大学课件《核工业概论》讲稿（6）核废物的处理

1、核工业概论,李全伟 国防科技学院,前言,课程安排：16 /32学时-8/16周 第一讲 绪论（核工业基础知识） 第二讲 铀的生产与加工 第三讲 核反应堆 第四讲 核电站 第五讲 核燃料后处理 第六讲 核废物的处理 第七讲 核废物的处置 第八讲 辐射防护,第六讲 放射性废物的处理,内容提要 6.1放射性废物（原子能工业第16章） 1、放射性废物处理的重要性 2、放射性废物的来源和分类 3、放射性废物的主要特点 4、减少放射性废物量的措施 6.2放射性废物处理方法（原子能工业第16章） 1、放射性废气的处理 2、放射性废液的净化处理 3、放射性废物的固化处理 4、放射性固体废物的处理,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,1、放射性废物处理的重要性 放射性废物（radioactivewaste）定义：含有放射性核素或被放射性核素所污染，其浓度或比活度大于审管部门确定的清洁解控水平，预期不会再被利用的废弃物。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,核能生产、核燃料循环系统及放射性物质在国民经济各领域中的应用，都会产生放射性废物。 放射性废物是对人体产生辐射危害的重要辐射源和对环境

2、造成污染的环境污染源，放射性废物的处理是辐射防护与环境保护的重要组成部分。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,放射性废物处理的根本任务在于为废物中核素的衰变提供合适的时间和空间条件，将其对公众可能造成的辐射危害始终控制在许可水平以下。 基本途径是将气载和液体放射性废物作必要的浓缩及固化处理后，在与环境隔绝的条件下长期安全地存放。,日本青森县核废处理工厂,1987年国务院检查组视察09工程,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,国际原子能机构（1AEA）在放射性废物管理原则中提出了九条基本原则： （1）保护人类健康 放射性废物管理必须确保对人类健康的影响达到可接受水平。 （2）保护环境 放射性废物管理必须确保对环境的影响达到可接受的水平。 （3）超越国界的保护 放射性废物管理应考虑超越国界的人员健康和环境的可能影响。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（4）保护后代 放射性废物管理必须保证对后代预期的健康影响不大于当今可接受的水平。 （5）给后代的负担 放射性废物管理必须保证不给后代造成不适当的负担。 （6）国家法律框架 放射性废物管理必须在适当的国家法律框架内

3、进行，明确划分责任和规定独立的审管职能。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（7）控制放射性废物产生 放射性废物的产生必须尽可能最少化。 （8）放射性废物产生和管理间的相依性 必须适当考虑放射性废物产生和管理的各阶段间的相互依赖关系。 （9）设施的安全 必须保证放射性废物管理设施使用寿期内的安全。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,放射性废物的来源 按使用方法分主要有三个来源： 核设施产生的放射性废物 伴生矿产生的放射性废物 核技术应用产生的放射性废物,核设施产生的放射性废物,伴生矿产生的放射性废物,核技术应用产生的放射性废物,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,2、放射性废物的来源和分类 放射性废物的分类 （1）国家标准：我国根据IAEA提出的建议，修订颁布了放射性废物分类标准GB91331995 先按物理状态分为气载废物、液体废物和固体废物； 再按比活度分为高放、中放、低放、豁免废物； 固体废物按半衰期长短分为四类。 单列废物,气载废物的分类,液体废物的分类,高放,固体废物的分类,豁免废物：对公众成员照射所造成的年剂量值小于0.01mSv， 对公众的集体

