放射性废物治理优良实践

放射性废物治理优良实践

唐明山

（中核四川环保工程有限责任公司 四川广元）

摘要:本文针对放射性废物治理的具体内容和要求，以乏燃料后处理厂产生的放射性废物为主线介绍了放射性废物的主要来源，并对几种具有代表性的液态放射性废物处理处置实践情况进行了介绍。

关键词：放射性废物；处理处置；实践

1. 前言

国际原子能机构（IAEA）对放射性废物的定义为：含有放射性核素或被放射性核素污染，其浓度或比活度大于国家审管部门规定的清洁解控水平且预计不再利用的物质。放射性废物治理是指对核设施运行及退役过程中所产生的具有高、中、低放射性水平的固体、液体、气体三种状态废物的处理处置。

放射性废物的来源大致可分为以下几类：

2.后处理厂主要放射性废物来源

（1）高放废液

高放废液主要来自后处理厂1A槽产生的萃残液（1AW），1AW用煤油捕集去除TBP后再蒸发浓缩50倍，然后将高放浓缩废液倒入高放废液贮存设施暂存。此外在铀、钚纯化循环工艺中也产生了一部分高放废液。浓缩后的高放废液体积小但包含了99％以上的全部裂变产物，其放射性浓度大于4×1010 Bq/L。

（2）中放废液

中放废液主要来自燃料元件包壳去壳过程中产生的NaAlO2废液、2D槽（铀二循环萃取槽）产生的萃残液2DW的蒸残浓缩液（浓缩50倍）、2A槽（钚二循环萃取槽）产生的萃残液2AW、去污溶剂洗涤过程中产生的废酸和废碱、高放废液蒸发浓缩时产生的二次蒸汽冷凝液、清洗去污过程中产生的放射性浓度与之相当的酸碱废液、放射性浓度相当的实验室分析废水、定期更换下来的降解TBP-煤油等。中放废液放射性浓度在4×10 6～4×1010Bq/L之间。

（3）低放废液

低放废液主要来自中放废液蒸发处理和硝酸回收系统产生的二次蒸汽冷凝液、放射性厂房检修区和操作区以及放射性实验室地面冲洗水、运送废物的汽车房冲洗水、洗衣房废水及需要处理的淋浴水等。低放废液放射性浓度小于4×106Bq/L。

（4）固体废物

核燃料后处理过程中产生的放射性固体废物，除固化处理过程中产生的几类固化体外，还有各生产环节和检修过程中产生的废物，这类废物种类较多，沾污程度各异，分金属废物、非金属废物、可燃废物、不可燃废物、高放废物、中低放废物、极低放废物和α废物等。

3.放射性废物治理优良实践

3.1中、低放废液水泥固化

中放废液的处理处置旱期采用的是石油部门成熟的水力压裂技术来开展热试验的，上世纪90年代开展的16#工程是国内首家采用水力压裂技术处置中放废液工程，该工程从国外引进了集处理处置一体的水力压裂技术，其原理是将中放废液与水泥、飞灰、白土、沸石等固料及酒石酸、TBP等添加剂进行混合后利用高压柱塞泵将其压送至地下约400m深的页岩层中，水泥浆体与附近的地质层形成新的地质结构，从而实现中放废液的最终处理处置。该技术的优点是一次处置的废液量大、时间短、效率高，且是对废液的最终处理处置，16#水力压裂工程共开展了十二次热试车，处理了数千立方米中放废液。但随着水力压裂注浆次数增加，对注射井周边地质结构影响较大，地质垂直主应力逐步增加，水平主应力逐步下降，不但提高了每次注浆的压力参数，而且还增加了页岩层产生垂直裂缝的风险。

低放废液可采取沥青固化法进行处理处置，但由于沥青的可燃性以及沥青固化体受热后辐照影响较大，特别是沥青固化氧化性硝酸盐废物时，燃烧爆炸风险较大，国内外曾多次发生着火爆炸事故，此种方法大多数国家已废弃不用。

目前对于中、低放废液的处理处置，常用的方法是进行水泥固化处理。水泥固化工艺很多，目前国内主要采用的是桶外混合水泥固化技术处理处置中、低放废液。桶外搅拌水泥固化技术是利用水泥的水化作用，将计量好的废液、水泥先加入密闭的搅拌器中搅拌均匀形成水泥灰浆后卸到400L金属桶内固化，将废液转变为稳定的、标准化的固体废物，固化体具有很好的自屏蔽能力和良好的机械性能，便于运输至放射性废物处置场进行处置。该技术的优势在于处理效率高，可以处理较高放射性水平的废液，一条生产线每天能处理3～4m3中放废液。

