王 猛，羅 愷，廉 冰

(中國輻射防護(hù)研究院，太原 030006)

1 含鈾廢水概況

以國內(nèi)某鈾加工與燃料制造設(shè)施(以下簡(jiǎn)稱A廠)為例，含鈾廢水主要來源為容器清洗廢水，同時(shí)還包含離心級(jí)聯(lián)大廳、供取料等廠房的擦地水、設(shè)備表面擦洗水，分析室的分析化驗(yàn)洗滌水等，該廠需要經(jīng)廢水處理設(shè)施預(yù)處理的含鈾廢水設(shè)計(jì)年排放量約為1 540m3。其中，鈾均以UF4、UO2F2化合物及其絡(luò)合物的形式存在。

根據(jù)該廠液態(tài)流出物監(jiān)測(cè)表明，正常運(yùn)行狀態(tài)下，工業(yè)總排口排放鈾濃度范圍為1.5～10μg/L，其中廢水處理設(shè)施的排出廢水中鈾濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果為10～45μg/L；放射性液態(tài)流出物排放量低于批復(fù)總排放總量，工業(yè)總排放口廢水中鈾濃度低于《鈾加工與燃料制造設(shè)施輻射防護(hù)規(guī)定》(EJ1056-2005)中的限值(工業(yè)下水總排出口的控制濃度為50μg/L)，液態(tài)流出物中非放污染物濃度均滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 城市污水處理廠概況

2.1 城市污水處理廠概況

城市污水處理工程主要包括：污水處理廠、配套污水泵站2座、配套污水管網(wǎng)等。其中污水處理廠日實(shí)際處理量為8.00E+04m3，平均設(shè)計(jì)流量為1.157m3/s，最大設(shè)計(jì)流量為1.505m3/s，處理后的尾水排入河流[1]。

污水處理廠采用A2/O處理工藝，該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定靈活、針對(duì)性和適應(yīng)性強(qiáng)、處理效率高、并能合理分配進(jìn)水碳源的優(yōu)點(diǎn)。處理工藝流程及污染源分布見圖1[1]。

圖1 污水處理廠處理工藝流程Fig.1 Process flow of sewage treatment plant

2.2 污水處理廠污泥產(chǎn)生量

污泥是處理廠外排的主要固體廢物，采用機(jī)械濃縮脫水一體機(jī)，脫水污泥(含水率小于80%)外運(yùn)至污泥專用處置場(chǎng)統(tǒng)一處理。經(jīng)格柵、沉淀等工藝后，污水處理廠的格柵、沉淀和剩余污泥產(chǎn)量分別為0.493t/d、1.501 t/d、1.71 t/d[1]。

3 理論依據(jù)

3.1 小型湖泊模型

IAEA-SRS-NO.19報(bào)告中給出地表水中放射性核素沉積到底泥中的計(jì)算方法，污水處理廠沉淀池可近似為報(bào)告給出的小型湖泊模型[2]。

沉淀池水中總放射性核素活度濃度(Bq/m3)：

(1)

式中：Qi：第i種放射性核素活度流速，Bq/s；

d：空氣沉積率，Bq·m-2·d-1；

Al：沉淀池表面積，m2；

qr：流速，m3/s;

λi：第i種放射性核素衰變常數(shù)，s-1；

V：沉淀池體積，m3。

溶解到沉淀池懸浮物中放射性核素濃度活度(Bq/m3)為：

(2)

式中：Ss：懸浮固體濃度，kg/m3，對(duì)于湖泊和河流，其值取5×10-2kg/m3；

Kd：分散系數(shù)，L/kg，Kd-鈾-淡水=50 L/kg；0.001：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)換系數(shù)。

污泥中沉積的放射性核素活度濃度為(Bq/kg)：

(3)

3.2 正常工況下液態(tài)途徑計(jì)算

3.2.1 放射性核素在河流中稀釋倍數(shù)[3]

①橫向均勻混合前的濃度

(4)

式中：Q：核素排放源強(qiáng)度，Bq/s；

F：河流平均流量，m3/s；

F0：廢水排放量，m3/s；

ys：排放點(diǎn)離岸邊距離，m；

Ky：橫向彌散系數(shù)，m2/s。

②橫向均勻混合后的稀釋倍數(shù)

(5)

3.2.2 水途徑的劑量計(jì)算模式

含鈾尾水對(duì)公眾所造成輻射照射的途徑包括：飲用水、食物鏈以及岸邊沉積，所致個(gè)人劑量計(jì)算由式(6)可得。

(6)

