核設(shè)施退役項(xiàng)目的去污工藝與技術(shù)

姚志猛

（陽江核電有限公司，陽江 529525）

核設(shè)施退役是核設(shè)施因使用期滿，或發(fā)生事故損壞，或政治因素，或其他原因停止服役后，為了充分考慮工作人員和公眾的健康與安全及環(huán)境保護(hù)，而采取的行政和技術(shù)行動(dòng)，經(jīng)授權(quán)從核設(shè)施中解除全部或部分監(jiān)管控制，以使核設(shè)施及其場(chǎng)地能夠重新使用。退役包括規(guī)劃，物理和放射性表征，設(shè)施和場(chǎng)地去污、拆解，材料管理等活動(dòng)［1］。退役的目的是：降低放射性照射量；回收利用舊設(shè)備和材料；使場(chǎng)地和設(shè)施或其局部恢復(fù)到不受限制的開放和使用狀態(tài)；去除松散的放射性污染物和將殘留的污染物固定在原處，以便為監(jiān)護(hù)封存或永久處置活動(dòng)做好準(zhǔn)備；為了公眾的健康和安全縮短監(jiān)護(hù)封存期，從而減少監(jiān)護(hù)封存中的殘余放射性污染物數(shù)量。［2］核設(shè)施去污是指采用物理（機(jī)械）、化學(xué)或其他技術(shù)，從核設(shè)施設(shè)備的表面（如管道系統(tǒng)、儲(chǔ)罐和部件）或建筑物（如地面、墻壁和天花板）上清除或減少殘余放射性污染物（有時(shí)與其他有害物質(zhì)混合），以達(dá)到既定的退役目標(biāo)或最終要求。消除放射性污染的總體目標(biāo)是保護(hù)工人、公眾的健康和環(huán)境的安全。

核設(shè)施退役項(xiàng)目的去污技術(shù)主要包括：物理（機(jī)械）去污、化學(xué)去污、電化學(xué)、熱去污和其他去污技術(shù)［3］。通過把化學(xué)反應(yīng)器連接到現(xiàn)有電路或部件，使用專用去污車間，可在閉環(huán)系統(tǒng)中實(shí)施去污。筆者建議把去污的目的和技術(shù)，作為評(píng)價(jià)核設(shè)施退役計(jì)劃是否合理的指標(biāo)之一。核設(shè)施單位及國家核安全監(jiān)管部門須對(duì)所采用的去污技術(shù)產(chǎn)生的二次廢物加強(qiáng)監(jiān)督和管理。應(yīng)該根據(jù)受照劑量和費(fèi)用來權(quán)衡是否要去污。

1 去污的原因、目的、決策因素和許可文件

1.1 去污原因

核設(shè)施去污的原因有很多，主要可概括為三個(gè)方面：（1）需減少核設(shè)施或設(shè)備中放射性物質(zhì)的庫存，以降低電離輻射水平，最大限度地減少向環(huán)境釋放放射性物質(zhì)的可能性；（2）需減少放射性廢物的產(chǎn)生量，降低部件表面的放射性污染水平；（3）需要完成退役的最后階段，在拆除和修復(fù)場(chǎng)地之前，對(duì)建筑物進(jìn)行去污以清除地基和周圍土地的污染［4］。

1.2 去污目的

核設(shè)施中許多系統(tǒng)和部件的劑量率，隨著設(shè)備服役（使用）時(shí)間的增長而上升。因此，在核設(shè)施的維護(hù)和運(yùn)行期間，操作員的吸收劑量可能會(huì)上升。劑量率的增加，可作為采取減少職業(yè)照射糾正措施的依據(jù)。通過采用合適的去污技術(shù)降低核設(shè)施系統(tǒng)和部件的活度以達(dá)到去污目的［5］。由于處于運(yùn)行階段的核設(shè)施在去污后仍需安全運(yùn)行，其部件和系統(tǒng)不能出現(xiàn)損壞情況，因此，不允許采用侵蝕性強(qiáng)的去污技術(shù)。去污是一項(xiàng)與核設(shè)施拆除密切相關(guān)的獨(dú)立操作，通常在拆除核設(shè)施之前開展。由于核設(shè)施系統(tǒng)中待去污的部件與其他部件較容易隔離，特制的密封墊圈可安裝到位，并且系統(tǒng)無須滿足進(jìn)一步運(yùn)行的溫度、壓力、濕度等參數(shù)操作要求。因此，處于退役階段的核設(shè)施所采用的去污技術(shù)可能比運(yùn)行階段的去污技術(shù)更具有侵蝕性。

根據(jù)文獻(xiàn)［6］和［7］，對(duì)于核電廠和研究型反應(yīng)堆的退役，大多開展全系統(tǒng)去污（full system decontamination，F(xiàn)SD，即壓水堆核電廠一回路去污）［6，7］。通過實(shí)施FSD，部件的剩余活度常減少為初始活度的2.5%～20%。退役早期階段的去污不僅可降低劑量率和放射性污染水平，還可最大限度地降低放射性污染物釋放的風(fēng)險(xiǎn)，從而減小職業(yè)照射和公眾照射的危害。工作人員通過采用簡單的人工手動(dòng)操作、機(jī)器人或遠(yuǎn)程操作等拆解技術(shù)去污，來簡化拆解流程，減少對(duì)屏蔽物和較繁雜個(gè)人防護(hù)設(shè)備的需求。拆除核設(shè)施將產(chǎn)生大量的廢金屬和建筑瓦礫。存在“回收和再利用”或“處置和替換”兩種管理方案供決策者選擇。第一種方案通過最大限度地減少廢物產(chǎn)生量，以保護(hù)自然資源和環(huán)境，并最大限度地降低與“新放射性材料”產(chǎn)生量相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。在過去幾十年中，由于控制、儲(chǔ)存和處置廢物費(fèi)用的增加，以及公眾對(duì)處置廠址的接受度問題，使廢物產(chǎn)生量最小化凸顯其重要性。當(dāng)采用“回收和再利用”方案時(shí)，幾乎在整個(gè)核設(shè)施退役項(xiàng)目期間均需開展去污工作。當(dāng)采用“處置和替換”方案時(shí)，去污活動(dòng)通常僅限于使用去污工藝以減少受照劑量。

1.3 去污決策因素

去污決策的主要事項(xiàng)包括：（1）是否在拆除前實(shí)施FSD；（2）在“回收和再利用”和“處理和替換”兩種管理方案中選擇一種。去污的決策因素主要涉及：國家政策、公眾的接受度、去污技術(shù)的可行性、危害和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及經(jīng)濟(jì)等多方面［8］。采用簡單的“決策樹方法”、成本效益分析或更復(fù)雜的“決策矩陣方法”開展去污決策。無論采用哪種方法，均需為多個(gè)選項(xiàng)提供合理、可評(píng)估的解決方案。

1.3.1 監(jiān)管要求

與保護(hù)工人、公眾和環(huán)境有關(guān)的問題應(yīng)在國家法律框架內(nèi)得到解決［9］。監(jiān)管要求主要涉及工人和公眾受照的劑量限值、放射性三廢的環(huán)境排放以及廢金屬和建筑瓦礫的清潔解控水平。清潔解控水平是指審管部門規(guī)定的以活度濃度和總活度表示的值，等于或低于該值時(shí)，輻射源可以不再受審管部門的管理控制。關(guān)于“回收和再利用”方案在國家政策方面的可獲得性，即清潔解控水平，是為減少工人集體劑量以外的目的，應(yīng)用去污技術(shù)的先決條件。只有開展有效監(jiān)測(cè)、采用合適的方法，證明達(dá)到了清潔解控水平，才能實(shí)現(xiàn)材料自由釋放的目標(biāo)。核設(shè)施單位在規(guī)劃退役項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)及早與監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行溝通，并妥善解決此問題。

1.3.2 公眾接受程度

決策因素之二是工業(yè)領(lǐng)域接受“回收自由釋放材料”和公眾接受“重新再利用材料”的程度。從保護(hù)環(huán)境角度評(píng)價(jià)，“處置和替換”方案劣于“回收和再利用”方案，并導(dǎo)致放射性廢物數(shù)量和運(yùn)輸量的增加，并對(duì)處置能力和處置場(chǎng)地容量提出了更高要求。與“處置和替換”方案有關(guān)的挖掘和去污工藝，增加了使用土地的面積。對(duì)這兩種管理方案的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，成為形成輿論和影響決策過程中的決定性因素之一。

1.3.3 去污技術(shù)的可行性

去污技術(shù)的可行性取決于待去污材料的特性、污染物類型和污染程度（是α、β還是γ射線、是松散還是堅(jiān)固、滲透的深度以及有無活化或活化程度等）。此外，去污作業(yè)團(tuán)隊(duì)、核設(shè)施單位和國家核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)，分別簡稱去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方，還需考慮去污表面的可達(dá)性及其尺寸，以及使用去污材料、去污工藝的兼容性（發(fā)生燃燒、爆炸、過度腐蝕的可能性）。其他核設(shè)施去污項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋以及對(duì)核設(shè)施待去污樣本開展的探索性去污測(cè)試，有助于去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方評(píng)估去污工藝的效果或效率。此外，還須評(píng)估去污的可行性、監(jiān)測(cè)技術(shù)的可用性以及二次廢物的控制和處理技術(shù)。

1.3.4 安全、風(fēng)險(xiǎn)和危害

采用“合理可能盡量低（ALARA）原則”評(píng)估工人受照劑量的優(yōu)化（最小化），有助于去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方對(duì)“在拆除前實(shí)施FSD是否合理”的問題作出決定。實(shí)施FSD減少了操作工人的職業(yè)照射劑量，但可能增加其接觸有毒、有害氣體等非放射性物質(zhì)危害的風(fēng)險(xiǎn)?！盎厥蘸驮倮谩焙汀疤幹煤吞娲眱煞N管理方案均存在放射性和非放射性風(fēng)險(xiǎn)，其放射風(fēng)險(xiǎn)相似。兩種管理方案均明確規(guī)定：應(yīng)避免工人受到外部污染或吸入去污所產(chǎn)生的放射性粉塵和氣溶膠。在評(píng)估非放射性風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，兩種方案存在差異。在“循環(huán)和再利用”方案中，實(shí)施去污的過程和技術(shù)，常涉及接觸致癌或有毒化學(xué)試劑的新危害。若去污團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備充分，且具有豐富的專業(yè)知識(shí)，可有效避免、妥善處理新危害。在“處置和替換”方案中，非放射性風(fēng)險(xiǎn)與挖掘和加工等場(chǎng)外活動(dòng)有關(guān)。

