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1、 23美国能源部大型废物管理项目拉动地区经济 Michael Greenberg, David Lewis, Michael Frisch 美国 Rutgers 大学 摘 要 利用经济模型研究了美国能源部萨凡纳河核武器场址的四种废物管理技术方案将带来的地区与跨区域经济影响对这四种经费至少为10亿美元的技术的经济模拟覆盖了2000年到2015年的时间段分析表明由 于1不同技术在设计测试和建造阶段的差异2设计与中间测试场所的差异和3技术 投资 者 的不 同项目经费的高低没有直接反映在对地区经济的影响上 1 引言 全美国每年都要设计和建设许多废物管理项目据 EPA环境保护局估算美国每年花在环境保护方
2、面的 1000 多亿美元几乎全都用在了净化和保护水空气和土地使其免受污染的废物管理上1,2这大约相当于美国国内生产总值的 2.5%而这个比例在 1972 年仅为 0.9%废物管理支出得到了公众强烈的支持2000 年 4 月第三十届地球清洁日期间的一次盖洛浦民意测验表明人们对土壤和水的污染河流湖泊和水库的污染饮用水以及许多其它环境问题非常关心3,42000 年64%的美国人对土壤污染水和有毒废物问题表现出极为关注绝大多数美国人也不愿意以牺牲环境方式增加就业和地区生产值1984 年认为环境保护优先于经济发展的美国人占61%而 2000 年 4 月这个比例进一步上升到 67%3,4 在美国的一些地区
3、为环境保护投资并不仅仅是个别领导者对公众投票结果的响应在五个拥有能源部DOE大型联合企业的地区废物管理即便不是最大的也是规模处在前列的产业 美国 DOE 在 90 年代期间每年的环境管理预算金额通常都接近 60 亿美元57这其中约 70%都分派到了下列五个场址汉福特华盛顿州萨凡纳河南卡罗来纳州爱达荷国家工程和环境实验室INEEL爱达荷州洛基高放废物的处理和处置 24弗拉茨科罗拉多州和橡树岭田纳西州过去的研究表明汉福特萨凡纳河和INEEL 场址附近地区的地区生产值的 4%8%和 17%分别来源于 DOE 的环境清污项目5DOE 环境管理投资的其余 30%则覆盖着其他 100 多个场址在研究中还发
4、现DOE 预算的每次变化总会给这五个大型场址附近的众多个县带来显著影响8,9尽管这些地区也和其它地区一样发展着多元化经济但还是强烈地依附于 DOE 的投资 在注意到大型废物管理场址带来的经济影响的同时还应发现仅仅考虑场址所在地区受到的经济影响是不够的这是因为 DOE 场址经常在某些项目建设上进行合作在这种情况下本论文中使用了一种跨区域经济模型来估算南卡罗来纳州萨凡纳河核武器场址建设和运行高放贮槽中盐类废物管理设施带来的影响 促使作者进行这一研究的因素有两个第一场址有法律责任从高放贮槽中取出废物并提交一份照顾到各种情况的环境影响报告EIS这一 EIS 中包括给邻近地区带来的经济影响自从萨凡纳河场
5、址RSR的场址管理被组织起来以后EIS 的经济部分也开始起步于是作者可以从中了解到比理论研究更多的有关潜在经济影响的情况第二本文作者来自多所院校组成的协会进行利益相关者问题的研究场址所在地区的居民和 DOE 场址职工也在研究对象之列与 DOE 场址管理者的讨论使我们更加确信这一废物管理问题的经济研究将有益于这个地区以及 DOE 场址这样我们同意进行研究后DOE 方面也答应提供有关这些技术的背景数据以及相关问题的咨询 2 废物管理面临的处境 把生产堆中的核燃料和靶件溶解在酸中进行化学处理从乏燃料中分离出钚和铀的过程产生了高放废物HLW由于其毒性法定的管理办法以及处理所需的大量经费HLW 成为一项
