放射性三废的处理和处置课件

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1、第九章 放射性三废的处理和处置,9.1 概述 9.2 放射性废水的处理技术 9.3 高放废液的综合利用与最终处置 9.4 污溶剂的净化与再生 9.5 放射性废气的处理 9.6 放射性固体废物的处理与处置,核燃料后处理厂的废物，是从乏燃料中回收铀、提取钚的过程中伴随产生的含有不同数量的裂片元素，或超铀元素的水相和有机相溶液、气体和气溶胶、固体物质和粉尘。 放射性废物管理包括废物处理、运输、暂时贮存和最终处置的全部过程。 放射性废物处理是指，为使放射性废物转变成适于往大气和水体排放、回收复用或作最终处置的状态所实施的工艺过程。 放射性废物的最终处置是指，为使放射性核素在衰变到对人类无害水平前，保持

2、与生物圈隔离所采取的措施及其工艺过程。,将放射性废物长期、可靠地与生物圈相隔离是一个重要课题。 高放废物中汇集了乏燃料中99%以上的放射性，具有很大的危险性。 有四种隔离废物的方法： a. 废物的地面贮存； b. 深地层地质构造处置； c. 排入宇宙空间； d. 嬗变，用核反应堆使长寿命核素转变为短寿命核素或稳定同位素。,9.1 概述,放射性废物：指含有放射性物质或被放射性物质污染而不能回收再用或不值得回收再用的气体、固体和液体废物的总称。 按比活度和半衰期将放射性废物分为高放长寿命、中放长寿命、低放长寿命、中放短寿命和低放短寿命等五类。,核燃料后处理厂放射性三废中的主要核素： 裂变产物：主要

3、为、放射体。 锕系核素：由铀俘获中子产生，主要放射粒子。 元件结构材料的活化产物：由燃料包壳组分元素俘获中子产生，一般都是、放射体。,水法后处理过程中产生的放射性废水，按比活度一般分为三类： 高放废水：比活度高于3108Bq/L； 中放废水：比活度介于31053108Bq/L； 低放废水：比活度低于 3105Bq/L； 目前处理放射性废水的原则是：稀释排放、浓缩贮存和回收利用。,美国采用ALAP原则，排入环境的放射性核素应低到技术上能达到的水平。 在实际应用中，常用以下两个技术指标来比较评价处理方法的优劣。,9.2 放射性废水的处理技术,核燃料后处理厂应满足下列要求： 在最不利的气象条件下，排

4、入大气的气态排出物所含放射性核素的量应不超过其在近地层大气中的最大允许含量 液态高放废物和中放废物应转化成适宜投入地质构造中最终处置的形式物态，确保核素在其自然衰变到完全无害之前可靠地与生物圈隔离。 低放废水在排入水体之前应加以净化，使其中放射性核素浓度低于其最大允许浓度。,9.2.1 凝聚沉淀,放射性废水的凝聚沉淀法处理也叫化学处理，是往废水中加入凝胶剂，使废水中的胶体状物质聚集成细小的可沉淀颗粒，颗粒与颗粒或与废水中悬浮状物质结合成疏松的集合体-绒粒。 绒粒相互碰撞形成更大的絮状沉淀物。 经过澄清或机械过滤，将沉淀从废水中分离。 净化系数较低（10100）,化学絮凝剂硫酸铁或硫酸铝可发生溶

5、解、电离和水解反应：,9.2.2 蒸发浓缩,1. 概述 蒸发浓缩对盐分含量较高的中低放废液来说是一种通用性强并且广泛应用的方法。 蒸发浓缩法的净化系数为103105，有时可高达106。 优点： 净化系数高 灵活性较大 蒸发是化工操作中一个比较成熟的单元操作。 缺点： 不适合处理含有易挥发的放射性核素的废水和易起泡沫的废水 消耗热能多，运行费用较高。,2. 蒸发器的特性及其运行工况 对蒸发器的要求： 抗腐蚀性能好 净化效果好，二次蒸汽夹带雾沫量少 浓缩能力大，以尽量减少浓缩液体积 不易产生结垢或堵塞 结构简单可靠，密封良好，不需要或极少需要维修 易操作，易屏蔽，安全运行,特点： 外加热管较长，溶

6、液自然循环速度较快 加热室和分离室分开设置，降低蒸发器的总高度 蒸发器操作简便、运行稳定，易于控制。,影响蒸发器运行的主要因素： 蒸发器内的负压 一般采用负压操作，但负压使二次蒸汽增大雾沫夹带量。 液位 液位应控制在汽液混合导管中心线以下某一范围内。 蒸发速率 净化效果随蒸发速率的提高而下降。,浓缩倍数 最大浓缩倍数主要取决于废水中盐分的性质及含量，以及细分散状态颗粒的含量和溶液的酸度。,起泡和雾沫夹带 起泡的原因：放射性废水通常含有一定量的盐分、胶体粒子、溶解的气体、TBP和稀释剂的降解产物等，使表面张力减小 废水pH值大于10时容易起泡 浓缩倍数较高时含盐量大，表面张力小也容易起泡 负压蒸

