13放射性废物管理详解

2020/3/191/45放射性废物管理上海交通大学王德忠教授2013年6月5日2020/3/192/45主要内容放射性废物来源及种类放射性废物管理核电站放射性废物我国放射性废物管理现状2020/3/193/45核工业的大力发展将会产生大量的放射性废物，影响到环境安全、人类健康和核工业的可持续发展。核工业对环境的影响2020/3/194/45核工业主要工艺体系2020/3/195/45放射性废物放射性废物是指含有放射性物质或被放射性物质所污染，其活度或活度浓度大于规定的清洁解控水平，并且所引起的照射未被排除的废弃物（不管其物理形态如何）。2020/3/196/45放射性废物的来源一切生产、使用和操作放射性物质的部门和场所都可能产生放射性废物，基本来源有以下七种：(1)铀、钍矿山、水冶厂、精炼厂、铀浓缩厂、钚冶金厂、燃料元件加工厂等(2)各种类型反应堆，包括核电站、核动力船舰、核动力卫星，还有加速器的运行(3)反应堆辐照过燃料元件的后处理：提取裂片元素和超铀元素(4)核燃料和核废物运输与核废物处理(5)放射性同位素的生产和应用过程，包括医院、研究所及大学的有关研究活动(6)核武器生产和试验(7)核设施（设备）的退役2020/3/197/45放射性废物的分类方法放射性废物的许多性质，都可以作为分类的依据，例如：(1)按废物的物理、化学形态分类：①气载废物，如：通风排气、工艺废气等；②液体废物，如：放射性废水、含氚废水、有机废液等；③固体废物，如：可燃性废物、不可燃性废物，可压缩废物、不可压缩废物，干固体废物、湿固体废物等。(2)按放射性水平分类：①低放废物；②中放废物；③高放废物。(3)按放射性废物来源分类：①核燃料循环废物；②核技术利用废物；③退役废物；④铀(钍)伴生矿废物等。2020/3/198/45放射性废物的分类方法(4)按半衰期分类：①长寿命废物；②短寿命废物等。(5)按辐射类型分类：①β/γ放射性废物；②α废物等。(6)按处置方式分类：①免管废物；②可清洁解控废物；③近地表处置废物；④地质处置废物等。(7)按毒性分类：①低毒组废物(如天然铀、H-3等)；②中毒组废物(如Cs-137、C-14、I-131等)；③高毒组废物(如Sr-90、Co-60等)；④极毒组废物(如Po-210、Ra-226、Pu-239等)。(8)按释热性分类：①高发热废物；②低发热废物；③微发热废物等。2020/3/199/45我国放射性废物分类我国把放射性废物按物理状态分为气载、液体和固体三类废物。气载放射性废物根据放射性浓度分为低放、中放两级。液体放射性废物根据放射性浓度分为低放、中放和高放三级。固体放射性废物分为低放、中放、高放和α废物。低放、中放和高放废物按照半衰期差别有不同分级限值。2020/3/1910/45我国放射性废物分类2020/3/1911/45美国放射性废物分类美国放射性废物分类：(1)高放废物(HLW)。乏燃料后处理产生的高放废液及其固化体，采取一次通过式直接处置的乏燃料和含有高活度裂变产物，核管会要求永久隔离的其他放射性废物。(2)超铀废物。每克废物中含有超过100nCi(3.7×103Bq)半衰期大于20a的超铀α放射性核素的放射性废物。(3)混合废物。既含有放射性物质又含有化学危险物质的废物。(4)低放废物。除高放废物、超铀废物、混合废物外的放射性废物。低放废物又分为A、B、C三类。A类和B类主要含短寿命核素，可用近地表处置。c类和高于C类废物含有较多或很多长寿命核素，必须作地质处置。(5)铀矿冶废物。铀矿开采水冶产生的废物。(6)其他废物。2020/3/1912/45法国放射性废物分类法国放射性废物分类：A、B、C、FA、TFA五类。2020/3/1913/45放射性废物管理放射性废物中的核素一般有裂变产物、锕系核素、活化产物多种，化学组分多为强酸、高盐、混合有机物等成份。放射性废物的危害作用不能通过化学、物理或生物的方法消除。