第2部分：放射性废气的处理

放射性废物处理与处置2011年2月哈尔滨工程大学矫彩山第2章放射性废气的处理•2.1放射性废气的来源回顾天然放射性核素：氡气、14C、3H（）人工放射性核素：核试验反应堆运行裂变产物：Kr、I、T活化产物：14C、T、41Ar核材料的提取核燃料生产乏燃料后处理核废物处理与整备放射性同位素生产121413N+nCH包括：工艺废气（Off-gas）排风废气存在形态：气体气溶胶溶解器排气（DissolverOffGas，DOG）工艺容器排气（VesselOffGas，VOG）第2章放射性废气的处理•2.2放射性废气的处理技术2.2.1通风法——稀释排放法对象:矿井、厂房、实验室……管理:气流组织由低污染区流向高污染区。防止发生逆流和窜流绿区橙区红区第2章放射性废气的处理•2.2.2贮存衰变法1.加压贮存衰变法对象:短寿命气体放射性废物ABCAnalysis/ReplenCalc/CycleCountDataFlow加压贮存衰变工艺废气排放或循环核素的放射性毒性经10个T1/2降至原来的0.1%，20个T1/2降至原来的1×10-6。原理第2章放射性废气的处理•2.2.2贮存衰变法2.吸附床滞留衰变法原理：裂变气体氪和氙在吸附滞留床（延迟床）内的连续吸附、解吸过程中得到足够的滞留时间，降低放射性。优点：常温、常压运行，无转动部件、废气泄流量小，操作简单，可靠性高。T=kdM/FT—平均滞留时间，s；M—吸附剂重量，g；kd—动态吸附系数，cm3/g；F—气体流量，cm3/s。通常使用活性炭作为吸附剂•2.2.3低温回收法对象:85Kr、T等核素1.低温吸附法H2ONH3H型丝光沸石尾气NH3气液分离干燥预冷活性炭O2N2KrXeO2N2KrXeO2N2KrXeO2N2KrXeO2N2H2ONH3加热解吸杂质预冷精制粗KrKr产品第2章放射性废气的处理第2章放射性废气的处理•2.2.3低温回收法2.低温精馏法CECE+CD法回收氚第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法1.干法除尘①旋风除尘器②袋式过滤器③电除尘器采用玻璃纤维、天然纤维或合成纤维做成滤袋，可处理1μm以下的尘粒，效率98%。缺点是不耐高温，怕水。结构简单，操作管理方便，费用低廉，适用除去大于5μm的尘粒，可作为过滤器的前置除尘器。优点是气流阻力小，可处理高温、高湿气体，粒径0.05~50μm的尘，效率99%~99.9%。缺点是投资高，维修费用大，占地面积大。第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法1.干法除尘④硅胶柱吸附器⑤高温陶瓷过滤器⑥烧结金属过滤器极性吸附剂，可除去水蒸气和NOx对粒径大于5μm粒子的过滤效率达99%，缺点是设备体积大，陶瓷过滤管使用寿命短，维修更换工作量大。材质有不锈钢、镍、因科镍合金等，过滤效率与过滤器孔径大小有关，一般可达99%以上。优点是使用寿命长，缺点是价格较贵。第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法2.湿法除尘①筛板塔处理能力大，压降小，造价低，但处理负荷窄，安装及操控要求高。②泡罩塔操作稳定，适用于多种介质，但结构复杂，阻力降大，造价高。a.泡罩塔板b.圆形泡罩适宜于净化高温、易燃、易爆的含尘气体，缺点是能耗高，产生二次废物，易腐蚀设备等。第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法2.湿法除尘③浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔型。④填充床洗涤器功能：气体除尘和吸收结构：立式和卧式床体结构：固定床、移动床和流化床；两相流动方式：并流、逆流和错流形式。填料塔结构简图第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法2.湿法除尘⑤喷淋洗涤器具有结构简单，压力损失小，操作平稳。