[科普中国]-放射活性水中的污染物

放射活性水中的污染物是指在水污染物中放射性物质的放射性水平高于天然本底或者超过规定的卫生标准。放射性污染物主要是各种放射性核素，其放射性与化学状态无关，每一放射性核素都能放射出一定能量的射线。这些放射性物质浓度超出临界值，会使水体的物理、化学性质或生物群落组成发生恶化。1

水体中放射性污染物的污染源和分布水体中放射性污染物的天然来源是由于岩石、土壤以及大气相互作用而带入水体的。由于放射性矿物质和岩石的浸析和溶解过程，地面水包含了铀、镭、氡等放射性元素。天然江水和大气的另外一个相互作用的结果是，水中落入了宇宙放射性产物如14C、10Be、3H等。2

人工放射性污染物主要来源于：①天然铀矿的开采和选矿、精炼厂、放射性同位素应用时产生的废水，尤其是原子能工业和原子反应堆设施的废水、核武器制造和核试验污染以及各种放射性核废料等。②对铀矿的加工中，矿石的化学处理、离子交换沉淀法和萃取法从容液中有选择地提取铀，铀衰变的放射性产物基本上随着矿石化学处理后的废液流失夹带出来。在此只讨论环境中主要的放射性污染物代表：铀的环境污染化学。因为其他的放射性元素如镭、铅等是铀蜕变的产物。对于放射性同位素例如131I、133I，45Ca,40K等来说，他们与稳定同位素之间不存在很大物理化学性质差异，而且周期表中同族元素行为之间也有许多相似之处，如90Sr、140Ba、226Ra、45Ca与钙稳定同位素的行为相近，所以就稳定同位素环境化学行为所得的结果一般可使用与其相应的放射性同位素。

放射性废水的分类及危害分类1.高放废水：主要来源于核燃料后处理中。由于其放射性强度高，一般直接固化封存。2.中放废水；3.低放废水：中放废水和低放废水主要来源于放射性核素工作场所和使用的仪器、设备，在使用和废弃前进行严格去污所产生的大量清洗液。而这两种废水则首先经过分离浓缩，使得废物体积大大减小后，再固化封存，以降低储存费用。处理后的废水中剩余的放射性很少，其活度低于允许排放标准时，可以安全排放至环境。我国的标准是废水中总 α 放射性最高允许排放活度为 1 Bq/L，总 β 放射性最高允许排放活度为 10 Bq/L。2

危害放射性物质对人体的健康危害是很大的。放射性元素通过自身的衰变而放射出 α、β 粒子和 γ量子 (通称为 α、β 和 γ 射线)。这些元素可以由多种途径进入人体，它们发出的射线会破坏机体内的大分子结构，甚至直接破坏细胞和组织结构，给人体造成损伤。高强度射线会灼伤皮肤，引发白血病和各种癌症，破坏人的生殖机能，严重的能在短期内致死。少量累积照射会引起慢性放射病，使造血器官、心血管系统、内分泌系统和神经系统等受到损害，发病过程往往延续几十年。此外放射性辐射还有致畸、致突变作用，在妊娠期间受到照射极易使胚胎死亡或形成畸胎。2

水中放射性污染的检测检测的对象与内容主要测定的放射性核素为：①α 放射性核素，即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U 和235U；②β 放射性核素，即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I 和60Co。这些核素在环境中出现的可能性较大，其毒性也较大。对放射性核素具体测量的内容有：①放射源强度，半衰期，射线种类及能量；②环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空间照射量或电离辐射剂量。

放射性监测方法测量水中放射性污染的方法有: 化学提取法、闪烁液体法、直接测量法、蒸发法。

各种方法的比较：化学提取法比较灵敏, 但必需知道侧量对象, 操作较麻烦. 闪烁液体法主要是用于侧量低能放射性同位素3H和14C. 值接测量法灵敏度较低, 但可以很快得出拮果, 当浓度较大而同位素的性质已知时, 采用这种方法是适宜的.蒸发法是最先采用的方法, 精确度较差, 不能连续工作和很快得出拮果, 但所需设备简单, 并可普遍解决问题(挥发性物质除外) , 灵敏度可以在很大范围内改变, 故目前还是很广泛的应用。2

