物理性污染控制-第五章-放射性污染及其控制

物理性污染控制

主編陳杰瑢2021/10/101第五章

放射性污染及其防治2021/10/102

目錄第一節(jié)概述第二節(jié)輻射計量學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié)放射性廢物與防治標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)放射性廢物處理技術(shù)第五節(jié)放射性污染去污技術(shù)2021/10/103一、環(huán)境中放射性的來源●二、輻射的生物效應(yīng)及其危害●

第一節(jié)概述2021/10/104放射源

天然輻射源（天然本底照射）人工輻射源宇宙輻射地球內(nèi)放射性物質(zhì)人體內(nèi)放射性物質(zhì)核試驗放射性污染核能、放射性同位素生產(chǎn)核材料貯存、運輸放射性固體廢物處理與處置核設(shè)施退役一、環(huán)境中放射性的來源●世界范圍內(nèi)，天然本底輻射每年對個人的平均輻射劑量約為2.4毫希（mSv）因地區(qū)天然本底輻射水平不同。2021/10/105

1986年4月26日，烏克蘭北部切爾諾貝利核電站4號反應(yīng)堆因違規(guī)操作嚴重爆炸，31人當(dāng)場死亡，200多人受到嚴重放射性輻射，成為核能利用史上一大悲劇切爾諾貝利的教訓(xùn)2021/10/106二、輻射的生物效應(yīng)及其危害●（一）輻射的生物效應(yīng)（二）輻射對人體的危害2021/10/107（一）輻射的生物效應(yīng)圖5-1輻射生物反應(yīng)的演變過程輻射與人體相互作用會導(dǎo)致某些特有生物效應(yīng)其性質(zhì)和程度主要取決于人體組織吸收的輻射能量，演變過程如圖5-1所示。2021/10/108（一）輻射的生物效應(yīng)

1.輻射對細胞的作用

2.輻射的生物效應(yīng)

2021/10/109

1.輻射對細胞的作用

影響因素

物理因素生物因素輻射類型、輻射能量、吸收劑量、劑量率、照射方式、受照姿勢及其在輻射場內(nèi)的取向等。生物種系人猴大鼠雞龜大腸桿菌病毒LD50/Gy4.06.07.07.1515.056.02×104

表5-1生物死亡50％的吸收劑量值種系的演化程度、機體結(jié)構(gòu)、個體不同發(fā)育階段、不同細胞、組織或器官對輻射敏感性各異2021/10/1010生物效應(yīng)

軀體效應(yīng)遺傳效應(yīng)

2.輻射的生物效應(yīng)

輻照對受照者本身的有害效應(yīng)；是由于人體普通細胞受損引起的；只影響到受照者個人本身。輻射引起人體細胞內(nèi)的基因突變；是生殖細胞受損傷引起的有害效應(yīng)；影響到受照者后代的身體缺陷。2021/10/1011（二）輻射對人體的危害1.急性放射病

由大劑量急性照射引起，多為意外核事故、核戰(zhàn)爭造成。全身性輻射損傷局部性輻射損傷按射線的作用范圍，短期大劑量外照射引起的輻射損傷可分成2.遠期影響

主要是慢性放射病和長期小劑量照射對人體健康的影響，多屬于隨機效應(yīng)。

慢性放射病是由于多次照射、長期累積的結(jié)果。危害取決于受輻射時間和輻射量2021/10/1012來源集體劑量/人·Sv·a-1所有的天然輻射源宇宙射線：飛機旅行2000燃煤電站約2000燃煤的家庭烹調(diào)及取暖100000地?zé)崮茉?人·Sv／GW·a磷鹽工業(yè)6000磷石膏1977年為300000工業(yè)化國家的X射線檢查每百萬人為1000，即核武器試驗最高年份為400000(1962～1963)所有時間共計核電(不包括廢物處置)1980年為500，2000年為1000核電(職業(yè)照射)2000夜光鐘表2000表5-2各類天然和人工輻射源輻射的集體劑量估計值

2021/10/1013第二節(jié)輻射計量學(xué)基礎(chǔ)一、輻射劑量學(xué)的基本量和單位

●二、輻射防護有關(guān)的量和概念

●2021/10/1014（一）放射性活度一、輻射劑量學(xué)的基本量和單位

●（二）照射量（三）吸收劑量（四）劑量當(dāng)量（五）有效劑量當(dāng)量（六）集體劑量當(dāng)量

（七）待積劑量當(dāng)量2021/10/1015（一）放射性活度定義：單位時間內(nèi)放射性原子核所發(fā)生的核轉(zhuǎn)變數(shù)，符號A。單位：SI單位：Bq(貝可)，1Bq表示每秒鐘發(fā)生一次核衰變；曾用單位：Ci(居里)；1Ci=3.7×1010Bq。2021/10/1016（二）照射量1.照射量X定義：表示γ或X射線在空氣中產(chǎn)生電離能力大小的輻射量。定義式：（5-1）單位：SI單位：C/kg

