放射性废物处理与处置.ppt

放射性废物处理,培训老师：陈莉,二一年十二月,目录,放射性废物管理放射性废物的分类放射性废物的产生和废物最小化气载和液体低中放废物的处理废物的减容处理焚烧和压实低中放废物固化技术放射性污染的去污核设施的退役低、中放和极低放废物的处置核电站废物的处理,第一章放射性废物管理,核能是一种高度浓缩的能源。核能的开发利用给人类社会带来巨大的经济效益和社会效益，同时也会产生废物，称之为核废物。,放射性废物又称核废物，是指任何含有放射性物质或被放射性物质污染，并且其活度或活度浓度大于审管部门规定的清洁解控水平，预期不会再利用的废弃物。,放射性废物以各种形式存在，其物理和化学特性、放射性浓度或活度、半衰期和毒性差别很大。放射性废物与别的有害物质或一般废物不同，它的危害作用不能通过化学、物理或生物的方法消除，而只能通过其自身固有的衰变降低其放射性水平，最后达到无害化。,第一章放射性废物管理,放射性废物管理定义放射性废物的预处理、处理、整备、运输、贮存和处置在内的所有行政管理和运行活动。通常把有潜在利用价值的放射性污染设备与材料的管理和退役与环境整治也包括在放射性废物管理范围内。,放射性废物管理目的采取一切合理可行的措施管理放射性废物，确保人类健康及环境不论现在或将来都得到足够的保护，并不给后代增加不适当的负担。,环境保护要求确保各项放射性废物管理活动符合国家有关环境保护政策和要求，有利于经济、社会的可持续发展。为保护环境，放射性废物管理设施应与主体工程同时设计，同时施工，同时投入运行。,辐射防护要求采取有效的控制措施，确保放射性废物及其管理活动所引起的对工作人员和公众的辐射照射不超过国家有关法规和标准的规定，并保持在可合理达到的尽量低水平。,放射性废物管理基本原则：保护人类健康保护环境保护后代考虑境外影响遵守国家法律和法规放射性废物产生的最少化废物管理个步骤的关系确保废物管理设施的安全,第一章放射性废物管理,95版与2002版不同的基本原则：超越国界的保护不给后代造成不适当的负担纳入国家法律框架控制放射性废物产生兼顾放射性废物产生和管理各阶段间的相依性,放射性废物管理的辐射防护与安全，应贯彻电力辐射防护和辐射源安全的基本标准所提出的要求：实践的正当性防护与安全最优化个人剂量与危险限值干预的正当性和干预措施最优化,第一章放射性废物管理,第二章放射性废物的分类,为实现放射性废物的安全、经济、科学的管理，必须对放射性废物进行合理分类。放射性废物的分类对废物的产生、处理、整备、贮存、运输和处置的各步骤，以核设施退役，都将产生有重要影响。因此，一个合理的废物分类体系应符合：满足安全管理放射性废物的要求，保护当代和后代人健康，保护环境；符合国家法律和法规要求；不给废物产生者和国家增加不适当的负担；具有现实可行的技术基础；适合有关部门的实施，具有可操作性；为公众所接受；与国际放射性废物分类体系相接轨。,放射性废物可按废物的物理化学形态、放射性水平、放射性废物来源、半衰期、辐射类型、处置方式、毒性、释热性、剂量率、同位素组分等进行分类。目前，国际上尚无统一的放射性废物分级原则，世界各国均根据本国情况拟定自己的分级方案。国际原子能机构(IAEA)在1970年提出了一个分类系统，这个分类系统基于辐射防护要求，按物理状态将放射性废物分为液体、气体、固体三类，然后再按比活度将每类分成若干级别。,第二章放射性废物的分类,国际原子能机构1970年推荐的放射性废物分级标准,第二章放射性废物的分类,我国的放射性废物分类,第二章放射性废物的分类,第二章放射性废物的分类,排除、豁免和解控排除：是指有些辐射是不必控制的。