH4Cl、Na2SO4、Na2S2O3、MgSO4、CaCl2、KH2PO4、酵母提取物和刃天青溶解在水中，加热至100℃并维持1-2min，冷却至室温，倒入血清瓶中；
2)将上述血清瓶高压灭菌后，加入微量元素、维生素、碳酸氢盐、丙酮酸盐、苹果酸盐和硫化钠，得到上述培养基。
其中，上述微量元素溶液包含HCl、FeCl2、ZnCl2、MnCl2、H3BO3、CoCl2、 CuCl2、NiCl2、Na2MoO4。
在本发明的一些实施方案中，还原铁粉的粒径可以但不限于为60、65、 70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm，还原铁粉在上述范围内具有较大的比表面积，进而可以负载较多的硫酸盐还原菌和反硝化菌，例如单位质量的还原铁粉负载的硫酸盐还原菌和反硝化菌的量可以但不限于为 70-90mg/g。
在本发明的另一些实施方案中，海绵铁的比表面积可以但不限于为55m2/g、56m2/g、57m2/g、58m2/g、59m2/g、60m2/g、61m2/g、62m2/g、63m2/g、 64m2/g、65m2/g、66m2/g、67m2/g、68m2/g、69m2/g、70m2/g、71m2/g、72m2/g、 73m2/g、74m2/g、75m2/g、76m2/g、77m2/g、78m2/g、79m2/g和80m2/g，海绵铁在上述范围内可以负载较多的硫酸盐还原菌和反硝化菌，例如单位质量的海绵铁负载的硫酸盐还原菌和反硝化菌的量可以但不限于为70-90mg/g。
在本发明的一些实施方案中，多孔材料的孔隙率可以但不限于为80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％和90％。
本发明还提供了上述任一项实施方案中铀富集层的材料的制备方法，包括如下步骤：
将多孔材料浸渍在含有硫酸盐还原菌和反硝化菌的培养液中，得到复合材料；
其中，上述多孔材料包含海绵铁和还原铁粉中的至少一种。
具体的，上述复合材料的制备过程如下：
将一定量的多孔材料浸渍在含有硫酸盐还原菌和反硝化菌的50mL培养液中，浸渍时间为1-24h，得到复合材料。
以下实施例所使用的回收装置，其回收容器的内径为15cm，长度为 120cm，其进口端和出口端均设置一层过滤层，该过滤层的材质为石英砂，其粒径为0.5-1mm，厚度为5cm；铀富集层位于两层过滤层之间。
实施例1
SRB培养基的制备包括如下步骤：
1)将1.0gNH4Cl、2.0g Na2SO4、1.0g Na2S2O3·5H2O；1.0g MgSO4·7H2O、 0.1gCaCl2·2H2O；0.5g KH2PO4、0.5mg刃天青、1.0g酵母提取物溶解于水中，加热至100℃维持1min后，冷却至室温，倒入血清瓶中；
2)将上述血清瓶高压灭菌后，加入1.0mL微量元素溶液、10mL维生素溶液、2.0g碳酸氢钠、1.0g丙酮酸钠、1.0g苹果酸钠和75mg硫化钠，混合后得到上述培养基。
其中，每升微量元素溶液包含：HCl(25％；7.7M)10.00mL、FeCl2·4H2O 1.50g、ZnCl210.00mg、MnCl2·4H2O 100.00mg、H3BO36.00mg、CoCl2·6H2O 190.00mg、CuCl2·2H2O2.00mg、NiCl2·6H2O 24.00mg、Na2MoO4·2H2O 36.00mg。
硫酸盐还原菌和反硝化菌混合菌液的制备：
1)从土壤中通过划线法分离得到脱硫弧菌，然后将其在SRB培养液中快速繁殖，使菌液浓度达到1010-1012个/mL左右；
2)从土壤中通过划线法分离得到反硝化菌，然后在培养液中快速繁殖，使菌液浓度达到108-1010个/mL左右；
3)将步骤1)中的菌液和步骤2)中的菌液进行混合，其中，混合后的菌液中脱硫弧菌和反硝化菌的质量含量比为4：1，再向混合后的菌液中加入 2L的含铀废水，在常温下培养、驯化5天，获得混合菌液。
取出200mL上述混合菌液，将多孔材料完全浸没在菌液中，浸没15h后，即可得到负载有硫酸盐还原菌和反硝化菌的多孔材料。
本实施例提供一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为80cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为60m2/g，孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为 80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例2
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为60m2/g，孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例3
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为100cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为60m2/g，孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例4
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为50cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为60m2/g，孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例5
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为80m2/g，孔隙率为85％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为85mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例6
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为55m2/g，孔隙率为86％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为75mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例7
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自海绵铁，其比表面积为60m2/g，孔隙率为90％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为82mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将该海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例8
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自还原铁粉，其粒径为60μm，孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为 70mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的还原铁粉，将该还原铁粉冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的还原铁粉进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例9
