核燃料循环后端项目非放射性大气环境影响评价

李 鑫, 杨 浩,孙 涛, 朱宪澈, 薄美芳

(中国核电工程有限公司,北京 100840)

·环境评价·

核燃料循环后端项目非放射性大气环境影响评价

李 鑫, 杨 浩,孙 涛, 朱宪澈, 薄美芳

(中国核电工程有限公司,北京 100840)

环境影响报告书是核设施设计、建造和运行前的必要文件，以环境影响评价技术导则(大气环境)中规定的非放射性大气环境影响评价方法和流程对核燃料循环后端项目非放大气环境影响进行评价，评价过程包括：环境现状调查与评价、污染物源项分析、评价因子与评价标准确定、评价工作等级与评价范围确定等，评价对象主要包括：SO2、NO2和CO气态污染物以及PM10、PM2.5、TSP颗粒污染物，评价过程和结果可为核燃料循环后端项目工程设计以及后续其它核设施非放大气环境影响评价提供参考和借鉴。

环境影响评价；核设施；非放射性；大气。

1 引 言

环境影响评价工作贯穿于工程设计的全寿命周期。核设施环境影响评价报告书是核设施申请领取核设施选址、建造、运行许可证和办理退役审批手续各个阶段重要的文件。核燃料循环后端项目属于核设施的一部分，是对核电站使用完的含铀燃料组件进行后处理，提取有用成分，然后再加工成特殊元件返回特殊堆型核电站中进行复用，提高铀资源利用率。

目前法国的阿格厂、英国的THORP厂(英国核燃料循环后端工厂)、中国的中试厂等国内外核燃料循环后端项目，大部分采用的是基于硝酸体系的PUREX(普雷克斯，一种核燃料后端处理工艺流程)流程，在这些核基地中一般还包括固废焚烧、锅炉等配套设施，因此，非放气态流出物主要包括氮氧化物、硫化物、氯化氢以及TSP等气态污染物的排放，这些污染物的排放对当地环境的影响不容小觑，国内外核燃料循环后端项目非放大气环境影响评价对象也基本上都是围绕这些污染物开展评价。

本论文按照国家标准(《环境影响评价技术导则(大气环境)》[1])中规定的要求，结合厂址特性，阐述国内核燃料循环后端项目非放气态污染物环境影响评价过程，满足国内监管要求的，其评价结果可为后续相似核设施非放大气环境影响评价提供借鉴。

2 核燃料循环后端项目非放大气环境影响评价

2.1 工程污染物排放概况

对核燃料循环后端项目的气态流出物排放点排查和分析，得到该项目运行状态下非放大气污染源主要包括排风塔排气、焚烧炉排气和锅炉烟囱排气。排风塔排放的非放废气主要为NO2，焚烧炉排放的废气主要为烟/粉尘、HCl、SO2、NO2、CO和二噁英类，锅炉烟囱排放的非放废气主要为SO2和NOX产物。对于这些污染物的监测和分析，要求环境空气检测按照《环境空气质量监督规范(实行)》执行[2]，要求样品采集按照《环境空气质量自动检测技术规范》[3]和《环境空气质量手工监测技术规范》[4]等执行，要求样品分析按照《环境空气质量标准》[5]中规定的方法执行，数据的有效性要求按照《环境空气质量标准》[5]中规定执行；对于计算得到的数据要求严格按照物料衡算和类比分析进行。通过这些措施确保数据的真实性、准确性和可靠性。

2.2 环境现状调查与评价

厂址区域内现状调查统计结果见表1。从表中可知，评价区内SO2、NO2和CO气态污染物浓度满足一级标准要求。PM10、PM2.5、TSP(总悬浮颗粒物粒，径小于等于100μm的颗粒物)均属于颗粒物污染物，颗粒物污染物浓度偏高，满足二级标准要求，不满足一级标准的要求，主要是受到当地气候(风大)、地貌(戈壁滩)等环境因素及厂址地区矿石露天堆放等原因造成的。

