第5部分：低中放固体废物减容技术

1、放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学矫彩山矫彩山第第5章固体废物减容技术章固体废物减容技术必要性必要性 体积大：体积大：低中放固体废物约占所有固体放射性废物总体积低中放固体废物约占所有固体放射性废物总体积90 节约处置费用：节约处置费用：活度低，且不含或只含极少量的长寿命超铀核活度低，且不含或只含极少量的长寿命超铀核素，一般要求近地表处置。素，一般要求近地表处置。废物类型及减容技术废物类型及减容技术 废物类型废物类型废废 物物 材材 质质可选择的减容技术可选择的减容技术可压缩、可压实、可燃废物可压缩、可压实、可燃废物污染纸张、工作服、手套、橡污染纸张、工作服、手

2、套、橡胶胶、塑料、塑料和废树脂等和废树脂等压缩，焚烧，湿法氧化压缩，焚烧，湿法氧化可压实、不可燃废物可压实、不可燃废物玻璃管、金属管、废过滤器、玻璃管、金属管、废过滤器、水泥块等水泥块等压缩，等离子体熔融压缩，等离子体熔融不可压实、不可燃废物不可压实、不可燃废物金属块（铅罐等）金属块（铅罐等）等离子体熔融等离子体熔融混合废物混合废物多种物料混合，非单一材质多种物料混合，非单一材质压缩，等离子体熔融压缩，等离子体熔融压缩减容技术压缩减容技术优点优点技术比较成熟，简便易行；技术比较成熟，简便易行；投资少、运行费用低；投资少、运行费用低；不产生二次废物。不产生二次废物。注意事项注意事项废物分类预处理

3、，提高减容效果，避免自燃或爆炸；废物分类预处理，提高减容效果，避免自燃或爆炸；在压缩机底部应设置托盘，收集挤压出的液体；在压缩机底部应设置托盘，收集挤压出的液体；配备合适的尾气处理系统，处理挤压过程产生的气溶胶；配备合适的尾气处理系统，处理挤压过程产生的气溶胶；设置屏蔽措施，或远距离操作，减少人员所受的辐射剂量；设置屏蔽措施，或远距离操作，减少人员所受的辐射剂量；注意压缩废物的反弹。注意压缩废物的反弹。压缩减容技术压缩减容技术低压压实技术低压压实技术低压压实技术低压压实技术压力压力减容因子减容因子技术特点技术特点真空压实真空压实大气压大气压2适合适合密封和压实低放固体废物和毒性废密封和压实低放

4、固体废物和毒性废物，可在废物产生的地方直接使用物，可在废物产生的地方直接使用桶内压实桶内压实1005000kN35技术技术成熟，成熟，废物处理废物处理能力大能力大，可达，可达4000m3/a，大体积废物压实前需，大体积废物压实前需剪切剪切带桶压实带桶压实1001500t与处理对象与处理对象及操作有关及操作有关可直接处理可压实废物，也可处理经桶可直接处理可压实废物，也可处理经桶内压实处理后的内压实处理后的废物废物箱压实箱压实与设备及操与设备及操作有关作有关与处理对象与处理对象及操作有关及操作有关适应大的物体，可装容适应大的物体，可装容更更多多的的废物，可废物，可双向压实废物双向压实废物打包压实打

5、包压实与设备及操与设备及操作有关作有关与处理对象与处理对象及操作有关及操作有关可三向压实废物，适用处理大体积的物可三向压实废物，适用处理大体积的物体体，处理，处理后的废物不适合最终处置后的废物不适合最终处置螺杆挤出压实螺杆挤出压实与设备及操与设备及操作有关作有关与处理对象与处理对象及操作有关及操作有关适合处理塑料含量在适合处理塑料含量在40%50%wt废物废物，可处理可处理/废物，对废物，对废物处理要慎重废物处理要慎重压缩减容技术压缩减容技术超级压实技术超级压实技术 压力压力10MN以上，处理后废物密度以上，处理后废物密度10003500 kg/m3，减容比大减容比大废物类型废物类型减容比减容

