矿区微量放射性原水的处理.docx
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矿区微量放射性原水的处理
某矿区微量放射性原水的处理
矿区水质
西北某矿区用水取自山区地表水自流汇集的水库水，水质普查中发现水中放射性物质指标严重超标（见表1），水放射性专项调查表明，该水中的放射性核素主要来自地下岩层中放射性矿点，放射性物质随泉水、溪流汇集于水库水之中，点多面广，因此无法从源头解决放射性超标问题，只能在水厂集中处理。
表1矿区用水水质
采样期
铀（μg/L）
钍（μg/L）
总α比放射性（Bq/L）
总β比放射性（Bq/L）
枯水
9.1
2.7
0.43
0.22
平水
9.3
2.4
0.27
0.17
丰水
4.7
0.34
0.18
0.14
国标[1]
＜0.10
＜1.00
2 处理方法
城市供水中微量放射性元素的处理不同于放射性废水处理，其特点是放射性水平低、水量大、出水水质要求高[2]，国内外对其研究极少。
已报道的处理方法有混凝法、离子交换法、反渗透法、多孔固体物质吸附法[3]等，但没有处理方案和处理水中最低铀含量的资料，且无工程实例。
阳离子交换法的处理效果与水的pH值关系密切，在中性条件下很难达到满意的结果[4]；阴离子交换树脂虽然可使铀的去除率达90%以上，但树脂的再生和阻塞问题限制了它的使用[5]；反渗透法用于水量大、放射性元素含量低的饮用水处理，无论经济上还是技术上都不可取，故传统的混凝法可能是降低生活饮用水中放射性核素浓度行之有效的方法[6]。
3 小试
通过对水中放射性物质的γ能谱分析发现，该水中总α放射性主要是由天然放射系、铀系、钍系和锕系的放射性核素引起的，人工放射性元素没有检出。
主要放射性核素是238U、234U和226Ra，其次为232Th、228Th以及235U,故降低铀、钍浓度即可使总α比放射性大大降低。
选择市售10种水处理剂并配加聚丙烯酰胺助凝剂进行试验，结果表明净水剂硫酸亚铁（2#）、聚合氯化铝（5#）、聚合硫酸铁（7#）对水中微量铀、钍的去除率可达70%～90%，效果稳定良好、泥水易于分离。
3.1正交试验
影响混凝沉淀的因素主要有pH值、混凝剂种类、药剂投加量、搅拌时间和沉淀时间等，结合混凝沉淀的实际，选择混凝剂种类（A）、净水剂投加量（B）、助凝剂投加量（C）、沉淀时间（D）作为控制试验的4个因素。
试验中始终保持自然pH值、净水剂浓度为5%、助凝剂浓度为0.2%、试验用水量为2.5L进行正交试验。
试验结果表明，各因素的主次关系依次为B、D、A、C。
确定助凝剂的投加量为1mL/L、沉淀时间为30min。
3.2投加量试验
净水剂2#、5#、7#用量对铀、钍去除效果的影响试验结果见表2。
表2净水剂用量对铀、钍去除效果的影响
净水剂投加量（mL）
2#净水剂
7#净水剂
5#净水剂
铀
钍
铀
钍
铀
钍
出水含量（μg/L）
去除率（%）
出水含量（μg/L）
去除率（%）
出水含量（μg/L）
去除率（%）
出水含量（μg/L）
去除率（%）
出水含量（μg/L）
去除率（%）
出水含量（μg/L）
去除率（%）
1
7.76
28.5
4.52
41.3
1.59
85.3
2.31
70.1
5.8
46.5
2.23
71.1
2
7.04
35.1
2.81
63.6
1.37
87.4
1.29
83.3
1.90
82.8
1.72
77.7
3
5.43
50.0
3.0*9
59.9
1.15
89.4
1.10
85.7
1.32
8.78
1.47
80.9
4
2.78
74.4