表1 厂址区域环境质量现状调查结果Tab.1 Site area environment quality investigation results

2.3 污染物源项分析

2.3.1 排风塔源项计算

核燃料循环后端项目排风塔主要排放各子项工艺尾气和厂房排风，其中厂房排风在正常运行过程中不含非放大气污染物；工艺尾气中非放污染物主要为可燃物焚烧排放的烟气和工艺厂房硝酸使用工艺过程中产生的氮氧化物。

可燃固体废物主要为工作服、口罩、手套、废纸布、脱脂棉、纸制品、木制品以及废塑料等。由于污染物排放量难以通过计算得到，因此，采用通过类比法获取评价采取值。通过调研源项比较接近的生活垃圾焚烧厂的源项数据，结合本项目可燃固体废物的类型，得到焚烧炉正常运行时的烟气污染物排放情况(具体数据见表2)。

核燃料循环后端项目各子项工艺生产过程排出的工艺气体经多级净化后通过100m烟囱排入大气，烟囱出口内径为6.5m，烟气流量为1.8×106m3/h，烟气流速约15m/s，烟囱出口处烟气温度为25℃～30℃。非放射性工艺废气的排放主要为NOX，净化后排放总量为8.4kg/h(2.331g/s)，氮氧化物的详细排放量数据见表3。

表2 焚烧炉烟气污染物排放情况Tab.2 Incineration of flue gas pollutants (浓度：mg/Nm3速率:kg/h)

注：本表数据为类比计算数据。

表3 非放射性工艺废气排放源项Tab.3 Non-radioactive process exhaust

注：本表数据为物料衡算计算数据。

2.3.2 锅炉烟囱源项计算

锅炉烟囱排放也是非放大气环境影响评价的重点，本项目的锅炉燃气锅炉，采用原装进口高效环保型燃烧器，满足国标中对于燃烧污染物排放标准的要求，污染物主要为SO2和NOX产物。SO2的确定依据是根据气质分析报告中S的含量计算得出，SO2的排放浓度为5mg/m3；NOX排放浓度按满足国标限值100mg/m3计算[6]，锅炉燃烧器选型满足排放限制，所以NOX的排放浓度为100mg/m3。烟囱出口处的烟气流量为94 508m3/h，则SO2排放速率为0.131g/s，NOX排放速率为2.625g/s。

依据锅炉房设计规范规定：燃油、燃气锅炉烟囱，宜单台炉配置[7]。根据锅炉房承受的热负荷及以上要求，核燃料循环后端项目拟设置额定蒸发量为75t/h的燃气锅炉4台(1.25MPa，193℃)，四台锅炉各设一座高18.5m的烟囱，烟囱上部出口矩形内径为1.8m×1.4m，大气污染物排放量为：烟囱出口处的烟气流量 94 508 m3/h，烟气流速为 10.4 m/s，烟气温度为80 ℃；锅炉烟囱排放的大气污染物主要为二氧化硫、氮氧化物和烟尘，二氧化硫排放量为0.131g/s，NOX排放量为2.625 g/s，烟尘排放量为0.131g/s。

通过上述工程分析，得到100m排风塔和燃气锅炉烟囱的排放参数，参数见表4。

表4 估算模式参数取值一览表Tab.4 Values of the estimated mode parameters

注：本表数据来自工程设计参数及其推算结果。

2.4 评价因子与评价标准确定

2.4.1 评价因子

根据导则规定大气环境影响评价因子主要是为项目排放的常规污染物及特征污染物，因此该项目评价因子有NOX、SO2和TSP。

2.4.2 评价标准

(1)质量标准

按照环境空气质量标准的规定，环境中NOX、SO2和TSP浓度限值见表5。

(2)排放限值标准

对于核设施工艺尾气排放，没有专门的标准，执行《大气污染物综合排放标准》[8]；我国尚未规定放射性废物焚烧污染物排放标准，参考执行较为严格的《生活垃圾焚烧污染控制标准》[9]；由于燃气锅炉功率为75t/h,《锅炉大气污染物排放标准》[10]不再适用，执行更为严格的《火电厂大气污染物排放标准》[6]。

表5 NOX、SO2和TSP浓度限值[5]Tab.5 Concentration limit of NOX, SO2, and TSP mg/m3(标准状态)

