【正文】 ，致使冷凝水中的放射性比原來的廢水降低很多。 主要優(yōu)點 :用蒸發(fā)濃縮法可達到較高的去污因數(shù)，一般要大于化學沉淀和離子交換法的去污因數(shù)大，蒸發(fā)殘液的體積較小。同時在處理含有結(jié)垢、起沫、腐蝕 性和爆炸性物質(zhì)時必須采取妥善的預處理和抑制措施以保證運行安全。 常用吸附劑處理含鈾廢水現(xiàn)狀 鈾礦采、選、冶產(chǎn)生的廢石和尾礦砂多以廢石堆或尾礦庫的形式露天存放，雨水淋經(jīng)廢石場、尾礦庫的出水往往呈酸性，而滲濾液常含有較多的放射性核素和非放射有害物，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的威脅。 核素的生物吸附 傳統(tǒng)的處理方法或因為處理效果不好，或因為經(jīng)濟上不可行，很大程度上限制了其應用。所謂生物吸附法就是利用某些生物體本身的化學結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附溶于水中的金屬離子，再通過固 、 液兩相分離來去除水溶液中 金屬離子的方法。大量研究表明，一些微生物如細菌、真菌和藻類等對金屬離子都有很強的吸附能力。處理效率高， pH 值和溫度范圍寬 。用一般的化學方法就可以解吸生物材料上吸附的金屬離子，且解吸后的生物材料可再利用。目前，發(fā)現(xiàn)與鈾的富 集作用有密切關(guān)系的微生物已達數(shù)十種，包括絲狀真菌、細菌和酵母菌等。 對鈾 表現(xiàn)出特異吸附性能的生物材料來源十分廣泛，在自然界，許多微生物都對鈾具有選擇性吸附能力。如南華大學核工業(yè)溶浸技術(shù)重點實驗室開展了大量的鈾礦石微生物浸出技術(shù)研究工作，該技術(shù)由于具有投資低、環(huán)境效益好等特點而引起了人們的廣泛重視。用藻類或真菌處理鈾礦廢水，可以使鈾含量降至 [13， 14]。 目前，發(fā)現(xiàn)與鈾的富集作用有密切關(guān)系的微生物已達數(shù)十種，包括絲狀真菌、細菌和酵母菌等。我國學者從八十年代開始從事微生物富集鈾的研究工作。馮易君等 [17]用 FT 菌 裝柱成型后鈾的富集率可達 99%。劉文娟 [19]等研究了酒精酵母菌對溶液中鈾的吸附行為， pH 為 5 時吸附量最大()，其吸附等溫線符合 Langmuir 和 Fruendlich 吸附模型，用 NaNO3可解吸出 %的吸附鈾。 Galun 等 [21]人研究了改性后指狀 青霉菌對鈾的吸附能力。王寶娥等發(fā)現(xiàn)啤酒酵母菌用 理后，其吸附鈾的能力顯著增加，最大吸附量約為 238mg/g，而未處理時的最大吸附量為 。 1..32 核素的粘土吸 附 粘土礦是由二維排列的硅氧四面體和鋁氧四面體按不同的疊加形式組成的硅鋁酸鹽，其基本結(jié)構(gòu)層分為 l:1 和 l:2 型。礦物表面的四面體基面和八面體基面的 SiO 和 AlOH 通過水解作用形成的凈電荷，使粘土礦物帶上電荷，這種電荷常由層間水合陽離子來平衡，因此，粘土具有良好的陽離子交換性。 1:2 型的粘土的典型代表是膨潤土等蒙脫土類粘土，由于層間電荷小，離子交換能力強，因而常用作插層柱狀材料。姚軍等 [23]以甘肅紅泉膨潤土為預選的緩沖、回填材料，研究了核素 237Np 在該材料中的吸附行為。并以混合型膨潤土為例 ，研究了 pH 值和 CO32濃度對 Kd值的影響。低氧條件下分別為 ， ， 。(3)在大氣和低氧兩種條件下，在 Np(V)的濃度低于 NaNpO2CO3的溶解度時，隨著 CO32濃度增加 Kd 值減小。 