放射性廢物處理與處置課件

1、放射性廢物處理與處置李全偉西南科技大學(xué)國(guó)防科技學(xué)院核廢物與環(huán)境安全國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室目錄一課程安排：48/36學(xué)時(shí)8/6周第一章 放射性廢物管理內(nèi)容和原則 第二章 放射性廢物的分類 第三章 放射性廢物的產(chǎn)生和廢物最小化 第四章 氣載和液體低中放廢物的處理 第五章 廢物的減容處理焚燒和壓實(shí)第六章 低中放廢物固化技術(shù)第七章 高放廢液的固化與分離目錄二課程安排：48/36學(xué)時(shí)8/6周第八章 放射性污染的去污 第九章 核設(shè)施的退役 第十章 低、中放和極低放廢物的處置 第十一章 高放廢物處置第十二章 核電站廢物的處理第十三章 核技術(shù)利用廢物和廢舊放射源的管理 放射性廢物處理與處置內(nèi)容提要8、放射性污染的

2、去污（p159183）8.1 去污基本概念8.2 去污方法選擇原則8.3 去污方法8.4 去污技術(shù)的應(yīng)用放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污在操作和使用放射性物質(zhì)的過(guò)程中，不可避免的會(huì)造成各種放射性污染。放射性污染是造成輻射危害的途徑之一，必須對(duì)工作人員和工作場(chǎng)所的放射性污染加以控制。核設(shè)施不論采取哪種退役方式，都少不了對(duì)放射性污染的去除。放射性去污技術(shù)是21世紀(jì)放射性廢物管理和核設(shè)施退役的關(guān)鍵技術(shù)。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污8.1 去污基本概念去污的定義：用物理、化學(xué)或生物的方法去除或降低放射性污染的過(guò)程。去污實(shí)際上只改變了放射性核素的存在形式和位置，如下式表示：

3、被污染的物體 污染的放射性核素D 去污劑 二次廢物S 經(jīng)過(guò)去污凈化了的物體放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污去污因子：去污前污染物放射性活度與去污后放射性活度之比，DF用K表示：去污率：去除的放射性活度占去污前放射性活度的份數(shù)，用表示：放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污余污率：去污后剩余的放射性活度占去污前放射性活度的份數(shù) 去污指數(shù)：去污因子的對(duì)數(shù)D放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污多種去污技術(shù)聯(lián)用時(shí)，總?cè)ノ垡蜃訛楦鲉畏N方法去污因子的乘積。總?cè)ノ壑笖?shù)為各單種方法去污指數(shù)之和。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污去污的作用和意義運(yùn)行管理和檢修：合理降低總的放

4、射性照射。退役去污：便于手動(dòng)拆卸技術(shù)的使用。廢物治理：使廢物可以降級(jí)處理和處置。長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)：縮短監(jiān)護(hù)貯存周期。環(huán)境整治：使場(chǎng)地和設(shè)施不受限制使用。其它目的：如經(jīng)濟(jì)目的、事故處理等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污8.2 去污方法選擇原則污染形成機(jī)制沉積和附著作用：附著性污染，分子力作用，容易去污；表面靜電作用：弱固定性污染，物理吸附，較易去污；吸附和離子交換作用：弱固定性污染，化學(xué)反應(yīng)或離子交換，較難去污；擴(kuò)散滲透作用：強(qiáng)固定性污染，擴(kuò)散，滲入到基材，很難去污；放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污選擇原則：安全性、經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)現(xiàn)性理想的去污工藝：最大的去污因子、最少的二次廢物

5、、最少的受照劑量和環(huán)境影響。去污技術(shù)評(píng)價(jià)：（1）去污目標(biāo)（2）受照劑量和環(huán)境影響（3）廢物處理、處置系統(tǒng)的相容性（4）去污工藝的代價(jià)利益放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污去污工藝技術(shù)運(yùn)行核設(shè)施和設(shè)備的去污退役核設(shè)施的去污污染深度110m，98%放射性；1040m，2%；4050m，0.1%。銹斑和污垢不同金屬去污放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污去污需要重視的問(wèn)題優(yōu)化選擇“熱點(diǎn)”去污二次廢物二次污染安全問(wèn)題探測(cè)措施設(shè)計(jì)考慮人員培訓(xùn)放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污8.3 去污方法放射性污染去污技術(shù)正在快速發(fā)展中。去污技術(shù)有四種基本工藝類型：機(jī)械物理法、化學(xué)法、電化

