5卷第3期 第4011年3月 2
原子能科学技术Vol.45,No.3
Mar.2011
AtomicEnerScienceandTechnolo gygy
核设施运行及退役中的废物最小化技术
岳维宏
()中国原子能科学研究院科研生产处,北京 102413
摘要:核设施的运行及退役不可避免会产生放射性废物,废物管理的代价以及对公众、工作人员和对环境的危害取决于废物的数量及废物中所含的放射性核素,在核燃料循环过程中进行废物最小化管理是废物最小化已作为一项国策。本文介绍了放射性废物降低这些影响的一项必须的活动。在有些国家,
最小化的环境效益及核设施运行和退役过程中废物最小化的方法,重点介绍了已研发的部分有效的废物最小化技术。通过总结美国等发达国家的放射性废物最小化的经验,提出了如何在我国实现放射性废物最小化的建议。
关键词:放射性废物;废物最小化;核设施运行;核设施退役
()中图分类号:TL392 文献标志码:A 文章编号:10006931201103029309---
TechnoloiesforMinimizationofRadioactiveWaste g
DurinOeratinandDecommissioninforNuclearFacilities gpgg
YUE Weihon-g
(ChinaInstituteoAtomicEnerP.O.Box275-125,Beiin02413,China) f gy,jg1
:enerateAbstractItisinevitabletoadiverseraneofradioactivewastewhichhastobe gginasafemannertobeaccetabletotheandtheenvironmentdurinomanaedublic -pgpgp
,eratinanddecommissioninfornuclearfacilities.Thecostofwastemanaementthe ggg ,riskstotheandemloeesandthedetrimenttotheenvironmentaredeendentublic ppypontheuantitandradioactivecontentofthewasteenerated.Wasteminimizationisa qyg necessaractivitneededtoreducetheimactfromnuclearfuelccleoerationsanditis yypyp olicincludedinthenationalinmanacountr.Theenvironmentalbenefitsandthe pyyy
,methodsfortheradioactivewasteminimizationwereintroducedandtheresultfultech -’,niuesthathadbeendeveloedintheworldweremainlsmoreresented.What qpyp throuhsummarizintheachievementsandexeriencesoftheradioactivewasteminimi -ggp
,zationfrom U.S.A.andotherdeveloedcountriestheforwardhowtobrinaeruts pgpppaboutradioactivewasteminimizationinChina.
:;;;Kewordsradioactivewastewasteminimizationnuclearfacilitoerationnuclearfa -ypy cilitdecommissioninyg
;收稿日期:修回日期:2010010620100211----
,作者简介:岳维宏(男,甘肃会宁人,研究员级高级工程师,博士研究生,辐射防护及环境保护专业1967—)
294
废物最小化最早是由美国提出。国际原子能机构放射性废物最小化的定义是使放射性废物的体积和重量合理可达到的最少化,以及废物中包含的放射性核素合理可达到的最少
2]
。废物最小化是国际原子能机构确定的放化[
3]
。射性废物管理的主要原则之一[
[1]
原子能科学技术 第45卷
减少源项、废物的再循方法主要包括优化管理、环、再利用、减容处理等。
)优化管理1
优化管理是实现废物最小化的重要措施,其内涵丰富,主要包括制定和执行法规、标准;严格废物分类,分出免管废物,对经过处理后达到清洁解控水平的废物解脱控制;建立废物处理处置文档和数据库;建立分区管理、质量控制体系、应急体系;加强培训,使员工熟悉工艺过程、重视废物最小化、提高安全文化素养等。
)减少源项2
减少源项是实现废物最小化重要和有效的做法。从源头抓起,避免废物产生,例如:严格按规章制度操作,避免污染事故发生;严格分类管理废物,防止交叉污染;淘汰废物产生较多的发展遥控操作技术;严格控制进入污落后工艺,
染区的材料、工器具等。
)废物的再循环、再利用3
当放射性废物已不可避免地产生,则应通使废物尽可能地再利用和再循环。过适当处理,
实行再循环和再利用,应进行代价-利益分析,衡量在经济上是否有意义。
)减容处理4
对于不可再循环再利用的废物应作减容处理。减容处理的方法很多,最重要的有去污、焚烧、压缩、废金属熔融处理及破碎切割等。
以上4种废物最小化方法的代价和效果不尽相同,优化管理是废物最小化投资最少、效果最明显的方法,其次是减少源项方法,再其次是废物再循环、再利用及废物减容处理。
必须强调,废物最小化并不是一味追求废它必须是代价和利益优化的结果。物最少,
核燃料循环2000年,IAEA出版的技术文件《设施废物流中物料和组件的再循环和再利
[4]
用》中也强调了再循环和再利用的优化以及
放射性废物最小化意义明显,主要表现在:)对人类健康和环境有利,对当代和未来的人1
们有益,有重要的环境和社会效益,有利于核事)减少企事业单位处理和处置业的持续发展;2废物的负担,有重要的经济效益;3)促进文明生产和科学管理水平的提高。废物最小化是以进而减少减少废物的数量和毒性为核心内容,其处理与处置成本。
中华人民共和国放射性污2003年颁布的《染防治法》中提出核设施营运单位、核技术利用单位、铀(钍)矿和伴生放射性矿开发利用单位,应当合理选择和利用原材料,采用先进的生产工艺和设备,尽量减少放射性废物的产生量。
废物最小化是发展循环经济的主要条件之中华人民共和国循环经济一。2009年颁布的《促进法》中明确规定:循环经济要求以资源的高效利用和循环利用为核心,以减量化、再利用、资源化为原则,采取各种有效措施,以尽可能少取得最大的资源消耗和尽可能小的环境代价,的经济产出和最少的废物排放,实现经济、环境和社会效益相统一。
1 实现废物最小化的方法
1.1 废物最小化的基本要求
放射性废物最小化贯穿于以有效减少废物产生和降低环境影响的广泛全面的废物管理和安全意识的整个过程。它始于核设施的设计,终于核设施的退役。涉及到设计、采购、建造、调试、试运行、运行、关闭、退役等全过程,废物最小化的基本要求是指将实践中产生的放射性废物的量和活度降低到可合理达到的尽量低的水平。执行废物最小化项目必须有政策支持(必须建立相应的废物最小化政策,以作为协同,计划执行过程中采取必要措施的政策基础)废。物最小化必须是“政府主导、公众参与”1.2 实现废物最小化的主要方法
在核设施运行及退役过程中的废物最小化
废物管理优化。
2 国内外废物最小化现状
2.1 美国放射性废物最小化实践
美国1976年制定的联邦政策资源保护与回收法(中就包含有废物最小化的内RACR)容,在RACR中明确规定了逐级行政管理废物并达到废物最小化的要求。美国1990年制定
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术295
全面知道污染防治计划、要求、目标;2)告诉员工汉福特特别的环保方面的问题;3)培训员工)使员工认识到只有努力污染防治的责任心;4通过污染防治才能改善环境条件;5)采取一些鼓励措施,激励员工投入污染防治等。
爱达荷国家实验室是美国核能、核军工科研生产的重要基地之一。为实现废物最小化要求,开发了一套全员废物最小化意识建立和培培训课程制成光盘发放;通过实事通讯训计划,
发放宣传册和在团体组织的一些活动中宣传、
广泛进行宣传。对主要工作和核设施配备有废物最小化监督协调人员,要求每一项工作任务和活动必须明确废物最小化的要求,工作方案和程序必须进行审查以确保此项工作包含执行废物最小化的工作。爱达荷国家实验室退役项
