放射性废物的处理

放射性废物的处理

2011152113 苗冲

我国的原子能事业从50年代起步以来，为加强我国的国防力量做出了不可估量的贡献，原子能和平利用还为我国的国民经济、文教卫生和科学事业的振兴发展发挥了巨大作用。但是，由于经济、技术等多种原因，核工业系统及其他部门30多年来遗留的放射性废物的处置问题没有得到彻底解决，现在核电站运行又将产生新的废物。放射性废物的处置已是环境保护面临的重大问题之一。为了安全和经济地进行放射性废物最终处置而预先进行的改变放射性废物的物理和化学状态的操作过程，包括收集、浓缩、固化、贮存以及废物的转运等。

放射性废物的收集应在各种放射性废物的产生场所就地分类收集，以不同的接受方式和输送设备将各种废物分门别类集中到暂时贮存设施中。分类收集是为了便于用不同的方法分别进行处理和处置。通常首先将废物按其物理状态分成液体、固体和气体废物，还可进一步按废物比活度(或放射性浓度)分成高、中、低放射性水平的废物，简称高、中、低放废物。对某些特殊放射性核素也应单独分类收集，如含氚废物、超铀废物等。对固体废物还可划分为可燃废物、不可燃废物、可压缩废物等。

放射性废物的浓缩对放射性废液采用浓缩减容，有絮凝沉淀、离子交换、吸附、蒸发等方法。根据废液的比活度、化学组成、废液量和处理要求可选用一种方法或几种方法联合使用。一般情况下，蒸发法、离子交换法和絮凝沉淀法处理放射性废液的去污系数分别可达10 ～10 、10～10 和10～10 [kg2] 处理后原始废液中的放射性核素则浓集在小量的蒸发残渣、废树脂和沉淀泥浆内。对固体废物的减容一般采用焚烧或压缩处理。可燃废物经焚绕后减容比可达40～100;不可燃的废物采用切割和压缩减容，减容比可达2～10。

放射性废物的固化

为了安全贮存，减少对环境的污染，须将放射性废液或其浓缩物转化为固体。放射性废物固化的基本要求是:固化体的物理化学性能稳定,有足够的机械强度，减容比大，在水中的浸出率低；操作过程简单易行，处理费用低等。针对不同类型的废物可采用不同的固化方法，其中水泥固化、沥青固化、塑料固化和玻璃固化等已实际应用。

放射性废物的贮存

未经固化处理的放射性废液和浓缩物以及尚未选定最终处置方案的固化体等放射性废物，都应在固定地点贮存在专用的容器中，贮存过程中要注意安全，不能使放射性废物泄漏。对各种比活度的废物要求使用不同的贮罐。如贮存碱性中、低放废液时一般采用碳钢贮罐；贮存酸性高放废液时须用双层不锈钢罐。对贮存比活度高、释热量大的高放废液的贮罐有特别严格的要求：材料要耐腐蚀，结构要牢固可靠，设有通风散热装置、检漏系统和料液转运装置等，并须进行监测。

放射性废物的转运放射性废物转运的关键是废物的包装容器，事先要做好安全检验，对容器的强度、屏蔽防护、密封系统、包装的标志等都有严格的规定。要求做到安全运输，防止发生火灾、容器颠覆及包装破损而使放射性废物泄漏，污染环境。

放射性废物的分离回收20世纪40年代末就开始了从高放废液中分离回收裂变产物核素的研究。50年代末到60年代初，一些国家建立了分离回收裂变产物核素的中间工厂。分离工艺由早期的沉淀－萃取法发展为以溶剂萃取和离子交换等法（特别是无机离子交换材料）为主的流程。溶剂萃取法和离子交换法比沉淀法具有较高的回收率和较好的分离净化效果，并且便于大规模的连续操作和远距离控制。

放射性废物按物理状态可分为固态、液态和气态。这种分类比较简单。如下表一

1放射性气体废物主要处理技术

核反应堆正常运行期间（包括预期运行故障）所释放的气体流出物中所含的放射性物质主要包括反应堆本体一回路的裂变产物（如氙、氦等）和放射性微粒、碳-14、氚、中子照射空气或微尘后生成的放射性核素（如氩-41）、释热元件烧焙时释放出的氪-85、碘-131等。反应堆内气体流出物的放射性主要来自几种重要的放射性物质，这些物质包括放射性惰性气体、气载放射性微粒、气载放射性碘及氚等。核电厂放射性废气的主要处理方法如下表所示：

核电厂放射性废气处理系统大多采用活性炭延迟技术，与加压贮存工艺相比，其设备少、投资省。处理原理：采用直流常温活性炭延迟系统，基于活性炭对氪、氙等气体有物理吸附功能，当气流通过活性炭时，氪、氙优先被活性碳吸附而与载气氮和氢分离，被吸附的氪和氙还会从活性炭解析，形成不断吸附、解吸的平衡过程。经处理后废气再经过通风系统的吸附过滤器和高效过滤器，最后通过烟囱排入环境。其处理流程如图1所示：

2放射性液体废物主要处理技术

放射性核素用任何水处理方法都不能改变其固有的放射性衰变特性，其处理一般按两个基本原则进行：①将放射性废液排入海洋、湖泊、河流或地下水等水域，通过稀释和扩散达到无害水平，主要适用于极低水平的放射性废液的处理；

