核電廠中、低放射性廢物處理技術(shù)比較

張瑞 劉明月

摘 要：隨著我國核電安全高效發(fā)展，核電廠中、低放射性廢物產(chǎn)生、暫存的總量不斷增多，所引起的安全、環(huán)境和社會問題也越來越突出。在核電廠中中、低放射性廢物中的工藝廢物是處理難度最大、處理技術(shù)最復(fù)雜的廢物。本文從中、低放射性工藝廢物入手，比較現(xiàn)有核電廠不同的工藝廢物處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：核電廠;放射性廢物;處理技術(shù);工藝流程

1核電廠中、低放射性廢物處理技術(shù)

1.1熱壓、干燥技術(shù)

1.1.1系統(tǒng)組成

過濾器濾芯處理系統(tǒng)由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器、單臂吊車、專用抓具等組成;廢樹脂處理系統(tǒng)由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)裝置、廢樹脂計(jì)量和轉(zhuǎn)運(yùn)裝置、錐形干燥器、超級壓實(shí)裝置（合用）等組成;化學(xué)廢液處理系統(tǒng)主要由屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器、桶內(nèi)干燥裝置、冷凝模塊、蒸發(fā)裝置等組成。

1.1.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)主要功能如下：過濾器濾芯處理工藝通過直接灌漿的工藝來處理核島內(nèi)（化學(xué)和容積控制系統(tǒng)、乏燃料池冷卻系統(tǒng)、放射性廢液處理系統(tǒng)等）產(chǎn)生的過濾器濾芯與少量來自移動式處理系統(tǒng)的過濾器濾芯。廢樹脂處理工藝采用熱態(tài)超級壓實(shí)的減容處理工藝?；瘜W(xué)廢液處理工藝通過蒸發(fā)、桶內(nèi)干燥工藝來處理核島、廠址廢物處理設(shè)施及其他設(shè)施內(nèi)產(chǎn)生的化學(xué)廢液。

1.1.3工藝流程

1）廢樹脂處理系統(tǒng)。廢樹脂通過接收、脫水、干燥、裝桶完成預(yù)處理工序。隨后，裝滿干燥廢樹脂的桶送往減容主要工序，即超級壓實(shí)機(jī)進(jìn)行超壓處理。壓實(shí)餅經(jīng)優(yōu)化組合后裝入金屬桶內(nèi)進(jìn)行灌漿固定。2）化學(xué)廢液處理流程。化學(xué)廢液桶內(nèi)干燥處理后形成的鹽塊通過超壓處理后，吊運(yùn)至200L鋼桶內(nèi)，進(jìn)行水泥灌漿固定。固定后的廢物貨包經(jīng)短期養(yǎng)護(hù)，送至劑量檢測間進(jìn)行桶內(nèi)劑量監(jiān)測，最終送往廢物暫存庫中間貯存。3）廢過濾器濾芯處理工藝流程。工藝流程歸納如下：載有屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器的拖車接收來自核島的裝有廢過濾器濾芯的200L鋼桶，轉(zhuǎn)運(yùn)至廠址廢物處理設(shè)施（SRTF），在SRTF專用抓具將鋼桶卸出，鋼桶經(jīng)輥道送往水泥灌漿區(qū)進(jìn)行灌漿固定，在灌漿后進(jìn)行短期養(yǎng)護(hù)后送至檢測間進(jìn)行桶體劑量檢測，最終送往暫存庫存放。

1.2水泥固化技術(shù)

1.2.1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由攪拌系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)及劑量檢測系統(tǒng)等組成。工作站位包括容器轉(zhuǎn)運(yùn)站、空氣閘門間、開封蓋站、廢物裝桶攪拌站、移動灌漿站、廢濾芯裝桶站和清洗水回收站。

1.2.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要功能如下：收集核電廠機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生的中、低放射性水平固體廢物，并進(jìn)行暫存;采用水泥固化工藝將其整備為穩(wěn)定的廢物包;檢測廢物包劑量率水平，便于進(jìn)行運(yùn)輸和處置。針對濕廢物接收及處理子系統(tǒng)，其主要功能為將失效的放射性樹脂沖排至或轉(zhuǎn)運(yùn)至廢樹脂暫存槽，進(jìn)行接收及暫存;通過廢樹脂計(jì)量泵對暫存槽中樹脂進(jìn)行循環(huán)運(yùn)行，廢樹脂取樣裝置在循環(huán)管線上進(jìn)行樹脂取樣;利用水泥固化工藝對廢樹脂、濃縮液進(jìn)行桶內(nèi)攪拌固化操作;利用灌漿設(shè)備對廢濾芯進(jìn)行水泥灌漿固定處理;整備后對廢物桶表面劑量率進(jìn)行檢測。