16C水泥固化工程主要由料液系统、固料系统、固化系统及其辅助电仪、通风、辐射监测等系统构成，在生产过程中针对水泥下料管堵塞问题设计了旋转机械疏通装置，可以定期对水泥下料管进行疏通，另外在搅拌器内设置了高压水清洗装置，可以对搅拌器内部进行清洗，有效解决了搅拌器内部水泥板结等问题。

3.2低放有机废液热解焚烧

乏燃料后处理工艺普遍采用的是普雷克斯流程，在萃取、反萃取等工艺过程中会产生大量的废有机溶剂。目前采用热解燃烧法处理TBP/OK有机废液，TBP在氮气气氛中于350℃～500℃热解，热解气与煤油汽化气体燃烧，产生的尾气经冷却、净化处理后排入大气，废液中的主要放射性核素集中在热解产生的热解灰（焦磷酸钙）中，产生的热解灰采用水泥固化技术进行处理，最终形成的水泥固化体送往处置场进行处置。选择焚烧技术处理低放可燃废物的最重要的原因是减重效果好，减容比大

，且废物焚烧产生的灰烬易于加工成适于处置的稳定形式。

我国第一个采用热解焚烧技术处理废TBP/OK的放射性三废治理设施是18#工程，该工程主要工艺由油水分离、TBP/OK接收、悬浮液配制、供料、热解及过滤、热解气体燃烧、烟道气体处理、工艺尾气排放等系统组成。其中工艺系统中的供料泵、热解炉及过滤器为引进德国NUKEM公司技术。该工程采用球床热解工艺，具有减容效果好、固磷率高等优点。在18#工程生产过程中开发了适用于热解焚烧的悬浮液配方，解决了供料稳定难题；优化运行参数、高温气体过滤器反吹控制，提高了开工率；改进了卸灰手套箱，避免了污染扩散。

3.3高放废液玻璃固化

玻璃固化是将高放废液与玻璃基材按一定比例混合后，在高温900～1200℃下煅烧、熔融、浇注，经退火后转化为稳定玻璃固化体。从化学和物理的角度看，高放废液的玻璃固化是一个溶解过程。其中，玻璃基材的熔融体构成溶剂以溶解高放废液氧化物，氧化物因此转化为玻璃结构的组成部分。玻璃固化体性能要求主要包括辐照稳定性、热稳定性、机械稳定性和化学稳定性等方面。

10#厂房玻璃固化工程是我国首个高放废液玻璃固化设施。该设施的任务是对高放废液贮存厂房输送来的高放废液进行玻璃固化处理，将高放废液转化为稳定的玻璃固化体。该设施主要由玻璃固化工艺区、分析试验区、产品容器暂存库组成。高放废液玻璃固化系统主要由高放废液接收系统、玻璃固化熔炉系统、产品容器操作系统、中放废液蒸发系统、湿法尾气处理系统、干法尾气处理系统、贮槽呼排净化系统等组成。

在玻璃固化工程生产过程中开发了新型熔炉尾气管，采用气膜技术和水清洗技术；优化了装载机，更便于人员操作；针对玻璃易析晶特点，开发出独特的运行工艺和底部出料工艺，避免了底部出料堵塞问题。

10#厂房玻璃固化工程在高放射性、高温、高腐蚀连续运行环境下集合了纵深防御、多重屏障、冗余安全、设施动态监测、系统自动化控制、耐辐射远距离操作、非转动式废液输送等多项先进技术，生产出产品质量可控的玻璃固化体。该设施的投运标志着我国已实现高放废液玻璃固化处理技术和能力的重大突破，成为世界上少数几个具备高放废液玻璃固化处理能力的国家。

4.结束语

在核燃料循环的各个环节中核燃料后处理厂产生的放射性废物最为复杂、放射性水平最高、数量最为庞大，后处理厂放射性废物的处理处置技术路线最具有代表性。

在放射性废物治理方面，中低放固体废物整备、低放可燃固体废物焚烧、中低放废液水泥固化、低放有机废液热解焚烧、高放废液玻璃固化、极低放固体废物填埋等废物处理处置技术在国内已有较为成功的实践，下一步还需针对特殊的遗留放射性废物开展处理处置研究，尽早补齐短板、填补弱项，逐步形成多种类型废物处理处置的技术布局。

参考文献：

[1]张明、白云生，核设施退役治理管理政策制度优化研究，北京，中国核科技信息与经济研究院，2013；

[2]罗上庚，放射性废物处理与处置，北京，中国环境科学出版社，2007；

[3]王任泽，核环保技术科学研究，北京，中核环保有限公司，2021.

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