《处理与处置》(4)气、液体处理.ppt

放射性废物处理与处置李全伟西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室放射性废物处理与处置内容提要n4、气载和液体低中放废物的处理（p51~79）n4.1气载低中放废物的特点n4.2气载放射性废物的处理n4.3低中放废液的净化处理n4.4先进净化处理工艺n4.5流出物的排放n4.6有机废液的处理放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n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，还来自放射性实验室和 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n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 应引起足够的重视放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n4.1气载低中放废物的特点n活化和裂变产生的人工核素、天然核素n伴随常量有害物质：粉尘、NOx、SOx、HF、 CO2、CO等n以放射性气体、气溶胶和悬浮物形式存在n放射性气溶胶是固体或液体放射性微粒悬浮在 空气或气体介质中形成的分散体系，粒径为10- 3～103µm，10µm缓慢沉降。

n重要核素：碘、氪、氙、氡、氚、碳、銫和钌 放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n碘：卤族元素，125I（T1/2＝60d）、129I（T1/2＝ 1.6×107a）、 131I（T1/2＝8d）n来自核电厂运行和乏燃料后处理裂变产物，废气 中碘量较大，对人体的危害较大n用碘吸附器衰变贮存和湿法洗涤去除n氙：惰性气体，133Xe （T1/2＝5.7d），裂变产额 较高n氪：惰性气体， 85Kr不易分离，回收或稀释n氡：镭射气222Rn （T1/2＝3.82d），钍射气220Rn ，锕射气219Rn；吸附和稀释南华大学氡实验大楼氡实验装置放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n氚：氚在环境中主要以氚化水（HTO）形 式存在，有极高迁移性，分离除去非常困 难，氚易挥发、易扩散、易渗透极易污 染环境和被人体吸收n碳：14C主要为活化产物，常以CO2形态出 现；当pH＝10.2～10.8时，14C主要以碳酸 盐形式存在，可用阴离子交换树指去除n銫和钌：137Cs易挥发或106Ru半挥发核素， 进入尾气系统放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n4.2气载放射性废物的处理n处理对象：放射性气体、放射性微尘和放射性 气溶胶n处理目的：是去除或降低放射性污染物，保护 工作人员、公众和环境。

n衰变式处理方法：n 通风稀释、衰变贮存、低温回收n处置式处理方法：n 干法除尘、湿法除尘、吸附过滤放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n放射性气体的处理n常见放射性气体为85Kr、133Xe、222Rn等 惰性气体核素，不能用过滤法去除，一 般可采用通风稀释、贮存衰变、活性炭 滞留、液体吸收、低温分馏装置等方法 去除放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n通风法n通风实际上是一种稀释法，通风降尘除氡，气 流组织由低污染区流向高污染区，防止发生逆 流和窜流n白区（监督区）、绿区（清洁区或非限制区） 、橙区（限制区或维修区） 、红区（热区或污 染区）n橙区、红区的排风必须经过高效过滤器净化， 监测合格排放放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n衰变贮存n核电站工艺废气中的短寿命的惰性气体n加压贮存：约0.8MPa，贮存60d左右，133Xe可 衰变掉99.9%以上n优缺点：工艺成熟，系统简单；但设备庞大， 容易出现泄漏n活性炭滞留床：工艺废气的氪和氙n优点：常温常压运行，操作简单，可靠性高放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n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。

n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放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n液体吸收装置n利用各种气体成分在溶剂中的溶解度不 同，使用氟利昂吸收溶解度较高的惰性 气体85Kr和133Xe ，再用洗涤法净化和分 别回收惰性气体n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 传质系数测定设备放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n低温分馏装置n是将气载废物在-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放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n放射性粉尘的处理n一般工业除尘设备可用于处理含有放射 性粉尘的气体n干法除尘机理：采用多孔介质或纤维物 质作滤材，使气体通过时把不同粒径的 尘粒和气溶胶截留在滤材上，达到净化 要求n净化效率：微粒的粒径、密度、气流速 度、滤材性质、滤材设置等。

n旋风除尘器：适于>5µm尘粒；结构简单，操 作方便n袋式过滤器：适于99.97％，广泛用于几乎所有的核设施内放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n高效微粒空气过滤器n过滤机理：通过碰撞、扩散、惯性、重力和静 电等多种效应实现捕集微粒n滤芯材料：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1～4μm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4μm，质量厚 度为80g/m2，因此，质地脆弱易碎，是一种一 次使用失效后即行废弃的干式过滤器放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理nHEPA的使用n两端设置压差计，发生阻塞，压差会升 到高于500Pa；发生蚀穿，压差会降到低 于10Pa，必须更换过滤器芯n设置固定式γ仪表，监测过滤器外表面γ 辐照剂量率n前端设置预过滤器、除雾器，将进气加 热升温到露点以上放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n气载废物处理方法的比较n除尘工艺和设备选择：以安全、可靠为主维 修少，二次废物量少，人员受照剂量少n核燃料循环活动中，后处理厂、玻璃固化和焚 烧炉运行产生的气载废物的净化要求最高，难 度更大，所采用的尾气净化装置是湿法加干法 的综合处理系统。

