某铀尾矿库渗滤液综合处理工艺研究.pdf

第 卷第期 年月铀矿冶 收稿日期：基金项目：湖南省中央引导地方科技发展资金项目（）。第一作者简介：蒋树武（），男，湖南衡阳人，本科，高级工程师，主要从事铀纯化转化工艺及设备研究。某铀尾矿库渗滤液综合处理工艺研究蒋树武（中核二七二铀业有限责任公司，湖南 衡阳 ）摘要：针对含铀、锰、氨氮等多种污染物的铀尾矿库渗滤液，采用离子交换法回收铀、电絮凝除重金属和气膜回收氨氮工艺进行综合回收处理。验证了离子交换法回收铀的效果；考察了电絮凝法在不同原水、曝气时间和电絮凝时间等条件下，对铀、锰等重金属离子的去除效果；研究了在不同氨氮浓度下，气膜对废水中氨氮的分离效果。结果表明，树脂对铀的一级去除率可达 ；在不调整原水（）和不曝气的条件下，电絮凝效果较好，电絮凝 出水中的铀和锰质量浓度分别降至 和 ；当原水中氨氮质量浓度低于 时，经过气膜一次处理对氨氮的去除率大于，出水氨氮质量浓度降至 。该渗滤液综合处理工艺可实现铀和氨氮的回收，以及多类污染物的达标。关键词：尾矿库；渗滤液；含铀废水；氨氮废水；重金属；离子交换；电絮凝；气膜中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）犇 犗 犐：某尾矿库产生的渗滤液因含铀、锰、氨氮等污染物，需要处理达标后外排。该渗滤液属于低浓度含铀废水，常用低浓度含铀废水的处理方法主要有吸附法 、萃取法 、混凝沉淀法、蒸发浓缩法 等。在处理规模较大时，大部分处理方法均面临成本较高的问题。针对含低浓度铀、锰等重金属离子以及氨氮的废水，采用树脂交换法，可同时实现铀的去除与回收。利用经过特殊设计的离子交换树脂对铀离子进行选择性地回收，然后对树脂进行洗脱再生可得到较高浓度和纯度的含铀溶液。树脂吸附法具有效率高、操作简单、选择性较强等特点。采用电絮凝沉淀法，可去除水中的重金属离子、悬浮固体、乳化有机物等污染物，电絮凝沉淀法具有效率高、易于自动化控制、成本低的优点。采用气膜法，可进行氨氮的去除与回收。气膜法是采用疏水性中空纤维膜作为氨氮废水和稀硫酸的屏障，疏水性使其在两相间提供一层很薄的气膜结构，此气膜结构只允许气体通过，使废水中的游离氨扩散通过气膜后进入吸收液侧，被酸吸收而脱除 ，进而实现去除废水中氨氮的目的。针对含铀、锰、氨氮等污染物的铀尾矿库渗滤液，先采用树脂吸附法回收铀，再采用电絮凝法处理铀、锰等重金属离子，然后再采用气膜法对废水中氨氮进行回收，实现对水中多类污染物的回收和去除，及废水的达标排放。试验部分 原水与试剂原水为某铀尾矿库渗滤液，各项指标检测结果见表。试验所需试剂均为分析纯。表原水各项指标犜 犪 犫 犾 犲犞 犪 狉 犻 狅 狌 狊 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 狅 狉 狊狅 犳 狉 犪 狑狑 犪 狋 犲 狉指标（）（）氨氮（）（）（）（）（）（）范围值 试验水样 因渗滤液成分波动较大，本次原水中氨氮浓度较低。因此，试验过程中针对氨氮污染因子，采用试验水样补加浓氨水来配制不同氨氮浓度的废水进行试验。取一定量原水添加不同用量的浓氨水，再用氢氧化钠调节 至，中速滤纸过滤后得到气膜试验用氨氮废水。氨氮废水检测结果见表。表氨氮废水成分犜 犪 犫 犾 犲犆 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳犪 犿犿 狅 狀 犻 犪狀 犻 狋 狉 狅 犵 犲 狀狑 犪 狊 狋 犲 狑 犪 狋 犲 狉水样氨氮（）（）氨氮废水 氨氮废水 氨氮废水 氨氮废水 试验设备玻璃交换柱：内径 、长度 的砂芯玻璃柱。电絮凝装置：阳极极板为铁板，阴极极板为不锈钢板，电解槽腔室容积为，极板尺寸为 ，极间距为。气膜回收 氨 氮 装 置：管 式 气 膜，气 膜 外 径 、高 。试验方法与步骤 树脂吸附除铀试验取一定量的树脂装入玻璃交换柱中，然后将过滤后的水样以一定的流速从柱顶部通入玻璃交换柱，从底部收集吸附尾液，进行检测。电絮凝除重金属试验试验用电絮凝装置，电流密度为。每次试验取不同 的水样置于电化学装置中，通过泵使水样在装置内循环。分别在开启电源、时取 样 ，同时将电絮凝处理后的水样进行曝气和不曝气处理，分析水样成分。其中，曝气时采用曝气泵在 的曝气量下曝气一定时间，以氧化水中的亚铁离子，进一步提高絮凝沉淀效果。气膜回收氨氮试验用磁力泵将 的稀硫酸泵入 气膜设备（设计通量 ）的一侧管路，循环。分别取表中的氨氮废水，用磁力泵将其按 的流速泵入 气膜设备的另一侧管路；并从该侧管路出口收集出水，待氨氮废水全部进完后，将出水混合，取样检测。