第五章放射性污染及其控制XXXX-10-12

1、 目目 录录 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 辐射剂量学基础辐射剂量学基础 第三节第三节 放射性废物与防护标准放射性废物与防护标准 第四节第四节 放射性废物处理技术放射性废物处理技术 第五节第五节 放射性污染去污技术放射性污染去污技术 一、环境中的放射源二、辐射的生物效应及其危害 第一节第一节 概概 述述 放射源放射源 天然辐射源天然辐射源（天然本底辐射）人工辐射源人工辐射源宇宙辐射宇宙辐射地球内放射性物质地球内放射性物质人体内放射性物质人体内放射性物质核试验放射性污染核试验放射性污染核能、放射性同位素生产核能、放射性同位素生产核材料贮存、运输核材料贮存、运输放射性固体废物处理与处置放

2、射性固体废物处理与处置核设施退役核设施退役一、环境中的放射源l世界范围内，天然本底辐射每年对个人的世界范围内，天然本底辐射每年对个人的平均辐射剂量约为平均辐射剂量约为2.42.4毫希（毫希（mSvmSv）l因地区天然本底辐射水平不同因地区天然本底辐射水平不同 。二、辐射的生物效应及其危害辐射的生物效应辐射的生物效应 辐射对人体的危害辐射对人体的危害 辐射的生物效应辐射的生物效应 图图5-1 5-1 辐射生物反应的演变过程辐射生物反应的演变过程l辐射与人体相互作用会辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应导致某些特有生物效应l其性质和程度主要取决其性质和程度主要取决于人体组织吸收的辐射于人体组织

3、吸收的辐射能量，能量，l演变过程如图演变过程如图5-15-1所示。所示。辐射的生物效应辐射的生物效应 1.1.辐射对细胞的作用辐射对细胞的作用 2.2.辐射的生物效应辐射的生物效应 1.1.辐射对细胞的作用辐射对细胞的作用 影响影响因素因素 物理因素物理因素 生物因素生物因素 辐射类型、辐射能量、吸收剂辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率、照射方式、受照量、剂量率、照射方式、受照姿势及其在辐射场内的取向等。姿势及其在辐射场内的取向等。 表表5-1 5-1 生物死亡生物死亡5050的吸收剂量值的吸收剂量值 种系的演化程度、机体结构、种系的演化程度、机体结构、个体不同发育阶段、不同细个体不同发育阶

4、段、不同细胞、组织或器官对辐射敏感胞、组织或器官对辐射敏感性各异性各异生物生物效应效应 躯体效应躯体效应 遗传效应遗传效应 2.2.辐射的生物效应辐射的生物效应 l辐照对受照者本身的有害效应；辐照对受照者本身的有害效应；l是由于人体普通细胞受损引起的；是由于人体普通细胞受损引起的；l只影响到受照者个人本身。只影响到受照者个人本身。l辐射引起人体细胞内的基因突变；辐射引起人体细胞内的基因突变；l是是生殖细胞受损伤引起的生殖细胞受损伤引起的有害效应；有害效应；l影响到受照者影响到受照者后代的身体缺陷后代的身体缺陷。辐射对人体的危害辐射对人体的危害 1.1.急性放射病急性放射病 v由大剂量急性照射引

5、起，多为意外核事故、由大剂量急性照射引起，多为意外核事故、 核战争造成。核战争造成。v全身性辐射损伤全身性辐射损伤v局部性辐射损伤局部性辐射损伤v按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起 的辐射损伤可分成的辐射损伤可分成2.2.远期影响远期影响 v主要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体主要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体 健康的影响，多属于健康的影响，多属于随机效应随机效应。 v慢性放射病是由于慢性放射病是由于多次照射、长期累积的多次照射、长期累积的结果结果。危害取决于受辐射时间和辐射量。危害取决于受辐射时间和辐射量表表5-2 5-2 来自来自天然和人工辐

6、射源辐射的集体剂量天然和人工辐射源辐射的集体剂量 第二节第二节 辐射剂量学基础辐射剂量学基础 一、辐射剂量学的基本量和单位 二、辐射防护有关的量和概念 放射性活度放射性活度一、辐射剂量学的基本量和单位 照射量照射量 吸收剂量吸收剂量 剂量当量剂量当量 有效剂量当量有效剂量当量 集体剂量当量和集体剂量当量和集体有效剂量集体有效剂量 待积剂量当量待积剂量当量 放射性活度放射性活度v定义定义：单位时间内放射性原子核所发生的核：单位时间内放射性原子核所发生的核 转变数，符号转变数，符号A A。v单位单位：vSISI单位：单位：BqBq( (贝可贝可) )，1Bq1Bq表示每秒钟发生表示每秒钟发生 一次

7、核衰变；一次核衰变；v曾用单位：曾用单位：CiCi( (居里居里) )；照射量照射量1.1.照射量照射量X Xv定义定义：表示表示或或X X射线在空气中产生电离能力射线在空气中产生电离能力 大小的辐射量大小的辐射量。v定义式：定义式： （5-1） v单位单位：vSISI单位：单位：C/kg ；曾用单位：；曾用单位：R ( (伦琴伦琴) ) ；v1 R2.58l010 C/kg 。mdQXd射线在质量为射线在质量为dmdm的空气中释放出来的空气中释放出来的全部电子的全部电子( (正电子和负电子正电子和负电子) )被空被空气完全阻止时，在空气中产生的一气完全阻止时，在空气中产生的一种符号离子的总电