；曾用單位：R(倫琴)；1R＝2.58×l010C/kg

。射線在質(zhì)量為dm的空氣中釋放出來的全部電子(正電子和負電子)被空氣完全阻止時，在空氣中產(chǎn)生的一種符號離子的總電荷的絕對值，C

受照空氣的質(zhì)量，kg定義式：（5-2）單位：SI單位：C/（kg·s）；時間間隔dt照射量的增量,C/kg。

時間間隔，s。2.照射量率照射量只用于量度γ或X射線在空氣介質(zhì)中產(chǎn)生的照射效能。2021/10/1017（三）吸收劑量1.吸收劑量D定義：單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收的平均輻射能量。定義式：（5-3）單位：SI單位:Gy（戈瑞）；曾用單位:rad(拉德)

；1rad=0.01Gy

。電離輻射授予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量，J；

受照空氣的質(zhì)量，kg定義式：（5-4）單位：Gy/s時間間隔dt吸收劑量的增量,Gy。

時間間隔，s。2.吸收劑量率吸收劑量在劑量學(xué)的實際應(yīng)用中是一個非常重要的物理量適用于任何類型的輻射和受照物質(zhì)，且受照物質(zhì)中每一點都有特定的吸收劑量數(shù)值；給出吸收劑量數(shù)值時須指明輻射類型、介質(zhì)種類和所在位置。2021/10/1018（四）劑量當(dāng)量定義：組織內(nèi)某一點的劑量當(dāng)量

H=DQN

（5-5）單位：Sv（希沃特）；曾用單位：rem(雷姆)；1rem=0.01Sv。生物效應(yīng)受輻射類型與能量、劑量與劑量率大小、照射條件及個體差異等因素的影響，故相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同等程度的生物效應(yīng)。為了用同一尺度表示不同類型和能量的輻射照射對人體造成的生物效應(yīng)的嚴重程度或發(fā)生幾率的大小，輻射防護上采用劑量當(dāng)量這一輻射量。在該點所接受的吸收劑量，Gy品質(zhì)因數(shù)，用以計量劑量的微觀分布對危害的影響國際放射防護委員會規(guī)定的其他修正系數(shù)，目前規(guī)定N＝12021/10/1019（五）有效劑量當(dāng)量

受照器官和組織的總危險度按有效劑量當(dāng)量計算

HE=∑WTHT

（5-6）式中：HE——有效劑量當(dāng)量，Sv；

HT——器官或組織T所接受的劑量當(dāng)量，Sv；

WT——該器官的相對危險度系數(shù)。2021/10/1020（六）集體劑量當(dāng)量一次大的放射性實踐或放射性事故，會涉及許多人，因此采用集體當(dāng)量劑量定量表示一次放射性實踐對社會總的危害。2021/10/1021（六）集體劑量當(dāng)量1.集體劑量當(dāng)量定義：各組內(nèi)人均所接受的劑量當(dāng)量與該組人數(shù)相乘，然后相加所得的總劑量當(dāng)量數(shù)。

(5-7)

集體劑量當(dāng)量，人·Sv

第i組人群組中每個人的器官或組織T平均所受到的劑量當(dāng)量，Sv第i組人群組的人數(shù)。2021/10/1022（六）集體劑量當(dāng)量2.集體有效劑量定義：量度某一人群所受的輻射照射，則按集體有效劑量計算，即

(5-8)

集體有效劑量，人·Sv

第i組人群組接受的平均有效劑量，人·Sv第i人群組的人數(shù)。2021/10/1023（七）待積劑量當(dāng)量定義：單次攝入某種放射性核素后，在50年期間該組織或器官所接受的總劑量當(dāng)量，即

(5-9)

待積劑量當(dāng)量，Sv

源器官S攝入放射性核素后50年內(nèi)發(fā)生的總衰變數(shù)。源器官中的放射性粒子傳輸給單位質(zhì)量靶器官的有效能量(T→S)表示由源器官S傳輸給靶器官T。2021/10/1024二、輻射防護有關(guān)的量和概念

●（一）與輻射防護有關(guān)的概念（二）

劑量與效應(yīng)的關(guān)系

（三）劑量限制體系

2021/10/10251．危險度和危害危害G:有害效應(yīng)的發(fā)生頻數(shù)與效應(yīng)的嚴重程度的乘積，即

G=∑hirigi

(5-10)

危害第i組人群接受的平均劑量當(dāng)量，Sv該組發(fā)生有害效應(yīng)的頻數(shù)；嚴重程度，對可治愈的癌癥，gi＝0；對致死癌癥，gi＝12．關(guān)鍵人群組（簡稱關(guān)鍵組）定義：在某一給定實踐所涉及的各受照人群組中，預(yù)期將受到最大輻射照射的人群組。關(guān)鍵人群組所受到的輻射照射是量度公眾成員由于該實踐所受劑量的上限。3．關(guān)鍵照射途徑定義：某種輻射實踐對人產(chǎn)生照射劑量的各種途徑(食入、吸入、外照射等)中最具重要的意義的某一種照射途徑。4．關(guān)鍵核素某種輻射實踐釋放的幾種核素中對受照人體或人體若干器官或組織有最重要影響的核素。（一）與輻射防護有關(guān)的概念2021/10/1026劑量與效應(yīng)的關(guān)系按對人體的危害分為

隨機效應(yīng)

確定性效應(yīng)

