第2部分：放射性废气的处理

1、放射性废物处理与处置放射性废物处理与处置20201111年年2 2月月哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学矫彩山矫彩山第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.1放射性废气的来源回顾放射性废气的来源回顾天然放射性核素：天然放射性核素： 氡气、氡气、14C 、3H（ ）人工放射性核素：人工放射性核素：l核试验核试验l反应堆运行反应堆运行u 裂变产物：裂变产物：Kr、I、Tu 活化产物：活化产物：14C、T、41Arl核材料的提取核材料的提取l核燃料生产核燃料生产l乏燃料后处理乏燃料后处理l核废物处理与整备核废物处理与整备l放射性同位素生产放射性同位素生产121413N+ nCH 包括：包括：工艺废气

2、（工艺废气（Off-gas）排风废气排风废气存在形态：存在形态：气体气体气溶胶气溶胶溶解器排气（溶解器排气（Dissolver Off Gas，DOG）工艺容器排气（工艺容器排气（Vessel Off Gas，VOG）第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2放射性废气的处理技术放射性废气的处理技术2.2.1通风法通风法稀释排放法稀释排放法对象对象:矿井、厂房、实验室矿井、厂房、实验室管理管理:气流组织由低污染区流向高污染区。气流组织由低污染区流向高污染区。防止发生逆防止发生逆流和窜流流和窜流绿区绿区橙区橙区红区红区第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.2贮存衰变法贮存衰变法

3、1.加压贮存衰变法加压贮存衰变法对象对象:短寿命气体放射性废物短寿命气体放射性废物ABC Analysis/ Replen Calc/Cycle Count Data Flow加压贮存衰变工艺废气排放或循环 核素的核素的放射性放射性毒性毒性经经10个个T1/2降降至原来的至原来的0.1%，20个个T1/2降至原来降至原来的的110-6。原理原理第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.2贮存衰变法贮存衰变法2.吸附床滞留衰变法吸附床滞留衰变法原理：原理：裂变气体氪和氙在吸附滞留床（延迟床）内的连裂变气体氪和氙在吸附滞留床（延迟床）内的连续吸附、解吸过程中得到足够的滞留时间，降低放射性。

4、续吸附、解吸过程中得到足够的滞留时间，降低放射性。优点：优点：常温、常压运行，无转动部件、废气泄流量小，常温、常压运行，无转动部件、废气泄流量小，操作简单，可靠性高。操作简单，可靠性高。T=kdM/FT平均滞留时间，平均滞留时间，s；M吸附剂重量，吸附剂重量，g；kd动态吸附系数，动态吸附系数，cm3/g；F气体流量，气体流量， cm3/s。通常使用活性通常使用活性炭作为吸附剂炭作为吸附剂2.2.3低温回收法低温回收法对象对象:85Kr、T等核素等核素1.低温吸附法低温吸附法H2O NH3H型丝光沸石型丝光沸石尾气尾气NH3气液分离气液分离干燥干燥预冷预冷活性炭活性炭O2 N2Kr Xe O2

5、 N2Kr Xe O2 N2Kr Xe O2 N2Kr Xe O2 N2H2O NH3加热解吸加热解吸杂质杂质预冷预冷精制精制粗粗KrKr产品产品第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.3低温回收法低温回收法2.低温精馏法低温精馏法CECE+CD法回收氚法回收氚第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法1.干法除尘干法除尘旋风除尘器旋风除尘器袋式过滤器袋式过滤器电除尘器电除尘器 采用玻璃纤维、天然纤维或合成纤采用玻璃纤维、天然纤维或合成纤维做成滤袋，可处理维做成滤袋，可处理1 m以下的尘粒，以下的尘粒，效率效率98%。缺

6、点是不耐高温，怕水。缺点是不耐高温，怕水。 结构简单，操作管理方便，费用低结构简单，操作管理方便，费用低廉，适用除去大于廉，适用除去大于5m的尘粒，可作的尘粒，可作为过滤器的前置除尘器。为过滤器的前置除尘器。 优点是气流阻力小，可处理高温、优点是气流阻力小，可处理高温、高湿气体，粒径高湿气体，粒径0.0550 m的尘，效的尘，效率率99%99.9%。 缺点是投资高，维修费用大，占地缺点是投资高，维修费用大，占地面积大。面积大。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法1.干法除尘干法除尘硅胶柱吸附器硅胶柱吸附器高温陶瓷过滤器高温陶瓷过滤器烧结金属过滤器烧结金属过滤器 极性

