運(yùn)行核電廠放射性固體廢物管理實(shí)踐與探討1

張蔚華，張一民，郭海峰，丁志博，岳會(huì)國，王仁科，馮建平

（生態(tài)環(huán)境部東北核與輻射安全監(jiān)督站，大連 116001）

放射性廢物，是指含有放射性核素或者被放射性核素污染，其放射性核素濃度或者比活度大于國家確定的清潔解控水平，預(yù)期不再使用的廢棄物。核電廠放射性廢物的安全管理，減量化、無害化和妥善處置，保證放射性廢物永久安全，是清潔、高效利用核能的前提，事關(guān)生態(tài)安全和公眾健康。

截至2020年8月，我國共有62臺(tái)核電機(jī)組，其中47臺(tái)機(jī)組裝料投入運(yùn)行，分布在18座核電廠中［1］。我國采用閉環(huán)燃料循環(huán)模式的技術(shù)路線：運(yùn)行核電廠產(chǎn)生的乏燃料經(jīng)處理后再次利用。所以，乏燃料不屬于放射性廢物。運(yùn)行核電廠放射性廢物按照形態(tài)可分為放射性固體廢物和放射性流出物。其中放射性流出物經(jīng)過濾、去污、貯存衰變等措施，當(dāng)放射性水平達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)后，按照相應(yīng)規(guī)范排出。放射性固體廢物則因其特性，需經(jīng)收集、處理、貯存，最終被運(yùn)輸至處理廠進(jìn)行處置。因此，不斷實(shí)踐、總結(jié)運(yùn)行核電廠放射性固體廢物管理經(jīng)驗(yàn)具有重要意義。

1 放射性固體廢物管理現(xiàn)狀

運(yùn)行核電廠放射性固體廢物的處理，主要有監(jiān)測、處理、貯存及運(yùn)輸4個(gè)步驟，如圖1所示。其中監(jiān)測貫穿廢物管理全過程，保證放射性物質(zhì)始終在可控范圍內(nèi)。處理是核心，細(xì)分為收集、分類、去污、壓縮、固化及包裝。處理完成后，形成穩(wěn)定貨包臨時(shí)放置于專門建造的放射性廢物暫存庫內(nèi)進(jìn)行保管，待條件允許時(shí)，將放射性固體貨包運(yùn)輸至處置廠最終放置。

圖1 運(yùn)行核電廠放射性固體廢物處理Fig.1 The disposal of radioactive solid waste in operating nuclear power plant

1.1 放射性固體廢物的產(chǎn)生及分類

在核電廠運(yùn)行期間，不可避免會(huì)因生產(chǎn)、維修、沾污、回路設(shè)備更換、裂變物質(zhì)釋放、輻照活化、濾芯報(bào)廢等原因直接或間接產(chǎn)生放射性廢物。國家對放射性廢物實(shí)行分類管理，將其分為高水平、中水平、低水平放射性廢物。

按照《關(guān)于發(fā)布＜放射性廢物分類＞的公告》（公告2017年第65號）規(guī)定，運(yùn)行核電廠正常運(yùn)行產(chǎn)生的放射性廢物屬低水平放射性廢物。為提高放射性廢物管理水平，運(yùn)行核電廠通常根據(jù)廢物的產(chǎn)生途徑、物理性狀、放射性水平，將放射性固體廢物分為工藝廢物、技術(shù)廢物和一般廢物三種，見表1。

表1 運(yùn)行核電廠放射性固體廢物分類Table 1 The classification of radioactive solid waste from operating nuclear power plants

1.2 放射性固體廢物的管理流程

1.2.1 監(jiān)測

運(yùn)行核電廠對放射性固體廢物實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測，電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋自廢物產(chǎn)生到外運(yùn)處置的全過程。運(yùn)行核電廠依據(jù)國家監(jiān)測限值設(shè)定報(bào)警值，如發(fā)生監(jiān)測數(shù)值超報(bào)警值或數(shù)據(jù)異常波動(dòng)，則自動(dòng)報(bào)警，確保運(yùn)行核電廠場區(qū)內(nèi)外安全。