Ding：食入途徑所致成人的個(gè)人有效劑量，Sv/a；

Dm：岸邊沉積的個(gè)人劑量，Sv/a。

4 可行性分析

4.1 國家相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)符合性分析

《中華人民共和國水污染防治法》第四十四條規(guī)定“城鎮(zhèn)污水應(yīng)當(dāng)集中處理”；《中華人民共和國放射性污染防治法》第四十二條規(guī)定“產(chǎn)生放射性廢液的單位，向環(huán)境排放符合國家放射性污染防治標(biāo)準(zhǔn)的放射性廢液，必須采用符合國務(wù)院環(huán)境保護(hù)主管部門規(guī)定的排放方式”。

《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》(GB18871-2002)8.6.1條規(guī)定“注冊(cè)者和許可證持有者應(yīng)保證由其獲準(zhǔn)的實(shí)踐和源向環(huán)境排放放射性物質(zhì)時(shí)，符合下列所有條件，并已獲得審管部門的批準(zhǔn)：a)排放不超過審管部門認(rèn)可的排放限值，包括排放總量限值和濃度限值；b)有適當(dāng)?shù)牧髁亢蜐舛缺O(jiān)控設(shè)備，排放是受控的；c)含放射性物質(zhì)的廢液是采用槽式排放的；d)排放所致的公眾照射符合本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的劑量限制要求；e)已按本標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求使排放的控制最優(yōu)化”。

A廠根據(jù)2017年含鈾廢水排放監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，含鈾廢水中鈾濃度為12～44μg/L，低于50μg/L的管理限值。綜合對(duì)比近十年液態(tài)流出物中鈾的排放總量，均低于國家核安全局批復(fù)值，且呈逐漸下降的趨勢(shì)；A廠含鈾廢水處理設(shè)施配套有一用一備兩個(gè)排放揚(yáng)液器(排放槽)和分析檢測(cè)室，可對(duì)每批處理后的廢水進(jìn)行取樣檢測(cè)，低于批復(fù)的排放限值后方可排放，因此該設(shè)施放射性廢水排放流量和排放限值的受控的；A廠對(duì)液態(tài)流出物中的鈾、氟進(jìn)行了排放優(yōu)化，降低了排放限值，將原廢水凈化設(shè)施排放限值為U<100μg/L、F<200mg/L降低為U<50μg/L、F<10mg/L。部分容器重復(fù)利用，不再清洗，廢水量隨之減少。

綜上所述，A廠含鈾廢水排放符合國家放射性污染防治標(biāo)準(zhǔn)和國務(wù)院環(huán)境保護(hù)主管部門規(guī)定的排放方式，從國家相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)符合性方面是可行的。

4.2 廢水接入標(biāo)準(zhǔn)的符合性分析

A廠污水接收標(biāo)準(zhǔn)為《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ343-2010)A等級(jí)，A廠含鈾廢水非放污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足污水接收標(biāo)準(zhǔn)要求。

《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ343-2010)中并無對(duì)放射性污染物控制項(xiàng)目的規(guī)定，但標(biāo)準(zhǔn)中4.1.4節(jié)規(guī)定：本標(biāo)準(zhǔn)中未列入的控制項(xiàng)目，包括病原體、放射性污染物等，根據(jù)污染物的行業(yè)來源，其限值按相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。A廠含鈾廢水執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為《鈾加工與燃料制造設(shè)施輻射防護(hù)規(guī)定》(EJ1056-2005)，該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。A廠含鈾廢水中的鈾濃度滿足廢液處理設(shè)施排出口<100μg/L，工業(yè)下水總排出口<50μg/L的要求。

4.3 含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)影響分析

4.3.1 污水處理廠凈化效率影響分析

污水處理廠污水處理涉及污水進(jìn)水、污水過濾、沉淀、生物反應(yīng)處理、加氯處理等環(huán)節(jié)，主要監(jiān)測(cè)污染項(xiàng)目包括：pH值、COD、NH3-N、TN、TP等，經(jīng)調(diào)研影響污水處理廠凈化效率的主要因素包括：進(jìn)水量、pH值、溫度[4]。

(1)因進(jìn)水量不均衡導(dǎo)致進(jìn)水水質(zhì)和水量不均，進(jìn)而影響污泥沉降、凈水試劑使用量，最終影響污水各項(xiàng)指標(biāo)，然而A廠的生活廢水已經(jīng)接入城市污水處理廠，且生活廢水量(105m3/a)遠(yuǎn)大于含鈾廢水量(1 540 m3/a)，因此含鈾廢水接入不會(huì)對(duì)進(jìn)水量產(chǎn)生明顯影響[5]。