10]
目废物减量化的常规方法和措施[如下:
的《污染防治法》更加强化了废物最小化的要求,强调只要可行,就要尽可能减少废物的源项。美国国家环保局编制的《废物最小化评价手册》规定了一套系统性的、能够有效组织的、持续努力的程序来实施废物最小化。另外,美国环保局颁布的《废物埋藏处置限值》中强烈鼓励实施废物最小化,限制不加处理就直接土地
1]
。埋藏处理有毒废物[
美国能源部作为美国核武器和核能技术研负责实施管理和处理其所属机发的管理部门,
构产生的放射性废物。能源部的废物减量化政策要求所有能源部所属的组织通过减少源项和实施废物再循环再利用后减少废物产生的数量和处置的数量。能源部废物最小化实施要求所有的运行核设施和机构:1)制定一套全面的有明确废物最小化的目标、程序和计划;2)建立废物流向跟踪管理方法及系统;3)确定每个设施实施废物最小化的方法和技术;4)建立废物)遵守联邦政府、州政最小化员工意识培训计划;5府的管理规定,遵守能源部废物最小化的要求。
[]
美国能源部D要OE54001.15条令规定,
)通过如对混凝土去污染热点和污染设备解1
体最大限度地分开放射性材料和清洁材料;)个人防护设备的重复使用;23)非污染钢材
)将污染土壤填入废物最大限度再循环利用;4包装箱中的剩余可用空间;5)使用高效过滤的净化装置防止退役活动中气溶胶的污染扩散;)详细阐明工作程序已达到首先分离污染物6
)设备等的表面项并最大限度减少交叉污染;7)要求使用无毒去污剂以防止有害或混合去污;8废物产生等。
另外,对废物最小化实施进行检查和质量保证控制。
在爱达荷国家实验室,污染预防可能性评)价(是废物最小化的第一步,污染预防PPOAs可能性评价是用于评价每一项工作和任务中如何减少污染源项的可能性;污染预防部门(每季度要形成废物最小化报告,报告废PPU)
物最小化的进展情况。
美国能源部下属的所有其他核武器研究实验室和民口实验室均要求严格执行废物最小化政策。如在萨凡那河国家实验室甚至将废物最小化工作作为考核领导业绩的重要内容之一。
1
2.2 法国废物最小化实践1
[]
求对每个营运单位每年进行最小化审查,并规定每3年要对废物最小化计划进行升级修订。美国核管会发布了低放20世纪80年代,
废物政策法,对废物处置有最小化的严格要求,处置费用大幅提高,迫使核电厂重视废物最少化。1美国核电厂沸水堆和压水堆固体995年,
[]
//废物的体积分别约为1980年的19和1176。
美国汉福特厂址是美国军工生产的最重要的厂址之一,面临军工遗留的大量核设施退役、放射性废物处理的问题。美国能源部根据每年对汉福特厂址下DOE54001.1条令规定,
达废物最小化的目标。在下达的计划中,明确规定了各种废物减量、再循环利用等的数量要根据这个计划,汉福特厂址运营求和管理要求,
者制定废物最小化计划,同时,汉福特运营者每年要向能源部提交废物最小化报告,能源部每
]79-
。年要对废物最小化工作进行认真的审查[
为实现废物最小化目标,汉福特厂址除了采取各种废物减量措施和技术外,特别强调了认为员工的废物员工废物最小化意识的培养,
防治意识是废物最小化实现的关键环节之一,具体管理体现在以下几个方面:1)让每个员工
法国高度重视废物最小化,在前处理方面,重视贫化铀的再利用,采取了以下两项措施:)用激光技术处理贫化铀,将其富集成1
供制造燃料元件使用;4%的低浓铀,
296
)将贫化铀同较高富集度的铀混合,制造2核燃料,或将贫化铀的U同F6转变为U3O8,PuO2一起制造混合氧化物燃料。
在后处理方面,法国采取了很多有效措施,)提高铀、如:钚回收率,达到9减少排19.88%,)停止用沥青固化法处理中放浓出的放射性;2)将水泥固化废包壳和端头部件改为超缩物;3)扩大焚烧的应用;高压缩处理;45)实行废金如用来制造屏蔽体和废物包属的熔炼再利用,装容器等。
2.3 其他国家废物最小化
德国在1促进废物循环利用994年了颁布《。日和保障合乎环境承受能力的废物处理法》本从2颁布了一系列与此0世纪90年代开始,《有关的政策法律,诸如,日本资源有效利用促、《进法》日本促进包装容器的分类收集和循环、《、《利用法》日本特定家用电器再商品化法》日和《日本促进建立循环本报废汽车再生利用法》。型社会基本法》
2.4 国内废物最小化管理现状
废物最小化管理在我国是近年来提出的新课题,但缺乏系统的经验,从现有的零星经验中可看出它的巨大潜力。未来几年要初步实现放射性废物最小化的科学管理,在执行政策、规范方法研究、安全意识教育、污染物料去污及减容环境整治安全目标的优化、过程的目标管理、α废物的全过程管理、废物监测技术以及极低放废物的填埋处置等方面将必须取得实质性进展。
我国放射性废物最小化管理最早是在大亚湾核电站审管过程中接触到的一个命题。由于世界核电站运营者组织(每年都要公WANO)布核电站运行数据,放射性固体废物产生量曾被列为1因而形成了改0项主要运行指标之一,进废物管理的强大压力。大亚湾核电站的运营者首先醒悟到了废物最小化可给企业带来利他们实行逐年的目标管理成绩显著。由于益,
重视并在实践中努力实施废物最小化原则,从废物的源头控制、处理工艺、测量估算技术和监大亚湾核电站自1督管理等方面不断改进,994年投产以来,放射性固体废物产生量连年下降,
3
,约为12002年每台机组减少到63.5m995年
3
的5达到法国同类核电机组的先进127m0%,
原子能科学技术 第45卷
3
,累计的放射性固体废物产生量为1563.51m
仅为设计值的1废物货包符合安全处置的8%,
12]
。标准和要求[
3 放射性废物最小化技术
3.1 固体废物整备技术
)压缩及超压技术。低压压缩机,一般指1压力只有几吨的压缩机,废物的减容系数可达超级压缩机,一般指压力超过到2~5倍;
级的压缩机,废物减容系数可到6~11000t0
倍。超级压缩机可压缩的物料种类包括了金属管道等低压压缩机不能压缩的废物。国外固体废物压缩技术广泛应用,有些国家(如美国)提供移动商业服务。
)碎化技术。碎化被污染的纸张、工作服2
和塑料废物能够减少废物体积达到十分之一。)切割技术。对不再具有去污和再利用3
价值的被污染的硬件设备、管道等,除了采用传统的锯切割外,一些特殊的切割技术,如氧乙炔等离子弧切割技术等可采用,切割处理后切割、
的小废物将会大量减容。
)熔融技术。熔融技术是金属部件去污5
和废物最小化的有潜力的方法。通常,熔融将放射性污染物转入熔渣中,而金属获得再循环利用。但目前的熔融技术费用较高,因此,工业化应用还需要做工作。
)焚烧技术。如果在源头上能将废物很6
好地分类,焚烧技术是处理可燃废物最佳的选择,据估计,科研院所在科学实验过程中产生的放射性散料废物有一半多是可焚烧固体废物。焚烧处理废物的减容比可达到100∶1或更高。相比其他处理技术,焚烧处理废物费用高些。3.2 去污技术
IAEA第401号技术报告介绍了核设施去
13]
。该报告明确污与退役废物最小化的技术[
指出,选择去污技术的原则是作业产生的放射性废物量在考虑安全与经济因素的基础上最少。有若干去污技术可同时作为核设施退役和设备去污的技术支持。
适用于金属性材料的放射性去污技术和方法主要分化学去污法和机械去污法。化学去污法是使用去污剂通过与去污物项接触溶解被污染的金属基体或覆盖在金属上的污染层实现去
水平;从1两台机组994年到2002年的9年间,
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术297
表1 SEG制定的金属再循环放射性限值Table1 SEGradioloicalcriteriaformetalrecclin gyg
放射性水平
废物
表面污染或活化金属
(·h-1)剂量率/Sv平均,无遮蔽)0-4(≤5×1
平均)0-6(≤5×1
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
3 14
-1)/(·g平均浓度1)Bq
污,开发了泡沫浸泡、乳胶涂层剥脱等技术;机械去污法属于物理方法,已发展了包括清洗、擦洗等技术,机械去污还包括干法或湿法喷射技术和喷砂研磨去污技术等。另外,包括化学浸渍技术、电化学技术、电抛光技术、生物或超声波方法等去污新技术也有不同程度的发展。3.3 放射性废液处理技术
处理放射性废液是将废液转化为固体废物以便采用更方便的方法或去除废液的放射性,进行处置。
)沉淀。对于悬浮于液体废物中的含放1
射性的颗粒物通过沉淀池沉淀,简单有效。特别是絮凝沉淀,效果更好。它常用作大体积废液预处理。
