CN102201272A

CN102201272A - 含有放射性废弃物的处理方法

Info

Publication number: CN102201272A
Application number: CN2011100787456A
Authority: CN
Inventors: 张喜华; 王武尚; 秋实; 张德志; 师全林; 何文新
Original assignee: Northwest Institute of Nuclear Technology
Current assignee: Huanchuang Xiamen Technology Co ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102201272B

Abstract

本发明涉及一种含有放射性废弃物的处理方法，该方法包括以下步骤：1)将含有放射性废弃物加热处理，得到含有微量¹³⁴Cs或¹³⁷Cs核素的炙热气体以及脱水或碳化后的固态废弃物；脱水或碳化后的固态废弃物用核废料处置容器或水泥封存；含有个别微量核素的炙热气体进行步骤2)；2)对含有个别微量核素的炙热气体进行急冷萃取。本发明提供了一种可制作成移动式处理设备、减少存储空间、对环境污染小以及存储费用低的含有放射性废弃物的处理方法。

Description

含有放射性废弃物的处理方法

技术领域

本发明涉及一种废弃物的处理方法，尤其涉及一种含有放射性废弃物的处理方法。

背景技术

核电作为一种高效、清洁的能源日益受到人们的重视和利用，截止2010年，我国大陆就有13台核电机组在投入运营，在建的24台机组也将先后投入商业运营。核电在给人们带来巨大经济利益的同时，其在工作过程中产生的工艺性废物和技术性废物都具有一定的放射性比活度，必须经过一定的技术措施处理后方可存放，如果处理或存放不当，在遭受例如地震、恐怖袭击等自然或人为破坏时造成的放射性污染将会给人们带来灾难性的后果。目前对这些含有放射性废弃物进行处理时，通常是采用水泥固化或者等离子焚烧的方式。对于水泥固化方式而言，含有放射性的废弃物直接经过压缩后，用水泥封存，其增容比甚至达到了1∶6.6，不仅存储费用高、占用存储空间大，而且受到经费和存储空间等等挑战。对于等离子焚烧方式而言，经过对含有放射性废弃物进行焚烧和过滤，虽然在很大程度上能够缓解存储空间，存储费用也相应降低，但由于目前这种焚烧方式结构非常庞大，除投资强度大外，其固定式结构带来了各电站含有放射性废弃物必须转运到减容处理中心的弊端，无形中增加了核素外散的可能，并且由于加热方式的限制，使得放射性废弃物中的核素在焚烧时形成气溶胶随热气流飘移，在增加尾气处理难度的同时也增加了处理的投入和压力，有可能进一步导致二次或多次污染。

对具有放射性的核废物进行减容处理以降低存储费用，减少存储、保管和社会压力具有非常积极社会意义和良好的经济效益。在放射性废物减容过程中，如果对废物中的放射性核素处理不当，将会带来环境的污染和对人体的伤害，即使在日常城市废物处理中，焚烧产生的二噁英对环境的污染也不容小视。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可制作成移动式处理设备、减少存储空间、对环境污染小以及存储费用低的含有放射性废弃物的处理方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放射性废弃物的处理方法，其特殊之处在于：所述含有放射性废弃物的处理方法包括以下步骤：

步骤1)将含有放射性废弃物进行控制性加热处理，得到仅含有微量¹³⁴Cs或¹³⁷Cs的核素的炙热气体以及脱水或碳化后的固态废弃物；所述脱水或碳化后的固态废弃物用核废料处置容器或水泥封存，例如用本申请人的中国专利《高整体核废料处置容器》(ZL 2010 2 0301564.6)封存；所述含有个别核素的炙热气体进行步骤2)；

步骤2)对含有个别核素的炙热气体进行急冷萃取。

上述步骤2)的急冷萃取的条件是在0.5min～1.5min之内将含有个别核素的炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下。