②将放射性废液及其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离，任其自然衰变，这一

原则对高、中、低水平放射性废液都适用。

所以，现行的放射性废液处理原则是先将废液进行浓缩分离，清液直接排放或回用，而浓缩流则进行固化处理或深层地下处置。

放射性废液浓缩分离方法包括蒸发法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法及电化学法等，其中前三种方法比较常用,下面介绍这三种方法。

2.1、蒸发浓缩法：

除氚、碘等极少数元素之外，废水中的大多数放射性元素都不具有挥发性，因此用蒸发浓缩法处理，能够使这些元素大都留在残余液中而得到浓缩。蒸发法的最大优点之一是去污倍数高。使用单效蒸发器处理只含有不挥发性放射性污染物的废水时，可达到大于10的4次方的去污倍数，而使用多效蒸发器和带有除污膜装置的蒸发器更可高达10的6次方到8次方的去污倍数。此外，蒸发法基本不需要使用其他物质，不会像其他方法因为污染物的转移而产生其他形式的污染物。

尽管蒸发法效率较高，但动力消耗大、费用高，此外，还存在着腐蚀、泡沫、结垢和爆炸的危险。因此，本法较适用于处理总固体浓度大、化学成分变化大、需要高的去污倍数且流量较小的废水，特别是中高放射性水平的废水。

新型高效蒸发器的研发对于蒸发法的推广利用具有重大意义，为此，许多国家进行了大量工作，如压缩蒸汽蒸发器、薄膜蒸发器、脉冲空气蒸发器等，都具有良好的节能降耗效果。另外，对废液的预处理、抗泡和结垢等问题也进行了不少研究。

2.2、化学沉淀法：

化学沉淀法是向废水中投放一定量的化学絮凝剂，如硫酸钾铝、硫酸钠、硫酸铁、氯化铁等，有时还需要投加助凝剂，如活性二氧化硅、黏土、聚合电解质等，使废水中的胶体物质失去稳定而凝聚何曾细小的可沉淀的颗粒，并能于水中原有的悬浮物结合为疏松绒粒。改绒粒对水中的放射性元素具有很强的吸附能力，从而净化水中的放射性物质、胶体和悬浮物。引起放射性元素与某种不溶性沉渣共沉的原因包括了共晶、吸附、胶体化、截留和直接沉淀等多种作用，因此去除效率较高。

化学沉淀法的优点是：方法简便、费用低廉、去除元素种类较广、耐水力和水质冲击负荷较强、技术和设备较成熟。缺点是：产生的污泥需进行浓缩、脱水、固化等处理，否则极易造成二次污染。化学沉淀法适用于水质比较复杂、水量变化较大的低放射性废水，也可在与其他方法联用时作为预处理方法。

2.3、离子交换法：

当废液通过离子交换剂时，放射性离子交换到离子交换剂上，使废液得到净化。目前，离子交换法已广发应用于核工艺生产工艺及放射性废水处理工艺。许多放射性元素在水中呈离子状态，其中大多数是阳离子，且放射性元素在水中是微量存在的，因此很适合离子交换出来，并且在无非放射性粒子干扰的情况下，离子交换能够长时间的工作而不失效。

离子交换法的缺点是，对原水水质要求较高；对于处理含高浓度竞争离子的废水，往往需要采用二级离子交换柱，或者在离子交换柱前附加电渗析设备，以去除常量竞争离子；对钌、单价和低原子序数元素的去除比较困难；离子交换剂的再生和处置较困难。除离子交换树脂外，还有用磺化沥青做离子交换剂的，其特点是能在饱和后进行融化-凝固处理，这样有利于放射性废物的最终处置。

3放射性固体废物主要处理技术

核电厂产生的放射性固体废物种类繁多，包括湿固体废物和干固体废物。湿固体废物主要有废树脂、浓缩液、淤泥、废液过滤器芯等，干固体废物主要有空气过滤器、可压缩干废物、不可压缩干废物、大件废弃设备等。核电厂放射性固体废物处理系统主要的处理物

项有可压缩废物、不可压缩废物、HV AC过滤器芯、废过滤器芯（包括一回路过滤器芯和低放废过滤器芯）、活性炭以及大件废物等，其系统的处理工序主要为分拣、烘干、预压缩（挤压）、超级压缩、灌浆等，处理后形成200L的产品桶。200L产品桶再通过检测、擦拭去污后送至暂存库存放，经过一定年限暂存以后，这些废物桶将运至专门的处置场进行最终处置。湿废物产生的浓缩液经过装桶固化工序，最后送至暂存库存放。不同种类的废物采用不同的处理工序，其各种废物具体的处理工序如下图所示：

核电厂产生的不可燃废物、可压缩废物、废过滤器芯等使用超级压缩机进行压缩，超压机由液压站提供一个可变力（4000～15000kN），将废物桶压成压饼。压饼在高度上被压缩到原来桶高的1/10～1/5（取决于废物的内容物和压实度），减容效果优异，达到废物最小化效果。装有压饼或不可压缩废物的桶，在水泥灌浆站灌浆，最终成品桶送至暂存库存放。湿废物经过移动式处理装置处理后产生

的浓缩液，经过蒸发造粒，采用固化方式处理，固化后减容效果佳，且能彻底安定化处理，与废树脂湿式氧化后的废浆共同固化则减容效率可以再加倍。

参考文献

罗上庚．放射性废物处理与处置

陈济东．大亚湾核电站系统及运行

薛大海.周黎军，游志均．秦山第三核电站放射性固体废物处理实践

罗上庚.对放射性废物分类的探讨

刘志弢.放射性废物的处理和处置

李全伟.放射性废物处理与处置

毛莉.核电厂放射性废物处理技术的应用