(2)pH值是影響反硝化作用的重要因素。反硝化過程適宜pH值范圍為6.5～7.5，而含鈾廢水pH值范圍為6.9～8.9，因此，含鈾廢水pH值對(duì)污水處理廠廢水中pH值影響較小，較適宜反硝化細(xì)菌的生長[6]。

(3)溫度對(duì)濕地生物處理的影響表現(xiàn)在：溫度適宜時(shí)，微生物活力強(qiáng)、新陳代謝旺盛、氧化與呼吸作用強(qiáng)、處理效果較好。由于含鈾廢水年排放量遠(yuǎn)小于污水處理廠年處理量，因此含鈾廢水的接入對(duì)污水處理廠污水溫度擾動(dòng)很小[7]。

綜上所述，A廠含鈾廢水的接入對(duì)污水處理廠的進(jìn)水量、pH值和溫度等因素不會(huì)造成較大變化，不會(huì)對(duì)污水處理廠凈化效率產(chǎn)生明顯影響。

4.3.2 污水處理設(shè)施影響分析

污水處理廠涉及處理設(shè)施包括：粗格柵、細(xì)格柵、初沉池、A2/O生物反應(yīng)池、二沉池等。

(1)初沉池和二沉池的主要功能是將進(jìn)入污水處理廠的污水中懸浮物沉積。含鈾廢水中的鈾以鈾酰離子或其絡(luò)合離子形式存在，不會(huì)與初沉池和二沉池及其他污染物發(fā)生反應(yīng)從而造成較大影響。

(2)粗格柵和細(xì)格柵主要由玻璃鋼材質(zhì)構(gòu)成，用于隔離廢水中的懸浮物。含鈾廢水中懸浮物直徑與其他排入污水中的懸浮顆粒物直徑接近，通過及時(shí)清污可防止懸浮顆粒物對(duì)粗格柵和細(xì)格柵的堵塞。

(3)A2/O生物反應(yīng)池主要采用脫磷除氮活性污泥處理工藝，利用厭氧、缺氧、好氧工藝實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的降解、硝化和反硝化及生物除磷過程。含鈾廢水屬于工業(yè)廢水，其中有機(jī)物含量較低，不會(huì)對(duì)生物反應(yīng)池造成破壞性影響。

綜上所述，含鈾廢水滿足污水處理廠接入要求，不會(huì)對(duì)污水處理設(shè)備產(chǎn)生影響。

4.3.3 輻射劑量計(jì)算

A廠2016年實(shí)際廢水排放量約為1 054m3/a，2017年實(shí)際廢水排放量約為500m3/a，2017年新建并運(yùn)行的是新的廢水處理設(shè)施，舊設(shè)施停止運(yùn)行，原有的舊廢水處理設(shè)施會(huì)對(duì)產(chǎn)生的含鈾廢水進(jìn)行一定量的稀釋后處理，新的廢水處理設(shè)施不再進(jìn)行稀釋直接處理，廢水排放量大大減少。A廠含鈾廢水設(shè)計(jì)排放量為1 540m3/a，在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了一定的裕量，并考慮了事故狀態(tài)下的廢水排放量(約為10m3)，具有一定的包絡(luò)性，可用于作為計(jì)算依據(jù)。

A廠含鈾廢水的收集方式是先在各廠房統(tǒng)一收集，然后用液下泵打入專用槽車，統(tǒng)一運(yùn)至全廠廢水處理設(shè)施進(jìn)行處理。處理后的廢水打入廢水貯存池，采用槽式排放，排放前，監(jiān)測(cè)人員打開位于取樣槽上端的取樣閥門進(jìn)行取樣分析，分析項(xiàng)目為U和F，監(jiān)測(cè)合格后進(jìn)行排放。含鈾廢水主要來自于容器清洗廠房，一旦發(fā)生廢水處理設(shè)施故障，容器清洗廠房即暫停清洗工作，廢水打入備用貯存罐。

污水處理廠實(shí)際日處理量為8.00E+04m3，經(jīng)計(jì)算含鈾廢水接入到污水處理廠稀釋倍數(shù)為5.14E-05；含鈾廢水中鈾的排放濃度保守以50μg/L計(jì)算，鈾豐度取5%。經(jīng)計(jì)算鈾同位素排放濃度見表1。

表1 鈾同位素排放濃度Tab.1 Uranium isotope emission concentration

由式(1)～(3)可計(jì)算得到污水處理廠污泥中U-234、U-235和U-238比活度見表2。

表2 污泥中鈾同位素比活度Tab.2 Specific activity of uranium isotopes in sludge

表2中為干重污泥中鈾濃度，污泥處理廠污泥含水率≤80%，則取出污泥鈾濃度為：

C污泥=Cs,w×20%

(7)