2.44
69.3
0.73
93.3
11.6
84.9
1.79
83.5
1.09
86.1
5
5.19
52.2
2.67
65.3
0.61
94.4
1.29
83.3
0.40
96.3
1.07
86.1
6
1.93
82.2
3.05
60.4
7
0.07
99.4
1.58
79.5
8
2.17
71.8
注：
原水中的铀、钍含量分别为10.85、7.71μg/L，试验用水为2L。
由表2可知，净水剂5#和7#投加量在1.0～4.0mg/L的处理效果都很好，且整体趋势是随着加药量增加水中铀、钍含量逐渐降低。
试验结果还表明，净水剂用量过多效果反而不好,其原因是大量的高分子包裹住水中的铀、钍离子形成具有相同性质的混合基团，从而使铀、钍稳定地分布于水中而难以去除。
可见在一个较宽的范围内，用净水剂2#、5#、7#去除水中微量铀、钍效果显著，根据当地供应条件选择5#、7#净水剂较理想，投加量为60～120g/m3，助凝剂投加量为2g/m3。
4 生产试验
根据小试确定的方案进行了平水期和枯水期生产试验，总处理水量为1800m3，流量为12m3/h，连续运行144h，5#和7#净水剂投量为70～90g/m3、助凝剂投量为1.5～2.0g/m3，运行效果稳定，水质达标（见表3），说明本方案可行。
混凝沉淀后渣量为85g/m3，渣中放射性物质含量低，总α比放射性为2.4×102Bq/L，不属于放射性废物，故可直接填充废矿坑而不会造成二次污染。
表3生产试验部分水质指标
水样
pH值
浊度
硬度（mg/L）
F（mg/L）
Fe（mg/L）
U（μg/L）
Th（μg/L）
总α比放射性（Bq/L）
原水
8.02
18
258
0.75
0.13
0.78
3.36
0.35
出水
7.8
0.5
232
0.66
0.15
0.66
0.85
0.037
国标
6.5～8.5
＜3
＜450
＜1.0
＜0.3
＜0.1
据试验结果设计了一套10×104m3/d规模的能适应低温、低浊水并能有效去除放射性元素的处理方案，流程如图1所示。
该工程已于2000年建成投产，供水指标达到生活饮用水卫生标准的要求，经核算增加水处理成本0.24元/m3。
5结语
采用混凝沉淀法处理水中微量放射性物质有效可行、经济合理、工艺重复性好，解决了矿区供水放射性超标的问题。
某生活小区生活污水治理方案
一、原水量及水质
污水流量：
300吨/日
参照典型生活污水：
COD：
400mg/l BOD：
200mg/l；SS：
220mg/l。
二、出水要求达到标准
COD：
50mg/l BOD：
10mg/l；PH：
6.5~9。
三、工艺流程
四、工艺说明
1、生活污水经小区化粪池初步处理，经由既设的排水沟道系统汇集到污水处理站调节池内,池内进行水量均衡和水质调节。
调节池前设机械格栅，拦截较粗大的杂质（防止泵堵塞）。
池内设曝气系统，以去除有机物夹带的泥沙。
2、调节出水由一级提升泵提升进入初沉池，去除原水所含的比重较大悬浮物。
3、初沉池出水依重力进入接触氧化池，通过微生物作用，将大分子有机物降解为小分子有机物，继而为微生物所消耗，达到去除有机物的目的。
微生物进行好氧呼吸，氧靠鼓风机鼓风提供氧气。
为充分发挥接触氧化池的处理效率，在池内填充悬浮填料，以增加微生物密度。
4、接触氧化池出水进入二沉池，水中携带的脱落的生物膜等悬浮物在此沉淀。
沉淀污泥与初沉池污泥一并进入化粪池，定期清掏。
5、由于生活污水含有大肠菌等对人体有害的菌类，为使出水满足杂用水细菌学指标，二沉池出水需消毒，消毒剂采用次氯酸钠，这样在达到消毒的同时，也能满足出水余氯要求。