6、巨大的工程任务1982 年的核废物政策法案42 U.S.C.A.要求对这些废物进行永久隔离 这些废物中的大部分有 50 年以上的半衰期 所以至少要和外界隔离 100 到 400 年为防止在一个世纪或更长的时间内发生泄露要进行大量的计划和监督工作一些像钚这样半衰期为数万年的危险产物也大大提高了对工程人员和决策者的要求 美国法律要求能源部建立设施达到保护公众免受 HLW 危害的目的美国环境保护局EPA则负责发布规范使公众免受场址泄露事件的危害汉福特华盛顿州和萨凡纳河南卡罗来纳州核武器场址的 200 多个贮槽中贮存了全美 95%的HLW10另外还有 DOE 场址爱达荷一小部分以及西谷纽约州一处场址原
7、属私有现在由 DOE 负责的 HLW贮槽中既有固体也有泥浆和液体例如萨凡纳河51 个碳钢贮槽中的 48 个贮有高放废物每个含有 300500 万升11,12为了让废物呈碱性而降低对碳钢容器的腐蚀还要在 HLW 进入贮槽前向其中加入氢氧化钠这样 25废物有很高的 pH 值14以及钠的含量使管理变得更加复杂11,12 DOE 的放射性废物管理办法已要求不再建地下贮槽于是DOE 希望把这些废物转变成稳定不溶的固体形式这一计划需要将混合并固化的废物运往内华达州尤卡山处置库而受到了内华达居民强烈反对并已经成为一个全国性政治问题倘若计划最终获得批准这些废物罐将被深藏在岩石里开凿的洞井中并保证放射性物质迁移
8、的可能性最小1315低放废物则混入水泥炉渣与飞灰的混合体中泵入地上混凝土室在那里形成称为盐石的混凝土状的混合物如果尤卡山未能运行合理的假设是若干年后这些高放废物容器仍将留在原地 虽然没有最后解决尤卡山问题 但 DOE 的环境管理已经得到了部分的执行 例如DOE 已经在萨凡纳河场址SRS建立了一座玻璃固化工厂国防废物处理设施DWPF将废物与硼硅酸盐玻璃混合加热到 1150使之融入玻璃基质再存入不锈钢罐装填完毕后这种带有较高放射性的容器重约 1700 kg目前尚就地存贮这座 DWPF 耗资 20 多亿美元1996 年 5 月开始营运已经处理废物 850 罐以上16,17盐石设施已经对约 10000
9、 m3盐溶液进行了处理生产了约 230000 m3盐石灰浆值得注意的是SRS 场址中 51 个 HLW 地下贮槽已于 1997 年封闭了 2 个18这表明 DOE已经有能力建设运行解决 HLW 槽贮废物问题的设施 在尤卡山场址问题受到极大关注的同时DOE 也遇到了 HLW 计划其它方面的技术问题包括贮槽管理DOE 尚不能成功提出在贮槽中从低放废物里分离出全部高放组分而不产生其它潜在危险的技术1981 年能源部开展了一项计划在处理前将废物分成两部分泥浆和盐类分别进行玻璃固化11400 m3泥浆经洗涤后运往 DWPF进行玻璃固化剩余的 150000 m3含盐废物需进一步处理从大体积的溶液中分出放射
10、性物质得到的高放部分送往 DWPF 进行玻璃固化低放部分送往盐石设施进行灌浆这一泥浆处理工艺成功地建设起来以后从 19951996 年间开始实际运行目前仍不断把废物运往 DWPF然而分离含盐废物中的高放和低放组分的工艺导致了高于预先估计的苯基危害在进一步考察中还发现这一工艺不能有效满足生产需要和安全需要 1999 年 5 月DOE 宣布了正在进行研讨的其它 140 种方法11,16,17后来缩减到了4 种作为本研究的重点将其简述如下11,12,16202.1 小 贮 槽 沉 淀 法 小贮槽沉淀法是用四苯基硼酸钠NaTPB的沉淀反应将铯-137 从大批含盐废物中分离出来这一方法是在较小尺度上对以
11、前放弃的槽内沉淀技术的修改另外小贮槽沉淀法将以连续生产方式而不是批次生产方式运行铯分离出来后高放射性的泥浆经过洗涤达到玻璃固化厂的要求低放射性的物质则送到盐石厂这一方法的问题是它与旧方法存在继承关系导致了可信度的问题 262.2 灌浆和铯封装法 灌浆和铯封装法是将所有含盐废物转化为灰浆 也就是说 含盐废物不经过铯-137的浓缩或分离而被直接送往盐石厂优势是这项技术在四种方案中有最成熟的经验从场址的前途来看最主要的环境问题就是废物中将包含 HLW 液体放射性的三分之一需要在 SRS 高度保障下贮存 100 到 400 年出于这一目的还需要进一步的技术开发所以还不清楚美国核管会美国 EPA 或南卡
