核電廠水化學(xué)-放射性污染處理原則與控制

第七章放射性污染處理原則與控制7.1系統(tǒng)設(shè)備的化學(xué)去污原理與方法7.1.1系統(tǒng)設(shè)備去污的目的核設(shè)施實(shí)施去污的目的可分為以下四類：⑴降低運(yùn)營(yíng)設(shè)施中的人員受輻射劑量；⑵事故后清洗；⑶退役；⑷放射性廢物的處理與處置。7.1.2化學(xué)去污技術(shù)的概述

定義：去污就是把放射性物質(zhì)從不希望其存在的部位，部分或全部地除去。

去污實(shí)際上只是改變了放射性核素存在形式和位置，可用下式表示：S·C×＋D→S＋D·C×⊙去污效果的表示方法

去污效果的表示方法常用的有以下4種:

（1）余污率，用α表示：（2）去污率，用β表示：

（3）去污因子，（DF）用K來(lái)表示：（4）去污指數(shù)，用D來(lái)表示：⊙

去污方法選擇的原則

去污方法的選擇要重視安全性、經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)現(xiàn)性，應(yīng)優(yōu)選：（1）去污效率高；（2）安全可靠；（3）腐蝕率要低；（4）產(chǎn)生二次廢物少；（5）適合現(xiàn)場(chǎng)情況和條件；（6）設(shè)備易得；（7）成本較低。7.1.3去污分類及應(yīng)考慮的原則

⊙

按操作方式分類⑴系統(tǒng)整體去污⑵部件去污和表面去污⑶就地去污⑷拆卸下來(lái)送到去污車間進(jìn)行處理⊙

按去污對(duì)象設(shè)施的狀態(tài)分類（1）在役（期間）去污（2）解體（或廢堆）去污

（3）事故修復(fù)去污＊

在役（期間）去污原則（1）不應(yīng)有損于去污后的機(jī)器設(shè)備的完整性。（2）應(yīng)當(dāng)力求抑制去污后再用時(shí)的再污染（recontamination）。（3）在役去污應(yīng)當(dāng)在全面計(jì)劃，充分準(zhǔn)備的條件下實(shí)施?！?/p>

解體（廢堆）去污解體前去污及解體后去污。解體去污的目的是力求降低解體作業(yè)人員受照劑量，易于實(shí)施，再利用，減少污染廢物的容量。

⊙事故修復(fù)時(shí)的去污與修復(fù)作業(yè)相關(guān)的去污的最大特點(diǎn)，在于因大量核裂變產(chǎn)物污染的水的回收去污與反應(yīng)堆一回路的系統(tǒng)化學(xué)去污。這是由燃料碎片，U、Pu、Zr及它們的氧化物存在于CRUD中所造成的污染，所以其化學(xué)去污法與后處理廠的化學(xué)去污法類似。

7.1.4化學(xué)去污法的種類與特征⊙污染物（CRUD）的特征與去污化學(xué)反應(yīng)原理⑴放射性核素多數(shù)處在構(gòu)成CRUD的金屬氧化物的晶粒內(nèi)，CRUD則吸附沉積在一回路冷卻劑系統(tǒng)的機(jī)器設(shè)備與管道的內(nèi)表面。⑵化學(xué)去污采用的方法是通過(guò)把構(gòu)成放射性核素的載體的金屬氧化物結(jié)晶晶粒溶解或剝離而除去放射性污染。⊙

化學(xué)去污方法

去污劑主要是：（1）酸（2）堿（3）氧化劑（4）還原劑（5）絡(luò)合劑（6）緩蝕劑（7）界面活性劑優(yōu)質(zhì)去污劑的選擇條件：（1）保證結(jié)構(gòu)材料在去污后的完整性；（2）高去污效果；（3）去污后產(chǎn)生的廢物量少，并易于處理；（4）去污時(shí)操作易于掌握；（5）可抑制再污染；（6）價(jià)廉易得?！?/p>

化學(xué)去污方法＊一步法

去污液的供給方式

（1）一次通過(guò)法（2）循環(huán)法（3）反復(fù)充滿、排空法（fill-drain法）（4）反復(fù)供、排去污液法（feed-bleed法）＊兩步法

（1）堿性高錳酸鉀預(yù)處理堿性高錳酸鉀對(duì)去污表面進(jìn)行預(yù)處理，改變構(gòu)成氧化膜元素的價(jià)態(tài)，使膜變得疏松，容易被酸溶解。將基體金屬表面層的某些元素（以Me表示）轉(zhuǎn)化成氧化物：

2Me+OH--4e→Me2-+MeO+H2O（2）有機(jī)酸類的混合溶液或絡(luò)合劑溶解腐蝕產(chǎn)物。加拿大去污法直接將有機(jī)絡(luò)合物注入一回路冷卻劑，使之成為低濃度去污液，通過(guò)主泵循環(huán)加熱進(jìn)行整體去污在循環(huán)過(guò)程中，連續(xù)從回路中引入一定量的去污溶液，經(jīng)過(guò)濾器和陽(yáng)離子交換器處理后，再返回去污回路，使去污液再生復(fù)用。去污作業(yè)結(jié)束后，去污液連續(xù)循環(huán)通過(guò)混合床離子交換器，除去雜質(zhì)離子，恢復(fù)冷卻劑要求的水質(zhì)