7、吸附剂，可除去水蒸气极性吸附剂，可除去水蒸气和和NOx 对粒径大于对粒径大于5 m粒子的过滤效粒子的过滤效率达率达99%，缺点是设备体积大，缺点是设备体积大，陶瓷过滤管使用寿命短，维修陶瓷过滤管使用寿命短，维修更换工作量大。更换工作量大。 材质有不锈钢、镍、因科镍合材质有不锈钢、镍、因科镍合金等，过滤效率与过滤器孔径大金等，过滤效率与过滤器孔径大小有关，一般可达小有关，一般可达99%以上。以上。 优点是使用寿命长，缺点是价优点是使用寿命长，缺点是价格较贵。格较贵。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法2.湿法除尘湿法除尘筛板塔筛板塔处理能力大，压降小，造价低，但处理负

8、荷窄，安装及处理能力大，压降小，造价低，但处理负荷窄，安装及操控要求高。操控要求高。泡罩塔泡罩塔操作稳定，适用于多种介质，但结构复杂，阻力降大，操作稳定，适用于多种介质，但结构复杂，阻力降大，造价高。造价高。 a.泡罩塔板 b.圆形泡罩 适宜于净化高温、易燃、易爆的含适宜于净化高温、易燃、易爆的含尘气体，缺点是能耗高，产生二次废尘气体，缺点是能耗高，产生二次废物，易腐蚀设备等。物，易腐蚀设备等。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法2.湿法除尘湿法除尘浮阀塔浮阀塔兼有泡罩塔和筛板塔的优点兼有泡罩塔和筛板塔的优点，已成为国内应用最广泛的塔，已成为国内应用最广泛的塔型。型

9、。填充床洗涤器填充床洗涤器 功能：气体除尘和吸收功能：气体除尘和吸收 结构：立式和卧式结构：立式和卧式 床体结构：固定床、移动床床体结构：固定床、移动床和流化床；和流化床； 两相流动方式：并流、逆流两相流动方式：并流、逆流和错流形式。和错流形式。 填料塔结构简图填料塔结构简图第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法2.湿法除尘湿法除尘 喷淋洗涤器喷淋洗涤器具有结构简单，压力损失小，操作平稳。用碱性具有结构简单，压力损失小，操作平稳。用碱性溶液洗涤可兼有除尘与吸收酸性气体的作用。溶液洗涤可兼有除尘与吸收酸性气体的作用。文丘里洗涤器文丘里洗涤器包括收缩段、喉管和扩散段，是去

10、除气体中较多包括收缩段、喉管和扩散段，是去除气体中较多尘粒和吸收气态污染物的有效设备之一。尘粒和吸收气态污染物的有效设备之一。 第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.4除尘法除尘法3.高效过滤法高效过滤法 对象对象:放射性气溶胶放射性气溶胶 设备：设备：高效微粒空气过滤器（高效微粒空气过滤器（High Efficiency Particulate Air Filter，HEPA ），），填充密度依次提高。填充密度依次提高。筛分效应：筛分效应：d1m的颗粒；的颗粒；惯性碰撞：惯性碰撞：0.5d1m的颗粒；的颗粒；拦截效应：拦截效应：0.1d1 m的颗粒，填充密度的颗粒，填充密度越高，

11、拦截效率也越高；越高，拦截效率也越高；布朗扩散：布朗扩散：d0.1m的颗粒，由于布朗运的颗粒，由于布朗运动而在介质中无序运动的路径较长，被捕动而在介质中无序运动的路径较长，被捕集概论较高；集概论较高；静电效应：静电效应：与滤材及使用环境有关；与滤材及使用环境有关；吸附效应：吸附效应：物理的或化学的吸附作用。物理的或化学的吸附作用。玻璃纤维过滤器玻璃纤维过滤器优点：优点： 效率高、压降低、能耗小，连续工作效率高、压降低、能耗小，连续工作数年无需维护，滤芯可再生或直接处置数年无需维护，滤芯可再生或直接处置。缺点：缺点： 遇潮或碱液易使阻力增大，纤维被腐遇潮或碱液易使阻力增大，纤维被腐蚀，出现气体短

12、路，过滤效率降低蚀，出现气体短路，过滤效率降低。措施：措施： 使气体在使气体在120下通过滤芯，或冷却除下通过滤芯，或冷却除水后再过滤。水后再过滤。 直径直径0.3 m的气溶胶微粒，的气溶胶微粒，HEPA的净化效的净化效率达率达99.97%。 后处理厂尾后处理厂尾气常用玻璃纤气常用玻璃纤维、合成纤维维、合成纤维等过滤材料。等过滤材料。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.5吸附法吸附法 定义定义:固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中被吸附的物质称为吸附质，固体物质称为吸附剂。附，其中被吸附的物质称为吸附质，固体物质称为吸附