4、剂量不超过1人Sv/a的含极少放射性核素的废物。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（2）按放射性核素半衰期长短分：长半衰期(T1/2100天)、中半衰期(T1/2=10100天)、短半衰期(T1/210天)。这种分类方法是利用半衰期的含义，便于采用贮存法去除放射性沾污。 （3）其他分类方法尚有按射线种类分为甲、乙、丙种放射性废物。按废液的pH值分为酸性放射性废水、碱性放射性废水等，较少采用。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,3、放射性废物的主要特点 （1）放射性废物成份复杂：放射性废物中的核素一般有裂变产物、锕系核素、活化产物等多种。化学组成多为强酸、高盐、混合有机物等成份，给贮存、输送、处理工艺带来困难。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（2）具有长期危害：放射性废物中含有的放射性物质，其辐射强度只能随时间的推移按指数规律逐渐衰减，除了尚在研究之中的分离嬗变技术之外，任何物理、化学、生物的方法或环境过程都不能予以消除。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（3）处理难度大：乏燃料后处理产生的高、中放射性废物，不但会对人体产生内外照射危害，核

5、素的衰变还会释放出大量的热量，所以处理放射性废物必须采取复杂的屏蔽和封闭措施，具备通风或冷却条件，作业方式采取远距离操作及维修。,高放废液06-2工程建设,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,（4）处理技术复杂：放射性废物形态复杂（各种浓缩物、沉渣、污泥、废有机材料等），一般情况下放射性核素的质量浓度远低于非放射性污染物的浓度，但其净化要求极高。因此要采取复杂的手段进行多次处理才能达到要求。,第六讲 放射性废物的处理 6.1放射性废物,4、减少放射性废物量的措施 设计，工艺流程的选择 可靠性，减少维修和更换 管理，杜绝不必要的操作,核电厂的废物处理系统,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,1、放射性废气的处理 放射性废气主要产自放射性操作工艺过程的排气和设备泄漏，此外，还产自放射性实验室和厂房的排风。放射性废气中通常含有放射性粉尘、气溶胶、惰性气体和挥发性核素等。 与液体、固体废物相比，气载放射性废物排放可能造成的污染范围更大，对环境的影响更难预测和控制，因此，其净化处理及排放控制更应引起足够的重视。,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（1）放

6、射性粉尘的处理：一般的工业除尘设备可用于处理含有放射性粉尘的气体，干式除尘器如降尘室和旋风分离器常用于去除粒径大于60m的粉尘颗粒；湿式除尘装置常用于去除粒径为106m的粉尘颗粒，如泡沫除尘器和喷射式洗涤器等。 去除粒径小于10m的粉尘颗粒，常用的装置为布袋式过滤除尘器，净化后空气粉尘浓度为12mg/m3；新型的静电除尘器对微米粒径颗粒物的去污效率可达99以上。,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（2）放射性气溶胶的处理：常见核素90Sr、137Cs、钚及超钚元素，通常以很小的微粒被空气夹带，颗粒平均几何直径0.020.7m，而且浓度很低，通常为10-3mg/m3量级。捕集放射性气溶胶粒子最有效的过滤装置是高效微粒空气过滤器（HEPA），有很高的除微粒效率，对于粒径99.97，广泛用于几乎所有的核设施内。,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,HEPA的滤芯由玻璃纤维、石棉、聚氯乙烯纤维或陶瓷纤维构成，滤膜是以孔径为14m的织物为基质材料的亚微孔纤维织物，层间用有机粘合剂粘合。滤膜的厚度仅为4m，质量厚度为80g/m2，因此，质地脆弱易碎，是一种一次使用

7、失效后即行废弃的干式过滤器。,典型的废气处理流程图,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（3）放射性气体的处理：常见放射性气体为85Kr、133Xe、222Rn、41Y等惰性气体核素，不能用过滤法去除，一般可采用活性炭滞留、液体吸收、低温分馏装置及贮存衰变等方法去除。,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,活性炭滞留床是利用活性炭的吸附特性，将放射性废气中的惰性气体在活性炭滞留床中滞留一定的时间，使惰性气体核素衰变到所要求的水平。 活性炭对85Kr、133Xe有良好的吸附性能，滞留床为常温操作，操作压力低，保持干燥状态的滞留床可长期使用，不需再生和更换活性炭。,填料吸收塔分离效率实验装置,实验室一角,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,液体吸收装置利用各种气体成分在有机溶剂中的溶解度不同，使用致冷剂吸收溶解度较高的惰性气体，再用洗涤法从氟利昂中回收惰性气体。 这一方法制冷成本低，溶剂价廉易得，稳定性好。,液膜分离实验设备,圆盘塔中CO2吸收液膜 传质系数测定设备,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,低温分馏装置是将气载废物在

