第2部分：放射性廢氣的處理

放射性廢物處理與處置2011年2月哈爾濱工程大學(xué)矯彩山第2章放射性廢氣的處理2.1放射性廢氣的來源回顧天然放射性核素：氡氣、14C

、3H（）人工放射性核素：核試驗(yàn)反應(yīng)堆運(yùn)行裂變產(chǎn)物：Kr、I、T活化產(chǎn)物：14C、T、41Ar核材料的提取核燃料生產(chǎn)乏燃料后處理核廢物處理與整備放射性同位素生產(chǎn)包括：工藝廢氣（Off-gas）排風(fēng)廢氣存在形態(tài)：氣體氣溶膠溶解器排氣（DissolverOffGas，DOG）工藝容器排氣（VesselOffGas，VOG）第2章放射性廢氣的處理2.2放射性廢氣的處理技術(shù)2.2.1通風(fēng)法——稀釋排放法對(duì)象:礦井、廠房、實(shí)驗(yàn)室……管理:氣流組織由低污染區(qū)流向高污染區(qū)。防止發(fā)生逆流和竄流綠區(qū)橙區(qū)紅區(qū)第2章放射性廢氣的處理2.2.2貯存衰變法1.加壓貯存衰變法對(duì)象:短壽命氣體放射性廢物核素的放射性毒性經(jīng)10個(gè)T1/2降至原來的0.1%，20個(gè)T1/2降至原來的1×10-6。原理第2章放射性廢氣的處理2.2.2貯存衰變法2.吸附床滯留衰變法原理：裂變氣體氪和氙在吸附滯留床（延遲床）內(nèi)的連續(xù)吸附、解吸過程中得到足夠的滯留時(shí)間，降低放射性。優(yōu)點(diǎn)：常溫、常壓運(yùn)行，無轉(zhuǎn)動(dòng)部件、廢氣泄流量小，操作簡(jiǎn)單，可靠性高。T=kdM/FT—平均滯留時(shí)間，s；M—吸附劑重量，g；kd—?jiǎng)討B(tài)吸附系數(shù)，cm3/g；F—?dú)怏w流量，cm3/s。通常使用活性炭作為吸附劑2.2.3低溫回收法對(duì)象:85Kr、T等核素1.低溫吸附法H2ONH3H型絲光沸石尾氣NH3氣液分離干燥預(yù)冷活性炭O2N2KrXeO2N2KrXeO2N2KrXeO2N2KrXeO2N2H2ONH3加熱解吸雜質(zhì)預(yù)冷精制粗KrKr產(chǎn)品第2章放射性廢氣的處理第2章放射性廢氣的處理2.2.3低溫回收法2.低溫精餾法CECE+CD法回收氚第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法1.干法除塵旋風(fēng)除塵器袋式過濾器電除塵器

采用玻璃纖維、天然纖維或合成纖維做成濾袋，可處理1μm以下的塵粒，效率98%。缺點(diǎn)是不耐高溫，怕水。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作管理方便，費(fèi)用低廉，適用除去大于5μm的塵粒，可作為過濾器的前置除塵器。

優(yōu)點(diǎn)是氣流阻力小，可處理高溫、高濕氣體，粒徑0.05~50μm的塵，效率99%~99.9%。缺點(diǎn)是投資高，維修費(fèi)用大，占地面積大。第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法1.干法除塵硅膠柱吸附器高溫陶瓷過濾器燒結(jié)金屬過濾器

極性吸附劑，可除去水蒸氣和NOx

對(duì)粒徑大于5μm粒子的過濾效率達(dá)99%，缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，陶瓷過濾管使用壽命短，維修更換工作量大。

材質(zhì)有不銹鋼、鎳、因科鎳合金等，過濾效率與過濾器孔徑大小有關(guān)，一般可達(dá)99%以上。優(yōu)點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法2.濕法除塵篩板塔處理能力大，壓降小，造價(jià)低，但處理負(fù)荷窄，安裝及操控要求高。泡罩塔操作穩(wěn)定，適用于多種介質(zhì)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力降大，造價(jià)高。

a.泡罩塔板b.圓形泡罩

適宜于凈化高溫、易燃、易爆的含塵氣體，缺點(diǎn)是能耗高，產(chǎn)生二次廢物，易腐蝕設(shè)備等。第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法2.濕法除塵浮閥塔兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的塔型。填充床洗滌器功能：氣體除塵和吸收結(jié)構(gòu)：立式和臥式床體結(jié)構(gòu)：固定床、移動(dòng)床和流化床；兩相流動(dòng)方式：并流、逆流和錯(cuò)流形式。

填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法2.濕法除塵噴淋洗滌器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壓力損失小，操作平穩(wěn)。用堿性溶液洗滌可兼有除塵與吸收酸性氣體的作用。⑥文丘里洗滌器包括收縮段、喉管和擴(kuò)散段，是去除氣體中較多塵粒和吸收氣態(tài)污染物的有效設(shè)備之一。