只能通过自身衰变或核反应擅变来降低其放射性水平，最后达到无害化。放射性废物的管理有其特殊要求和需要专门的措施。2020/3/1914/45放射性废物管理放射性废物治理的基本方法可概括为两类：①分散稀释放射性废气和废液经过净化处理之后，以气载或液体流出物排放到大气或水体中属于“分散稀释”。②浓集隔离放射性废物经过固化、整备，把放射性核素浓集在同化体中，实行近地表处置或深地质处置属于“浓集隔离”。2020/3/1915/45放射性废物管理放射性废物管理是包括废物的产生、预处理、处理、整备、运输、贮存和处置在内的所有的行政和技术活动。放射性废物管理体系图2020/3/1916/45放射性废物管理废物最小化：废物管理应该把豁免的废物和物料分出来，把可再利用、再循环的物料分出来，经过适当的处理，使需要最终处置的废物可合理达到的尽可能少。放射性废物管理以“安全”为目的，“处置”为核心。2020/3/1917/45放射性废物管理的基本原则国际原子能机构在放射性废物管理原则中提出了九条基本原则：（1）保护人类健康：工作人员和公众受到的照射在国家规定的允许限值之内。（2）保护环境：确保向环境的释放最少，对环境的影响达到可接受的水平。（3）超越国界的保护：保护他国人员健康和环境影响。及时交换信息和保证越境转移条件。（4）保护后代：保证对后代预期的健康影响不大于当今可接受的有关水平。2020/3/1918/45放射性废物管理的基本原则（5）不给后代造成不适当的负担（6）纳入国家法律框架：必须在适当的国家法律框架内进行，明确划分责任和规定独立的审管职能。（7）控制放射性废物产生：尽可能少。（8）兼顾放射性废物产生和管理各阶段间的相依性：（9）保证废物管理设施安全：必须保证放射性废物管理设施使用寿期内的安全。2020/3/1919/45放射性废物的法制管理国家法律：《海洋环境保护法》1982年8月23日《水污染防治法》1984年5月11日《大气污染防治法》1987年9月5日《环境保护法》1989年12月26日《放射性污染防治法》2003年6月28日2020/3/1920/45放射性废物管理的组织机构行业主管：国家国防科工局最高安全监管：环保部国家核安全局环境监测：省市县环保部门主要生产和管理部门：中核集团公司直接责任者：企业法人2020/3/1921/45放射性废物管理的法规标准在放射件废物管理方面，我国己发布了不少标准，基础性的标准如：《放射性废物安全监督管理规定》《放射性废物管理规定》《放射性废物分类标准》《放射环境管理办法》《城市放射性废物管理办法》2020/3/1922/45废物的质量控制废物产生的控制通过优化设计，合理的运行管理和分类收集，尽可能减少所产生废物的活度和体积，达到最少化合适的流程、设备、试剂和材料合适的方案避免废物混杂废物回收与重新利用预处理将废物分类收集，防止混杂和调整废物的性质，为后续的处理、整备或处置提供良好的条件不同废物的分类与收集免管废物、极低放废物和可供再循环、再利用的物料从废物流中分拣出来，以减少废物的处理和处置量2020/3/1923/45废物的质量控制废物处理•降低废物的放射性水平或危害、减少废物处置的体积放射性废固•焚烧减容•压缩减容放射性废液•过滤•吸收•蒸发•离子交换•…放射性废气•过滤•吸收•洗涤2020/3/1924/45废物的质量控制整备•把废物转变成符合后续过程废物接收准则要求的废物体或废物包，保证搬运、运输、贮存和处置过程中的安全废液→固体废物•水泥、沥青、聚合物、玻璃•用标准包装容器贮存在规定的贮存期间内确保废物不丢失、可回取和废物容器的完好，以便进一步处理、整备、运输或处置固体废物暂存期限为5年档案管理出入库登记2020/3/1925/45废物的质量控制运输确保废物安全到达目的地，即在整个运输过程中废物不泄漏、不丢失，废物包装不受损坏，环境不受污染，工作人员和公众所受照射剂量低于规定的限值运输工具运输路线运输计划应急计划处置将