內陸核電廠放射性液體廢物處置研究

齊雅芬

摘 要：本文對核電站廢液處理方案進行了簡單說明，主要深入介紹了兩種放射性廢液的“零排放”處置技術，分別是清華大學最新設計的反滲透-CEDI（連續電除鹽）處理技術和ES公司設計的零排放系統對放射性廢液進行處理的技術。

關鍵詞：廢液排放；零排放；清華大學反滲透-CEDI（連續電除鹽）處理技術；ES公司零排放技術；

中圖分類號：TL941 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-06-00-02

一、我國核電站廠址情況簡述

核電站放射性廢物有固態、氣態和液態三種形態。而放射性廢物的處理和處置是各界對建設發展核電所關注的重要內容之一。在三類放射性廢物中，放射性液態廢物的處置則是焦點所在。

由于我國優先發展沿海核電，目前能利用的沿海廠址已經非常有限，因此發展內陸核電是國家能源發展的一項重要選擇。所以，內陸核電廠的放射性液體廢物處置的研究是十分重要和必要的，甚至是十分緊迫的。本文結合我國內陸核電廠國家排放標準和輿論現狀，研究國內外核電廠放射性液體廢物的處置方案和最新技術方案，希望能達到放射性液體廢物的“零排放”。

二、內陸核電廠放射性廢液來源

內陸電廠目前設計為AP1000堆型，AP1000核電廠的放射性廢液主要來源如表3-1所示。

三、內陸廠址放射性廢液處置目前設計方案

結合我國技術情況，采用AP1000堆型的內陸核電廠在放射性廢液處置方面，為達到國家標準規定的限值，改進后處理工藝為：

化學注入絮凝處理+過濾+離子交換（正常工況）；

移動式設備（MBS）：R/O反滲透配套設備（異常工況）。

處理對象：反應堆冷卻劑流出液

四、清華大學反滲透-CEDI（連續電除鹽）集成處理低放廢液

AP1000核島廢液系統處理系統的主要流程為化學絮凝+過濾+離子交換，主冷卻劑流出液全部通過化學絮凝和離子交換處理后排放。由于沒有硼回收系統，主冷卻劑流出液中的硼基本上排入環境。

清華大學開展了利用反滲透-CEDI（連續電除鹽）集成處理低放廢液的研究工作，該技術是在陰極和陽極之間交替排列陰陽離子交換膜，將聚合物填充在陰陽離子交換膜之間形成淡水室。工作過程中，低放廢液中的離子被聚合物吸附后，在直流電場的作用下逐步遷移到陰陽離子交換膜附近，最終通過陰陽離子交換膜進入濃水室被清除。與此同時，少量水分子在電場的作用下分解為氫離子和氫氧根離子，對聚合物進行連續再生，從而使聚合物保持在最佳的工作狀態。

目前，清華項目組開發了具有自主知識產權的新型CEDI膜堆，基本思路是，改裝后的CEDI膜堆中，陰極、陽離子交換膜、陽極、陰離子交換膜交替排列，從而導致核素濃縮室、淡水室、硼濃縮室交替排列。改變原有CEDI的電場設置模式，不同區域的陰陽兩級施加的電場強度不同，在整個膜堆內形成弱電場區與強電場區。利用弱電場區去除強解離性離子，避免在后續的過程中與弱解離性硼酸進行競爭。在強電場區實現硼酸解離，硼酸離子在膜堆填充物中進行遷移，進入陽極附近的硼濃縮室。設計部門可以根據實際情況，將該濃縮液與其它放射性廢液協同處理，也可以與淡水混合統一排放。通過設備改造，有望實現硼與放射性核素的分離。

實際操作中，可以采用以下兩個方法：1）通過控制優化前端工藝（絮凝+離子交換），將進入CEDI料液的放射性活度控制在70 Bq/L以下；2）核素濃縮液在CEDI設備內不循環，一次性流過后與淡水混合。根據設備內積存水量以及放射性活度，不需要進行輻射防護。由此，CEDI最終產水與AP1000其它廢液混合后，無論是硼，還是放射性核素，均可滿足環境排放要求。

總體而言，清華大學此番研究出的反滲透-CEDI集成處理低放廢液的方法處理效果較好，技術上也有基礎，缺點在于裝置較為復雜，對進水要求較高，工作時各項指標控制需要準確和嚴格，在工程上進行運用還需實驗和改進，但總體而言不失為以“零排放”為目標的很好的一條技術路線。

五、ES公司零排放液體處理系統

ES公司開發和運行的美國PWR和BWR核電站的零排放液體處理系統，主要目標是將放液處理為零活性的液體，通過核電站的液體流釋放到環境中，或者作為一回路再循環水。

該系統主要由三個部分組成：

1、ALPS?系統/AIM? 系統，即先進液體處理系統/先進化學注入系統，屬于改進的WLS（放射性液體廢物處理系統）系統；

2、Thermex?系統，即反滲透系統；

3、第二級ALPS系統，即第二級先進液體處理系統。

處理流程主要分為以下三部分：

1、核電廠產生的放射性廢液流入ALPS?系統/AIM? 系統，依次經過活性炭床、陽離子交換床、陰離子交換床、混床和特定樹脂交換床，去除通常存在于放射性廢液中的大塊雜質、TSS（總懸浮固體）、有機物和某些化學物質。經過這步處理后的液體將回流到檢測槽或釋放槽，或進入下一步的Thermex?系統。

2、Thermex?系統對ALPS?系統/AIM? 系統的來水進行反滲透處理。來水先進入工藝給水箱，然后進入Thermex?系統中的一級反滲透裝置，排斥的液體將返回工藝給水箱，另一部分液體進入Thermex?系統中的二級反滲透裝置，排斥的液體依然返回工藝給水箱，另一部分液體將進行超級紫外光照（UV），最后進入ALPS?2即第二級ALPS系統。

3、經上述工藝處理后的放射性廢液在第二級ALPS系統中進行進一步的過濾和離子交換等處理，這個步驟主要是為了產生反應堆冷卻劑級別的水，反而免除排放。處理后的液體將被排放或者作為一回路循環水。

此零排放處理系統由4個技術模塊構成，每個模塊能提高流出液水質一個量級。用單級設計的系統，結合根據地區特性而制定的最佳工藝，設計上將能滿足廠址全部機組的需求。因此，總體而言，這套系統是比較靈活的和適用的。

相比清華大學反滲透-CEDI（連續電除鹽）處理方案，ES的方案系統設計和原理上更為復雜，但相對來說更適合工程運用，也是一個值得研究的方向。

六、總結

經由本文分析可知，我國標準所規定的內陸核電廠放射性廢液的排放限值也是國際上最為細致和嚴格的，如若設計上能到達相應的排放標準，可以說，內陸核電廠對環境影響是很小的。為了進一步優化放射性廢液處置系統，盡量減少核電廠廢液對周圍水環境的影響，消除各方面對內陸核電廠廢液處置和排放的擔憂，我們還在致力于放射性廢液“零排放”的研究。清華大學研究組提出的反滲透-CEDI（連續電除鹽）集成處理低放廢液和ES公司提出的放射性廢液“零排放”處理系統，都為放射性廢液的“零排放”提供了基礎和繼續研究的方向，實現放液“零排放”并非遙不可及。