核电站含硼废液的处理方法研究(2)
1.2硼的危害
含硼废液对环境的污染一方面来自于硼酸。这是因为硼酸具有比较高的水溶性，进入环境中的硼大部分进入到水体中，极易造成地下水和地表水的污染，从而危害到动植物的生长以及人类的健康[3,4,5]。含硼废液对环境的污染另一方面来自于一回路冷却剂中的放射性物质。如由于燃料组件包壳破损而泄露的放射性裂变产物（例如铷、铯、碘）、经辐照后活化的一回路系统腐蚀产物（例如60Co、59Co、59Fe、110mAg）等[6]。水中的放射性污染物可以附着在生物体的表面，也能够进入生物体内积蓄起来，甚至可以通过生物链和食物链而最终可危及到人类的健康[7]。放射性元素的原子核在衰变过程放出α、β、γ射线，长期受到这些射线的辐射可能会诱发恶性肿瘤、癌症、多发性骨髓癌、白血病、甲状腺技能紊乱、流产、不育症以及生育缺陷等多种人类绝症，同时还可能导致植物进行基因变异以及危害到农作物的生长[8]。因此，研究含硼废液中硼酸离子及放射性核素的去除，对水体保护、人体的健康都具有十分重要的意义。
1.3硼的排放标准
由于美国联邦法规（40CFR423）[9]和GB8978—1996《污水综合排放标准》[10]发布时间都比较早，都没有制定有关硼排放限值的标准。随着对硼化合物以及其危害的深入研究，近些年来我国的部分省市制定了有关硼排放的地方标准，参见表1[11]。其中，作为中国硼行业大省的辽宁省，硼相关企业排放的污水中硼浓度值较高，大约为0.99~928 mg/kg，必须经过处理后才能够排放，所以辽宁省对含硼污水的排放控制要求比较严格，是我国较早制定含硼污水排放限值的省份之一[12]。目前美国大部分核电厂均对硼的排放进行监测和记录，有的核电厂还制定了硼排放指标，如美国印地安角核电厂，其放射性废水经处理后排入哈德逊河，硼排放指标为小于1mg/kg。方岚等[13]给出了核电站含硼废液的来源和核电厂硼酸的排放量。结果显示，CPR1000堆型的核电厂硼回收系统、化学废液和地面排水废液处理后硼浓度仍有5mg/L~80mg/L，仍然高于硼的排放限值。因此，对核电厂含硼废液的排放进行有效管理和控制，采用行之有效的方法降低含硼污水排放浓度值是非常必要的。
表1 污水中的硼的排放限值
国家/地区 硼排放限值/(mg/kg) 备注
辽宁省 2 DB21/1627—2008《辽宁省污水综合排放标准》，直接排放污水
10 排入城镇污水处理厂的污水
上海市 5 DB31/199—2009《上海市污水综合排放标准》，总排口
新加坡 5 Code of Practice on Pollution Control(2000 Edition)(with amendments in Feb 2001, Jun 2002 and Feb 2004), Public sewer
1.4含硼废液的处理技术
目前核电站含硼废水的处理方法主要包括电渗析法[14]、离子交换法[15,16,17,18,19,20]、反渗透法[21,22]、纳滤法[23]、沉淀法、吸附法、特效树脂法[24,25]、电凝胶法萃取法缩法和吸附法[26]等。其中以电渗析法、离子交换法、反渗透法、纳滤法处理技术较为成熟、应用较为广泛。但是不同方法对污染物的去除效果及成本不同，需要对这些技术进行深入的探讨，以找出比较合适的处理方法。表2为电渗析法、离子交换法、反渗透法、纳滤法四种除硼技术的对比。
表2 核电站含硼废水的处理方法对比表
处理技术 定义及原理 优点 缺点
电渗析法 在直流电场的作用下使离子选择性通过交换膜，进而对离子进行分离的一种方法，其核心是分别对阴阳离子具有选择透过性的阴膜和阳膜，前者带有固定正电荷，允许阴离子通过；后者带有固定负电荷，允许阳离子通过。离子交换膜分为均相膜和异相膜两种。异相膜是将离子交换树脂与成膜聚合物混合，利用干铸或压延的方法成膜。均相膜是在成膜聚合物上引入离子基团而获得的电荷均匀分布的一种离子交换膜。