8、荷的绝对值，种符号离子的总电荷的绝对值，C C 受照空气的质量，受照空气的质量，kg kg v定义式：定义式： （5-2） v单位单位：单位：单位：C/（kgs） 时间间隔时间间隔dtdt照射量的增量照射量的增量, C/kg, C/kg。 时间间隔，时间间隔，s s。 dXXdtX2.2.照射量率照射量率照射量只用于量度照射量只用于量度或或X X射线在空气介质中产生的照射效能。射线在空气介质中产生的照射效能。吸收剂量吸收剂量 1.1.吸收剂量吸收剂量D Dv定义定义：单位质量受照物质中所吸收的平均辐单位质量受照物质中所吸收的平均辐 射能量。射能量。 v定义式：定义式： （5-3） v单位单位：

9、vSISI单位单位: :Gy（戈瑞）（戈瑞）；曾用单位；曾用单位: :radrad( (拉德拉德) ) ；v1rad=0.011rad=0.01Gy 。mdDd电离辐射授予质量为电离辐射授予质量为dmdm的物的物质的平均能量，质的平均能量，J J； 受照空气的质量，受照空气的质量，kg kg v定义式：定义式： （5-4） v单位单位：Gy/s时间间隔时间间隔dtdt吸收剂量的增吸收剂量的增量量, ,GyGy。 时间间隔，时间间隔，s s。 dDDdtD2.2.吸收剂量率吸收剂量率l吸收剂量在剂量学的实际应用中是一个非常重要的物理量；吸收剂量在剂量学的实际应用中是一个非常重要的物理量；l适用于

10、任何类型的辐射和受照物质，且受照物质中每一点都有特定的吸适用于任何类型的辐射和受照物质，且受照物质中每一点都有特定的吸 收剂量数值；收剂量数值；l给出吸收剂量数值时须指明辐射类型、介质种类和所在位置。给出吸收剂量数值时须指明辐射类型、介质种类和所在位置。剂量当量剂量当量 v定义定义：组织内某一点的剂量当量：组织内某一点的剂量当量 H = DQN （5-55-5）v单位单位：SvSv（希沃特）（希沃特） ；v曾用单位：曾用单位：remrem( (雷姆雷姆) )；v1rem=0.01Sv1rem=0.01Sv。l生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异生物效应受辐射类型与能量

11、、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。l为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应的严重程度或发生概率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。的严重程度或发生概率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。 在该点所接受的吸收在该点所接受的吸收剂量，剂量，GyGy 品质因数，用以计量剂品质因数，用以计量剂量的微观分布对危害的量的微观分布对危害的影响影响 国际放射防护委员会规国际放射防护委员会规定的其

12、他修正系数，目定的其他修正系数，目前规定前规定N N1 1 有效剂量当量有效剂量当量 v 受照器官和组织的总危险度按有效剂量当受照器官和组织的总危险度按有效剂量当 量计算量计算 HE=WTHT （5-65-6）式中：式中：HE有效剂量当量，有效剂量当量，Sv； HT器官或组织器官或组织T所接受的剂量当量，所接受的剂量当量，Sv； WT该器官的相对危险度系数。该器官的相对危险度系数。集体剂量当量和集体有效剂量集体剂量当量和集体有效剂量 l一次大的放射性实践或放射性事故，一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人，因此采用集体剂量当会涉及许多人，因此采用集体剂量当量定量表示一次放射性实践对社会总

13、量定量表示一次放射性实践对社会总的危害。的危害。1.1.集体剂量当量集体剂量当量v定义定义：各组内人均所接受的剂量当量与该组：各组内人均所接受的剂量当量与该组 人数相乘，然后相加所得的总剂量当量数。人数相乘，然后相加所得的总剂量当量数。TTiiiSHN (5-7)(5-7) 集体剂量当量，人集体剂量当量，人SvSv 第第i i人群组中每个人的器人群组中每个人的器官或组织官或组织T T平均所受到的平均所受到的剂量当量，剂量当量，SvSv 第第i i人群组的人数人群组的人数 集体剂量当量和集体有效剂量集体剂量当量和集体有效剂量 2.2.集体有效剂量集体有效剂量v定义定义：量度某一人群所受的辐射照射

14、，则按量度某一人群所受的辐射照射，则按集体有效剂量计算，即集体有效剂量计算，即iiiSEN (5-8)(5-8) 集体有效剂量，人集体有效剂量，人SvSv 第第i i人群组接受的平均有人群组接受的平均有效剂量，人效剂量，人SvSv 第第i i人群组的人数人群组的人数 集体剂量当量和集体有效剂量集体剂量当量和集体有效剂量 待积剂量当量待积剂量当量 v定义定义：单次摄入某种放射性核素后，在单次摄入某种放射性核素后，在5050年年期间该组织或器官所接受的总剂量当量，即期间该组织或器官所接受的总剂量当量，即 50,TSHU SEE ST (5-9)(5-9) 待积剂量当量，待积剂量当量，SvSv 源器

15、官源器官S S摄入放射性核素摄入放射性核素后后5050年内发生的总衰变数年内发生的总衰变数 l源器官中的放射性粒子源器官中的放射性粒子传输给单位质量靶器官的传输给单位质量靶器官的有效能量有效能量l(T(TS)S)表示由源器官表示由源器官S S传传输给靶器官输给靶器官T T 二、辐射防护有关的量和概念 与辐射防护有关的概念与辐射防护有关的概念 剂量与效应的关系剂量与效应的关系 剂量限制体系剂量限制体系 1 1危险度和危害危险度和危害v危害危害G : :有害效应的发生频数与效应的严重有害效应的发生频数与效应的严重程度的乘积，即程度的乘积，即 G = hi ri gi (5-10)(5-10) 危害

