一種被放射性核素Cs-137污染的土壤的修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，涉及一種被放射性核素Cs-137污染的土壤的修復(fù)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國，由于核工業(yè)的發(fā)展和核技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、軍事、交通，醫(yī)療衛(wèi)生等 領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，使放射性核素污染成為當(dāng)今難以治理的重要環(huán)境問題之一。放射性核 素進入土壤后，能在土壤中積累，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物(食作物、果樹、蔬菜）體內(nèi)，并通過 食物鏈進入人體，從而危害到人類的身體健康。除了通過食物鏈對人類自身的健康產(chǎn)生嚴(yán) 重的危害以外，也給人們清除這些核素造成困難，尤其是土壤中大面積存在，其清除工作更 為困難。
[0003] 放射性銫是重要的裂變核素，一般的放射性化學(xué)實驗室均涉及到這種核素。環(huán)境 中Cs-137進入人體后易被吸收，均勻分布于全身；由于Cs-137能釋放射線，很容易在體外 測出。進入體內(nèi)的放射性銫主要滯留在全身軟組織中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中濃度較 低；較大量放射性銫攝入體內(nèi)后可引起急、慢性損傷。由于銫源的半衰期較長及其性能易造 成擴散的弱點，因此一旦污染了土壤，造成的后果十分嚴(yán)重。
[0004] 到目前為止，對于放射性土壤修復(fù)方法較多，如鏟土去污法，即移去表層土；深翻 客土或者覆蓋客土法，就是在污染土壤上面覆蓋新的未受污染的土壤，重新建立生態(tài)系統(tǒng)； 農(nóng)業(yè)化學(xué)法，用鉀鹽來阻止核污染中的Cs-137的吸收；除此之外還有懸土移除法、植物修 復(fù)法、膜剝離法、電化法、磁化法、沉淀法、土壤清洗、離子交換法、螯合劑浸取法、絮凝技術(shù) 法、反滲透超濾法等多種方法，但這些方法都具有一些不足之處，有的是技術(shù)不太成熟；有 的通常需要巨額的花費，成本太高；有的不太適用大面積低劑量的放射性核素污染處理，容 易破壞污染土壤的結(jié)構(gòu)和土質(zhì)，造成二次污染；有的成本低，無污染，但存在去污效率低下 等特點。
[0005] 土壤中放射性核素的活度分布與土壤粒徑成反比，物理去污效率與粒徑成正比， 但是效率有限。本發(fā)明采用的是水、超聲波淋洗加上化學(xué)淋洗的技術(shù)。被Cs-137污染的土 壤，經(jīng)過合理的粒徑分離后，采用去離子水和化學(xué)藥劑的淋洗工藝去污，在較高的溫度下和 合適的時間，使去污效果達到最好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種被放射性核素Cs-137污染的土壤的修復(fù) 方法。采用異位處理法解決了原有原地處理方法處理效果不好，單獨物理、化學(xué)或者生物方 法效果較差，而且效率不高等問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種被放射性核素Cs-137污染的 土壤的修復(fù)方法，包括如下步驟： (1)對被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表層3-7cm的土壤，破碎過篩，去除石塊 及砂礫，準(zhǔn)備進行后續(xù)處理； (2)破碎過篩后得到的土壤投放入物理淋洗反應(yīng)器進行淋洗，采用機械攪拌方式使土 壤與淋洗液充分混合；與此同時土壤通過超聲波裝置進行大顆粒土壤分解處理； (3 )物理淋洗過后的土壤通過多級分離過濾裝置，分為粒徑不等的土壤顆粒，分別進 行脫水和濃縮，粒徑〇. 〇5mm以上的土壤顆粒直接回填，粒徑小于0. 05mm的土壤顆粒經(jīng)加熱 后進入下一步的化學(xué)淋洗過程； (4) 上步中得到的粒徑小于0. 05mm的土壤顆粒放入烘箱進行加熱，之后經(jīng)過泵進入化 學(xué)淋洗裝置中，化學(xué)淋洗裝置內(nèi)裝有離子交換柱，化學(xué)淋洗劑從藥劑槽中加入化學(xué)淋洗裝 置內(nèi)，在KCl和FeCl3的復(fù)配化學(xué)淋洗劑的淋洗下進行土壤去污； (5) 將經(jīng)過化學(xué)淋洗的土壤顆?；厥?，通過脫水篩脫水，pH的調(diào)節(jié)完成整個修復(fù)過程， 最后進行土壤回填。
[0008]步驟（1)中的篩網(wǎng)孔隙為5-10mm。