1.2.2 處理

放射性固體廢物的處理，改變了原有廢物的屬性、形態(tài)和體積，以達(dá)到能夠安全和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)輸、貯存、處置放射性廢物貨包的目的，運(yùn)行核電廠根據(jù)固體廢物的不同種類特點(diǎn)采取相對應(yīng)的壓縮、固化、去污等處理方法和流程，如圖2所示。

圖2 放射性固體廢物處理流程圖Fig.2 The flow chart of radioactive solid waste treatment

工藝廢物相對其他廢物接觸劑量率較高、不易轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)部分放廢物的物體形態(tài)、性狀不適宜壓縮（樹脂、水濾芯內(nèi)含液態(tài)），故僅采取固化的手段。其中，對濃縮液、樹脂不能直接灌漿，需根據(jù)其體積、活度濃度計(jì)算填充量后攪拌均勻進(jìn)行固化處理；技術(shù)廢物多為維修產(chǎn)生的輔助物品，具有劑量低、體積大、密度小、不含或極少含液體的特點(diǎn)，故對其采用減容處理；廢物中有機(jī)溶劑不易處理且產(chǎn)生量較少，一般將其轉(zhuǎn)運(yùn)至貯存罐暫存。對于報(bào)廢的大部件受其體積、質(zhì)量限制，常采用去污后暫存的方式處理。APG樹脂屬極低放廢物，暫存后，經(jīng)檢測確認(rèn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的限值后，可以清潔解控，而非不具有放射性后解控。一般情況下，放射性低于儀器探測下限的放射性固體廢物，按照危險(xiǎn)固體廢物實(shí)施管理。

1.2.3 運(yùn)輸

放射性固體廢物運(yùn)輸包括場內(nèi)運(yùn)輸和場外運(yùn)輸。場內(nèi)運(yùn)輸需根據(jù)被運(yùn)放射性固體廢物的特性選擇合適的運(yùn)輸工具，運(yùn)輸過程按流程管理并保證記錄完整，同時(shí)制定專門的應(yīng)急預(yù)案；場外運(yùn)輸運(yùn)送品為經(jīng)處理后的完整貨包，運(yùn)行核電廠應(yīng)按照國家相關(guān)規(guī)定向?qū)徟鷻C(jī)關(guān)提交外運(yùn)申請，經(jīng)批準(zhǔn)后由符合條件的承運(yùn)方實(shí)施運(yùn)輸。運(yùn)行核電廠應(yīng)建立場內(nèi)/外運(yùn)輸管理規(guī)程和程序，對路徑、安全設(shè)置、輻射防護(hù)、廢物接收、運(yùn)輸申請、工具等各類運(yùn)輸環(huán)節(jié)實(shí)施管理，并保障運(yùn)輸記錄完整。

2 目前存在的問題

2.1 管理能效有待提高

運(yùn)行核電廠放射性固體廢物的最終產(chǎn)量取決于廢物管理政策、實(shí)施落實(shí)、處理工藝、大修策略、排放控制等管理能效。圖3統(tǒng)計(jì)了某核電廠A自運(yùn)行以來歷年單機(jī)組年產(chǎn)生放射性固廢產(chǎn)量，A核電廠放廢管理工作在其集團(tuán)內(nèi)連續(xù)5年考核成績屬中位水平，具有較高的國內(nèi)代表性。

由圖3可知：（1）2013—2016年，A核電廠運(yùn)行機(jī)組數(shù)量逐年增加，其單機(jī)組年產(chǎn)量并未隨機(jī)組數(shù)量的增加而持續(xù)保持上升，反而呈波動(dòng)狀態(tài)；（2）2016年、2017年，運(yùn)行機(jī)組數(shù)目保持在4臺(tái)，單機(jī)組年產(chǎn)量增多；（3）2017—2019年，單機(jī)組年產(chǎn)量逐步下降。

圖3 某核電廠2013—2019年單機(jī)組放射性固廢年產(chǎn)量Fig.3 The annual output of single unit radioactive solid waste in a nuclear power plant from 2013 to 2019

