核化學(xué)與放射化學(xué)CuFC吸附1濾工藝處理含137Cs廢水王露、趙軍w，胥要2，肖湘竹、鄧1，楊楊1 1.中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所，四川綿陽(yáng)621900；2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072度（C.）、吸附時(shí)間、pH值、競(jìng)爭(zhēng)離子以及CuFC投加量對(duì)去污因子的影響。分別用去離子水、地表水和海水配制模擬廢水，當(dāng)模擬廢水中137Cs的初始活度濃度分別為424X105、2 84X105Bq/L，吸附時(shí)間為90min，pH值為7，CuFC投加量為80mg/L，不投加競(jìng)爭(zhēng)離子時(shí)，本工藝的去污因子分別達(dá)到206X104、162X104和9.36X101，說明CuFC吸附、微濾工藝是一種高效的含137Cs廢水處理工藝，且具有可觀的應(yīng)用前景。

137Cs；吸附；微濾隨著我國(guó)原子能科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生的含137Cs廢水量也越來越大。含137Cs廢水的水質(zhì)體系一般為去離子水（例如反應(yīng)堆出水）、地表水（例如受到137Cs污染的地表水）和海水（例如因137Cs泄露受到污染的海水）。137Cs半衰期較長(zhǎng)，可長(zhǎng)期在環(huán)境中存在，其放射出的卩粒子及伴隨的Y射線可對(duì)人體造成較大傷害，并對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，將含137Cs的廢水處理后達(dá)標(biāo)排放，對(duì)人類和環(huán)境均具有積極的意義。

―般采用分離-固化的途徑進(jìn)行處理。常用的分離方法有：沉淀法、揮發(fā)法、溶劑萃取法以及無機(jī)離子交換法等。其中，無機(jī)離子交換劑大多具有耐熱、耐輻照、選擇性好、操作簡(jiǎn)便、與環(huán)境相容性好等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外研究較多的無機(jī)離子交換劑有天然/人造沸石、不溶性多價(jià)金屬磷酸鹽、金屬亞鐵氰化物、雜多酸鹽復(fù)合離子交換劑和硅鈦化合物等。

其中，金屬亞鐵氰化物M，如亞鐵氰化鎳鉀（KNiFC）、亞鐵氰化鈷鉀（KCoFC）、亞鐵氰化鈦鉀（KTiFC）和亞鐵氰化鐵FeT 3、亞鐵（CN）對(duì)Cs+表現(xiàn)出了良好的吸附（交換）性能，且具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因而受到廣泛關(guān)注。

膜分離法由于具有固液分離效率高和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可將吸附后的金屬亞鐵氰化物從液相中分離出來。因此可將金屬亞鐵氰化物吸附與膜分離技術(shù)相結(jié)合用于含137Cs廢水的處理。Rao等用亞鐵氰化銅（CuFC）吸附結(jié)合超濾工藝去除地表水中的137Cs，當(dāng)水中137Cs的初始活度濃度為1.258X105Bq/L時(shí)，去污因子為102；用亞鐵氰化鉀鋅吸附+微濾工藝去除模擬廢水中的137Cs，當(dāng)廢水中137Cs初始活度濃度為510X0Bq/L、亞鐵氰化鉀鋅投加量為83mg/L時(shí)，單級(jí)無機(jī)吸附微濾段的去污因子為5.韓非等采用單級(jí)亞鐵氰化銅（CuFC）吸附-微濾工藝去除實(shí)驗(yàn)廢水（用天津自來水配制，水質(zhì)參數(shù)列于表1）中的133Cs，當(dāng)CuFC投加量為20 m/L時(shí)，平均去污因子達(dá)2 102463X102.由于在韓非等的實(shí)驗(yàn)中，廢水的初始Cs+質(zhì)量濃度高達(dá)100fg/L，達(dá)到了實(shí)際含137Cs的低放射性廢水中Cs+的質(zhì)量濃度（<10pg/L）的1000倍以上，且廢水水質(zhì)不同（實(shí)際含137Cs的低放射性廢水普遍為去離子水體系），為更好地考察CuFC吸附微濾工藝對(duì)含137Cs的低放射性廢水的處理效果，分別用去離子水、地表水和海水，加入放射性137Cs配制實(shí)驗(yàn)?zāi)M廢水，并采用單級(jí)吸附微濾工藝去除模擬廢水中的137Cs，研究廢水中137Cs初始活度濃度、CuFC投加量、吸附時(shí)間、廢水pH值、競(jìng)爭(zhēng)離子投加量對(duì)去污因子的影響，以期為采用CuFC吸附微濾組合工藝處理含137Cs放射性廢水提供借鑒。