[0009] 步驟（2)中的淋洗液選用去離子水，通過活性炭吸附和高溫氧化實現(xiàn)水和污染物 的分離，凈化再生后的淋洗液回用于物理淋洗過程。
[0010] 步驟（3) 中的多級分離過濾裝置由0? 3mm，50 Pm,9Pm三層高目數(shù)濾網(wǎng)構(gòu)成。
[0011] 步驟（4)的化學(xué)淋洗過程中離子交換柱被保溫層包裹，使反應(yīng)的溫度保持在 90°C，化學(xué)淋洗時間為6個小時。
[0012] 步驟（4)中使用的復(fù)配淋洗劑中KCl的質(zhì)量濃度為10%-20%，F(xiàn)eCl3的質(zhì)量濃度為 5% 〇
[0013] 步驟（2)的超聲波裝置的超聲頻率為20kHz~100kHz，功率為100W~2kW，超 聲時間為5min~30min。
[0014] 步驟（2)中以水土質(zhì)量比為3-5 : 1向物理淋洗反應(yīng)器加入去離子，先以轉(zhuǎn)速 10_15rpm攬祥 5-10min，后再以轉(zhuǎn)速 25_35rpm攬祥 10_20min。
[0015] 本發(fā)明中在物理淋洗階段，采用去離子水和超聲波相結(jié)合的技術(shù)，超聲波用超聲 波所產(chǎn)生的機械效應(yīng)使經(jīng)過物理淋洗的大顆粒土壤分解成小顆粒的土壤顆粒。接著通過過 濾使得大粒徑的低放射性土壤顆粒與小粒徑的土壤顆粒高放射性土壤顆粒分離。并且大小 土壤顆粒粒徑的點值0. 05mm的選取也使污染去除、處理成本達到了最佳的平衡點，從而使 下步的化學(xué)淋洗效率更高，不浪費藥劑和能量。
[0016] 在化學(xué)淋洗階段采用的藥劑是KCl和FeCl3的復(fù)配藥劑，利用了K+對于Cs+的吸 附效果有強烈的抑制作用和Fe3+的羥基復(fù)合物對Cs+去除有非常好的促進效果。本步中不 采用傳統(tǒng)的有機萃取劑，減少了下一步的二次污染處理和減少了處理成本。
[0017] 經(jīng)過物理淋洗的去污系數(shù)Kd約為3,即去污百分比達到66%。經(jīng)過化學(xué)淋洗的去 污系數(shù)Kd約為5,即去污百分比達到80%。本方法總?cè)ノ郯俜直冗_到93%，大大高于傳統(tǒng)方 法的去污效率。
[0018] 本發(fā)明工藝易于實現(xiàn)，過程清潔，設(shè)備簡單、安全性好，運行成本低，可應(yīng)用于環(huán)境 放射性防護與修復(fù)，同時也為科研人員研究土壤化學(xué)淋洗提供了高效便捷的實驗手段。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
[0020] 圖中：1_土壤存放裝置；2-篩；3-泵；4-物理淋洗反應(yīng)器；5-超聲波裝置；6-多級 分離過濾裝置；7-烘箱；8-化學(xué)淋洗裝置；9-離子交換柱；10-藥劑槽；11-脫水篩。
【具體實施方式】
[0021] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0022] 如圖1所示，一種被放射性核素Cs-137污染的土壤的修復(fù)方法，包括如下步驟： (1) 對被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表層3-7cm的土壤，破碎過篩2,篩網(wǎng)孔 隙為5-10_，去除石塊及砂礫，準(zhǔn)備進行后續(xù)處理； (2) 破碎過篩后得到的土壤投放入物理淋洗反應(yīng)器4進行淋洗，采用機械攪拌方式使 土壤與淋洗液充分混合，淋洗液選用去離子水，以水土質(zhì)量比為3-5 : 1向物理淋洗反應(yīng)器 加入去離子，先以轉(zhuǎn)速l〇-15rpm攪拌5-10min，后再以轉(zhuǎn)速25_35rpm攪拌10_20min;通 過活性炭吸附和高溫氧化實現(xiàn)水和污染物的分離，凈化再生后的淋洗液回用于物理淋洗過 程；與此同時土壤通過超聲波裝置5進行大顆粒土壤分解處理，超聲波裝置的超聲頻率為 20kHz~100kHz，功率為100W~2kW，超聲時間為5min~30min; (3 )物理淋洗過后的土壤通過由0.3mm，50Pm，9Pm三層高目數(shù)濾網(wǎng)構(gòu)成的多級分離 過濾裝置6,分為粒徑不等的土壤顆粒，分別進行脫水和濃縮，粒徑0. 05mm以上的土壤顆粒 直接回填，粒徑小于0. 〇5_的土壤顆粒經(jīng)加熱后進入下一步的化學(xué)淋洗過程； (4) 上步中得到的粒徑小于0. 05mm的土壤顆粒放入烘箱7進行加熱，之后經(jīng)過泵進入 化學(xué)淋洗裝置8中，化學(xué)淋洗裝置8內(nèi)裝有離子交換柱9,在化學(xué)淋洗過程中離子交換柱9 被保溫層包裹，使反應(yīng)的溫度保持在90°C，化學(xué)淋洗時間為6個小時。化學(xué)淋洗劑從藥劑槽 10中加入化學(xué)淋洗裝置8內(nèi)，在KCl和FeCl3的復(fù)配化學(xué)淋洗劑的淋洗下進行土壤去污，復(fù) 配淋洗劑中KCl的質(zhì)量濃度為10%-20%，F(xiàn)eCl3的質(zhì)量濃度為5% ; (5) 將經(jīng)過化學(xué)淋洗的土壤顆?；厥?，通過脫水篩11脫水，pH的調(diào)節(jié)完成整個修復(fù)過 程，最后進行土壤回填。