16、危害第第i i组人群接受的平组人群接受的平均剂量当量，均剂量当量，SvSv 该组发生有害效应该组发生有害效应的频数；的频数； 严重程度，对可治愈严重程度，对可治愈的癌症，的癌症，g gi i0 0；对；对致死癌症，致死癌症，g gi i1 1 2 2关键人群组（关键人群组（简称简称关键组）关键组）v定义定义：在某一给定实践所涉及的各受照人群：在某一给定实践所涉及的各受照人群组中，预期将受到最大辐射照射的人群组。组中，预期将受到最大辐射照射的人群组。v关键人群组所受到的辐射照射是量度公众成关键人群组所受到的辐射照射是量度公众成员由于该实践所受剂量的员由于该实践所受剂量的上限上限。3 3关键照射途

17、径关键照射途径v定义定义：某种辐射实践对人产生照射剂量的各某种辐射实践对人产生照射剂量的各种途径种途径( (食食入入、吸入、外照射等、吸入、外照射等) )中最具重要的中最具重要的意义的某一种照射途径。意义的某一种照射途径。 4 4关键核素关键核素v某种辐射实践释放的几种核素中对受照人体某种辐射实践释放的几种核素中对受照人体或人体若干器官或组织有最重要影响的核素。或人体若干器官或组织有最重要影响的核素。 与辐射防护有关的概念与辐射防护有关的概念剂量与效应的关系剂量与效应的关系按对人体的危害分为按对人体的危害分为 随机效应随机效应 确定性效应确定性效应 剂量与效应的关系剂量与效应的关系 “线性线性

18、”、“无阈无阈” “有阈值有阈值”效应效应 v发生几率与剂量大小有关的效应。发生几率与剂量大小有关的效应。v辐射防护中把随机性效应与剂量的关系简化地辐射防护中把随机性效应与剂量的关系简化地 假设为线性无阈。假设为线性无阈。v线性是指随机性效应的发生几率与所受剂量之间成线线性是指随机性效应的发生几率与所受剂量之间成线性关系。性关系。v无阈意味着任何微小的剂量都可能诱发随机性效应。无阈意味着任何微小的剂量都可能诱发随机性效应。v受照剂量大于阈值，就会发生确定性效应；受照剂量大于阈值，就会发生确定性效应；v其严重程度与所受的剂量大小有关，剂量越大后其严重程度与所受的剂量大小有关，剂量越大后果越严重；

19、果越严重；v具体阈值大小与个体情况有关；具体阈值大小与个体情况有关； v确定性效应的剂量阈值相当大，正常情况下一般确定性效应的剂量阈值相当大，正常情况下一般不可能达到，只有在大放射性事故下才可能发生。不可能达到，只有在大放射性事故下才可能发生。只要将剂量限制在其阈值以下，效应就只要将剂量限制在其阈值以下，效应就不会发生。不会发生。v随机性效应随机性效应通过减少剂量的方法虽能降低其发生率通过减少剂量的方法虽能降低其发生率，但不能完全避免。，但不能完全避免。v确定性效应确定性效应1 1辐射防护原则辐射防护原则 剂量限制体系剂量限制体系 基本原则（1 1）辐射实践正当性）辐射实践正当性 （2 2）辐

20、射防护最优化）辐射防护最优化 （3 3）限制个人剂量当量）限制个人剂量当量 为了达到辐射防护目的，为了达到辐射防护目的，国际放射防护委员会国际放射防护委员会（ICRPICRP）提出三项基本）提出三项基本原则原则 在施行伴有辐射的任何实践前，在施行伴有辐射的任何实践前，须经过正当性判断，确认这种须经过正当性判断，确认这种实践具有正当理由，获得的利实践具有正当理由，获得的利益大于代价益大于代价( (包括健康损害和包括健康损害和非健康损害的代价非健康损害的代价) )。 l避免一切不必要的照射，避免一切不必要的照射，l在考虑到经济和社会因素的在考虑到经济和社会因素的条件下，所有辐照都应保持在条件下，所

21、有辐照都应保持在可合理达到的尽量低的水平。可合理达到的尽量低的水平。 l用剂量限值对个人所受的照射用剂量限值对个人所受的照射加以限制。加以限制。 2 2基本限值基本限值（1 1）职业照射：适用于辐射工作人员）职业照射：适用于辐射工作人员vICRPICRP：5 5年平均年有效剂量限值年平均年有效剂量限值20mSv20mSv，任一年有效，任一年有效剂量不得超过剂量不得超过50mSv50mSv。vGB8703-88GB8703-88辐射防护规定辐射防护规定：年有效剂量当量限年有效剂量当量限值值50mSv50mSv；还规定了其他单个器官或组织的年剂量当；还规定了其他单个器官或组织的年剂量当量限值。量限

22、值。 （2 2）公众照射：适用于公众成员）公众照射：适用于公众成员vICRPICRP：有效剂量年限值为有效剂量年限值为1mSv1mSv，5 5年平均不超过年平均不超过1mSv1mSv。vGB8703-88GB8703-88辐射防护规定辐射防护规定：年有效剂量当量不年有效剂量当量不超过超过1 1 mSvmSv。 3 3导出限值导出限值 v根据基本限值，通过一定模式导出的供根据基本限值，通过一定模式导出的供辐射监测结果比较用的限值。辐射监测结果比较用的限值。4 4管理限值管理限值 v为了管理目的，主管部门或企业负责人可以根据最为了管理目的，主管部门或企业负责人可以根据最优化原则，对辐射防护有关的任

23、何量制定管理限值，优化原则，对辐射防护有关的任何量制定管理限值，但它们必须严于基本限值或导出限值。但它们必须严于基本限值或导出限值。 一、放射性废物及处理途径 二、放射性废物的来源和分类 三、环境放射性防护标准 四、辐射防护一般措施 第三节第三节 放射性废物与防护标准放射性废物与防护标准 一、放射性废物及处理途径 v放射性废物：放射性废物：含放射性核素或被之污染，其含放射性核素或被之污染，其 浓度或比活度大于规定的清洁解控水平，预期浓度或比活度大于规定的清洁解控水平，预期不会再被利用的废弃物。不会再被利用的废弃物。v处理基本途径处理基本途径v浓缩及固化处理浓缩及固化处理v与环境隔绝长期安全存放