8、-170低温下液化，通过分馏使惰性气体从气体中分离并得以浓集，这种方法对85Kr的回收率大于99。,分馏实验装置,流化床干燥实验装置,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（4）碘同位素的处理：碘同位素（131I、129I）是放射性废气中主要的挥发性放射性核素，当排气中含有一定量的放射性碘时，需要采用活性炭吸附器进行处理。 液体洗涤吸收是去除废气中碘同位素的另一种有效方法。,变压吸附气体分离实验设备,核工业中常用的废气净化设备的去污因数,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,2、放射性废液的净化处理 各类放射性废液的比活度、含盐量差别很大，处理方法也不一样。 核工业放射性工艺废液一般需要多级净化处理，低、中放废液常用的处理方法有絮凝沉淀、蒸发、离子交换（或吸附）和膜技术（如电渗析、反渗透、超滤膜）。高放废液比活度高，一般只经过蒸发浓缩后贮存在双壁不锈钢贮槽中。,典型放射性废水处理工艺流程,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（一）絮凝沉淀：絮凝沉淀工艺较多用于处理组分复杂的低、中水平放射性废水，其方法简便，成本低廉。在去除放射性物质的同时，还

9、去除悬浮物、胶体、常量盐，有机物和微生物等，一般与其他方法联用时作为预处理方法。缺点是放射性去除效率较低，一般为5070，最多也只有10左右的去污因数。另外就是此法产生的污泥量较多，其中含有大量的放射性物质需要进一步处理。,原子能院废水处理流程,原子能院废水处理车间,自由沉降实验设备,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（二）蒸发：蒸发工艺较多用于高、中放废液的处理，主要目的是将放射性物质浓缩、减少废液的体积，以降低贮存和进一步处理（如固化）的费用。蒸发法的突出优点是净化效率高，一般可以达到10-5的去污系数。蒸发不适合处理含有易起泡物质（如某些有机物）和易挥发核素（如Ru，I）的废水；另外，蒸发耗能大，处理费用较高，限制了它的应用。,美国汉福特放射性废水蒸发处理系统,列管换热器实验装置,传热实验室,列管换热器在线实验装置,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（三）膜分离：膜分离是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。与其他传统的分离方法相比，膜分离具有过程简单、无相变、分离系数较大、节能高效、可在常温下连续操作等特点，是近年来发展较快的化工分离技术。,物理分离工艺和颗粒尺寸的关系,粗颗粒区,离子区,小颗粒区,微粒区,大分子区,膜分离实验装置,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（4）过滤：对于含有污染物浓度更高，颗粒尺寸更大（小于10m）的废液，首先选用的技术是沉降（澄清）和过滤。用于冲洗、冷却或去污产生的放射性废水一般都含有污染颗粒物，常见的有砂、粘土、胶体和溶解的物质，应当在废水进一步处理（或排放）前把这些颗粒物除去。,典型过滤器的组成,超滤、纳滤、反渗透组合膜分离,中空纤维超滤膜实验设备,第六讲 放射性废物的处理 6.2放射性废物处理方法,（五）离子交换和吸附：离子交换剂是不溶解的固体物质，在它的表面和内部均带有可交换的阳或阴离子。当离子交换剂与某种电解质溶液接触时，这些离子可按化学计算的当量值交换相同电荷的其它离子。而吸附是利用多孔性的固体吸附剂处理放射性废水，使其中所含的分子或离子吸附在它的表面上，从而达到去除放射性核素的目的。,典型的离子交换处理废水流程,典型的离子交换流程,第六讲 放射性

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