)蒸发。蒸发技术是最常用,也是处理效2
率最高的处理中低放射性废液的方法。蒸发器
4。也有多种类型,单级蒸发器的去污因子可达10
4≤7..37≤01≤1..0037≤0 70≤3需专门审批
7≤3需专门审批
HCI
129
226
仅适用于DRa(OE)对于商业化的)Ra(
TRU
226
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
)过滤/超级过滤。过滤技术用于去除废3
或可作为离子交换液中的细小的粒子放射性,
的前处理。因自然的过滤速度较慢,通常采用加压、抽真空方法加快处理速度。典型的过滤材料有经压缩处理的纸材、人造纤维或瓷土等。)反渗透。反渗透膜技术是应用半渗透4
性膜将进料中的水(溶剂)和溶质离子(或小分子)分离,从而达到纯化和浓缩的目的来处理废单个系统的去污因子为1液。一般,0~100。该技术中,渗透膜的堵塞是处理效率降低的主要因素。
)离子交换。离子交换包括有机离子和5
无机离子交换。离子交换的去污因子可达
24
。但这种技术处理存在胶体、去污剂、100~1
溶解的有机物的废液时,由于树脂的堵塞等造
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
表2 SEG制定的放射性金属熔融减容处理放射性限值
Table2 SEGradioloicalcriteria greducinvolumeofmetalfor g
放射性水平
废物
表面污染或活化金属
(·h-1)剂量率/Sv平均,无遮蔽)0-4(≤5×1
平均)0-6(≤5×1
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
60
-1)/(·g平均浓度1)Bq
700≤3 850≤1 4≤737≤0.1≤1.0037≤0. 7≤3需专门审批7≤3.需专门审批
CoCs
137
3 14
HCI
成处理的难度增加。
129
4 废物最小化技术应用的实例
4.1 金属放射性废物熔炼处理技术
美国橡树岭国家实验室生态环境科学部(设计了1套熔融炉处理装置处理低水平SEG)
10]
,放射性污染的金属[该装置核心设备是一重、高效和自动化程度较高的感应20t7.2MW、
炉,其工作温度可超过1650℃。 SEG制定的金属再循环和熔融减容的限值条件分别列于表1和2。
226
(仅适用于DRaOE)(对于商业化的)Ra
TRU
226
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
该技术废物最小化效果是经熔融处理,放射。性炉渣约是总重量的3平均减容比约为%,20∶1
298
4.2 超级压缩机用于减容处理放射性固体废物
超级压缩机已在德国、美国、法国有成熟的产品,它是公认的固体废物减容的有效方法之一。中国原子能科学研究院、大亚湾核电站等已分别从国外引进超级压缩机。美国橡树岭国家实验室SEG开发了3种类型的超级压缩机以处理不同的废物
[]10
原子能科学技术 第45卷
表4 使用超级压缩机压缩处理废物的减容因子Table4 Volumereductionfromsuercomaction pp
废物材料金属碎废料重混合废物塑料材料轻混合废物
体积减少因子
4~5 3.5~5 2~3 2.5~3.5
(·m-3)压缩饼密度/kg
3200~4000 1600~2400 800~1120 800~1280
,这3类超级压缩机分别如下。
第1类,处理金属或金属性的固体废物。此超级压缩机具有5压强000t级的压力, 。压缩机处理废物的程序是,先将经34.5MPa
然后将薄饼再装预压的金属废物桶压成薄饼,
入废物容器固定、检测、确认、封装、称重、标记、养护后送处置场处置。
第2类,用于处理钚污染废物和其他超铀。T废物(TRU)RU压缩机具有1000t级的
压力。
第3类,可移动式的压缩机。主要用于特殊场所或就地压缩处理废物。
SEG制定的放射性废物压缩减容处理的放射性限值列于表3。
[0]
表3 SEG放射性干废物压缩的放射性限值1
该技术废物最小化效果是超级压缩机可达)到减容比(每小时处理量可达26~10∶1,0个
桶装废物。
4.3 放射性废物焚烧处理
萨凡那河国家实验室设计建造的旋转炉式
10]
。焚烧装置用于处理固体和液体放射性废物[
焚烧炉的功率为5275kW。初级炉腔的温度 是8二级炉腔的运行温度是970℃,80℃。焚烧炉二次废物是过滤器、灰烬和污染处理、操作等产生的废物。
此焚烧炉主要用来处理液态和固体放射性和有毒废物。要求焚烧处理的废物容器的表面/最大剂量率不能超过100μSvh。
该技术废物最小化效果是废物减容比可达(。包括焚烧后废物的处理)20∶1
美国能源部制定的焚烧处理放射性废物的限值列于表5。
表5 美国能源部制定的可燃处理的含放射性的
10]
油类和液体废物的限值[
Table3 SEGradioloicalcriteria g
0fordractivewastecomaction1 yp
[]
放射性水平
包装体的辐射水平/(距包装体Svh≤2m
可去除的表面污染
/32kB100cm≤1q
2(对
、γ发射体)β
2(/表面1m处的剂量率)≤1对α发射体)3.2kB100cmq
放射性核素限值
(每个包装体的放射性核素浓度不能超过下列组或单个限值)
核素
大于5年半衰期总放射性
(不包含下列核素)
)其他混合裂变和活化产物(Z<84
232
3/2.7kBcm≤3q3/5kBcm<6.q3/9.6kBcm<1q
Table5 Radioloicallimits g
0
forbothburnableoilandaueousliuids1 qq
[]
放射性水平
每个包装体的放射性水平/(距包装体Svh≤2m
可去除表面污染
2(/、对β7kB100cm≤3γ发射体)q
平均浓度
3/7kBcm<3q
2(/表面1m处的剂量率)≤3.对α发射体)7kB100cmq
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
3 14
平均浓度1)/85kBmL≤1.q
/11BmL≤1q/7BmL≤3q/7B100mL≤3.q/7BmL≤3q需专门审批/7BmL≤3.q
需专门审批
Th
38金属或氧化2Pu
226
HCI
Ra需专门审批/70B≤3qg需专门审批
12999
TRU
含其他特殊核素的材料1)
TcRa
226
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含21U2U3U3U 注:
TRU
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
经S使用超级压缩机压EG工程应用实践,缩处理废物的减容因子列于表4。
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术299
该技术废物最小化效果是,总净化系数
53
(,蒸发净化系数>1大气稀释倍数DF>1002);约为1废水浓缩倍数1000倍。
4.4 放射性废液蒸发处理
在德国卡尔斯鲁厄国家研究中心运行有两套处理低放废水的蒸发装置,有一套处理中放
10]
。废液的处理装置[
4.6 放射性污染土壤处理技术
在洛斯阿拉莫斯国家实验室,开发了放射/,性污染土壤恢复系统(该系统包括SGSCVL)两个功能:1)去除污染土壤中的放射性成分,通过传送和探测器系统将污染土壤从非污染土)能够将放射性核素从污染土壤壤中分拣出;2
15]
。中滤除[
蒸发器使用强迫循环和压缩空气技术,通过逆流加热器加热的废液送入蒸发器蒸发浓缩,蒸汽靠压缩空气加热,蒸馏物(净化水)是通过逆向的热交换器排到收集罐。蒸残液被送往水泥固化处理车间水泥固化,1个标准200L桶用80L水泥固化120L蒸残液。
技术废物最小化效果是蒸发处理技术的浓
3
,缩因子为1去污因子为1每个低放废液蒸0,03
/发器的处理能力是4mh。
/在洛斯阿拉莫斯国家实验室,采用SGS废物减容约达CVL系统处理了大量污染土壤,
10∶1。
4.7 不同去污技术的应用
]文献[认为,适用于核设施退役去污的16多种技术已取得了重大进展,大多技术已实现了工业化应用。表6列出了这些技术的应用范围及其废物最小化效果。
)电抛光去污技术在德国核研究中心的1
17]
应用[
4.5 节能技术用于低水平放射性废水处理
核设施运行必将产生大量低放废水和极低放废水,太阳能加热空气载带处理排放低放废水技术是内陆核设施运行优先采用的处理技术之一。韩国在汉城南大田市原子能研究所内建