5、为进一步去除水中的有机物及悬浮物，保证出水水质，二沉池出水经泵提升后进入机械过滤器及活性炭过滤器。
过滤器定期反洗，反洗水回流至接触氧化池，使反洗水所含的有机物重新处理，避免直接排放污染环境。
至此，出水已达杂用水标准，可以用于绿化、冲厕等杂用。
五、主要设备清单
序号
设备名称
规格型号
数量
备注
1
机械格栅
格栅间隙<10mm
1台
2
过滤器进水泵
Q=15m3/h;H=20m水柱
SP-53.7-80
2台
台湾川源
一用一备
3
反洗泵
Q=15m3/h;H=30m水柱
CP（T）-5-15-100
1台
台湾川源
4
曝气头
SMB-300膜式曝气头
25个
5
柱状悬浮填料
50m3
6
机械过滤器
Φ1100×3200
1台
7
活性炭过滤器
Φ1800×3200
1台
8
石英砂
3.5t
9
活性炭
2.5t
10
罗茨鼓风机
Q=4.2m3/min;H=5000mm水柱
GRB-80
2台
台湾川源
一用一备
11
污泥泵
Q=2t/h
CP（T）-50.75-50
1台
台湾川源
12
管路管件
1套
13
电控仪表
1套
14
消毒设备
1套
15
合计
六、主要构筑物
序号
构筑物名称
规格
数量
单价
价格
备注
1
曝气调节池
300-400m3（70~100m）2
混凝土
2
平流沉淀池
7m2 20m3
1座
混凝土
3
接触氧化池
25m2 100m3
1套
混凝土
4
斜板沉淀池
2m2 10m3
1座
混凝土
5
中间水池
5m2 15m3
1台
混凝土
6
终水池
5m2 15m3
1台
混凝土
七、工程造价
序号
名称
价格
备注
1
主要设备
391,670
2
设计费
（1）项×5%
19,580
3
安装调试费
（1）项×8%
31,330
4
税金（1+2+3）×3.7%
16,370
5
运杂费
免费
6
合计
458,950
八、土建设计
本工程占地面积约180m2。
为节约用地，混凝土构筑物可建在地下，构筑物上放置过滤、电气控制等设备。
为充分发挥关键构筑物（接触氧化池）的处理效率，需在该构筑物上建处理厂房，厂房面积大约40m2。
处理站内应有通风及采暖措施。
构筑物及设备布置见附图。
构筑物基础采用钢筋混凝土板基础，池壁采用钢筋混凝土整体现浇，材料采用C25混凝土，内掺水泥渗量10%UEA膨胀剂和抗渗剂，构筑物抗渗标号P8，抗冻标号D100。
构筑物内抹面为5道刚性防水，外喷刷防水涂料，涂料颜色与周围环境协调。
九、经济效益分析
①折旧费：
主要设备合计投资458，950元（不包括土建费）,按20年折旧期计算,每年折旧费22，947.5元；
②人工费：
废水处理站定员2人，人员工资17.1元/人.日,每年人工费1.2万元；
③电耗：
设备运行功率20KW，电费0.50元/KWH年耗电费20×0.5×24×365×0.8=7万元；
④以上三项经常费用合计每年104,947.5元，每年处理废水量300×365=109,500吨。
吨水处理费用0.96元（计折旧费），吨水处理运行费用0.75元。
采用接触氧化法，该方法具有如下优点：
①处理效率高，能耗少；
②不设污泥回流设备；
③曝气池容积小于连续式，建设费用和运行费用较低；
④SVI值较低，污泥易于沉淀，在一般情况下，不发生污泥膨胀现象；
⑤易于维护管理，运行管理得当，处理水质将优于连续式；
⑥本工艺的各操作阶段以及各项运行指标都能够通过计算机加以控制，易于实现系统优化运行的自动控制。
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