6、比压饼占原始废物体积比例压饼占原始废物体积比例沙子沙子1.377%碎块（砖块、水泥块）碎块（砖块、水泥块）2.245%焚烧灰渣焚烧灰渣2340%玻璃瓶玻璃瓶5.228%金属碎片金属碎片6715%金属切割断头金属切割断头6715%绝热材料（玻璃纤维）绝热材料（玻璃纤维）166.3%桶内压缩和超级压缩示意图桶内压缩和超级压缩示意图 桶内压缩桶内压缩 压缩机压盘压力与桶装废物被压缩程度的关系压缩机压盘压力与桶装废物被压缩程度的关系超级压缩超级压缩 一种典型的超级压缩机结构示意图一种典型的超级压缩机结构示意图混合金属碎片在超级压缩前后的状况混合金属碎片在超级压缩前后的状况超级压缩超级压缩 特种废物热压

7、减容特种废物热压减容 废树脂热压处理工艺过程示意图废树脂热压处理工艺过程示意图废树脂桶废树脂桶油浴，可加油浴，可加热至热至160螺杆混合螺杆混合推进器推进器加入聚合物添加剂加入聚合物添加剂可提高废树脂压实可提高废树脂压实后的黏结性能后的黏结性能焚烧减容技术焚烧减容技术优点优点 （1）废物的减容比高，对于不同密度的可燃废物，其减容比）废物的减容比高，对于不同密度的可燃废物，其减容比可达可达20120，相对来讲，废树脂的减容比较低，但仍可达，相对来讲，废树脂的减容比较低，但仍可达1520； （2）焚烧过程产生的二次废物（灰渣）具有良好的热稳定性）焚烧过程产生的二次废物（灰渣）具有良好的热稳定性，适

8、于后续的固定化处理和处置，甚至有些燃烧过程所产生的废，适于后续的固定化处理和处置，甚至有些燃烧过程所产生的废物形式可直接满足处置要求，无需再另行处理；物形式可直接满足处置要求，无需再另行处理； （3）焚烧法适于连续运行，处理能力大，一座大型焚烧炉每）焚烧法适于连续运行，处理能力大，一座大型焚烧炉每天可处理天可处理10t以上的可燃废物。以上的可燃废物。焚烧减容技术焚烧减容技术缺点缺点 （1）工艺技术复杂，设备投资和运行费用都比较高，且焚烧）工艺技术复杂，设备投资和运行费用都比较高，且焚烧炉需要连续运行，如果产生的需要焚烧的废物量不多，则经济性炉需要连续运行，如果产生的需要焚烧的废物量不多，则经济

9、性较差；较差；（2）对焚烧法的公众接受度较差，因为在有机物焚烧过程中，）对焚烧法的公众接受度较差，因为在有机物焚烧过程中，可能会产生环境毒物二噁英及呋喃等；可能会产生环境毒物二噁英及呋喃等；（3）焚烧含氯、磷或硫等废物时，生成的无机酸等物质会加剧）焚烧含氯、磷或硫等废物时，生成的无机酸等物质会加剧设备的腐蚀。设备的腐蚀。（4）焚烧尾气必须经过严格的净化处理，以免对环境造成影响）焚烧尾气必须经过严格的净化处理，以免对环境造成影响焚烧减容技术焚烧减容技术焚烧炉焚烧炉 焚烧炉类型焚烧炉类型操作特性操作特性运行温度运行温度处理的废物处理的废物流化床焚烧炉流化床焚烧炉可在较低温度下运行，引起可在较低温度