7、发时起泡严重。,减少和消除泡沫的方法： (1)澄清分相、离心分离、煤油汽提和蒸汽汽提； (2)加入消泡剂或设置破泡装置； 减少雾沫夹带的方法两种： (1)设计蒸发器时使沸腾液面与蒸汽排出口之间留有足够的高度，防止较大的液滴被气流带出。 (2)控制蒸发速率，使蒸汽带出的雾滴尽可能少。,气液分离装置 常用的有四种： 捕集器：惯性型分离器，结构简单，净化能力较差。 旋风式雾沫分离器：利用离心力进行气液分离，结构简单，分离效率较高。 泡罩塔：湿法惯性型分离装置，结构复杂，造价较高，安装要求高，净化效率高。 丝网净化器：表面型分离装置，属填料塔类，丝网填料比表面积大，自由体积大，净化效率可达99%。,脱

8、硝 脱硝原因： 沸腾的浓硝酸对不锈钢设备有强烈的腐蚀作用； 硝酸浓度增加，硝酸盐在浓缩液中的溶解度降低，造成细分散颗粒沉淀增加； 提取裂片同位素时及浓缩液进一步处理时都要求浓缩液的酸度和含盐量都较低； 暂时贮存要求浓缩液酸度低或者少用碱中和； 钌在高酸度时的挥发量增加而降低净化效率。,甲醛脱硝,甲酸脱硝,9.2.3 离子交换,离子交换法广泛应用于含盐量低（1g/L）废液的处理。 优点： (1)设备简单，放射性废液减容倍数大、放射性核素浓缩物的形成可根据情况确定，使其易于固化和处置。 (2)该法可获得10104的净化系数，废液减容倍数为500104。,影响离子交换净化效果： 流速 ：较低流速可以

9、达到较高的净化效果和交换容量。 废水的pH值： 在pH为2.5以下操作时，废水中绝大部分裂变产物以离子形式存在，净化效果好。 辐照稳定性 ：离子交换树脂在强辐照下均遭受损伤，可导致交换容量下降。 一般流程： 先用氢氧化钠将废水的pH调至12，再加入三价铁盐作为絮凝剂，绝大部分悬浮物质和胶体颗粒形成絮状物并载带大量放射性物质沉降下来，混浆经过过滤器过滤，进一步脱水后贮存，上层清液经过滤床过滤后进入酚醛型弱酸性阳离子交换树脂床，经离子交换处理后，流出液即可排放。,9.2.4 膜分离技术,膜分离技术是一种建立在选择性渗透原理基础上，以外界能量或化学位差为推动力，使待分离组分从膜的一边渗透到膜的另一边

10、，达到分离、富集的方法。 膜分离过程的推动力有： 以压力差为推动力的有反渗透、超滤、微孔过滤等； 以电位差为推动力的有电渗析。 根据膜材料、操作条件和物质通过膜传递的机理和方式不同分为渗析、反渗析和电渗析三种。,电渗析过程是电解和渗析扩散的组合，离子交换膜将电解质溶液分隔开，离子交换膜对阴、阳离子的运动产生不同的阻力。,1. 电渗析法的应用条件和要求 （1）电极 电极应具有良好的导电性能，足够的机械强度，对所处理的废液具有较高的化学和电化学稳定性，以保证长期运行。 （2）离子交换膜 离子交换膜按制造技术可分为三种： a. 具有离子交换性能的单体或聚合物的溶液直接浇铸成均匀薄膜 b. 将高交联度

11、离子交换树脂的细粉黏合在支持物上 c. 用多孔物质如纸、透明纸等浸渍具有离子交换性能的单体或聚合物的溶液而成。,衡量膜的性能注重四方面： 渗透选择性 膜的渗透选择性一般随树脂的交联度的增加而增大。 电阻 膜的电阻越低越好。 稳定性 膜的物理化学稳定性指在一定稳定范围内的热稳定性、辐照稳定性、对电极反应产物的稳定性、对强氧化剂强还原剂及对强酸强碱的稳定性。 机械强度 膜的收缩性要小，不因温度等条件变化而破裂。,2.填充床式电渗析 将离子交换和电渗析有机结合在一起的电脱离子法。 除了具有电渗析过程外，同时还发生离子交换过程和离子交换树脂的电化学再生过程。,处理中低放废液的工艺过程： 减少废液体积

