核電廠中、低放射性廢物處理技術比較

張瑞 劉明月

摘 要：隨著我國核電安全高效發展，核電廠中、低放射性廢物產生、暫存的總量不斷增多，所引起的安全、環境和社會問題也越來越突出。在核電廠中中、低放射性廢物中的工藝廢物是處理難度最大、處理技術最復雜的廢物。本文從中、低放射性工藝廢物入手，比較現有核電廠不同的工藝廢物處理技術。

關鍵詞：核電廠;放射性廢物;處理技術;工藝流程

1核電廠中、低放射性廢物處理技術

1.1熱壓、干燥技術

1.1.1系統組成

過濾器濾芯處理系統由屏蔽轉運容器、單臂吊車、專用抓具等組成;廢樹脂處理系統由屏蔽轉運裝置、廢樹脂計量和轉運裝置、錐形干燥器、超級壓實裝置（合用）等組成;化學廢液處理系統主要由屏蔽轉運容器、桶內干燥裝置、冷凝模塊、蒸發裝置等組成。

1.1.2系統功能

本系統主要功能如下：過濾器濾芯處理工藝通過直接灌漿的工藝來處理核島內（化學和容積控制系統、乏燃料池冷卻系統、放射性廢液處理系統等）產生的過濾器濾芯與少量來自移動式處理系統的過濾器濾芯。廢樹脂處理工藝采用熱態超級壓實的減容處理工藝。化學廢液處理工藝通過蒸發、桶內干燥工藝來處理核島、廠址廢物處理設施及其他設施內產生的化學廢液。

1.1.3工藝流程

1）廢樹脂處理系統。廢樹脂通過接收、脫水、干燥、裝桶完成預處理工序。隨后，裝滿干燥廢樹脂的桶送往減容主要工序，即超級壓實機進行超壓處理。壓實餅經優化組合后裝入金屬桶內進行灌漿固定。2）化學廢液處理流程。化學廢液桶內干燥處理后形成的鹽塊通過超壓處理后，吊運至200L鋼桶內，進行水泥灌漿固定。固定后的廢物貨包經短期養護，送至劑量檢測間進行桶內劑量監測，最終送往廢物暫存庫中間貯存。3）廢過濾器濾芯處理工藝流程。工藝流程歸納如下：載有屏蔽轉運容器的拖車接收來自核島的裝有廢過濾器濾芯的200L鋼桶，轉運至廠址廢物處理設施（SRTF），在SRTF專用抓具將鋼桶卸出，鋼桶經輥道送往水泥灌漿區進行灌漿固定，在灌漿后進行短期養護后送至檢測間進行桶體劑量檢測，最終送往暫存庫存放。

1.2水泥固化技術

1.2.1系統組成

本系統主要由攪拌系統、傳輸系統、計量系統及劑量檢測系統等組成。工作站位包括容器轉運站、空氣閘門間、開封蓋站、廢物裝桶攪拌站、移動灌漿站、廢濾芯裝桶站和清洗水回收站。

1.2.2系統功能

本系統的主要功能如下：收集核電廠機組運行中產生的中、低放射性水平固體廢物，并進行暫存;采用水泥固化工藝將其整備為穩定的廢物包;檢測廢物包劑量率水平，便于進行運輸和處置。針對濕廢物接收及處理子系統，其主要功能為將失效的放射性樹脂沖排至或轉運至廢樹脂暫存槽，進行接收及暫存;通過廢樹脂計量泵對暫存槽中樹脂進行循環運行，廢樹脂取樣裝置在循環管線上進行樹脂取樣;利用水泥固化工藝對廢樹脂、濃縮液進行桶內攪拌固化操作;利用灌漿設備對廢濾芯進行水泥灌漿固定處理;整備后對廢物桶表面劑量率進行檢測。

1.2.3工藝流程

1）廢過濾器芯固定工藝流程。主要工藝過程包括：將裝有合適尺寸濾芯支架的400L金屬桶裝入濾芯屏蔽轉運容器，并就位于濾芯下降通道處，濾芯釋放至金屬桶內。金屬桶通過輥道運輸至加注站，調整移動式注漿站參數并啟動，按照程序設定完成注漿過程。金屬桶轉運至開封蓋站位進行自動封蓋操作，完成后運送至養護站位進行養護。2）廢樹脂/濃縮液的固化工藝流程。首先開始進行桶清洗、開封蓋、水泥石灰添加劑等準備工作，通過體積計量的方式，按照配方所需的量完成廢樹脂或濃縮液的計量并加注入400L金屬桶中，隨后金屬桶轉運至干料加注站，攪拌器下降至桶內，完成添加劑的添加，攪拌器開啟并按參數要求完成水泥下料和攪拌。完成后對系統內部進行清洗，雙輥道中任選一列輥道作為固化后金屬桶養護用，經過養護后的金屬桶經測量達標后運出。