14]
,其原理是利用太阳能热量,使了处理装置[
废水缓慢蒸发,并依靠空气流动(机械鼓风)将汽化后的水蒸气随时混入空气中排向大气。处
33
/,/理能力为3最大蒸发量为1.000ma5mh。
通过该方法将退役反应堆内的设备和材料去污后最大限度再循环利用。主要装置为充
表6 去污技术
Table6 Techniuesofdecontamination q
待去污物项管道系统、设备
物项状态拆卸前拆卸后
适用去污方法化学去污机械去污电抛光化学浸渍喷砂超声波乳胶涂层
水池/水槽
液力喷射喷砂可剥离层
混凝土表面
机械法粗琢刮削打凿和破碎热应力法微波辐射火焰切割
构筑物去污,减少放射性混凝土废物,设施构筑物再利用可大幅减少放射性废物处置量
废物最小化效果
降低职业照射;可再循环利用设备去污的第拆卸前去污,
减少一次和二次放射性废物1步,
拆卸后去污,污染金属再循环利用,减少放射性废物
300
最大)电流的去污池,在去污池中加入6000A(
0
草酸可使设备和材料中的6Co等核素酸化后以离子形式沉淀下来而达到去污效果,这种方法的二次废物产生最小。
该技术的去污因子达到5在德国核0000, 研究中心将反应堆一回路系统(泵,管道等)约95%的废物被去污,60%物料解控,33%~35%通过熔炼处理后再循环利用。
)英国原子能署(开发使用的面向2AEA)
10]
社会服务的主要去污技术[
原子能科学技术 第45卷
5 总结与建议
总结上述内容,可看出欧美等发达国家已建立了一整套的放射性废物最小化的方法和技应尽快研究解决制约术。借鉴国外先进经验,
我国放射性废物最小化、有效实施和确保核工尽快使放射业可持续健康发展的措施和技术,
性废物最小化的方法和技术标准化、规范化是当前的重要任务之一。
,我国政府已制定和颁布了《循环经济法》要求废物最小化工作贯穿于各行各业的实际工作中。为了在我国切实实现放射性废物的最小化,当前应当重点从以下几个方面加强工作。)全员废物最小化意识的培养。如果没1
有全员的积极参与,未在员工中建立起废物最小化的强烈意识,废物最小化很难实现。废物管理的改进有赖于提高全体员工的安全文化素工艺系统和设备的安全运行以减少事故发养,
生和废物产生、负责地进行废物合理分类是最小化管理的第一步,可是让每个员工都养成良好的习惯绝非易事。
)通过对“规范、限值”等的研究,解决在2
我国实施废物最小化管理的软件条件,借鉴发达国家的先进经验,构建废物最小化的管理体系。研究可提供政府管理决策的废物最小化的研究解决废物最小化要求的各种限值条规范,
。件(如排放限值、再循环限值等)
)开展“程序、信息化、专家系统”的研究3工作,提出科学合理的、能够符合最优化要求的放射性废物最小化管理各个环节和不同阶段的并建立符合现代管理要求的信息化管理程序,
控制管理技术以及评价系统和决策系统。)放射性去污等废物最小化专用技术的4
研究必须加强。如尽快开展针对我国核工业特点的不同类型的放射性废液的贮存设施、大罐大量低水平放射性污染土壤的去污解体技术、
的去污处理技术等一些切实能大量减少放射性废物产生的实际需要的急用技术,满足核设施退役等废物最小化工作的需要。
)放射性测量在放射性废物最小化管理5
的各环节尤为重要,只有已知一种或一件物料是否被某种放射性核素污染及其污染水平,以及经处理后剩余的放射性后才能做到科学管理。因此,在执行废物最小化活动中,必须规范
()水力喷射去污技术。装置的喷射压力1
,/达到3流量只有196MPa0Lmin。AEA去污服务部应用此项技术成功地对核燃料容器污染、反应堆回路、废物包装桶表面污染去污。)电化学去污技术。A(2EA研发的电化
学去污装置可在低电流密度、室温下通过电解的方法对污染物料进行表面去污,特别是能够实现复杂结构污染物料的去污。该技术对不锈钢等污染物料实现了高效去污,已作为AEA的常规去污技术。
()泡沫去污、喷雾去污技术。该技术已3
成功应用于反应堆蒸发器去污、运输容器的表面污染、热室等深度去污。
)美国爱达荷国家实验室开发的湿法喷3
18]砂研磨去污技术[
该技术具有去污因子高,砂砾可循环使用、去污深度可控、可遥控操作等特点。
废物最小化效果:可有效去除各种涂敷和固定放射性污染物,使污染物料实现再利用或解控,采用湿法循环去污技术二次废物产生量少。爱达荷实验室得出的一定条件下不同研磨剂的去污因子列于表7。
表7 不同研磨去污剂去污因子测量值Table7 Decontaminationfactormeasurements
forvariousabrasives
研磨去污剂氧化硼磁性材料
铝
实测去污因子现场3~6 50~200250~4000
实验室4>6200~300
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术301
,Ener1998.of gy
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5卷第3期 第4011年3月 2
原子能科学技术Vol.45,No.3
Mar.2011
AtomicEnerScienceandTechnolo gygy
核设施运行及退役中的废物最小化技术
岳维宏
()中国原子能科学研究院科研生产处,北京 102413
摘要:核设施的运行及退役不可避免会产生放射性废物,废物管理的代价以及对公众、工作人员和对环境的危害取决于废物的数量及废物中所含的放射性核素,在核燃料循环过程中进行废物最小化管理是废物最小化已作为一项国策。本文介绍了放射性废物降低这些影响的一项必须的活动。在有些国家,
最小化的环境效益及核设施运行和退役过程中废物最小化的方法,重点介绍了已研发的部分有效的废物最小化技术。通过总结美国等发达国家的放射性废物最小化的经验,提出了如何在我国实现放射性废物最小化的建议。
关键词:放射性废物;废物最小化;核设施运行;核设施退役
()中图分类号:TL392 文献标志码:A 文章编号:10006931201103029309---
TechnoloiesforMinimizationofRadioactiveWaste g
DurinOeratinandDecommissioninforNuclearFacilities gpgg
YUE Weihon-g
(ChinaInstituteoAtomicEnerP.O.Box275-125,Beiin02413,China) f gy,jg1
:enerateAbstractItisinevitabletoadiverseraneofradioactivewastewhichhastobe gginasafemannertobeaccetabletotheandtheenvironmentdurinomanaedublic -pgpgp
,eratinanddecommissioninfornuclearfacilities.Thecostofwastemanaementthe ggg ,riskstotheandemloeesandthedetrimenttotheenvironmentaredeendentublic ppypontheuantitandradioactivecontentofthewasteenerated.Wasteminimizationisa qyg necessaractivitneededtoreducetheimactfromnuclearfuelccleoerationsanditis yypyp olicincludedinthenationalinmanacountr.Theenvironmentalbenefitsandthe pyyy
,methodsfortheradioactivewasteminimizationwereintroducedandtheresultfultech -’,niuesthathadbeendeveloedintheworldweremainlsmoreresented.What qpyp throuhsummarizintheachievementsandexeriencesoftheradioactivewasteminimi -ggp
,zationfrom U.S.A.andotherdeveloedcountriestheforwardhowtobrinaeruts pgpppaboutradioactivewasteminimizationinChina.
