放射性固体废弃物的处理.ppt

放射性固体废弃物的处理 2020 4 8 1 Part1 放射性基础知识 Part2 放射性固体废弃物基础知识 Part3 放射性固体废弃物安全处置技术 Part4 总结 CONTENTS 目录 2020 4 8 2 核爆炸 核电站 2020 4 8 3 放射性 所谓的放射性是指原子核自发地放射出射线的现象 这些原子核处于不稳定状态 在其发生核转变的过程中 自发地放出由粒子或光子组成的射线 并辐射出原子核里的过剩能量 同时本身转变成另一种核素或成为原来核素的较低能态 常见的射线有 射线 其所放出的粒子或光子 会对周围介质或机体产生电离作用 造成放射性污染或危害 有时放射性也称为电离辐射 2020 4 8 4 放射性 放射性核素 能自发地放射出射线的核素也称为放射性核素 以前常称为放射性同位素 也叫不稳定核素 目前已发现的放射性核素近2500种 分类 人工和天然 天然60多种 多为人工 2020 4 8 5 放射性固体废物 2020 4 8 6 放射性固体废弃物 放射性固体废物 又称核固体废物 是指任何含有放射性核素或被其污染的固体物质 其中放射性核素的浓度或活度水平超过主管部门确定的豁免值 而且这些物质在可预见的将来无可利用 不包括未处理的乏燃料 注 乏燃料 核燃料在反应堆中使用时 由于易裂变核素的消耗 裂变产物及重核素的生成 引起燃料反应性的变化 最终使反应堆不再能维持临界 因此核燃料使用到一定程度必须更换 经反应堆辐射后卸下的燃料也称为乏燃料或辐照过的燃料 2020 4 8 7 放射性固体废物的来源 核固体废物 核燃料循环 非核燃料循环 后端 前端 1 放射性同位素生产和应用 2 医疗 科研 教育 工业和农业等部门应用放射性物质 3 核设施退役 2020 4 8 8 2020 4 8 9 放射性固体废物安全处置技术 预处理 处理方法 处理 整备 废物处理 处置方法 低 中放和极低放废物处置 高放废物处置 其他 安全运输 暂时贮存 2020 4 8 10 预处理 目的 1 减少有待进一步加工处理和处置的放射性废物的量 2 调整需要处理 整理和处置的放射性的性质 使其更易加工处理和处置 2020 4 8 11 AMET 01 收集 AMET 03 去污 AMET 02 分拣 AMET 04 回取 预处理 2020 4 8 12 预处理 收集 所有的放射性废物必须分类收集 如果可能 应根据本底辐射水平 在废物产生时检测其放射性含量 否则 应将废物放入合适的容器中送到中心检测站进行监测 分拣 1 把非放射性物质或成分从放射性废物中分拣出来2 根据要求把放射性废物按标准进行恰当分类 2020 4 8 13 预处理 去污 把放射性核素从不希望其存在的部位全部或部分除去方法一般为机械 物理法 化学法 电化学法 熔炼法 利用擦 刷 磨 刮 削 刨 共振等机械作用除去表面的锈斑 污垢或表面涂层 氧化膜层 用浓的或稀的化学溶剂与污染的部件相接处 以溶解带有放射性核素的污染物 油漆涂层或氧化涂层达到去污的目的 在含有电解液的槽中 污染物做阳极 电解液做阴极 通过高密度电流100 2000A 不断更新电解液 可除去金属表面污染物 使其表面变得光滑清洁 通过加入适当的助溶剂 使放射性核素重新分配 2020 4 8 14 预处理 回取 由于历史原因 初期入库的废物体都没有进行规范的分类包装 入库方式也都采用向底坑内自由投放的方式 经过多年的贮存包装容器大部分已经腐蚀 老化腐烂 致使放射性废物散落在坑内 这些废物如不进行处理 将对环境带来多方面的污染 回取能力建设主要目的是对贮存于废物库底坑内的各种放射性固体废物进行回取 分拣和包装处理 2020 4 8 15 焚烧 处理技术 对于低比活度的可燃废物来说 焚烧是最有效的减容方式 并且生成的灰烬易于加工成适于处置的稳定形式 焚烧废物的放射性比活度必须控制在不会引起操作人员和公众的受照水平超过国家规定的允许水平 如果焚烧含有大量放射性同位素的可燃废物 要求完善的废气处理系统 投资和运行的成本都比较高 2020 4 8 16 焚烧 焚烧使废物的有机成分转化成无机产物 焚烧过程中 焚烧系统必须提供放射性核素的密封 避免气体和蒸汽逸出 处理能力为40kg h的焚烧炉 按每天运行8小时计算 处理50 100放射性废物用时不到30天 据估计 一个能力为40kg