矿井水中天然总α放射性的混凝处理技术研究

摘要　本文研究了混凝沉淀工艺处理矿井水中天然总α放射性核素铀、镭的技术和条件，通过选择适当的混凝剂、加药量、pH值等条件可将铀的去除率提高到80％左右，使用铀专用混凝剂MHU则可使铀的去除率达到87％。对于镭的去除不能单纯依靠铀混凝剂MHU，尚需添加镭的吸附助剂MHR，则可使镭的去除率提高到80％以上。该工艺的最大优点在于充分利用了煤矿现存的大量矿井水悬浮物处理设施，大大节省了新建工程的投资费用，而且新增加的药剂费用不足0.1元/t水，可在煤矿推广应用。
关键词　矿井水　总α放射性　铀　镭　吸附剂

DECONTAMINATION OF GROSS α RADIOACTIVITIES FROM MINING DRAINAGES BY COAGULATION－SEDIMENTATION TECHNIQUES

Chen Weiwei Yao Lixin Lu Renchun Xu Linqun Lu Wenzhong
Hangzhou Environmental Protection Research Institute,CCRI,Xiaoshan,Zhejiang,311201
Zheng Shouting Xue Liuyi He Qinglin
Environmental Protection Centres,Pingdingshan Coal Industry (Groups) Co.

Abstract The process of coagulation－sedimentation mining drainage treatment for removal of the naturally occurring α radioactive substances (mainly V and Ra)was studied both in the laboratory and in the fields.The treatment codition,such as coagulant types.dosages and pH,was optimized to raise the U removal efficience to about 80％.U removal of 87 percent has been attained by using MHU(a specific coagulant for U removal).The Ra removal of above 80 percent has also been acquired through the addition of preformed MHR ( a adsorption aider for Ra Removal).Major advantages of this improved process include reliance on existing treatment falcilities that collieries largely owned for suspensions removal and simplicity of operation.Both the capital and operating costs associated with this technology are comparatively low.The costs of the added chemicals are less than 0.1 (RMB) Yuan/1.000kg.This will facitatas the use of this process in collieries.
Keywords mining drainage,gross α radioactivity uranium,radium, adsorption.

1　前言

　　我国水资源十分短缺，煤矿缺水更甚，许多煤矿必须利用矿井水和地下水源作为生活饮用水。一般来讲，地下水中天然总α放射性水平要比地表水高得多。某些地区发现地表水放射性核素浓度升高，大多数可归于因采矿外排矿井水所引起的。近年来，随着生活水平的不断提高，人们对饮用水质的要求愈来愈高，水质放射性污染在我国也开始逐渐受到重视。1986年修订实施的生活饮用水卫生标准(GB5748－85)增加了两项放射性指标，限定总α、总β放射性分别不得超过0.1 Bq/L和1.0 Bq/L。1998年1月实施的新的污水综合排放标准定为总α1.0 Bq/L；总β10 Bq/L。上述两项规定对煤矿企业矿井水的外排和净化利用作饮用水源等影响较大。
　　从国内外研究结果看，容易从岩石中进入地下水中含量较多、危害较大的总α放射性核素主要是铀和镭的几种同位素，其它核素在水中的浓度相对较低。
　　国外对铀、镭总α放射性核素的处理技术研究工作做得较早，积累了许多成熟的方法。常用的处理工艺主要有反渗透法、电渗析法、离子交换法、石灰软化法、活性材料吸附法等。这些方法一般适用于中小规模的水处理工程，对于煤矿较大规模的矿井水处理工程，其设备投资和运行费用很高，一般煤矿难于承受。国内对于饮用水总α放射性处理的研究工作开展得不多，见诸报道的此领域的技术文献亦不多见，目前尚未有主要针对总α放射性进行处理的上规模的矿井水处理工程设施。
　　煤矿企业受经济条件和技术水平所限，先前建立的许多矿井水处理工程，基本上都针对煤泥等悬浮物的去除，从未考虑到对矿井水中普遍存在的天然总α放射性核素铀、镭的去除。然而矿井水悬浮物处理的混凝、沉淀、过滤、消毒处理工艺在煤矿的拥有量比较大，几乎每个稍有规模的煤矿都有一套混凝工艺处理矿井水的工程设施。本项研究旨在优化改进混凝处理工艺，提高对铀、镭总α放射性核素的去除能力，以充分发挥现有矿井水处理设施的效用，在不增加大量投资的前提下，解决煤矿矿井水资源化过程中的总α放射性污染问题，其社会和经济效益相当巨大。

2　试验研究

2.1　混凝处理除铀的优化试验研究
2.1.1　试验方法
　　试验水样取自平煤集团公司某矿矿井水，由于分光光度法测定铀的灵敏度不高，故实验所用的试验水样以矿井水样为基体配制的。配制时，只增加铀含量，其它水质指标基本无变化。试验水样中铀含量大约为50 μg/L即12.5 Bq/L左右。
　　采用静态的烧杯试验，在烧杯中加入1 L已配制好的含铀水样(铀含量已实际测定)，然后加入一定剂量的混凝剂，快速搅拌15 min后，让其静置沉降，约1 h后过滤。取滤液测定铀含量，并计算出铀的去除百分率。
2.1.2　pH值对铀去除率的影响
　　试验时用盐酸和氢氧化钠溶液调节pH值，分别选择A、B、C三种混凝剂加入量均为30 mg/L进行除铀处理试验，结果见图1所示。

图1　pH值对铀去除率的影响

　　从图1可知，不同混凝剂的除铀效率受pH值的影响非常敏感，当pH值为10时，三种混凝剂对铀的去除率在85％以上，pH值为6时，A、C两种混凝剂对铀的去除率在85％以上。但在一特定的pH值情况下，决定铀的去除率的另一个主要因素是絮体表面的带电性以及铀的化学存在形态。当铀离子的电性与絮体表面所带的电性相反对，由于相吸作用，铀离子易被絮体结合而被除去；反之，电性相同，则不利于铀离子的去除。表1列出了不同的pH值条件下，A、B、C三种混凝剂所形成的絮体和铀离子的带电情况，并对比列出了铀的去除效率，此表充分说明了铀去除率对pH值变化敏感的原因。

表1　不同PH值下絮体与铀离子的电性对比