试验结果与讨论 树脂吸附除铀试验分别取 的 （季铵型）或 （吡啶型）阴离子树脂装入玻璃交换柱中，将表所述原水水样按 流速从交换柱顶部通入柱中进行吸附除铀，从交换柱底部收集吸附尾液（不循环），共收集 的一次吸附尾液，检测结果见表。表树脂吸附除铀试验结果犜 犪 犫 犾 犲犚 犲 狊 狌 犾 狋 狊狅 犳狌 狉 犪 狀 犻 狌 犿狉 犲 犿 狅 狏 犪 犾 犫 狔狉 犲 狊 犻 狀犪 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀项目（）（）氨氮（）（）（）（）（）原水 吸附尾液 吸附尾液 从表可 得 出，利 用 和 树 脂 吸 附 铀，树 脂 对 铀 的 吸 附 率 分 别 达 和 ，吸附尾液铀质量浓度远低于 的排放要求。同时，树脂对原水中氨氮和锌、锰等重金属基本没有吸附效果，说明 和 树脂在该类水质中对铀选择性较好。对铀吸附饱和的树脂，用酸化氯化钠溶液进行洗脱再生，可得到高浓度含铀溶液，返回生产回收铀。电絮凝除重金属试验 原水狆 犎和电絮凝时间对重金属去除效果的影响采用 电絮凝装置，分别用不同 的原水，在电絮凝一定时间后，取样曝气 ，过滤，分析滤液中铀和锰含量，检测结果见表。根据表得到不同原水 和电絮凝时间时的出水铀质量浓度变化趋势（图）。铀矿冶第 卷表不同原水狆 犎下电絮凝试验结果犜 犪 犫 犾 犲犈 犾 犲 犮 狋 狉 狅 犳 犾 狅 犮 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀狋 犲 狊 狋 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋狆 犎原水 电絮凝时间 出水（）（）（）（）图原水狆 犎和电絮凝时间对出水（犝）的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳狆 犎犪 狀 犱犲 犾 犲 犮 狋 狉 狅 犾 狔 狊 犻 狊 狋 犻 犿 犲狅 狀犲 犳 犳 犾 狌 犲 狀 狋（犝）根据表和图可知，在不同原水 条件下，出水铀质量浓度随电絮凝时间的增加呈下降趋势，前 铀质量浓度下降较快，原水中大部分铀都在这段时间内去除，出水铀质量浓度均达到排放标准；提高 可以提升电絮凝的除铀效果，但在电絮凝时间达到 后出水铀质量浓度相差不大。电絮凝对锰的去除效果非常好，在 的 范围内，电絮凝 即可使出水（）达到 的排放要求。曝气对除重金属去除效果的影响条件同 节，在原水 均为 时，对电絮凝不同时间的出水进行曝气或不曝气，分析这种条件下出水中的铀和锰含量，结果见表。曝气或不曝气时出水铀质量浓度的变化趋势见图。表曝气对电絮凝试验结果的影响犜 犪 犫 犾 犲犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犪 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀狅 狀 狋 犺 犲 犲 犾 犲 犮 狋 狉 狅 犳 犾 狅 犮 犮 狌 犾 犪 狋 犻 狅 狀狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊项目电絮凝时间 出水（）（）（）（）电絮凝出水曝气 电絮凝出水不曝气 图曝气对出水（犝）的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犪 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀狅 狀犲 犳 犳 犾 狌 犲 狀 狋（犝）由图可知，在不曝气情况下出水铀质量浓度明显更低。从表可看出，随着电絮凝时间的增加，不曝气条件下的出水 呈上升趋势，且均高于曝气后的出水。结合表可知，在较高 条件下，铀的去除效果更好。而相对于不曝气条件 下 的 出 水，曝 气 会 将 水 中 氧 化 成，在 时，会形成（）沉淀，导致溶液中浓度增加，降低。试验结果表明，不曝气有利于原水中铀的去除。在不调整原水（）、不曝气、电絮凝时 间 为 时，出 水 中 铀 质 量 浓 度 降 至 、锰质量浓度降至 ，满足铀（）和锰（）的排放限值要求。气膜回收氨氮试验采用 气膜设备，对表废水进行试验，单次膜吸收处理的出水检测结果见表。