放射性废物管理基本知识2

放射性废物管理基本知识（二）放射性废物处理放射性废物管理基本知识（二）放射性废物处理1.放射性废物处理的目标和原则放射性废物处理的目标是使通过电站液态或气态流出物向环境排放的放射性活度低于有关审管部门规定的排放限值，并且其浓度低于控制值；并在考虑了有关经济和社会因素的条件下、尽量减少向环境排放的放射性量，同时降低处理后所产生的放射性固体废物体积。

对放射性废物的处理主要有以下几点原则：a. 对不同特性废物进行分流根据废物的物理化学特性以及放射性特性分流废物，以便分别进行处理（例如将混在废物中的豁免废物分流出来；或在收集点直接将废物分为可燃、不可燃的废物，或可压实、不可压实的废物等）。

b. 浓集分离例如对放射性废液采用过滤、蒸发和离子交换等处理方法；对放射性废气采用过滤、吸附等方法；将废液或废气中的放射性物质浓集或分离到很小的体积内。

c. 贮存衰变根据废物中放射性核素的半衰期情况，将废物放置在专门的容器和/或设施中，贮存一段时间通过放射性核素的自身衰变来降低废物的放射性浓度或比活度。

d. 减容例如采用压实或焚烧的方法来减少放射性固体废物的体积。

2放射性废液的处理放射性废液处理前通常需要进行预处理，例如：a. 化学调节，调节废液的pH值以适应下一步处理的要求；b. 过滤，过滤常用来作为去除废液中悬浮颗粒的手段，可以提高废液的蒸发浓缩倍数，或减少离子交换床的阻力降。

核电站放射性废液常用的处理方法是蒸发法和离子交换法。

用蒸发法处理放射性废液是核电站应用最广也是最有效的方法，对大多数放射性废液都具有良好的适应性。

在废液蒸发过程中放射性核素绝大部分是被保留在浓缩废液中，只有很少量的放射性核素进入到二次蒸汽冷凝液中，因此净化系数较高。

近代核电站的放射性废液蒸发大多是采用强制循环蒸发器，但有些国家的核电站还是采用外热式自然循环蒸发器。

用离子交换法处理放射性废液是基于将废液中离子型的放射性核素转移到离子交换树脂上，从而达到对废液净化的目的。

用于放射性废液处理的离子交换树脂一般都是强酸性或强碱性树脂。

目前也有一些核电站采用反渗透的方法来处理放射性浓度较低的放射性废液。

反渗透的基本原理如下：用一种能令水透过、而不让溶质通过的薄膜，将两种不同的溶液隔开，稀溶液中的水会透过薄膜而进入浓溶液，这种现象称为渗透现象，两侧液面的静压差称为渗透压。

如果在浓溶液一侧加上超过渗透压的压力，就会产生渗透的反过程，浓溶液中的水会透过半透膜进入稀溶液，这就是反渗透。

因此，选择一种适当的半透膜，利用反渗透技术就可处理含有放射性核素的低放废液，即在一定压力作用下让水通过半透膜，而包括放射性核素在内的绝大部分离子和杂质不能通过半透膜，从而达到浓集分离的目的。

与蒸发法相比，反渗透法具有以下优点：a. 水在反渗透过程中没有相变，因此无须蒸发器等传热设备，耗用能量少；b. 可以去除蒸发难以去除、易起泡的有机物。

与离子交换法相比，反渗透法优点在于：可处理溶解固体含量较高的废液反渗透常用的半透膜是醋酸纤维素膜，90年代发展起来的聚酰胺空心纤维膜推进了反渗透技术在核领域中的应用，用这种反渗透器作为离子交换的前置设备在沸水堆核电厂主回路排水净化系统上已经得到实际应用。