1.3.5 經(jīng)濟(jì)可行性

核設(shè)施單位通常根據(jù)整個(gè)去污過程的成本效益分析，對(duì)去污的經(jīng)濟(jì)可行性作出決策，即從部件的移除到處置或再利用。因此，需考慮的成本包括：（1）移除、切割、分揀、去污、表征、包裝和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用；（2）可重復(fù)使用或循環(huán)再利用材料或部件的殘余價(jià)值；（3）去污所產(chǎn)生廢物（包含二次廢物）的控制、處理、貯存及處置費(fèi)用；（4）許可文件的申請(qǐng)、稅收、保險(xiǎn)費(fèi)用；（5）為抵消因廢物關(guān)稅的變化、去污預(yù)期效果與實(shí)際成效之間的差異以及法律和核安全監(jiān)管的變化等意外事件所產(chǎn)生的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而采取的應(yīng)變措施。

1.4 退役許可文件亟待解決的問題

FSD的實(shí)施，以及對(duì)“回收和再利用”方案和“處置與替換”方案的選擇，均須在退役初期作出決定。采用的去污技術(shù)將影響工人受照劑量、與使用有毒產(chǎn)物有關(guān)的非放射性風(fēng)險(xiǎn)、有毒有害氣載物質(zhì)的產(chǎn)生、處理放射性廢物的類型和數(shù)量以及退役計(jì)劃和費(fèi)用。此外，去污團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人還應(yīng)具有足夠的專業(yè)知識(shí)來管理去污過程，確保去污作業(yè)工人獲得了正確的信息，并接受了去污培訓(xùn)。因此，上述問題應(yīng)在退役許可文件中予以解決。即納入退役計(jì)劃、健康與安全報(bào)告、廢物管理計(jì)劃和環(huán)境影響評(píng)價(jià)。

根據(jù)《中華人民共和國核安全法》第三十條規(guī)定，核設(shè)施退役前，核設(shè)施營運(yùn)單位應(yīng)當(dāng)向國務(wù)院核安全監(jiān)督管理部門提出退役申請(qǐng)，提交的材料包括：（1）核設(shè)施退役申請(qǐng)書；（2）安全分析報(bào)告；（3）環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件；（4）質(zhì)量保證文件；（5）法律、行政法規(guī)規(guī)定的其他材料。核設(shè)施退役時(shí)，核設(shè)施營運(yùn)單位應(yīng)當(dāng)按照合理、可行和盡可能低的原則處理、處置核設(shè)施場(chǎng)址的放射性物質(zhì)，將構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備的放射性水平降低到滿足國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中，核設(shè)施營運(yùn)單位須對(duì)規(guī)劃和建設(shè)核設(shè)施退役項(xiàng)目在實(shí)施（如去污）過程中和實(shí)施后，對(duì)可能對(duì)環(huán)境造成的影響進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)和評(píng)估，包括對(duì)放射源（源項(xiàng)）、廢物或?qū)嵺`規(guī)模與特性的概述，對(duì)廠址或場(chǎng)所環(huán)境現(xiàn)狀的分析，以及對(duì)正常運(yùn)行工況和事故情況下可能造成的環(huán)境影響或后果的分析；并提出預(yù)防或減輕環(huán)境影響的對(duì)策和措施，開展跟蹤監(jiān)測(cè)的方案。

2 金屬的去污

金屬的去污技術(shù)主要包括：化學(xué)去污、電化學(xué)去污、機(jī)械去污、熔煉去污和其他去污技術(shù)（泡沫去污、化學(xué)凝膠去污、化學(xué)漿料去污）。

2.1 化學(xué)去污

化學(xué)去污利用濃縮或稀釋的溶劑（清洗液），通過溶解覆蓋在基底金屬（母體金屬）上的污染層或母體金屬本身，以去除管道、部件和設(shè)備表面的固定污染物［10］。在核設(shè)施運(yùn)行過程中，溶解母體金屬污染層是為了保持母體金屬的完整性；在核設(shè)施退役過程中溶解母體金屬，以回收廢金屬。

化學(xué)去污可在移除或拆卸核設(shè)施部件之前，應(yīng)用于無法接近的金屬表面、設(shè)備和管道的去污；通常可遠(yuǎn)程實(shí)施；通常對(duì)表面粗糙或多孔性物體無效［11］。使用化學(xué)去污時(shí)，去污團(tuán)隊(duì)須注意氣載物的產(chǎn)生、化學(xué)藥劑的使用以及二次廢物的控制和處理。去污效果主要取決于清洗液的接觸時(shí)間、濃度、溫度和是否攪拌。隨著化學(xué)溶液的飽和，去污效果隨金屬與化學(xué)溶劑接觸時(shí)間的延長而降低。連續(xù)或分批次使用再生試劑可解決去污效果降低的問題。去污效果通常用去污因子（Decontamination Factor，DF）來衡量，定義DF=初始活度/殘余活度。一些研究人員使用劑量率降低因子DFs來衡量去污效果，定義DFs=初始劑量率/殘余劑量率。

2.1.1 多步法去污工藝

多步法去污工藝最初為FSD設(shè)計(jì)。在多步法去污技術(shù)應(yīng)用中，污染層通常由氧化鉻含量高的、極難溶解的腐蝕產(chǎn)物形成。因此，去污工藝通常先經(jīng)過氧化，后溶解和絡(luò)合溶解金屬的步驟。多步去污技術(shù)主要分為軟去污技術(shù)（使用稀釋劑）和硬去污技術(shù)（使用高濃度化學(xué)試劑）。軟去污技術(shù)腐蝕性低，常應(yīng)用于壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)，只能達(dá)到有限的DF。相比之下，硬去污技術(shù)可以獲得更高的DFs，但并不適用于整個(gè)壓水堆一回路系統(tǒng)，且會(huì)產(chǎn)生大量廢液，目前處于暫停應(yīng)用狀態(tài)。目前FSD使用高濃度的軟化學(xué)試劑主要包括：TURCO、MOPAC和CITROX（由0.2 mol/L的檸檬酸、0.2 mol/L草酸與緩蝕劑的混合物組成）［12］。

目前，常用的軟去污技術(shù)包括：加拿大去污和污染修復(fù)工藝（Canadian Decontamination and Remediation Process，CANDEREM）、低氧化態(tài)金屬離子（Low Oxidation-state Metal Ion，LOMI）、化學(xué)氧化還原去污（Chemical Oxidizing Reducing Decontamination，CORD）和退役去污（Decontamination For Decommissioning，DFD）。上述去污工藝通常須經(jīng)歷兩個(gè)或多個(gè)去污過程，以降低劑量率。

CANDEREM是加拿大原子能公司（Atomic Energy of Canada Limited，AECL）于20世紀(jì)80年代中期利用檸檬酸和乙二胺四乙酸（Ethylenediaminetetraacetic Acid，EDTA）研發(fā)的一種再生去污技術(shù)。20世紀(jì)90年代中期，西屋公司的PN服務(wù)子公司（Westinghouse subsidiary PN Services，PN）采用CANDEREM去污技術(shù)對(duì)美國印度安角核電廠2號(hào)機(jī)組實(shí)施了全系統(tǒng)化學(xué)去污。西屋公司批準(zhǔn)了CANDEREM去污技術(shù)應(yīng)用于裝載核燃料的壓水堆核電廠開展FSD。

LOMI去污技術(shù)由英國中央電力公司（Central Electricity Generating Board，CEGB）于20世紀(jì)70年代末80年代初研發(fā)。該去污技術(shù)以釩為還原劑，以吡啶甲酸為絡(luò)合劑或螯合劑，在水中徹底除氧，用氫氧化鈉控制溶液pH值，運(yùn)行溫度為80℃～90℃。LOMI去污技術(shù)在反應(yīng)器運(yùn)行過程中運(yùn)用了鋅、水、氫化學(xué)反應(yīng)原理，成功去除了沉積物。但其主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生的二次廢物量較大。因此，CEGB對(duì)LOMI去污技術(shù)中所使用的化學(xué)反應(yīng)試劑進(jìn)行了改進(jìn)，使二次廢物量減少了50%。

CORD去污技術(shù)最初由德國電站聯(lián)盟（Kraft Werk Union AG，KWU）的西門子公司研發(fā)，是一種包含三個(gè)步驟的化學(xué)過程，應(yīng)用于多個(gè)去污循環(huán)。每個(gè)去污循環(huán)包括一個(gè)氧化步驟（80℃～90℃使用高錳酸）、一個(gè)去污步驟（使用草酸）和一個(gè)純化步驟（添加高錳酸或過氧化氫）。文獻(xiàn)［1］描述了法馬通子公司（AREVA NP GmbH）研發(fā)的CORD系列工藝，該去污技術(shù)已應(yīng)用到核設(shè)施退役項(xiàng)目中，并達(dá)到了預(yù)期的去污效果。例如，在瑞典巴舍拜克（Barseb?ck）核電廠1號(hào)和2號(hào)機(jī)組中，使用CORD去污技術(shù)獲得了高達(dá)25的DF。此外，比利時(shí)BR3反應(yīng)退役項(xiàng)目部還把用于壓水堆一回路去污的CORD技術(shù)，應(yīng)用到拆解部件的去污試驗(yàn)。針對(duì)該應(yīng)用，比利時(shí)聯(lián)邦政府核能研究中心（Belgian Nuclear Research Centre，SCK·CEN）對(duì)CORD去污技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使其不再只對(duì)氧化層進(jìn)行腐蝕，還對(duì)金屬母材進(jìn)行腐蝕。

美國電力科學(xué)研究院（Electric Power Research Institute，EPRI）于1996年開展了DFD技術(shù)的研發(fā)，旨在去除金屬構(gòu)件表面的放射性污染，使部件能回收或作為非放射性物質(zhì)進(jìn)行自由釋放。EPRI研制的DFD技術(shù)使用了氟硼酸、高錳酸鉀和草酸進(jìn)行循環(huán)去污。

當(dāng)上述去污技術(shù)用于清洗槽中已切割成較小塊的部件時(shí)，去污效率可通過化學(xué)去污技術(shù)與超聲波去污技術(shù)相結(jié)合方式得到提高。多步法去污工藝，是為了提高去污效果而使用兩種以上去污劑的去污方法，首先將一種清洗液注入待去污對(duì)象的系統(tǒng)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)去污；然后排出去污液，接著進(jìn)行洗滌，再使用下一種清洗液。即去污團(tuán)隊(duì)要求實(shí)施幾個(gè)去污循環(huán)，采用串聯(lián)方式安放到去污清洗槽中；碎塊從一個(gè)清洗槽轉(zhuǎn)移到另一個(gè)清洗槽，然后重新啟動(dòng)一個(gè)新的去污循環(huán)，直至達(dá)到預(yù)期的殘留水平。因此，多步法去污工藝可獲得較高的DF，但具有去污工藝復(fù)雜、產(chǎn)生廢液較多的缺點(diǎn)。