6、學(xué)法、熔煉法。每種工藝對(duì)特定系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及裝置的適用范圍和去污效率各不相同。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污1、機(jī)械物理法利用擦、刷、磨、刮、削、刨、共振等機(jī)械作用除去表面的銹班、污垢或表面涂層、氧化膜層。（1）吸塵法（2）機(jī)械擦拭法放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（3）高壓射流利用射流的打擊、沖蝕、剝離、切除作用來(lái)除垢、除銹、清焦和清洗，去除污染的放射性核素。射流壓力：570MPa水流量：20200L/min高壓泵功率：3100kW入射角：6070去污因子：2100高壓水噴洗去污流程示意圖放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污主要影響因素：壓力流量時(shí)間溫度噴射方法

7、化學(xué)試劑磨料：砂、干砂、氧化鋁、鋯氧砂、微鋼珠、塑料珠、干冰等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（4）超聲去污利用超聲的空化效應(yīng)、加速度效應(yīng)和聲流效應(yīng)對(duì)清洗液及污垢的直接和間接作用，使污垢分散、乳化、剝離，達(dá)到去污目的。選擇聲強(qiáng)12W/cm2，頻率2050kHz，溫度60，以磷酸為清洗液。適于小工件和儀表去污因子：101000放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污空化效應(yīng)：當(dāng)超聲頻的交變壓力傳入清洗液后，液體和工件表面上的原始?xì)馀莸捏w積驟然變化，在氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓的局部壓力，這種氣泡的生長(zhǎng)及閉合運(yùn)動(dòng)稱為“空化效應(yīng)”。清洗液空化產(chǎn)生的強(qiáng)力擦洗作用使表面污染層破裂剝

8、落，然后又在破裂層下產(chǎn)生新的空化將污染層去除。空化效應(yīng)在超聲清洗中起決定性作用。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污超聲清洗的機(jī)械沖擊作用加速度效應(yīng)是由于清洗液中的懸浮粒子在交變壓力作用下被加速到極高的速度，沖擊污染工件的表面使污染層脫露。而超聲振動(dòng)的能量即聲流效應(yīng)使污染工件表面粒子發(fā)生振動(dòng)脫落，強(qiáng)化了清洗效果。加熱清洗溶液和機(jī)械攪拌能提高去污效率。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（5）激光去污在極短時(shí)間內(nèi)將光能轉(zhuǎn)變成熱能的“干式清洗”。（6）等離子體去污干法去污技術(shù)使用低溫等離子體（溫度幾千度），將附著在物體表面的垢物除去。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污2、

9、化學(xué)法化學(xué)去污原理：用濃的或稀的化學(xué)溶劑與污染的部件相接觸，以溶解帶有放射性核素的污染物、油漆涂層或氧化膜層，達(dá)到去污目的。 化學(xué)作用：溶解、氧化、還原、配合（絡(luò)合、螯合）、鈍化、緩蝕、表面濕潤(rùn)等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污化學(xué)去污的優(yōu)點(diǎn)：適用于難以接近的表面的去污，需要的工作時(shí)間少，能就地對(duì)工藝設(shè)備和管道進(jìn)行去污，可遙控操作?；瘜W(xué)去污產(chǎn)生放射性廢氣較少，清洗液經(jīng)處理回收后一般可再次使用。采用的化學(xué)試劑易于獲得。化學(xué)去污的缺點(diǎn)：對(duì)粗糙、多孔的表面去污效率低。產(chǎn)生的清洗廢液體積較大。使用不當(dāng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕和安全方面的問(wèn)題。 放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污化學(xué)去污工藝

10、浸泡去污射流去污循環(huán)去污涂覆剝離去污增加去污效果的措施：時(shí)間、攪拌、溫度、濃度等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污化學(xué)去污常用試劑無(wú)機(jī)酸類有機(jī)酸類堿類氧化還原類絡(luò)合劑類去垢劑類表面活性劑類緩蝕劑類放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（1）水（水蒸氣）水是一種廣泛使用的去污劑，它可溶解化學(xué)物質(zhì)或浸蝕和沖洗表面上的松散碎渣，它能用于所有的無(wú)孔表面。水去污劑的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、容易獲得、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，與大多數(shù)放射性廢物系統(tǒng)相容。由于水的安全性質(zhì)，它可用于大型設(shè)施和環(huán)境清洗作業(yè)。用蒸汽去污的優(yōu)點(diǎn)是可減少用水量。水的缺點(diǎn)是一般需用大量的水，特別是水去污易使放射性污染物擴(kuò)散而難以控制。放射