表1天津自來水水質(zhì)分析指標(biāo)總硬度（CaC3）總堿度（CaC3）實(shí)驗(yàn)所用主要試劑純度均為分析純，各試劑除了溶解稀釋外不經(jīng)過其他預(yù)處理。氯化氫、氫氧化鈉、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣均為成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)。

WX型混合纖維素酯微孔濾膜（孔徑0 22fm，直徑50mm）用于混合液過濾。

富華79-1磁力攪拌儀，上海富華實(shí)驗(yàn)儀器有限公司，用于攪拌CuFC懸濁液；HNY-2102恒溫培養(yǎng)振蕩器，天津市歐諾儀器儀表有限公司，用于振蕩目標(biāo)溶液；AP-01P真空抽濾機(jī)、天津奧特賽恩斯儀器有限公司，溶劑過濾器、500mL、杭州常勝科教器具廠，用于混合液抽濾；CANBERRABE5030高純鍺伽馬譜儀，美國(guó)CANBERRA公司，用于檢測(cè)溶液中137Cs的活度濃度；PHS2FpH計(jì)，上海精科公司，用于測(cè)廢水的pH值；METTLERTOLEDO電子天平，精度為Q000用于稱量固體藥品。所有測(cè)量?jī)x器均在檢定有效期內(nèi)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法在250mL錐形瓶?jī)?nèi)加入一定量的137Cs標(biāo)準(zhǔn)溶液（用北京同輻同位素公司生產(chǎn)的137Cs原液加去離子水配制，活度濃度為424X107Bq/L），然后加入150mL去離子水或地表水或海水，配制模擬廢水。去離子水用Millipore純水發(fā)生器制備，電導(dǎo)率為0.7us/cm；地表水、海水的水質(zhì)參數(shù)列于表2.表2實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)分析指標(biāo)地表水海水總硬度（CaC3）總堿度（CaC3）用Na4Fe（CN）和Cu（N3）2進(jìn)行沉淀反應(yīng)，制備CuFC（分子式為Cu2Fe（CN）7氏0），制備得到CuFC的懸濁液，其沉降性能良好，懸濁液顆粒粒徑*小為0.55um，*大為45um，粒徑為0.5511.24um的顆粒體積分?jǐn)?shù)為50%.大于實(shí)驗(yàn)用微濾膜的孔徑（0.22um）過濾時(shí)顆粒不會(huì)穿過濾膜。

0（2.3節(jié)實(shí)驗(yàn)中分別調(diào)節(jié)模擬廢水pH值為2.211.2），在模擬廢水中加入一定量的吸附劑CuFC（2. 4節(jié)及2.5節(jié)實(shí)驗(yàn)中先加入一定量的K+、Na+、Ca2+或腐殖酸），在25°C和200r/min下，震蕩一定時(shí)間（吸附時(shí)間）后，用抽濾裝置抽濾，濾液制樣后用Y譜儀測(cè)量137Cs的活度濃度。13去污因子的計(jì)算去污因子（DF）按公，**不同的是本實(shí)驗(yàn)廢水中Cs+初始質(zhì)量濃度小3個(gè)數(shù)量級(jí)。由此可以推斷，盡管CuFC對(duì)Cs+有很強(qiáng)的親和力和高選擇性，但質(zhì)量濃度的不足會(huì)使Cs+在與其他離子競(jìng)爭(zhēng)的過程中處于劣勢(shì)。