第2章放射性廢氣的處理2.2.4除塵法3.高效過濾法對(duì)象:放射性氣溶膠設(shè)備：高效微?？諝膺^濾器（HighEfficiencyParticulateAirFilter，HEPA），①~④填充密度依次提高。篩分效應(yīng)：d>1μm的顆粒；慣性碰撞：0.5<d<1μm的顆粒；攔截效應(yīng)：0.1<d<1μm的顆粒，填充密度越高，攔截效率也越高；布朗擴(kuò)散：d<0.1μm的顆粒，由于布朗運(yùn)動(dòng)而在介質(zhì)中無序運(yùn)動(dòng)的路徑較長(zhǎng)，被捕集概論較高；靜電效應(yīng)：與濾材及使用環(huán)境有關(guān)；吸附效應(yīng)：物理的或化學(xué)的吸附作用。玻璃纖維過濾器優(yōu)點(diǎn)：

效率高、壓降低、能耗小，連續(xù)工作數(shù)年無需維護(hù)，濾芯可再生或直接處置。缺點(diǎn)：

遇潮或堿液易使阻力增大，纖維被腐蝕，出現(xiàn)氣體短路，過濾效率降低。措施：使氣體在120℃下通過濾芯，或冷卻除水后再過濾。直徑0.3

μm的氣溶膠微粒，HEPA的凈化效率達(dá)99.97%。后處理廠尾氣常用玻璃纖維、合成纖維等過濾材料。第2章放射性廢氣的處理2.2.5吸附法定義:固體物質(zhì)表面對(duì)氣體或液體分子的吸著現(xiàn)象稱為吸附，其中被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)，固體物質(zhì)稱為吸附劑。優(yōu)點(diǎn)：吸附過程能夠有效脫除一般方法難于分離的低濃度有害物質(zhì)，具有凈化效率高、可回收有用組分、設(shè)備簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：吸附容量較小、設(shè)備體積大。第2章放射性廢氣的處理2.2.5吸附法物理吸附化學(xué)吸附吸附層：?jiǎn)螌踊蚨鄬訂螌幼饔昧Γ悍兜氯A力化學(xué)鍵力吸附速率：極快較慢吸附熱：較小較大可逆性：可逆不可逆選擇性：無選擇性有選擇性再生性：可再生一般不可再生2.2.5吸附法吸附平衡：經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間，吸附質(zhì)在兩相中的含量趨于穩(wěn)定，互呈平衡，稱為吸附平衡。影響因素：影響氣體吸附的因素很多，包括操作條件、吸附劑性質(zhì)、吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度、吸附劑活性以及接觸時(shí)間、吸附器性能等。吸附機(jī)理：外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散、吸附第2章放射性廢氣的處理AA132A氣體滯留層控制步驟：是整個(gè)過程的速率最慢一步。工作過程:恒壓變溫吸附及恒溫變壓吸附。2.2.5吸附法吸附劑的選擇具有較大的平衡吸附量，一般與比表面積成正比；具有良好的選擇性；容易解吸，平衡吸附量與溫度或壓力有較敏感關(guān)系；有一定機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，性能穩(wěn)定，床層壓降低，價(jià)格低。常用吸附劑

活性炭

硅膠

活性氧化鋁分子篩比表面積m2/g600~1700

350

200~500

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第2章放射性廢氣的處理應(yīng)用

耐高溫，耐酸堿，易解吸，可反復(fù)再生。

親水性極性吸附劑。

機(jī)械強(qiáng)度高，可在移動(dòng)床上用。

極性吸附劑，對(duì)水等極性分子具有較高吸附性能。2.2.6核燃料循環(huán)廢氣處理1.核燃料循環(huán)前端我國(guó)在《鈾礦地質(zhì)輻射防護(hù)和環(huán)境保護(hù)規(guī)定》（GB15848-1995）中，對(duì)鈾礦井的防塵降氡作了如下規(guī)定：(1)井下作業(yè)場(chǎng)所，必須采取“加強(qiáng)通風(fēng)、堅(jiān)持濕式作業(yè)、密閉氡塵源、做好個(gè)人防護(hù)、加強(qiáng)防護(hù)設(shè)施管理和經(jīng)常檢查”等綜合措施，把空氣中有害物質(zhì)濃度降至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下。(2)凡產(chǎn)生放射性粉塵和有害氣體的地面作業(yè)場(chǎng)所，必須有通風(fēng)裝置，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)防止污染物的回流，進(jìn)風(fēng)口的粉塵濃度不應(yīng)大于0.1mg/m3，氡濃度不應(yīng)大于150Bq/m3。(3)平巷和斜井深度超過20m、豎井或淺井超過10m、天井超過5m，均應(yīng)采用機(jī)械通風(fēng)。第2章放射性廢氣的處理2.2.6核燃料循環(huán)廢氣處理2.核燃料循環(huán)后端

第2章放射性廢氣的處理后處理廠溶解尾氣處理流程示意圖2.2.6核燃料循環(huán)廢氣處理2.核