[科普中國]-中低放廢液

簡介

核電站的運(yùn)行、維護(hù)和退役過程中均會產(chǎn)生大量的放射性廢水2。正常運(yùn)行的核反應(yīng)堆每年產(chǎn)生的放射性廢液一般為幾千立方米，而事故工況下的核反應(yīng)堆則會產(chǎn)生數(shù)倍的放射性廢液，并且廢液的組分和危害程度都會隨之變化，放射性廢液也會加劇事故程度，造成更大的危害。為了有效處理反射性廢液，需要了解其特點和廢物的物理和化學(xué)特性。

放射性廢液的分類為對放射性廢液更好的進(jìn)行處理處置，對廢液進(jìn)行分類是很有必要的。目前國際上公認(rèn)的分類方法是基于放射性廢液的半衰期長短和活度水平。主要可分為低放廢物、中低放廢物和高放廢物。中低濃度放射性廢液占總廢液體積的 97%以上，而起所占活度百分比為 5%。進(jìn)行研究如何處理中低放廢水，尋求安全、高效、經(jīng)濟(jì)、便捷的處理途徑很有必要。

原子能工業(yè)的生產(chǎn)、維修和處置帶來放射性廢水。依據(jù)濃度，LRW 可以分為低含鹽量的(鹽的含量不超過20mg/L)和高含鹽量的(含鹽量高于20mg/L)。根據(jù)放射性活度值的大小，LRW 又可分為3：

第1級(弱放廢液)：濃度大于DIC公眾，小于或等于3．7×102 Bq/L。

第II級(低放廢液)：濃度大于3．7×102 Bq/L，小于或等于3．7×105Bq/L。

第III級(中放廢液)：濃度大于3．7×105 Bq/L，小于或等于3．7×107Bq/L。

第Ⅳ 級(高放廢液)：濃度大于3．7×107Bq/L。

其中活度值低于DIC公眾(公眾導(dǎo)出食人濃度)時通常不處理就直接排放，將被水稀釋到可以接受的限定活度之下。其他幾種廢液排放前需要進(jìn)行處理。

放射性廢液的源項不同的堆型產(chǎn)生的放射性廢液，在數(shù)量以及性質(zhì)上都有很大的差別。目前，全球運(yùn)行的核電站中，主流堆型是壓水堆，約占 60%，其次是沸水堆，約占 20%，重水堆約占10%，還有少量的石墨水冷堆和快堆。由于我國在運(yùn)行的堆型主要為壓水堆，本文側(cè)重與研究壓水堆放射性廢液的來源。核電廠放射性廢水類型通常可分為工藝廢水、化學(xué)廢水、去污廢水、地面排水洗滌廢水、和其他廢水等3。

當(dāng)一回路的主設(shè)備進(jìn)行排空時，產(chǎn)生的廢水中通常含有溶解鹽和較高的比活度。正常情況下廢水中的比活度為105~106Bq/kg，而當(dāng)堆芯燃料元件包殼的密封性遭到破壞時，比活度高達(dá) 108~109Bq/kg，排放水中腐蝕產(chǎn)物的含量很低。在反應(yīng)堆運(yùn)行和檢修的過程中，由于種種原因總要排出一部分冷卻劑。蒸汽發(fā)生器排空時，排放的廢水中的主要雜質(zhì)是腐蝕產(chǎn)物和溶解鹽，且放射性活度很低。輔助設(shè)備的排放水放射性比活度較低，一般在 10~103Bq/kg 范圍內(nèi)，主要雜質(zhì)是腐蝕產(chǎn)物和化學(xué)添加劑。二回路蒸汽發(fā)生器中蒸汽的放射性活度，和反應(yīng)堆的一回路內(nèi)的冷卻劑泄漏到蒸汽發(fā)生器的多少有直接關(guān)系。當(dāng)蒸汽發(fā)生器處于高嚴(yán)密狀態(tài)時，蒸汽的比活度不超過 3×10-2Bq/kg。

核燃料貯存池廢水排空的廢水活度一般為108~105Bq/kg，主要雜質(zhì)是活化腐蝕產(chǎn)物。在核電站運(yùn)行過程中，由于管道法蘭接頭、設(shè)備填料不嚴(yán)密，導(dǎo)致冷卻劑泄漏到生產(chǎn)現(xiàn)場，從而污染了生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境，這種廢水稱為泄漏水。其比活度與冷卻劑有直接關(guān)系，泄漏水的體積每年高達(dá)幾十萬立方米。

由于清洗設(shè)備和某些部件，而產(chǎn)生的放射性廢液稱為清洗廢液。由于沖洗地面和墻壁的過程中產(chǎn)生的放射性廢水，稱為沖洗廢水。其比活度變化范圍很大，其中含有的雜質(zhì)與被污染的設(shè)備有很大關(guān)系。專用洗滌水是指在清洗專用品時產(chǎn)生的廢水，溶液中一般都含有大量的洗滌劑。這類廢水的放射性主要來自生產(chǎn)車間設(shè)備表面的反射性和空氣中的核素，正常情況下，其比活度很低，一般不超過排放允許值；在反應(yīng)堆檢修期間，產(chǎn)生的專用洗滌水比活度可高達(dá) 108Bq/kg。離子交換裝置失效后需進(jìn)行再生，再生過程復(fù)雜，再生過程中產(chǎn)生的廢液比活度平均在 106Bq/kg 左右。

