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1、放射性废物处理与处置李全伟西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室目录一n课程安排：48/36学时8/6周n第一章 放射性废物管理内容和原则 n第二章 放射性废物的分类 n第三章 放射性废物的产生和废物最小化 n第四章 气载和液体低中放废物的处理 n第五章 废物的减容处理焚烧和压实n第六章 低中放废物固化技术n第七章 高放废液的固化与分离目录二n课程安排：48/36学时8/6周n第八章 放射性污染的去污 n第九章 核设施的退役 n第十章 低、中放和极低放废物的处置 n第十一章 高放废物处置n第十二章 核电站废物的处理n第十三章 核技术利用废物和废旧放射源的管理 放射性废物处
2、理与处置内容提要n8、放射性污染的去污（p159183）n8.1 去污基本概念n8.2 去污方法选择原则n8.3 去污方法n8.4 去污技术的应用放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n在操作和使用放射性物质的过程中，不 可避免的会造成各种放射性污染。n放射性污染是造成辐射危害的途径之一 ，必须对工作人员和工作场所的放射性 污染加以控制。n核设施不论采取哪种退役方式，都少不 了对放射性污染的去除。n放射性去污技术是21世纪放射性废物管 理和核设施退役的关键技术。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n8.1 去污基本概念n去污的定义：用物理、化学或生物的方法去除或降低放 射性污
3、染的过程。去污实际上只改变了放射性核素的存 在形式和位置，如下式表示：n 被污染的物体n 污染的放射性核素nD 去污剂n 二次废物nS 经过去污净化了的物体放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n去污因子：去污前污染物放射性活度与 去污后放射性活度之比，DF用K表示：n去污率：去除的放射性活度占去污前放 射性活度的份数，用表示：放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n余污率：去污后剩余的放射性活度占去 污前放射性活度的份数 n去污指数：去污因子的对数D放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n多种去污技术联用时，总去污因子为各 单种方法去污因子的乘积。n总去污指数为各单种
4、方法去污指数之和 。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n去污的作用和意义n运行管理和检修：合理降低总的放射性照射。n退役去污：便于手动拆卸技术的使用。n废物治理：使废物可以降级处理和处置。n长期监护：缩短监护贮存周期。n环境整治：使场地和设施不受限制使用。n其它目的：如经济目的、事故处理等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n8.2 去污方法选择原则n污染形成机制n沉积和附着作用：附着性污染，分子力作用， 容易去污；n表面静电作用：弱固定性污染，物理吸附，较 易去污；n吸附和离子交换作用：弱固定性污染，化学反 应或离子交换，较难去污；n扩散渗透作用：强固定性污染，扩散，
5、渗入到 基材，很难去污；放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n选择原则：安全性、经济性和可实现性n理想的去污工艺：最大的去污因子、最少的二 次废物、最少的受照剂量和环境影响。n去污技术评价： （1）去污目标 （2）受照剂量和环境影响 （3）废物处理、处置系统的相容性 （4）去污工艺的代价利益放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n去污工艺技术n运行核设施和设备的去污n退役核设施的去污n污染深度110m，98%放射性；10 40m，2%；4050m，0.1%。n锈斑和污垢n不同金属去污放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n去污需要重视的问题n优化选择n“热点”去污n二
