內(nèi)陸核電廠放射性液體廢物處置研究

齊雅芬

摘 要：本文對核電站廢液處理方案進行了簡單說明，主要深入介紹了兩種放射性廢液的“零排放”處置技術(shù)，分別是清華大學最新設(shè)計的反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理技術(shù)和ES公司設(shè)計的零排放系統(tǒng)對放射性廢液進行處理的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：廢液排放；零排放；清華大學反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理技術(shù)；ES公司零排放技術(shù)；

中圖分類號：TL941 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-06-00-02

一、我國核電站廠址情況簡述

核電站放射性廢物有固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)三種形態(tài)。而放射性廢物的處理和處置是各界對建設(shè)發(fā)展核電所關(guān)注的重要內(nèi)容之一。在三類放射性廢物中，放射性液態(tài)廢物的處置則是焦點所在。

由于我國優(yōu)先發(fā)展沿海核電，目前能利用的沿海廠址已經(jīng)非常有限，因此發(fā)展內(nèi)陸核電是國家能源發(fā)展的一項重要選擇。所以，內(nèi)陸核電廠的放射性液體廢物處置的研究是十分重要和必要的，甚至是十分緊迫的。本文結(jié)合我國內(nèi)陸核電廠國家排放標準和輿論現(xiàn)狀，研究國內(nèi)外核電廠放射性液體廢物的處置方案和最新技術(shù)方案，希望能達到放射性液體廢物的“零排放”。

二、內(nèi)陸核電廠放射性廢液來源

內(nèi)陸電廠目前設(shè)計為AP1000堆型，AP1000核電廠的放射性廢液主要來源如表3-1所示。

三、內(nèi)陸廠址放射性廢液處置目前設(shè)計方案

結(jié)合我國技術(shù)情況，采用AP1000堆型的內(nèi)陸核電廠在放射性廢液處置方面，為達到國家標準規(guī)定的限值，改進后處理工藝為：

化學注入絮凝處理+過濾+離子交換（正常工況）；

移動式設(shè)備（MBS）：R/O反滲透配套設(shè)備（異常工況）。

處理對象：反應(yīng)堆冷卻劑流出液

四、清華大學反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液

AP1000核島廢液系統(tǒng)處理系統(tǒng)的主要流程為化學絮凝+過濾+離子交換，主冷卻劑流出液全部通過化學絮凝和離子交換處理后排放。由于沒有硼回收系統(tǒng)，主冷卻劑流出液中的硼基本上排入環(huán)境。

清華大學開展了利用反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液的研究工作，該技術(shù)是在陰極和陽極之間交替排列陰陽離子交換膜，將聚合物填充在陰陽離子交換膜之間形成淡水室。工作過程中，低放廢液中的離子被聚合物吸附后，在直流電場的作用下逐步遷移到陰陽離子交換膜附近，最終通過陰陽離子交換膜進入濃水室被清除。與此同時，少量水分子在電場的作用下分解為氫離子和氫氧根離子，對聚合物進行連續(xù)再生，從而使聚合物保持在最佳的工作狀態(tài)。

目前，清華項目組開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型CEDI膜堆，基本思路是，改裝后的CEDI膜堆中，陰極、陽離子交換膜、陽極、陰離子交換膜交替排列，從而導致核素濃縮室、淡水室、硼濃縮室交替排列。改變原有CEDI的電場設(shè)置模式，不同區(qū)域的陰陽兩級施加的電場強度不同，在整個膜堆內(nèi)形成弱電場區(qū)與強電場區(qū)。利用弱電場區(qū)去除強解離性離子，避免在后續(xù)的過程中與弱解離性硼酸進行競爭。在強電場區(qū)實現(xiàn)硼酸解離，硼酸離子在膜堆填充物中進行遷移，進入陽極附近的硼濃縮室。設(shè)計部門可以根據(jù)實際情況，將該濃縮液與其它放射性廢液協(xié)同處理，也可以與淡水混合統(tǒng)一排放。通過設(shè)備改造，有望實現(xiàn)硼與放射性核素的分離。