（二）

劑量與效應(yīng)的關(guān)系

“線性”、“無閾”

“有閾值”效應(yīng)

發(fā)生幾率與劑量大小有關(guān)的效應(yīng)。輻射防護中把隨機性效應(yīng)與劑量的關(guān)系簡化地假設(shè)為線性無閾。線性是指隨機性效應(yīng)的發(fā)生幾率與所受劑量之間成線性關(guān)系。無閾意味著任何微小的劑量都可能誘發(fā)隨機性效應(yīng)。受照劑量大于閾值，就會發(fā)生確定性效應(yīng)；其嚴重程度與所受的劑量大小有關(guān)，劑量越大后果越嚴重；具體閾值大小與個體情況有關(guān)；確定性效應(yīng)的劑量閾值相當(dāng)大，正常情況下一般不可能達到，只有在大放射性事故下才可能發(fā)生。2021/10/1027只要將劑量限制在其閾值以下，效應(yīng)就不會發(fā)生。隨機性效應(yīng)通過減少劑量的方法雖能降低其發(fā)生率，但不能完全避免；確定性效應(yīng)2021/10/10281．輻射防護原則（三）劑量限制體系

基本原則（1）輻射實踐正當(dāng)性

（2）輻射防護最優(yōu)化

（3）限制個人劑量當(dāng)量

為了達到輻射防護目的，國際放射防護委員會（ICRP）提出三項基本原則在施行伴有輻射的任何實踐前，須經(jīng)過正當(dāng)性判斷，確認這種實踐具有正當(dāng)理由，獲得的利益大于代價(包括健康損害和非健康損害的代價)。避免一切不必要的照射，在考慮到經(jīng)濟和社會因素的條件下，所有輻照都應(yīng)保持在可合理達到的盡量低的水平。用劑量限值對個人所受的照射加以限制。2．基本限值（1）職業(yè)照射：適用于輻射工作人員ICRP：5年平均年有效劑量限值20mSv，任一年有效劑量不得超過50mSv。GB8703-88《輻射防護規(guī)定》：年有效劑量當(dāng)量限值50mSv；還規(guī)定了其他單個器官或組織的年劑量當(dāng)量限值。（2）公眾照射：適用于公眾成員ICRP：有效劑量年限值為1mSv，5年平均不超過1mSv。GB8703-88《輻射防護規(guī)定》：年有效劑量當(dāng)量不超過1mSv。3．導(dǎo)出限值根據(jù)基本限值，通過一定模式導(dǎo)出的供輻射監(jiān)測結(jié)果比較用的限值。4．管理限值為了管理目的，主管部門或企業(yè)負責(zé)人可以根據(jù)最優(yōu)化原則，對輻射防護有關(guān)的任何量制定管理限值，但它們必須嚴于基本限制或?qū)С鱿拗啤?021/10/1029一、放射性廢物及處理途徑

●二、放射性廢物的來源和分類

三、環(huán)境放射性防護標(biāo)準(zhǔn)四、輻射防護一般措施●●●第三節(jié)放射性廢物與防治標(biāo)準(zhǔn)2021/10/1030一、放射性廢物及處理途徑

●放射性廢物：含放射性核素或被之污染，其濃度或比活度大于規(guī)定的清潔解控水平，預(yù)期不會再被利用的廢棄物。處理基本途徑濃縮及固化處理與環(huán)境隔絕長期安全存放凈化后有控制排放去污后再循環(huán)利用。

2021/10/1031二、放射性廢物的來源和分類

●（一）放射性廢物來源和特點（二）

放射性廢物的分類

（三）放射性廢物的處理原則2021/10/1032（一）放射性廢物來源和特點來源核設(shè)施產(chǎn)生的放射性廢物伴生礦產(chǎn)生的放射性廢物核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生放射性廢物2021/10/1033核設(shè)施產(chǎn)生的放射性廢物（圖5-2）2021/10/1034伴生礦產(chǎn)生的放射性廢物（圖5-3）2021/10/1035核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生放射性廢物（圖5-4）2021/10/1036（一）放射性廢物來源和特點特點（1）長期危害性

（2）處理難度大

（3）處理技術(shù)復(fù)雜

2021/10/1037（二）

放射性廢物的分類

1．國家分類標(biāo)準(zhǔn)

——放射性廢物分類標(biāo)準(zhǔn)(GB9133-1995)（表5-4）

按比活度和半衰期將放射性廢物分為高放長壽命中放長壽命低放長壽命中放短壽命低放短壽命從處理和處置的角度

壽命長短按半衰期30年為限

2021/10/1038（二）

放射性廢物的分類

2．其他分類方法按半衰期分為長半衰期(>100天)中半衰期(10～100天)短半衰期(<10天)按射線種類：甲、乙、丙種放射性廢物。按廢液的pH值：酸性放射性廢水、堿性放射性廢水（較少用）

