环境岩土工程学课件-东南大学-潘华良环境岩土工程学概论-7放射性有

第7章放射性有害废物的处置世界各国对高放废物处置问题提出了许多方案，如太空处置、海洋处置、海岛处置、冰层处置及深地质处置等等。通过各种方案的比较，最终对深地质处置的安全性和现实性达成了共识。1990年12月在伦敦召开的消除核工业废料国际会议上公布的数字表明，近40年来，美、英两国在大西洋和太平洋北部的50多个“墓地”，大约投弃过46×1015贝克放射性废料。虽然这些废料是容器盛装投弃的，但其渗沥性在短期内是很难确定的。1.放射性固体废物的定义放射性固体废物是指任何含有放射性核素或被其玷污，其比活度超过国家规定限值的废物。根据放射性废物分类标准，固体废物中放射性比活度大于7.4×104Bq·kg-1的为放射性固体废物。Bq是表示放射性活度单位，1Bq定义为放射性核素每秒衰变一次。比活度:物质中的某种核素放射性活度除以该物质的质量而得的商。放射性固体废物的来源(1)铀矿开采，选矿及水洗过程产生的尾矿。这类废物一般数量大，放射性比活度低，通常就地堆存或回填矿井。(2)核燃料辐照后产生的裂变产物。它是放射性废物产生量最多的环节，主要有被放射性污染的设备、材料、废弃的过滤器、废液处理时形成的泥浆和废弃的防护用品等。(3)反应堆内非核燃料物质经辐照后产生的活化产物。主要包括废离子交换树脂、过滤器上的泥浆、蒸发器残渣、燃料元件碎片及废弃的防护用品等。7.1放射性废物的分类(1)放射性废物按其所含最长的放射性核素的半衰期(Tl／2)长短分为四种：①(Tl／2)≤60天；②60天≤(Tl／2)≤5年；③5年≤(Tl／2)≤30年；④(Tl／2)＞30年。(2)按放射性比活度水平分三级：第Ⅰ级为低放废物；第Ⅱ级为中放废物；第Ⅲ级为高放废物。固体放射性废物分类依据废物类型特性处置方式免管废物放射性比活度等于或小于清洁解控水平不按放射性废物处置要求对待中低放废物比活度大于清洁解控水平，释热率小于2kW·m-3近地表处置或地质处置短寿命废物单个废物包装体中长寿命α核素比活度不大于4×106Bq·kg-1,多个包装体平均值不大于4×105Bq·kg-1近地表处置或地质处置短寿命废物长寿命放射性核素比活度大于上述规定的限值地质处置／工程处置高放废物释热大于2kW·m-3，长寿命放射性核素比活度大于上述规定的限值地质处置／工程处置①清洁解控水平是按公众成员年有效剂量小于0.0lmSv的豁免水平导出的。气载放射性废物的分类级别名称放射性核素浓度C(Bq·m-3)Ⅰ低放C≤4×107Ⅱ中放C4×107放射性废水(废液)的分类级别名称放射性核素浓度C(Bq·L-3)Ⅰ低放C≤4×106Ⅱ中放4×106≤C≤4×1010Ⅲ高放C4×10107.2放射性废物的特点含核素的衰变及随之产生的电离辐射，其辐射强度(活度)只能随时间的推移按指数规律逐渐衰减(半衰期)，任何物理、化学、生物处理方法或环境过程都不能予以消除。放射性废物中同时也含有多种非放射性污染物质。放射性核素与其稳定同位素的化学性质基本相同，因此，去除废物中稳定性元素的常规处理方法亦可用于去除放射性同位素高放射性废物中常含有各种用途广泛的裂变产物同位素，如加以浓集回收，既可降低废物的活度水平，又可用以制造辐射源。7.3放射性废物管理的原则“减少产生、分类收集、净化浓缩、减容固化、严格包装、安全运输、就地暂存、集中处置、控制排放：加强监测”7.4浅地层处置日本把放射性固体废物处置方法归纳为四大类型。1.扩散型对有自然扩散可能性的气态、液态放射性废物通过稀释扩散进行处置。如核电站或核研究中心的放射性废气和废水当其放射性浓度低于法令规定的限值时向环境释放。但不适用于固体放射性废物处置。2.管理型对于放射性水平低而且几乎不含极长半衰期放射性核素的放射性固体废物，依靠其衰减效果而使放射性水平降到不需要安全保障的这段期限内，通过与放射性水平相适应的阶段性管理而进行的处置。例如中低放固体废物的浅地层处置是典型的管理型处置。3.隔离型对于来自使用过的核燃料的后处理所产生的高放废物，由于其产生量很少，放射性很高，而且.还含有相当数量的长半衰期核素，在其放射性衰减使环境污染或放射性影响的担忧充分减轻之前，有必要使其与生活环境长期地充分隔离开，并在稳定的场所安全地隔离。高放废物的深地层处置和放射性废物的海洋处置。4.再利用型对于极低水平的放射性固体废物，在不需要安全保障的限度内，力图考虑再利用。例如，核反应堆等的退役解体所产生的大量混凝土类废物用作造地时的填埋材料，或把极低放射性水平的金属配管类材料作为原料再利用。