2.1.2 一步法去污工藝

一步法去污工藝，主要使用Ce4+、HNO3、HF或HBF4作為去污液。

Ce4+去污技術(shù)利用Ce4+的高氧化電位，氧化“積垢”（富鉻上層沉積物）中的氧化物，同時(shí)氧化和溶解幾微米的基層。該去污技術(shù)在瑞典由斯圖斯維克公司STUDSVIK研發(fā)，稱為強(qiáng)臭氧去污技術(shù)（Strong Ozone Decontamination Process，SODP）；在日本由日本原子能研究所（Japan Atomic Energy Research Institute，JAERI）和日本電力示范反應(yīng)堆（Japan Power Demonstration Reactor，JPDR）退役項(xiàng)目部聯(lián)合研發(fā)，稱為氧化還原去污（Reduction and Oxidation，REDOX）；在比利時(shí)由SCK·CEN研發(fā)，稱為鈰氧化金屬去污（Metal Decontamination by Oxidation with Cerium，MEDOC）［13-16］。SODP已應(yīng)用于壓水堆退役，使用硝酸作為去污液，對(duì)去污環(huán)境要求：常溫，pH值保持在0.6左右。氧化劑Ce4+通過加入臭氧進(jìn)行再生，Ce4+在硝酸環(huán)境中的去污流程如圖1所示。Ce4+去污系統(tǒng)主要由去污槽、配液槽、電化學(xué)氧化槽、配液泵和去污液泵、過濾器等設(shè)備組成［17］。SODP去污技術(shù)除應(yīng)用于瑞典阿杰斯塔核電廠（Agesta）兩臺(tái)蒸汽發(fā)生器的去污外，還應(yīng)用于法國當(dāng)皮埃爾核電廠（Dampierre）的蒸汽發(fā)生器去污。去污后溶液的處理過程主要包括：（1）使用過氧化氫將多余的Ce4+還原為Ce3+，（2）在堿性環(huán)境中沉淀氫氧化物。由于工作溫度為20℃，去污過程相對(duì)較緩慢。在較高溫度下應(yīng)用Ce4+去污工藝會(huì)引發(fā)安全問題，因此，去污團(tuán)隊(duì)須在已將蒸汽發(fā)生器從壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)中拆除且冷卻至常溫的情況下，采用SODP技術(shù)對(duì)蒸汽發(fā)生器實(shí)施去污。

圖1 不銹鋼設(shè)備Ce4+/硝酸浸泡去污流程Fig.1 Stainless steel equipment Ce4+ / nitric acid immersion decontamination flow chart

氧化還原（REDOX）和硫酸鈰（Sulfuric acid Cerium，SC）去污技術(shù)的化學(xué)原理相同。即在60℃～80℃的高溫環(huán)境下，使用Ce4+去污，與常溫去污環(huán)境相比，高溫環(huán)境提高了化學(xué)反應(yīng)速率。REDOX和SC去污技術(shù)分別在硝酸和硫酸環(huán)境中使用Ce4+；均在單獨(dú)的容器中通過電化學(xué)實(shí)現(xiàn)Ce3+的再生，即去污液不斷再生。

MEDOC工藝的本質(zhì)是：在與去污環(huán)境相同的溫度下，利用臭氧在氣液接觸器中實(shí)現(xiàn)清洗液的連續(xù)再生。MEDOC工藝結(jié)合了兩種去污工藝的優(yōu)點(diǎn)，即在高溫環(huán)境下加速腐蝕速率和使用臭氧的簡單再生技術(shù)，二次污染物的產(chǎn)量少。假設(shè)溶解厚度為10 mm、面積為20 m2的污染物表面，將產(chǎn)生11.5 L的瀝青固化廢物。去污團(tuán)隊(duì)通過對(duì)溶液的電滲析來實(shí)現(xiàn)回收硫酸，以進(jìn)一步減少二次廢物的產(chǎn)生量。MEDOC去污裝置已成功應(yīng)用于比利時(shí)BR3反應(yīng)堆退役的去污，主要部件包括，（1）一個(gè)裝有籃子（穿孔容器）的去污槽，籃子里裝滿待去污部件。（2）用于臭氧再生的緩沖槽和氣液接觸器。臭氧由臭氧發(fā)生器采用電暈放電法產(chǎn)生（電暈放電法產(chǎn)生臭氧的基本原理：臭氧發(fā)生器由一對(duì)電極、介電體與放電氣隙構(gòu)成。當(dāng)外加交流高壓于兩個(gè)電極時(shí)，由于高速電子與氧分子碰撞，在外界高能量的作用下，氣隙中發(fā)生電暈放電，帶氧的氣體被電離，間隙中的含氧離子化濃度大幅度增長，氧離子與氧分子相互之間反應(yīng)形成臭氧）。（3）開展超聲波去污的清洗槽。去污實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，MEDOC工藝可實(shí)現(xiàn)DFs大于10000，既可用于切割部件的批量去污，又可用于蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、儲(chǔ)罐等大型部件的閉環(huán)去污［18］。

HNO3/HF去污工藝既可使用高壓流體對(duì)去污層進(jìn)行粉碎，還可把蝕刻膏涂抹到待去污部件表面，再放入去污槽溶液中清洗。當(dāng)處理表層覆蓋著氧化層的不銹鋼時(shí)，液體通過氧化層滲透到母體金屬材料。其腐蝕機(jī)理為：氧化還原侵蝕與母體金屬的溶解相結(jié)合。母體金屬受到腐蝕后，氧化物脫落并殘留在溶液中。因此，去污溶液中逐漸充滿了顆粒形式的不溶性氧化物，來自氧化物的部分溶解，以及母體金屬與溶液化學(xué)反應(yīng)生成的溶解鹽。反應(yīng)速率和效率隨著溫度、HF濃度和反應(yīng)時(shí)間的增加而增加。

HNO3/HF去污技術(shù)在低溫和高濃度下，常應(yīng)用于大塊破碎部件（如槽或罐的內(nèi)表面）的去污；或在高溫、低濃度下，用于清洗液中金屬碎塊的去污。當(dāng)處理后的金屬碎塊再經(jīng)超聲波去污后，該去污工藝的效率得到了明顯提高。對(duì)于部分不溶解的氧化物，經(jīng)過濾去除。隨著溶液中溶解鹽濃度的增加，該去污工藝的去污效率逐漸降低。氟離子與溶解態(tài)金屬的螯合作用，降低了氟離子的侵蝕性。因此，去污團(tuán)隊(duì)須向溶液中加入新的HF，或者更新清洗液。在去污過程中，氟硝溶液對(duì)剩余的游離氟化物進(jìn)行中和、螯合處理。由于去污過程需使用特殊建筑材料（主要為塑料），且在工人安全方面存在重大隱患，因此，去污槽內(nèi)洗清去污技術(shù)無顯著的優(yōu)點(diǎn)。此外，清洗液的效率快速下降，導(dǎo)致試劑快速耗盡。相比之下，把去污液噴霧到待去污設(shè)備壁上帶來的益處包括：（1）所需試劑數(shù)量少；（2）在低溫下應(yīng)用引發(fā)的安全問題較少；（3）廢水的產(chǎn)生量更小。同樣去污工藝可概括為：把侵蝕膏涂抹到待去污部件的表面；經(jīng)幾個(gè)小時(shí)后，膏體干燥，采用機(jī)械方法去除；最后用高壓水流沖洗。該去污技術(shù)主要用于外表面或熱點(diǎn)區(qū)域，已成功在實(shí)驗(yàn)室完成測(cè)試，應(yīng)用于拆卸設(shè)備的去污。

DECOHA去污工藝以氟硼酸（HBF4）為基礎(chǔ)。其工作原理為：（1）在低溫下粉碎待去污部件；（2）在較高溫度下將去污部件浸泡在清洗槽中，溫度低于90℃；（3）在更高的溫度（90℃左右）下浸泡在清洗槽中；（4）廢液可進(jìn)行電化學(xué)再生，陽離子在陰極被還原并沉積為金屬；（5） HBF4在陽極重新生成；（6）60Co在陽極與金屬共沉淀［19］。再生過程不允許100%去除陽離子，一般在98%的陽離子沉積時(shí)停止再生。137Cs未沉積在陰極而停留在溶液中。為了處理剩余2%的陽離子，工藝流程包括：（1）通過添加磷酸沉淀不溶性磷酸鹽；（2）沉淀不溶性草酸鹽或不溶性硅酸鹽；（3）與Ca（OH）2中和，生成不溶性CaF2。

DECOHA去污技術(shù)在工業(yè)規(guī)模（5 t/day）上應(yīng)用的經(jīng)典實(shí)例是切爾諾貝利核電廠污染金屬碎塊的去污。該去污技術(shù)可用于不銹鋼的去污（速率為0.02～0.5 mg·cm-2·h-1），碳鋼的去污（速率至少為0.05 mg·cm-2·h-1），鋁的去污（速率為6 mg·cm-2·h-1或22 mm/h）。與上述其他去污技術(shù)（如使用鈰或硝磺酸）相比，DECOHA去污技術(shù)的侵蝕性較小、侵蝕速率低。與HF相比，由于DECOHA去污技術(shù)侵蝕性更小，因此安全問題更少。該去污技術(shù)通過陰極沉淀再生可實(shí)現(xiàn)氟硼酸HBF4的回收，并在陰極沉積大部分陽離子。該去污技術(shù)使用的材料為聚丙烯。由于反應(yīng)過程中產(chǎn)生氫氣，去污過程需加強(qiáng)通風(fēng)和氣體流出物的稀釋，以確保H2濃度在H2和空氣混合物的爆炸濃度之下。

一步法去污使用一種去污液，將去污液注入去污系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施去污，去污后排出去污液，接著進(jìn)行洗滌，或者用離子交換樹脂凈化去污液。一步法去污的優(yōu)點(diǎn)包括：工藝簡單，操作簡便，廢液的產(chǎn)生量少。其缺點(diǎn)是：往往達(dá)不到預(yù)期的去污效果。例如，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的HNO3對(duì)污染的不銹鋼進(jìn)行一次性去污，用氨基酸對(duì)污染的碳鋼表面開展一次性去污等。