24、与环境隔绝长期安全存放v净化后有控制排放净化后有控制排放v去污后再循环利用去污后再循环利用 二、放射性废物的来源和分类 放射性废物的来源和特点放射性废物的来源和特点 放射性废物的分类放射性废物的分类 放射性废物的处理原则放射性废物的处理原则 放射性废物来源和特点放射性废物来源和特点 来源 核设施产生的放射性废物核设施产生的放射性废物 伴生矿产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物 核技术应用产生的放射性废物核技术应用产生的放射性废物 核设施产生的放射性废物（图核设施产生的放射性废物（图5-25-2） 图图5-25-2 核设施产生的放射性废物核设施产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物（图伴生矿产

25、生的放射性废物（图5-35-3） 图图5-3 5-3 伴生矿产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物核技术应用产生放射性废物（图核技术应用产生放射性废物（图5-45-4） 图图5-4 5-4 核技术应用产生放射性废物核技术应用产生放射性废物 放射性废物的来源和特点放射性废物的来源和特点 特点 （1 1）长期危害性）长期危害性 （2 2）处理难度大）处理难度大 （3 3）处理技术复杂）处理技术复杂 放射性废物的分类放射性废物的分类 1 1国家分类标准国家分类标准 放射性废物分类标准放射性废物分类标准 (GB 9133-1995)(GB 9133-1995)（表（表5-45-4） 按按比活度比活度和

26、和半衰期半衰期将放射性废物分为将放射性废物分为高放长寿命高放长寿命中放长寿命中放长寿命低放长寿命低放长寿命中放短寿命中放短寿命低放短寿命低放短寿命从处理和处置的角度从处理和处置的角度 寿命长短按半寿命长短按半衰期衰期3030年为限年为限 放射性废物的分类放射性废物的分类 2 2其他分类方法其他分类方法v按按半衰期半衰期分为分为长半衰期长半衰期(100(100天天) )中半衰期中半衰期(10(10100100天天) )短半衰期短半衰期(10(10天天) ) v按按射线种类射线种类：甲、乙、丙种放射性废物。：甲、乙、丙种放射性废物。v按按废液的废液的pHpH：酸性放射性废水、碱性放：酸性放射性废水

27、、碱性放射性废水（较少用）射性废水（较少用） 放射性核素经放射性核素经1010倍半衰期倍半衰期, ,放射性强放射性强度降至度降至1/10001/1000，按此法分类，对短半，按此法分类，对短半衰期废水，便于采用贮存法简单经济衰期废水，便于采用贮存法简单经济地处置。地处置。 v表表5-5 IAEA5-5 IAEA放射性废物管理基本原则放射性废物管理基本原则 放射性废物的处理原则放射性废物的处理原则 v我国我国放射性废物管理放射性废物管理4040字方针字方针 放射性废物的处理原则放射性废物的处理原则 减少产生、分类收集、减少产生、分类收集、净化浓缩、减容固化、净化浓缩、减容固化、严格包装、安全运输

28、、严格包装、安全运输、就地暂存、集中处置、就地暂存、集中处置、控制排放、加强监测。控制排放、加强监测。 依据依据IAEA的基的基本原本原则制则制定定 三、环境放射性防护标准 v我国现已发布实施的辐射环境管理的专项法我国现已发布实施的辐射环境管理的专项法 规、标准等计规、标准等计5050多项。多项。v对于核设施（军、民）、核技术应用和伴生对于核设施（军、民）、核技术应用和伴生 矿物资源开发，除遵守环境保护法规的基本矿物资源开发，除遵守环境保护法规的基本 原则外，着重强调辐射环境管理的特殊要求。原则外，着重强调辐射环境管理的特殊要求。v我国强制性执行的关于辐射防护国家标准及我国强制性执行的关于辐射

29、防护国家标准及 规定可参见有关标准。规定可参见有关标准。四、辐射防护一般措施表表5-7 5-7 辐射防护一般措施辐射防护一般措施二、放射性废液处理技术 三、放射性废气处理技术 第四节第四节 放射性废物处理技术放射性废物处理技术 一、放射性固体废物处理技术 一、放射性固体废物处理技术 放射性放射性固体废物固体废物 湿固体湿固体 干固体干固体 蒸发残渣、沉淀泥浆、废树脂等蒸发残渣、沉淀泥浆、废树脂等焚烧炉灰、污染用品、工具、设备、焚烧炉灰、污染用品、工具、设备、废过滤器芯、活性炭等废过滤器芯、活性炭等固化技术固化技术 减容技术减容技术 一、放射性固体废物处理技术 固化技术固化技术 v固化对象：固化

30、对象：弥散性物质弥散性物质 l放射性废液处理产放射性废液处理产生的泥浆、蒸发残渣生的泥浆、蒸发残渣和废树脂等湿固体；和废树脂等湿固体；l焚烧炉灰等干固体焚烧炉灰等干固体v固化：固化：在放射性废物中添加固化剂，使在放射性废物中添加固化剂，使 其转变为不易向环境扩散的固体的过程。其转变为不易向环境扩散的固体的过程。 1.1.固化的一般要求固化的一般要求 1.1.固化的一般要求固化的一般要求 2.2.常用固化方法常用固化方法（表（表5-85-8） 表表5-8 5-8 常用固化方法常用固化方法 2.2.常用固化方法常用固化方法 （1 1）水泥固化）水泥固化 （2 2）沥青固化）沥青固化 （3 3）塑料

