中低放射性废物减容及固化技术探析

文/常 胜

对放射性废物进行减容、固化处理，不但能够解决放射性废物在包装、储存、运输等方面的一系列安全问题，而且极大地简化了对放射性废物的最终处置，对于降低核素浸出量及保障环境和公众安全具有重要意义。本文主要介绍了目前中低放射性废物的相关减容及固化处理技术，并对每种处理技术的优缺点进行分析，最后对我国放射性废物减容及固化技术的发展提出了自己的建议，以期为相关技术与研究人员提供参考。

中低放射性废物减容技术

第一，焚烧。焚烧是对可燃放射性固体废物进行减容的最常用、最有效的措施。据统计，约40%～80%的中低放固体废物是可以通过焚烧进行减容的。经焚烧生成的灰烬很容易被加工成比较适合处置的稳定形式。优点：高度减容（20-100倍）和高度减重（10-80倍）；大多放射性废物由有机物转变为更为安全的无机物；可回收239Pu和235U。缺点：对废气处理系统的要求比较严格，投资和运行成本较大；燃烧不平稳、燃烧不完全、着火、腐蚀等可能引发安全事故。

第二，压实。压实是一种用于增大可压缩废物密度、减小废物空隙体积的机械减容方法。相比较传统的工业压缩过程，放射性固体废物的压缩减容包含特殊标准：（1）压缩过程中固体废物的操作放置应采用屏蔽保护处理，且工作人员需在操作室内进行遥控处理；（2）放射性固体废物压缩时会将原废物包装中的气体释放出来，其很容易造成气溶胶污染，所以在压缩装置后应安置尾气处理系统。优点：压实设备比较简单，费用低，产生的二次废物极少。缺点：只能处理固体放射性物质，无法对液态、气态放射性物质进行处理。

中低放射性废物固化技术

中低放射性废物的整备一般采用固化技术。固化的目标就是使废物形成易于处置的稳定废物体。目前国内中低放废物常用的固化技术有水泥固化、沥青固化和塑料固化、水力压裂法、大体积浇注法等。

第一，水泥固化。水泥固化指将中低放射性废物与水泥充分混合并搅拌成糊，使其失去流动性，最后形成固体进行储存处置。优点：抗压能力较高；自屏蔽能力强；耐辐射和耐热能力强；其加工技术成熟，设备比较简单；成本相对较低，在放射性废物处理中应用相对广泛。缺点：水泥固化后将会增容1.5-2倍；放射性核素的浸出率较高。

第二，沥青固化。沥青固化是指将放射性废物与沥青混合在一起，在一定温度下，选择合适的配料比和碱度并充分搅拌，蒸发除去水分，使废物均匀地分散在沥青中，最后进行装桶并冷却固化。优点：对放射性废物适应性较强；固化产品浸出率较低；技术比较成熟，具有较高可控性。缺点：工艺稳定性较差，对材料的依赖性比较高；工艺安全性较差，对温度要求比较高；成本较高，约为10000元/m3。

第三，塑料固化。塑料固化也叫聚合物固化，是以塑料为固化剂，与放射性废物按一定比例进行混合，假如适量引发、催化剂、硬化剂和促进剂搅拌混合，最终形成一定强度的稳定的固化体。优点：放射性废液无需蒸发；对硝酸盐、硫酸盐等有很高的掺和效率；对有机废物相容性好；耐辐照强度高；浸出率低。缺点：生成的某些聚合物能被生物降解；易老化破碎，污染环境；固化材料成本较高。

第四，水力压裂法。水力压裂法是选择地下深度为200-400米的适宜厂址，应用比较成熟的石油工业压裂技术和设备，把低中放废液、水泥、添加剂等制成混合物，注入地下透水性差的封闭页岩层中，最终和页岩层凝固成一个整体，从而使放射性废物远离人类生活环境。优点：采用已成熟技术，成本相对较低。缺点：对地质要求较高；工艺复杂，地下操作难度大；风险高。

第五，大体积浇注法。大体积浇注法是将近地表处置与水泥固化进行结合的一种处理方法，主要是将废液送到泥浆混合器中搅拌混合均匀，然后通过重力作用进入浇注池。几天后当固化体表面泌水消失且中心温度低于30℃后，在固化体上面浇注500mm水泥浆进行封顶。优点：工艺简单，处理能力大；无需装桶，处理与处置一次性完成，成本较低。缺点：固化体中心温升过高时，容易产生温差裂缝，因此对固化配方和固化体质量要求较高。

关于我国放射性废物减容及固化技术研究方向的一点建议

通过上面几种减容及固化技术的对比分析，我认为我国未来放射性废物减容、固化技术的研究与完善应从以下几个方面着手：（1）改进相关处理工艺，简化操作，进一步提高减容比。（2）寻求新的固化材料和添加剂，使固化体具有更好的抗压性、抗辐照性、稳定性、和安全性，同时降低浸出率。（3）加大科技投入，借鉴在此领域取得显著成果的发达国家经验，对符合我国国情的先进技术进行消化、吸收并创新。

结语

在国家大力发展核电产业的背景下，越来越多的核电厂陆续建成投产。随着放射性废物的快速增长，势必造成放射性废物储存和最终处置的困难。因此，相关研究人员应加强有关放射性废物减容、固化技术的探讨与研究，以改善放射性废物的处理质量及提高放射性废物处置场的安全性，从而保证核电事业的健康发展。