n例：原子能科学研究院131I生产车间除碘工号 典型的废气处理流程图设备设备 名称 颗颗粒物质质 挥发挥发 性钌钌 碘NO2旋风分离器 10111文丘里洗涤塔100～600 1022冷凝器100～1000 20012NOx吸收塔1010205填充喷雾 塔100010014硅胶柱810001100碘塔115001烧结 金属过滤 器 1000111高效微粒空气过滤 器（HEPA） 1000111核工业中常用的废气净化设备的去污因数放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n4.3低中放废液的净化处理n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n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絮凝沉淀中间水池控制排放阳离子交换阴离子交换废水预处理蒸 发废液固化二次蒸气净化固化体处置放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n沉淀法n去污机理：离子态核素通过加入另一种离子或 化合物使之转变成不溶性或难溶性化合物沉淀 来达到分离。

有沉淀、共沉淀或吸附作用n式中，M－离子态核素n离子浓度的乘积大于浓度积，生成沉淀n加入载体，发生共沉淀n被吸附在别的沉淀物或晶体的表面，形成吸附 共沉淀放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n放射性核素胶体n溶液中絮凝剂水解和缩聚反应生成线性结构聚 合物，与胶粒或微小悬浮物吸附桥联，或者因 胶体粒子的双电层受压缩和电中和而凝聚n影响因素：加入试剂的种类、浓度、用量、加 入的速度和方式、搅拌情况，废水的离子浓度 、温度和pH值等n去污因子＜10放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n沉淀法工艺流程与特性n沉淀法操作过程n沉淀法评价：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n缺点是放射性去除效率较低，一般为50％～70 ％产生的污泥量较多，需要进一步处理放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n蒸发浓缩法n工作原理：加热把废液中大量水份汽化，将放 射性物质浓缩、减少废液的体积除少量易挥 发性核素一起进入蒸汽和少量放射性核素被雾 沫夹带出去外，绝大部分放射性核素被保留在 蒸发浓缩物中，贮存等待进一步固化处理 。

n蒸发器类型：釜式蒸发器、自然循环蒸发器（ 中央循环管式和外加热循环）、强制循环蒸发 器、刮膜蒸发器等放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n蒸发器的问题n结垢、腐蚀和发泡n蒸发法评价：较多用于高、中放废液，可处理 含盐量高达200～300g/L的各种废液处理能 力大(0.5～6t/h )，净化效率高(103～106) ，减容 倍数大（几十倍至几百倍）n蒸发法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；蒸 发耗能大，系统复杂、运行和维修要求高，处 理费用较高n太阳能蒸发：天然蒸发池和太阳能蒸发美国汉福特放射性废水蒸发处理系统莫斯科“氡”移动式废水处理装置放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n离子交换法n工作原理：借助离子交换剂上的可交换离子（ 活性基因）和溶液中的离子进行交换，选择性 地去除溶液中以离子态存在的放射性核素，使 废液得到净化n离子交换剂是不溶解的固体物质n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 它离子放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n离子交换是可逆反应，其反应通式可表 达为： R-H＋M＋＝R-M＋H＋n阳树脂＋阳离子＝饱和树脂＋交换离子n或 R-OH＋N－＝R-N＋OH－n阴树脂＋阴离子＝饱和树脂＋交换离子强酸性阳离子交换树脂结构强碱性阴离子交换树脂结构 放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n人工合成离子交换树脂：交换正离子的酸性阳 离子树脂和交换负离子的碱性阴离子树脂。

n天然离子交换和吸附剂：有天然无机材料如天 然沸石、粘土（膨润土或高岭土）、蒙脱石、 蛭石、硅藻土、海泡石等；天然有机吸附剂如 活性炭、木屑和磺化煤等；n人工无机材料：合成沸石、硅酸、炉渣、金属 的水合氢氧化物和氧化物、多价金属难溶盐基 吸附剂和一些金属粉末等放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n工艺和设备n树脂的再生：酸碱或盐型压水堆核电站一次 性使用n废树脂：可焚烧或固化，再生液多用蒸发处理 n废液条件：悬浮固体物浓度小于4mg/L，含盐 量小于1g/L，核素必须以离子态存在，液体温 度不能太高，不含油类和油脂物质n优点：工艺成熟，去污因子较高10～100，适 于连续运行和自动化操作典型的离子交换处理废水流程离子交换实验装置放射性废物处理与处置 第四章 气载和液体低中放废物的处理n电渗析n工作原理：在直流电场作用下，利用离 子交换膜的选择透过性，让阳离子透过 阳膜，阴离子透过阴膜，使溶液中的离 子发生定向迁移，达到净化和浓。