h的焚烧炉需要的总成本可能超过1000万美元 2020 4 8 17 典型的放射性固废焚烧炉 2020 4 8 18 焚烧炉 钢体外壳 内衬绝热和耐火陶瓷材料 燃烧室 助燃气体 空气和氧气 空气加热器 助燃器 助燃燃料 丙烷 天然气 柴油 焚烧炉需要保持一定负压焚烧炉设计的基本要求 完全燃烧 2020 4 8 19 一般采用固化技术 固化的定义 在危险废物中添加固化剂 使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程 放射性蒸发残渣 泥浆和废树脂等湿固体和焚烧炉灰等干固体 都是弥散性物质 需要固化处理 通常 固化的途径是将放射性核素通过化学转变 引人到某种稳定固体物质的晶格中去 或者通过物理过程把放射性核素直接掺入到惰性基材中去 固化目标是使废物转变成适宜于最终处置的稳定的费物体 整备技术 2020 4 8 20 水泥固化 水泥固化放射性废物的应用在核工业和核研究中心已超过40年 它是指将放射性废物与水泥均匀搅拌成糊状 凝结后失去流动性 逐渐硬化成固体 进行贮存或处置 放射性物质的毒性用现有的化学 物理和生物方法都是不能够消除的 只能按其固有规律衰变到无害水平 大约经过10个半衰期后放射性水平降到原来的千分之一 20个半衰期后降到原来的百万分之一 核电站运行过程产生的放射性废物含有铯 137 半衰期30 2a 和锶 90 半衰期28a 等寿命较长的核素 需要安全隔离300至600a 2020 4 8 21 水泥固化组合装置 水泥固化样品 2020 4 8 22 沥青固化 放射性废物的沥青固化技术在核工业的应用已经有40多年 曾有过20个以上的国家使用沥青固化放射性废物 沥青固化是指将加热的沥青与放射性废物一起混合 然后再处置筒内冷却 形成硬的固化体 将放射性废物转化成稳定的状态 以便于废物管理和适合的最终处置 2020 4 8 23 沥青固化 2020 4 8 24 聚合物固化 聚合物固化是将核燃料的循环过程 核电厂运行 同位素生产和核研究活动中产生的湿固体废物转变成稳定的固体形态 减小放射性核素释放到环境中的可能性 聚合物大多为热塑性塑料和热固性塑料 前者经过高温状态后冷凝能恢复原来状态而后者不能 2020 4 8 25 废物的处理 至今 多数国家将 废物临时储存在废物库中 由于 废物积量日益增多 贮存办法已经不适应要求 而且从安全角度考虑也要求人们去处理这些 废物 许多核工业国家都在研究处理 废物的方法 其中湿燃烧法被普遍认为是一种处理 废物的优良方法 2020 4 8 26 废物的处理 湿燃烧法 是指利用热浓硫酸和硝酸 250 浸煮可燃性固体物质 把大部分有机物变为气体产物 把大部分无机物变为硫酸盐和氧化物 然后将产生的高放射性残渣进行萃取回收 剩余物质最后再固化或者直接烧结 2020 4 8 27 把废物安放进经过批准的设施中 采用工程屏蔽和天然屏蔽相结合的多重屏蔽体系为被处置的废物提供安全隔离 确保 1 包容的短寿命核素衰减到无害水平2 包容的长寿命核素和其他有毒物质的释放量极低 进入环境的浓度处于可接受水平 处置 处置 2020 4 8 28 低 中放固体废物的处置方案1 陆地浅埋广泛应用2 废矿井处置 盐 铁 铀矿等 广泛应用3 深岩洞处置 土壤 岩石等 较少用4 海岛处置 土壤 岩石 国际上禁止5滨海底处置 处置介质为岩石 瑞典芬兰6 水力压裂处置 页岩等 美国禁止中国7海洋投弃 海水 沿海国家采用 现禁止 处置方案 低 中放和极低放废物的处置 2020 4 8 29 中低放处理 2020 4 8 30 低放最终处置 2020 4 8 31 水力压裂法 选择地下200 400米适宜场址 应用石油工业成熟的压裂技术和设备 把地中放废液和水泥及添加剂制成的灰浆注入地下封闭的透水性很低的页岩层中 待其凝固后与页岩形成一个整体 使放射性废物与人类环境安全隔离 美国在60年代开放 1965年至1985年在田纳西州橡树岭国家实验室压裂42次 处理中放液18900m 后因事故停止 国内1981年开始地勘工作 1985年注浆实验成功 1988年通过可行性报告 1992年通过环评报告 1993年立项建设 1996年建成后开始热试运行 2020 4 8 32 高放废弃物的处置 高放废物固化体处置方案1 深岩洞处置 岩盐 花岗岩 各国拟采用2 废