6、次废物n二次污染n安全问题n探测措施n设计考虑n人员培训放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n8.3 去污方法n放射性污染去污技术正在快速发展中。n去污技术有四种基本工艺类型：机械 物理法、化学法、电化学法、熔炼法。n每种工艺对特定系统、结构及装置的适 用范围和去污效率各不相同。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n1、机械物理法n利用擦、刷、磨、刮、削、刨、共振等 机械作用除去表面的锈班、污垢或表面 涂层、氧化膜层。 （1）吸尘法 （2）机械擦拭法放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（3）高压射流n利用射流的打击、冲蚀、剥离、切除作 用来除垢、除锈、清焦和清洗，
7、去除污 染的放射性核素。n射流压力：570MPan水流量：20200L/minn高压泵功率：3100kWn入射角：6070n去污因子：2100高压水喷洗去污流程示意图放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n主要影响因素：n压力n流量n时间n温度n喷射方法n化学试剂n磨料：砂、干砂、氧化铝、锆氧砂、微钢珠、 塑料珠、干冰等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（4）超声去污n利用超声的空化效应、加速度效应和声流效应 对清洗液及污垢的直接和间接作用，使污垢分 散、乳化、剥离，达到去污目的。n选择声强12W/cm2，频率2050kHz，温度 60，以磷酸为清洗液。n适于小工件和仪表
8、n去污因子：101000放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n空化效应：当超声频的交变压力传入清洗液后 ，液体和工件表面上的原始气泡的体积骤然变 化，在气泡闭合的瞬间产生上千个大气压的局 部压力，这种气泡的生长及闭合运动称为“空 化效应”。n清洗液空化产生的强力擦洗作用使表面污染层 破裂剥落，然后又在破裂层下产生新的空化将 污染层去除。n空化效应在超声清洗中起决定性作用。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n超声清洗的机械冲击作用n加速度效应是由于清洗液中的悬浮粒子 在交变压力作用下被加速到极高的速度 ，冲击污染工件的表面使污染层脱露。n而超声振动的能量即声流效应使污染工
9、件表面粒子发生振动脱落，强化了清洗 效果。n加热清洗溶液和机械搅拌能提高去污效 率。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（5）激光去污n在极短时间内将光能转变成热能的“干式 清洗”。 （6）等离子体去污n干法去污技术n使用低温等离子体（温度几千度），将 附着在物体表面的垢物除去。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n2、化学法n化学去污原理：用浓的或稀的化学溶剂 与污染的部件相接触，以溶解带有放射 性核素的污染物、油漆涂层或氧化膜层 ，达到去污目的。 n化学作用：溶解、氧化、还原、配合（ 络合、螯合）、钝化、缓蚀、表面湿润 等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污
10、n化学去污的优点：适用于难以接近的表面的去 污，需要的工作时间少，能就地对工艺设备和 管道进行去污，可遥控操作。n化学去污产生放射性废气较少，清洗液经处理 回收后一般可再次使用。采用的化学试剂易于 获得。n化学去污的缺点：对粗糙、多孔的表面去污效 率低。产生的清洗废液体积较大。使用不当时 会产生腐蚀和安全方面的问题。 放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n化学去污工艺n浸泡去污n射流去污n循环去污n涂覆剥离去污n增加去污效果的措施：时间、搅拌、温 度、浓度等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n化学去污常用试剂n无机酸类n有机酸类n碱类n氧化还原类n络合剂类n去垢剂类n表
11、面活性剂类n缓蚀剂类放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（1）水（水蒸气）n水是一种广泛使用的去污剂，它可溶解化学物质 或浸蚀和冲洗表面上的松散碎渣，它能用于所有 的无孔表面。n水去污剂的优点是价廉、容易获得、无毒、无腐 蚀性，与大多数放射性废物系统相容。由于水的 安全性质，它可用于大型设施和环境清洗作业。n用蒸汽去污的优点是可减少用水量。n水的缺点是一般需用大量的水，特别是水去污易 使放射性污染物扩散而难以控制。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（2）无机酸及酸的盐 n强酸：其去污作用是破坏和溶解金属表面的氧化 膜，降低溶液的pH值以增加溶解度或金属离子的 交换能力。强