上述步骤2)之后还包括：

步骤3)对经过步骤2)所得到的含有个别核素的气体进行过滤。

上述步骤3)中进行的过滤是一次或多次。

上述含有放射性废弃物的处理方法是在真空环境中进行的。

上述步骤1)的具体实现方式是：

步骤1.1)将含有放射性废弃物进行定向加热；

步骤1.2)对步骤1.1)中的加热过程进行温度控制，得到含有个别微量核素的炙热气体以及碳化后的固态废弃物。

上述步骤1.1)的加热方式最好是微波加热，当然也可以是电加热、油加热、热蒸汽加热或者红外加热。

上述步骤3)中采用过滤的方式是核级高效过滤器、活性炭过滤或碳纤维过滤方式。

上述含有放射性废弃物的形态是固态或液态。

本发明的优点是：

本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放射性废弃物的处理方法，该方法利用微波的加热具有穿透能力强和体积加热的特点取代国外在放射性废物干燥过程中采用的电、油、热蒸汽或红外加热方式，实现了压水蒸发技术手段，避免了除¹³⁷Cs、¹³⁴Cs外其它核素由于加热时水的沸腾对放射性核素及气溶胶的带出；利用微波具有选择性加热和热惯性小的特点，通过计算机闭环控制有效的将除¹³⁷Cs、¹³⁴Cs外的其它核素和二噁英控制在了其转捩点以下(温控)，从而有效的避免了其它核素从废物中的淤出和二噁英的生成；列管式冷阱可以将含有微量¹³⁷Cs、¹³⁴Cs气溶胶的炙热气体在0.5到1.5分钟之内将温度从120℃急速降到17℃以下，实现了对核素的截留，同时该工艺过程具有调节尾气和残液PH值的技术措施；核级高效过滤器、活性炭过滤器和冷凝器的组合，可以保证尾气和残液的达标排放。本发明涉及采用一种组合工艺在放射性废物减容过程中对放射性核素及有害元素二噁英进行控制的新技术，特别是对放射性废物中⁹⁰Sr、¹³⁷Cs、¹³⁴Cs、⁶⁰Co、²³⁸Pu、²⁴¹Am及可燃核废物碳化过程中二噁英生成的控制技术和工艺，具有可制作成移动式处理设备、减少存储空间、对环境污染小以及制作成本低、存储费用低的优点。

具体实施方式

本发明提供了一种可制作成移动式处理设备对含有放射性废弃物的处理方法，当然，该方法并不局限于移动式的处理设备，固定式的也是可以的。该方法是根据各种核素和物质生存或者生成都有一定的条件而进行的，如半衰期17.53年的⁹⁰Sr、溶点770℃、沸点1382℃，半衰期30年的¹³⁷Cs、溶点28.44℃、沸点671℃，半衰期2.062年的¹³⁴Cs、溶点28.4℃、沸点678.4℃，半衰期5.26年的⁶⁰Co、溶点1495℃、沸点2927℃，半衰期87.8年的²³⁸Pu、溶点640℃、沸点3234℃，半衰期458年的²⁴¹Am、溶点994℃、沸点2607℃。而在标准状态下是无色无味固态物质二噁英，熔点为303～305℃，其在土壤中的半衰期长达9～12年，在人类及动物体内的半衰期为5～10年，平均为7年左右。它在705℃以下非常稳定，常温下不挥发，难以氧化、分解或水解。在300～500℃的温度下，极少部分的一氧化碳和二氧化碳在催化剂的作用下转化为脂肪族的前驱物。如果有氧化铝存在，脂肪族前驱物还可以发生催化反应，生成芳香族的前驱物，芳香族化合物又发生氯代反应产生芳香族前驱物，最后这些前驱物在过渡金属(主要是铜)作催化剂的条件下反应生成二噁英。

本发明所提供的方法包括以下步骤：

1)将含有放射性废弃物进行加热处理，得到含有微量¹³⁴Cs或¹³⁷Cs核素的炙热气体以及脱水或碳化的固态废弃物；加热方式最好采用定向加热方式，例如采用微波定向加热方式；该方法可以处理固态或液态，使用非常的方便，要是处理的对象是固态，直接进行烘干和碳化处理，要是处理的对象是液态，则直接进行脱水和蒸发处理；经过碳化后的固态废弃物直接用高整体核废料处置容器，例如在专利中ZL 201020301564.6所记载的处理容器或水泥封存；将加热后产生的含有个别核素的炙热气体进行步骤2)；步骤1)的具体实现方式是：

步骤1.1)将含有放射性废弃物进行加热，该加热方式可以是电加热、油加热、热蒸汽加热、红外加热或微波加热，优选微波加热；

步骤1.2)对步骤1.1)中的加热过程进行温度控制，得到含有微量个别核素的炙热气体以及碳化后的固态废弃物，实现温度控制的目的就是抑制大部分核素的淤出和二噁英的生成，通过计算机闭环控制有效的将除¹³⁷Cs、¹³⁴Cs外的其它核素和二噁英控制在了其转捩点以下(温控)，从而有效的避免了其它核素从废物中的淤出和二噁英的生成。

