中低放射性廢物減容及固化技術(shù)探析

文/常 勝

對放射性廢物進(jìn)行減容、固化處理，不但能夠解決放射性廢物在包裝、儲存、運(yùn)輸?shù)确矫娴囊幌盗邪踩珕栴}，而且極大地簡化了對放射性廢物的最終處置，對于降低核素浸出量及保障環(huán)境和公眾安全具有重要意義。本文主要介紹了目前中低放射性廢物的相關(guān)減容及固化處理技術(shù)，并對每種處理技術(shù)的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，最后對我國放射性廢物減容及固化技術(shù)的發(fā)展提出了自己的建議，以期為相關(guān)技術(shù)與研究人員提供參考。

中低放射性廢物減容技術(shù)

第一，焚燒。焚燒是對可燃放射性固體廢物進(jìn)行減容的最常用、最有效的措施。據(jù)統(tǒng)計，約40%～80%的中低放固體廢物是可以通過焚燒進(jìn)行減容的。經(jīng)焚燒生成的灰燼很容易被加工成比較適合處置的穩(wěn)定形式。優(yōu)點：高度減容（20-100倍）和高度減重（10-80倍）；大多放射性廢物由有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮榘踩臒o機(jī)物；可回收239Pu和235U。缺點：對廢氣處理系統(tǒng)的要求比較嚴(yán)格，投資和運(yùn)行成本較大；燃燒不平穩(wěn)、燃燒不完全、著火、腐蝕等可能引發(fā)安全事故。

第二，壓實。壓實是一種用于增大可壓縮廢物密度、減小廢物空隙體積的機(jī)械減容方法。相比較傳統(tǒng)的工業(yè)壓縮過程，放射性固體廢物的壓縮減容包含特殊標(biāo)準(zhǔn)：（1）壓縮過程中固體廢物的操作放置應(yīng)采用屏蔽保護(hù)處理，且工作人員需在操作室內(nèi)進(jìn)行遙控處理；（2）放射性固體廢物壓縮時會將原廢物包裝中的氣體釋放出來，其很容易造成氣溶膠污染，所以在壓縮裝置后應(yīng)安置尾氣處理系統(tǒng)。優(yōu)點：壓實設(shè)備比較簡單，費(fèi)用低，產(chǎn)生的二次廢物極少。缺點：只能處理固體放射性物質(zhì)，無法對液態(tài)、氣態(tài)放射性物質(zhì)進(jìn)行處理。

中低放射性廢物固化技術(shù)

中低放射性廢物的整備一般采用固化技術(shù)。固化的目標(biāo)就是使廢物形成易于處置的穩(wěn)定廢物體。目前國內(nèi)中低放廢物常用的固化技術(shù)有水泥固化、瀝青固化和塑料固化、水力壓裂法、大體積澆注法等。

第一，水泥固化。水泥固化指將中低放射性廢物與水泥充分混合并攪拌成糊，使其失去流動性，最后形成固體進(jìn)行儲存處置。優(yōu)點：抗壓能力較高；自屏蔽能力強(qiáng)；耐輻射和耐熱能力強(qiáng)；其加工技術(shù)成熟，設(shè)備比較簡單；成本相對較低，在放射性廢物處理中應(yīng)用相對廣泛。缺點：水泥固化后將會增容1.5-2倍；放射性核素的浸出率較高。

第二，瀝青固化。瀝青固化是指將放射性廢物與瀝青混合在一起，在一定溫度下，選擇合適的配料比和堿度并充分?jǐn)嚢?，蒸發(fā)除去水分，使廢物均勻地分散在瀝青中，最后進(jìn)行裝桶并冷卻固化。優(yōu)點：對放射性廢物適應(yīng)性較強(qiáng)；固化產(chǎn)品浸出率較低；技術(shù)比較成熟，具有較高可控性。缺點：工藝穩(wěn)定性較差，對材料的依賴性比較高；工藝安全性較差，對溫度要求比較高；成本較高，約為10000元/m3。

第三，塑料固化。塑料固化也叫聚合物固化，是以塑料為固化劑，與放射性廢物按一定比例進(jìn)行混合，假如適量引發(fā)、催化劑、硬化劑和促進(jìn)劑攪拌混合，最終形成一定強(qiáng)度的穩(wěn)定的固化體。優(yōu)點：放射性廢液無需蒸發(fā)；對硝酸鹽、硫酸鹽等有很高的摻和效率；對有機(jī)廢物相容性好；耐輻照強(qiáng)度高；浸出率低。缺點：生成的某些聚合物能被生物降解；易老化破碎，污染環(huán)境；固化材料成本較高。

第四，水力壓裂法。水力壓裂法是選擇地下深度為200-400米的適宜廠址，應(yīng)用比較成熟的石油工業(yè)壓裂技術(shù)和設(shè)備，把低中放廢液、水泥、添加劑等制成混合物，注入地下透水性差的封閉頁巖層中，最終和頁巖層凝固成一個整體，從而使放射性廢物遠(yuǎn)離人類生活環(huán)境。優(yōu)點：采用已成熟技術(shù)，成本相對較低。缺點：對地質(zhì)要求較高；工藝復(fù)雜，地下操作難度大；風(fēng)險高。

第五，大體積澆注法。大體積澆注法是將近地表處置與水泥固化進(jìn)行結(jié)合的一種處理方法，主要是將廢液送到泥漿混合器中攪拌混合均勻，然后通過重力作用進(jìn)入澆注池。幾天后當(dāng)固化體表面泌水消失且中心溫度低于30℃后，在固化體上面澆注500mm水泥漿進(jìn)行封頂。優(yōu)點：工藝簡單，處理能力大；無需裝桶，處理與處置一次性完成，成本較低。缺點：固化體中心溫升過高時，容易產(chǎn)生溫差裂縫，因此對固化配方和固化體質(zhì)量要求較高。

關(guān)于我國放射性廢物減容及固化技術(shù)研究方向的一點建議

通過上面幾種減容及固化技術(shù)的對比分析，我認(rèn)為我國未來放射性廢物減容、固化技術(shù)的研究與完善應(yīng)從以下幾個方面著手：（1）改進(jìn)相關(guān)處理工藝，簡化操作，進(jìn)一步提高減容比。（2）尋求新的固化材料和添加劑，使固化體具有更好的抗壓性、抗輻照性、穩(wěn)定性、和安全性，同時降低浸出率。（3）加大科技投入，借鑒在此領(lǐng)域取得顯著成果的發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗，對符合我國國情的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收并創(chuàng)新。

結(jié)語

在國家大力發(fā)展核電產(chǎn)業(yè)的背景下，越來越多的核電廠陸續(xù)建成投產(chǎn)。隨著放射性廢物的快速增長，勢必造成放射性廢物儲存和最終處置的困難。因此，相關(guān)研究人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)放射性廢物減容、固化技術(shù)的探討與研究，以改善放射性廢物的處理質(zhì)量及提高放射性廢物處置場的安全性，從而保證核電事業(yè)的健康發(fā)展。