實際操作中，可以采用以下兩個方法：1）通過控制優(yōu)化前端工藝（絮凝+離子交換），將進入CEDI料液的放射性活度控制在70 Bq/L以下；2）核素濃縮液在CEDI設(shè)備內(nèi)不循環(huán)，一次性流過后與淡水混合。根據(jù)設(shè)備內(nèi)積存水量以及放射性活度，不需要進行輻射防護。由此，CEDI最終產(chǎn)水與AP1000其它廢液混合后，無論是硼，還是放射性核素，均可滿足環(huán)境排放要求。

總體而言，清華大學此番研究出的反滲透-CEDI集成處理低放廢液的方法處理效果較好，技術(shù)上也有基礎(chǔ)，缺點在于裝置較為復(fù)雜，對進水要求較高，工作時各項指標控制需要準確和嚴格，在工程上進行運用還需實驗和改進，但總體而言不失為以“零排放”為目標的很好的一條技術(shù)路線。

五、ES公司零排放液體處理系統(tǒng)

ES公司開發(fā)和運行的美國PWR和BWR核電站的零排放液體處理系統(tǒng)，主要目標是將放液處理為零活性的液體，通過核電站的液體流釋放到環(huán)境中，或者作為一回路再循環(huán)水。

該系統(tǒng)主要由三個部分組成：

1、ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)，即先進液體處理系統(tǒng)/先進化學注入系統(tǒng)，屬于改進的WLS（放射性液體廢物處理系統(tǒng)）系統(tǒng)；

2、Thermex?系統(tǒng)，即反滲透系統(tǒng)；

3、第二級ALPS系統(tǒng)，即第二級先進液體處理系統(tǒng)。

處理流程主要分為以下三部分：

1、核電廠產(chǎn)生的放射性廢液流入ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)，依次經(jīng)過活性炭床、陽離子交換床、陰離子交換床、混床和特定樹脂交換床，去除通常存在于放射性廢液中的大塊雜質(zhì)、TSS（總懸浮固體）、有機物和某些化學物質(zhì)。經(jīng)過這步處理后的液體將回流到檢測槽或釋放槽，或進入下一步的Thermex?系統(tǒng)。

2、Thermex?系統(tǒng)對ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)的來水進行反滲透處理。來水先進入工藝給水箱，然后進入Thermex?系統(tǒng)中的一級反滲透裝置，排斥的液體將返回工藝給水箱，另一部分液體進入Thermex?系統(tǒng)中的二級反滲透裝置，排斥的液體依然返回工藝給水箱，另一部分液體將進行超級紫外光照（UV），最后進入ALPS?2即第二級ALPS系統(tǒng)。

3、經(jīng)上述工藝處理后的放射性廢液在第二級ALPS系統(tǒng)中進行進一步的過濾和離子交換等處理，這個步驟主要是為了產(chǎn)生反應(yīng)堆冷卻劑級別的水，反而免除排放。處理后的液體將被排放或者作為一回路循環(huán)水。

此零排放處理系統(tǒng)由4個技術(shù)模塊構(gòu)成，每個模塊能提高流出液水質(zhì)一個量級。用單級設(shè)計的系統(tǒng)，結(jié)合根據(jù)地區(qū)特性而制定的最佳工藝，設(shè)計上將能滿足廠址全部機組的需求。因此，總體而言，這套系統(tǒng)是比較靈活的和適用的。

相比清華大學反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理方案，ES的方案系統(tǒng)設(shè)計和原理上更為復(fù)雜，但相對來說更適合工程運用，也是一個值得研究的方向。

六、總結(jié)

經(jīng)由本文分析可知，我國標準所規(guī)定的內(nèi)陸核電廠放射性廢液的排放限值也是國際上最為細致和嚴格的，如若設(shè)計上能到達相應(yīng)的排放標準，可以說，內(nèi)陸核電廠對環(huán)境影響是很小的。為了進一步優(yōu)化放射性廢液處置系統(tǒng)，盡量減少核電廠廢液對周圍水環(huán)境的影響，消除各方面對內(nèi)陸核電廠廢液處置和排放的擔憂，我們還在致力于放射性廢液“零排放”的研究。清華大學研究組提出的反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液和ES公司提出的放射性廢液“零排放”處理系統(tǒng)，都為放射性廢液的“零排放”提供了基礎(chǔ)和繼續(xù)研究的方向，實現(xiàn)放液“零排放”并非遙不可及。