【主權(quán)項】
1. 一種被放射性核素Cs-137污染土壤的修復(fù)方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 對被放射性核素Cs-137污染的土壤，取其表層3-7cm的土壤，破碎過篩，去除石塊 及砂礫，準(zhǔn)備進行后續(xù)處理； (2) 破碎過篩后得到的土壤投放入物理淋洗反應(yīng)器進行淋洗，采用機械攪拌方式使土 壤與淋洗液充分混合；與此同時土壤通過超聲波裝置進行大顆粒土壤分解處理； (3) 物理淋洗過后的土壤通過多級分離過濾裝置，分為粒徑不等的土壤顆粒，分別進行 脫水和濃縮，粒徑0. 05mm以上的土壤顆粒直接回填，粒徑小于0. 05mm的土壤顆粒經(jīng)加熱后 進入下一步的化學(xué)淋洗過程； (4) 上步中得到的粒徑小于0. 05mm的土壤顆粒放入烘箱進行加熱，之后經(jīng)過泵進入化 學(xué)淋洗裝置中，化學(xué)淋洗裝置內(nèi)裝有離子交換柱，化學(xué)淋洗劑從藥劑槽中加入化學(xué)淋洗裝 置內(nèi)，在KC1和FeCl3的復(fù)配化學(xué)淋洗劑的淋洗下進行土壤去污； (5) 將經(jīng)過化學(xué)淋洗的土壤顆?；厥?，通過脫水篩脫水，pH的調(diào)節(jié)完成整個修復(fù)過程， 最后進行土壤回填。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（1)中的篩網(wǎng)孔隙為5-10mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中的淋洗液選用去離子水，通 過活性炭吸附和高溫氧化實現(xiàn)水和污染物的分離，凈化再生后的淋洗液回用于物理淋洗過 程。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3)中的多級分離過濾裝置由0.3_， 50 ，9nm三層高目數(shù)濾網(wǎng)構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4)的化學(xué)淋洗過程中離子交換柱被 保溫層包裹，使反應(yīng)的溫度保持在90°C，化學(xué)淋洗時間為6個小時。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4沖使用的復(fù)配淋洗劑中KC1的質(zhì) 量濃度為10%_20%，F(xiàn)eCl3的質(zhì)量濃度為5%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)的超聲波裝置的超聲頻率為 20kHz~100kHz，功率為100W~2kW，超聲時間為5min~30min。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟（2)中以水土質(zhì)量比為3-5 : 1向物 理淋洗反應(yīng)器加入去離子，先以轉(zhuǎn)速l〇-15rpm攪拌5-10min，后再以轉(zhuǎn)速25-35rpm攪拌 10_20min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種被放射性核素Cs-137污染的土壤的修復(fù)方法，屬于環(huán)境保護領(lǐng)域，包括（1）土壤提取，破碎過篩；（2）物理淋洗；（3）多級分離過濾（4）化學(xué)淋洗；（5）土壤顆?；厥?、脫水、pH調(diào)節(jié)、土壤回填，共5個步驟。本發(fā)明在物理淋洗階段采用去離子水和超聲波相結(jié)合的技術(shù)，去污百分比達到66%?；瘜W(xué)淋洗的去污百分比達到80%，總?cè)ノ郯俜直冗_到93%，大大高于傳統(tǒng)方法的去污效率。本發(fā)明工藝易于實現(xiàn)，過程清潔，設(shè)備簡單、安全性好，運行成本低。
【IPC分類】B09C1-00, B09C1-08
【公開號】CN104690083
【申請?zhí)枴緾N201310646229
【發(fā)明人】張一梅, 聶宇, 陸駿, 盧宏瑋, 何理
【申請人】華北電力大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2013年12月6日