核电厂中、低放射性废物处理技术比较

张瑞 刘明月

摘 要：随着我国核电安全高效发展，核电厂中、低放射性废物产生、暂存的总量不断增多，所引起的安全、环境和社会问题也越来越突出。在核电厂中中、低放射性废物中的工艺废物是处理难度最大、处理技术最复杂的废物。本文从中、低放射性工艺废物入手，比较现有核电厂不同的工艺废物处理技术。

关键词：核电厂;放射性废物;处理技术;工艺流程

1核电厂中、低放射性废物处理技术

1.1热压、干燥技术

1.1.1系统组成

过滤器滤芯处理系统由屏蔽转运容器、单臂吊车、专用抓具等组成;废树脂处理系统由屏蔽转运裝置、废树脂计量和转运装置、锥形干燥器、超级压实装置（合用）等组成;化学废液处理系统主要由屏蔽转运容器、桶内干燥装置、冷凝模块、蒸发装置等组成。

1.1.2系统功能

本系统主要功能如下：过滤器滤芯处理工艺通过直接灌浆的工艺来处理核岛内（化学和容积控制系统、乏燃料池冷却系统、放射性废液处理系统等）产生的过滤器滤芯与少量来自移动式处理系统的过滤器滤芯。废树脂处理工艺采用热态超级压实的减容处理工艺。化学废液处理工艺通过蒸发、桶内干燥工艺来处理核岛、厂址废物处理设施及其他设施内产生的化学废液。

1.1.3工艺流程

1）废树脂处理系统。废树脂通过接收、脱水、干燥、装桶完成预处理工序。随后，装满干燥废树脂的桶送往减容主要工序，即超级压实机进行超压处理。压实饼经优化组合后装入金属桶内进行灌浆固定。2）化学废液处理流程。化学废液桶内干燥处理后形成的盐块通过超压处理后，吊运至200L钢桶内，进行水泥灌浆固定。固定后的废物货包经短期养护，送至剂量检测间进行桶内剂量监测，最终送往废物暂存库中间贮存。3）废过滤器滤芯处理工艺流程。工艺流程归纳如下：载有屏蔽转运容器的拖车接收来自核岛的装有废过滤器滤芯的200L钢桶，转运至厂址废物处理设施（SRTF），在SRTF专用抓具将钢桶卸出，钢桶经辊道送往水泥灌浆区进行灌浆固定，在灌浆后进行短期养护后送至检测间进行桶体剂量检测，最终送往暂存库存放。

1.2水泥固化技术

1.2.1系统组成

本系统主要由搅拌系统、传输系统、计量系统及剂量检测系统等组成。工作站位包括容器转运站、空气闸门间、开封盖站、废物装桶搅拌站、移动灌浆站、废滤芯装桶站和清洗水回收站。

1.2.2系统功能

本系统的主要功能如下：收集核电厂机组运行中产生的中、低放射性水平固体废物，并进行暂存;采用水泥固化工艺将其整备为稳定的废物包;检测废物包剂量率水平，便于进行运输和处置。针对湿废物接收及处理子系统，其主要功能为将失效的放射性树脂冲排至或转运至废树脂暂存槽，进行接收及暂存;通过废树脂计量泵对暂存槽中树脂进行循环运行，废树脂取样装置在循环管线上进行树脂取样;利用水泥固化工艺对废树脂、浓缩液进行桶内搅拌固化操作;利用灌浆设备对废滤芯进行水泥灌浆固定处理;整备后对废物桶表面剂量率进行检测。

1.2.3工艺流程

1）废过滤器芯固定工艺流程。主要工艺过程包括：将装有合适尺寸滤芯支架的400L金属桶装入滤芯屏蔽转运容器，并就位于滤芯下降通道处，滤芯释放至金属桶内。金属桶通过辊道运输至加注站，调整移动式注浆站参数并启动，按照程序设定完成注浆过程。金属桶转运至开封盖站位进行自动封盖操作，完成后运送至养护站位进行养护。2）废树脂/浓缩液的固化工艺流程。首先开始进行桶清洗、开封盖、水泥石灰添加剂等准备工作，通过体积计量的方式，按照配方所需的量完成废树脂或浓缩液的计量并加注入400L金属桶中，随后金属桶转运至干料加注站，搅拌器下降至桶内，完成添加剂的添加，搅拌器开启并按参数要求完成水泥下料和搅拌。完成后对系统内部进行清洗，双辊道中任选一列辊道作为固化后金属桶养护用，经过养护后的金属桶经测量达标后运出。