化學(xué)去污的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）去污時(shí)間較短，可對(duì)難以接近的污染物表面或幾何形狀復(fù)雜的污染物實(shí)施去污；（2）可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)去污或遠(yuǎn)程遙控操作；（3）化學(xué)去污試劑易于獲取，能重復(fù)使用；（4）去污過程產(chǎn)生的氣載有害廢物量少。其缺點(diǎn)為：（1）難以處理具有表面面積大、多孔、易腐蝕性的污染物表面；（2）化學(xué)試劑種類多，去污工藝復(fù)雜，運(yùn)行處理費(fèi)用較高；（3）可能產(chǎn)生混合廢物，產(chǎn)生的液體廢物量大。

2.2 電化學(xué)去污

電化學(xué)去污又稱電解拋光去污，是一種陽極溶解去污技術(shù)。待去污材料為陽極，而陰極為不銹鋼、銅電極或去污槽。在去污過程中，可控?cái)?shù)量的金屬表面層溶解，把固定在表層的放射性污染物帶走。該去污技術(shù)用于降低劑量率（如蒸汽發(fā)生器筒體內(nèi)去污），或用于拆解件廢物的分類（如從高活度到低活度的分類）。由于待去污部件表面層必須靠近電極，去污部件僅限于可接觸的金屬表面。在進(jìn)行電化學(xué)去污之前，去污團(tuán)隊(duì)須去除金屬部件表面的油漆或氧化層。核電廠中適合采用電化學(xué)去污技術(shù)的部件主要包括壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)和高污染的厚壁部件。電解工藝主要涉及電解液的使用和運(yùn)行條件（參數(shù)）。

2.2.1 磷酸去污工藝

磷酸去污工藝的運(yùn)行條件（參數(shù)）為，（1） H3PO4濃度：40%～80%體積；（2）工作溫度：40℃～80℃；（3）電壓：8～12 V 直流電；（4）電流密度：60～500 mA/cm2。磷酸溶液去污可應(yīng)用于碳鋼和不銹鋼，具體步驟包括：（1）通過添加草酸沉淀草酸亞鐵，帶走高活度的60Co（137Cs不析出）；（2）殘留磷酸經(jīng)沉淀分離，稀酸經(jīng)蒸發(fā)濃縮；（3）草酸鐵在250℃的氧化鐵中經(jīng)熱解破壞，具備了最終貯存的條件。由于要避免廢液含有草酸鹽，該去污技術(shù)在處理二次廢水時(shí)具有一定的復(fù)雜性。由于磷酸去污工藝會(huì)釋放H2，因此，去污團(tuán)隊(duì)在去污過程中須加強(qiáng)氣體稀釋，以減小爆炸風(fēng)險(xiǎn)。該去污技術(shù)在貢德雷明根（Gundremmingen）核電廠一臺(tái)電功率250 MW的沸水反應(yīng)堆（Boiling water reactors，BWR）上開展了工業(yè)規(guī)模的應(yīng)用；在完成100～500 mm厚表層污染物的去除后，達(dá)到了徹底去除數(shù)百噸鐵素體鋼的效果。

2.2.2 硝酸去污工藝

硝酸去污工藝主要包括兩種去污技術(shù)：一種由英國原子能機(jī)構(gòu)（UK Atomic Energy Authority，AEA）Harwell研發(fā)，另一種由法國原子能委員會(huì)（French Atomic Energy Commission，CEA）UDIN研發(fā)。由AEA/Harwell研發(fā)，并商業(yè)應(yīng)用于不銹鋼去污的運(yùn)行條件為：（1）室溫使用濃度為1 mol/L的HNO3；（2）電流密度低，為2-3 mA/cm2；（3）采用鈦電極，以最大限度地減少H2和NOx的生成。待去污碎塊放置在帶孔的鈦制容器（籃子）中。DF在2 h內(nèi)達(dá)到1000，相當(dāng)于去除了5 mm的污染層。AEA宣布去污處理的廢物產(chǎn)生量為0.6 dm3/m2，所選擇的HNO3環(huán)境與AEA的廢物處理裝置兼容。

CEA/UDIN研發(fā)的去污技術(shù)，在HNO3環(huán)境中采用鼓內(nèi)陽極溶解法，處理钚污染的金屬廢物。對(duì)不銹鋼件去污的條件為：（1） HNO3濃度：2 mol/L；（2）電流密度：10～30 mA/cm2；（3）去污時(shí)間：1～3 h。散裝污染廢物置于帶孔的鈦制容器中，在陽極極化并運(yùn)動(dòng)。不銹鋼陰極平行安裝，放置于轉(zhuǎn)動(dòng)鼓內(nèi)。選擇硝酸是由于其與去污或后處理產(chǎn)生的廢水兼容（PuO2）。在此條件下，不銹鋼的侵蝕速率約為16 mm/h，鋁合金的侵蝕速率約為20 mm/h，未噴漆鐵素體鋼的侵蝕速率約為500 mm/h 。

2.2.3 硫酸去污工藝

日本東芝公司研發(fā)了硫酸法去污技術(shù)，用于不銹鋼件去污，其運(yùn)行條件為：（1）H2SO4濃度：5%；（2）溫度：60℃；（3）電流密度：300～1000 mA/cm2。由于H+的耗盡，腐蝕速率從處理初期的240 mm/h降到60 mm/h，電流效率η（電解時(shí)在電極上實(shí)際沉積或溶解的物質(zhì)的量，與按理論計(jì)算出的析出量或溶解量之比，通常用符號(hào)η表示）隨著溶解離子的濃度從40%降到20%。酸度須維持在規(guī)定水平，以保持侵蝕率和電流效率的最佳值。去污工藝主要包括：溶液的中和與氫氧化物的沉淀。若存在137Cs，則須采用亞鐵氰化物處理，并結(jié)合氫氧化物沉淀的方法。

2.2.4 硫酸鈉去污工藝

日本東芝公司研發(fā)了用硫酸鈉交替電解去污技術(shù)（Alternative Electrolytic Decontamination with Sodium Sulfate，AEDSS）。AEDSS去污技術(shù)把硫酸鈉作為電解質(zhì)，采用了交替極化的電極。在陽極電解時(shí)，金屬氧化并溶解，但氧化物（如氧化鐵）保持完整。位于氧化層下方的金屬侵蝕，僅在電解液穿透薄膜的情況下才發(fā)生。陰極電解使表面氧化膜減少，把三價(jià)鐵還原為二價(jià)鐵，母體金屬保持完好。兩種技術(shù)的結(jié)合，即電極極化有規(guī)律性發(fā)生改變，提高了整體腐蝕速率。硫酸鈉去污工藝對(duì)于表面覆蓋有厚層氧化鐵的鐵素體鋼的去污效果顯著。該去污工藝的運(yùn)行條件包括：（1） Na2SO4濃度為20 wt%（重量或質(zhì)量百分比）。（2）電壓為20 V。溶液中的鐵離子以氫氧化鐵形式析出，并攜帶60Co。（3）電流效率相對(duì)較弱，約為6%，導(dǎo)致能耗較大，約4000 kWh/t（200 kWh/m2侵蝕50 mm），但二次廢物的產(chǎn)量非常少，約為10 kg/t。

瑞典ABB原子能公司研發(fā)了電化學(xué)去污技術(shù)（Electrochemical Decontamination，ELDECON）。電化學(xué)去污是通過電化學(xué)溶解原理除去污染的金屬表層，以實(shí)現(xiàn)去污的過程。電化學(xué)去污適用于核設(shè)施退役過程中產(chǎn)生的碳鋼、不銹鋼、鋁等金屬表面的深度去污，以實(shí)現(xiàn)清潔解控和再循環(huán)利用。ELDECON以硫酸鈉作為電解質(zhì)。其運(yùn)行條件為：（1） Na2SO4濃度：5 wt%；（2）電流密度：100～600 mA/cm2；（3） pH值：7；（4）最大電壓：24 V；（5）去污時(shí)間：15 min至1 h不等，取決于不同的部件，當(dāng)電流密度為400 mA/cm2時(shí)，侵蝕速率約為60 mm/h。

瑞典ABB原子能公司建造的商業(yè)化的清洗槽尺寸為：1060 mm×660 mm×500 mm，可承受600 kg載荷。整流器在24 V時(shí)提供最大輸出電流1000 A。在去污過程中，溶解的鐵以氫氧化物形式沉淀，并攜帶60Co。

電化學(xué)去污的主要優(yōu)點(diǎn)包括：（1）在不經(jīng)切割或拆卸的情況下，能有效地對(duì)大面積或幾何形狀復(fù)雜的導(dǎo)電體部件進(jìn)行去污。（2）待去污金屬部件經(jīng)去污后表面平滑，并由氧化保護(hù)膜覆蓋，不易受二次污染。（3）去污操作時(shí)間短，費(fèi)用較低。（4）對(duì)大面積或幾何形狀復(fù)雜的導(dǎo)電體部件去污效果顯著。電化學(xué)去污的主要缺點(diǎn)為：（1）無法對(duì)絕緣體進(jìn)行去污。（2）在對(duì)涂有油漆、環(huán)氧樹脂等絕緣涂層的金屬材料進(jìn)行電化學(xué)去污之前，須預(yù)先清除涂層。（3）去污過程中往往會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣，因此，去污作業(yè)區(qū)域需保持良好的通風(fēng)條件。

2.3 物理去污

物理去污又稱機(jī)械去污，是核設(shè)施去污的重要方法之一，是利用機(jī)械方法去除或降低污染物表面的放射性污染水平的過程。與化學(xué)和電化學(xué)去污工藝相比，機(jī)械去污操作更簡單，且通常無侵蝕性。機(jī)械去污大多與去污清洗劑結(jié)合使用，從簡單的清洗和刷洗，到表面的磨損和機(jī)械去除。機(jī)械去污適用于材料的外表面，例如松散的灰塵、牢固附著的污染物［20］。機(jī)械去污的二次廢物產(chǎn)生量較小，磨料介質(zhì)可多次重復(fù)應(yīng)用。為了去除熱點(diǎn)，可對(duì)表面進(jìn)行部分去污。機(jī)械去污不僅可單獨(dú)使用，還可與化學(xué)去污結(jié)合使用。