分析上述表現(xiàn)原因：（1）2013年A核電廠首臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，隨后直至2016年每年新增1臺(tái)機(jī)組，新機(jī)組的增加不僅使固廢總量增加，而且對放廢管理能效造成較大壓力，單機(jī)組產(chǎn)量于2014年達(dá)到峰值，之后隨管理策略、人員能力、技能經(jīng)驗(yàn)的提高而逐漸下降，表現(xiàn)為波動(dòng)狀態(tài)；（2）機(jī)組運(yùn)行一個(gè)換料周期后，為保證機(jī)組安全，需開展例行大修檢查，日常和大修期間產(chǎn)生的放射性固廢構(gòu)成了機(jī)組整個(gè)換料周期的固廢產(chǎn)量，機(jī)組首次大修檢查項(xiàng)目最多，固廢產(chǎn)量遠(yuǎn)高于后續(xù)大修，因此，在放廢管理逐漸成熟，機(jī)組數(shù)量保持在4臺(tái)，再無其他變量條件的情況下，2017年較2016年固廢產(chǎn)量再次升高； （3）2017—2019年，A核電廠4臺(tái)機(jī)組均完成首次大修，放廢管理水平持續(xù)提高，1臺(tái)機(jī)組延長換料周期減少了大修次數(shù)等多重因素的作用下，單機(jī)年產(chǎn)量保持了下降趨勢。

表2為WONO（世界核電運(yùn)營者協(xié)會(huì)）統(tǒng)計(jì)的世界主要核能國家壓水堆核電廠單機(jī)組固廢年產(chǎn)量中位值和最優(yōu)值［2］。由表2可見，就單機(jī)組固廢產(chǎn)量的中位值和最優(yōu)值而言，A核電廠與世界主要核能國家壓水堆核電廠有較大差距。

表2 世界主要核能國家壓水堆核電廠單機(jī)組固廢產(chǎn)量Table 2 The single unit solid waste production of PWR in the world’s major nuclear power countries

2.2 放射性固體廢物貯存超期

運(yùn)行核電廠對其產(chǎn)生的放射性固體廢物和不能經(jīng)處理后排放的放射性廢液進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的、標(biāo)準(zhǔn)化的固體廢物貨包后集中貯存，并交送放射性固體廢物處置單位處置。目前，我國運(yùn)行核電廠放射性固體廢物貯存管理面臨最突出的問題是貯存時(shí)間超期。國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 11928—1989《低、中水平放射性固體廢物暫時(shí)貯存規(guī)定》對貯存時(shí)間做出了明確要求：“4.7廢物暫時(shí)貯存期為五年”。

圖4統(tǒng)計(jì)了我國現(xiàn)存47臺(tái)核電機(jī)組的首次運(yùn)行時(shí)間，從圖4中可知，大部分現(xiàn)存核電廠運(yùn)行時(shí)間已超過或接近五年，但部分運(yùn)行核電廠并未完全或從未將其產(chǎn)生的放射性固體廢物貨包在貯存期內(nèi)運(yùn)送至處置場，造成貯存超期問題的主要原因有以下幾個(gè)。

圖4 中國（大陸）歷年新增運(yùn)行核電機(jī)組Fig.4 The new nuclear power units in operation over the years in China （mainland）

（1）放射性廢物處置場建設(shè)滯后。根據(jù)國務(wù)院頒布的《關(guān)于我國中、低水平放射性廢物處置的環(huán)境政策》（國發(fā)［1992］45號），我國提出區(qū)域處置低中放射性廢物的方針；2006年全國人大通過的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要第二十四章，明確提出“加快中低放射性廢物處置場建設(shè)”。根據(jù)全國放射性廢物產(chǎn)生量，規(guī)劃2020年全國建成華北、華東、西北、西南、華南5個(gè)區(qū)域處置場［3］，但目前僅完成西北、西南、華南3個(gè)處置場的部分建設(shè)。