12、罗来纳州能否支持这一方法11 2.3 结 晶 硅 钛 酸 盐CST离子交换及玻璃固化法 结晶硅钛酸盐离子交换及玻璃固化法是用 CST 树脂去除盐溶液中的铯铀钚和锶用钛酸一钠除去含铯的树脂及其它固体在玻璃固化工厂与硼硅酸盐玻璃融合去污后的盐溶液送往盐石厂这一方法的主要问题是如何在较高的放射性条件下扩大规模离子交换介质在 SRS 废物中的稳定性以及 DWPF 能否尝试并处理离子交换介质11,12,17,21NRC 还说由于 CST 难以从铯中分离出来也将作为高放废物处理他们也很关切在高浓钛存在下硼硅酸盐玻璃的稳定性 2.4 碱性溶剂萃取与玻璃固化法 碱性溶剂萃取与玻璃固化首先是将钛酸一钠MST加入
13、到盐溶液中除去铀钚和锶然后将 MST 处理过的溶液过滤除去泥浆和 MST 固体滤渣送到玻璃化工厂澄清的盐溶液再和含有铯提取剂的有机溶剂接触把放射性的铯从水溶液中萃取到有机相萃取液再和酸接触除去铯经洗涤净化后去污的盐溶液和带有微酸性的放射性铯溶液被分别运往盐石厂和 DWPF 厂 尽管在钚铀溶剂萃取工艺以及萃取试剂方面已经取得了多年的经验但铯萃取剂以及 SRS HLW 在碱性条件下的工艺方面的经验却几乎没有NRC 尤其关注的是开发一种对铯有高选择性的同时又具有化学热力学和放射性稳定性的萃取剂11 NRC和 DOE的两个大型报告中表示了对以上技术的保健和安全方面的关注11,12尽管每种技术只涉及单一
14、的问题但这些报告尤其是 NRC 的报告却指向了涉及安全技术审管以及经济的更广泛问题关键在于包括保健和安全方面针对每种方案都没有足够数据作出可靠的结论NRC 认为这四种技术都面临着重大难题敦促 DOE 进一步针对小贮槽沉淀法离子交换法和碱性萃取开展研究积累足够数据直到能够对三者进行选择对灌浆法审管方面的问题在于含铯物质需就地贮存 NRC要求 DOE 和美国核管理委员会美国 EPA以及南卡罗来纳州共同商讨决定在其它三种方法都不可行的情况下是否可以允许使用灌浆法 另外NRC 注意到每个 HLW 贮槽中的物质很不相同 向 DOE 提出建议考虑是否有可能需要将四种技术结合起来并在比预想更小的规模上进行开
15、发11最后由于NRC 注意到研究与开发工作R 54:23-37. 6 Frisch M, Lewis D. What happened to conversion in the nuclear weapons complex? 38an analysis of regional spending on environmental management and defense programs in the department of energy. New Brunswick, NJ: (Report 34 to CRESP-EOHSI), February (2000). 7 Office
16、of Environmental Management, U.S. Department of Energy. Closing the circle on splitting the atom. Washington, DC: U.S.DOE, 1995. 8 Greenberg M, Isserman A, Frisch M, Krueckeberg D, Lowrie K, Mayer H, et al. Questioning conventional wisdom; the regional economic impacts of major US nuclear weapon sites: 1970-1994. Socio-Economic Planning Sciences 1999; 33:183-204 9 Greenberg M, Krueckeberg D, Lowrie K, Mayer H, Simon D, Isserman A, et