7.3.3浅地层处置方法1.浅地层处置定义浅地层处置是指地表或地下的，具有防护覆盖层的，有工程屏障或设有工程屏障的浅埋处置，埋藏深度一般在地面下50m以内。通常将废物容器置于处置单元之中。2.适于处置废物的种类(1)含半衰期大于5年、小于或等于30年放射性核素的废物，比活度不大于3.7×1010Bq·kg-1；(2)含半衰期小于或等于5年放射性核素的废物，比活度不限；(3)在300～500年内，比活度能降到非放射性固体废物水平的其他废物；(4)废物应具有足够的化学、生物、热和辐射稳定性；(5)废物不得产生有毒有害气体；(6)废物包装容器必须具有足够的机械强度，以满足运输和处置操作要求；(9)包装容器表面的剂量当量率应小于2mSv／h；(10)废物不应含有易燃、易爆、危险物质，也不含易生物降解及病毒等物质。废物在处置前进行去污、包装、切割、压缩、焚烧、熔融、固化等预处理。7.3.4场地选择1.场地选择原则浅地层埋藏处置场地的选择要遵循两个基本原则：一是防止污染(安全原则)；二是经济合理(经济原则)。(1)处置场应选择在地震烈度低及长期地质稳定的地区；(2)场地应具有相对简单的地质构造，断裂及裂隙不太发育；(3)处置层岩性均匀，面积广，厚度大，渗透率低；(4)处置层的岩土具有较高的离子交换和吸附能力；(5)场地应选择在工程地质状况稳定，建造费用低和能保证正常运行的地区；(6)场地的水文地质条件比较简单，最高地下水位距处置单元底部应有一定的距离；(7)场地边界与露天水源地的距离不少于500m；(8)场地宜选择在无矿藏资源或有资源而无开采价值的地区；(9)场地应选择在土地贫瘠，对工业、农业、旅游、文物以及考古等使用价值不大的地区；(10)场地应选择在人口密度低的地区，与城市有适当的距离；(11)场地应远离飞机场，军事试验场地和易燃易爆等危险品仓库。7.4高放废物深地质处置深地质处置就是把高放废物埋藏在距地表深约500～1000m的地下深处，使之永久与人类生存环境隔离。埋藏高放废物的地下工程即为高放废物处置库。高放废物深地质处置库一般采用的是“多重屏障系统”设计，即把废物储存在废物容器中，外面包裹回填材料，再向外为围岩。一般把地下设施及废物容器和回填材料称为工程屏障，把周围的地质体称为天然屏障。天然屏障首先，深部地质介质之所以具备长期圈闭的功能，它既可以有效地限制核素的迁移，又可以避免人类的闯入。它不仅是良好的物理屏障，而且也是有效的化学屏障。因为核素在随地下水流动的过程中，将与介质发生各种作用，如吸附作用、沉淀作用等等，这种作用可以有效地降低核素的迁移速度。其次，深部地质介质的演化十分缓慢，只要避开某些地区，如现代火山地区和强烈构造活动地区等，就能够保证放射性核素在限定期内有效圈闭。此外，建造处置库所开凿的岩体体积只能占整个岩体体积的很小部分，处置库的建造不会严重影响围岩的整体圈闭功能。工程屏障处置库的地下设施、废物容器及回填材料统称为工程屏障，它与周围的地质介质一起阻止核素迁移。废物容器是防止放射性核素从工程屏障中释放出去的第一道防线。所选用材料多为耐热性、抗腐蚀性能良好的不锈钢材料。容器的形状多为圆柱体，一般认为，容器保持完好的时间可持续千年以上。回填材料作为高放废物处置库中的工程屏障填充在废物容器和围岩之间，也可以用它封闭处置库，充填岩石的裂隙，对地下处置系统的安全起着保护作用。回填材料应具备的性能是：对放射性核素具有强烈的吸附能力，阻止和减缓放射性核素向外泄漏；具有良好的隔水功能，延缓地下水接触废物容器的时间，降低核素向外泄漏的速度；具有良好的导热性，以便使高放废物衰变热量及时向周围地质体扩散具有良好的机械性能,能对废物容器起支护作用，防止机械破坏和位移。7.4.4我国高放废物地质处置研究进展1985年，高放废物处置库选址工作开始,完成全国筛选、区域筛选及地区筛选工作。其他国家选址工作经验，在全国区域地质资料综合分析、对比的基础上，通过各地区地质条件、地质构造、岩石类型、水文地质条件、自然地理、经济地理及核工业布局等因素的进一步分析对比，在全国范围内选出了西南地区、广东地区、内蒙地区、华东地区和西北地区五大区域。从五大区域中又筛选出21个小区。当时所考虑的处置库候选围岩包括花岗岩、凝灰岩、泥岩和页岩。自1989年以来，我国高放废物处置库选址工作的重点转移到了某干旱地区，该区域气候干旱，年降水量仅为几十毫米，地表水和地下水都十分贫乏。地表为典型的荒漠，戈壁景观。这里人烟稀少，没有工业和农业活动，大面积分布的花岗岩岩体构成了良好的处置库围岩，具有建造高放废物处置库得天独厚的自然地理和经济地理条件。