任何一種放射性核素經(jīng)10倍半衰期后,放射性強度降至1/1000，對短半衰期廢水，便于采用貯存法簡單經(jīng)濟地處置。

2021/10/1039IAEA放射性廢物管理基本原則（表5-5）

（三）放射性廢物的處理原則No基本原則說明1保護人類健康必須確保對人類健康的影響達到可接受水平。2保護環(huán)境必須確保對環(huán)境的影響達到可接受的水平。3超越國界的保護考慮超越國界的人員健康和環(huán)境的可能影響。4保護后代須保證對后代預(yù)期的健康影響不大于當(dāng)今可接受水平5給后代的負擔(dān)放射性廢物管理必須保證不給后代造成不適當(dāng)?shù)呢摀?dān)。6國家法律框架必須在適當(dāng)?shù)膰曳煽蚣軆?nèi)進行，明確劃分責(zé)任和規(guī)定獨立的審管職能。7控制放射性廢物產(chǎn)生放射性廢物的產(chǎn)生必須盡可能最少化。8放射性廢物產(chǎn)生和管理相依性必須適當(dāng)考慮放射性廢物產(chǎn)生和管理的各階段間的相互依賴關(guān)系。9設(shè)施安全必須保證放射性廢物管理設(shè)施使用壽期內(nèi)的安全。2021/10/1040我國放射性廢物管理40字方針

（三）放射性廢物的處理原則減少產(chǎn)生、分類收集、凈化濃縮、減容固化、嚴格包裝、安全運輸、就地暫存、集中處置、控制排放、加強監(jiān)測。依據(jù)IAEA的基本原則制定

2021/10/1041三、環(huán)境放射性防護標(biāo)準(zhǔn)●我國現(xiàn)已發(fā)布實施的輻射環(huán)境管理的專項法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等計50多項。對于核設(shè)施（軍、民）、核技術(shù)應(yīng)用和伴生礦物資源開發(fā)，除遵守環(huán)境保護法規(guī)的基本原則外，著重強調(diào)輻射環(huán)境管理的特殊要求。我國強制性執(zhí)行的關(guān)于輻射防護國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定可參見有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)2021/10/1042四、輻射防護一般措施（表5-7）

●輻射類型措施說明外照射的防護距離防護其它條件不變時，操作人員所受劑量的大小與距放射源距離的平方成反比，故實際操作應(yīng)盡量遠離放射源。時間防護其它條件不變時，操作人員所受劑量的大小與操作時間成正比。故工作人員須熟悉操作，盡量縮短操作時間，從而減少所受輻射劑量。屏蔽防護是射線防護的主要方法，依射線的穿透性采取相應(yīng)的屏蔽措施。對α射線，戴上手套，穿好鞋襪，不讓放射性物質(zhì)直接接觸到皮膚即可；對β射線，用一定厚度（一般幾毫米）的鋁板，有機玻璃等輕質(zhì)材料即可完全屏蔽；具強穿透力的γ射線是屏蔽防護的主要對象。內(nèi)照射的防護防止呼吸道吸收氣體放射性核素如氡(Rn)，氚（3H）等可由呼吸道進入人體而被吸收，吸收率的大小與放射性核素的溶解度成正比。防止胃腸道吸收被放射性核素沾污的食物、水等經(jīng)口，由胃腸道進入人體，吸收率的大小取決于放射性核素的化學(xué)特性，堿族（如24Na、137Cs）鹵素（如18F、36Cl、131I）的吸收率高達100%，稀土和重金屬元素的吸收率最低，在0.01%～0.001%之間。防止由傷口吸收某些放射性核素如Rn、3H、131I、90Sr（液體）可透過完整皮膚進入人體，吸收率隨時間增長緩慢，當(dāng)皮膚上有傷口時，吸收率就增加幾十倍以上，并使傷口沾污形成難以愈合的放射性。2021/10/1043二、放射性廢液處理技術(shù)

三、放射性廢氣處理技術(shù)●●第四節(jié)放射性廢物處理技術(shù)一、放射性固體廢物處理技術(shù)

●2021/10/1044一、放射性固體廢物處理技術(shù)

●放射性固體廢物濕固體干固體蒸發(fā)殘渣、沉淀泥漿、廢樹脂等焚燒爐灰、污染用品、工具、設(shè)備、廢過濾器芯、活性炭等2021/10/1045（一）固化技術(shù)（二）減容技術(shù)一、放射性固體廢物處理技術(shù)

●2021/10/1046（一）固化技術(shù)固化對象：彌散性物質(zhì)

放射性廢液處理產(chǎn)生的泥漿、蒸發(fā)殘渣和廢樹脂等濕固體；焚燒爐灰等干固體固化：在放射性廢物中添加固化劑，使其轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰紫颦h(huán)境擴散的固體的過程。

2021/10/10471.固化的一般要求使廢物轉(zhuǎn)變成適宜最終處置的穩(wěn)定固化體；固化材料及工藝的選擇應(yīng)保證固化體的質(zhì)量；應(yīng)能滿足長期安全處置的要求和進行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的需要；對廢物的包容量大，工藝過程及設(shè)備簡單、可靠、安全、經(jīng)濟。2021/10/1048理想的廢物固化體主要特性指標(biāo)（1）低浸出率浸出率：確定固化產(chǎn)品中放射性核素在水或其他溶液中析出情況的指標(biāo)。低浸出率：使放射性污染的擴散減至最小，固化體可長時間存放在地下處置庫或水中。