第期蒋树武：某铀尾矿库渗滤液综合处理工艺研究表气膜回收氨氮出水结果犜 犪 犫 犾 犲犜 犺 犲 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狅 犳狑 犪 狋 犲 狉 狉 犲 犮 狅 狏 犲 狉 狔 犳 狉 狅 犿犪 犿犿 狅 狀 犻 犪狀 犻 狋 狉 狅 犵 犲 狀犫 狔犵 犪 狊犿 犲 犿 犫 狉 犪 狀 犲项目原水氨氮（）出水 出水氨氮（）氨氮去除率氨氮废水 氨氮废水 氨氮废水 氨氮废水 由表可知，随着原水中氨氮浓度的增加，经过膜单次吸收处理后的氨氮去除率呈下降趋势。在原水氨氮质量浓度低于 时，气膜设备对氨氮去除率达 以上，出水氨氮远低于 的排放要求。但当原水氨氮质量浓度达 时，膜单次吸收处理后出水的氨氮质量浓度为 ，需要再处理一次才可达到排放要求。铀尾矿库渗滤液综合处理工艺流程根据上述试验结果，针对含铀、锰、氨氮等污染物的铀尾矿库渗滤液，得到工业化处理工艺流程（图）。图铀尾矿库渗滤液处理工艺流程图犉 犻 犵 犘 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犳 犾 狅 狑犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿狅 犳 犾 犲 犪 犮 犺 犪 狋 犲狋 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 狅 犳狌 狉 犪 狀 犻 狌 犿狋 犪 犻 犾 犻 狀 犵 狊狆 狅 狀 犱）将渗滤液过滤后，通过 树脂吸附回收铀。树脂吸附饱和后，用酸性氯化钠溶液进行再生，再生液返回车间用于回收铀。）采用 电化学设备将除铀废水中的多种重金属进行一次性电絮凝去除，经过沉淀后分别得到除重金属废水和含重金属污泥。污泥可返回堆场回填，因 树脂吸附回收铀阶段已除去废水中的大部分铀，避免了污泥返回堆场而造成铀在尾矿库的循环。）除重金属废水经过 调节和降硬度后，采用 气膜设备脱除氨氮的同时用稀硫酸溶液对氨氮进行吸收，分别得到除氨氮废水和硫酸铵溶液。除氨氮废水，可达标排放；硫酸铵溶液可进一步处理得到硫酸铵产品。结论）采用 树脂除铀，可将原水中铀质量浓度降至 ，在回收铀资源的同时，避免了含铀危废渣的产生。）采用 电化学设备进行电絮凝除重金属，在不调整原水（）、不曝气、电流密度 的条件下，电絮凝 出水铀和锰质量浓度分别降至 和 ，达到铀（）和锰（）的排放限值要求。电絮凝可实现对原水中多种重金属的同时去除。）气膜设备对氨氮废水处理效果好，当原水中氨氮质量浓度低于 时，经过设备一次处理后氨氮质量浓度降至 ，氨氮去除率大于，出水氨氮浓度远低于 的排放要求。）铀尾矿库渗滤液综合处理工艺流程具有处理效果稳定、自动化程度高等特点，实现了铀和氨氮的资源化，具有较好的工业应用前景。参考文献：罗明标，刘淑娟，余亨华氢氧化镁处理含铀放射性废水的研究水处理技术，（）：路艳，边宇博，汪兆金吸附沉淀法处理含铀废水试验研 究 与 应 用 核 科 学 与 工 程，（）：唐志坚，张平，左社强低浓度含铀废水处理技术的研究进展工业用水与废水，（）：肖雄伟萃取法处理 钽 铌生 产 废水 中 铀 钍的 研 究稀有金属与硬质合金，（）：铀矿冶第 卷高旭，李鹏，王学刚，等絮凝与电絮凝对含铀废水的处理效果对比环境工程学报，（）：胡鄂明，邵二言，赵静含铀废水处理技术研究进展湖南生态科学学报，（）：段小林，陈冰冰，李启成真空膜蒸馏法处理含铀废水核化学与放射化学，（）：胡鄂明，张皖桂，王清良，等离子交换树脂对铀的静态和动态吸附行为研究南华大学学报（自然科学版），（）：廖平平铀酰离子与有机配体螯合强化电絮凝处理含铀 废 水 及 机 理 研 究 抚 州：东 华 理 工 大学，王冠平，方喜玲，施汉昌，等膜吸收法处理高氨氮废水的研究环境污染治理技术与设备，（）：陈卫文膜吸收技术用于处理高氨氮废水的研究膜科学与技术，（）：曾青云，薛丽燕，曾繁钢，等氨氮废水处理技术的研究现状有色金属科学与工程，（）：生态环境部，国家市场监督管理总局铀矿冶辐射防护和辐射环境保护规定：北京：中国环境出版集团有限公司，国家环境保护局，国家技术监督局污水综合排放标准：北 京：中 国 标 准 出 版社，韩晓禹基于金属阳极电池电絮凝系统的构建与脱氮除 磷效 能 研 究哈 尔 滨：哈 尔 滨 工 业 大学，犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犆 狅 犿 狆 狉 犲 犺 犲 狀 狊 犻 狏 犲犜 狉 犲 犪 狋 犿 犲 狀 狋 狅 犳犔 犲 犪 犮 犺 犪 狋 犲犉 狉 狅 犿犝 狉 犪 狀 犻 狌 犿犜 犪 犻 犾 犻 狀 犵 狊犘 狅 狀 犱 （，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；第期蒋树武：某铀尾矿库渗滤液综合处理工艺研究