（2）放射性固廢運(yùn)輸條件不佳。我國國土廣袤，已建成的3個(gè)處置場分別位于甘肅、廣東和四川，而現(xiàn)存運(yùn)行核電廠由南至北分布在我國沿海地區(qū)。除廣東、福建核電廠外，其他核電廠的運(yùn)輸距離、運(yùn)輸條件均不佳。以我國最北端的遼寧紅沿河核電廠為例，其運(yùn)輸一次放射性廢物至西北處置場，需途經(jīng)8個(gè)省（區(qū)、市），總行程近3000 km，而運(yùn)送量僅有100～200 m3，運(yùn)輸成本極高。同時(shí)，目前關(guān)于核電廠中低放射性廢物的對外運(yùn)輸，托運(yùn)人（運(yùn)行核電廠）需向起運(yùn)地及發(fā)運(yùn)地省級生態(tài)環(huán)境廳備案，經(jīng)托運(yùn)人所在地縣級以上人民政府公安機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，并受交通運(yùn)輸?shù)扔嘘P(guān)部門監(jiān)督管理，運(yùn)輸審批流程復(fù)雜。

（3）處置能力與放射性固體廢物產(chǎn)量不平衡。核電廠在運(yùn)行及退役期間會(huì)積累大量放射性固體廢物。以上述A核電廠單機(jī)組放射性固體廢物年產(chǎn)中位值44.55 m3，粗略測算現(xiàn)存47臺(tái)核電機(jī)組，自運(yùn)行至2020年年底產(chǎn)生的放射性固體廢物約為15300 m3。

表3統(tǒng)計(jì)了已運(yùn)行低、中放處置場的基本數(shù)據(jù)，在運(yùn)處置場建成容量為68800 m3。我國現(xiàn)存15臺(tái)在建機(jī)組，按照正常工期4～5年后將全部商運(yùn)，屆時(shí)62臺(tái)運(yùn)行機(jī)組每年將產(chǎn)生近2800 m3放射性固廢。在不考慮已處置廢物量、地區(qū)限制、運(yùn)輸條件、機(jī)組退役、核技術(shù)廢物處置等諸多因素的理想狀態(tài)下，已建成處置場將在十多年后滿存，處置壓力巨大。

表3 已運(yùn)行低、中放處置場的基本數(shù)據(jù)Table 3 The Basic data of low and medium level radioactive disposal sites in operation

2.3 放射性固體廢物減容系統(tǒng)不完善

部分放射性廢物減容系統(tǒng)不合理。我國運(yùn)行核電廠廢物輔助廠房通常設(shè)計(jì)建造了半干和濕式放射性廢物烘干的設(shè)施設(shè)備，用于減少廢物體積、防止超壓后出現(xiàn)廢液外泄，但實(shí)際操作中初始設(shè)計(jì)容量小、烘干時(shí)間過長等因素導(dǎo)致烘干效率低下。以某核電廠為例，其烘干系統(tǒng)單次烘干容積約200 L，單次烘干時(shí)間長達(dá)6～ 7 h。同時(shí)，烘干通風(fēng)系統(tǒng)缺少過濾裝置，存在放射性氣體外泄風(fēng)險(xiǎn)，所以核電廠烘干設(shè)施設(shè)備多處于閑置狀態(tài)。

3 探討與建議

3.1 持續(xù)推進(jìn)放射性固體廢物最小化

我國核電廠應(yīng)將減少源項(xiàng)、廢物再循環(huán)利用、減容處理和優(yōu)化管理［4］相結(jié)合，在確保核與輻射安全的前提下，以廢物處理和處置為核心，通過技術(shù)手段和管理措施持續(xù)推進(jìn)固體廢物最小化。國家層面進(jìn)一步完善放射性廢物最小化政策標(biāo)準(zhǔn)，制定放廢最小化目標(biāo)值和理想值；加快核能利用技術(shù)改進(jìn)，延長換料周期，減少單位年內(nèi)的大修次數(shù)，降低固體廢物產(chǎn)量；優(yōu)化運(yùn)行核電廠放廢管理，分類管理，分級處理，集中貯存，積極處置；加強(qiáng)放廢最小化技術(shù)研發(fā)及國際合作，從放廢回收與去污，廢物分揀，減容，熔融處理等方面進(jìn)一步研究，追趕世界同行業(yè)放廢管理先進(jìn)水平。