2.3.1 超聲波去污工藝

超聲去污利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用和直進(jìn)流作用，對(duì)液體和污物產(chǎn)生直接或間接作用，使污物層分散、乳化、剝離，以達(dá)到去污的目的。超聲波頻率高、波長短，因此，具有傳播的方向性好、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)。超聲波去污適用于不穩(wěn)定和松散固定的污染碎塊的去污，通常在加入洗滌劑的情況下使用。洗滌液中的能量損失使洗滌液溫度自然升高，從而有利于增強(qiáng)去污效果。超聲波去污技術(shù)僅適用于核設(shè)施中松散固定的污染物；DFs小于2；通常與化學(xué)去污技術(shù)結(jié)合使用，或應(yīng)用于化學(xué)去污后的碎塊去污。

2.3.2 干冰去污工藝

干冰去污是利用CO2冰晶粒子高速噴射到待去污部件表面，以達(dá)到清除污染的目的。工作原理為：1.8 MPa的壓縮空氣，在噴射器中對(duì)CO2冰晶顆粒器加速；顆粒體積流量達(dá)21.5 m3/min；污染物移出待去污部件表面，由多余的空氣帶走；CO2冰晶顆粒蒸發(fā)，去除的污染物沉降于地面，或由通風(fēng)系統(tǒng)帶走，再經(jīng)空氣過濾系統(tǒng)收集、處理。污染物仍然位于密封圍隔去污區(qū)域的地面和（或）過濾器中。干冰去污作業(yè)條件要求：確保圍隔作業(yè)空間的通風(fēng)充足，以避免CO2的積聚和消除空氣污染；操作人員須穿通風(fēng)服工作。該去污技術(shù)的噪聲水平在75～125 dB。該去污技術(shù)一般應(yīng)用于輕度污染碎塊或附著力不強(qiáng)的污染物的去污。

2.3.3 噴射冰粒去污工藝

噴射冰粒去污工藝與干冰去污工藝相似，但其去污裝置結(jié)構(gòu)比噴射CO2冰晶粒子去污裝置結(jié)構(gòu)稍微簡單。冰晶與壓縮空氣噴射到待去污部件表面，冰晶融化時(shí)形成的水，將去除的污染物帶走，然后污染物懸浮或溶解。懸浮或沉積在水中的污染物，通過一個(gè)專門的廢水和固體廢物處理系統(tǒng)來處理液體流出物。噴射冰粒的去污效率與噴射CO2冰晶顆粒的去污效率接近。噴射冰晶去污的侵蝕性，不足以對(duì)固定污染物進(jìn)行徹底去污。

2.3.4 加壓水去污工藝

當(dāng)加壓水流處于低壓時(shí)（5～15 MPa），加壓水去污技術(shù)常用于強(qiáng)污染件的預(yù)去污，用于清洗池壁、池中碎塊或長期浸泡在池水中的工具。

當(dāng)加壓水流處于中壓時(shí)（15～70 MPa），加壓水去污技術(shù)用于核電廠設(shè)備的去污，以降低劑量率和可遷移污染物的污染水平，并可用于具有冷態(tài)固定污染物表面的去污（如在環(huán)境溫度下使用的池襯墊和管道）。由于加壓水去污設(shè)備的工作參數(shù)存在差異，水的消耗率（單位時(shí)間內(nèi)水的消耗量）范圍為60～6000 L/h。此外，去污團(tuán)隊(duì)可通過在60℃的溫水中添加清洗液體以提高去污效率。耗水量（單位去污面積對(duì)水的消耗量）范圍為10～600 L/m2。中壓水去污技術(shù)的缺點(diǎn)是：若水不經(jīng)過濾和回收，則會(huì)形成污染的氣溶膠，且耗水量大。

當(dāng)加壓水流處于高壓時(shí)（大于70 MPa），加壓水噴射去污技術(shù)原理與切割金屬技術(shù)的原理相同。當(dāng)水流加壓到300～400 MPa時(shí)，噴射器出口的水流速度約為900 m/s。去污團(tuán)隊(duì)通過在水中添加磨料可提高去污效率。水的消耗率為120～240 L/h，壓縮機(jī)功率為20～40 kW。該去污技術(shù)的投資巨大。此外，由于加壓水去污系統(tǒng)不是為回收磨料而設(shè)計(jì)，因此，對(duì)磨料的消耗量相當(dāng)大。高壓水能去除材料的表層，因此，高壓水去污徹底。但由于高壓水噴射水流的速度大，將產(chǎn)生液態(tài)氣溶膠。

2.3.5 磨料去污工藝

磨料去污是利用磨料高速度噴射到待處理部件表面的撞擊力來實(shí)現(xiàn)去污的。磨料去污須保證磨料的循環(huán)利用，以限制二次廢物的產(chǎn)生。因此，去污團(tuán)隊(duì)淘汰了無回收功能的干式或濕式噴砂裝置，優(yōu)先采用具有回收功能的濕式噴砂和干式噴砂去污技術(shù)。根據(jù)去污對(duì)象的不同，去污團(tuán)隊(duì)一般采用以下材料作為研磨介質(zhì)：（1）礦物（如磁鐵礦或沙子）；（2）鋼球；（3）玻璃珠或玻璃熔塊；（4）塑料顆粒；（5）天然產(chǎn)品（如稻殼或磨碎的堅(jiān)硬果殼）。去污團(tuán)隊(duì)通常選擇使用壽命長、去污力強(qiáng)的磨料。由于磨料能打碎表面材料，噴砂適用于大多數(shù)表面材料的去污，在平坦部件表面上去污效果最佳，也可用于難以觸及的部件表面的去污。噴砂裝置須安裝接地保護(hù)，以避免產(chǎn)生靜電危害。噴砂裝置的流體輸送器，使用的介質(zhì)多為加壓水或壓縮空氣。具有回收功能的濕式噴砂去污裝置主要構(gòu)件包括：（1）收集水、磨料和污染混合物的系統(tǒng)；（2）帶有水流或壓縮空氣并添加磨料的噴砂槍；（3）帶有循環(huán)泵的磨料回收裝置；（4）細(xì)磨料和去除污染物的回收和過濾單元；（5）用于過濾污泥的預(yù)處理單元。該濕式噴砂去污裝置已在BR3反應(yīng)堆和其他多個(gè)核設(shè)施的退役項(xiàng)目中使用，并對(duì)大型污染件、涂漆金屬和局部可到達(dá)的污染斑塊開展去污，取得了良好的去污效果。

具有回收磨料功能的干式噴砂去污裝置結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。該干式噴砂裝置的流體輸送器中的介質(zhì)為壓縮空氣，其結(jié)構(gòu)主要包括：（1）通過預(yù)過濾器、袋式過濾器以及高效空氣過濾器（high efficiency particulate air，HEPA）與普通通風(fēng)設(shè)備相連接的去污作業(yè)區(qū)域（通風(fēng)櫥）；（2）手持式氣噴砂槍或壓縮空氣噴射器；（3）磨料和污染物的回收系統(tǒng)；（4）磨料和污染物的分離系統(tǒng)，通常為旋風(fēng)除塵系統(tǒng)。磨料在旋風(fēng)除塵系統(tǒng)中收集并回收。污染物和細(xì)小的磨粒疏散到過濾系統(tǒng)中收集和過濾。去污團(tuán)隊(duì)須采取防塵措施來控制粉塵和氣體污染物，如通過在工作區(qū)域使用過濾式真空系統(tǒng)來減少粉塵和氣體污染物。該干式噴砂系統(tǒng)已應(yīng)用于許多核設(shè)施的退役工程，并取得了良好的去污效果。例如，應(yīng)用于比利時(shí)布諾谷普斯公司（Belgoprocess）的自動(dòng)化去污系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了金屬部件的自動(dòng)裝載、去污和卸載。

圖2 干式噴砂去污裝置結(jié)構(gòu)原理圖Fig.2 Structure diagram of dry abrasive blasting decontamination device

2.3.6 打磨、拋光和刷洗去污工藝

市場(chǎng)上常見的角磨機(jī)（安裝砂輪或鋼絲刷）包括：直柄打磨機(jī)、直磨機(jī)、刮刀、風(fēng)管、拋光機(jī)、拉絲機(jī)等多種用于打磨、拋光和刷洗的去污設(shè)備。砂帶是使用黏結(jié)劑將磨料黏結(jié)在紙或布等可撓性材料上制成的一種帶狀工具，是涂附磨具的一種主要形式，可用于磨削和拋光。砂帶由基材、磨料和黏結(jié)劑組成。磨砂輥又稱為消光輥，其基材為優(yōu)質(zhì)的無縫鋼管或合金鋼等金屬，光輥的表面加以磨砂或噴砂應(yīng)力后，其表面不再具有光潔度，成為可對(duì)金屬表面進(jìn)行機(jī)械打磨和拋光的滾筒。市場(chǎng)上的砂帶、磨砂輥具有種類多、型號(hào)齊全、尺寸范圍大等特點(diǎn)。同一打磨、拋光和刷洗設(shè)備可用于不同功能、不同類型污染物表面的去污。由于打磨、拋光、刷洗去污作業(yè)會(huì)產(chǎn)生粉塵，因此要求去污團(tuán)隊(duì)在通風(fēng)的環(huán)境中開展去污操作，并穿著防護(hù)服（面罩或通風(fēng)服）。

一般而言，機(jī)械去污可單獨(dú)使用，也可與其他去污技術(shù)結(jié)合使用，以提高去污效果。機(jī)械去污是對(duì)多孔表面污染物進(jìn)行去污的唯一方法。機(jī)械去污的缺點(diǎn)包括：（1）要求污染物表面具有可達(dá)性（可觸及）。（2）去污過程易產(chǎn)生粉塵。因此去污團(tuán)隊(duì)在實(shí)施機(jī)械去污作業(yè)前，要清除障礙物（如管道、電纜、支撐物等），去污作業(yè)過程中除須保持良好的通風(fēng)環(huán)境以外，還須采取降塵和除塵的措施，以保護(hù)工作人員的身體健康和安全。

2.4 熔煉去污

金屬熔煉是一種將放射性污染的金屬（如碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳等有色金屬）加熱到其熔化溫度以上，加入造渣劑和氧化劑使其與金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在此過程中不同元素及其放射性同位素在鑄錠、爐渣和粉塵之間進(jìn)行重新分布的高溫去污技術(shù)。一些與鐵化學(xué)性質(zhì)相似的元素，如鈷、鎳、鉻、鋅、錳等，主要?dú)埩粼谌垠w中。更多的揮發(fā)性元素，如銫、碘或氚，離開熔體并轉(zhuǎn)移到尾氣或熔渣中。超鈾元素以及一些裂變產(chǎn)物容易氧化并轉(zhuǎn)移到熔渣中。