:;;;Kewordsradioactivewastewasteminimizationnuclearfacilitoerationnuclearfa -ypy cilitdecommissioninyg
;收稿日期:修回日期:2010010620100211----
,作者简介:岳维宏(男,甘肃会宁人,研究员级高级工程师,博士研究生,辐射防护及环境保护专业1967—)
294
废物最小化最早是由美国提出。国际原子能机构放射性废物最小化的定义是使放射性废物的体积和重量合理可达到的最少化,以及废物中包含的放射性核素合理可达到的最少
2]
。废物最小化是国际原子能机构确定的放化[
3]
。射性废物管理的主要原则之一[
[1]
原子能科学技术 第45卷
减少源项、废物的再循方法主要包括优化管理、环、再利用、减容处理等。
)优化管理1
优化管理是实现废物最小化的重要措施,其内涵丰富,主要包括制定和执行法规、标准;严格废物分类,分出免管废物,对经过处理后达到清洁解控水平的废物解脱控制;建立废物处理处置文档和数据库;建立分区管理、质量控制体系、应急体系;加强培训,使员工熟悉工艺过程、重视废物最小化、提高安全文化素养等。
)减少源项2
减少源项是实现废物最小化重要和有效的做法。从源头抓起,避免废物产生,例如:严格按规章制度操作,避免污染事故发生;严格分类管理废物,防止交叉污染;淘汰废物产生较多的发展遥控操作技术;严格控制进入污落后工艺,
染区的材料、工器具等。
)废物的再循环、再利用3
当放射性废物已不可避免地产生,则应通使废物尽可能地再利用和再循环。过适当处理,
实行再循环和再利用,应进行代价-利益分析,衡量在经济上是否有意义。
)减容处理4
对于不可再循环再利用的废物应作减容处理。减容处理的方法很多,最重要的有去污、焚烧、压缩、废金属熔融处理及破碎切割等。
以上4种废物最小化方法的代价和效果不尽相同,优化管理是废物最小化投资最少、效果最明显的方法,其次是减少源项方法,再其次是废物再循环、再利用及废物减容处理。
必须强调,废物最小化并不是一味追求废它必须是代价和利益优化的结果。物最少,
核燃料循环2000年,IAEA出版的技术文件《设施废物流中物料和组件的再循环和再利
[4]
用》中也强调了再循环和再利用的优化以及
放射性废物最小化意义明显,主要表现在:)对人类健康和环境有利,对当代和未来的人1
们有益,有重要的环境和社会效益,有利于核事)减少企事业单位处理和处置业的持续发展;2废物的负担,有重要的经济效益;3)促进文明生产和科学管理水平的提高。废物最小化是以进而减少减少废物的数量和毒性为核心内容,其处理与处置成本。
中华人民共和国放射性污2003年颁布的《染防治法》中提出核设施营运单位、核技术利用单位、铀(钍)矿和伴生放射性矿开发利用单位,应当合理选择和利用原材料,采用先进的生产工艺和设备,尽量减少放射性废物的产生量。
废物最小化是发展循环经济的主要条件之中华人民共和国循环经济一。2009年颁布的《促进法》中明确规定:循环经济要求以资源的高效利用和循环利用为核心,以减量化、再利用、资源化为原则,采取各种有效措施,以尽可能少取得最大的资源消耗和尽可能小的环境代价,的经济产出和最少的废物排放,实现经济、环境和社会效益相统一。
1 实现废物最小化的方法
1.1 废物最小化的基本要求
放射性废物最小化贯穿于以有效减少废物产生和降低环境影响的广泛全面的废物管理和安全意识的整个过程。它始于核设施的设计,终于核设施的退役。涉及到设计、采购、建造、调试、试运行、运行、关闭、退役等全过程,废物最小化的基本要求是指将实践中产生的放射性废物的量和活度降低到可合理达到的尽量低的水平。执行废物最小化项目必须有政策支持(必须建立相应的废物最小化政策,以作为协同,计划执行过程中采取必要措施的政策基础)废。物最小化必须是“政府主导、公众参与”1.2 实现废物最小化的主要方法
在核设施运行及退役过程中的废物最小化
废物管理优化。
2 国内外废物最小化现状
2.1 美国放射性废物最小化实践
美国1976年制定的联邦政策资源保护与回收法(中就包含有废物最小化的内RACR)容,在RACR中明确规定了逐级行政管理废物并达到废物最小化的要求。美国1990年制定
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术295
全面知道污染防治计划、要求、目标;2)告诉员工汉福特特别的环保方面的问题;3)培训员工)使员工认识到只有努力污染防治的责任心;4通过污染防治才能改善环境条件;5)采取一些鼓励措施,激励员工投入污染防治等。
爱达荷国家实验室是美国核能、核军工科研生产的重要基地之一。为实现废物最小化要求,开发了一套全员废物最小化意识建立和培培训课程制成光盘发放;通过实事通讯训计划,
发放宣传册和在团体组织的一些活动中宣传、
广泛进行宣传。对主要工作和核设施配备有废物最小化监督协调人员,要求每一项工作任务和活动必须明确废物最小化的要求,工作方案和程序必须进行审查以确保此项工作包含执行废物最小化的工作。爱达荷国家实验室退役项
10]
目废物减量化的常规方法和措施[如下:
的《污染防治法》更加强化了废物最小化的要求,强调只要可行,就要尽可能减少废物的源项。美国国家环保局编制的《废物最小化评价手册》规定了一套系统性的、能够有效组织的、持续努力的程序来实施废物最小化。另外,美国环保局颁布的《废物埋藏处置限值》中强烈鼓励实施废物最小化,限制不加处理就直接土地
1]
。埋藏处理有毒废物[
美国能源部作为美国核武器和核能技术研负责实施管理和处理其所属机发的管理部门,
构产生的放射性废物。能源部的废物减量化政策要求所有能源部所属的组织通过减少源项和实施废物再循环再利用后减少废物产生的数量和处置的数量。能源部废物最小化实施要求所有的运行核设施和机构:1)制定一套全面的有明确废物最小化的目标、程序和计划;2)建立废物流向跟踪管理方法及系统;3)确定每个设施实施废物最小化的方法和技术;4)建立废物)遵守联邦政府、州政最小化员工意识培训计划;5府的管理规定,遵守能源部废物最小化的要求。
[]
美国能源部D要OE54001.15条令规定,
)通过如对混凝土去污染热点和污染设备解1
体最大限度地分开放射性材料和清洁材料;)个人防护设备的重复使用;23)非污染钢材
)将污染土壤填入废物最大限度再循环利用;4包装箱中的剩余可用空间;5)使用高效过滤的净化装置防止退役活动中气溶胶的污染扩散;)详细阐明工作程序已达到首先分离污染物6
)设备等的表面项并最大限度减少交叉污染;7)要求使用无毒去污剂以防止有害或混合去污;8废物产生等。
另外,对废物最小化实施进行检查和质量保证控制。