13、剂。 优点：优点：吸附过程能够有效脱除一般方法难于分离的低浓度吸附过程能够有效脱除一般方法难于分离的低浓度有害物质，具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、有害物质，具有净化效率高、可回收有用组分、设备简单、易实现自动化控制等优点。易实现自动化控制等优点。 缺点：缺点：吸附容量较小、设备体积大。吸附容量较小、设备体积大。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.5吸附法吸附法物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附层：吸附层： 单层或多层单层或多层 单层单层作用力：作用力： 范德华力范德华力 化学键力化学键力吸附速率：吸附速率： 极快极快 较慢较慢吸附热：吸附热： 较小较小 较大较大可逆

14、性：可逆性： 可逆可逆 不可逆不可逆选择性：选择性： 无选择性无选择性 有选择性有选择性再生性：再生性： 可再生可再生 一般不可再生一般不可再生2.2.5吸附法吸附法吸附平衡：吸附平衡：经过足够长的时间，吸附质在两相中的含量趋于稳经过足够长的时间，吸附质在两相中的含量趋于稳定，互呈平衡，称为吸附平衡。定，互呈平衡，称为吸附平衡。影响因素：影响因素： 影响气体吸附的因素很多，包括操作条件、吸附影响气体吸附的因素很多，包括操作条件、吸附剂性质、吸附质性质和浓度、吸附剂活性以及接触时间、吸附剂性质、吸附质性质和浓度、吸附剂活性以及接触时间、吸附器性能等。器性能等。吸附机理：吸附机理：外扩散、内扩散、

15、吸附外扩散、内扩散、吸附第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理AA132A气体滞留层气体滞留层控制步骤：控制步骤：是整个过程是整个过程的速率最慢一步。的速率最慢一步。工作过程工作过程:恒压变温吸附恒压变温吸附及恒温变压吸附。及恒温变压吸附。2.2.5吸附法吸附法吸附剂的选择吸附剂的选择 具有较大的平衡吸附量，一般与比表面积成正比；具有较大的平衡吸附量，一般与比表面积成正比； 具有良好的选择性；具有良好的选择性； 容易解吸，平衡吸附量与温度或压力有较敏感关系；容易解吸，平衡吸附量与温度或压力有较敏感关系； 有一定机械强度和耐磨性，性能稳定，床层压降低，价格低。有一定机械强度和耐磨性，性能稳定

16、，床层压降低，价格低。常用吸附剂常用吸附剂 活性炭活性炭 硅胶硅胶 活性氧化铝活性氧化铝 分子筛分子筛比表面积比表面积m2/g 6001700 350 200500 第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理应用应用 耐高温，耐高温，耐酸碱，易耐酸碱，易解吸，可反解吸，可反复再生。复再生。 亲水性亲水性极性吸极性吸附剂附剂。 机械强机械强度高，可度高，可在移动床在移动床上用。上用。 极性吸附剂，极性吸附剂，对水等极性分子对水等极性分子具有较高吸附性具有较高吸附性能。能。2.2.6核燃料循环废气处理核燃料循环废气处理1.核燃料循环前端核燃料循环前端 我国在我国在铀矿地质辐射防护和环境保护规定铀矿

17、地质辐射防护和环境保护规定（GB15848-1995）中，对铀矿井的防尘降氡作了如下规定：）中，对铀矿井的防尘降氡作了如下规定：(1)井下作业场所，必须采取井下作业场所，必须采取“加强通风、坚持湿式作业、密闭加强通风、坚持湿式作业、密闭氡尘源、做好个人防护、加强防护设施管理和经常检查氡尘源、做好个人防护、加强防护设施管理和经常检查”等综等综合措施，把空气中有害物质浓度降至国家标准以下。合措施，把空气中有害物质浓度降至国家标准以下。(2)凡产生放射性粉尘和有害气体的地面作业场所，必须有通风凡产生放射性粉尘和有害气体的地面作业场所，必须有通风装置，通风系统应防止污染物的回流，进风口的粉尘浓度不应装置，通风系统应防止污染物的回流，进风口的粉尘浓度不应大于大于0.1mg/m3，氡浓度不应大于，氡浓度不应大于150Bq/m3。(3)平巷和斜井深度超过平巷和斜井深度超过20m、竖井或浅井超过、竖井或浅井超过10m、天井超过、天井超过5m，均应采用机械通风。，均应采用机械通风。第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理2.2.6核燃料循环废气处理核燃料循环废气处理2.核燃料循环后端核燃料循环后端 第第2章放射性废气的处理章放射性废气的处理后处理厂溶解尾气处理流程示意图后处理厂溶解尾气处理流程示意图2.2.6核燃料循环废气处理