本发明与现有技术不同的是除可制作成移动式处理设备取代庞大的等离子焚烧炉外，还在上述步骤1)进行之后，还会有独特的步骤2)，该步骤2)也是本发明的最重要以及最关键的步骤之一：对含有核素的炙热气体进行急冷萃取，急冷萃取的条件可以是例如在0.5min～1.5min之内将含有核素的炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，或者在短时间内炙热气体的温度降至放射性核素的熔点以下，例如铯的熔点以下，这样的目的，不同于现有步骤的过滤，含有放射性核素在经过加热后，往往会形成气溶胶与炙热的气体一起扩散，如果仅仅进行过滤，难免有些核素进一步被排出，导致放射性物质的二次或多次污染，恶化环境。本发明用定向加热、温度控制、压水蒸发这一技术手段将大量的放射性核素控制在原物质中，用急冷萃取技术将含有个别放射性核素的气溶胶的炙热蒸汽在温度骤冷的条件下，直接滞留于冷却液中，可有效的避免使步骤1)所产生的含有核素的气溶胶污染环境。

与此同时，本发明的步骤1)和步骤2)就完全可以实现步骤3)对含有放射性废弃物的处理，为了使得排放的尾气更加干净，本发明还在步骤2)之后增加了对含有核素的气体进行过滤的步骤，该过滤可以是一次或多次，一般取2-3次效果是最好的，这样能更加彻底的净化尾气，使其达标。该过滤的方式是活性炭过滤或碳纤维过滤方式。

作为本发明的另一独特之处，本发明所提供的这种含有放射性废弃物的处理方法是在真空环境中进行的，也就是步骤1)、步骤2)以及步骤3)整体在真空环境中进行，避免了在敞开环境中核素或二噁英的向外扩散。

实施例1：应用本方法将吸水纸在试验前，称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥并碳化，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束的信息。试验结果表明，经该方法处理的吸水纸减重率(M1-M2)/M1＞87％、减容率(m1-m2)/m1＞52％，尾气检测符合国家排放标准。

实施例2：应用本方法将工作服干燥并碳化前称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥并碳化，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束信息。试验结果表明，经该方法处理的后减重率(M1-M2)/M1＞95％、减容率(m1-m2)/m1＞65％，并达到尾气达标排放。

实施例3：应用本方法将淤泥干燥前称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束信息。试验结果表明，经该方法处理的后减重率(M1-M2)/M1＞51％、减容率(m1-m2)/m1＞41％，并达到尾气达标排放。

实施例4：应用本方法将浓缩液干燥前称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束信息。试验结果表明，经该方法处理的后减重率(M1-M2)/M1＞79％、减容率(m1-m2)/m1＞84％，并达到尾气达标排放。

实施例5：应用本方法将树脂干燥并碳化前称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥并碳化，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束信息。试验结果表明，经该方法处理的后减重率(M1-M2)/M1＞80％、减容率(m1-m2)/m1＞82％，并达到尾气达标排放。

实施例6：应用本方法将塑料干燥并碳化前称其重量并测量其体积，分别记为M1和m1，利用微波加热干燥并碳化，称其重量并测量其体积，分别记为M2和m2，并将炙热气体经过急速萃取以及两次过滤，急速萃取的条件是在1min之内将炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下，经检验合格后，排放尾气。温控系统可根据设定值自动断开加热电源并反馈计算机干燥、碳化结束信息。试验结果表明，经该方法处理的后减重率(M1-M2)/M1＞76％、减容率(m1-m2)/m1＞97％，并达到尾气达标排放。

Claims

1.一种含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述含有放射性废弃物的处理方法包括以下步骤：

步骤1)将含有放射性废弃物加热处理，得到含有微量¹³⁴Cs或¹³⁷Cs核素的炙热气体以及脱水或碳化后的固态废弃物；所述脱水或碳化后的固态废弃物用核废料处置容器或水泥封存；所述含有个别微量核素的炙热气体进行步骤2)；

步骤2)对含有个别微量核素的炙热气体进行急冷萃取。

2.根据权利要求1所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤2)的急冷萃取的条件是在0.5min～1.5min之内将含有个别微量核素的炙热气体的温度从120℃急速降到17℃以下。

3.根据权利要求1或2所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤2)之后还包括：

步骤3)对经过步骤2)所得到的含有个别微量核素的气体进行过滤。

4.根据权利要求3所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤3)中进行的过滤是一次或多次。

5.根据权利要求3所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述含有放射性废弃物的处理方法是在真空环境中进行的。

6.根据权利要求1所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：

步骤1.1)将含有放射性废弃物进行定向加热；

7.根据权利要求6所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤1.1)的加热方式是电加热、油加热、热蒸汽加热、红外加热或微波加热。

8.根据权利要求7所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤1.1)的加热方式是微波加热。

9.根据权利要求3所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述步骤3)中采用过滤的方式是核级高效过滤器、活性炭过滤或碳纤维过滤方式。

10.根据权利要求1所述的含有放射性废弃物的处理方法，其特征在于：所述含有放射性废弃物的形态是固态或液态。