矿区水质
西北某矿区用水取自山区地表水自流汇集的水库水，水质普查中发现水中放射性物质指标严重超标(见表1)，水放射性专项调查表明，该水中的放射性核素主要来自地下岩层中放射性矿点，放射性物质随泉水、溪流汇集于水库水之中，点多面广，因此无法从源头解决放射性超标问题，只能在水厂集中处理。
表1 矿区用水水质
采样期
铀(μg/L)
钍(μg/L)
总α比放射性(Bq/L)
总β比放射性(Bq/L)
枯水
9.1
2.7
0.43
0.22
平水
9.3
2.4
0.27
0.17
丰水
4.7
0.34
0.18
0.14
国标
＜0.10
＜1.00
2 处理方法
城市供水中微量放射性元素的处理不同于放射性废水处理，其特点是放射性水平低、水量大、出水水质要求高[2]，国内外对其研究极少。已报道的处理方法有混凝法、离子交换法、反渗透法、多孔固体物质吸附法[3]等，但没有处理方案和处理水中最低 铀含量的资料，且无工程实例。
阳离子交换法的处理效果与水的pH值关系密切，在中性条件下很难达到满意的结果[4]；阴离子交换树脂虽然可使铀的去除率达90%以上，但树脂的再生和阻塞问题限制了它的使用[5]；反渗透法用于水量大、放射性元素含量低的饮用水处理，无论经济上 还是技术上都不可取，故传统的混凝法可能是降低生活饮用水中放射性核素浓度行之有效的方法[6]。
3 小试
通过对水中放射性物质的γ能谱分析发现，该水中总α放射性主要是由天然放射系、铀系、钍系和锕系的放射性核素引起的，人工放射性元素没有检出。主要放射性核素是238U、234U和226Ra，其次为232Th、228Th以及235U,故降低铀、钍浓度即可使总α比放射性大大降低。
选择市售10种水处理剂并配加聚丙烯酰胺助凝剂进行试验，结果表明净水剂硫酸亚铁(2#)、聚合氯化铝(5#)、聚合硫酸铁(7#)对水中微量铀、钍的去除率可达70%～90%，效果稳定良好、泥水易于分离。
3.1 正交试验
影响混凝沉淀的因素主要有pH值、混凝剂种类、药剂投加量、搅拌时间和沉淀时间等，结合混凝沉淀的实际，选择混凝剂种类(A)、净水剂投加量(B)、助凝剂投加量(C)、沉淀时间(D)作为控制试验的4个因素。试验中始终保持自然pH值、净水剂浓度为5%、助凝剂浓度为0.2%、试验用水量为2.5L进行正交试验。
试验结果表明，各因素的主次关系依次为B、D、A、C。确定助凝剂的投加量为1mL/L、沉淀时间为30min。
3.2 投加量试验
净水剂2#、5#、7#用量对铀、钍去除效果的影响试验结果见表2。
表2 净水剂用量对铀、钍去除效果的影响
净水剂投加量(mL)
2#净水剂
7#净水剂
5#净水剂
铀
钍
铀
钍
铀
钍
出水含量(μg/L)
去除率(%)
出水含量(μg/L)
去除率(%)
出水含量(μg/L)
去除率(%)
出水含量(μg/L)
去除率(%)
出水含量(μg/L)
去除率 (%)
出水含量(μg/L)
去除率(%)
1
7.76
28.5
4.52
41.3
1.59
85.3
2.31
70.1
5.8
46.5
2.23
71.1
2
7.04
35.1
2.81
63.6
1.37
87.4
1.29
83.3
1.90
82.8
1.72
77.7
3
5.43
50.0
3.0*9
59.9
1.15
89.4
1.10
85.7
1.32
8.78
1.47
80.9
4
2.78
74.4
2.44
69.3
0.73
93.3
11.6
84.9
1.79
83.5
1.09
86.1
5
5.19
52.2
2.67
65.3
0.61
94.4
1.29
83.3
0.40
96.3
1.07
86.1
6
1.93
82.2
3.05
60.4
7
0.07
99.4
1.58
79.5
8
2.17
71.8
注： 原水中的铀、钍含量分别为10.85、7.71μg/L，试验用水为2 L。
由表2可知，净水剂5#和7#投加量在1.0～4.0mg/L的处理效果都很好，且整体趋势是随着加药量增加水中铀、钍含量逐渐降低。试验结果还表明，净水剂用量过多效果反而不好,其原因是大量的高分子包裹住水中的铀、钍离子形成具有相同性质的混合基团，从而使铀、钍稳定地分布于水中而难以去除。
可见在一个较宽的范围内，用净水剂2#、5#、7#去除水中微量铀、钍效果显著，根据当地供应条件选择5#、7#净水剂较理想，投加量为60～120g/m3，助凝剂投加量为2g/m3。
4 生产试验
根据小试确定的方案进行了平水期和枯水期生产试验，总处理水量为1800m3，流量为12m3/h，连续运行144h，5#和7#净水剂投量为70～90g/m3、助凝剂投量为1.5～2.0g/m3，运行效果稳定，水质达标(见表3)，说明本方案可行。混凝沉淀后渣量为85g/m3，渣中放射性物质含量低，总α比放射性为2.4×102Bq/L，不属于放射性废物，故可直接填充废矿坑而不会造成二次污染。
表3 生产试验部分水质指标
水样
pH值
浊度?
硬度(mg/L)
F(mg/L)
Fe(mg/L)
U(μg/L)
Th(μg/L)
总α比放射性(Bq/L)
原水
8.02
18
258
0.75
0.13
0.78
3.36
0.35
出水
7.8
0.5
232
0.66
0.15
0.66
0.85
0.037
国标
6.5～8.5
＜3
＜450
＜1.0
＜0.3
＜0.1
据试验结果设计了一套10×104m3/d规模的能适应低温、低浊水并能有效去除放射性元素的处理方案，流程如图1所示。
该工程已于2000年建成投产，供水指标达到生活饮用水卫生标准的要求，经核算增加水处理成本0.24元/m3。
5 结语
采用混凝沉淀法处理水中微量放射性物质有效可行、经济合理、工艺重复性好，解决了矿区供水放射性超标的问题。