在爱达荷国家实验室,污染预防可能性评)价(是废物最小化的第一步,污染预防PPOAs可能性评价是用于评价每一项工作和任务中如何减少污染源项的可能性;污染预防部门(每季度要形成废物最小化报告,报告废PPU)
物最小化的进展情况。
美国能源部下属的所有其他核武器研究实验室和民口实验室均要求严格执行废物最小化政策。如在萨凡那河国家实验室甚至将废物最小化工作作为考核领导业绩的重要内容之一。
1
2.2 法国废物最小化实践1
[]
求对每个营运单位每年进行最小化审查,并规定每3年要对废物最小化计划进行升级修订。美国核管会发布了低放20世纪80年代,
废物政策法,对废物处置有最小化的严格要求,处置费用大幅提高,迫使核电厂重视废物最少化。1美国核电厂沸水堆和压水堆固体995年,
[]
//废物的体积分别约为1980年的19和1176。
美国汉福特厂址是美国军工生产的最重要的厂址之一,面临军工遗留的大量核设施退役、放射性废物处理的问题。美国能源部根据每年对汉福特厂址下DOE54001.1条令规定,
达废物最小化的目标。在下达的计划中,明确规定了各种废物减量、再循环利用等的数量要根据这个计划,汉福特厂址运营求和管理要求,
者制定废物最小化计划,同时,汉福特运营者每年要向能源部提交废物最小化报告,能源部每
]79-
。年要对废物最小化工作进行认真的审查[
为实现废物最小化目标,汉福特厂址除了采取各种废物减量措施和技术外,特别强调了认为员工的废物员工废物最小化意识的培养,
防治意识是废物最小化实现的关键环节之一,具体管理体现在以下几个方面:1)让每个员工
法国高度重视废物最小化,在前处理方面,重视贫化铀的再利用,采取了以下两项措施:)用激光技术处理贫化铀,将其富集成1
供制造燃料元件使用;4%的低浓铀,
296
)将贫化铀同较高富集度的铀混合,制造2核燃料,或将贫化铀的U同F6转变为U3O8,PuO2一起制造混合氧化物燃料。
在后处理方面,法国采取了很多有效措施,)提高铀、如:钚回收率,达到9减少排19.88%,)停止用沥青固化法处理中放浓出的放射性;2)将水泥固化废包壳和端头部件改为超缩物;3)扩大焚烧的应用;高压缩处理;45)实行废金如用来制造屏蔽体和废物包属的熔炼再利用,装容器等。
2.3 其他国家废物最小化
德国在1促进废物循环利用994年了颁布《。日和保障合乎环境承受能力的废物处理法》本从2颁布了一系列与此0世纪90年代开始,《有关的政策法律,诸如,日本资源有效利用促、《进法》日本促进包装容器的分类收集和循环、《、《利用法》日本特定家用电器再商品化法》日和《日本促进建立循环本报废汽车再生利用法》。型社会基本法》
2.4 国内废物最小化管理现状
废物最小化管理在我国是近年来提出的新课题,但缺乏系统的经验,从现有的零星经验中可看出它的巨大潜力。未来几年要初步实现放射性废物最小化的科学管理,在执行政策、规范方法研究、安全意识教育、污染物料去污及减容环境整治安全目标的优化、过程的目标管理、α废物的全过程管理、废物监测技术以及极低放废物的填埋处置等方面将必须取得实质性进展。
我国放射性废物最小化管理最早是在大亚湾核电站审管过程中接触到的一个命题。由于世界核电站运营者组织(每年都要公WANO)布核电站运行数据,放射性固体废物产生量曾被列为1因而形成了改0项主要运行指标之一,进废物管理的强大压力。大亚湾核电站的运营者首先醒悟到了废物最小化可给企业带来利他们实行逐年的目标管理成绩显著。由于益,
重视并在实践中努力实施废物最小化原则,从废物的源头控制、处理工艺、测量估算技术和监大亚湾核电站自1督管理等方面不断改进,994年投产以来,放射性固体废物产生量连年下降,
3
,约为12002年每台机组减少到63.5m995年
3
的5达到法国同类核电机组的先进127m0%,
原子能科学技术 第45卷
3
,累计的放射性固体废物产生量为1563.51m
仅为设计值的1废物货包符合安全处置的8%,
12]
。标准和要求[
3 放射性废物最小化技术
3.1 固体废物整备技术
)压缩及超压技术。低压压缩机,一般指1压力只有几吨的压缩机,废物的减容系数可达超级压缩机,一般指压力超过到2~5倍;
级的压缩机,废物减容系数可到6~11000t0
倍。超级压缩机可压缩的物料种类包括了金属管道等低压压缩机不能压缩的废物。国外固体废物压缩技术广泛应用,有些国家(如美国)提供移动商业服务。
)碎化技术。碎化被污染的纸张、工作服2
和塑料废物能够减少废物体积达到十分之一。)切割技术。对不再具有去污和再利用3
价值的被污染的硬件设备、管道等,除了采用传统的锯切割外,一些特殊的切割技术,如氧乙炔等离子弧切割技术等可采用,切割处理后切割、
的小废物将会大量减容。
)熔融技术。熔融技术是金属部件去污5
和废物最小化的有潜力的方法。通常,熔融将放射性污染物转入熔渣中,而金属获得再循环利用。但目前的熔融技术费用较高,因此,工业化应用还需要做工作。
)焚烧技术。如果在源头上能将废物很6
好地分类,焚烧技术是处理可燃废物最佳的选择,据估计,科研院所在科学实验过程中产生的放射性散料废物有一半多是可焚烧固体废物。焚烧处理废物的减容比可达到100∶1或更高。相比其他处理技术,焚烧处理废物费用高些。3.2 去污技术
IAEA第401号技术报告介绍了核设施去
13]
。该报告明确污与退役废物最小化的技术[
指出,选择去污技术的原则是作业产生的放射性废物量在考虑安全与经济因素的基础上最少。有若干去污技术可同时作为核设施退役和设备去污的技术支持。
适用于金属性材料的放射性去污技术和方法主要分化学去污法和机械去污法。化学去污法是使用去污剂通过与去污物项接触溶解被污染的金属基体或覆盖在金属上的污染层实现去
水平;从1两台机组994年到2002年的9年间,
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术297
表1 SEG制定的金属再循环放射性限值Table1 SEGradioloicalcriteriaformetalrecclin gyg
放射性水平
废物
表面污染或活化金属
(·h-1)剂量率/Sv平均,无遮蔽)0-4(≤5×1
平均)0-6(≤5×1
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
3 14
-1)/(·g平均浓度1)Bq
污,开发了泡沫浸泡、乳胶涂层剥脱等技术;机械去污法属于物理方法,已发展了包括清洗、擦洗等技术,机械去污还包括干法或湿法喷射技术和喷砂研磨去污技术等。另外,包括化学浸渍技术、电化学技术、电抛光技术、生物或超声波方法等去污新技术也有不同程度的发展。3.3 放射性废液处理技术
处理放射性废液是将废液转化为固体废物以便采用更方便的方法或去除废液的放射性,进行处置。
)沉淀。对于悬浮于液体废物中的含放1