（2）高導(dǎo)熱率使固化體因內(nèi)部溫度過高而損壞的可能性減至最??；容許固化高濃度的放射性廢物，又不致產(chǎn)生過高的內(nèi)部溫度。（3）高耐輻射性保證固化體不致由于放射性廢物產(chǎn)生的輻射而損壞。（4）高生化穩(wěn)定性和耐腐蝕性保證固化體不致由于周圍環(huán)境介質(zhì)的腐蝕或本身所含有的化學(xué)物質(zhì)的腐蝕而損壞。（5）高機械強度保證固化體在裝卸、運輸、處置期間的結(jié)構(gòu)完整性，而不致出現(xiàn)破裂或粉碎。（6）高減容比最終固化物體積應(yīng)小于摻入的廢物體積減容比的大小取決于能嵌入固體中的廢物和可以接受的水平是鑒別固化方法和衡量最終處置成本的一項重要指標(biāo)。

1.固化的一般要求2021/10/10492.常用固化方法（表5-8）

項目水泥固化瀝青固化塑料固化玻璃固化陶瓷固化干廢物包容量(質(zhì)量百分數(shù))5～4030～6030～6010～3015～30密度/g·cm-31.5～2.51.1～1.91.1～1.52.5～3.02.5～3.0浸出率/g·(cm2·d)-110-1～10-410-3～10-510-3～10-610-4～10-710-5～10-8抗壓強度/MPa10～30塑性20～100(或塑性)脆性高耐輻照/Gy～108～107～107～109～109投資低中中高高操作和維修簡單中等中等復(fù)雜復(fù)雜適用性低、中放廢物低、中放廢物低、中放廢物高放、α廢物高放、α廢物應(yīng)用狀況工業(yè)規(guī)模工業(yè)規(guī)模工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用研究開發(fā)2021/10/1050

2.常用固化方法（1）水泥固化（2）瀝青固化（3）塑料固化（4）玻璃固化2021/10/1051（1）水泥固化原理基于水泥的水合和水硬膠凝作用。

泥漿、廢樹脂等均可拌入水泥攪拌均勻，待凝固后即成為固化體。適用中、低放廢水濃縮物的固化。

輕水堆核電站的濃縮廢液、廢離子交換樹脂和濾渣等核燃料處理廠或其他核設(shè)施產(chǎn)生的各種放射性廢物配方實驗確定。影響水泥固化配方的主要因素:廢物種類、pH、水泥類型、添加劑、廢物比、水灰比(水與水泥重量比)、鹽灰比(廢物干鹽份與水泥重量比)、固化體要求。

2021/10/1052（1）水泥固化工藝、設(shè)備簡單，投資費用少；可連續(xù)操作；可直接在貯存容器中固化。增容大（所得到的固化物體積約為摻入廢物體積的1.67倍）放射性核素的浸出率較高。

優(yōu)點缺點2021/10/1053桶內(nèi)混合

在線混合

其他方法

水泥固化基本方法

2021/10/1054桶內(nèi)混合

圖5-5桶內(nèi)混合的廢物水泥固化系統(tǒng)2021/10/1055圖5-6在線混合的廢物水泥固化系統(tǒng)在線混合

2021/10/1056其他方法

水力壓裂地下水泥固化法利用石油開采技術(shù)，把中放廢液、水泥和添加劑混合灰漿，以高壓（注射壓力約15～30MPa）注入200～400m深的不滲透的頁巖層裂縫中，凝結(jié)固化。大體積澆注水泥固化法低、中放廢物處置場就地進行水泥固化的方法，適用于處置場附近廢物量大的核設(shè)施。移動式水泥固化法適于核設(shè)施分散，廢物點多、量小的地區(qū)，經(jīng)濟實用。國外普遍使用，我國依靠進口。2021/10/1057水泥固化技術(shù)指標(biāo)

浸出率水泥固化產(chǎn)品浸出率較高，按其幾何表面計算可高達10-2g／cm2·d。廢物包容量鹽灰比大，包容廢物量大，但產(chǎn)品機械強度降低。鹽灰比一般為0.15～0.3，最高可達0.5。機械強度國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定≯7MPa。機械強度低的產(chǎn)品易崩裂，表面積增大，導(dǎo)致環(huán)境污染。水灰比水灰比大，凝固時間加長，機械強度低，可能殘留水分未被完全凝固。

2021/10/1058（2）瀝青固化原理放射性廢液與瀝青皂化反應(yīng)。

適用低、中放射性蒸發(fā)殘液、化學(xué)沉淀物、焚燒爐灰分等2021/10/1059瀝青固化物滲透性和水溶解度很低；與絕大多數(shù)環(huán)境條件兼容；核素浸出率低，減容大，經(jīng)濟。瀝青中不能添加強氧化劑；固化溫度不能過高（180～230℃），否則固化體可能燃燒。優(yōu)點缺點（2）瀝青固化2021/10/1060高溫熔化蒸發(fā)法