注： 《环境空气质量标准》标准中规定的NOX一级浓度限值和二级浓度限值相同。

按照《环境空气质量标准》的规定，核燃料循环后端项目厂区属于环境空气质量功能区的二类区，属于硝酸使用工程，因此，根据《大气污染物综合排放标准》[8]中新污染源大气污染物排放限值的规定，100m排风塔NOX排放限值为52 kg/h。同时，《大气污染物综合排放标准》[5]中还要求新污染源排气筒不应低于15m。

《火电厂大气污染物排放标准》[6]规定，厂区锅炉房烟囱氮氧化物、二氧化硫和烟尘最高允许排放浓度分别为 100mg/m3、35mg/m3和5mg/m3。

2.5 评价工作等级与评价范围确定

按照大气环评技术导则规定，需计算NOX、TSP和SO2的最大地面浓度占标率Pi及污染物的地面浓度达标准限值10%时所对应的最远距离D10%。

评价工作等级的判定依据见表6。采用《环境影响评价技术导则 大气环境》[1]推荐的估算模式(一种单源预测模式，适用于建设项目评价等级及评价范围的确定工作，利用预设的气象条件进行计算)进行评价等级和评价范围的估算，具体计算参数见表4，估算模式计算结果见表7、表8、图1和图2。由计算结果可知运行后，NOX最大1小时浓度为0.015 1mg/m3，最大占标率为7.57%，对应的距离为下风向569m处；SO2最大1小时浓度为0.000 76mg/m3，最大占标率为0.15%，对应的距离为下风向569m处；TSP最大1小时浓度为0.000 76mg/m3，最大占标率为0.08%，对应的距离为下风向569m处。因此Pmax=Max(PNOx、PSO2和PTSP)=7.57%<10%，根据导则规定，确定本项目大气评价工作等级为三级。

对于三级评价可不进行大气环境影响预测工作，直接以估算模式的计算结果作为预测与分析依据。评价范围的确定根据项目排放污染物的最远影响范围确定项目的大气影响评价范围。应以核设施排放源为中心点，以D10%为半径的圆或者2×D10%为边长的矩形作为大气环境影响评价范围，评价范围不应小于2.5km，当最远距离超过25km时，确定评价范围为半径25km的圆形区域或边长50km矩形区域。因此暂定本项目评价范围为以厂址为中心半径2.5km的范围。

表6 环境空气评价等级判别依据[1]Tab.6 Criteria for classification of environment air

注：本表数据来自《环境影响评价技术导则-大气环境》。

表7 估算模式计算结果(100m排风塔)Tab.7 Results of the estimated mode calculation(100 meters chimney)

注：本表数据为环评计算软件模拟计算的结果(大气环评专业辅助软件系统，Ver1.1)

表8 估算模式计算结果(燃气锅炉烟囱)Tab.8 Results of the estimated mode calculation(Gas-fired boiler chimney)

注：本表数据为环评计算软件模拟计算的结果(大气环评专业辅助软件系统，Ver1.1)

图1 100m排风塔浓度、占标率距离曲线图(下风向)Fig.1 The relationship between contaminants concentration of 100m chimney exhaust and accounting for standard rate with distance (Downwind)

2.6 结果分析

四台燃气锅炉和排风塔排放污染物按估算模式得到的地面污染物最大浓度通过叠加后(各个污染物出现最大浓度的位置大部分时候不在同一个位置，现假设在同一个位置，然后对最大浓度进行相加，得出燃气锅炉烟囱和排风塔可能出现的最大浓度值，实际值都会小于等于这个值，是保守的)，得出NOX、SO2与TSP导致厂址半径2.5km范围内环境在最大浓度点处的最大小时浓度值分别为0.068 1mg/m3、0.003 02mg/m3、0.003 02mg/m3，根据厂址周围非放大气环境质量现状调查结果，以厂址为中心半径2.5km的范围内NOX和SO2最大小时浓度以及TSP最大日均值的叠加值(见表9)，NOx和SO2最大小时浓度均满足《环境空气质量标准》[5]一级标准的要求，TSP最大日均浓度均满足《环境空气质量标准》[5]二级标准的要求。

