淺談核電站放射性廢物的治理

楊曉東 孫濤

【摘 要】近年來(lái)，我國(guó)核電事業(yè)得到了迅猛發(fā)展，與此同時(shí)，核電廢物的排放量也逐漸增多，對(duì)人類(lèi)生存和環(huán)境造成了威脅，相關(guān)部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)放射性廢物的處理，促進(jìn)核電事業(yè)的發(fā)展。論文針對(duì)核電站常見(jiàn)廢物、影響廢棄物產(chǎn)生量的主要因素以及廢棄物的技術(shù)處理做了簡(jiǎn)要論述，以供參考。

【Abstract】 In recent years， the nuclear power industry in China has been developed rapidly. At the same time， the discharge of nuclear power waste has gradually increased， which has posed a threat to human survival and the environment. Relevant departments should strengthen the treatment of radioactive waste to promote the development of nuclear power industry. In this paper， the common wastes of nuclear power plants， the main factors affecting the production of wastes and the technical treatment of wastes are briefly discussed， for reference.

【關(guān)鍵詞】核電站;放射性廢物;治理

【Keywords】 nuclear power station; radioactive waste; treatment

【中圖分類(lèi)號(hào)】TL94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）01-0011-02

1 引言

核能屬于清潔能源，它的應(yīng)用范圍很廣泛，但是隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，核電站在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了很多問(wèn)題，導(dǎo)致放射性廢物排放量增加，給人們的生存環(huán)境帶來(lái)了巨大的破壞，也在一定程度上制約著核電事業(yè)的發(fā)展，因此，如何高效處理放射性廢物已成為核電企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

2核電站常見(jiàn)廢物

2.1 固體廢物

固體廢棄物是核電站運(yùn)行中產(chǎn)生的主要廢物，常見(jiàn)的固體廢棄物包括兩種，分別是工藝類(lèi)廢物和技術(shù)類(lèi)廢物[1]。其中，工藝類(lèi)廢物主要在核能生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生，在對(duì)氣體或者液體處理過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生凝膠廢物和交換樹(shù)脂廢物，這些廢物都屬于固體廢物。倘若沒(méi)有對(duì)這些固體廢物進(jìn)行及時(shí)處理，就會(huì)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生一定的磨損，進(jìn)而影響核能的生產(chǎn)率。近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)核電站廢物排放做了相應(yīng)的管控，在一定程度上減少了固體廢物的排放量，但是從我國(guó)核電站整體運(yùn)行來(lái)看，仍然有很多核電站存在固體廢物排放不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象。

2.2 液體廢物

雖然核電站的液體廢物相比固體廢物來(lái)說(shuō)少得多，但是其對(duì)我國(guó)環(huán)境仍然有很大的破壞力，因此，應(yīng)對(duì)液體廢物進(jìn)行妥善處理。通常液體廢物在核電站運(yùn)行和退役過(guò)程中產(chǎn)生，主要包括三大類(lèi)，分別是工藝廢水、化學(xué)廢水以及地面排水。其中，工藝廢水主要涉及冷卻系統(tǒng)，如管道、閥門(mén)等出現(xiàn)破損，就會(huì)產(chǎn)生泄露，形成工藝廢水，而化學(xué)廢水主要涉及實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生廢液，地面排水主要涉及的是清洗環(huán)節(jié)，在對(duì)地面沖洗的過(guò)程中產(chǎn)生的廢水，一般這種廢水的放射性很低，對(duì)環(huán)境的危害較小。

3 影響廢棄物產(chǎn)生量的主要因素

3.1 重大項(xiàng)目的改造檢修

為了促進(jìn)核電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，使其滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求，我國(guó)近年來(lái)加大了核電站重大項(xiàng)目改造檢修力度，如更換反應(yīng)堆蓋等，在此過(guò)程中，核能生產(chǎn)率得到了明顯提升，但是廢物的產(chǎn)生量卻逐漸增加。

3.2 系統(tǒng)跑水與污染

如果核電站的系統(tǒng)出現(xiàn)了跑水問(wèn)題，廢水未經(jīng)處理流出系統(tǒng)，在蒸發(fā)過(guò)程中會(huì)對(duì)地面造成巨大的污染。同時(shí)，如果核能生產(chǎn)車(chē)間中的設(shè)備沒(méi)有采取污染防護(hù)措施，也會(huì)受到影響，加劇固體廢物的污染。另外，如果長(zhǎng)期使用同一批廢物收集裝置，不對(duì)其進(jìn)行更換和清理，同樣會(huì)增加固體廢物污染程度。

3.3 濕廢物無(wú)法壓縮減容，防護(hù)用品質(zhì)量差

在對(duì)核電工程項(xiàng)目進(jìn)行改造期間，要對(duì)濕廢物進(jìn)行處理非常困難，通常利用吸水材料進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，一方面污染處理不到位，另一方面也造成了資源浪費(fèi)。隨著核電事業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)上的防護(hù)用品種類(lèi)規(guī)格也逐漸增多，一些企業(yè)為了減少成本開(kāi)支而采購(gòu)質(zhì)量較差的防護(hù)用品，導(dǎo)致放射性廢物排放量增加。另外，還有很多一次性消耗品，在使用過(guò)程中隨意堆放，增加了核能生產(chǎn)車(chē)間的環(huán)境負(fù)荷。

4 廢棄物的技術(shù)處理

4.1 放射性固體廢棄物的處理

4.1.1 焚燒技術(shù)