機械乳化法

化學(xué)乳化法

瀝青固化基本方法

2021/10/1061高溫熔化蒸發(fā)法

圖5-7刮板薄膜蒸發(fā)器瀝青固化流程示意圖2021/10/1062

機械乳化法

圖5-8雙螺桿擠壓機的暫時乳化法瀝青固化流程

2021/10/1063

化學(xué)乳化法

常溫下放射性廢物與乳化瀝青混合加熱，使水分和易揮發(fā)有機組分蒸發(fā)，脫水干燥后的混合物排入廢物容器，冷卻硬化成瀝青固化體。優(yōu)點：乳化瀝青在常溫下能順利流動，低溫蒸發(fā)使瀝青降解達到最低限度，相當(dāng)?shù)偷臄嚢杷俣燃纯蛇_到充分混合。缺點：不適于處理含硝酸鹽和亞硝酸鹽的廢物。2021/10/1064瀝青固化技術(shù)指標(biāo)

浸出率直餾瀝青固化產(chǎn)品浸出率低；混合均勻、孔隙度小的產(chǎn)品浸出率較低；堿性固化的浸出率較低。輻照穩(wěn)定性輻照影響隨瀝青類型、所摻入廢物的性質(zhì)和數(shù)量、以及累積吸收劑量和劑量率而變化。減容比瀝青固化廢物體積一般減小。提高產(chǎn)品含鹽量，減容比增大，但易使瀝青硬化，粘度增加。2021/10/1065（3）塑料固化放射性廢物濃縮物（如樹脂、泥漿、蒸殘液、焚燒灰等）摻入有機聚合物而固化的方法。

用于廢物處理的聚合物有脲甲醛、聚乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物(用于蒸殘液)，環(huán)氧樹脂(用于廢離子交換樹脂)，聚酯，聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。

2021/10/1066水與放射性組分可一同摻入聚合物；對可溶性鹽有很高的摻和效率；固化體浸出率低；固化體體積小，密度小，不可燃。某些有機聚合物能被生物降解；固化物老化破碎可能造成二次污染；固化材料價格貴。

優(yōu)點缺點（3）塑料固化2021/10/1067（4）玻璃固化以玻璃原料為固化劑與高放廢物混合，高溫(900～1200℃)蒸發(fā)、煅燒、熔融、燒結(jié)，裝桶后經(jīng)退火處理成玻璃固化體。原理類似的高放固化工藝陶瓷固化:添加粘土頁巖人工合成巖固化:添加鋯、鈦、鋇、鋁氧化物。2021/10/1068放射性浸出率很低。高放廢液玻璃固化溫度高；放射性核素揮發(fā)量大設(shè)備腐蝕極為嚴重技術(shù)難度大，處理成本高。優(yōu)點缺點（4）玻璃固化2021/10/1069間歇式進料法

連續(xù)式進料法

玻璃固化基本方法

2021/10/1070

間歇式進料法

高放廢液和玻璃原料一起加入罐內(nèi)，蒸發(fā)、煅燒、熔融成玻璃，澆注入貯存容器中，固化罐繼續(xù)循環(huán)使用；熔融玻璃在固化罐內(nèi)凝固后運去貯存庫貯存，是棄罐方式。罐式玻璃固化法2021/10/1071

連續(xù)式進料法

高放廢液與硼酸鹽微珠混合后連續(xù)加入陶瓷（或金屬）電熔爐，高溫蒸發(fā)脫水、煅燒、1100～1150℃保溫數(shù)小時，經(jīng)退火處理得高放廢物玻璃固化體。另一種是將蒸發(fā)、煅燒過程與熔融過程分別在煅燒爐和熔融爐內(nèi)完成。2021/10/1072

連續(xù)式進料法

圖5-9硼酸鹽玻璃固化流程

2021/10/1073（二）減容技術(shù)目的：減少體積，降低廢物包裝、貯存、運輸和處置的費用。

1.壓縮

2.焚燒2021/10/1074原理依靠機械力作用，使廢物密實化，減少體積。

1.壓縮

優(yōu)點操作簡單，設(shè)備投資和運行成本低；在核電廠應(yīng)用相當(dāng)普遍。缺點減容倍數(shù)比較低(2～10)。2021/10/1075常規(guī)壓縮超級壓縮

壓縮基本方法

2021/10/1076

常規(guī)壓縮

將裝滿可壓縮固體廢物的標(biāo)準(zhǔn)金屬圓桶（一般為220L）放置在擠壓機平臺上，由液壓將擠壓機圓盤壓進金屬桶，重復(fù)多次直到金屬桶裝滿為止。液壓擠壓機的工作壓力1～100MPa體積減縮因子約為5每金屬桶約可裝100kg的固體廢物。2021/10/1077

超級壓縮

金屬、混凝土、橡膠制品和玻璃等重的廢物用超級壓縮機可壓至密度約2500kg/m3。超級壓縮機的高端壓力>100MPa。廢物類型減容因子壓塊密度/kg·m-3金屬廢屑4～53200—4000重廢物的混合物3.5～51600—2400輕廢物的混合物2.5～3.5800—1280塑料制品2～3800—1120

表5-9超級壓縮的減容情況

2021/10/1078原理將可燃性廢物氧化處理成灰燼(或殘渣)。優(yōu)點減容比大(10～100倍);可使廢物向無機化轉(zhuǎn)變，免除熱分解、腐爛、發(fā)酵和著火等危險;可回收钚、鈾等有用物質(zhì)。