用碱性溶液洗涤可兼有除尘与吸收酸性气体的作用。⑥文丘里洗涤器包括收缩段、喉管和扩散段，是去除气体中较多尘粒和吸收气态污染物的有效设备之一。第2章放射性废气的处理•2.2.4除尘法3.高效过滤法对象:放射性气溶胶设备：高效微粒空气过滤器（HighEfficiencyParticulateAirFilter，HEPA），①~④填充密度依次提高。筛分效应：d1μm的颗粒；惯性碰撞：0.5d1μm的颗粒；拦截效应：0.1d1μm的颗粒，填充密度越高，拦截效率也越高；布朗扩散：d0.1μm的颗粒，由于布朗运动而在介质中无序运动的路径较长，被捕集概论较高；静电效应：与滤材及使用环境有关；吸附效应：物理的或化学的吸附作用。玻璃纤维过滤器优点：效率高、压降低、能耗小，连续工作数年无需维护，滤芯可再生或直接处置。缺点：遇潮或碱液易使阻力增大，纤维被腐蚀，出现气体短路，过滤效率降低。措施：使气体在120℃下通过滤芯，或冷却除水后再过滤。直径0.3μm的气溶胶微粒，HEPA的净化效率达99.97%。后处理厂尾气常用玻璃纤维、合成纤维等过滤材料。第2章放射性废气的处理•2.2.5吸附法定义:固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中被吸附的物质称为吸附质，固体物质称为吸附剂。优点：吸附过程能够有效脱除一般方法难于分离的低浓度有害物质，具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、易实现自动化控制等优点。缺点：吸附容量较小、设备体积大。第2章放射性废气的处理•2.2.5吸附法物理吸附化学吸附吸附层：单层或多层单层作用力：范德华力化学键力吸附速率：极快较慢吸附热：较小较大可逆性：可逆不可逆选择性：无选择性有选择性再生性：可再生一般不可再生•2.2.5吸附法吸附平衡：经过足够长的时间，吸附质在两相中的含量趋于稳定，互呈平衡，称为吸附平衡。影响因素：影响气体吸附的因素很多，包括操作条件、吸附剂性质、吸附质性质和浓度、吸附剂活性以及接触时间、吸附器性能等。吸附机理：外扩散、内扩散、吸附第2章放射性废气的处理AA132A气体滞留层控制步骤：是整个过程的速率最慢一步。工作过程:恒压变温吸附及恒温变压吸附。•2.2.5吸附法吸附剂的选择•具有较大的平衡吸附量，一般与比表面积成正比；•具有良好的选择性；•容易解吸，平衡吸附量与温度或压力有较敏感关系；•有一定机械强度和耐磨性，性能稳定，床层压降低，价格低。常用吸附剂活性炭硅胶活性氧化铝分子筛比表面积m2/g600~1700350200~500—第2章放射性废气的处理应用耐高温，耐酸碱，易解吸，可反复再生。亲水性极性吸附剂。机械强度高，可在移动床上用。极性吸附剂，对水等极性分子具有较高吸附性能。•2.2.6核燃料循环废气处理1.核燃料循环前端我国在《铀矿地质辐射防护和环境保护规定》（GB15848-1995）中，对铀矿井的防尘降氡作了如下规定：(1)井下作业场所，必须采取“加强通风、坚持湿式作业、密闭氡尘源、做好个人防护、加强防护设施管理和经常检查”等综合措施，把空气中有害物质浓度降至国家标准以下。(2)凡产生放射性粉尘和有害气体的地面作业场所，必须有通风装置，通风系统应防止污染物的回流，进风口的粉尘浓度不应大于0.1mg/m3，氡浓度不应大于150Bq/m3(3)平巷和斜井深度超过20m、竖井或浅井超过10m、天井超过5m，均应采用机械通风。第2章放射性废气的处理•2.2.6核燃料循环废气处理2.核燃料循环后端第2章放射性废气的处理后处理厂溶解尾气处理流程示意图•2.2.6核燃料循环废气处理2.核燃料循环后端NOx吸收129I处理3H处理85Kr回收14C处理……第2章放射性废气的处理放射性气溶胶定义：含有放射性的固体或液体微粒在空气或其他气体中形成的分散体系。d粒径d：10-3~103μm＜0.1μm，在气体中作布朗运动，不沉降1~10μm，在气体中沉降慢，长期悬浮。放射性气溶胶是造成人体内照射的主要原因！！！