图2 锅炉烟囱浓度、占标率距离曲线图(下风向)Fig.2 The relationship between contaminants concentration of boiler chimneys exhaust and accounting for standard rate with distance (Downwind)

表9 评价区域内NOX、SO2和TSP的最大浓度Tab.9 The Maximum concentration of NOX, SO2 and TSP in evaluation area (mg/m3)

虽然采用的估算模式，并且经过叠加后得到的结果是保守，鉴于距离厂址2.5km范围内有沙枣园子自然保护区，因此，在燃气锅炉运行期间，要严格控制颗粒物的排放浓度，在当地颗粒物浓度较高的期间采取强化措施降低颗粒物的排放或者降功率运行，保证燃气锅炉对保护区的影响降低到最小值。

此外，100m排风塔NOX排放速率为8.4kg/h，排放浓度为4.66mg/m3，分别满足《大气污染物综合排放标准》[8]中新污染源大气污染物二级排放速率和排放浓度限值的要求。燃气锅炉烟囱NOX排放浓度为100mg/m3，SO2排放浓度为5mg/m3，烟尘排放浓度5mg/m3；均满足《火电厂大气污染物排放标准》[6]的规定中最高允许排放浓度的要求。

3 结 论

鉴于核燃料循环后端项目厂址区域为工业区，属于环境空气质量功能区的二类区，执行《环境空气质量标准》[5]二级标准。根据环境影响评价数据，该项目投入运行后排风塔和锅炉烟囱非放大气排放污染物排风满足《环境空气质量标准》[5]二级标准要求。因此，评价结果表明该项目非放气体排放对周围大气环境质量影响较小，厂址周围环境是可以接受的。

该核燃料循环后端项目厂址区域，颗粒污染物浓度偏高，在燃气锅炉运行期间，要严格控制颗粒物的排放浓度，在当地颗粒物浓度较高的期间，应采取除尘措施降低颗粒物的排放或者降功率运行，保证燃气锅炉对保护区的影响降低到最小值。

[1] HJ 2.2-2008，环境影响评价技术导则-大气环境[S].

[2] 《环境空气质量监督规范(实行)》(国家环境保护总局公告2007年第4号)[S].

[3] HJ/T193-2013,环境空气质量自动检测技术规范[S].

[4] HJ/T194-2005,环境空气质量自动检测技术规范[S].

[5] GB3095-2012,环境空气质量标准[S].

[6] GB13223-2011,火电厂大气污染物排放标准[S].

[7] GB 50041-2008,锅炉房设计规范[S].

[8] GB16297-1996,大气污染物综合排放标准[S].

[9] GB18485-2014,生活垃圾焚烧污染物控制标准[S].

[10] GB13271-2014,锅炉大气污染物排放标准[S].

None-Radioactive Atmosphere Environmental Impact Assessment for Nuclear Fuel Reprocessing Plant

LI Xin, YANG Hao, SUN Tao, ZHU Xian-che, BO Mei-fang

(ChinaNuclearPowerEngineeringCo.,Ltd.ChemicalEngineeringDepartment,Beijing100840,China)

Environmental impact assessment report was absolutely essential for the nuclear facility design, construction and operating. The paper assessed the none-radioactive atmosphere environmental impact for nuclear fuel reprocessing project based on the method for none-radioactive atmosphere environmental impact assessment in the guidelines for environmental impact assessment -atmospheric environment. The process include environment investigation and assessment, pollutants source analysis, assessment factors and assessment standard, grade and scope of assessment work. Assessment objects include gaseous pollutant SO2, NO2and CO, particulate matters PM10, PM2.5and TSP. It provides some guidelines for the nuclear facility environmental impact assessment.

Environmental impact assessment; nuclear facility; none-radioactive; atmosphere.

2016-12-14

李 鑫(1982-)，男，安徽太湖人，2007年毕业于清华大学核工程与核技术专业，高级工程师，从事核化工科研与设计工作，研究方向为核化工工程相关工艺、布置、环评、安分等。

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1001-3644(2017)01-0077-06