閡茂中等 [24]研究了中國甘肅北山地區(qū) 1 號二長花崗巖巖體中原狀 (未提純 )填隙勃土吸附 233U(VI)、 234U(VI)和 238U(VI)的情況，該二長花崗巖體是中國高放廢物 (HLW)處置庫的預選庫址之一。在研究的實驗條件下未發(fā)現(xiàn)該類勃土對放射性核素 234U(VI)， 238u(VI)的選擇性吸附現(xiàn)象。 宋金如等 [25]研究了凹凸棒石粘土吸附鈾的酸度、吸附速率、吸附反應熱燴吸附容量等性能，確定了吸附鈾的最佳條件。 劉德軍等 [26]用批式法研究了在 Ca 基膨潤土中的吸附行為，大氣條件下，在膨潤土中的吸附比約為 ，隨著溶液 pH 值、 CO3 Fe3+濃度的增大，在膨潤土中的吸附比不變 。隨著添加劑 Fe2+加入量的增大， 99Tc 在膨潤土中的吸附比增大，吸附平衡后， 99Tc 主要以 Tc(Ⅳ )的形式存在。 Buolt 等 [28]指出， pH 值為 58 時， U(Ⅵ )在膨潤土上有著強烈的吸附。Olugni 等 [29]發(fā)現(xiàn)鈉基膨潤土對鈾的吸附能力較強，但當吸附作用時間超過 30 小時后，大約有 50%的鈾被解吸。吸附鈾的最佳 pH 范圍為 47。樊耀亭等 [31]發(fā)現(xiàn)二氧化錳對鈾 (VI)的吸附在 25min 內(nèi)可達到平衡，平衡吸附量隨吸附溫度的升高而增加， pH 為 6 左右時平衡吸附量達到最大，吸附模型符合 Freundich吸附等溫式。羅明標等 [33]發(fā)現(xiàn)氫氧化鎂處理劑具有良好的除鈾效果，在所選擇條件下，能將廢水中的含鈾量降至 ，且 pH 控制在 69 之間，達到國家環(huán)保要求。樊耀亭等 [35]發(fā)現(xiàn)當水合氧化鐵對鈾的吸附平衡時間為 30min，吸附溫度為9095℃，溶液 pH 為 6 時，鈾吸附量可達 122mg/g。蒙脫石的性質(zhì)決定了膨潤土的基本性能，它是由兩層硅氧四面體和一層夾于其中的鋁(鎂 )氧 (羥基 )八面體片構(gòu)成的 2:1 型層狀硅酸鹽礦物，屬單斜晶系。 (OH)與相鄰八面體中心原子配體相連組成鋁 (鎂 )氧 (羥基 )八面體 (見下圖 11， 12， 13， l4)[43] 蒙脫石 (Montmorillonite)的晶體結(jié)構(gòu)式可寫成 :Nax(H20)4{(A12xMgx)[Si4010](OH)2} 其晶體結(jié)構(gòu)示意圖如下 : . 由于類質(zhì)同象種類多，使化學成分復雜，主要成分為二氧化碳、三氧化二鋁，并有少量的鎂、鋁、鉀、鈉、鐵等。晶格內(nèi)的異價類質(zhì)同向置換是蒙脫石最基本、最重要的構(gòu)造特征。鋁 (鎂 )氧 (羥基 )八面體中的鋁可被不等價陽離子 Fe3+、 Zn2+、 Mg2+、 Li+等所置換。由于 不等價交換，使原結(jié)構(gòu)增加了負電荷，形成層間負電荷，由層間吸附陽離子補償。另外，在蒙脫石晶粒表面也吸附了一定的水分子 [45]。吸水性能主要與交換性陽離子的性質(zhì)有關(guān)。陽離子價高，水化膜薄，膨脹倍數(shù)低 。 (2)吸附性 由于蒙脫石為 2:1 型層狀結(jié)構(gòu)，具有很大的內(nèi)比表面積 (600800m2/g)和孔容，伴隨產(chǎn)生了巨大的表面積，從而對氣體、水分及溶液中的某些色素、有機化合物等均具有很強的吸附性。在常溫、常壓下，與無機、有機溶劑接觸時，可發(fā)生明顯的變化 :離子、水和鹽類以及幾乎所有有機物都能夠出入蒙脫石礦物的層間，使其形成復 雜的蒙脫石礦物無機鹽復合體和蒙脫石礦物有機復合體。 離子交換是同電性離子間的等電量的交換作用，屬化學計量反應，符合質(zhì)量守恒定律，交換和吸附是可逆的?？