雖然熔煉去污工藝的主要目的是回收和利用金屬，但由于許多放射性同位素從熔體中分離出來，并集中在熔渣或通風(fēng)過濾器中，因而在熔煉過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)了金屬的去污。137Cs是一種揮發(fā)性核素，積聚在粉塵中，由通風(fēng)過濾器捕集。鑄錠中主要剩余核素為60Co。其他核素的半衰期較短。因此，放射性比活度較低的鑄錠可自由釋放，或者經(jīng)過短暫的貯存、衰變后再釋放。放射性比活度低于（國家或行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)限值的鑄錠可回收和再利用，并用作屏蔽塊或屏蔽容器的基材。由于放射性廢金屬冶煉廠的規(guī)模比非放射性金屬冶煉廠的規(guī)模小，去污團(tuán)隊(duì)須將放射性污染金屬切割成較小的碎塊以裝入熔煉爐。碳鋼和不銹鋼成為回收利用的首選合金材料。鉛易于回收，熔融溫度低，只要采取必要的衛(wèi)生和安全防護(hù)措施，就可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行回收利用，無須投入昂貴的資本。其他金屬（如鋁、黃銅、鐵素體鋼和鎳基合金等）須在有資質(zhì)的專用冶煉廠熔煉。

對(duì)于大型核電廠去污項(xiàng)目，已經(jīng)建成了集中的熔煉設(shè)施，如英國的卡彭赫斯特（Capenhurst）和法國的斯柯德（SOCODEI）熔煉廠。大型商業(yè)熔煉設(shè)施已在世界各地建成，接收來自國外的放射性廢金屬，并開展金屬的熔煉去污。例如，德國的辛佩爾坎普（Siempelkamp）、瑞典的斯圖斯維克（Studsvik）和美國的能源解決方案（Energy Solutions）熔煉廠。

金屬熔煉去污技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）能有效去除金屬廢物中放射性核素，達(dá)到凈化金屬廢物的目的。研究表明，金屬廢物中的放射性核素及其子體的去污效率可達(dá)到99%。（2）能實(shí)現(xiàn)金屬資源的回收和再利用，金屬廢物通過熔煉，放射性核素大部分已轉(zhuǎn)移到爐渣中，經(jīng)過熔煉后的部分金屬可達(dá)到清潔解控水平，從而實(shí)現(xiàn)金屬的回收和再利用。（3）可在放射性廢物處理過程中實(shí)現(xiàn)放射性核素的包容。廢金屬經(jīng)熔煉后，絕大部放射性核素進(jìn)入爐渣中，廢渣質(zhì)量約為金屬質(zhì)量的4%，從而大幅減少了需處理的廢物量；此外，產(chǎn)生的爐渣可用水泥進(jìn)行固化，以實(shí)現(xiàn)放射性核素的包容。熔煉去污技術(shù)的缺點(diǎn)為：（1）前期處理工序復(fù)雜；（2）去污成本較高；（3）煙氣產(chǎn)生量大。

2.5 其他去污技術(shù)

使用泡沫、化學(xué)凝膠和化學(xué)漿料的去污技術(shù)用于特定用途核設(shè)施的退役階段（如形狀復(fù)雜熱室和部件的去污）。

2.5.1 泡沫去污工藝

泡沫去污工藝是利用表面活性劑產(chǎn)生的泡沫作為化學(xué)去污劑的載體，使去污劑與污染表面的放射性核素保持較長時(shí)間的接觸，然后用水漂洗或噴淋，以實(shí)現(xiàn)放射性去污目的。泡沫去污技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，尤其適用于形狀復(fù)雜或體積較大的部件。泡沫去污技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）可應(yīng)用于形狀復(fù)雜部件表面的去污；（2）由于泡沫中空氣占有90%以上的體積，去污過程中二次廢物的產(chǎn)生量少；（3）泡沫去污設(shè)備價(jià)格低廉，操作簡單，適合去污團(tuán)隊(duì)人工或遠(yuǎn)程遙控操作。其缺點(diǎn)是：通過一次性應(yīng)用泡沫（分批去污）去污難以獲得良好的DF值，并且不適用于填充式的大空腔、有裂縫的部件表面或有較深或復(fù)雜裂縫部件的去污。

2.5.2 化學(xué)凝膠去污工藝

化學(xué)凝膠作為化學(xué)去污劑的載體，是含有各種去污試劑（如H2SO4、H3PO4+Ce4+）、脫漆劑和其他組分的黏性溶液。在去污過程中，將化學(xué)凝膠噴霧或涂刷到待去污件的表面，形成一層持久的液膜，在成膜過程中，高分子鏈上的官能團(tuán)（如羥基、羧基、胺基等）以及其中的絡(luò)合劑，與引起放射性污染的核素發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，使放射性核素從污染物表面進(jìn)入液膜中；經(jīng)過一段去污時(shí)間，然后開展擦洗、擦拭、抽真空、沖洗或剝離。典型的試劑組合為：硝酸、氫氟酸和草酸的混合物，與羧甲基纖維素膠凝劑混合的非離子洗滌劑，硝酸鋁（作為氟的螯合劑）?；瘜W(xué)凝膠去污技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）可有效地從大型部件中去除原地的可涂抹性污染物；（2）二次廢物的產(chǎn)生量少；（3）易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控操作；（4）可獲得高達(dá)100的DFs?；瘜W(xué)凝膠去污技術(shù)的缺點(diǎn)是：（1）操作工藝復(fù)雜，至少需要經(jīng)過兩次噴涂和兩次水沖洗流程；（2）只有在長時(shí)間接觸的情況下，才能顯現(xiàn)效果，此外，須最大限度地減少浪費(fèi)?；瘜W(xué)凝膠噴涂是處理幾何形狀簡單的低碳鋼管道上β和γ發(fā)射體的良好去污工藝。

2.5.3 化學(xué)漿料去污工藝

化學(xué)漿料廣泛應(yīng)用于不銹鋼等金屬表面的去污，由填料、載體和活性劑（酸或酸的混合物）組成。化學(xué)漿料去污技術(shù)需在漿料中加入磨料。磨料的機(jī)械作用有助于破碎表面的污染物薄膜，從而提高化學(xué)漿料的去污效果。

3 建筑物表層的去污

建筑物表面材料的自由釋放，可能涉及待去除污染物或活化材料（如反應(yīng)堆的生物屏蔽層和加速器外殼的建筑材料）。因此，待去污的建筑物表面厚度從幾毫米到幾米不等。表面去污通常采用簡單的去污工藝，如清洗、擦洗和真空清洗；也用作拆解前或拆解過程中的第一步，為采用具有侵蝕性的去污技術(shù)（如粗琢、銑削、刨削和液壓、氣動(dòng)錘擊）做好前期準(zhǔn)備。

3.1 粗琢去污工藝

粗琢去污是一種純機(jī)械過程，利用（碳化鎢材質(zhì)）活塞頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)或高速旋轉(zhuǎn)沖擊待去污建筑物表層的混凝土，使混凝土破碎，以實(shí)現(xiàn)去除混凝土表面污染層的目的。破碎后的混凝土廢物依靠高效真空集塵裝置吸走，并收集到包裝容器中。市場(chǎng)上常見粗琢機(jī)的活塞頭數(shù)量從1個(gè)到7個(gè)不等。對(duì)于難以到達(dá)的去污場(chǎng)所，可采用全角度粗琢機(jī)（去污設(shè)備）。粗琢機(jī)一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或氣體驅(qū)動(dòng)方式工作。粗琢機(jī)按操作方式分為手持式和遠(yuǎn)距離操作式兩種類型。粗琢去污技術(shù)屬于干式去污技術(shù)，即不需要水、化學(xué)試劑或磨料。產(chǎn)生的廢物僅由清除的碎屑組成。由于混凝土成分、特性和抗壓強(qiáng)度的多樣性，以及所選擇粗琢機(jī)的活塞頭數(shù)量的差異性，因此，去污團(tuán)隊(duì)難以估算去污的工作速率。去污實(shí)踐表明，手動(dòng)操作式粗琢機(jī)的每個(gè)活塞頭在每小時(shí)內(nèi)可去除0.3 cm厚度的混凝土表面層，面積為5 m2。對(duì)于7個(gè)活塞頭的粗琢機(jī)，其去除效率為35 m2/h。粗琢機(jī)適合去除厚15～25 mm的污染混凝土薄層。建議在下列情況中使用：（1）限制或避免去污過程中產(chǎn)生氣載廢物；（2）混凝土表面去污后需重新使用；（3）廢物量最小化；（4）拆除前混凝土需要去污。粗琢后的混凝土表面整體較為平整。該去污技術(shù)既適用于大面積的開闊區(qū)域，也適用于小面積狹窄區(qū)域的去污作業(yè)。美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室的钚工廠曾用粗琢機(jī)對(duì)300 m2的混凝土進(jìn)行了去污，美國的鈉冷堆實(shí)驗(yàn)裝置（Sodium Reactor Experiment，SRE）退役項(xiàng)目使用了含有7個(gè)活塞的手動(dòng)式地面粗琢機(jī)對(duì)混凝土開展去污，去污效果良好。

3.2 研磨去污工藝

研磨去污又稱銑削（刨削）去污，是另一種純機(jī)械加工過程。研磨機(jī)主要由動(dòng)力源、研磨頭、集塵裝置和輔助裝置組成。其工作原理為：動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)研磨輪高速旋轉(zhuǎn)，研磨輪上的硬質(zhì)合金圓盤與混凝土表面摩擦，粉碎混凝土，依靠高效真空集塵裝置收集破碎的污染混凝土，從而達(dá)到清除混凝土表面污染的目的。

研磨輪的磨料主要有水冷金剛石粗顆粒磨料、多層碳化鎢磨料。對(duì)于高強(qiáng)混凝土（含有硬骨料）表面，適合選擇金剛石顆粒磨料。軟骨料混凝土，則不適合選擇金剛石顆粒磨料。去污試驗(yàn)和工程應(yīng)用表明：帶金剛石磨輪的轉(zhuǎn)盤式地面研磨機(jī)每天可去除混凝土幾百立方米，去除深度約為1 cm；若去污團(tuán)隊(duì)對(duì)研磨機(jī)進(jìn)行適當(dāng)控制，混凝土表面去除深度可達(dá)2～3 cm。