5CuFC投加量的影響分別用去離子水、地表水和海水配制三組模擬廢水，使其C.分別為424X105Bq/L、2.84X105Bq/L和2.84X105Bq/L，分別向每組投加不同量的CuFC后進(jìn)行廢水處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于。由可知：DF隨CuFC投加量的增大而增大，當(dāng)CuFC投加量小于30mg/L時(shí)，DF迅速增大；CuFC投加量從30mg/L增加到80mg/L時(shí)，DF緩慢增大，當(dāng)CuFC投加量達(dá)到80mg/L時(shí)，對(duì)于分別用去離子水、地表水和海水配制的模擬廢水，DF分別達(dá)到2. 104、1.62X104和9.36X101.綜合考慮137Cs去除效果及藥劑成本，采用單級(jí)CuFC吸附濾工藝處理含137Cs廢水時(shí)，合適的CuFC投加量為3060mg/L.在相同的CuFC投加量下，對(duì)于分別用去離去離子水，C0――地表水，C0子水、地表水、海水配制的三種模擬廢水，df的大小順序?yàn)椋喝ルx子水>地表水>海水，這是因?yàn)槿N廢水中競(jìng)爭(zhēng)離子濃度的大小順序?yàn)椋喝ルx子水<地表水<海水。對(duì)于用地表水配制的模擬廢水，當(dāng)CuFC投加量為2040mg/L時(shí)，DF達(dá)23X1033.96X103，而韓非等的研究中，DF僅為2. 102463X102，兩次研究中DF的差異主要是由實(shí)驗(yàn)?zāi)M廢水中離子種類及濃度的差別（見表1和表2）所致。

本實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于用地表水配制的模擬廢水，當(dāng)CuFC投加量為80mg/L時(shí)，DF達(dá)1.62X104.而鄧等的研究中，當(dāng)亞鐵氰化鉀鋅投加量為87X101.可見，用單級(jí)吸附濾工藝處理含137Cs廢水時(shí)，采用CuFC作吸附劑的處理效果遠(yuǎn)優(yōu)于采用亞鐵氰化鉀鋅作吸附劑。

葉明呂等用斜發(fā)沸石去除模擬地下水中的Cs，當(dāng)沸石投加量為105mg/L（固液比為1：10g/mL）、吸附時(shí)間為10d時(shí)，DF為103；可見，采用CuFC作吸附劑處理含137Cs廢水的處理效果也優(yōu)于沸石，且吸附平衡時(shí)間僅為90min.福島核事故后，采用沸石填充柱結(jié)合加壓上浮裝置、絮凝沉降三級(jí)組合工藝處理含高濃度137Cs的海水，DF為106；本實(shí)驗(yàn)中采用單級(jí)CuFC吸附濾工藝處理含137Cs的模擬海水（CuFC投加量為80mg/L），DF接近102（DF為96）。綜上所述，CuFC吸附濾工藝對(duì)于含137Cs廢水有較高的去污因子，且當(dāng)廢水含鹽量較高時(shí)，仍具有較好的去污效果。因此可用于核燃料后處理廢水及海水等高含鹽量的含137Cs廢水處理，應(yīng)用前景非?？捎^。

3結(jié)論采用單級(jí)CuFC吸附濾工藝處理含137Cs廢水時(shí)，當(dāng)吸附時(shí)間大于20min，pH值為137Cs的去除效果較好。且模擬廢水中137Cs的初始活度濃度越大、競(jìng)爭(zhēng)離子投加量越小時(shí)，對(duì)137Cs的去除效果越好。

采用單級(jí)CuFC吸附濾工藝處理含137Cs的模擬海水時(shí)，去污因子接近102，表明CuFC吸附微濾工藝可用于核燃料后處理廢水及海水等高含鹽量廢水中137Cs的去除，具有可觀的應(yīng)用前景。