31、固化）塑料固化（4 4）玻璃固化）玻璃固化（1 1）水泥固化）水泥固化 原理原理v基于水泥的水合和水硬胶凝作用。基于水泥的水合和水硬胶凝作用。 适用适用v中、低放废水浓缩物的固化。中、低放废水浓缩物的固化。 配方配方v实验确定。实验确定。v影响水泥固化配方的主要因素影响水泥固化配方的主要因素: :废物种类、废物种类、pHpH、水泥类型、添加剂、水泥类型、添加剂、废物比、水灰比废物比、水灰比( (水与水泥重量比水与水泥重量比) )、盐灰比盐灰比( (废物干盐分与水泥重量比废物干盐分与水泥重量比) )、固化体要求。固化体要求。 （1 1）水泥固化）水泥固化 v工艺、设备简单，投资费用少；工艺、设备

32、简单，投资费用少；v可连续操作；可连续操作；v可直接在贮存容器中固化。可直接在贮存容器中固化。v增容大（增容大（所得到的固化物体积约为掺所得到的固化物体积约为掺 入废物体积的入废物体积的1.671.67倍倍）；）；v放射性核素的浸出率较高。放射性核素的浸出率较高。 优点优点缺点缺点桶内混合桶内混合 在线混合在线混合 其他方法其他方法 水泥固化基本方法水泥固化基本方法 桶内混合桶内混合 图图5-5 5-5 桶内混合的废物水泥固化系统桶内混合的废物水泥固化系统在线混合在线混合 图图5-6 5-6 在线混合的废物水泥固化系统在线混合的废物水泥固化系统其他方法其他方法 v水力压裂地下水泥固化法水力压裂

33、地下水泥固化法利用石油开采技术，把中放废液、水利用石油开采技术，把中放废液、水泥和添加剂混合灰浆，以高压（注射泥和添加剂混合灰浆，以高压（注射压力约压力约151530MPa30MPa）注入）注入200200400m400m深深的不渗透的页岩层裂缝中，凝结固化。的不渗透的页岩层裂缝中，凝结固化。v大体积浇注水泥固化大体积浇注水泥固化法法低、中放废物处置场就地进行水泥固低、中放废物处置场就地进行水泥固化的方法，适用于处置场附近废物量化的方法，适用于处置场附近废物量大的核设施。大的核设施。v移动式水泥固化移动式水泥固化法法适于核设施分散，废物点多、量小的适于核设施分散，废物点多、量小的地区，经济实用

34、。国外普遍使用，我地区，经济实用。国外普遍使用，我国依靠进口。国依靠进口。 水泥固化技术指标水泥固化技术指标 v浸出率浸出率水泥固化产品浸出率较高，按其几何水泥固化产品浸出率较高，按其几何表面计算可高达表面计算可高达1010-2-2g gcmcm2 2dd。 v废物包容量废物包容量盐灰比大，包容废物量大，但产品机盐灰比大，包容废物量大，但产品机械强度降低。盐灰比一般为械强度降低。盐灰比一般为0.150.150.30.3，最高可达最高可达0.50.5。 v机械强度机械强度国家标准规定国家标准规定7MPa7MPa。机械强度低的。机械强度低的产品易崩裂，表面积增大，导致环境产品易崩裂，表面积增大，导

35、致环境污染。污染。 v水灰比水灰比水灰比大，凝固时间加长，机械强度水灰比大，凝固时间加长，机械强度低，可能残留水分未被完全凝固。低，可能残留水分未被完全凝固。 （2 2）沥青固化）沥青固化 原理原理v放射性废液与沥青皂化反应放射性废液与沥青皂化反应。 适用适用v低、中放射性蒸发残液、化学沉低、中放射性蒸发残液、化学沉 淀物、焚烧炉灰分等淀物、焚烧炉灰分等 v沥青固化物渗透性和水溶解度很低；沥青固化物渗透性和水溶解度很低； v与绝大多数环境条件兼容；与绝大多数环境条件兼容； v核素浸出率低，减容大，经济。核素浸出率低，减容大，经济。v沥青中不能添加强氧化剂；沥青中不能添加强氧化剂；v固化温度不能

36、过高（固化温度不能过高（180180230230），）， 否则固化体可能燃烧。否则固化体可能燃烧。优点优点缺点缺点（2 2）沥青固化）沥青固化 高温熔化高温熔化蒸发法蒸发法 机械机械乳化法乳化法 化学化学乳化法乳化法 沥青固化基本方法沥青固化基本方法 高温熔化蒸发法高温熔化蒸发法 图图5-7 5-7 刮板薄膜蒸发器沥青固化流程示意图刮板薄膜蒸发器沥青固化流程示意图 机械乳化法机械乳化法 图图5-8 5-8 双螺杆挤压机的暂时乳化法沥青固化流程双螺杆挤压机的暂时乳化法沥青固化流程 化学乳化法化学乳化法 v常温下放射性废物与乳化沥青混合加热，使常温下放射性废物与乳化沥青混合加热，使水分和易挥发有机

37、组分蒸发，脱水干燥后的混水分和易挥发有机组分蒸发，脱水干燥后的混合物排入废物容器，冷却硬化成沥青固化体。合物排入废物容器，冷却硬化成沥青固化体。v优点：优点：乳化沥青在常温下能顺利流动，低乳化沥青在常温下能顺利流动，低温蒸发使沥青降解达到最低限度，相当低的温蒸发使沥青降解达到最低限度，相当低的搅拌速度即可达到充分混合。搅拌速度即可达到充分混合。v缺点：缺点：不适于处理含硝酸盐和亚硝酸盐的不适于处理含硝酸盐和亚硝酸盐的废物。废物。沥青固化技术指标沥青固化技术指标 v浸出率浸出率l直馏沥青固化产品浸出率低；直馏沥青固化产品浸出率低；l混合均匀、孔隙度小的产品浸出率混合均匀、孔隙度小的产品浸出率较低