特點(diǎn)：（1）無(wú)需放空冷卻劑（2）去污過(guò)程不產(chǎn)生廢水，既縮短了去污時(shí)間又降低了去污成本循環(huán)氧化還原法將冷卻劑的還原性水質(zhì)，用加氧的方法轉(zhuǎn)變成氧化性水質(zhì)高溫運(yùn)行一段時(shí)間后，再加氫（氘）恢復(fù)還原性水質(zhì)條件氧化還原的交替作用改變了腐蝕膜的組成，使之變得疏松，同時(shí)不斷改變冷卻劑溫度和流速，使膜脫落用過(guò)濾和離子交換法除去高溫絡(luò)合去污法采用低濃度有機(jī)絡(luò)合劑在高溫下對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行整體去污可以大大縮短停堆時(shí)間；在高溫下化學(xué)反應(yīng)速度快，反應(yīng)完全，有利于提高去污效率。絡(luò)合劑應(yīng)具有良好的高溫、輻射穩(wěn)定性EDTA與鐵形成的絡(luò)合物溶解度在220℃高溫下，不僅沒(méi)有降低，反而略有提高，這為高溫絡(luò)合法的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)鐵-EDTA絡(luò)合物的溶解度高溫絡(luò)合法去污效果放射性廢水處理廢水處理的目的：保護(hù)環(huán)境

嚴(yán)格控制廢水的排放渠道和比放水平，保證符合國(guó)家法定的標(biāo)準(zhǔn)