豁免：将确认符合规定的豁免准则或豁免水平的辐射实践活动和（或）其一个设计的辐射源，经审管部门同意后免于遵循辐射发给农户和辐射源安全标准及规章。解控：经过去污、清污、熔炼等措施，低于或达到审管机构所规定的活度浓度限值之后，从核审管控制中解脱出来。,极低放废物是放射性水平比和豁免水平略高的低放废物，其放射性污染水平虽然超过审管机构规定的清洁解控水平，但因为放射性水平很低，采用简易包装盒建议填埋，可以处置在浅土地填埋场中，覆土压实后，监控比较短时间（一般30年），场址就可以开放使用。,核燃料循环是指核燃料的生产、使用、贮存、后处理提取铀和钚、再制造核燃料、直接处置乏燃料、放射性废物的处理与处置等一系列的工艺过程。,第三章放射性废物的产生和废物最小化,绝大多数放射性废物产生于核燃料循环过程。,核燃料循环前段废物,反应堆运行废物,核燃料循环后段废物,核设施退役废物,第三章放射性废物的产生和废物最小化,放射性同位素和核技术利用废物,核燃料循环前段废物前段包括铀矿的开采、水冶、精制、富集和燃料制造，所产生的放射性废物主要为采矿时产生的废矿石、水冶时产生的尾矿砂和选矿产生的矿泥、铀精练和元件加工过程产生的氟化钙/废石墨/铀屑、铀富集过程产生含氟污染物等。这些废物中，采矿和水冶产生的废物量较大，但放射性水平比较低。,第三章放射性废物的产生和废物最小化,反应堆运行废物反应堆运行是核燃料循环的中间环节，主要产生中、低废物。废物核素主要来源：裂变过程和活化过程。活化过程产生的放射性核素大多为短寿命核素。裂变过程产生的放射性核素以长半衰期为特征。裂变产物和活化产物构成反应堆冷却剂放射性主要来源，通过蒸汽发生器传热管和有关设备泄漏、冷却剂的净化等过程造成辅助系统和二回路系统的污染，产生各种废物。包括气载废物、液体废物和固体废物。,第三章放射性废物的产生和废物最小化,核燃料循环后段废物核燃料循环后段产生的废物以高放废物和长寿命低中放废物为主。关注的主要核素为239Pu、237Np、241Am、99Tc、129I、90Sr、137Cs等核素。乏燃料贮存乏燃料后处理乏燃料直接处理,第三章放射性废物的产生和废物最小化,核设施退役废物退役是核设施使用期满或因其他原因停止服役后，为了工作人员和公众的安全以及环境保护而采取的活动。退役核设施经过去污和完成设备与厂房的拆除，使设施场址可无限制开放和利用或有限制开放和利用。退役废物有固态、液态和气载放射性废物。固体废物以低污染的金属和混凝土碎块为主要，其放射性污染程度差别较大。,第三章放射性废物的产生和废物最小化,第三章放射性废物的产生和废物最小化,废物最小化是指废物量（体积和重量）和活度（废物中放射性核素含量）合理可达到的最小。是放射性废物管理的基本原则之一。,废物最下化的意义保护人体健康和环境，有重要的环境效益和社会效益，有利于核事业持续发展。减少企业处理和处置废物负担，有重要的经济效益；促进企业文明生产和管理水平的提高。,3.1气载放射性废物的处理,第三章放射性废物的产生和废物最小化,废物最小化的方法优化管理减少源项再循环和再利用减容处理,减少废物产生措施,已产生废物的处理措施,3.1气载放射性废物的处理,气载废物和液体废物体积大，必须做浓缩和净化处理，使废气和废水的大部分体积净化达到安全排放标准后排放到大气和水体中，对浓缩物则实施固化处理，实现安全处置。净化和浓缩是放射性废气和废液的重要减容工艺措施。,放射性气载废物中含有活化和裂变产生的人工放射性核素和天然放射性核素，通常以气体、气溶胶和悬浮物等形式存在。