[发明专利]一种功能模块化的钚污染土壤异位淋洗去污方法

说明书

本发明公开了一种功能模块化的钚污染土壤异位淋洗去污方法，包括污土粒度分级与分析模块、污土筛分减容前处理模块、污土分级淋洗去污模块、废液处理与回用模块等四个模块。该方法是在污染土壤粒度分级与分析基础上，先通过筛分前处理初步实现污土质量减容，降低综合去污成本，再对剩余部分进行分级淋洗去污，将污土中钚‑239含量降至3700Bq/kg或100Bq/kg以下，然后对淋洗过程中产生的废液进行处理，实现其豁免排放或回用。与现有技术相比，以功能模块化的方式构建流程，不仅有利于指导后续核心技术参数的优化以及配套技术设备的建设，还能根据具体需求进行各模块的拆解、搭配与集成，进而提高流程操作的灵活性。

技术领域

本发明涉及放射性废物处理与处置技术领域，特别是涉及一种功能模块化的钚污染土壤异位淋洗去污方法。

背景技术

放射性污染物的处理/处置已成为核能和平利用与核技术发展的瓶颈性问题，放射性污染土壤去污/修复备受各国政府和民众关注，是当前核环境科学领域的研究热点。核武器生产、核反应堆运行以及突发性核事故等产生大量含钚放射性污染物，是全球或地区性土壤放射性污染的主要来源。钚同位素的剧毒性和长半衰期，导致其潜在的环境生态危害长期存在，进入土壤后与其组分发生一系列物理、化学反应，不仅结合紧密、难以清除，还可能通过气溶胶悬浮、扬尘和微生物/植物摄取吸收-食物链转移进入生态循环，威胁人类健康。

美国早在上世纪70年代就开始了内华达(Nevada)试验场污染土壤的清污工作，钚是清污的首要关注核素，涉及的方法有粒度分离、磁分离、生物处理、土壤淋洗等。Nevada试验场钚污染区大部分土壤粒子的粒径在(5-125)×10^-3mm，近90％的钚分布于(5-53)×10^-3mm的土壤颗粒中，其中Tonopah试验区化爆钚污染土壤中，粒径大于0.3mm的颗粒占土壤总重的35-40％，而该粒度区间土壤的钚活度浓度小于100pCi/g(3700Bq/kg)，筛分后可实现一定程度的污土质量减容。湿法磁分离实验室效果较好，但工程示范的效果不佳，主要受污土性质以及钚与土壤结合方式的影响。生物处理技术可将Nevada试验场原本需要进行处置的钚污染土壤减容80％以上。此外，针对Nevada试验场含钚污染土壤的减容处理需求，Steve L Hoeffner等对可能用到的污土减容/去污技术进行了综合分析评估，涉及的技术包括摩擦擦洗、粒度分级、重力沉降分离、浮选、气选、分段门、生物修复、磁分离、玻璃固化及化学淋洗等，其中微生物修复和化学淋洗均可将土壤中钚-239、钚-240的活度浓度由1100pCi/g(41000Bq/kg)降到200pCi/g(7400Bq/kg)以下，且经济可行，尤其化学淋洗对钚的去除更为彻底，污土的减容率高达95％。国内关于钚污染土壤去污/修复的技术研究尚处于实验室开发阶段，涉及的方法主要有化学淋洗、微生物修复、植物修复等，其中化学淋洗对土壤中钚的去污率可达90％以上。

化学淋洗是二十世纪美国环保署(EPA)重点推荐的土壤修复方法之一。根据修复地点不同，土壤化学淋洗技术可分为原位和异位两种方式。原位化学淋洗是在污染场地直接进行，无需开挖大土方量土壤，利于人员防护，适用于水力传导系数大于10^-3cm/s的多孔隙、易渗透土壤，如沙土、沙砾土壤、冲积土和滨海土等，具有成本较低、操作简便等优点，但缺点是操作条件不易控制，无法预测去污效果与持续修复时间，还可能带来地下水污染等。异位化学淋洗先是将污染土壤从受染区域转移至地面反应设备中，再加入淋洗剂洗涤污土，然后对含污染物的淋出液进行处理，最后将洗后土壤收集、回填或采用其它方式进一步处理/处置。异位淋洗技术适用于砂粒与砾石占比超过50％的污染土壤，可用堆浸、搅拌浸出及柱法等方式进行，虽然需要一定的土壤采掘、运输等费用，但是处理过程便于实现系统控制，修复效果稳定，易于实现废物减量化，能够限制有害污染物的扩散范围，而且相关设备一般为组装式和移动式，能够重复使用，因此有着更为广阔的应用前景。