可以看出核電站放射性廢水的組分十分復(fù)雜，比活度和雜質(zhì)含量變化的幅度較大，而且這種變化與核電站管理水平、核設(shè)施以及水化學(xué)工況等有關(guān)。因此，安全、經(jīng)濟(jì)、高效的處理處置核電站放射性廢液對核電站環(huán)境問題有著重要意義，同時對核電的安全性也有重大影響。

放射性廢液的組分大亞灣廢液4中非3H 核素成分以110mAg，60Co，58Co 為主，分別占總排放量的 36%，37%和 8%。嶺澳核島廢液中，非3H 核素成分以110mAg，60Co，58Co 為主，分別占總排放量的 40%，23%，16%?？梢钥闯龊穗姀S排放的放射性廢水中，58Co、60Co 占的比重近 50%，特別是60Co 高達(dá) 37%。因此，壓水堆核電站的放射性廢水中60Co 和58Co 是主要的輻射源。

中低放廢液的處理方法處理放射性廢水的實質(zhì)是通過各種方法減小廢水體積，降低處理后廢水的放射性核素濃度。目前常用的放射性廢水處理方法從根本上可以劃分為物理、生物和化學(xué)方法。對于中低水平放射性廢物，需要通過處理方法使其體積減小，對這些壓縮物進(jìn)行處置貯存，而剩余的小于排放限值的處理廢液則可排放到環(huán)境中進(jìn)行稀釋、擴(kuò)散5。

稀釋排放世界上許多有核國家,對經(jīng)過處理的中、低水平放射性廢水,和不經(jīng)處理的極低水平放射性廢水,采用排入江河或海洋的處置辦法,將放射性廢液充分混合而稀釋到允許水平以下,達(dá)到稀釋擴(kuò)散的目的。美國漢福特工廠,英國溫茲凱爾工廠,法國阿格工廠,都向海洋排放放射性廢水,成為世界海洋的三大放射性污染源。美國薩瓦那河工廠往薩瓦那河,英國哈威爾研究所往泰晤士河,法國馬庫爾工廠往羅納河,都排入大量放射性廢水。有許多核電站設(shè)置在海邊和河口,把冷卻水排入海洋和河流。因放射性水平較低,近期還不會出現(xiàn)嚴(yán)重間題。但從長遠(yuǎn)觀點看,由于排出放射性核素的長期積累,會導(dǎo)致水域的放射性本底增加,特別是由于水生生物對放射性核素具有很高的濃集作用,通過飲水和食物鏈的循環(huán)會給人類帶來嚴(yán)重危害。利用土壤對放射性核素的吸附能力,可以將放射性廢液排入地面和地下,使其自行蒸發(fā)和滲透,這種處置辦法稱為土地排放,它與河流海洋排放相比,其放射性水平可以提高,但這種方法有污染地下水的危險,只能在人煙稀少的地區(qū)有控制地使用1。

無論是河流海洋排放,還是土地排放,都會不斷地增加環(huán)境的放射性水平,造成環(huán)境污染,給人類帶米危害。因此這種方法今后必將會受到更加嚴(yán)格地限制。

化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法是核電站放射性廢液處理最常用的成熟方法，通過加入沉淀劑，使核電站放射性廢液中的放射性核素形成化學(xué)沉淀物，只須對沉淀物做進(jìn)一步的處理處置即可，大大減小了放射性廢液的體積。鋁鹽、鐵鹽、蘇打等是化學(xué)沉淀法中最通用的幾種沉淀劑，而有些很難去除的核素如銫、碘等則需要加入特殊的化學(xué)沉淀劑才能產(chǎn)生沉淀。處理后的廢水往往所含的放射性小，體積大，化學(xué)沉淀法可作為蒸發(fā)法或者離子交換法的預(yù)處理工藝。

該方法最突出的特點就是簡單易行，費(fèi)用低廉，應(yīng)用范圍寬，并且這種方法目前在核電站放射性廢液處理方面技術(shù)比較成熟，也積累了豐富的經(jīng)驗。使用不溶性淀粉黃原酸酯作為的沉淀劑，處理放射性廢水，結(jié)果表明去除效果好且適用于處理大多數(shù)的核素，放射性核素的可去率超過 90%。

離子交換法離子交換法是指離子交換劑中離子與溶液中離子態(tài)核素相互交換，從而使廢液中的具有放射性的核素進(jìn)入交換劑，達(dá)到核素的去除的一種方法。放射性溶液中的核素一般是離子形式，且基本上是陽離子。常用于放射性廢水的離子交換劑有離子交換樹脂和無機(jī)離子交換劑。目前在工業(yè)上常用有機(jī)合成樹脂作為離子交換劑，其去污系數(shù)相對無機(jī)離子交換劑高，一般可以達(dá)到105左右。離子交換法的優(yōu)點是去污凈化效果比較好，工藝容易實現(xiàn)自動化；缺點是僅適用于含鹽量低（