金昌市水源水放射性污染因素調(diào)查與防治對策

王麗苑，杜曉亮

(西北礦冶研究院資源與環(huán)境研究所，甘肅白銀730900)

1 前言

放射性污染物的危害主要是放射性核素通過自身的衰變放出的α、β和γ射線，這些射線能使人的機體內(nèi)起著重要作用的各種分子變得不穩(wěn)定，化學鍵斷裂，分子被電離生成新的分子，引起遺傳變異或誘發(fā)癌癥，這種人體受過量的放射線照射所得的疾病稱為“放射病”，最常見的放射病就是“白血病”，即“血癌”，并且對其他生物也會產(chǎn)生損傷和致病效應(yīng)。有的放射性核素在水體、土壤中可轉(zhuǎn)移到水生物、糧食、蔬菜等食物中，并發(fā)生明顯的濃縮與富集，如水藻對90Sγ的濃縮倍數(shù)為10000倍，魚為1000倍［1］。這些富集的核素可通過食物鏈進入人體。而由于這種污染物很難用物理、化學或生物作用去降低其輻射強度，只能靠自然衰變減少對環(huán)境的危害。

污染水體的放射性物質(zhì)主要來源為天然放射性核素，如40K、238K、236Ra、14C 氘等［2］;核武器核試驗的沉淀物;核電站的廢水、廢氣、廢渣，包括泄露;放射性同位素的生產(chǎn)、運輸和應(yīng)用等［3］。

污染水體最危險的放射性物質(zhì)為90Sγ、137Cs等，這些物質(zhì)半衰期長，化學性能與組成人體的主要元素鈣、鉀相似，經(jīng)水和食物進入人體后，能在一定部位積累、增加對人體的內(nèi)照射［4］。

城市生活飲用水放射性污染為較敏感問題，故對其進行論證和預(yù)防十分必要。

2 金昌市水源α放射性污染的調(diào)查與治理研究

2.1 金昌市源水放射性的調(diào)查與檢測

2.1.1 源水放射性的調(diào)查

(1)調(diào)查范圍。金川峽水庫上游約50km的東大河、西大河，流域面積4000km。

(2)調(diào)查時間。豐水期及平水期。

(3)調(diào)查方法。采用分地段布設(shè)采樣點。

(4)采樣地段?；食撬畮熘两鸫◢{水庫;西大河水庫出口至北海子水塘;大泉水庫、老人頭水庫及可能流入金川峽水庫的各股泉水。

(5)采樣點的分配。金川峽水庫為唯一水源，東大河、西大河水系最后匯集點直接影響飲用水質(zhì)，在金川峽水庫入口、水庫內(nèi)及金川公司凈水站入口設(shè)采樣點;東大河、西大河源頭及匯入兩河的各個小溪、各股泉水都設(shè)采樣點;東大河較西大河水量大，在皇城水庫內(nèi)及流入皇城水庫的直河、斜河，以及水庫附近的幾股泉水上設(shè)采樣點;在可能流入金川峽水庫的各股泉水上設(shè)采樣點。

2.1.2 源水水樣總α放射性的檢測

(1)檢測方法［5］。每個代表性水樣取3個平行樣，每桶水樣10L。向水樣中加入10mL濃HCl，調(diào)pH值至2～4之間。取水樣2L加熱、濃縮至50mL，轉(zhuǎn)移到已稱重的坩堝內(nèi)，加入1mL濃硫酸慢慢加熱蒸干，560℃灰化，冷卻后稱取160mg的殘渣粉末，研細，均勻鋪樣(可用乙醇和丙酮混合物溶解)于直徑為45mm的測量盤內(nèi)，置于BH1227四路低本底αβ測量儀中測量，儀器經(jīng)241Am和KCl標準校正。Α標準源探測效率74%。

(2)檢測結(jié)果。具體測定結(jié)果詳見表1。

由表1可以看出，從豐水期及平水期兩次水樣的檢測結(jié)果分析，東大河水系總α放射性水平低，豐水期中19個點水樣低于或稍高于國標的有12個，占70%;平水期中13個點水樣11個低于國家標準，占85%，不超標的采樣點基本分布于東大河主河道。流入皇城水庫的直河、斜河及水庫附近的幾股泉水，流入東大河的兩條小溪(9號、17號)總α放射性較高，為 1.0 ～1.1Bq/L。