38、；较低；l碱性固化的浸出率较低。碱性固化的浸出率较低。 v辐照稳定性辐照稳定性l辐照影响随沥青类型、所掺入废物辐照影响随沥青类型、所掺入废物的性质和数量、以及累积吸收剂量和的性质和数量、以及累积吸收剂量和剂量率而变化。剂量率而变化。 v减容比减容比l沥青固化废物体积一般减小。沥青固化废物体积一般减小。l提高产品含盐量，减容比增大，但提高产品含盐量，减容比增大，但易使沥青硬化，黏度增加。易使沥青硬化，黏度增加。（3 3）塑料固化）塑料固化 v放射性废物浓缩物（如树脂、泥浆、蒸放射性废物浓缩物（如树脂、泥浆、蒸残液、焚烧灰等）掺入有机聚合物而固化残液、焚烧灰等）掺入有机聚合物而固化的方法。的方法。

39、 v用于废物处理的聚合物有脲甲醛、聚乙用于废物处理的聚合物有脲甲醛、聚乙烯、苯乙烯烯、苯乙烯- -二乙烯苯共聚物二乙烯苯共聚物( (用于蒸残液用于蒸残液) )，环氧树脂环氧树脂( (用于废离子交换树脂用于废离子交换树脂) )，聚酯，聚酯，聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。 v水与放射性组分可一同掺入聚合物；水与放射性组分可一同掺入聚合物；v对可溶性盐有很高的掺和效率；对可溶性盐有很高的掺和效率；v固化体浸出率低；固化体浸出率低；v固化体体积小，密度小，不可燃。固化体体积小，密度小，不可燃。v某些有机聚合物能被生物降解；某些有机聚合物能被生物降解；v固化物老化破碎可能造成二

40、次污染；固化物老化破碎可能造成二次污染；v固化材料价格贵。固化材料价格贵。 优点优点缺点缺点（3 3）塑料固化）塑料固化 （4 4）玻璃固化）玻璃固化 v以玻璃原料为固化剂与以玻璃原料为固化剂与高放废物高放废物混合，混合，高温高温(900(9001200)1200)蒸发、煅烧、熔融、烧蒸发、煅烧、熔融、烧结，装桶后经退火处理成玻璃固化体。结，装桶后经退火处理成玻璃固化体。 原理原理v类似的高放固化工艺类似的高放固化工艺v陶瓷固化陶瓷固化: : 添加黏土页岩添加黏土页岩v人工合成岩固化人工合成岩固化: :添加锆、钛、钡、铝添加锆、钛、钡、铝氧化物。氧化物。v放射性浸出率很低。放射性浸出率很低。v

41、高放废液玻璃固化温度高；高放废液玻璃固化温度高；v放射性核素挥发量大放射性核素挥发量大v设备腐蚀极为严重设备腐蚀极为严重v技术难度大，处理成本高。技术难度大，处理成本高。优点优点缺点缺点（4 4）玻璃固化）玻璃固化 间歇式进料法间歇式进料法 连续式进料法连续式进料法 玻璃固化基本方法玻璃固化基本方法 间歇式进料法间歇式进料法 v高放废液和玻璃原料一起加入罐内，高放废液和玻璃原料一起加入罐内，蒸发、煅烧、熔融成玻璃，浇注入贮存蒸发、煅烧、熔融成玻璃，浇注入贮存容器中，固化罐继续循环使用；容器中，固化罐继续循环使用；v熔融玻璃在固化罐内凝固后运去贮存熔融玻璃在固化罐内凝固后运去贮存库贮存，是弃罐方

42、式。库贮存，是弃罐方式。罐罐式式玻玻璃璃固固化化法法 连续式进料法连续式进料法 v高放废液与硼酸盐微珠混合后连续加入高放废液与硼酸盐微珠混合后连续加入陶瓷（或金属）电熔炉，高温蒸发脱水、陶瓷（或金属）电熔炉，高温蒸发脱水、煅烧、在煅烧、在1100110011501150熔制温度下保温熔制温度下保温数小时，经退火处理得高放废物玻璃固数小时，经退火处理得高放废物玻璃固化体。化体。v另一种是将蒸发、煅烧过程与熔融过另一种是将蒸发、煅烧过程与熔融过程分别在煅烧炉和熔融炉内完成。程分别在煅烧炉和熔融炉内完成。 连续式进料法连续式进料法 图图5-9 5-9 硼酸盐玻璃固化流程硼酸盐玻璃固化流程 减容技术减

43、容技术 v目的：目的：减少体积，降低废物包装、贮减少体积，降低废物包装、贮存、运输和处置的费用。存、运输和处置的费用。 1 1. .压缩压缩 2.2.焚烧焚烧 原理原理v依靠机械力作用，使废物密实化，减少依靠机械力作用，使废物密实化，减少体积。体积。 1.1.压缩压缩 优点优点v操作简单，设备投资和运行成本低；操作简单，设备投资和运行成本低；v在核电厂应用相当普遍。在核电厂应用相当普遍。缺点缺点v减容倍数比较低减容倍数比较低(2(210) 10) 。常规压缩常规压缩 超级压缩超级压缩 压缩基本方法压缩基本方法 常规压缩常规压缩 v将装满可压缩固体废物的标准金属圆桶将装满可压缩固体废物的标准金属