放射性气溶胶是造成人体内照射的主要因素。气载放射性废物中存在的核素主要有：碘、氪、氙、氡、氚、碳、铯、钌等。,4.1气载低中放废物的特点,第四章气载和液体低中放废物的处理,第四章气载和液体低中放废物的处理,4.2气载放射性废物的处理,目的去除或降低放射性污染物，保护工作人员、公众和环境。,方法通风法衰变贮存低温回收干法除尘湿法除尘吸附过滤,厂房区域排风,工艺排气,方法化学沉淀法蒸发浓缩法离子交换法电渗析法反渗透法超滤固液相分离,第四章气载和液体低中放废物的处理,4.3低中放废液的净化处理,目的去除放射性核素，达到可以排放或再利用；浓缩减容；改变性状，一边安全贮存和后续的处理及整备。,膜技术,预处理,常用处理方法,化学沉淀将适当化学絮凝剂加进待处理废液中，经搅拌后发生水解、絮凝、胶体吸附后进入沉淀泥浆中，以达到分离、去污、浓缩废液的目的。絮凝剂种类很多，主要有AlSO4氯化铁、Al(OH)3、磷酸盐、。化学沉淀法操作简单，费用低廉，减容效果低，但去污效果较低(去污系数10)。,第四章气载和液体低中放废物的处理,蒸发浓缩将待处理废液送入蒸发器加热管中，将工作蒸气通入加热管外侧空间，通过对管壁加热将管中废液加热沸腾，使水蒸发、冷却、凝结后排放或再处理后排放，蒸发残液经固化后处置。该方法优点是：浓缩效果较好(浓缩倍数为几十至几百倍)，处理效率较高，去污效果较好(去污系数为104106，属各种方法之首)，特别适合处理含盐较高(200300g/L)成分复杂，且浓度变化较大的废液，但是处理费用较高，不适于处理含结垢、泡沫性、腐蚀性、爆炸性的废液。用于蒸发处理废液的蒸发器种类繁多、有釜式蒸发器，自然循环蒸发器(横管式、竖管式)、强制循环蒸发器、蒸汽压缩蒸发器、多效蒸发器、擦膜式降膜式蒸发器等，其中以自然循环蒸发器的应用最广泛。,第四章气载和液体低中放废物的处理,离子交换法以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换的分离方法，即采用离子交换剂从待处理废液中有选择地去除放射性核素，从而净化废液的一种处理方法。以阳离子交换树脂为例，可用下式表示：R-H+M+=R-MH+R-OH+N-=R-NOH-式中R-代表离子交换剂基体，H+(OH_)代表离子树脂可交换的离子，M+（N-）代表溶液中可交换的阳离子(阴离子)。离子交换剂可分为有机和无机两大类，在有机离子交换剂中应用最广泛的是离子交换树脂，例如苯酚、甲醛等聚合物、苯二烯、二乙烯苯等共聚物。,第四章气载和液体低中放废物的处理,放射性流出物从核设施或放射性实验室通过以气体或液体形式排入环境的放射性物质。流出物通常分为气载流出物和液体流出物。,排放要求向环境排放的放射性废气、废液，必须合格国家相关法律、法规要求。中华人民共和国放射性污染防治法电离辐射防护与辐射安全基本标准（GB18871-2002）放射性废液管理规定（GB14500-2002）,4.4流出物排放,第四章气载和液体低中放废物的处理,废液处理方法效能比较,第四章气载和液体低中放废物的处理,4.5有机废液的处理,有机废液指废萃取剂TBP/煤油、废机油、润滑油等，具有易燃、易挥发以及易辐射分解、热分解、生物降价等特性。这类废液必须与一般废液分开存放、处理。,处理方法TBP/煤油焚烧处理法TBP回收再利用吸收剂吸收处理水泥固化,随着核电和核技术的发展，低中放固体废物的日益增多，废物的减容越来越受到人们的重视。焚烧和压实是放射性废物减容的重要措施。放射性废物焚烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或灰渣。