限制排放水的比放，并對(duì)放射性的年排放量作出限制規(guī)定

放射性廢水處理分類處理(QNPC)T1含硼工藝廢水,<350m3/a蒸發(fā),離子交換T2含硼很小的非工藝廢水過(guò)濾,蒸發(fā)T3地面清洗水及輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的弱放排水比活度大,轉(zhuǎn)T2類水處理比活度小,稀釋排放堆中的工藝廢氣裂變產(chǎn)生的放射性氣體主要是Kr,Xe的同位素裂變氣體放射性占冷卻劑總放射性的90%以上裂變氣體高壓下溶于冷卻劑，當(dāng)系統(tǒng)中有氣相空間時(shí)揮發(fā)出來(lái)。收集到廢水貯罐，即為工藝廢氣。工藝廢氣的處理來(lái)源硼回收系統(tǒng)脫氣裝置化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的容積控制箱蒸汽壓力釋放箱(接受穩(wěn)壓器卸壓放出的蒸汽)堆排水貯槽主要成分氫氣氮?dú)馍倭糠派湫远栊詺怏w工藝廢氣的處理貯存衰變法常溫活性炭延滯法零排放法貯存衰變法原理裂變氣體中,除85Kr外,其它核素的半衰期很短產(chǎn)額最高的133Xe,半衰期為5.29天其次的137Xe和89Kr的半衰期只有幾分鐘收集后進(jìn)行貯存,自然衰變,經(jīng)10個(gè)半衰期后,放射性將減少到千分之一貯存衰變法流程氣體工藝廢氣貯柜加壓進(jìn)行耐壓貯柜(衰變柜)45-60天后過(guò)濾有控制地排入大氣(氣體放射性濃度超過(guò)允許值時(shí),自動(dòng)停止排放)活性炭延滯法原理氣體通過(guò)活性炭時(shí),活性炭提供足夠的色譜滯留時(shí)間由于連續(xù)的吸附解吸過(guò)程而延滯,得以充分衰變,使出口廢氣放射性大大降低優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單,操作連續(xù),使用時(shí)間長(zhǎng)適用于大量廢氣的處理,多用于BWR缺點(diǎn)常溫下活性炭吸附容量低,需要大量吸附劑,以致設(shè)備龐大零排放法QNPC的廢氣處理高放無(wú)氧廢氣處理系統(tǒng)貯存60天后,經(jīng)高效過(guò)濾器和活性炭過(guò)濾后,送排風(fēng)系統(tǒng)排出主要成分:N2,H2,Kr,Xe等低放有氧廢氣處理系統(tǒng)去除廢氣中的放射性氣溶膠和碘后,經(jīng)煙囪排放氣水分離器高效過(guò)濾器活性炭過(guò)濾器排風(fēng)系統(tǒng)氚的處置PWR中氚的產(chǎn)生三元裂變類似于裂變氣體的釋放中子反應(yīng)10B6Li氘壓水堆中的氚氚的危害不致構(gòu)成外照射內(nèi)照射與氚的化學(xué)形態(tài)、攝入方式及其與人體組織的結(jié)合量有關(guān)氚水生物半衰期9.5±4.1天結(jié)合氚有效生物半衰期40-100天可能與DNA結(jié)合引起遺傳突變體內(nèi)氚容許積累量1mCi，致死量20CPWR水和氣體中的氚冷卻劑中氚的累積量不大,需要相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到限制值一回路絕大部分的氚處于水(>99%)主回路冷卻劑泄漏,安全殼空氣密閉循環(huán),使安全殼空氣中水蒸氣的氚濃度逐漸接近冷卻劑中氚濃度換料或檢修的安全殼掃氣操作,使氚被帶出含氚廢水和廢氣的處置稀釋排放地表水稀釋排放地表淺池或淺溝滲透排放深井排放蒸發(fā)稀釋廠內(nèi)貯存零排放處置法使氚在堆內(nèi)自然衰變,在壽期內(nèi),無(wú)需向環(huán)境排放,也不會(huì)達(dá)到容許限度含氚廢水和廢氣的處置含氚廢水的分離濃縮雙溫水-硫化氫交換法催化交換法含氚廢氣的處理通常將氣體中的氚催化氧化成水,用干燥劑吸附PWR廢氣中氚含量極微,一般無(wú)需考慮去除問(wèn)題反應(yīng)堆廠房的氣體處理廠房空氣中的放射性元素的存在形式氣體Kr、Xe以及碘或其它易揮發(fā)物質(zhì)的蒸汽，懸浮的放射性微粒，即放射性氣溶膠非揮發(fā)性放射性核素主要以氣溶膠形式存在于空氣中，在壓水堆條件下主要有Cs,Te,Mo,Ba等核素。放射性氣溶膠不僅在事故時(shí)有可能大量產(chǎn)生，就是在正常情況下也不可避免氣溶膠一般情況下，能穩(wěn)定地懸浮于空氣中的細(xì)微顆粒放射性氣溶膠放射性氣溶膠：是一種懸浮的放射性微粒。主要含有Cs、Te、Mo、Ba等放射性核素。按產(chǎn)生的途徑凝結(jié)性凝結(jié)性氣溶膠是由過(guò)飽和蒸汽凝結(jié)而成彌散性彌散性彌散性氣溶膠是由固體或液體的分散或霧化造成的放射性氣溶膠的活化，放射性氣體的衰變和吸附危害外照射內(nèi)照射放射性氣溶膠的去除方法高效空氣過(guò)濾器大量極細(xì)的（直徑由幾微米到幾十微米）纖維無(wú)序地鋪成一定密度和厚度的過(guò)濾層靜電除塵器電離器,使微粒帶電沉降器,使微粒移到電極上揮發(fā)性碘的去除放射性揮發(fā)碘是壓水堆廠房空氣中對(duì)人體危害最大的因素，揮發(fā)性碘的去除是壓水堆廠房空氣凈化系統(tǒng)的首要任務(wù)活性炭廣泛用于碘的去除活性炭制造炭化原料在隔絕空氣下加熱活化進(jìn)行有控制的氧化性質(zhì)活性炭是一種無(wú)定形炭,構(gòu)成非常大量的細(xì)微孔道吸附過(guò)程由擴(kuò)散和吸附兩個(gè)過(guò)程構(gòu)成活性碳對(duì)碘的去除活性炭對(duì)碘的去除高效過(guò)濾器-活性炭吸附器用于反應(yīng)堆廠房的氣體處理

6.3反應(yīng)堆廠房的氣體處理

6.3.1放射性氣溶膠的去除1.存在形式：⑴一種是氣體，如Kr、Xe以及碘或其它易揮發(fā)物質(zhì)的蒸汽。⑵另一種是懸浮的放射性微粒，即放射性氣溶膠。過(guò)飽和蒸汽的凝結(jié)核心被稱為凝核。

2.分組依照顆粒大小，可將氣溶膠分為三組：①粗氣溶膠（0.5~1.0μm）②膠體氣溶膠（5－500nm）依照產(chǎn)生的途徑：①凝結(jié)性②散性③活化④衰變和吸附去除措施①事故氣體處理系統(tǒng)，高效空氣過(guò)濾；②通風(fēng)系統(tǒng)更新空氣；③高效空氣過(guò)濾器以除去氣溶膠。靜電除塵也是去除氣溶膠的一種有效手段。6.3.2揮發(fā)性碘的除去放射性揮發(fā)碘方法：①安全噴淋。②在噴淋塔中用堿液吸收空氣中的揮發(fā)碘。③利用固體吸附劑，銀屑、鍍銀的金屬屑、④分子篩和活性碳等作為碘吸附劑。6.3.3放射性惰性氣體的去除6.3.3.1壓水堆的工藝廢氣裂變產(chǎn)生的放射性氣體主要是氪和氙的各種同位素。主要來(lái)自下列設(shè)備：①硼回收系統(tǒng)的脫氣裝置；②化學(xué)和容積控制系統(tǒng)的容積控制箱；③蒸汽壓力釋放箱