2.焚燒2021/10/1079干法焚燒濕法焚燒

焚燒基本方法

2021/10/1080對放射性廢物焚燒，要求采用專門設(shè)計的焚燒爐；爐內(nèi)維持一定負壓；配置完善的排氣凈化系統(tǒng)；焚燒灰渣應(yīng)進行固化處理或直接裝入高度整體性容器中進行處置。注意2021/10/1081圖5-10典型的焚燒爐及其廢氣凈化系統(tǒng)示意圖2021/10/1082二、放射性廢液處理技術(shù)

●放射性廢液處理技術(shù)低、中放廢液高放廢液絮凝沉淀、蒸發(fā)、離子交換（或吸附）和膜技術(shù)(如電滲析、反滲透、超濾膜)蒸發(fā)濃縮后貯存在雙壁不銹鋼貯槽中。2021/10/1083表5-10常用放射性廢液處理技術(shù)的去污系數(shù)處理技術(shù)去污系數(shù)使用對象絮凝沉淀、吸附1~10低、中放廢液，洗衣、淋浴水蒸發(fā)103~106低、中放廢液，高放廢液離子交換10~100低、中放廢液（低含鹽量）反滲透10~40低、中放廢液，洗衣、淋浴水2021/10/1084圖5-11典型放射性廢水處理工藝流程2021/10/1085（一）絮凝沉淀（二）

蒸發(fā)

（三）膜分離和過濾（四）離子交換和吸附二、放射性廢液處理技術(shù)

●2021/10/1086（一）絮凝沉淀簡便，成本低廉；可同時去除懸浮物、膠體、常量鹽，有機物和微生物等；與其他方法聯(lián)用作為預(yù)處理方法。優(yōu)點放射性去除效率較低（50％～70％）；去污因數(shù)最多只有10左右;產(chǎn)生含大量放射性的污泥。缺點2021/10/1087凈化效率較高，一般去污系數(shù)(DF)可達到105;可回收有用的化學(xué)物質(zhì)（如硝酸等）。優(yōu)點不適合處理含易起泡物質(zhì)和易揮發(fā)核素如Ru，I)廢水；蒸發(fā)耗能大；處理費用較高。缺點（二）蒸發(fā)

2021/10/1088（二）蒸發(fā)

圖5-12美國漢福特廠蒸發(fā)處理放射性廢水系統(tǒng)2021/10/1089過程簡單、無相變、分離系數(shù)較大；節(jié)能高效；可在常溫下連續(xù)操作。特點（三）膜分離和過濾

1.膜分離技術(shù)

2021/10/1090分類

反滲透微濾和超濾有效去除含高鹽分廢液中放射性核素去除廢液中不溶物或膠體微粒上的放射性組分。

1.膜分離技術(shù)

電滲析適于廢水中放射性離子去除，不適于膠體粒子去除。2021/10/1091圖5-13反滲透裝置流程4～10MPa

.能量回收水輪機.鹽水槽淡化水槽pH調(diào)整裝置過濾裝置過濾泵反滲透器高壓泵酸注入器氯滅菌裝置原液脫氧器

1.膜分離技術(shù)

2021/10/1092圖5-14典型過濾器的組成2.過濾技術(shù)

2021/10/1093（四）離子交換和吸附放射性核素陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰、陽混合樹脂185W91Y46Sc89Sr140Ba-140La137Cs115Cd95Zr-95Nb12.0～16.086.0～93.195.7～97.299.1～99.898.3～99.099.898.558.0～75.097.2～99.294.2～98.598.8～99.05.0～7.036.0～42.09.0096.4～99.998.997.6～98.798.5～98.799.95～99.9799.5～99.699.899.290.9～99.4表5-11離子交換樹脂去除單一放射性核素的效果

2021/10/1094（三）離子交換和吸附圖5-15典型的離子交換流程2021/10/1095三、放射性廢氣處理技術(shù)●（一）放射性粉塵的處理（二）放射性氣溶膠的處理

（三）放射性氣體的處理（四）碘同位素的處理（五）廢氣的排放2021/10/1096除塵設(shè)備

機械式除塵器過濾式除塵器去除粒徑大于60μm的粉塵顆粒。去除粉塵粒徑小于10μm；凈化氣粉塵濃度為1～2mg/m3。濕式除塵器去除粒徑10～6μm的粉塵顆粒；凈化氣粉塵濃度≯100mg/m3。（一）放射性粉塵的處理電除塵器微米粒徑去除率99％以上。2021/10/1097（二）放射性氣溶膠的處理

高效微?？諝膺^濾器（HEPA）廣泛用于核設(shè)施內(nèi)的干式過濾器；有效捕集粒徑＜0.3μm放射性氣溶膠粒子；去除效率＞99.97％；一次使用失效后即行廢棄；在HEPA過濾器之前要安裝預(yù)過濾器，以除去廢氣中的大顆粒固體。