懸浮全部轉(zhuǎn)換為沉淀物，則污水中鈾濃度降低為：

C污水，排出=Cw,tot-Cw,s

(8)

由表2和式(7)、(8)可以計(jì)算得到污泥中U-234、U-235和U-238的比活度以及污水處理廠排出尾水中U-234、U-235和U-238活度濃度，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 污泥中鈾同位素比活度及排出尾水鈾同位素活度濃度Tab.3 Specific activity of uranium isotopes in sludge and concentration of uranium isotope activity in effluent

根據(jù)污水處理廠處理工藝可知，含鈾廢水接入污水處理廠后，處理污水過程中可能受到輻射影響的群體包括：清污工作人員、巡視檢修人員以及參觀人員，此外還需考慮處理尾水排入外環(huán)境后對(duì)周圍公眾的輻射影響。

(1)污水處理廠工作人員受照劑量

工作人員包括清污工作人員和巡視檢修人員，其中清污工作按1次/d(一年按365天計(jì)算)，單次清污時(shí)間為1.5h，清污方式為人工機(jī)械清除污泥，清除設(shè)備包括格柵截流物、沉渣和剩余污泥；巡視檢修人員巡視設(shè)備包括粗格柵、細(xì)格柵、A2/O生物反應(yīng)池和儲(chǔ)泥池，單個(gè)巡視時(shí)間為15min，日巡視4次，一年按365天計(jì)。經(jīng)計(jì)算，清污工作人員和巡視檢修人員所受外照射和內(nèi)照射劑量見表4。

表4 清污工作人員和巡視檢修人員所受劑量率Tab.4 Dose rate received by cleaning workers and inspection and maintenance personnel (Sv/a)

由表4可知，工作人員的關(guān)鍵受照人群為清污工作人員，所受劑量率為2.91E-07Sv/a；關(guān)鍵受照途徑為內(nèi)照射；關(guān)鍵核素為U-234，所致劑量率為3.24E-07Sv/a。經(jīng)計(jì)算，清污工作人員和巡視檢修人員所受總劑量分別為2.91E-07Sv/a和1.02E-07Sv/a，均低于劑量約束值10-5Sv/a。

(2)公眾受照劑量

公眾的受照途徑包括參觀污水處理廠人員的內(nèi)照射和外照射；尾水排放對(duì)下游公眾經(jīng)飲水、食入和岸邊沉積的照射。其中，參觀人員參觀時(shí)間按2h/次，年參觀次數(shù)為5次。參觀人員所受劑量見表5。

表5 參觀人員所受劑量率Tab.5 Dose rate of visitors (Sv/a)

由表5可知，參觀人員所受劑量之和為1.08E-09Sv/a，關(guān)鍵受照途徑為內(nèi)照射，關(guān)鍵核素為U-234。參觀人員所受劑量低于劑量約束值10-5Sv/a。

由式(6)、表3和表6可以計(jì)算得到排出尾水對(duì)沿岸周圍公眾的輻射影響，排出尾水對(duì)沿岸周圍公眾所致劑量見圖2。

表6 不同年齡組的飲水量Tab.6 Water consumption of different age groups (L/a)

圖2 排出尾水對(duì)沿岸公眾所致劑量Fig.2 Dose of tail water discharged to coastal public

由圖2可知，鈾濃度在距離污水排放口8km左右與河水充分混合；受照關(guān)鍵年齡組為成人，最大個(gè)人有效劑量為4.92E-07Sv/a；排出尾水對(duì)沿岸公眾所致劑量低于10-5Sv/a的劑量約束值。

綜上所述，由于清除污泥、巡視、參觀污水處理廠以及排出尾水對(duì)公眾所致劑量均低于劑量約束值。

5 結(jié) 論

通過對(duì)國家相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的符合性分析和含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)影響分析可知。

5.1 含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)符合國家相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)要求；

5.2 含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)對(duì)污水管網(wǎng)和污水處理廠設(shè)備所造成的影響很??；

5.3 含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)后，清污工作人員、巡視檢修人員、參觀人員所受輻射劑量最大值為2.91E-07Sv/a，排出尾水所致公眾最大個(gè)人有效劑量為4.92E-07Sv/a；對(duì)于A廠而言，清污工作人員、巡視檢修人員、參觀人員均為公眾，所受輻射劑量均低于公眾劑量約束值10-5Sv/a要求。

因此，含鈾廢水納入城市污水管網(wǎng)對(duì)城市污水管網(wǎng)及公眾的輻射環(huán)境影響是可接受的。