根據(jù)研磨（銑削、刨削）設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)反饋，比利時(shí)布諾谷普斯公司（Belgoprocess）研發(fā)了一種遠(yuǎn)程控制的金剛石墻面研磨（銑削）系統(tǒng)，作為大型混凝土表面去污的方案。研磨（銑削）系統(tǒng)由下列部件組成：（1）用于遠(yuǎn)程遙控銑削機(jī)器的水力和電力控制柜；（2）真空系統(tǒng)用于固定臨時(shí)真空墊，以保持銑削單元呈水平或垂直狀態(tài)；（3）簡單的XY框架系統(tǒng)，包含水平導(dǎo)軌、垂直導(dǎo)軌和用于安裝銑削頭的行車支架；（4）一種快速更換的金剛石旋轉(zhuǎn)銑削頭，帶有防塵蓋，可連接到現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)。整個(gè)研磨（銑削）系統(tǒng)分節(jié)搭建，可由一名操作者攜帶；以可控和無振動(dòng)的方式去除混凝土層；每次去污深度在1～15 mm可控，并產(chǎn)生光滑的表面。

旋轉(zhuǎn)銑削頭設(shè)計(jì)成可跟隨去污表面的輪廓，深度的調(diào)整以1 mm增量進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，以最大限度地減少廢物的產(chǎn)生。使用300 mm和150 mm寬的旋轉(zhuǎn)銑削頭，既能進(jìn)入寬敞的區(qū)域，也能進(jìn)入狹小的角落開展去污作業(yè)。當(dāng)垂直導(dǎo)軌安裝在銑削頭剃刮的墻壁上時(shí)，水平導(dǎo)軌可以斷開并向前移動(dòng)，從而保證去污作業(yè)的連續(xù)性。研磨（銑削）系統(tǒng)的去污速率取決于混凝土的結(jié)構(gòu)和硬度、深度設(shè)置、銑削速度和銑削頭所使用的金鋼石類型。每個(gè)銑削頭剃刮去污面積可達(dá)2000 m2，無須更換。美國在圣奧諾弗雷核電廠（San Onofre Nuclear Generating Station，SONGS）1號(hào)機(jī)組采用地面研磨機(jī)和手動(dòng)式研磨機(jī)研磨去污，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土表面的去污。

3.3 液壓或氣壓錘擊去污工藝

核設(shè)施的污染層或活化物深度通常達(dá)到幾十厘米。對(duì)于此深度的污染或活化層，粗琢和銑削（刨削）去污過程過于緩慢，且屬于勞動(dòng)密集型作業(yè)。為了清除幾十厘米深度的污染地面和墻壁，去污團(tuán)隊(duì)可以使用巖石破碎機(jī)或氣錘等機(jī)器?；炷两ㄖ锏那懈詈腿ノ劭衫靡簤夯驓鈮哄N；既可手動(dòng)操作，也可借助電動(dòng)、液壓控制的支撐臂進(jìn)行自動(dòng)操作。后者可配備液壓錘、掘進(jìn)機(jī)支架或其他工具，適合地面和墻壁的去污。重350 kg的小型電動(dòng)、液壓錘擊裝置常用于污染物已深入混凝土表面區(qū)域的去污作業(yè)，增加了去除污染物的可能性，并顯著減少了操作人員的工作量。

3.4 熱磨劃去污工藝

熱磨劃法主要用于混凝土去污，利用火焰或等離子體提供的熱能來沖擊、破碎混凝土的表面，從而達(dá)到去污的目的。根據(jù)熱源的不同，待去污對(duì)象的表面將出現(xiàn)飛濺和熔融兩種熱磨劃現(xiàn)象。當(dāng)待去污對(duì)象表面下的礦物質(zhì)中的較大晶體對(duì)突然噴入的能源（熱量）產(chǎn)生反應(yīng)，從而改變其晶間結(jié)構(gòu)時(shí)，就會(huì)在待去污對(duì)象表面下釋放晶間力，從而使去污對(duì)象以小片形式從表面噴射出來，形成飛濺現(xiàn)象。對(duì)于高度晶化和無定形礦物質(zhì)則不會(huì)發(fā)生飛濺現(xiàn)象，而是發(fā)生熔融過程。熔融過程中產(chǎn)生玻璃狀的熔制小球，停留在待去污對(duì)象的表面，通過機(jī)械方法將這些小球或小片從去污對(duì)象的表面去除，從而達(dá)到去污的目的。

典型的火焰磨劃采用氧-乙炔燃燒器，最高溫度可達(dá)3200℃。去污實(shí)踐表明：一次火焰磨劃操作對(duì)于粒徑小于33 cm的粗粒徑混凝土，剝離深度為2.5～3 mm，而對(duì)于粒徑小于8 cm的細(xì)粒徑混凝土，剝離深度為1.4～1.5 mm。

4 影響選擇去污技術(shù)的因素

核設(shè)施退役項(xiàng)目中存在各種類型的待去污部件，主要包括拆解前或拆解后的金屬部件、工具、設(shè)備、包裝和建筑材料。因此，在一個(gè)核設(shè)施退役項(xiàng)目中通常采用幾種去污技術(shù)的組合開展去污。去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方根據(jù)成本效益分析結(jié)果，選擇去污技術(shù)。這種分析通常伴隨著對(duì)樣本開展大量試驗(yàn)。為了選擇合適的去污技術(shù)，去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方須考慮以下三個(gè)方面的因素：（1）待去污部件的特征。包括：（A）部件的類型、材料和表面狀態(tài)；（B）部件在運(yùn)行過程中的使用情況，如待去除污染物的種類、組成和分布等信息；（C）部件的歷史，如部件在其運(yùn)行壽命期內(nèi)是否已經(jīng)過某種處理或去污。（2）去污的目的。是減少劑量，還是無限制重復(fù)使用。（3）哪些去污技術(shù)符合該部件的去污條件且可采用。需要考慮的因素包括：（A）針對(duì)污染物所采用去污技術(shù)的有效性，已獲得證實(shí)，以及來自其他退役項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)反饋；（B）去污設(shè)備的可用性、經(jīng)濟(jì)性和復(fù)雜性，包括管理二次廢物所需的設(shè)備；（C）申請(qǐng)退役許可文件所需的時(shí)間和對(duì)退役計(jì)劃的影響；（D）健康、安全和環(huán)境問題；（E）是否具有訓(xùn)練有素的去污工作人員；（F）為開展去污，須對(duì)現(xiàn)有核設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造的程度（如隔離系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)及通風(fēng)空間）；（G）從去污準(zhǔn)備階段到二次廢物管理的整個(gè)去污過程中，去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方職業(yè)劑量的攝入。

是否對(duì)核設(shè)施退役項(xiàng)目中的部件開展去污和去污技術(shù)的選擇，取決于上述因素在現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)下成本、時(shí)間、安全等方面的最佳綜合平衡。

5 去污技術(shù)在BR3反應(yīng)堆退役中的應(yīng)用

BR3壓水堆核電廠由美國設(shè)計(jì)和制造，并出口到比利時(shí)。該核電廠從1957年開工建設(shè)，1962投入商業(yè)運(yùn)行，是歐洲第一座建造和投入運(yùn)行的壓水堆核電廠。其額定熱功率為40 MW，電功率為10.5 MW，具有商用壓水堆核電廠的回路系統(tǒng)和特性，主要用于比利時(shí)核電廠操作員的培訓(xùn)，后用作全壓水堆條件下新型核燃料（MOX燃料、毒物的消耗、高燃耗）的試驗(yàn)平臺(tái)，于1987年停閉并進(jìn)入退役階段［21］。自1987年以來，SCK·CEN參與了BR3壓水堆的源項(xiàng)調(diào)查、拆除解體、去污、廢物管理、輻射檢測(cè)、輻射防護(hù)、場(chǎng)址清污等退役工作。

作為BR3反應(yīng)堆退役的一部分，退役現(xiàn)場(chǎng)采用了多種去污技術(shù)來去除金屬污染物。例如，（1）人工清洗或超聲波清洗部件外表面輕度污染的碎塊；（2）用研磨機(jī)和拋光機(jī)對(duì)金屬進(jìn)行人工拋光；（3）對(duì)形狀簡單、重量達(dá)3 t、長度達(dá)3 m的銹蝕或噴漆部件開展?jié)袷侥チ先ノ?；?） MEDOC去污技術(shù)的硬化學(xué)去污。MEDOC去污裝置設(shè)計(jì)用于不銹鋼部件的去污。這些不銹鋼件被活度高達(dá)20000 Bq/cm2的60Co污染（應(yīng)用CORD去污技術(shù)實(shí)施FSD后的壓水堆一回路）；每批次去污面積為20 m2，最大待去污部件重量為1000 kg。根據(jù)去污實(shí)驗(yàn)和測(cè)試程序結(jié)果，在MEDOC去污裝置中使用鈰去污。去污結(jié)果表明：待去污部件可達(dá)到自由釋放水平。在同一核設(shè)施中，采用了合適的化學(xué)方法對(duì)碳鋼去污（無Ce+4和臭氧化反應(yīng)）。

去污決策過程中的關(guān)鍵問題是：證明“在經(jīng)濟(jì)方面，投資MEDOC去污設(shè)施以消除215000 kg的污染物直至達(dá)到自由釋放水平，具有合理性”。在該決策作出的1995年，據(jù)評(píng)估，使用MEDOC去污技術(shù)的自由釋放成本相當(dāng)于實(shí)施“不開展去污”方案并因此在放射性狀態(tài)下處理廢物成本的45%左右。根據(jù)2010年的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，這一比例已降至28%。在核設(shè)施退役項(xiàng)目實(shí)施期間，經(jīng)濟(jì)狀況的變化不僅很難預(yù)測(cè)，還在去污決策過程中扮演著重要角色。

盡管MEDOC 裝置是為核設(shè)施退役的批量去污而設(shè)計(jì)的，但研究人員Ponnet提出了另一種去污想法。即將MEDOC去污裝置應(yīng)用于核電廠蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等大型部件的去污，然后將其切割成較小的部件。通過將大型待去污部件與MEDOC設(shè)備集成在一個(gè)回路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型部件的去污。該去污工藝具有的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）減少了全身受照劑量；（2）減少了化學(xué)試劑和二次廢物的數(shù)量，最終降低了部件管理成本。由于穩(wěn)壓器內(nèi)襯不銹鋼存在缺陷，去污操作的主要風(fēng)險(xiǎn)來自去污液與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)碳鋼，或與殼體碳鋼的接觸。為了避免產(chǎn)生的H2達(dá)到爆炸濃度，須將蒸汽發(fā)生器二次側(cè)置于惰性氮?dú)庵小Ｈノ圻^程中，氮?dú)獠粩嗟卮颠^二次側(cè)，同時(shí)不斷地向穩(wěn)壓器上部吹入壓縮空氣，并安裝氫氣濃度探測(cè)器。此外，在H2存在異常的情況下，立即注入脫鹽水以中止酸腐蝕。MEDOC去污技術(shù)還成功應(yīng)用于Inconel-600材料制造的蒸汽發(fā)生器傳熱管的去污，其放射性污染水平高達(dá)50000 Bq/cm2。對(duì)鋁樣品開展去污試驗(yàn)的結(jié)果表明：MEDOC去污裝置也可用于鋁制碎塊的去污。退役去污工程實(shí)踐表明：經(jīng)驗(yàn)豐富和訓(xùn)練有素的去污方人員在施工現(xiàn)場(chǎng)工作，有助于選定去污工藝和優(yōu)化設(shè)施的使用。