射性的颗粒物通过沉淀池沉淀,简单有效。特别是絮凝沉淀,效果更好。它常用作大体积废液预处理。
)蒸发。蒸发技术是最常用,也是处理效2
率最高的处理中低放射性废液的方法。蒸发器
4。也有多种类型,单级蒸发器的去污因子可达10
4≤7..37≤01≤1..0037≤0 70≤3需专门审批
7≤3需专门审批
HCI
129
226
仅适用于DRa(OE)对于商业化的)Ra(
TRU
226
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
)过滤/超级过滤。过滤技术用于去除废3
或可作为离子交换液中的细小的粒子放射性,
的前处理。因自然的过滤速度较慢,通常采用加压、抽真空方法加快处理速度。典型的过滤材料有经压缩处理的纸材、人造纤维或瓷土等。)反渗透。反渗透膜技术是应用半渗透4
性膜将进料中的水(溶剂)和溶质离子(或小分子)分离,从而达到纯化和浓缩的目的来处理废单个系统的去污因子为1液。一般,0~100。该技术中,渗透膜的堵塞是处理效率降低的主要因素。
)离子交换。离子交换包括有机离子和5
无机离子交换。离子交换的去污因子可达
24
。但这种技术处理存在胶体、去污剂、100~1
溶解的有机物的废液时,由于树脂的堵塞等造
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
表2 SEG制定的放射性金属熔融减容处理放射性限值
Table2 SEGradioloicalcriteria greducinvolumeofmetalfor g
放射性水平
废物
表面污染或活化金属
(·h-1)剂量率/Sv平均,无遮蔽)0-4(≤5×1
平均)0-6(≤5×1
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
60
-1)/(·g平均浓度1)Bq
700≤3 850≤1 4≤737≤0.1≤1.0037≤0. 7≤3需专门审批7≤3.需专门审批
CoCs
137
3 14
HCI
成处理的难度增加。
129
4 废物最小化技术应用的实例
4.1 金属放射性废物熔炼处理技术
美国橡树岭国家实验室生态环境科学部(设计了1套熔融炉处理装置处理低水平SEG)
10]
,放射性污染的金属[该装置核心设备是一重、高效和自动化程度较高的感应20t7.2MW、
炉,其工作温度可超过1650℃。 SEG制定的金属再循环和熔融减容的限值条件分别列于表1和2。
226
(仅适用于DRaOE)(对于商业化的)Ra
TRU
226
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
该技术废物最小化效果是经熔融处理,放射。性炉渣约是总重量的3平均减容比约为%,20∶1
298
4.2 超级压缩机用于减容处理放射性固体废物
超级压缩机已在德国、美国、法国有成熟的产品,它是公认的固体废物减容的有效方法之一。中国原子能科学研究院、大亚湾核电站等已分别从国外引进超级压缩机。美国橡树岭国家实验室SEG开发了3种类型的超级压缩机以处理不同的废物
[]10
原子能科学技术 第45卷
表4 使用超级压缩机压缩处理废物的减容因子Table4 Volumereductionfromsuercomaction pp
废物材料金属碎废料重混合废物塑料材料轻混合废物
体积减少因子
4~5 3.5~5 2~3 2.5~3.5
(·m-3)压缩饼密度/kg
3200~4000 1600~2400 800~1120 800~1280
,这3类超级压缩机分别如下。
第1类,处理金属或金属性的固体废物。此超级压缩机具有5压强000t级的压力, 。压缩机处理废物的程序是,先将经34.5MPa
然后将薄饼再装预压的金属废物桶压成薄饼,
入废物容器固定、检测、确认、封装、称重、标记、养护后送处置场处置。
第2类,用于处理钚污染废物和其他超铀。T废物(TRU)RU压缩机具有1000t级的
压力。
第3类,可移动式的压缩机。主要用于特殊场所或就地压缩处理废物。
SEG制定的放射性废物压缩减容处理的放射性限值列于表3。
[0]
表3 SEG放射性干废物压缩的放射性限值1
该技术废物最小化效果是超级压缩机可达)到减容比(每小时处理量可达26~10∶1,0个
桶装废物。
4.3 放射性废物焚烧处理
萨凡那河国家实验室设计建造的旋转炉式
10]
。焚烧装置用于处理固体和液体放射性废物[
焚烧炉的功率为5275kW。初级炉腔的温度 是8二级炉腔的运行温度是970℃,80℃。焚烧炉二次废物是过滤器、灰烬和污染处理、操作等产生的废物。
此焚烧炉主要用来处理液态和固体放射性和有毒废物。要求焚烧处理的废物容器的表面/最大剂量率不能超过100μSvh。
该技术废物最小化效果是废物减容比可达(。包括焚烧后废物的处理)20∶1
美国能源部制定的焚烧处理放射性废物的限值列于表5。
表5 美国能源部制定的可燃处理的含放射性的
10]
油类和液体废物的限值[
Table3 SEGradioloicalcriteria g
0fordractivewastecomaction1 yp
[]
放射性水平
包装体的辐射水平/(距包装体Svh≤2m
可去除的表面污染
/32kB100cm≤1q
2(对
、γ发射体)β
2(/表面1m处的剂量率)≤1对α发射体)3.2kB100cmq
放射性核素限值
(每个包装体的放射性核素浓度不能超过下列组或单个限值)
核素
大于5年半衰期总放射性
(不包含下列核素)
)其他混合裂变和活化产物(Z<84
232
3/2.7kBcm≤3q3/5kBcm<6.q3/9.6kBcm<1q
Table5 Radioloicallimits g
0
forbothburnableoilandaueousliuids1 qq
[]
放射性水平
每个包装体的放射性水平/(距包装体Svh≤2m
可去除表面污染
2(/、对β7kB100cm≤3γ发射体)q
平均浓度
3/7kBcm<3q
2(/表面1m处的剂量率)≤3.对α发射体)7kB100cmq
放射性核素限值
核素
总放射性(不包含下列核素)
3 14
平均浓度1)/85kBmL≤1.q
/11BmL≤1q/7BmL≤3q/7B100mL≤3.q/7BmL≤3q需专门审批/7BmL≤3.q
需专门审批
Th
38金属或氧化2Pu
226
HCI
Ra需专门审批/70B≤3qg需专门审批
12999
TRU
含其他特殊核素的材料1)
TcRa
226
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含21U2U3U3U 注:
TRU
含其他特殊核素的材料2)
)包装体内放射性平均值1 注:
