将常规水处理技术改编用于去除液态放射性废物中的有机成分：吸附与絮凝机制

清理放射性水为何关乎所有人

发电厂、科研机构和医院都会产生含有有机化学物质（如油类、洗涤剂和溶剂）的液态放射性废物。这些有机物使废水更难、更昂贵地处理，并可能妨碍将放射性物质牢固封固为固态。本研究探讨了用于普通饮用水和污水处理的那些简便方法，是否也能用于从放射性液体中去除这些有机污染物，从而提供一种更便宜、更可行的方案——这对像乌克兰这样因战争而面临水与能源供应紧张的国家尤为重要。

用旧工具应对新型废物

现代核设施常依赖膜分离、等离子或强氧化剂等先进技术来处理液态放射性废物。尽管在实验室中有效，这些方法通常耗能高、技术复杂，且尚未广泛作为现成的工业设备投入使用。与此同时，常见的饮用水处理方法——如活性炭吸附、金属盐絮凝和简单过滤——已被广泛验证、成本较低且易于操作。本研究的核心问题是：这些在市政水厂已普遍采用的成熟技术，能否改编用于去除液态放射性废物中的有机部分，从而使最终废物更易固化与安全储存。

各处理步骤如何协同工作

研究人员配制了一种模拟液态废物，以复制核设施中常见的有机构成，混合了肼、有机酸、洗涤剂和其他常用添加剂于水中。随后他们实施了三步处理：首先加入细粉活性炭并轻柔混合，使溶解的有机分子被其巨大的内表面吸附；接着加入来自乌克兰大型矿床的膨润土粉末作为浊度助剂，然后投加氯化铁溶液作为絮凝剂。在此阶段，铁化合物帮助将悬浮颗粒与膨润土结合成更大的絮体，在絮凝形成过程中进一步扫除有机物。短暂沉降后，将澄清的水通过滤纸以捕获产生的污泥，留下更为清洁的液体。

实验揭示了什么

团队用三项标准指标测量有机污染：总有机碳（TOC）以及两种化学需氧量，COD(Mn) 和 COD(Cr)，它们反映分解有机物所需的氧化力。在优化剂量的活性炭、膨润土和氯化铁作用下，该工艺使 TOC 约降低 2.85 倍，COD(Mn) 降低 2.63 倍，COD(Cr) 降低 4.19 倍——大致相当于溶解有机物约 75% 的去除率。统计分析表明，活性炭和基于铁的絮凝剂是清洁效率的主要驱动因子，而膨润土的作用较为微妙。在中等用量时，膨润土加速了絮凝与沉降，但过量则会使胶体颗粒更稳定，反而降低可去除的有机物量。

理解不同污染检测结果之间的关系

在实际监测中，实验室并不总是以相同方式测量有机污染：有些采用 COD(Cr)，有些用 COD(Mn) 或 TOC。为弥合这些差异，作者建立了数学“换算”模型，使操作人员可以用简单的方程由一种指标估算另一种。在其实验范围内，COD(Cr) 值可可靠地换算为 COD(Mn) 或 TOC，帮助操作者比较结果、评估处理性能，并在仅有一种类型检测时作出决策。这使得将新方法纳入现有厂控系统变得更容易，而无需彻底改造实验室流程。

从污泥到固体安全

除了净化水体，研究还强调了被捕获污染物的去向。联合吸附—絮凝过程将有机物和放射性核素浓缩到污泥中，该污泥可掺入特制的碱性混凝土（称为地质混凝土）中。这类材料耐浸出且无需高温处理，为将放射性核素锁定为固态提供了一种耐久方案，同时可将处理后水安全地排放回环境。对于在核能至关重要、淡水有限并且基础设施受战争压力影响的乌克兰而言，这类低成本、低能耗且稳健的方法可显著降低液态放射性存储带来的风险。

日常层面的含义

简而言之，研究表明并非总需要尖端且耗能的技术来使放射性废水更安全。通过巧妙组合已知步骤——让活性炭吸附有机污染物，使用粘土和铁盐使其絮凝沉降，然后过滤——达到了约三到四倍的有机污染降低。这使得剩余的放射性废物更容易固化为稳定固体，并减少必须储存的危险液体体积。对公众而言，这项工作指向了更为可负担、易部署的方式，以在预算紧张与基础设施受限的地区更好地控制核能产生的液体副产物。

引用: Charnyi, D., Zabulonov, Y., Lukianova, V. et al. Adaptation of conventional water treatment technologies for organic component removal from liquid radioactive waste: sorption and coagulation mechanisms. Sci Rep 16, 2626 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36799-2

关键词: 放射性废水, 活性炭, 膨润土粘土, 絮凝与过滤, 核废物处理