山粨Q的陽離子總量包括交換性鹽類 (K+、 Na+、 Ca2+、 Mg2+)和晶體邊緣破鍵，兩者的總和既為陽離子交換量 (B++A 蒙脫石 ? A++B 蒙脫石 )。晶胞又帶有很多金屬陽離子和輕基親水基，因此出現(xiàn)了強烈的親水性和分散性。 (6)觸變性 [48] 該性能在一定的濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)突出，即有外加攪動時懸浮液表現(xiàn)為流動性很好的溶膠液 。再施加外力攪動時，凝膠又被迅速打破，恢復原有的流動性。 (7)穩(wěn)定性 膨潤土能耐 300℃高溫 (140℃ )逸出自由水和吸附水， 300℃逸出層間水， 500℃失去結(jié)晶水，有良好的熱穩(wěn)定性 。 (8)無毒性 膨潤土對人、畜、植物均無腐蝕、無毒害。 (9)可塑性 膨潤土具有較好的可塑性。此外，膨潤土還具有潤滑性、 濕強度、濕壓強度、干收縮、干強度、干壓強度、熱強度等工藝特性。 羅道成等 [49]比較了改性膨潤土處理電鍍廢水中的 Pb2+、 Ni2+、 Cr2+的吸附效果，含 Pb2+、 Ni2+、 Cr3+斗的電鍍廢水經(jīng)改性膨潤土處理后，廢水中 Pb2+、 Ni2+、Cr3+的含量顯著低于國家排放標準。 Anoop 等 [51]均各膨潤土制成表面積達 200m2/g 的球狀珠粒，在 pH 值 范圍內(nèi)去除水中的 Cd(Ⅱ )和 Cu(Ⅱ )，吸附量分別為 。金輝等 [53]對鈉基膨潤土吸附廢水中 Hg2+的可能性和吸附效果進行了探討，經(jīng)果表明，利用廉價的天然膨潤土處理含汞廢水用較高的應用價 值。劉秉濤等 [55]比較了原膨潤土和改性膨潤土處理含 Hg2+廢水的性能，飽和吸附容量分別為 40181。g/g。邵濤等 [56]研究了鉻的三價和六價化合物在膨潤土上的吸附，三價鉻的最大飽和吸附量為 ，遠大于六價鉻。趙曉明等 [58]采用碳酸鈉、氯化鋁對天然膨潤土改性的方法，研究了 改性膨潤土去除水中 Cr(Ⅵ )的機理和適宜條件，經(jīng)果表明，在 pH 值為 改性膨潤土投加量 15g/L 時，可使水中 Cr(VI)的去除率達到95%，出水符合國家排放標準 .孫勝龍等 [59]利用改性膨潤土對 Cd2+進行吸附處理，pH 值為 6 時，去除率大于 95%。羅太安等 [60]研究比較了膨潤土與改性膨潤土對 Cd+2 的吸附效果，經(jīng)果表明改性膨潤土對 cd+2 的吸附能力明顯增強，當 pH 為 89 時，改性膨潤土用量為 4g/L，對初始濃度為 40mg/L的 Cd2+的去除率達 96%。丁述理等 [62]認為膨潤土對 Zn2+有較強的吸附能力，在一定條件下，提高吸附溫度和溶液 pH 值，增加溶液中 Zn2+初始濃度，增加吸附作用時間，提高攪拌速度和減小膨潤土的粒度都能不同程度地提高吸附量。王玉潔等 [64]認為膨潤土對 Cr6+、 Cd2+、 As3+、 Hg2+和 Pb2+等重金屬離子均有吸附作用，隨吸附時間、溫度和酸性條件的不同，吸附效果有所不同，表現(xiàn)出明顯的選擇性吸附。結(jié)果表明 :天然膨潤土對 Fe3+吸附性能較強，當 Fe3+的濃度為 100mg/L 左右時，用膨潤土一性吸附后，溶液中 Fe3+濃度就可達到 Q/HG318077標準規(guī)定的要求。 Rauf 等 [67]用經(jīng)焙燒活化的膨潤土吸附Fe2+和 Mn2+，吸附容量分別為 。 張永熙等 [69]的吸附研究結(jié)果表明 :膨潤土對 89Sr 具有較強的吸附率， 15min內(nèi)對 89Sr 的吸附率即達 50%以上，飽和吸附率分別達 97%。