对于低放可燃性废物，焚烧是理想的高效减容技术。焚烧处理优点,第五章废物减容处理焚烧和压实,可获得较高的减容和减重比，减少贮存和处置所占场地以及运输、贮存和处置费用；实现废物无机化转变，免除热分解、辐射分解、腐烂、发酵和着火可能性，提高废物贮存、运输和处置的安全性；可回收239Pu和235U等贵重易裂变物质。,压实减容借助机械力使废物密实化，提高废物的整体密度。,压实减容优点建造投资和运行费用低，对场址要求不高；设备简单，运行方便，维护保养简单，易实现自动化；二次废物极少。,第五章废物减容处理焚烧和压实,第五章废物减容处理焚烧和压实,焚烧工艺过程可分为：分拣、破碎、进料、焚烧、排灰、烟气冷却、烟气净化等过程。其工艺流程见下图。,第五章废物减容处理焚烧和压实,5.1焚烧工艺过程和设备,过量空气焚烧炉控制空气焚烧炉热解焚烧炉旋转炉高温熔渣炉硫化床炉熔盐炉,第五章废物减容处理焚烧和压实,5.2焚烧炉的类型,湿法氧化又称湿燃烧法，也是一种焚烧法。主要利用热浓硫酸、浓硝酸和过氧化氢催化氧化分解有机物。酸煮解过氧化氢催化氧化,第五章废物减容处理焚烧和压实,5.3湿法氧化,放射性废物焚烧存在的安全问题：腐蚀燃烧不稳定，温度起落幅度大，局部过热燃烧不完全，发烟量大着火辐射防护临界安全问题环境影响评价二次废物量应急机制,5.4焚烧处理的安全问题,第五章废物减容处理焚烧和压实,压实是低、中放固体废物一种容易实现、安全可靠的减容办法。压实减容的效果与废物材质、压实机压头吨位和回弹等因素有关。压缩减容效果，用减容比(或减容倍数)表示，即为处理前后废物体积之比，减容比越大，减容效果越好。压缩处理的减容比一般为210。废压实过程过程中，回弹现象是影响压实减容的重要障碍，回弹率与材质施压压力、时间有关。,第五章废物减容处理焚烧和压实,5.4废物的压实减容,压缩机类型很多，有在桶内压缩，有压缩后装桶。从结构来分，有：单向压缩机三向压缩机卧式压缩机立式压缩机按压力大小可分为：低压压缩机(几十100t压力)中压压缩机(几百1000t压力)高压压缩机(几千吨压力),第五章废物减容处理焚烧和压实,水泥固化目的把放射性核素牢固结合到稳定的、惰性的基材中，满足安全处置的要求。,水泥固化将放射性废物与水泥均匀搅拌成糊状，凝结后失去流动性，逐渐硬化成为固化体，进行贮存或处置,第六章低中放废物固化技术,水泥固化的基材水泥固化常用添加剂,水泥固化特性水灰比盐灰比流动度凝结时间泌水性水化热,6.1水泥固化,第六章低中放废物固化技术,水泥固化体性能抗浸出性机械强度耐辐照性热稳定性,水泥固化工艺桶内混合桶外混合冷压水泥固化热压水泥固化聚合物浸渍混凝土固化废物固定,水泥固化应用我国已开发出多种水泥固化配方并应用到现在役的核电站和研究堆。水泥固化优缺点,第六章低中放废物固化技术,沥青固化中低废物的特点沥青固化工艺沥青固化产品性能沥青固化的应用情况沥青固化的优缺点,第六章低中放废物固化技术,6.2沥青固化,塑料固化工艺聚酯固化环氧树脂固化聚苯乙烯固化聚乙烯固化聚氯乙烯固化脲醛固化,第六章低中放废物固化技术,6.3塑料固化,可移动处理装置玻璃固化低中废物压实固化改进废树脂固化技术高整体性容器直接包装和处置,第六章低中放废物固化技术,6.4改进的低中放废物固化处理技术,第六章低中放废物固化技术,6.5水力压裂法,6.6大体积浇注法,是一种水泥固化和处置相结合的方法，适用于处理中低放废液和泥浆废物。水力压裂对场址选择有严格要求，并在实施过程采取多种监测措施。我国821厂在上世纪80