44、圆桶（一般为（一般为220L220L）放置在挤压机平台上，由液）放置在挤压机平台上，由液压将挤压机圆盘压进金属桶，重复多次直到压将挤压机圆盘压进金属桶，重复多次直到金属桶装满为止。金属桶装满为止。v液压挤压机的工作压力在液压挤压机的工作压力在1 1100MPa100MPa之间。之间。v体积减缩因子约为体积减缩因子约为5 5。v每个金属桶约可装每个金属桶约可装100kg100kg的固体废物。的固体废物。 超级压缩超级压缩 v金属、混凝土、橡胶制品和玻璃等重的废物金属、混凝土、橡胶制品和玻璃等重的废物用超级压缩机可压至密度约用超级压缩机可压至密度约2500kg/m2500kg/m3 3。v超级压缩

45、机的高端压力大于超级压缩机的高端压力大于100MPa100MPa。 表表5-9 5-9 超级压缩的减容情况超级压缩的减容情况 原理原理v将可燃性废物氧化处理成灰烬将可燃性废物氧化处理成灰烬( (或残渣或残渣) )。优点优点v减容比大减容比大(10(10100100倍倍););v可使废物向无机化转变，免除热分解、可使废物向无机化转变，免除热分解、腐烂、发酵和着火等危险腐烂、发酵和着火等危险; ;v可回收钚、铀等有用物质。可回收钚、铀等有用物质。 2.2.焚烧焚烧 干法焚烧干法焚烧 湿法焚烧湿法焚烧 焚烧基本方法焚烧基本方法 v对放射性废物焚烧，要求：对放射性废物焚烧，要求：v采用专门设计的焚烧炉

46、；采用专门设计的焚烧炉；v炉内维持一定负压；炉内维持一定负压；v配置完善的排气净化系统；配置完善的排气净化系统；v焚烧灰渣应进行固化处理或直接装入焚烧灰渣应进行固化处理或直接装入高度整体性容器中进行处置。高度整体性容器中进行处置。图图5-10 5-10 典型的焚烧炉及其废气净化系统示意图典型的焚烧炉及其废气净化系统示意图二、放射性废液处理技术 放射性废液放射性废液处理技术处理技术 低、中放废液低、中放废液 高放废液高放废液 絮凝沉淀、蒸发、离子交换（或絮凝沉淀、蒸发、离子交换（或吸附）和膜技术吸附）和膜技术( (如电渗析、反渗如电渗析、反渗透、超滤膜透、超滤膜) ) 蒸发浓缩后贮存在双壁不锈钢

47、贮槽中。蒸发浓缩后贮存在双壁不锈钢贮槽中。 图图 5-11 典型放射性废水处理工艺流程典型放射性废水处理工艺流程絮凝沉淀絮凝沉淀 蒸发蒸发 膜分离和过滤膜分离和过滤 离子交换和吸附离子交换和吸附 二、放射性废液处理技术 絮凝沉淀絮凝沉淀 v简便，成本低廉；简便，成本低廉；v可同时去除悬浮物、胶体、常量盐，有可同时去除悬浮物、胶体、常量盐，有机物和微生物等；机物和微生物等；v与其他方法联用作为预处理方法。与其他方法联用作为预处理方法。优点优点v放射性去除效率较低（放射性去除效率较低（50507070）；）；v去污因数最多只有去污因数最多只有1010左右左右; ;v产生含大量放射性的污泥。产生含大

48、量放射性的污泥。缺点缺点v净化效率较高，一般净化效率较高，一般去污系数去污系数( (DFDF) )可可达到达到10105 5; ;v可回收有用的化学物质（如硝酸等）。可回收有用的化学物质（如硝酸等）。优点优点v不适合处理含易起泡物质和易挥发核素不适合处理含易起泡物质和易挥发核素 （如（如RuRu，I)I)的废水；的废水；v蒸发耗能大；蒸发耗能大；v处理费用较高。处理费用较高。缺点缺点蒸发蒸发 =废液中的放射性浓度总去污系数DF蒸汽冷凝液中的放射性浓度蒸发蒸发 图图5-12 美国汉福特厂蒸发处理放射性废水系统美国汉福特厂蒸发处理放射性废水系统v过程简单、无相变、分离系数较大；过程简单、无相变、分

49、离系数较大；v节能高效；节能高效；v可在常温下连续操作。可在常温下连续操作。 特点特点膜分离和过滤膜分离和过滤 1.1.膜分离技术膜分离技术 分类分类 反渗透反渗透 微滤和超滤微滤和超滤 有效去除含高盐分废液中的放射性核素有效去除含高盐分废液中的放射性核素 去除废液中不溶物或胶体微粒上的放去除废液中不溶物或胶体微粒上的放射性组分。射性组分。 1.1.膜分离技术膜分离技术 电渗析电渗析 适于废水中放射性离子去除，不适于适于废水中放射性离子去除，不适于胶体粒子去除。胶体粒子去除。 图图5-13 5-13 反渗透装置流程反渗透装置流程410MPa 能量回收水轮机能量回收水轮机盐水槽盐水槽淡化水槽淡化

50、水槽pH调整装置调整装置过滤装置过滤装置过滤泵过滤泵反渗透器反渗透器高压泵高压泵酸注入器酸注入器氯灭菌装置氯灭菌装置原液原液脱氧器脱氧器 1.1.膜分离技术膜分离技术 图图5-14 典型过滤器的组成典型过滤器的组成 2 2. .过滤技术过滤技术 离子交换和吸附离子交换和吸附 表表5-11 离子交换树脂去除单一放射性核素的效果离子交换树脂去除单一放射性核素的效果 离子交换和吸附离子交换和吸附 图图5-15 典型的离子交换流程典型的离子交换流程三、放射性废气处理技术 放射性粉尘的处理放射性粉尘的处理 放射性气溶胶的处理放射性气溶胶的处理 放射性气体的处理放射性气体的处理 碘同位素的处理碘同位素的处