膨潤土和主要用作土地填埋防滲材料。這是因為蒙脫石在膨潤土一水泥體系中改善了混凝土的結(jié)果缺陷 。 有機污染物在土壤中的遷移能力依賴于土壤對污染物的吸附程度。若將有機膨潤土礦物和傳統(tǒng)的蒙脫石混合使用，其中的有機膨潤土礦物可吸附溶解的有機污染物，而高度分散的鈉型可以有效的阻止水的流動，是一種更為有效的防滲材料。此外，高吸水性和膨脹性使膨潤土占據(jù)空間，起到封閉作用。由于大部分垃圾填埋場選在低洼、底部有砂組成的地帶，開發(fā)利用砂土作為填埋場防滲襯墊具有十分重要的意義。 膨潤土根據(jù)需要可繁可簡。如果需要，在其上部加上不透水的鋪襯。鈉基土的不透水半封閉屬性完全適用于把地下水與廢物隔離開來。它是一種理想的安全填埋場的襯層材料，可以解決人造有機防滲材料費用高、施工復雜、易穿刺等缺點。利用土壤和儲水層物質(zhì)中含有的膨潤土，在現(xiàn)場注入季錢鹽陽離子表面活性劑，使其形成有機膨潤土礦物，用來截住和固定有機污染物，控制有機污染物在地下水中的遷移，防止地下水進一步污染，并配合生物降解和其他手段，永久的 消除地下水污染。 3)放射性廢物的處理與處置 近幾十年以來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，放射性物質(zhì)被廣泛應用。當前只是利用放射性自然衰變的特性，在較長時間內(nèi)將其封閉，使放射強度逐漸減弱的方法，消除放射污染。放射性核素在膨潤土和硅藻土上的吸附有效地阻止了其在廢物處理時的遷移。 Taclli 等 [80]發(fā)現(xiàn) Ra 在膨潤土上的分配系數(shù)在 102104mL/g 范圍內(nèi)。 pH 較高時，表面絡合可以提高吸附量。含鈾廢水帶來的環(huán)境污染是復雜的、困難性的環(huán)境問題，影響因素很多而復雜且目前對含鈾廢水的處理還沒有特別經(jīng)濟有效的方法。而且我國有豐富的硅藻土和膨潤土資源，全國有己有 14 省 (自治區(qū) )發(fā)現(xiàn)硅藻土 70 余處，探明儲量 .32 億噸，遠景儲量 20 億噸。本課題旨在通過研究膨潤土對廢水中鈾的吸附，尋找經(jīng)濟合理、環(huán)境友好的新型含鈾廢水處理劑，來解決我國鈾礦冶領(lǐng)域核環(huán)境污染問題。 本課題研究的內(nèi)容 研究了天然硅藻土、膨潤土以及熱改性硅藻土和膨潤土處理含鈾廢水的性能，具體內(nèi)容包括 : (1)研究鈉基膨潤土吸附水中鈾時的影響因素 (吸附劑用量、吸附時間、初始 pH、鈾初始濃度 )，考察鈾去除率 和吸附量與以上影響因素的關(guān)系 。 (3)比較鈉基膨潤土和改性膨潤土吸附劑的吸附效果 。 (5)研究鈉基膨潤土、改性膨潤土對水中鈾的吸附等溫式 。 CTAB、 HA 改性膨潤土的制備 實驗儀器與試劑 馬弗爐 KSWS12型 沈陽市節(jié)能電爐廠 精密酸度計 pHS3C型 上海 虹益儀器儀表 有限公司 電子天平 BS 124 S型 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 電熱恒溫干燥箱 2022型 通州市大華儀器儀表廠 分光光度計 VIS7200型 上海天美科學儀器有限公司 超聲波清洗器 KQ3200E型 昆山市超聲波儀器有限公司 離心機 800B型 上海安亭科學儀器廠 馬弗爐 KSWS12型 沈陽市節(jié)能電爐廠 精密酸度計 pHS3C型 上海 虹益儀器儀表 有限公司 電子天平 BS 124 S型 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司 電熱恒溫干燥箱 2022型 通