西大河總α放射性明顯高于東大河，除西大河水庫出口和豐水期柴家莊總放射性符合標準外，其他5個采樣點的總α放射性均在0.2～0.42Bq/L之間，最高測點是后塔寺紅洋芋一線。

表1 金昌市生活飲用水源水總α放射性測定結(jié)果 Bq/L

金川峽水庫總體上總α放射性超過l－2Bq/L，低于西大河而高于東大河，其臥兔泉是最高的測點。

整個水源系統(tǒng)總α放射性最強的是北海子水塘(為泉水，來自地下水)和老人頭水庫，它們流入金川峽水庫，必然導致蓄水總α放射性的增加。

2.1.3 調(diào)查結(jié)論

通過對金昌市千平方公里范圍內(nèi)α放射性的調(diào)查表明:金昌市水源中的α放射性主要是由天然放射系－鈾系、釷系和錒系的放射性核素引起的，人工放射性核素沒有檢出。主要的放射性核素是U238、U234、U235，其 次 是 釷 系 的 Th232、Th238、Thc(212B1)和 Thc(210Po)的以及錒系的Ra226，可能是由于上游泉水較多，溶解了地殼中的放射性元素所致。

由于各源水點水平不一，差別較大，超標源點較多，約占50%，且地理位置分散，有時一股地下水有幾個乃至十幾個泉眼，多集中在西大河水庫出口經(jīng)后塔寺至北海子一線，它們匯入金川峽水庫，是使水庫總α放射性超標的主要原因。因此，不能采用截流和堵源的辦法來治理總α放射性，只能在金昌市供水工程范圍內(nèi)采取有效的治理措施。

2.2 金昌市飲用水放射性污染的治理研究

降低飲用水中總α放射性方案探討。根據(jù)金昌市水源總α放射性調(diào)查結(jié)果以及對源水水樣總γ譜的分析表明:總α放射性主要是由天然放射系鈾、釷和錒系及其子體引起的，因此，只要通過降低飲用水中的鈾、釷、錒的濃度，就能使總α放射性降低。根據(jù)此指導方向，選定了采用混凝沉淀法、吸附法等處理方法進行實驗研究，整個實驗的過程以鈾、釷、錒含量的分析數(shù)據(jù)做為改變和確定實驗條件的依據(jù)，最后測定總α比活度作為最終的處理研究結(jié)果。

在混凝沉淀法及吸附法等處理方法的試驗中，通過對不同條件下，投加不同劑量的各種凈水劑的試驗得出:選用5#凈水劑的混凝沉淀法試驗效果較好，該方法使飲用水中鈾、釷及總α放射性的去除率分別達到90%、60%、80%，同時還能改善水的色度和濁度。產(chǎn)渣量為85g/t水，因此確定此方法為降低α放射性的處理方法。

推薦方法的工藝流程為:原水→初沉→混凝→二沉→過濾→用戶，5號凈水劑的投加量為75～125g/t水，濃度5%;助凝劑的投加量為2g/t水，濃度為0.2% 。

3 金昌市供水工程水源頭凈化工藝的選擇及可行性分析

3.1 金昌市供水工程水源水凈化工藝的選擇

關(guān)于降低飲用水總α放射性的處理工藝流程，考慮到金昌市水源水含有機物及菌、藻類較多，以及參考有關(guān)放射性廢水的處理方法，確定金昌市供水工程凈水廠所采用的水處理工藝是較先進的處理設(shè)施，可以提高處理效果，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)預(yù)沉池一改以往使用平流沉淀池的傳統(tǒng)而改為旋流絮凝沉淀池。

(2)二沉池選用斜管沉淀池，并在沉淀池前部設(shè)置多級微渦體機械網(wǎng)漿反應(yīng)池，用以提高反應(yīng)和沉淀效果，對去除有機物中溶解于水中的膠體分子和放射性核素有重大意義。

(3)將普通濾池改為V型濾池，可使過濾介質(zhì)在沉層截污，達到濾速高、運行效果好的目的。

(4)在預(yù)沉池配水井處投加液氯做預(yù)氧化處理，以利去除水中有機物、菌和藻類等。

其工藝流程見圖1。

圖1 水源水處理工藝圖

根據(jù)所確定的工藝流程和水處理構(gòu)筑物經(jīng)預(yù)沉、二次沉淀、過濾的層層處理，不僅使水源水在高濁度水期間也能保證良好的去除率，二沉池亦有良好的反應(yīng)條件和較高的沉淀效果，對有機物污染、放射性核素有較好的去除效果。