6 新興去污技術(shù)與未來發(fā)展趨勢(shì)

近年來，在放射性廢物管理研究和發(fā)展計(jì)劃的框架內(nèi)，研究人員提出了許多新興去污技術(shù)。新興去污技術(shù)大多是由化學(xué)、電化學(xué)、微生物、機(jī)械、激光、超臨界萃取、等離子體消融、微波粗琢、超聲波去污技術(shù)中的一種或多種組成的混合技術(shù)。新興去污技術(shù)的目標(biāo)是提高現(xiàn)有去污技術(shù)的效果，或使去污技術(shù)缺點(diǎn)最小化。由于微生物或電極去污屬于緩慢的去污工藝，過去幾年的研發(fā)投入和應(yīng)用程度有所下降。

激光去污技術(shù)利用透鏡組合，將激光束聚集到微小區(qū)域，產(chǎn)生高達(dá)幾千度或幾萬度的高溫，對(duì)受污染的核設(shè)施金屬部件和設(shè)備的表面進(jìn)行加熱，使之汽化、蒸發(fā)、瞬間膨脹破裂；通過蒸汽流帶動(dòng)污染物層脫離待去污物體表面，在焦點(diǎn)附近上方區(qū)域進(jìn)一步加熱電離形成等離子體，以達(dá)到降低核設(shè)施金屬部件、設(shè)備的放射性水平或回收再利用金屬部件的目的。激光去污過程中激光與物質(zhì)的相互作用，是多種物理和化學(xué)作用的復(fù)雜混合過程。激光去污過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)由真空系統(tǒng)或多級(jí)過濾器捕集，有機(jī)物可使用活性炭床捕集。

微生物是一類形體微小的單細(xì)胞或個(gè)體結(jié)構(gòu)比較簡單的多細(xì)胞，甚至是沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物；是眼看不見，手摸不著，有生命的微小生物，只有借助光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡才能看到。微生物包括細(xì)菌、病毒、真菌等。微生物去污是一種利用細(xì)胞膜的吸收作用、沉積作用、離子交換作用，以及微生物的誘捕作用、甲基化作用、脫羥作用、氧化還原作用、催化作用、降解作用等對(duì)待去污的核設(shè)施進(jìn)行去污的單一的或綜合性的去污技術(shù)。微生物去污工藝流程包括：（1）用滾筒、毛刷、噴霧器等工具將微生物溶液涂抹并覆蓋到待去污部件的表面，微生物穿過表面接觸污染面；（2）待微生物對(duì)污染物完成消耗后，再使用洗滌劑或溶劑對(duì)反應(yīng)物和大多數(shù)污染物進(jìn)行洗滌；（3）對(duì)洗滌廢液進(jìn)行干燥，以破壞殘留的微生物，若未破壞，可通過加熱或化學(xué)處理方法（如酸洗或表面活性劑洗滌）對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步處理，使微生物失去活性；（4）使用新鮮溶劑洗滌掉物體基質(zhì)表層殘留的污染物及其衍生物。在微生物去污過程中，需確保待去污物體表面保持適當(dāng)?shù)臏囟取Ｎ⑸锶ノ奂夹g(shù)適用于地板、墻面、開放性裝置、集油槽、閥門、管道、貯存罐等殘留物的去污。

微波粗琢去污利用微波照射混凝土表面，使其中的結(jié)合水汽化，在表層產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，使混凝土表層發(fā)生爆裂，從而達(dá)到去污的目的。該去污方法不適用于金屬和含水量過低的混凝土的去污。

超臨界流（液）體（Supercritical fluid，SCF）是指溫度和壓力均高于臨界點(diǎn)的流體，如二氧化碳、氨、乙烯、丙烷、丙烯、水等。處于超臨界狀態(tài)時(shí)，超臨界流體的氣液兩相性質(zhì)非常相近，液體兼有氣液兩相的雙重物理特性，既有與氣體相近的高擴(kuò)散系數(shù)、較低的黏度和良好的滲透性，又有液體相近的密度和良好的溶解能力。應(yīng)用較多的超臨界流體是二氧化碳，它具有無毒、不燃燒、與大部分物質(zhì)不反應(yīng)、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)；其密度對(duì)溫度和壓力變化十分敏感，且與溶解能力在一定壓力范圍內(nèi)成正比，因此，可通過控制溫度和壓力改變物質(zhì)的溶解度。超臨界流體萃取去污以超臨界液體作為萃取劑，通常分為萃取和分離兩個(gè)階段。在萃取階段，超臨界流體將所需組分從原料中萃取出來；在分離階段通過改變某些操作參數(shù)或方法，使萃取組分從超臨界液體中分離出來，分離后的超臨界流體經(jīng)凈化、加壓后可再循環(huán)使用。超臨界液體（CO2）萃取去污過程包括：（1）將污染物置于萃取室與超臨界流體（CO2）接觸，加壓到300 atm（標(biāo)準(zhǔn)大氣壓），通過加熱溫度升高到80℃，維持20 min；（2）然后抽出CO2，減壓升溫，使超臨界流體（CO2）變?yōu)槠胀ㄒ后w，把萃取的放射性核素“釋放”出來，以達(dá)到去污的目的。臨界萃取去污技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）可對(duì)幾何形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備和部件進(jìn)行有效去污，超臨界流體的表面張力較低，與液體相比，其擴(kuò)散能力較強(qiáng)，在去污過程中超臨界流體可進(jìn)入設(shè)備或部件的微孔，從而有效去除污染物；（2）去污時(shí)間較短，去污效率高；（3）超臨界流體可循環(huán)使用，二次廢物的產(chǎn)生量少；（4）對(duì)去污對(duì)象的腐蝕作用小。超臨界萃取去污技術(shù)的缺點(diǎn)包括：（1）由于去污過程在高壓環(huán)境中開展，去污設(shè)備的一次性投資較大；（2）去污屬于非連續(xù)性操作，工作效率較低。

熱處理去污技術(shù)是一種新興的建筑物表面去污技術(shù)，主要適用于涂層的去除，也適用于薄礦物質(zhì)或有機(jī)層的剝離和分層。通過對(duì)待處理物體表面施加熱量，或吸收熱量，導(dǎo)致材料性質(zhì)在高溫或低溫，或在溫度梯度下發(fā)生變化，即利用低溫脆性和熱誘導(dǎo)張力作用去污。張力由涂層和母體材料的不同熱膨脹系數(shù)，以及材料表面和深度方向的局部溫差產(chǎn)生。此外，軟力學(xué)機(jī)制用于在不損傷母體材料的情況下，破壞涂層的結(jié)合力。用液氮（-196℃）和固體二氧化碳（-78℃）作冷卻介質(zhì)，通過激光、微波或火焰引入熱量，把多種技術(shù)相結(jié)合，以最大限度地提高熱應(yīng)力。

此外，近十余年改進(jìn)的DFD技術(shù)取得了最新進(jìn)展。DFD技術(shù)的改進(jìn)，主要涉及使用電化學(xué)離子交換池去除金屬和溶解放射性核素。在一個(gè)工業(yè)化的、考慮成本效益的核設(shè)施退役項(xiàng)目中，新興去污技術(shù)的應(yīng)用僅限于完成一個(gè)測(cè)試方案之后的特定情況。

7 挑戰(zhàn)與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

去污在核設(shè)施的退役工程中是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、環(huán)保、安全等諸多領(lǐng)域。去污必須在核設(shè)施的退役許可文件中進(jìn)行詳細(xì)描述。去污工藝、技術(shù)和類型須經(jīng)國家核安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后才能組織實(shí)施?，F(xiàn)有的各種去污技術(shù)均存在一定的局限性。母體材料、污染物種類、去污對(duì)象等，均對(duì)去污技術(shù)的選擇存在著制約作用［22］。去污通常需要聯(lián)合使用幾種去污技術(shù)，而非僅僅使用一種去污技術(shù)。選擇去污技術(shù)時(shí)應(yīng)考慮的因素包括：核設(shè)施的類型和生產(chǎn)工藝，核設(shè)施的運(yùn)行歷史，待去污對(duì)象的材料類型、污染狀態(tài)，去污對(duì)象的材質(zhì)、表面狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)與核素種類等，與去污技術(shù)相匹配的去污劑等。

在選擇去污技術(shù)的過程中，去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方須對(duì)“倘若去污目標(biāo)僅部分達(dá)到，或者根本未達(dá)到，將對(duì)整個(gè)核設(shè)施退役工程產(chǎn)生哪些影響”進(jìn)行充分評(píng)估和論證，開展與健康、安全和環(huán)境因素相關(guān)的評(píng)估工作，以實(shí)現(xiàn)核設(shè)施退役項(xiàng)目的去污工藝最佳化。例如，受照劑量、二次廢物的產(chǎn)生量和廢物的處置與管理等問題。在不影響受照劑量、費(fèi)用和廢物處置路線最佳化的前提下，優(yōu)先采用現(xiàn)場(chǎng)去污技術(shù)。此外，去污技術(shù)需要根據(jù)核設(shè)施去污作業(yè)的實(shí)際情況做出調(diào)整。

為了擴(kuò)大現(xiàn)有核設(shè)施去污工藝的適用范圍，提高現(xiàn)有去污技術(shù)的效果，去污作業(yè)方、管理方和監(jiān)管方還需進(jìn)一步開展去污的試驗(yàn)研究、工程應(yīng)用、技術(shù)改進(jìn)等方面的工作，研制出技術(shù)更先進(jìn)、性能更優(yōu)越的去污設(shè)備或化學(xué)試劑，探索出一套適合中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平、快速和簡單的核設(shè)施去污技術(shù)，使中國的核設(shè)施去污技術(shù)向環(huán)境友好型、復(fù)合型和高效型發(fā)展。