2021/10/1098（三）放射性氣體的處理吸附法

活性炭滯留床低溫分餾裝置對85Kr、133Xe有良好吸附選擇性對85Kr的回收率大于99％。液體吸收裝置使用致冷劑吸收溶解度較高的惰性氣體。貯存衰變對短壽命放射性核素有效、經(jīng)濟去除。2021/10/1099（四）碘同位素的處理碘同位素（131I、129I）是放射性廢氣中主要的揮發(fā)性放射性核素；活性炭吸附器既能吸附元素碘(I2)，又能吸附有機碘(如CH3I)；從濕空氣中去除有機碘，活性炭須用碘化鉀或三乙烯二胺(TEDA)浸漬處理。2021/10/10100放射性廢氣凈化達標(biāo)后，一般通過高煙囪(60～150m)稀釋擴散排放；選擇有利的氣象條件排放；排放口要設(shè)置連續(xù)監(jiān)測器。（五）廢氣的排放2021/10/10101設(shè)備顆粒物質(zhì)揮發(fā)性釕碘NO2NO旋風(fēng)分離器101111文丘里洗滌塔100～60010221冷凝器100～1000200121NOx吸收塔10102051填充噴霧塔1000100141轉(zhuǎn)化塔24001001硅膠柱8100011100碘塔1150011燒結(jié)金屬過濾器10001111HEPA10001111表5-12核工業(yè)中常用的廢氣凈化設(shè)備的DF2021/10/10102圖5-16典型的放射性廢氣處理流程圖

2021/10/10103一、概述

●二、化學(xué)去污技術(shù)

三、機械去污技術(shù)四、其他去污新技術(shù)●●●第五節(jié)放射性污染去污技術(shù)2021/10/10104一、概述

●放射性污染放射性物質(zhì)沉積在材料、結(jié)構(gòu)物或設(shè)備表面。種類機械沾污

物理吸附

化學(xué)吸附2021/10/10105一、概述

●（一）去污的定義（二）

去污的目的

（三）核設(shè)施去污技術(shù)的選擇原則

2021/10/10106（一）

去污的定義放射性去污用化學(xué)或物理方法除去沉積在核設(shè)施結(jié)構(gòu)、材料或設(shè)備內(nèi)外表面上的放射性物質(zhì)。評價指標(biāo)去污系數(shù)DF

（5-15）

去污率DE

（5-16）

A0、Ai分別為去污前和i次去污后放射性核素的活度,Bq2021/10/10107（二）

去污的目的

No去污類別目的①為運行管理和檢修去污在合理的范圍內(nèi)，降低運行和檢修工作人員總的放射性照射②為退役進行的去污便于手動拆卸技術(shù)的使用③為廢物治理進行的去污降低污染水平，使產(chǎn)生的廢物能作為放射性較低的廢物進行處理和處置④為長期監(jiān)護進行的去污減少監(jiān)護貯存方式中殘余放射源的數(shù)量，或縮短監(jiān)護貯存周期⑤為環(huán)境整治進行的去污出于政治或公眾健康和安全的原因，使場地和設(shè)施恢復(fù)到不受限制使用的狀態(tài)⑥為其它目的進行的去污如經(jīng)濟目的（回收利用設(shè)備和材料），事故處理等。2021/10/10108（三）核設(shè)施去污技術(shù)的選擇原則

效益方面

技術(shù)方面

輻射安全

去污效率

經(jīng)濟效益

廢物最少化

化學(xué)去污

機械去污

電拋光去污

超聲去污2021/10/10109二、化學(xué)去污技術(shù)

●化學(xué)去污用化學(xué)方法去除沉積在部件內(nèi)外表面上放射性物質(zhì)。適用范圍無損傷管道系統(tǒng)的遠距離去污；大面積區(qū)域(如地面和墻壁)的有效去污；人難以接近的表面去污。2021/10/10110二、化學(xué)去污技術(shù)

●（一）化學(xué)去污的優(yōu)缺點（二）

化學(xué)去污常用試劑

（三）

化學(xué)去污常用工藝

2021/10/10111（一）化學(xué)去污的優(yōu)缺點試劑易得，去污快，效率高，操作簡單、可遠程遙控產(chǎn)生放射性廢氣較少，清洗液可處理回收。

粗糙多孔表面去污率低清洗液體積大組分復(fù)雜腐蝕和安全問題試劑貯存和收集設(shè)施去污成本較高。優(yōu)點

缺點2021/10/10112（二）

化學(xué)去污常用試劑

分類

按化學(xué)去污試劑的性質(zhì)和類型分

水（水蒸氣）、酸、堿、鹽或絡(luò)合劑、氧化劑和還原劑、去垢劑和表面活性劑等；按對去污對象的腐蝕性分非腐蝕性、低腐蝕性和強腐蝕性化學(xué)去污劑2021/10/10113常用試劑原理優(yōu)缺點舉例水（水蒸氣）可溶解化學(xué)物質(zhì)或浸蝕和沖洗表面上的松散碎渣，能用于所有的無孔表面優(yōu)點:價廉、易得、無毒、無腐蝕性，與大多數(shù)放射性廢物系統(tǒng)相容；缺點:易使放射性污染物擴散而難以控制水,水蒸汽無機酸及酸鹽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優(yōu)點：去污快而有效,酸鹽的使用增加了酸去污的廣泛性；缺點：腐蝕性強。