11、性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（2）無(wú)機(jī)酸及酸的鹽 強(qiáng)酸：其去污作用是破壞和溶解金屬表面的氧化膜，降低溶液的pH值以增加溶解度或金屬離子的交換能力。強(qiáng)酸去污快而有效，可有控制地用于工廠運(yùn)行階段，主要用于退役活動(dòng)中。HNO3：強(qiáng)氧化劑，被廣泛地用于溶解不銹鋼體系的金屬氧化膜層。HCl：退役工程中使用25HCl20HNO33HF去污效率高，但具有強(qiáng)腐蝕性。H3PO4：用于碳鋼的去污，可對(duì)碳鋼表面進(jìn)行快速去膜和去污。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污酸的鹽：用各種不同的弱酸和強(qiáng)酸的鹽來(lái)代替酸本身。酸的鹽與酸的去污方式一樣，都是溶解或絡(luò)合金屬表面的氧化物，但是，它們也可提供游離的鈉

12、或銨離子以離子交換的方式置換污染物，其去污系數(shù)比單用酸更高。酸的鹽優(yōu)點(diǎn)是增加了酸去污的廣泛性，產(chǎn)生較少腐蝕性的溶液；與酸相比，對(duì)人較為安全。常用：硫酸氫鈉NaHSO4、硫酸鈉Na2SO4、草酸銨(NH4)2C2O4、檸檬酸銨(NH4)2HC6H5O7和氟化鈉NaF。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（3）有機(jī)酸及絡(luò)合劑有機(jī)酸及絡(luò)合劑具有溶解金屬氧化膜和分離金屬污染物的雙重作用，常與洗滌劑、酸或氧化劑的溶液混合使用，以提高去污系數(shù)。主要用于工廠運(yùn)行階段，較少用于退役工程。 有機(jī)酸及絡(luò)合劑的優(yōu)點(diǎn)是腐蝕性弱，安全性較高，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，反應(yīng)速度較慢。常用的有機(jī)酸及絡(luò)合劑包括檸檬酸、草酸及草

13、酸過(guò)氧化物、乙二胺四乙酸等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（4）堿和含堿鹽苛性堿溶液用于去除油膩、油膜、油漆和其他涂層，可去除碳鋼的鐵銹以及中和酸、作為表面鈍化劑等。用堿性溶液的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)廉、易貯存、比用酸的材料問(wèn)題少；缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)鋁有破壞作用。另外，也有被堿燒傷的危害性。常用于去污的堿性試劑包括：氫氧化鉀KOH、氫氧化鈉NaOH、碳酸鈉Na2CO3、磷酸鈉Na3PO4和碳酸銨(NH4)2CO3等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（5）氧化和還原劑在去污中，氧化劑被廣泛用于處理金屬氧化膜、溶解裂變產(chǎn)物，為達(dá)到保護(hù)或腐蝕之目的對(duì)金屬表面進(jìn)行氧化處理。許多金屬在高氧

14、化態(tài)下易碎裂或溶解。堿性高錳酸鹽被廣泛用于處理不銹鋼。氧化還原劑的優(yōu)點(diǎn)是在許多化合物的溶解液中起獨(dú)特的作用。缺點(diǎn)是與一些化合物產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，在放射性廢物處理前需要進(jìn)行中和。常用高錳酸鉀(KMnO4)、重鉻酸鉀(K2Cr2O7)和過(guò)氧化氫(H2O2)等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（6）去垢劑和有機(jī)溶劑去垢劑是處理各種設(shè)施表面、設(shè)備、衣物和玻璃制品等有效而柔和的通用型清潔劑，但它們?cè)谟薪饘俑g和持久性污染物時(shí)效果并不好。有機(jī)溶劑可被用于去除物體表面上的有機(jī)物質(zhì)、油脂、石蠟、油和油漆，還用于清潔衣物。由于具有可燃性和毒性蒸氣，最好在小區(qū)域內(nèi)或封閉系統(tǒng)中使用。大多數(shù)放射性廢物系統(tǒng)不能