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自还原铁粉，其粒径为80μm，孔隙率为85％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为 80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的还原铁粉，将该还原铁粉冷冻干燥后，使用pH为11的Na2CO3溶液对干燥后的还原铁粉进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例10
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自还原铁粉，其粒径为100μm，孔隙率为85％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为85mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的还原铁粉，将该还原铁粉冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的还原铁粉进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例11
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自还原铁粉和海绵铁的组合，还原铁粉的粒径为60μm，海绵铁的比表面积为65m2/g，两者的孔隙率为80％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为75mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的还原铁粉和海绵铁，将收集的还原铁粉和海绵铁冷冻干燥后，使用pH为10的Na2CO3溶液对干燥后的还原铁粉和海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
实施例12
本实施例提供了一种用于从含铀废水中回收铀的方法，采用上述回收装置来实现，其中，铀富集层的厚度为90cm，铀富集层中的多孔材料选自还原铁粉和海绵铁的组合，还原铁粉的粒径为80μm，海绵铁的比表面积为75m2/g，两者的孔隙率为85％，硫酸盐还原菌和反硝化菌的负载量为80mg/g，该方法具体包括如下步骤：
S1：通过过滤层111向铀富集层112通入氮气，直至铀富集层112内的空气被完全排出；
S2：将含铀废水以20mL/min的流量依次通过过滤层111和铀富集层112，其中，废水中10mg/LCu2+、5mg/LPb2+、6mg/LZn2+、2mg/LHg2+、25mg/LU6+、 15mg/LSO4 2-、10mg/LNO3 -；
S3：收集回收容器11出口端的流出液和铀富集层112内的海绵铁，将收集的还原铁粉和海绵铁冷冻干燥后，使用pH为11的Na2CO3溶液对干燥后的还原铁粉和海绵铁进行洗脱，获得含铀的洗脱液。
对比例1
本对比例的回收方法与实施例2基本相同，不同的地方在于：多孔材料上未负载硫酸盐还原菌和反硝化菌。
对比例2
本对比例的回收方法与实施例12基本相同，不同的地方在于：多孔材料上未负载硫酸盐还原菌和反硝化菌。
对上述实施例和对比例中的流出液和洗脱液中的各离子浓度进行检测，结果如表1所示。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
参考表1，通过实施例1-4的检测结果可知，铀富集层的厚度越厚，洗脱液中铀的浓度越高，并且流出液也更加符合排放标准。
通过实施例2与对比例2、实施例12和对比例2的检测结果可知，多孔材料可以与硫酸盐还原菌和反硝化菌协同作用，提高铀的回收效果。基于此现象，发明人认为可能的原因是：多孔材料通过氧化还原反应释放氢气，硫酸盐还原菌和反硝化菌可将上述氢气作为电子供体促进自身的新陈代谢，而在代谢过程中，硫酸盐还原菌可以将硫酸根异化还原成硫化氢，反硝化菌可以将硝酸盐转化成氮气，上述硫化氢与重金属离子反应形成硫化物沉淀，富集在铀富集层112；同时，硫酸盐还原菌还可以将六价铀还原成二氧化铀，富集在铀富集层；由于硫化物沉淀不溶于碱性的溶液中，进而通过碱性溶液可以将多孔材料上的二氧化铀洗脱下来，得到含铀纯度较高的洗脱液。
最后应说明的是：以上各实验例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实验例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实验例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实验例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于从含铀废水中回收铀的方法，其特征在于，采用回收装置实现，所述回收装置包括回收容器，所述回收容器中依次设置有过滤层和铀富集层，所述铀富集层中填充有多孔材料，所述多孔材料选自海绵铁和/或还原铁粉，所述多孔材料的表面上和/或所述多孔材料的孔隙内负载有硫酸盐还原菌和反硝化菌；
所述方法包括如下步骤：
向所述回收容器中的铀富集层通入惰性气体，直至所述铀富集层内的空气被完全排出；
将含铀废水依次通过所述回收容器中的过滤层和铀富集层；
收集所述铀富集层内的多孔材料，经干燥、碱性溶液洗脱后，获得含铀的洗脱液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铀富集层的厚度为50-200cm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤层包含石英砂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、热脱硫杆菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫杆菌属中的至少一种。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述反硝化菌选自反硝化杆菌、斯氏杆菌、萤气极毛杆菌中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔材料的孔隙率为80％-90％。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原铁粉的粒径为60-100μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海绵铁的比表面积为55-80m2/g。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单位质量的所述多孔材料负载的硫酸盐还原菌的量为70-90mg/g。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液为pH≥9的碳酸钠溶液。
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