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《北京化工大学》 2014年
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膜分离技术去除水中放射性污染物锶的研究

沈俊杰  
【摘要】:2011年3月,日本发生9.0级强烈地震和海啸,导致福岛第一核电站发生严重的核泄漏事故。福岛核事故的发生唤起人们对放射性污染物的关注。锶90(90Sr)是放射性核素的代表,产生于核燃料循环和放射性同位素的生产应用中。锶90对生物体、自然资源和环境都有害。人体受到锶90辐射后,会导致骨癌、软组织癌和白血病等疾病。非放射性锶的危害相对较低,但过量的摄入会对儿童的骨骼生长产生不利的影响。 以纳滤(NF)和反渗透(RO)为代表的膜分离技术在在放射性废水处理中的应用展示了广阔的前景。但是膜分离的效率受水质、操作因素和膜污染的影响很大。 本课题首先考察了膜种类、回收率和溶液pH值对除锶效率的影响。试验采用一个搅拌式过滤装置,测试了6种纳滤和反渗透膜(BW30, BWLE, NF90, NF270, TFC-SR2, TFCSR3).结果显示:锶的截留原理主要是筛分效应。反渗透膜的除锶效率明显高于纳滤膜。回收率对除锶效率的影响通过浓差极化实现。溶液pH值对除锶效率的影响主要通过改变锶的存在形态实现。 本课题还研究了天然有机物(NOM)与锶的相互作用及其对膜除锶效率的影响。锶在自然水体中的迁移和转化受到NOM的影响。NOM富含羧基、酚基等含氧官能团,能够与金属离子发生螯合反应。影响锶与NOM反应的因素包括浓度、溶液pH值和竞争离子等。 在实验室试验阶段,采用人工配置溶液和NF270纳滤膜。腐植酸作为NOM的代表被加入到人工溶液中。锶与NOM的反应由化学平衡软件Visual MINTEQ模拟计算。结果显示溶液pH值影响锶和NOM的溶解度。锶与NOM的反应的最佳pH范围为pH7-9,此时NOM结构中的羧基充分解离,增强了NOM对锶的吸附。与NOM结合的锶能够更有效的被纳滤膜截留。 在现场试验阶段,选取一处富含锶和NOM的地下水,利用小型纳滤/反渗透系统进行改变溶液pH值的过滤试验,测试了三种膜(Desal AG, TFC-ULP, TFC-SR2)的除锶效率。结果显示:NOM对锶的吸附被原水中高浓度的硫酸根所屏蔽。当pH值大于10时,锶开始形成碳酸锶和硫酸锶沉淀,造成严重的膜结垢现象。 本实验发现用膜分离处理自然水体中的锶的最佳pH范围是pH7-9,其结果适用于处理被放射性锶污染的水体。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X771;TQ028.8

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