51、理 废气的排放废气的排放 除尘除尘设备设备 机械式除尘器机械式除尘器 过滤式除尘器过滤式除尘器 l去除粒径大于去除粒径大于60m60m的粉尘颗粒。的粉尘颗粒。 l去除粉尘粒径小于去除粉尘粒径小于10m10m；l净化气粉尘浓度为净化气粉尘浓度为1 12 mg/m2 mg/m3 3。湿式除尘器湿式除尘器 l去除粒径去除粒径101060m60m的粉尘颗粒；的粉尘颗粒；l净化气粉尘浓度净化气粉尘浓度 100mg/m100mg/m3 3。放射性粉尘的处理放射性粉尘的处理 电除尘器电除尘器 l微米粒径颗粒物的去除率可达微米粒径颗粒物的去除率可达9999以上。以上。 放射性气溶胶的处理放射性气溶胶的处理 v

52、广泛用于核设施内的干式过滤器；广泛用于核设施内的干式过滤器；v有效捕集粒径有效捕集粒径0.3m0.3m放射性气溶胶粒子；放射性气溶胶粒子；v去除效率去除效率99.9799.97；v一次使用失效后即行废弃；一次使用失效后即行废弃；v在在HEPAHEPA过滤器之前要安装预过滤器，以除过滤器之前要安装预过滤器，以除去废气中的大颗粒固体。去废气中的大颗粒固体。 放射性气体的处理放射性气体的处理 吸附法吸附法 活性炭滞留床活性炭滞留床 低温分馏装置低温分馏装置 l对对8585KrKr、133133XeXe有良好吸附选择性有良好吸附选择性 l对对8585KrKr的回收率大于的回收率大于9999。 液体吸收

53、装置液体吸收装置 l使用致冷剂吸收溶解度较高的惰使用致冷剂吸收溶解度较高的惰性气体。性气体。 贮存衰变贮存衰变 l对短寿命放射性核素有效、经济对短寿命放射性核素有效、经济去除。去除。 碘同位素的处理碘同位素的处理 v碘同位素（碘同位素（131131I I、129129I I）是放射性废气中）是放射性废气中 主要的挥发性放射性核素；主要的挥发性放射性核素；v活性炭既能吸附元素碘活性炭既能吸附元素碘(I(I2 2) )，又能吸附，又能吸附 有机碘有机碘( (如如CHCH3 3I)I)；v从湿空气中去除有机碘，活性炭须用碘从湿空气中去除有机碘，活性炭须用碘 化钾或三乙烯二胺化钾或三乙烯二胺(TEDA

54、) (TEDA) 浸渍处理。浸渍处理。v放射性废气净化达标后，一般通过高放射性废气净化达标后，一般通过高烟囱烟囱(60(60150m) 150m) 稀释扩散排放；稀释扩散排放；v选择有利的气象条件排放；选择有利的气象条件排放；v排放口要设置连续监测器。排放口要设置连续监测器。废气的排放废气的排放 表表5-12 核工业中常用的废气净化设备的核工业中常用的废气净化设备的DF图图5-16 典型的放射性废气处理流程图典型的放射性废气处理流程图 一、概述 二、化学去污技术 三、机械去污技术 四、其他去污新技术 第五节第五节 放射性污染去污技术放射性污染去污技术 一、概述 放射性污染放射性污染放射性物质沉

55、积在材料、结构物或设备表面。放射性物质沉积在材料、结构物或设备表面。 种类种类 机械沾污机械沾污 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附 一、概述 去污的定义去污的定义 去污的目的去污的目的 核设施去污技术的选择原则核设施去污技术的选择原则 去污的定义去污的定义 放射性去污放射性去污 用化学或物理方法除去沉积在核设施结构、材用化学或物理方法除去沉积在核设施结构、材料或设备内外表面上的放射性物质。料或设备内外表面上的放射性物质。评价指标评价指标 去污系数去污系数DFDF 0iADFA（5-155-15） 去污率去污率DEDE （5-165-16） 0100%iiAADEAA A0 0、A Ai i分

56、别分别为去污前为去污前和和i i次去污次去污后放射性后放射性核素的活核素的活度度,Bq ,Bq 去污的目的去污的目的 核设施去污技术的选择原则核设施去污技术的选择原则 效益方面效益方面 技术方面技术方面 辐射安全辐射安全 去污效率去污效率 经济效益经济效益 废物最少化废物最少化 化学去污化学去污 人工和机械去污人工和机械去污 电抛光去污电抛光去污 超声去污超声去污 二、化学去污技术 化学去污化学去污 用化学方法去除沉积在部件内外表面上的放射用化学方法去除沉积在部件内外表面上的放射性物质。性物质。适用范围适用范围 l无损伤管道系统的远距离去污无损伤管道系统的远距离去污；l大面积区域大面积区域(

57、(如地面和墙壁如地面和墙壁) )的有效去污；的有效去污；l人难以接近的表面去污。人难以接近的表面去污。 二、化学去污技术 化学去污的优缺点化学去污的优缺点 化学去污常用试剂化学去污常用试剂 化学去污常用工艺化学去污常用工艺 化学去污的优缺点化学去污的优缺点l试剂易得试剂易得l去污快，效率高去污快，效率高l操作简单、可远程遥控操作简单、可远程遥控l产生放射性废气较少产生放射性废气较少l清洗液可处理回收清洗液可处理回收 l粗糙多孔表面去污率低粗糙多孔表面去污率低l清洗废液体积大组分复杂清洗废液体积大组分复杂l腐蚀和安全问题腐蚀和安全问题l需试剂贮存和收集设施需试剂贮存和收集设施l去污成本较高去污成本较高优优 点点 缺缺 点点 化学去污常用试剂化学去污常用试剂 分类分类 按化