3.2 加快處置場建設(shè)

（1）國家層面統(tǒng)籌管理，規(guī)劃低、中放廢物的處置場建設(shè)。穩(wěn)步推進(jìn)、強(qiáng)化落實(shí)既定建設(shè)目標(biāo)，設(shè)定建設(shè)的時(shí)間點(diǎn)和目標(biāo)值，分階段、分批次、分地域?qū)嵤涌焯幹脠鲈谶\(yùn)行核電廠集中地區(qū)的建設(shè)，集合中央、地方、社會(huì)、企業(yè)等各方力量，確保處置場良性規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行，避免國家資源運(yùn)用浪費(fèi)，保障處置場的建設(shè)與核能發(fā)展的要求相適應(yīng)，全面實(shí)現(xiàn)放射性固體廢物減量化、無害化處置，確保永久安全。

（2）充分發(fā)揮地方政府作用。《中華人民共和國放射性污染防治法》第四十四條規(guī)定：“有關(guān)地方人民政府應(yīng)當(dāng)根據(jù)放射性固體廢物處置場所選址規(guī)劃，提供放射性固體廢物處置場所的建設(shè)用地，并采取有效措施支持放射性廢物的處置”。我國法律對地方政府多為義務(wù)性要求，無權(quán)益性支持，在一定程度上導(dǎo)致地方政府對處置場建設(shè)積極性不高。建議探索引入常規(guī)環(huán)保所采取的“補(bǔ)償機(jī)制”，研究制定相關(guān)處置費(fèi)用和使用管理辦法，以調(diào)動(dòng)和發(fā)揮地方政府積極性，推動(dòng)處置場建設(shè)。

（3）強(qiáng)化公眾溝通，提高公眾理解。通過科普宣傳、公眾參與、信息公開、輿情應(yīng)對等公眾溝通手段，讓公眾全方位了解固體廢物處置，緩解消除公眾阻力，持續(xù)增強(qiáng)公眾對核安全的信心，促進(jìn)放射性固體廢物處置事業(yè)健康發(fā)展。

3.3 改善放廢運(yùn)輸條件

（1）優(yōu)化運(yùn)輸方式，提高運(yùn)輸能力。目前，運(yùn)行核電廠放廢外運(yùn)均通過公路運(yùn)輸，存在運(yùn)力低、速度慢、易受道路限制、路途突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高的缺點(diǎn)。《中華人民共和國核安全法》（以下簡稱《核安全法》）第五十三條規(guī)定：“通過公路、鐵路、水路等運(yùn)輸……放射性廢物……適用相關(guān)法律、行政法規(guī)和規(guī)章關(guān)于放射性物品運(yùn)輸、危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸?shù)囊?guī)定”。探索由鐵路替代公路運(yùn)輸放廢物的新方式，將改善部分核電廠運(yùn)輸條件不佳的窘境，提高核與輻射安全，降低運(yùn)輸成本。

（2）建立放廢運(yùn)輸聯(lián)合機(jī)制。《放射性物品運(yùn)輸安全管理?xiàng)l例》第四條明確規(guī)定：“縣級以上地方人民政府環(huán)境保護(hù)主管部門和公安、交通運(yùn)輸?shù)扔嘘P(guān)主管部門……負(fù)責(zé)本行政區(qū)域放射性物品運(yùn)輸安全的有關(guān)監(jiān)督管理工作”，在符合相關(guān)法律規(guī)定、保證核安全的前提下固化審批流程，探索聯(lián)合審批制度，提高審批效率。

3.4 提升固體廢物處理效能

（1）改造核電廠現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備，激活自身放廢處理能效。運(yùn)行核電廠制定相關(guān)改造方案，開展安全性、可行性論證，經(jīng)國務(wù)院核安全管理部門審批后，改造現(xiàn)有放廢處理系統(tǒng)，提高烘干設(shè)備容積，增設(shè)放射性固體廢物烘干用廢氣過濾設(shè)備，解決核電廠共性問題；在貯存庫增設(shè)輻射環(huán)境劑量測量探頭，并納入核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)，提高放射性固體廢物監(jiān)測水平，進(jìn)一步保證貯存安全。