1.2.3工藝流程

1）廢過濾器芯固定工藝流程。主要工藝過程包括：將裝有合適尺寸濾芯支架的400L金屬桶裝入濾芯屏蔽轉(zhuǎn)運(yùn)容器，并就位于濾芯下降通道處，濾芯釋放至金屬桶內(nèi)。金屬桶通過輥道運(yùn)輸至加注站，調(diào)整移動式注漿站參數(shù)并啟動，按照程序設(shè)定完成注漿過程。金屬桶轉(zhuǎn)運(yùn)至開封蓋站位進(jìn)行自動封蓋操作，完成后運(yùn)送至養(yǎng)護(hù)站位進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。2）廢樹脂/濃縮液的固化工藝流程。首先開始進(jìn)行桶清洗、開封蓋、水泥石灰添加劑等準(zhǔn)備工作，通過體積計(jì)量的方式，按照配方所需的量完成廢樹脂或濃縮液的計(jì)量并加注入400L金屬桶中，隨后金屬桶轉(zhuǎn)運(yùn)至干料加注站，攪拌器下降至桶內(nèi)，完成添加劑的添加，攪拌器開啟并按參數(shù)要求完成水泥下料和攪拌。完成后對系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行清洗，雙輥道中任選一列輥道作為固化后金屬桶養(yǎng)護(hù)用，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)后的金屬桶經(jīng)測量達(dá)標(biāo)后運(yùn)出。

1.3高整體容器（HIC）技術(shù)

1.3.1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由過濾器芯子更換轉(zhuǎn)運(yùn)容器、廢過濾器芯子轉(zhuǎn)運(yùn)容器及小車、高整體容器（HIC）、脫水模塊（SEDS）、混凝土屏蔽容器、HIC轉(zhuǎn)運(yùn)屏蔽容器等組成。

1.3.2系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上貫徹廢物最小化原則，對廢樹脂和廢活性碳等濕廢物采用脫水后裝入HIC容器的方法處理。脫水模塊（SEDS）接收廢過濾器芯子和廢樹脂，并將其裝入不同類型的高整體容器（HIC）中進(jìn)行脫水，脫水后的HIC在滿足裝桶容量以及劑量要求后轉(zhuǎn)運(yùn)至?xí)捍鎺熨A存。

1.3.3工藝流程

廢樹脂通過水力沖排，經(jīng)過控制閥進(jìn)入脫水頭，再被注入HIC。脫水泵的作用是通過負(fù)壓抽吸將HIC中的多余游離水抽出。廢樹脂通過脫水頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、排氣、脫水、再進(jìn)料、排氣、脫水，HIC裝滿后正式進(jìn)入脫水循環(huán)。脫水循環(huán)3次，末次循環(huán)可將脫水產(chǎn)生的廢液接到脫水檢測罐進(jìn)行檢測，如果脫水循環(huán)末收集到的廢液體積<500mL，表示脫水可以結(jié)束，HIC可以封蓋并進(jìn)行暫存。

廢過濾器芯子通過輸送通道放入廢過濾器芯子轉(zhuǎn)運(yùn)容器。廢過濾器芯子放入轉(zhuǎn)運(yùn)容器后，被送往NF265房間，通過使用吊車把芯子放入HIC容器中。在HIC容器填滿后，進(jìn)行脫水操作，直到含水量達(dá)到整定值后停止脫水循環(huán)。HIC容器準(zhǔn)備轉(zhuǎn)運(yùn)到貯存設(shè)施內(nèi)。

2技術(shù)比較分析

2.1技術(shù)優(yōu)劣對比

水泥固化工藝：工藝成熟，應(yīng)用最為廣泛，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。廢物減容效果不佳，系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜，故障率高。

熱壓、干燥工藝：廢物離堆處理，對工藝廢物的整備前的處理減容效果較好，已完成國產(chǎn)化研制。系統(tǒng)設(shè)備較為復(fù)雜，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較為欠缺，由于仍采用水泥固化，因此影響了其最終減容比。

高整體容器工藝：廢物可離堆處理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，運(yùn)行操作簡單，設(shè)備臺套數(shù)少，且模塊化制造。由于無需進(jìn)行固化等整備工作，廢物減容效果較好。尚未完全國產(chǎn)化，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)較為欠缺，廢物包表面劑量率較高。

2.2工藝廢物產(chǎn)量分析

通過對2020年不同核電廠的廢物處理產(chǎn)量的分析，采用水泥固化工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產(chǎn)量為單臺機(jī)組18.2m3/a，采用熱壓、干燥工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產(chǎn)量為單臺機(jī)組10.8m3/a，采用高整體容器工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產(chǎn)量為單臺機(jī)組6m3/a。（見表1）高整體容器工藝在廢物減容方面表現(xiàn)較好，主要得益于減少了濃縮液這一廢物類型，并直接裝填入高整體容器、無水泥等固化劑增容的過程。

3結(jié)語

結(jié)合上述3種核電廠中、低放射性廢物處理技術(shù)的對比分析，先進(jìn)的放射性廢物減容技術(shù)在逐步應(yīng)用。但由于廢物處理系統(tǒng)相對獨(dú)立于核島主工藝系統(tǒng)，且離堆處理越來越得到認(rèn)可的前提下，可加快高效減容技術(shù)的推廣應(yīng)用，如等離子體氣化熔融技術(shù)、PVA高效降解技術(shù)、高整體容器整備技術(shù)、蒸汽重整技術(shù)、焚燒技術(shù)等。在“鄰避效應(yīng)”突出的背景下，中、低放射性廢物處置場和區(qū)域廢物處理中心的選址和建設(shè)在近一段時(shí)間內(nèi)仍將非常艱難。但由于廢物處理安全性、經(jīng)濟(jì)性和最小化的迫切需求，應(yīng)利用高效減容技術(shù)的優(yōu)化組合，在電廠內(nèi)考慮設(shè)立廢物集中減容中心。

參考文獻(xiàn)

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