10、下运行，引起NOx和挥和挥发性金属释放可能性小，灰烬结块几发性金属释放可能性小，灰烬结块几率低，辅助燃料需求量少，允许处理率低，辅助燃料需求量少，允许处理低热值废物低热值废物760871.1气体、液体、固气体、液体、固体废物体废物旋转焚烧炉旋转焚烧炉炉的旋转和倾斜有助于废物和助燃空炉的旋转和倾斜有助于废物和助燃空气的混合，又促进了在废物和热火焰、气的混合，又促进了在废物和热火焰、耐热材料之间的热量转移，并且通过耐热材料之间的热量转移，并且通过旋转移动废物旋转移动废物通常为通常为815.5但造渣炉运行温度在灰但造渣炉运行温度在灰烬的熔点烬的熔点(1426.71537.8)以上，以便能产生熔融的以

11、上，以便能产生熔融的灰渣灰渣液体或固体可燃液体或固体可燃危险废物危险废物固定床焚烧炉固定床焚烧炉包括主燃烧室和后燃烧室，前者为控包括主燃烧室和后燃烧室，前者为控制空气焚烧室，发生废物分解和部分制空气焚烧室，发生废物分解和部分燃烧反应；后者为空气过量燃烧室，燃烧反应；后者为空气过量燃烧室，燃烧上一室来的分解有机物等燃烧上一室来的分解有机物等主燃烧室主燃烧室982.2后燃烧室后燃烧室1093.3固体或液体废物固体或液体废物焚烧减容技术焚烧减容技术焚烧炉焚烧炉 焚烧炉类型焚烧炉类型操作特性操作特性运行温度运行温度处理的废物处理的废物热解焚烧炉热解焚烧炉在热解的低温、低氧条件下，在热解的低温、低氧条件

12、下，钌钌和铯和铯等挥发性核素大都保留在热等挥发性核素大都保留在热解反应器里。解反应器里。热解温度热解温度500550热解产物焚烧温度不热解产物焚烧温度不低于低于900液体或固体有液体或固体有机废物机废物，宜，宜处处理理中放废物，中放废物，去污系数高去污系数高过量空气焚过量空气焚烧炉烧炉产生废气产生废气质量差，夹带未燃烧的质量差，夹带未燃烧的固体颗粒，废气成分波动范围大。固体颗粒，废气成分波动范围大。8001000液体和固液体和固体废物体废物熔渣焚烧炉熔渣焚烧炉废物经过热解区去高温区，热解废物经过热解区去高温区，热解残渣在高温区被熔化，最后被重残渣在高温区被熔化，最后被重力送到另一室内，并被骤冷

13、成高力送到另一室内，并被骤冷成高度不可溶解的玄武岩炉渣。度不可溶解的玄武岩炉渣。1450固体废物固体废物流化床煅烧处理高放废液示意图流化床煅烧处理高放废液示意图法国高放废液回转煅烧玻璃熔制工艺示意图法国高放废液回转煅烧玻璃熔制工艺示意图奥地利奥地利Seibersdorf研究中心的过量空气焚烧炉系统示意图研究中心的过量空气焚烧炉系统示意图 法国法国Centraco焚烧装置示意图焚烧装置示意图加拿大加拿大OPG焚烧装置示意图焚烧装置示意图焚烧减容技术焚烧减容技术新型焚烧技术及其发展动态新型焚烧技术及其发展动态 趋向于一炉多用，即可焚烧固体物质、废树脂等固体废物，也趋向于一炉多用，即可焚烧固体物质、

14、废树脂等固体废物，也可焚烧有机废液等液体废物。可焚烧有机废液等液体废物。 1.发展多功能焚烧炉；发展多功能焚烧炉；2.开发焚烧灰固化技术，如微波熔融、高频熔融技术等；开发焚烧灰固化技术，如微波熔融、高频熔融技术等；3.开发灰渣可直接处置、运行加入少量不可燃固体废物的高温开发灰渣可直接处置、运行加入少量不可燃固体废物的高温熔渣炉；熔渣炉；4.开发安全性能好，可方便回收钚的开发安全性能好，可方便回收钚的废物焚烧技术。废物焚烧技术。焚烧减容技术焚烧减容技术等离子体焚烧技术等离子体焚烧技术 已在处理各种金属或玻璃状炉渣的实践中获得很多成功经验，已在处理各种金属或玻璃状炉渣的实践中获得很多成功经验，是一