12、酸去污快而有效，可有控制地用于 工厂运行阶段，主要用于退役活动中。nHNO3：强氧化剂，被广泛地用于溶解不锈钢体 系的金属氧化膜层。nHCl：退役工程中使用25HCl20HNO33 HF去污效率高，但具有强腐蚀性。nH3PO4：用于碳钢的去污，可对碳钢表面进行快 速去膜和去污。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n酸的盐：用各种不同的弱酸和强酸的盐来代替 酸本身。酸的盐与酸的去污方式一样，都是溶 解或络合金属表面的氧化物，但是，它们也可 提供游离的钠或铵离子以离子交换的方式置换 污染物，其去污系数比单用酸更高。n酸的盐优点是增加了酸去污的广泛性，产生较 少腐蚀性的溶液；与酸相比，对人
13、较为安全。n常用：硫酸氢钠NaHSO4、硫酸钠Na2SO4、草 酸铵(NH4)2C2O4、柠檬酸铵(NH4)2HC6H5O7和 氟化钠NaF。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（3）有机酸及络合剂n有机酸及络合剂具有溶解金属氧化膜和分离金 属污染物的双重作用，常与洗涤剂、酸或氧化 剂的溶液混合使用，以提高去污系数。n主要用于工厂运行阶段，较少用于退役工程。 n有机酸及络合剂的优点是腐蚀性弱，安全性较 高，缺点是价格昂贵，反应速度较慢。常用的 有机酸及络合剂包括柠檬酸、草酸及草酸过氧 化物、乙二胺四乙酸等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（4）碱和含碱盐n苛性碱溶液用于
14、去除油腻、油膜、油漆和其他涂 层，可去除碳钢的铁锈以及中和酸、作为表面钝 化剂等。n用碱性溶液的优点是价廉、易贮存、比用酸的材 料问题少；缺点是反应时间长、对铝有破坏作用 。另外，也有被碱烧伤的危害性。n常用于去污的碱性试剂包括：氢氧化钾KOH、氢 氧化钠NaOH、碳酸钠Na2CO3、磷酸钠Na3PO4和 碳酸铵(NH4)2CO3等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（5）氧化和还原剂n在去污中，氧化剂被广泛用于处理金属氧化膜、 溶解裂变产物，为达到保护或腐蚀之目的对金属 表面进行氧化处理。许多金属在高氧化态下易碎 裂或溶解。碱性高锰酸盐被广泛用于处理不锈钢 。n氧化还原剂的优点是
15、在许多化合物的溶解液中起 独特的作用。缺点是与一些化合物产生剧烈反应 ，在放射性废物处理前需要进行中和。n常用高锰酸钾(KMnO4)、重铬酸钾(K2Cr2O7)和过 氧化氢(H2O2)等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（6）去垢剂和有机溶剂n去垢剂是处理各种设施表面、设备、衣物和玻璃 制品等有效而柔和的通用型清洁剂，但它们在有 金属腐蚀和持久性污染物时效果并不好。n有机溶剂可被用于去除物体表面上的有机物质、 油脂、石蜡、油和油漆，还用于清洁衣物。由于 具有可燃性和毒性蒸气，最好在小区域内或封闭 系统中使用。n大多数放射性废物系统不能处理有机溶剂。n用于去污的有机溶剂：煤油、三氯
16、乙烷、四氯乙 烷、三氯乙烯、二甲苯、石油醚、酒精等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（7）缓蚀剂n缓蚀剂用来抑制腐蚀反应和基体金属的 损失。缓蚀剂是有机极性化合物，同附 着的H原子形成碳链或环，具有诸如氨基 (NH2)、磺基(SO3)或羧基(CO2)这 样一种极性基。n这种极性基是带电不对称的，倾向于被 强烈吸附在易于腐蚀的金属表面上。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污（8）表面活性剂n表面活性剂可以降低液体表面张力，使液体与表 面更好的接触，常用作润湿剂和乳化剂。它们通 常由长碳碳骨架加上含有氮、氧或硫原子的极 性基组成。极性基是亲水的，而烃部分是疏水的 。这些分子趋向于迁移到水油界面，那里极性基 将被吸引至水相，而烃残留物则仍留在油相。n洗涤剂价廉、安全。缺点是作用有限，可能会在 放射性废物系统中释放出泡沫或氨气。n常用的表面活性剂：十二烷基硫酸钠、烷基磺酸 盐等。放射性废物处理与处置 第八章 放射性污染的去污n特种化学去污法：可剥离膜