经S使用超级压缩机压EG工程应用实践,缩处理废物的减容因子列于表4。
333535 、 或2 和2 混合的材料)包括含22U2U3U3U
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术299
该技术废物最小化效果是,总净化系数
53
(,蒸发净化系数>1大气稀释倍数DF>1002);约为1废水浓缩倍数1000倍。
4.4 放射性废液蒸发处理
在德国卡尔斯鲁厄国家研究中心运行有两套处理低放废水的蒸发装置,有一套处理中放
10]
。废液的处理装置[
4.6 放射性污染土壤处理技术
在洛斯阿拉莫斯国家实验室,开发了放射/,性污染土壤恢复系统(该系统包括SGSCVL)两个功能:1)去除污染土壤中的放射性成分,通过传送和探测器系统将污染土壤从非污染土)能够将放射性核素从污染土壤壤中分拣出;2
15]
。中滤除[
蒸发器使用强迫循环和压缩空气技术,通过逆流加热器加热的废液送入蒸发器蒸发浓缩,蒸汽靠压缩空气加热,蒸馏物(净化水)是通过逆向的热交换器排到收集罐。蒸残液被送往水泥固化处理车间水泥固化,1个标准200L桶用80L水泥固化120L蒸残液。
技术废物最小化效果是蒸发处理技术的浓
3
,缩因子为1去污因子为1每个低放废液蒸0,03
/发器的处理能力是4mh。
/在洛斯阿拉莫斯国家实验室,采用SGS废物减容约达CVL系统处理了大量污染土壤,
10∶1。
4.7 不同去污技术的应用
]文献[认为,适用于核设施退役去污的16多种技术已取得了重大进展,大多技术已实现了工业化应用。表6列出了这些技术的应用范围及其废物最小化效果。
)电抛光去污技术在德国核研究中心的1
17]
应用[
4.5 节能技术用于低水平放射性废水处理
核设施运行必将产生大量低放废水和极低放废水,太阳能加热空气载带处理排放低放废水技术是内陆核设施运行优先采用的处理技术之一。韩国在汉城南大田市原子能研究所内建
14]
,其原理是利用太阳能热量,使了处理装置[
废水缓慢蒸发,并依靠空气流动(机械鼓风)将汽化后的水蒸气随时混入空气中排向大气。处
33
/,/理能力为3最大蒸发量为1.000ma5mh。
通过该方法将退役反应堆内的设备和材料去污后最大限度再循环利用。主要装置为充
表6 去污技术
Table6 Techniuesofdecontamination q
待去污物项管道系统、设备
物项状态拆卸前拆卸后
适用去污方法化学去污机械去污电抛光化学浸渍喷砂超声波乳胶涂层
水池/水槽
液力喷射喷砂可剥离层
混凝土表面
机械法粗琢刮削打凿和破碎热应力法微波辐射火焰切割
构筑物去污,减少放射性混凝土废物,设施构筑物再利用可大幅减少放射性废物处置量
废物最小化效果
降低职业照射;可再循环利用设备去污的第拆卸前去污,
减少一次和二次放射性废物1步,
拆卸后去污,污染金属再循环利用,减少放射性废物
300
最大)电流的去污池,在去污池中加入6000A(
0
草酸可使设备和材料中的6Co等核素酸化后以离子形式沉淀下来而达到去污效果,这种方法的二次废物产生最小。
该技术的去污因子达到5在德国核0000, 研究中心将反应堆一回路系统(泵,管道等)约95%的废物被去污,60%物料解控,33%~35%通过熔炼处理后再循环利用。
)英国原子能署(开发使用的面向2AEA)
10]
社会服务的主要去污技术[
原子能科学技术 第45卷
5 总结与建议
总结上述内容,可看出欧美等发达国家已建立了一整套的放射性废物最小化的方法和技应尽快研究解决制约术。借鉴国外先进经验,
我国放射性废物最小化、有效实施和确保核工尽快使放射业可持续健康发展的措施和技术,
性废物最小化的方法和技术标准化、规范化是当前的重要任务之一。
,我国政府已制定和颁布了《循环经济法》要求废物最小化工作贯穿于各行各业的实际工作中。为了在我国切实实现放射性废物的最小化,当前应当重点从以下几个方面加强工作。)全员废物最小化意识的培养。如果没1
有全员的积极参与,未在员工中建立起废物最小化的强烈意识,废物最小化很难实现。废物管理的改进有赖于提高全体员工的安全文化素工艺系统和设备的安全运行以减少事故发养,
生和废物产生、负责地进行废物合理分类是最小化管理的第一步,可是让每个员工都养成良好的习惯绝非易事。
)通过对“规范、限值”等的研究,解决在2
我国实施废物最小化管理的软件条件,借鉴发达国家的先进经验,构建废物最小化的管理体系。研究可提供政府管理决策的废物最小化的研究解决废物最小化要求的各种限值条规范,
。件(如排放限值、再循环限值等)
)开展“程序、信息化、专家系统”的研究3工作,提出科学合理的、能够符合最优化要求的放射性废物最小化管理各个环节和不同阶段的并建立符合现代管理要求的信息化管理程序,
控制管理技术以及评价系统和决策系统。)放射性去污等废物最小化专用技术的4
研究必须加强。如尽快开展针对我国核工业特点的不同类型的放射性废液的贮存设施、大罐大量低水平放射性污染土壤的去污解体技术、
的去污处理技术等一些切实能大量减少放射性废物产生的实际需要的急用技术,满足核设施退役等废物最小化工作的需要。
)放射性测量在放射性废物最小化管理5
的各环节尤为重要,只有已知一种或一件物料是否被某种放射性核素污染及其污染水平,以及经处理后剩余的放射性后才能做到科学管理。因此,在执行废物最小化活动中,必须规范
()水力喷射去污技术。装置的喷射压力1
,/达到3流量只有196MPa0Lmin。AEA去污服务部应用此项技术成功地对核燃料容器污染、反应堆回路、废物包装桶表面污染去污。)电化学去污技术。A(2EA研发的电化
学去污装置可在低电流密度、室温下通过电解的方法对污染物料进行表面去污,特别是能够实现复杂结构污染物料的去污。该技术对不锈钢等污染物料实现了高效去污,已作为AEA的常规去污技术。
()泡沫去污、喷雾去污技术。该技术已3
成功应用于反应堆蒸发器去污、运输容器的表面污染、热室等深度去污。
)美国爱达荷国家实验室开发的湿法喷3
18]砂研磨去污技术[
该技术具有去污因子高,砂砾可循环使用、去污深度可控、可遥控操作等特点。
废物最小化效果:可有效去除各种涂敷和固定放射性污染物,使污染物料实现再利用或解控,采用湿法循环去污技术二次废物产生量少。爱达荷实验室得出的一定条件下不同研磨剂的去污因子列于表7。
表7 不同研磨去污剂去污因子测量值Table7 Decontaminationfactormeasurements
forvariousabrasives
研磨去污剂氧化硼磁性材料
铝
实测去污因子现场3~6 50~200250~4000
实验室4>6200~300
第3期 岳维宏:核设施运行及退役中的废物最小化技术301
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