1.3高整體容器（HIC）技術

1.3.1系統組成

本系統主要由過濾器芯子更換轉運容器、廢過濾器芯子轉運容器及小車、高整體容器（HIC）、脫水模塊（SEDS）、混凝土屏蔽容器、HIC轉運屏蔽容器等組成。

1.3.2系統功能

本系統在設計上貫徹廢物最小化原則，對廢樹脂和廢活性碳等濕廢物采用脫水后裝入HIC容器的方法處理。脫水模塊（SEDS）接收廢過濾器芯子和廢樹脂，并將其裝入不同類型的高整體容器（HIC）中進行脫水，脫水后的HIC在滿足裝桶容量以及劑量要求后轉運至暫存庫貯存。

1.3.3工藝流程

廢樹脂通過水力沖排，經過控制閥進入脫水頭，再被注入HIC。脫水泵的作用是通過負壓抽吸將HIC中的多余游離水抽出。廢樹脂通過脫水頭實現進料、排氣、脫水、再進料、排氣、脫水，HIC裝滿后正式進入脫水循環。脫水循環3次，末次循環可將脫水產生的廢液接到脫水檢測罐進行檢測，如果脫水循環末收集到的廢液體積<500mL，表示脫水可以結束，HIC可以封蓋并進行暫存。

廢過濾器芯子通過輸送通道放入廢過濾器芯子轉運容器。廢過濾器芯子放入轉運容器后，被送往NF265房間，通過使用吊車把芯子放入HIC容器中。在HIC容器填滿后，進行脫水操作，直到含水量達到整定值后停止脫水循環。HIC容器準備轉運到貯存設施內。

2技術比較分析

2.1技術優劣對比

水泥固化工藝：工藝成熟，應用最為廣泛，運行經驗豐富，已實現國產化。廢物減容效果不佳，系統運行復雜，故障率高。

熱壓、干燥工藝：廢物離堆處理，對工藝廢物的整備前的處理減容效果較好，已完成國產化研制。系統設備較為復雜，應用經驗較為欠缺，由于仍采用水泥固化，因此影響了其最終減容比。

高整體容器工藝：廢物可離堆處理，系統設計簡單，運行操作簡單，設備臺套數少，且模塊化制造。由于無需進行固化等整備工作，廢物減容效果較好。尚未完全國產化，應用經驗較為欠缺，廢物包表面劑量率較高。

2.2工藝廢物產量分析

通過對2020年不同核電廠的廢物處理產量的分析，采用水泥固化工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產量為單臺機組18.2m3/a，采用熱壓、干燥工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產量為單臺機組10.8m3/a，采用高整體容器工藝的某核電廠中、低放射性廢物包產量為單臺機組6m3/a。（見表1）高整體容器工藝在廢物減容方面表現較好，主要得益于減少了濃縮液這一廢物類型，并直接裝填入高整體容器、無水泥等固化劑增容的過程。

3結語

結合上述3種核電廠中、低放射性廢物處理技術的對比分析，先進的放射性廢物減容技術在逐步應用。但由于廢物處理系統相對獨立于核島主工藝系統，且離堆處理越來越得到認可的前提下，可加快高效減容技術的推廣應用，如等離子體氣化熔融技術、PVA高效降解技術、高整體容器整備技術、蒸汽重整技術、焚燒技術等。在“鄰避效應”突出的背景下，中、低放射性廢物處置場和區域廢物處理中心的選址和建設在近一段時間內仍將非常艱難。但由于廢物處理安全性、經濟性和最小化的迫切需求，應利用高效減容技術的優化組合，在電廠內考慮設立廢物集中減容中心。

參考文獻

[1]華龍一號放射性固體廢物處理的優化設計[J].王岳巍，李凌杰.產業與科技論壇.2019（16）

[2]核電廠放射性廢物處理新工藝——烘干裝HIC[J].張敬輝，劉鐵軍.產業與科技論壇.2018（09）