处理方法放射性废水处理的传统方法1）絮凝沉淀法

絮凝沉降法依靠絮凝剂使溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒凝聚为大的絮凝体, 从而实现固液分离。向废水中投放一定量的絮凝剂( 如硫酸钾铝、铝酸钠、硫酸铁、氯化铁等) , 通过絮凝剂的吸附架桥、电中和等物理化学作用与废液中微量放射性核素及其他有害元素发生共沉淀, 或凝聚成细小的可沉淀的颗粒, 并与水中的悬浮物结合为疏松绒粒,从而吸附水中的放射性核素。

优缺点：絮凝沉淀的优点是费用低廉，对大多数放射性核素有良好的去除效果，处理设备和技术成熟。缺点是所需设备体积庞大，去除效率低，出水大多不能直接达标排放。

2）离子交换法

离子交换剂与废水接触时, 废水中的放射性离子与离子交换剂上的可交换离子进行交换而转移到离子交换剂上, 从而使废水达到净化的目的。

离子交换树脂是主要的离子交换剂, 分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂2 种, 属于有机离子交换剂。此外, 还有无机离子交换剂, 如沸石、磺化煤、硅酸铁凝胶、磷酸锆等, 它们大都具有耐辐照、价格低廉的优点。

优缺点：优点是能去除离子态的放射性核素，净化效率高。缺点是废水中悬浮固体浓度必须很小，放射性核素必须是可交换的（离子态），非放射性常量杂质离子的竞争吸附，处理成本高。

3）蒸发浓缩法

蒸法浓缩法的基本原理是进入蒸发器的废水, 通过蒸汽或电热器加热至沸腾, 废水中的水分便逐渐蒸发成水蒸气, 经冷却凝结成水。除氚、碘等极少数元素之外, 废水中的大多数放射性元素都不具有挥发性, 因此用蒸发浓缩法处理, 能够使这些元素大都留在残余液中而得到浓缩。

优缺点：蒸发浓缩法的优点是去污因数高；缺点是设备和运行费用昂贵，需要复杂的预处理来防腐蚀、泡沫、结垢，有爆炸的潜在危险。一般用来处理少量的中水平和高水平废水。

4）吸附法

吸附法是用多孔性的固体吸附剂处理放射性废水, 使其中所含的一种或数种元素吸附在吸附剂的表面上, 从而达到去除的目的。在对放射性废液的处理中, 常用的吸附剂有活性炭、沸石、高岭土、膨润土、黏土等。其中沸石价格低廉, 安全易得, 与其他无机吸附剂相比, 沸石具有较大的吸附能力和较好的净化效果，并兼有离子交换剂和过滤剂的作用。2

放射性废水处理的最新研究进展1.膜处理法是借助选择性透过的薄膜, 以压力差、温度差、电位差等为动力, 对放射性液体混合物实现分离。

膜处理技术是一项新兴的分离技术, 它具有物料无相变、能耗低、设备简单、操作方便和适应性强等特点, 在放射性废水处理中有更为广泛的应用前景, 是21 世纪初最有发展前途的高技术之一。对于中、低浓度放射性废水, 经2级反渗透净化, 一般都能达到排放标准。目前国内外在放射性废水处理中采用的膜技术主要有微滤( MF) 、超滤( UF) 、反渗透( RO) 、纳滤( NF) 、电渗析( ED) 、膜蒸馏( MD) 等方法。该方法仍处于研究阶段，未达到工业应用。

2.生物处理法包括植物修复法和微生物法。植物修复是指利用绿色植物及其根际土著微生物共同作用以清除环境中的污染物的一种新的原位治理技术。从现有的研究成果看，适用于植物修复技术的低放核素主要有137Cs，90Sr，3H，238Pu，239Pu，240Pu，241Pu及U 的放射性核素，适用的生物修复技术类型主要有人工湿地技术、根际过滤技术、植物萃取技术、植物固化技术、植物蒸发技术。几乎水体中所有的铀都能富集于植物的根部。

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院