反渗透法的缺点是需用高压泵，并且每个处理单元的流量很小，在工业上使用时需许多单元组合，并且废液在进行反渗透前需先经过滤处理除去固体颗粒，以防止膜的堵塞。

放射性废水是放射性废液经过处理后放射性浓度低于国家审管部门规定排放限值的废水。

有些放射性废水、例如经蒸发和离子交换处理后的废水由于水质好、杂质含量低需要在核设施内尽可能循环使用，以减少放射性的排放量。

放射性废水的排放应采用槽式排放。

至少应设置两个相同容量的监测槽，每个槽的有效容积应大于混合中和、取样分析和排放过程结束整个周期内流入的废水量。

放射性废水的排放应遵循“合理可行尽量低”的原则，并应根据具体环境水体特征、所含放射性核素组份等确定每年向环境水体排放的总放射性量。

在压水堆电站中由于铀的裂变及冷却剂中硼的活化不可避免地会产生少量氚。

为了保持一回路冷却剂的水质，总要不断地排出部分冷却剂并补充新的冷却剂，所排出冷却剂中的氚在处理过程中绝大部分进入水相，为了保持冷却剂中氚的平衡浓度，部分含氚水会进入到放射性废液系统，目前核电站的低浓度含氚水大多是经稀释后向环境水体排放。

由于氚不会为泥沙吸附，又无生物浓集效应，排放到水体后能迅速扩散，不会对环境和人类带来明显的影响。

3．放射性废气的处理在压水堆电站运行过程中，铀裂变产生的放射性气体主要是氪和氙的各种同位素。

在燃料元件破损时，裂变气体会进入到冷却剂中，在高压状态下这些气体是溶解于冷却剂中，但当系统内存在气相空间时它们就会挥发出来，特别是在冷却剂除气处理时、几乎所有的裂变气体都将随着溶解的氢气和氮气一齐释放出来。

除85Kr外，其它裂变气体核素的半衰期都很短，早期的压水堆电站多采用加压气体贮存系统进行处理，即将废气用压缩机加压至8巴左右送衰变箱贮存，贮存60天左右使短半衰期的裂变气体基本上衰变完，再通过碘吸附器和高效空气过滤器净化后有控制地经HV AC 系统向大气排放。

排往环境的主要放射性核素是85Kr，它的毒性低，并且不会在人体内积累，对人类仅仅会带来微量的外照射。

活性炭滞留床是用于替代加压气体贮存系统、处理核电站放射性气体的一种设备。

它是基于活性炭对氪、氙气体连续的吸附、解吸过程，使放射性氪、氙气体在滞留床内的移动速度远远低于载气氮和氢的速度，从而得以充分衰变。

为使系统简单，一般采用常压、常温活性炭滞留床。

与加压气体贮存系统相比，活性炭滞留床在经济性、安全性以及可靠的运行及维修方面优点都比较特出。

核电厂工艺废气中的85Kr虽然所占的放射性份额较低，但是其半衰期较长，在经过加压气体贮存系统或活性炭滞留床系统处理后85Kr的活度几乎没有衰减。

随着核电的迅速发展，人们对核电厂环境保护的要求日趋严格，对85Kr的排放也愈益关注，如何减少85Kr 的排放一直是核电厂、核燃料后处理厂的研究课题之一。

低温活性炭吸附分离85Kr系统的原理是利用活性炭在深冷条件下对惰性气体有相当高的吸附能力这一性质来分离85Kr。

其过程是：先将废气中的氢、氧成份在催化条件下复合成水，除去气体中的水份后、再将废气温度降至零下170－180℃通过活性炭床，85Kr即被活性炭床吸附，此时废气中85Kr的去除率可达到99%。