废物与人类及环境长期、安全地隔离，使它们对人类环境的影响减小到可合理达到的尽量低水平就地处置近地表处置地质处置接受要求安全隔离期多重屏蔽区域控制2020/3/1926/45废物的质量控制气态和液态排放不应超过审管部门批准的排放限值对流出物进行监测和控制排放口位置豁免废物管理清洁解控准则分拣或分离减少放射性废物的处理、处置费用退役和环境整治在核设施的设计和运行阶段就考虑如何有利于设施的退役选用合适的去污和拆除技术回收可再循环、再利用的材料、设备和工具环境整治2020/3/1927/45核电站废物的来源核电站废物的来源裂变过程：燃料元件包壳破损活化过程：主要由热中子进行活化产生反应堆结构材料冲蚀-腐蚀产物：60Co、55Fe、51Cr、54Mn、59Ni、65Zn等；冷却剂：13N、19O、3H等；化学添加剂、冷却剂中杂质：24Na、27Mg、45Ca等。2020/3/1928/45核电站废物的来源一回路冷却剂带有很强放射性，二回路介质也可能有放射性。根据反应堆类型、功率、燃耗深度，可推算出堆芯裂变产物的核素组成和活度。根据燃料组件气密性及破损率，可推算出包壳空隙内裂变产物的活度，以及一回路冷却剂中裂变产物和活化产物的活度。根据蒸汽发生器的泄露率，可推算出二回路介质中裂变产物和活化产物的活度。其他放射性废物主要产生于检修活动。2020/3/1929/45核电站废物的处理2020/3/1930/45核电站废物的处理放射性废气：工艺废气和排风系统放射性废液：系统、管道阀门的泄露，设备疏水，离子交换再生液，地面冲洗水，去污废液固体废物：蒸发浓缩废液，废树脂，废过滤芯，高校过滤器芯，废设备部件，劳保用品分类收集、处理和贮存：废气和废液达标排放；固体废物减容、包装后临时库内存放不超过5年，送往低中放废物处置场进行处置。2020/3/1931/45核电站废物的处理核电站放射性废气含氢废气和含氧废气，主要放射性组分：惰性气体、碘和气溶胶、碳-14和氘含氢废气（高放无氧工艺废气）：氢气和氮气处理方法：采用压缩贮存衰变或活性炭延迟床处理含氧废气（低放有氧工艺废气）：呼排气和鼓泡排气处理方法：采用高效过滤器和碘吸附处理2020/3/1932/45核电站废物的处理核电站放射性废液分类收集和贮存，分类进行处理主要方法：蒸发法：强制循环蒸发和自然循环蒸发离子交换法：离子交换床2020/3/1933/45核电站放射性废液处理对于放射性水平高，化学物质含量低的工艺排水的处理工艺：离子交换，蒸发处理或蒸发与离子交换串联使用。对于化学物质含量高的化学废液的处理工艺：蒸发处理。对于含一定量的化学物质和固体颗粒的地面疏水，放射性水平比较高时的处理工艺：蒸发处理。对于放射性水平通常很低的淋浴水和洗衣水的处理工艺：过滤或吸附处理，或蒸发处理。对于废油小于10mg/L的含油废水的处理工艺：单独处理。对于生活污水的处理工艺：生化处理站处理。2020/3/1934/45核电站废物的处理核电站放射性固体废物分为干固体废物和湿固体废物干固体废物•废活性炭、石墨、吸附剂、废高效过滤器芯、废设备、部件、工具、劳保用品、擦试材料、铺垫或覆盖用的塑料，堆内测量部件等。•分为可压实废物和不可压实废物，可燃废物和不可燃废物。•我国各核电站都设有压实机。2020/3/1935/45核电站废物的处理核电站放射性固体废物湿固体废物：浓缩废液、废树脂和废过滤器芯浓缩废液：硝酸钠、硼酸或硼酸盐，通常进行水泥固化废树脂：迄今尚无较好的处理工艺•压水堆核电站废树脂中主要核素137Cs、134Cs、60Co、58Co•树脂的特点：比活度很高、有机物、辐解产生燃爆性气体、不易焚烧、不能直接处置。•不破坏树脂有机结构：压实、装桶、低温固化•破坏树脂有机结构：分解、降解、高温固化•水泥固化体：树脂溶胀龟裂和破碎，要限制废树脂的包容量。废过滤器芯：通过铅屏蔽转运容器装入混凝土容器中，注入水泥砂浆固定，装在200L金属桶中。2020/3/1936/45核电