3.2 金昌市供水工程水源水凈化工藝的可行性分析

由于金昌市供水工程水源水凈化工藝流程是根據(jù)試驗結(jié)果推薦的工藝流程而確定的，有一定的理論試驗根據(jù)，而通過對小型及擴大試驗的試驗數(shù)據(jù)分析看出:5#凈水劑混凝沉淀法適用于飲用水總α放射性的治理，能有效去除飲用水中鈾、釷等微量元素，使飲用水中鈾、釷及總放射性的去除率分別達到90%、60%、80%。放射性可降到0.1Bq/L以下，符合生活飲用水衛(wèi)生標準，而且廢渣量較低，產(chǎn)渣量為85g/t水，泥渣的總α放射性水平為2.4×103Bq/kg左右，低于固體放射性廢物1.85×104Bq/kg的國家標準，亦不屬于放射性廢物，不必進行特別處理，也不會造成二次污染。

因此，從試驗基礎(chǔ)和理論上分析，金昌市供水工程凈水廠所采用的對水源水放射性污染的化學沉淀工藝是基本可行的。

另外，由于生活飲用水微量放射性元素治理不同于放射性廢水，其特點是水量大、放射性水平低、水質(zhì)要求較為嚴格。雖然目前國內(nèi)外對治理放射性廢水的研究較多，但對直接論述生活飲用水放射性治理的題材很少，還沒有對從飲用水中去除鈾、釷，降低總α放射性的確切方法，還需在實踐中逐步探索、研究，尋找最佳、確切的治理措施。

綜上所述，金昌市供水工程凈水廠凈化工藝應(yīng)在實踐中加以驗證，在水廠正常運轉(zhuǎn)后，針對放射性物質(zhì)而合理布設(shè)水樣監(jiān)測點，以測定全工藝過程中的放射性物質(zhì)，尋找其變化規(guī)律，不斷地探索、研究，以求更高的、有效的去除效果。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

金昌市生活飲用水源總α放射性，由于各源水點水平不一，差別較大，超標點約50%左右，地理位置分散，多集中在西大河水庫出口經(jīng)后塔寺至北海子一線。金川峽水庫總放射性在0.2Bq/L左右，飲用水在0.3Bq/L左右。各源水點的檢測值多在0.3Bq/L以上，最高達0.9Bq/L，對總α放射性的治理不能采用截流和堵源的辦法。源水水樣總γ能譜分析出金昌市生活飲用水源水總α放射性來自天然放射系——鈾系、釷系和錒系的一系列放射性核素。因此，確定了治理總α放射性的指導方向就是降低飲用水中的鈾、釷濃度。經(jīng)類比且通過在不同條件下，分別投加不同凈水劑的試驗表明:采用混凝沉淀法、投加5號凈水劑可使金昌市源水的鈾、釷及總α放射性的去除率達到90%、60%、80%以上，處理后的總α放射性降至0.04Bq/L，符合國家生活飲用水衛(wèi)生標準，且產(chǎn)渣量低，處理1t水產(chǎn)渣量85g左右，每年產(chǎn)渣量為3102.5t/年(以10萬m3/d規(guī)模計)，泥渣的總 α 放射性水為2.5×104Bq/kg的低于固體放射性廢物1.85×104Bq/kg的國家標準，不屬于放射性廢物。因此推薦的工藝流程為原水+初沉+混凝+二沉+過濾+用戶。

4.2 存在問題和建議

4.2.1 存在問題

由于試驗數(shù)據(jù)和理論分析與實際操作必然有一定的差距，由試驗效果推薦的治理總α放射性的工藝，應(yīng)在實際運行中加以驗證。

4.2.2 建議

(1)為了充分驗證金昌市供水工程凈水廠工藝對總α放射性去除的效果，建議水廠應(yīng)配置放射線監(jiān)測儀表和設(shè)備，并在全工藝過程布設(shè)監(jiān)測點，從動態(tài)和靜態(tài)來跟蹤放射線，以求掌握其變化規(guī)律，從實踐中探索、研究生活飲用水微量放射性物質(zhì)去除效果，以求得一種確切的治理措施，填補國內(nèi)外在這方面的空白，使金昌市人民用上放心水，確保金昌市城市居民的身心健康。

(2)對于水廠處理過程產(chǎn)生的泥渣，不屬放射性固體廢物，不必進行特殊處理，如能脫水后在廢礦井中深埋、封存則更為安全可靠。

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