處理核工業(yè)含氟含銨廢水的設(shè)計(jì)方法

尚改彬

（中國(guó)核電工程有限公司，鄭州450052）

1 工藝背景

在核燃料元件的制造生產(chǎn)過(guò)程中（包括物料轉(zhuǎn)化過(guò)程和回收處理過(guò)程），工藝廢水含有高濃度的氟離子和銨根離子，其中氟離子的最高含量達(dá)10～20g/L，銨根離子含量達(dá)4～8g/L。要求經(jīng)處理的廢水達(dá)到GB 8978—2002《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即氟含量小于10mg/L，氨含量以氮計(jì)小于15mg/L。廢水處理工藝中，經(jīng)常加入氧化鈣或氫氧化鈣，使氟轉(zhuǎn)化為難溶解的氟鹽，經(jīng)過(guò)沉淀和固相分離脫除氟。將銨根離子轉(zhuǎn)化為氨水，液相精餾脫除氨。經(jīng)過(guò)沉淀分離后，廢水的氟含量約為100mg/L。銨根離子的化學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化為氨水，經(jīng)多級(jí)高溫精餾及吹脫處理，氨含量以氮元素計(jì)小于15mg/L，再經(jīng)大池沉降處理后，氟含量小于10mg/L。

2 除氟工藝

典型的含氟廢水處理工藝是在廢水中添加氧化鈣，生成沉淀物后進(jìn)行離心過(guò)濾，再至大池靜置沉降數(shù)天，然后除去沉淀物，效果較好，并且成本較少[1]。通過(guò)該工藝的深入研究，通過(guò)改善氣沉淀?xiàng)l件和分離條件（如確定添加量和采取分次添加），優(yōu)化環(huán)境溫度和pH值控制等，可使尾水氟含量不超過(guò)10mg/L而達(dá)標(biāo)排放。另外，可以在工藝中加放鈣鹽、鐵鹽或鋁鹽作為絮凝劑，沉淀效果很好[2]。

3 銨處理工藝

核燃料元件制造廢水中存在氟離子和銨根離子，也有其他離子存在，如硝酸根等，要除去其中的氟離子和銨根離子，可以采用多種方法，這些方法各有所長(zhǎng)，也有一定的局限或工程應(yīng)用缺陷。

例如，一般將銨根離子轉(zhuǎn)化為氨水，常用蒸汽吹脫法，去除率高，但耗能也較高；物理法有反滲透、蒸餾（即蒸汽汽提）、氨吹脫、土壤灌溉；化學(xué)法有離子交換、折點(diǎn)加氯、含氨副產(chǎn)品生產(chǎn)、焚燒、催化裂解、電滲析、電化學(xué)處理等；生物法有藻類養(yǎng)殖及生物消化等。許多方法都能在理論上有效去除銨根離子，但僅有幾種方法能在工程上真正用于含氨廢水的處理。技術(shù)的選擇主要取決于廢水的組成、要求達(dá)到的處理效果及經(jīng)濟(jì)性。脫氨膜分離和吸收工藝是常用的銨處理工藝，其原理為：先將高濃度氨廢水通過(guò)蒸氨或吹脫降低廢水中的氨含量，然后用化學(xué)沉淀法進(jìn)行后續(xù)處理，如電化學(xué)處理或離子交換處理。

4 工藝設(shè)計(jì)方法

從上述章節(jié)可以看出，脫氟工藝和除銨工藝都有幾種工藝方法可供選擇。氟離子與銨根離子相互作用，脫氟與除銨不是簡(jiǎn)單的工藝先后順序疊加，工藝設(shè)計(jì)要結(jié)合實(shí)際條件的限制和要求從廢水處理線功能要求中尋求最佳處理方案，研究確定工藝路線和工藝設(shè)備。在工藝設(shè)計(jì)中，需要分析廢水中離子間的相互作用，對(duì)幾種處理工藝的深入分析和必要的試驗(yàn)驗(yàn)證，必要時(shí)，需要幾種方法結(jié)合或多次采用才可以利用離子間相互作用的特點(diǎn)，分批次添加化學(xué)試劑，獲得除氟與脫銨結(jié)合工藝，實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放的目標(biāo)。

