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核电厂放射性废物处理技术的应用

 论文栏目:放射论文     更新时间:2016-09-19 13:45:48

  摘要:随同着核能作为清洁能源技术的应用和开展,放射性三废的处置技术不断是各国研讨的热点。文章综合引见了核电厂产生的各种放射性废物的来源、分类、组成、特性,同时归结总结了目前国内外核电厂主要采用的各类放射性废物的处置办法及核电厂典型的三废处置工艺流程,指出多种处置技术的结合运用将获得更好的效果,同时也是今后放射性三废处置技术的研讨和开展方向。

  核能的开展与战争应用是20世纪科技史上最出色的成就之一,在核能应用中,核电厂的开展相当疾速,已被公以为一种经济、平安、牢靠、洁净的能源。但是,核电站除了产生普通废物外,还会产生特有的废物——放射性废物,按其自然形态划分为气体废物、液体废物和固体废物。放射性废物对人类具有很大的危害性。

  在核电厂反响堆运转过程中,源项主要有三类:一类是裂变产物,另一类是活化和腐蚀产物,还有一类是少量的α核素。一切这些裂变产物和活化产物在冷却剂的下泄和净化过程中都将进入到放射性废物中。在核电站的设计中必需尽可能做到废物最小化,用最科学的办法对废物进行处置,将废物对人类的危害降至最低。

  1 放射性气体废物主要处置技术

  1.1 核电厂废气主要组成

  核反响堆正常运转期间(包括预期运转毛病)所释放的气体流出物中所含的放射性物质主要包括反响堆本体一回路的裂变产物(如氙、氦等)和放射性微粒、碳-14、氚、中子映照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。反响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。

  1.2 放射性废气主要处置办法

  核电厂放射性废气的主要处置办法如表1所示:

  1.3 典型的放射性废气处置流程

  核电厂放射性废气处置系统大多采用活性炭延迟技术,与加压储存工艺相比,其设备少、投资省。处置原理: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用,当气流经过活性炭时,氪、氙优先被活性碳吸附而与载气氮和氢别离,被吸附的氪和氙还会从活性炭解析,构成不时吸附、解吸的均衡过程。经处置后废气再经过通风系统的吸附过滤器和高效过滤器,最后经过烟囱排入环境。其处置流程如图1所示:

  图1 放射性气体废物处置流程

  2 放射性液体废物主要处置技术

  2.1 核电厂废液主要组成

  核电厂废水中,含有的重要核素是58Co、60Co、137Cs、90Sr、3H等。核电厂放射性废液类型通常分为化学废液、工艺废液、空中排水、洗濯废液、去污废液、其他废液等。

  2.2 放射性废水主要处置办法

  常用的放射性废液的处置办法有化学沉淀法、离子交流法、吸附法、蒸发浓缩法、膜处置法等,依据不同的废液类型选择不同的处置办法。废液主要处置办法归类如表2所示:

  2.3 典型的核电厂放射性废液处置流程

  核电厂放射性废液处置系统通常采用化学絮凝、深床活性炭过滤、离子交流等办法的组合来处置废水。该工艺克制了国内蒸发法能耗大,厂房占地多、处置费用高等缺陷,该工艺在美国已有超越17家核电厂的运转经历。处置所需串联的离子交流树脂床数量由运转人员依据保证足够净化才能又不产生过量废树脂的准绳肯定。各安装的去污因子如表3所示:

  典型的核电厂放射性废液处置流程如图2所示:

  图2 放射性液体废物处置流程

  工艺废液首先经过加药单元,本单元添加高分子絮凝剂与调整恰当的酸碱值,藉由电性中和使废液中微细胶体颗粒核素(Co、Ag、Cr、Mn、Fe等)凝集构成较大的胶羽。随后经过活性炭床,主要过滤去除絮凝后产生的较大颗粒活素、Co、Ag、Cr、Mn、Fe等细小胶体物质与其他核素、微细悬浮固体等。活性炭床装填多种粒径的活性炭,除了去除普通的悬浮固体外,还可过滤对下游离子交流树脂有害的物质,例如油脂、有机物。

  经过前面两道工序处置后的工艺废液与地排废水一并经过前置过滤器,过滤器装置在离子交流树脂床上游,用于截留工艺流中粒径超越25微米的杂质颗粒。离子交流床内填充不同类型的树脂,以满足不同的处置需求。放射性离子交流到离子树脂上,进一步降低废水放射性,使废水得到净化。后置过滤器装置在离子交流树脂床下游,用于搜集树脂碎片等颗粒物质,防止排出。

  经处置后的废水进入监测排放箱储存、排放,处置后水质能满足国度排放规范。排放总管线上设有辐射监测仪,在废水放射性超越规范限值时报警并自动终止排放。化学废液处置原理与之相似。

  3 放射性固体废物主要处置技术

  3.1 核电厂固体废物主要处置办法

  核电厂产生的放射性固体废物品种繁多,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、可紧缩干废物、不可紧缩干废物、大件废弃设备等。我国曾经开发的放射性固废处置工艺很多,其主要处置办法可归结如表4所示:

  3.2 典型的核电厂放射性固废处置流程

  核电厂放射性固体废物处置系统主要的处置物项有可紧缩废物、不可紧缩废物、HVAC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,其系统的处置工序主要为分拣、烘干、预紧缩(挤压)、超级紧缩、灌浆等,处置后构成200L的产品桶。200L产品桶再经过检测、擦拭去污后送至暂存库寄存,经过一定年限暂存以后,这些废物桶将运至特地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,最后送至暂存库寄存。不同品种的废物采用不同的处置工序,其各种废物详细的处置工序如图3所示:

  图3 放射性固体废物处置流程   核电厂产生的不可燃废物、可紧缩废物、废过滤器芯等运用超级紧缩机进行紧缩,超压机由液压站提供一个可变力(4000~15000kN),将废物桶压成压饼。压饼在高度上被紧缩到原来桶高的1/10~1/5(取决于废物的内容物和压实度),减容效果优良,到达废物最小化效果。装有压饼或不可紧缩废物的桶,在水泥灌浆站灌浆,最终废品桶送至暂存库寄存。

  挪动式处置安装把废物处置各设备严密布置装置在1台大型集装箱卡车上,能够平安、便当地开往废物产生单位进行效劳,且设置平安牢靠的物料接口,能完成平安进料和排料以及装备其正常运转所需求的电、热、气、风等接口。

  湿废物经过挪动式处置安装处置后产生的浓缩液,经过蒸发造粒,采用固化方式处置,固化后减容效果佳,且能彻底安定化处置,与废树脂湿式氧化后的废浆共同固化则减容效率能够再加倍。

  4 结语

  虽然相关科学研讨不时获得停顿,但是放射性废物的处置和处置依然是世界一大难题。各种处置技术各有优缺陷和适用范围,因而,在工程实践应用中必需依据各类废物中放射性元素的品种、放射性比活度的上下、废物量的大小及处置后需求满足的请求等,综合思索一种或几种办法结合运用,并在实践应用中及时反应经历,持续改良,以期到达理想的处置效果,并为放射性废物的最终处置发明良好条件。

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