15、种很有前途的放射性废物焚烧处理技术。是一种很有前途的放射性废物焚烧处理技术。主要优点是：主要优点是：1.工艺设计非常紧凑，控制灵活，自动化程度高；工艺设计非常紧凑，控制灵活，自动化程度高；2.可适用于多种固体可适用于多种固体/液体废物的减容处理；液体废物的减容处理； 3.可在一步操作中完成分解和熔融等过程，且产生的熔渣可适于可在一步操作中完成分解和熔融等过程，且产生的熔渣可适于直接进行处置；直接进行处置；4.无需对废物进行分选等预处理，全部废物装筒后可直接处理。无需对废物进行分选等预处理，全部废物装筒后可直接处理。其它减容技术其它减容技术熔融减容技术熔融减容技术 最常用的方法是等离子体弧和冷坩

16、埚熔融技术等将金属、各种最常用的方法是等离子体弧和冷坩埚熔融技术等将金属、各种焚烧灰、混凝土、水泥、保温材料等各种不燃性固体废物直接或焚烧灰、混凝土、水泥、保温材料等各种不燃性固体废物直接或间接加热熔融的减容处理技术。间接加热熔融的减容处理技术。熔盐氧化处理技术熔盐氧化处理技术 熔盐氧化熔盐氧化(MSO)是一种无焰热分解过程，废物在是一种无焰热分解过程，废物在500950 熔熔盐池中被氧化，生成二氧化碳、氮气和水等，最终产物为滞留了盐池中被氧化，生成二氧化碳、氮气和水等，最终产物为滞留了放射性核素的金属和其它无机物的盐渣。放射性核素的金属和其它无机物的盐渣。 优点是成本较低，尾气量较少，基本不

17、含二噁英、呋喃及氮氧优点是成本较低，尾气量较少，基本不含二噁英、呋喃及氮氧化物等物质。化物等物质。 主要缺点是该技术所需投资费用较高，废物处理中产生的盐渣主要缺点是该技术所需投资费用较高，废物处理中产生的盐渣需要特殊的技术进行整备。需要特殊的技术进行整备。其它减容技术其它减容技术湿法氧化及生物处理技术湿法氧化及生物处理技术 磷酸磷酸/硝酸湿法氧化体系可分解塑料和树脂等有机固体废物，分硝酸湿法氧化体系可分解塑料和树脂等有机固体废物，分解过程不产生二噁英和呋喃等环境危险物质，减容比可达解过程不产生二噁英和呋喃等环境危险物质，减容比可达20100。 Fenton试剂氧化法处理有机固体废物具有条件比较

18、温和，对设试剂氧化法处理有机固体废物具有条件比较温和，对设备材料要求不高，尾气产生量小且易于处理等优点而受到人们重备材料要求不高，尾气产生量小且易于处理等优点而受到人们重视。该技术处理废离子交换树脂的研究表明，树脂的分解可达视。该技术处理废离子交换树脂的研究表明，树脂的分解可达98%，且生成的残渣易于固化处理。，且生成的残渣易于固化处理。 美国美国Los Alamos国家实验室建立了一套处理国家实验室建立了一套处理污染废物的超临界污染废物的超临界水氧化系统，废物包括废溶剂、碎布、废过滤器和废树脂等。水氧化系统，废物包括废溶剂、碎布、废过滤器和废树脂等。 利用筛选或培养的特殊菌种也可将有机固体废物全部或部分分利用筛选或培养的特殊菌种也可将有机固体废物全部或部分分解掉，达到减容处理的