在活性炭床吸附饱和后将气流切换到备用活性炭床继续运行，并对饱和的活性炭床进行解吸。

将活性炭床温度逐步提高到50℃左右，85Kr就会从活性炭床完全解吸下来，浓集的85Kr气体经加压装入高压钢瓶中作为特殊放射性废物贮存。

存放装有85Kr钢瓶的贮存库应保持干燥并不会对钢瓶造成腐蚀，装有85Kr的钢瓶一般至少要求安全贮存100年。

高效微粒空气过滤器简称高效空气过滤器或HEPA过滤器，它能有效的捕集废气中的放射性微粒。

高效空气过滤器是纤维型过滤器，目前有合成纤维、玻璃纤维、石棉纤维三种类型。

其捕集放射性微粒的机理主要有碰撞效应、扩散效应、惯性效应、重力效应和静电效应等，实际捕集过程有可能是上述一种或几种效应的作用，也可能是所有效应的作用。

过滤效率是高效空气过滤器质量的重要指标，被过滤微粒的粒径、密度，气流速度，滤材的性质、纤维的粗细、纤维层的填充率等均可能影响过滤效率。

作为高效空气过滤器，对0.3μm以上粒径的微粒其过滤效率不应低于99.97%。

高效空气过滤器应设计成外形尺寸最小而过滤面积最大、气流通过过滤器的阻力最小、有可靠的密封性并且易于拆卸和更换。

在核电站放射性废气中含有碘，由于人的甲状腺对放射性碘有较高的吸收能力，所造成的危害较大，因而对放射性碘的去除是放射性废气处理系统和排风净化系统的重要内容之一。

碘吸附器是最常用的除碘设备，碘吸附器常采用的吸附剂为有机吸附剂（活性炭吸附剂）。

放射性碘可能是元素碘，也可能是以甲基碘（CH3I）为主的有机碘化合物。

普通活性炭对放射性元素碘有很好的吸附效果，但对有机碘的去除效率较低。

用碘盐或能与有机碘发生反应的物质浸渍活性炭，经干燥后用作吸附剂可以提高对有机碘的去除效率。

在通常温度、湿度条件下，较好等级的活性炭对放射性元素碘的去除效率可以达到99%以上，但对甲基碘则随所采用的浸渍剂情况有所不同。

4放射性固体废物的处理低放固体废物中40－60％都是可燃废物，因此采用焚烧法处理可燃废物在一些国家的核电站得到较广泛应用。

由于放射性废物的特殊性，其焚烧设施需要解决：a. 使废物充分燃烧，达到最大的减容比；b. 有效的气体净化措施，使净化后排气中的放射性浓度和有害气体浓度达到允许排放限值以下；c. 焚烧灰份的固化处理；d. 焚烧炉的结构应简单、耐火材料寿命长并易于维修。

目前全世界已有60多座放射性废物焚烧炉在运行。

用焚烧法处理放射性废物可以得到较大的废物减容效果，但是工程投资费用较大，同时还存在申请许可证问题。

目前我国已经研究开发成功的是放射性废物热解焚烧装置(热解焚烧是使废物有机成份先在缺氧的反应室裂解成挥发性气体，然后进入有过量空气的燃烧室完全燃烧) ，并且已经在工程上应用。

由于核电站内所产生的可燃废物数量较少，同时可燃废物又是可压实废物，因此对电站内被放射性污染的工作服、口罩、手套和纸张等“软”废物通常是采用桶内压实方法减容。

桶内压实法也可用于被放射性污染的玻璃器皿、薄壁风管以及保温材料等硬废物的减容。

桶内压实废物时减容比可以达到3－5。

由于废物是在200L钢桶内压实，所以压头作用力不能太大，一般10－20t即可，压头压力再大由于软废物的回弹也不可能加大减容比。

为了避免在废物压实过程中损坏钢桶，在一些桶内压实装置上还设置了套筒，废物压实实际上是在套筒中进行。

在国内一些多堆电站内已经设置超级压实机、用于对电站所产生的不可燃废物（例如被放射性污染的金属部件、管道、电器设备和建筑垃圾等）进行减容处理。

超级压实机是将废物装在钢桶内连桶一齐压实，压实机压头压力可高达1500t－2000t，废物和桶被一起压成“园饼”后再放入另外的容器中用水泥固定。

为了提高超级压实机的使用率，已经开发了移动式超级压实机，整个机组装在两辆大型拖车上可以巡回为多个电站服务。

从广义上看，放射性去污（radioactive decontamination）也是固体废物处理的一种手段，去污目的除了是为了捡修、降低工作人员受照剂量目的外，还有使被放射性污染的设备部件、物料等能够尽可能复用，从而减少固体废物的产生量。

去污方法有化学去污和机械去污两大类。

化学去污是用水、溶剂与去污表面相接触，利用溶解作用来去除污染。

化学去污效率高，适应性较广，但是需要较大容量的去污槽同时会产生较大体积的去污废液。