焚燒技術(shù)在固體廢物處理中是應(yīng)用最廣的，也是最有效的處理方法，這種技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是減容效果好，通常減容系數(shù)能夠達(dá)到100以上。使用該技術(shù)時(shí)需要注意，焚燒的廢物是預(yù)先進(jìn)行分類(lèi)處理的，其都是可燃和易燃的廢物，一旦 廢物中混入其他不燃物質(zhì)，很有可能導(dǎo)致放射性煙塵擴(kuò)散。眾所周知，燃燒都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等物質(zhì)，影響環(huán)境，因此該技術(shù)即使應(yīng)用廣泛，也無(wú)法得到社會(huì)所有群眾的認(rèn)可。

4.1.2 玻璃固化

玻璃固化處理技術(shù)雖然沒(méi)有焚燒技術(shù)成熟，但是近年來(lái)，我國(guó)在玻璃固化方面加大了研究力度，也取得了一定的進(jìn)展，建立了動(dòng)、靜態(tài)浸泡，高溫靜態(tài)浸泡等多種方法。在不斷試驗(yàn)和研究中，逐漸建立了科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，有助于提前預(yù)測(cè)玻璃固化的浸出行為。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)玻璃固化效果影響最大，溫度不同，反應(yīng)速率就不同，一般溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率取決于離子交換反應(yīng)，而溫度較高時(shí)，則取決于網(wǎng)絡(luò)溶解反應(yīng)。要明確玻璃固化的機(jī)理，還需要對(duì)溫度和表觀活化能建立函數(shù)關(guān)系。

4.1.3 水泥固化

水泥固化和焚燒技術(shù)都是比較成熟的廢物處理技術(shù)，大約在40年前就被使用了，并且受到廣泛歡迎，多個(gè)國(guó)家也都采用了水泥固化技術(shù)。一般水泥固化技術(shù)多用在泥漿、蒸殘液等廢物的處理中。近年來(lái)，水泥化學(xué)、新水泥系列、混合材料、外加劑及混凝土用纖維等方面取得了許多進(jìn)展，這對(duì)于指導(dǎo)放射性廢物水泥固化的研究和應(yīng)用有很大的幫助。

由于水泥固化體系既含有固相，又含有少量的液體和氣體，因此該系統(tǒng)既可以發(fā)揮化學(xué)作用，也可以發(fā)揮物理作用。該體系的固相構(gòu)成成分較復(fù)雜，有各種水化產(chǎn)物，還有大量的殘余熟料，該體系的空隙用于存放液體。當(dāng)核素離子和水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)時(shí)，涉及的是系統(tǒng)的化學(xué)作用，當(dāng)核素要擴(kuò)散時(shí)，體系的孔結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)其進(jìn)行阻止，這涉及的是系統(tǒng)的物理作用。

水泥固化技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，如使用的原材料比較常見(jiàn)，處理設(shè)備和儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，花費(fèi)成本較低，并且在固化過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染很少等，這些優(yōu)勢(shì)使得其應(yīng)用也很普遍。近年來(lái)，由于水泥固化體多孔性導(dǎo)致的核素浸出率等問(wèn)題正隨著固化配方和工藝的深入研究不斷改進(jìn)，水泥固化用于放射性廢物處理具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 放射性液體廢棄物的處理

4.2.1 碳納米管吸附

對(duì)于放射性液體廢物來(lái)說(shuō)，最常見(jiàn)的處理技術(shù)就是碳納米管吸附技術(shù)，該技術(shù)相對(duì)較為成熟。由于碳納米管具有很強(qiáng)的吸附性能，因此，當(dāng)其與放射性溶液接觸時(shí)，就會(huì)將放射性元素輕松吸附到碳納米管上，并且能夠?qū)⒏叻派湫缘脑胤派湫詼p低95%左右，既起到了廢液處理的作用，又降低了處理成本。利用吸附原理進(jìn)行廢液處理的還有磁性材料吸附方法，這種方法是將粘土礦物和帶有磁性的氧化鐵顆粒進(jìn)行復(fù)合來(lái)達(dá)到吸附的目的，該方法對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有破壞，具有很好的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣。

4.2.2 蒸發(fā)濃縮

蒸發(fā)濃縮廢液處理方法的特點(diǎn)是凈化系數(shù)高，靈活性大，技術(shù)相對(duì)成熟，其缺點(diǎn)是工藝要求水平高，并且運(yùn)行成本比較高，還存在著腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題。一般不會(huì)單獨(dú)使用蒸發(fā)濃縮技術(shù)，而是將其和離子交換技術(shù)結(jié)合使用，經(jīng)濃縮的廢液仍然具有較強(qiáng)的放射性，因此，需要通過(guò)離子交換樹(shù)脂床進(jìn)行處理，其放射性才會(huì)有所降低，此時(shí)才能將其排放。在濃縮和離子交換后，產(chǎn)生的廢液應(yīng)集中進(jìn)行固定化處理，并將其進(jìn)行貯存。

4.2.3 生物處理

生物處理技術(shù)是一門(mén)新興技術(shù)，其作用機(jī)理主要是利用鐵還原細(xì)菌對(duì)放射性核素進(jìn)行原位修復(fù)。由于零價(jià)鐵具有很強(qiáng)的還原性，因此當(dāng)其和廢液接觸時(shí)，可以將鐵表面的腐蝕產(chǎn)物還原清除。除此之外，鐵還原細(xì)菌還可以將放射性廢液中的鈾元素還原，從而保證廢液達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)社會(huì)不斷發(fā)展的背景下，我國(guó)核電事業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，其在獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的放射性廢物，給環(huán)境造成了一定的威脅，相關(guān)部門(mén)應(yīng)引起重視，針對(duì)不同的放射性廢物，合理選擇治理措施，并優(yōu)化核能生產(chǎn)工藝，減少放射性廢物的產(chǎn)量，提高放射性廢物的治理效率，減少環(huán)境污染，從而推動(dòng)我國(guó)核電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】趙宏.放射性廢物水泥固化技術(shù)[J].中國(guó)科技信息，2012（11）：66.