由于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)園的要求，有學(xué)者提出“近零排放”的概念，雖然該提法還有一些爭(zhēng)議，但在實(shí)施過(guò)程中，對(duì)廢水的深度處理漸漸成為一種目標(biāo)和要求。在該理念的影響下，原來(lái)可以達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的廢水，需經(jīng)過(guò)深度凈化處理才可排放，并且對(duì)其中的氟離子和銨根離子的深度處理要求更加嚴(yán)格，甚至要求氟含量小于1mg/L、氨氮含量小于1mg/L。要達(dá)到這樣的要求，必然需要多方法結(jié)合使用，有的方法先后使用幾次也是可能，特別是膜法處理和離子交換、電化學(xué)處理或生物深度處理等工藝，在這樣的處理工藝中應(yīng)用廣泛，有些工藝對(duì)單一有害的廢水處理較為成熟，但針對(duì)含有多種有害物質(zhì)的廢水處理工藝還有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

處理特定的高濃度含氟離子含銨根離子廢水時(shí)，工業(yè)處理和深度處理技術(shù)難度都很大，通常情況下，應(yīng)先根據(jù)工程目標(biāo)要求確定采用的處理標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)施方案，充分考慮工藝廢水中各種雜質(zhì)的含量與相互的影響，經(jīng)過(guò)順向與逆向相結(jié)合方法，使生產(chǎn)工藝流程更合理可行。由于環(huán)保要求，必須實(shí)現(xiàn)“三同時(shí)”，另外，廢水從輸入到輸出以及中間的變化，均需要考慮工藝布局與自動(dòng)化控制統(tǒng)籌，它將直接影響處理工藝占用的場(chǎng)地、投資以及生產(chǎn)能力。

從廢水接收至不同的處理工藝，最后到廢水達(dá)標(biāo)排放，需要進(jìn)行反向跟蹤，提出需要完成的必需中間處理工藝，并對(duì)工藝進(jìn)行需求梳理和優(yōu)化選擇，找到突破口和關(guān)鍵點(diǎn)，漸次推動(dòng)，最終得到更為科學(xué)合理的廢水處理方式。根據(jù)排放要求確定工藝到接收廢水的逆向設(shè)計(jì)流程，有利于快速形成工藝流程概念設(shè)計(jì)，進(jìn)而形成設(shè)計(jì)流程，并確定工藝過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣的最終運(yùn)輸和去向。在廢水處理過(guò)程中，工藝的選擇和下游可接收的程度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)充分考慮周邊配套建設(shè)情況，經(jīng)優(yōu)選后確定工藝，并經(jīng)過(guò)價(jià)值工程分析，保證工藝的完整性最優(yōu)化。

結(jié)合工藝改進(jìn)要求以及廢水深度處理要求，應(yīng)對(duì)工藝順序的選擇、投量過(guò)量系數(shù)以及關(guān)鍵參數(shù)（如pH值控制、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)形式、副產(chǎn)品去向、深度處理控制）等進(jìn)行分析論證。經(jīng)過(guò)研究試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，在特定廢水中投加投加鎂鹽和磷酸鹽，控制投料比和pH值，能夠?qū)崿F(xiàn)理想的除氟效果，同時(shí)除去銨根離子轉(zhuǎn)化成的氨水，并結(jié)合使用膜法處理和離子交換方法，可以成功達(dá)到深度除雜廢水復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

處理核工業(yè)特定的高濃度含氟離子和銨根離子廢水，在工程設(shè)計(jì)中，確定處理目標(biāo)之后，應(yīng)充分論證工藝適應(yīng)性，分析接收廢水的成分和特點(diǎn)，確定工藝需要適應(yīng)廢水的組成、要求效果及經(jīng)濟(jì)性。氟離子和銨根離子去除順序及方法選擇有許多制約因素，現(xiàn)多采用先化學(xué)沉淀法脫氟后，將銨根離子轉(zhuǎn)化為氨水后，精餾法去除氨的方法，廢水再經(jīng)二次分離大池靜置沉降方式達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)有深度處理要求時(shí)，需對(duì)改進(jìn)的工藝與設(shè)備的適用性、經(jīng)濟(jì)性和操作維護(hù)便利性進(jìn)行論證。經(jīng)過(guò)順向與逆向相結(jié)合的方法，將使生產(chǎn)工藝流程更趨合理可行，因此，確定并驗(yàn)證方案技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)極為重要。