12、处理浓缩物,9.2.5 废液的固化,放射性废物安全管理的原则： 一切放射性废物处置前必须转化为密实、机械强度高、化学惰性的固体形态，以避免自然过程可能造成的放射性核素的迁移或扩散，最终实现与生物圈隔离的最终处置。 将放射性废液及泥浆转化为固体形态的工艺过程称为固化。 固化分为：水泥固化、沥青固化或聚合物固化玻璃固化等。,1. 对废液固化的基本要求 （1）固化工艺应能适应废液所包含的各种组分及组分的变化； （2）固化体应具有良好的导热性、机械强度、辐照稳定性； （3）固化体的化学稳定性高，在水介质中固化体组分的浸出率低，应无爆炸性、无自燃性和对废物包装容器无侵蚀性； （4）固化工艺应具有明显的减

13、容效果，随废物的包容量较大； （5）固化工艺产生的二次废物应尽可能少； （6）固化工艺流程简单，能安全、可靠地进行远距离操作和维修，运行费用低。,2. 水泥固化 将放射性废液或湿固体废物同水泥、添加剂按一定比例依次混合，在常温下固结成固化体的工艺叫水泥固化。 设备简单，不产生二次废物，能耗少，成本低 水泥固化浸出率高（10-110-4g/cm2 d），比沥青固化体高两个数量级，比玻璃固化体高45个数量级。 水泥固化适用于处理中低水平的放射性废液和泥浆，或废过滤器等固体废物。 （1）水泥及添加剂 根据原料和制造方法不同，区分为硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰硅酸盐水泥、高铝水泥、膨胀水泥、白水泥等。

14、 通常用于废液固化的水泥是硅酸盐水泥和火山灰硅酸盐水泥及其变种。,（2）固化方法及其优缺点 按要求将水泥、添加剂和废液混合均匀、装桶、封装。 水泥固化优点： 工艺、设备简单，可在废液贮存容器或处置容器中直接进行； 操作温度低，免去废气净化工序； 水泥固化体的化学稳定性和辐照稳定性较高； 投资少和运行费用低，能耗低； 易于实现远距离操作和自动化控制。 缺点： 固化物的浸出率较高； 最终产品的体积为原废液的1.52倍； 为防止结垢便于清洗，有些设备需用不锈钢制成； 处理化学泥浆时易生产胶状物，排料困难。,（3）固化物的性能 机械强度： 最小抗压强度在520MPa范围 浸出率： 一般水泥固化体的浸出

15、率较高。 （4）水泥固化工艺的改进 改进固化操作工艺条件，提高机械强度降低浸出率； 采用某些可聚合有机物单体浸渍水泥固化体，可降低浸出率； 用无机防水涂料处理使固化体性能改善； 处理化学泥浆时，加入添加物防止生成胶状物。,3. 沥青固化,将放射性废液中的盐分或固体物质在220高温下蒸发水分，均匀地被包容固定在沥青中，形成一种含盐量高达60%的不透水、耐腐蚀、耐辐照的固体混合物的工艺叫沥青固化工艺。 工艺过程比较简单、运行费用低，减容比为1.5. 可用于铀钚第二第三循环的萃余液、树脂和溶剂的再生液、废弃的树脂和废弃的溶剂、化学凝聚的沉淀、焚烧炉的灰烬、废塑料等废物的固化。 适应性强，处理中等放射

16、性活度水平废液。 会产生二次废物。 与水泥固化相比，沥青固化体积小，浸出率低（10-3.510-6.5g/cm2 d）,沥青固化的优点： 防渗漏、化学稳定性高、价格低廉、微生物很少与之作用。 用于中低放蒸发残液和化学泥浆的固化处理，废离子交换树脂、废有机溶剂、废塑料、焚烧炉灰等放射性废物的固化处理。 固化体特点：不透水、耐腐蚀、耐辐照、抗震。,沥青固化放射性废液的工艺分为三类： （1）将液态或固态放射性废物在160230与熔融的沥青混合。此时可将水分和易挥发组分挥发； （2）将废水和沥青乳液在常温下混合，再将混合物加热，破坏乳浊液，使水分和易挥发组分蒸发汽化； （3）加入表面活性剂，使废水浆液和沥青混合，使沥青析水至脱水。,（1）沥青的性质 沥青是多种有机化合物的混合物，以碳、氢、氧为主，硫、氮少量存在。化学组成是沥青质、油质和胶质。 特点：熔点低，不溶于水，有良好的黏结性、化学稳定性及一定的弹性和塑性，随大多数酸、碱、盐类有一定的耐腐蚀性，辐照稳定性。,（2）固化方法 高温熔化混合蒸发法,此法为间歇操作过程，设备简单，适于处理多种废液；但不易长时间加热。,暂时乳化法,优点：不