1.3高整体容器（HIC）技术

1.3.1系统组成

本系统主要由过滤器芯子更换转运容器、废过滤器芯子转运容器及小车、高整体容器（HIC）、脱水模块（SEDS）、混凝土屏蔽容器、HIC转运屏蔽容器等组成。

1.3.2系统功能

本系统在设计上贯彻废物最小化原则，对废树脂和废活性碳等湿废物采用脱水后装入HIC容器的方法处理。脱水模块（SEDS）接收废过滤器芯子和废树脂，并将其装入不同类型的高整体容器（HIC）中进行脱水，脱水后的HIC在满足装桶容量以及剂量要求后转运至暂存库贮存。

1.3.3工艺流程

废树脂通过水力冲排，经过控制阀进入脱水头，再被注入HIC。脱水泵的作用是通过负压抽吸将HIC中的多余游离水抽出。废树脂通过脱水头实现进料、排气、脱水、再进料、排气、脱水，HIC装满后正式进入脱水循环。脱水循环3次，末次循环可将脱水产生的废液接到脱水检测罐进行检测，如果脱水循环末收集到的废液体积<500mL，表示脱水可以结束，HIC可以封盖并进行暂存。

废过滤器芯子通过输送通道放入废过滤器芯子转运容器。废过滤器芯子放入转运容器后，被送往NF265房间，通过使用吊车把芯子放入HIC容器中。在HIC容器填满后，进行脱水操作，直到含水量达到整定值后停止脱水循环。HIC容器准备转运到贮存设施内。

2技术比较分析

2.1技术优劣对比

水泥固化工艺：工艺成熟，应用最为广泛，运行经验丰富，已实现国产化。废物减容效果不佳，系统运行复杂，故障率高。

热压、干燥工艺：废物离堆处理，对工艺废物的整备前的处理减容效果较好，已完成国产化研制。系统设备较为复杂，应用经验较为欠缺，由于仍采用水泥固化，因此影响了其最终减容比。

高整体容器工艺：废物可离堆处理，系统设计简单，运行操作简单，设备台套数少，且模块化制造。由于无需进行固化等整备工作，废物减容效果较好。尚未完全国产化，应用经验较为欠缺，废物包表面剂量率较高。

2.2工艺废物产量分析

通过对2020年不同核电厂的废物处理产量的分析，采用水泥固化工艺的某核电厂中、低放射性废物包产量为单台机组18.2m3/a，采用热压、干燥工艺的某核电厂中、低放射性废物包产量为单台机组10.8m3/a，采用高整体容器工艺的某核电厂中、低放射性废物包产量为单台机组6m3/a。（见表1）高整体容器工艺在废物减容方面表现较好，主要得益于减少了浓缩液这一废物类型，并直接装填入高整体容器、无水泥等固化剂增容的过程。

3结语

结合上述3种核电厂中、低放射性废物处理技术的对比分析，先进的放射性废物减容技术在逐步应用。但由于废物处理系统相对独立于核岛主工艺系统，且离堆处理越来越得到认可的前提下，可加快高效减容技术的推广应用，如等离子体气化熔融技术、PVA高效降解技术、高整体容器整备技术、蒸汽重整技术、焚烧技术等。在“邻避效应”突出的背景下，中、低放射性废物处置场和区域废物处理中心的选址和建设在近一段时间内仍将非常艰难。但由于废物处理安全性、经济性和最小化的迫切需求，应利用高效减容技术的优化组合，在电厂内考虑设立废物集中减容中心。

参考文献

[1]华龙一号放射性固体废物处理的优化设计[J].王岳巍，李凌杰.产业与科技论坛.2019（16）

[2]核电厂放射性废物处理新工艺——烘干装HIC[J].张敬辉，刘铁军.产业与科技论坛.2018（09）