15、處理有機(jī)溶劑。用于去污的有機(jī)溶劑：煤油、三氯乙烷、四氯乙烷、三氯乙烯、二甲苯、石油醚、酒精等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（7）緩蝕劑緩蝕劑用來(lái)抑制腐蝕反應(yīng)和基體金屬的損失。緩蝕劑是有機(jī)極性化合物，同附著的H原子形成碳鏈或環(huán)，具有諸如氨基(NH2)、磺基(SO3)或羧基(CO2)這樣一種極性基。這種極性基是帶電不對(duì)稱的，傾向于被強(qiáng)烈吸附在易于腐蝕的金屬表面上。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污（8）表面活性劑表面活性劑可以降低液體表面張力，使液體與表面更好的接觸，常用作潤(rùn)濕劑和乳化劑。它們通常由長(zhǎng)碳碳骨架加上含有氮、氧或硫原子的極性基組成。極性基是親水的，而烴部分是疏

16、水的。這些分子趨向于遷移到水油界面，那里極性基將被吸引至水相，而烴殘留物則仍留在油相。洗滌劑價(jià)廉、安全。缺點(diǎn)是作用有限，可能會(huì)在放射性廢物系統(tǒng)中釋放出泡沫或氨氣。常用的表面活性劑：十二烷基硫酸鈉、烷基磺酸鹽等。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污特種化學(xué)去污法：可剝離膜去污法一種高分子溶液或水性分散乳液，用噴霧法或涂刷法將其施加于待去污物體的表面，干燥后成膜，成膜過(guò)程中高分子鏈上的官能團(tuán)以及其中的絡(luò)合劑與污染核素發(fā)生作用，將污染核素萃取進(jìn)膜中，剝掉涂膜便達(dá)到去污目的。剝下來(lái)的膜易壓縮，也可焚燒處理。可剝離膜還可起到封閉包容作用，隔離污染物體，防止污染擴(kuò)散。放射性廢物處理與處置第八章 放

17、射性污染的去污特種化學(xué)去污法：超臨界萃取去污法處于臨界溫度和臨界壓力上的流體，兼有氣液雙重特性：既有氣體的高擴(kuò)散性、低黏性、可壓縮性和滲透性，又有與液體相近的密度和溶解能力。將污染物置于萃取室與超臨界流體CO2接觸，加壓到300atm，加溫到80，維持20min，然后抽出CO2，減壓升溫，使超臨界流體變?yōu)槠胀ㄒ后w，把萃取的放射性核素“釋放”出來(lái)，達(dá)到去污目的。對(duì)放射性核素95%，對(duì)/放射性核素70%75%。放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污3、電化學(xué)法在含有電解液的槽中，污染物做陽(yáng)極，電解槽做陰極，通過(guò)高密度電流1002000A/m2，不斷更新電解液，可除去金屬表面污染物，使其表面變

18、得光滑清潔。電化學(xué)去污原理圖 放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污4、熔煉法通過(guò)加入適當(dāng)?shù)闹蹌?，使放射性核素進(jìn)行重新分配。廢金屬熔煉放射性分配情況見(jiàn)表8-5。100t污染廢鋼鐵熔煉后產(chǎn)生大約3t爐渣，可直接處置。熔煉出來(lái)的金屬達(dá)到清潔解控水平者，可有限制或無(wú)限制地使用。表8-7 三種去污方法優(yōu)缺點(diǎn)比較放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污5、生物法微生物凈化的機(jī)理尚不十分清楚生物去污法選擇性強(qiáng)，適用于大體積、低濃度的放射性、重金屬和有機(jī)污染物的去污生物去污目前尚未大規(guī)模推廣應(yīng)用放射性廢物處理與處置第八章 放射性污染的去污8.4 去污技術(shù)的應(yīng)用在役去污（1）AP-AC法：堿性高錳酸鉀-檸檬酸銨，法國(guó)，Cr2O3 ；（2） AP-CITROX法：堿性高錳酸鉀檸檬酸草酸混合液，F(xiàn)e3O4銹層；（3） CAN