（2）盤活放射性廢物處置費(fèi)用準(zhǔn)備金，在低、中水平放射性廢物處置領(lǐng)域引入社會(huì)力量。《核安全法》第四十八條規(guī)定：“核設(shè)施營運(yùn)單位應(yīng)當(dāng)預(yù)提……放射性廢物處置費(fèi)用，列入投資概算、生產(chǎn)成本……”目前，核電廠放廢處置的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)、上交單位均不明確，各運(yùn)行核電廠通常自行制定單位體積放射性固體廢物的處置費(fèi)用，設(shè)置單獨(dú)賬號，按年產(chǎn)實(shí)際放射性固廢體積進(jìn)行提存。

完善放廢處置費(fèi)用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制定按照放廢種類、輻射劑量水平等影響因素分級分類地確定處置費(fèi)用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，明確放廢處置費(fèi)用的上繳單位部門，出臺(tái)放射性廢物處置費(fèi)用的提取和管理辦法，統(tǒng)一管理、綜合運(yùn)用、定期檢查，避免少繳漏繳、挪用流失和資產(chǎn)浪費(fèi)。

早在2018年，社會(huì)資本便注意到放廢處置領(lǐng)域，興業(yè)證券發(fā)布研究報(bào)告：預(yù)計(jì)至2020年，中、低放廢料處置市場空間可達(dá)到300億［5］，市場前景廣闊。《核安全法》第四十條和第四十三條明確了國家建立放射性廢物管理許可制度。在符合相關(guān)法律法規(guī)要求，保證核安全的前提下，合理穩(wěn)步引入社會(huì)力量，鼓勵(lì)國內(nèi)企業(yè)申取低、中水平放射性廢物處置許可，參與放廢處置。

3.5 專業(yè)運(yùn)作強(qiáng)化監(jiān)督

隨著我國核事業(yè)的快速發(fā)展以及大量機(jī)組投入運(yùn)行，近年來，生態(tài)環(huán)境部（國家核安全局）通過制定管理更加細(xì)化、實(shí)用性更強(qiáng)的二、三級監(jiān)督檢查程序，增加檢查頻次，設(shè)定監(jiān)督管理控制點(diǎn)等多種手段進(jìn)一步增強(qiáng)對放射性固體廢物的監(jiān)督管理。

核與輻射安全監(jiān)督站（以下簡稱監(jiān)督站）是根據(jù)法律法規(guī)授權(quán)和生態(tài)環(huán)境部委托，負(fù)責(zé)一定區(qū)域內(nèi)核與輻射安全監(jiān)督工作的部署外派機(jī)構(gòu)。2019下半年，某地區(qū)監(jiān)督站根據(jù)監(jiān)督對象、監(jiān)督方向、監(jiān)督重點(diǎn)，優(yōu)化監(jiān)督方式、調(diào)整組織結(jié)構(gòu)、明確職責(zé)，建立了以監(jiān)督小組為抓手，分專業(yè)、分板塊實(shí)施監(jiān)督的新模式。其中，新成立的三廢管理專業(yè)組負(fù)責(zé)統(tǒng)籌轄區(qū)內(nèi)核電廠放射性固體廢物及流出物的監(jiān)督管理。

圖5顯示，在專業(yè)板塊化監(jiān)督運(yùn)行后，該轄區(qū)內(nèi)核電廠放射性固體廢物管理相關(guān)問題的發(fā)現(xiàn)量大幅提高，可以看出這種優(yōu)化后的監(jiān)督方式對放射性廢物的管理具有良好促進(jìn)作用，倒逼運(yùn)行核電廠強(qiáng)化放廢管理、提高人員素質(zhì)、開展預(yù)防性工作，有效提高了放射性固體廢物管理水平，確保了核事業(yè)的健康發(fā)展。

圖5 某核電廠放射性固體廢物管理綜合檢查負(fù)面問題數(shù)量變化趨勢Fig.5 Negative problems in comprehensive inspection of radioactive solid waste management in a nuclear power plant