环境岩土工程学课件东南大学潘华良环境岩土工程学概论放射性有害废物的处置

第7章

放射性有害废物的处置世界各国对高放废物处置问题提出了许多方案，如太空处置、海洋处置、海岛处置、冰层处置及深地质处置等等。通过各种方案的比较，最终对深地质处置的安全性和现实性达成了共识。1990年12月在伦敦召开的消除核工业废料国际会议上公布的数字表明，近40年来，美、英两国在大西洋和太平洋北部的50多个“墓地”，大约投弃过46×1015贝克放射性废料。虽然这些废料是容器盛装投弃的，但其渗沥性在短期内是很难确定的。1.放射性固体废物的定义放射性固体废物是指任何含有放射性核素或被其玷污，其比活度超过国家规定限值的废物。根据放射性废物分类标准，固体废物中放射性比活度大于7.4×104Bq·kg-1的为放射性固体废物。Bq是表示放射性活度单位，1Bq定义为放射性核素每秒衰变一次。比活度:物质中的某种核素放射性活度除以该物质的质量而得的商。放射性固体废物的来源(1)铀矿开采，选矿及水洗过程产生的尾矿。这类废物一般数量大，放射性比活度低，通常就地堆存或回填矿井。(2)核燃料辐照后产生的裂变产物。它是放射性废物产生量最多的环节，主要有被放射性污染的设备、材料、废弃的过滤器、废液处理时形成的泥浆和废弃的防护用品等。(3)反应堆内非核燃料物质经辐照后产生的活化产物。主要包括废离子交换树脂、过滤器上的泥浆、蒸发器残渣、燃料元件碎片及废弃的防护用品等。7.1放射性废物的分类(1)放射性废物按其所含最长的放射性核素的半衰期(Tl／2)长短分为四种：①(Tl／2)≤60天；②60天≤(Tl／2)≤5年；③5年≤(Tl／2)≤30年；④(Tl／2)＞30年。(2)按放射性比活度水平分三级：第Ⅰ级为低放废物；第Ⅱ级为中放废物；第Ⅲ级为高放废物。7.2放射性废物的特点含核素的衰变及随之产生的电离辐射，其辐射强度(活度)只能随时间的推移按指数规律逐渐衰减(半衰期)，任何物理、化学、生物处理方法或环境过程都不能予以消除。放射性废物中同时也含有多种非放射性污染物质。放射性核素与其稳定同位素的化学性质基本相同，因此，去除废物中稳定性元素的常规处理方法亦可用于去除放射性同位素高放射性废物中常含有各种用途广泛的裂变产物同位素，如加以浓集回收，既可降低废物的活度水平，又可用以制造辐射源。7.3放射性废物管理的的原则“减少产生、分类类收集、净化浓缩缩、减容固化、严严格包装、安全运运输、就地暂存、、集中处置、控制制排放：加强监测测”7.4浅地层处置日本把放射性固体体废物处置方法归归纳为四大类型。。1.扩散型对有自然扩散可能能性的气态、液态态放射性废物通过过稀释扩散进行处处置。如核电站或核研究究中心的放射性废废气和废水当其放放射性浓度低于法法令规定的限值时时向环境释放。但但不适用于固体放放射性废物处置。。2.管理型对于放射性水平低而且几乎不含极长长半衰期放射性核核素的放射性固体体废物，依靠其衰衰减效果而使放射射性水平降到不需需要安全保障的这这段期限内，通过过与放射性水平相适适应的阶段性管理理而进行的处置。例如中低放固体废废物的浅地层处置置是典型的管理型型处置。3.隔离型对于来自使用过的的核燃料的后处理理所产生的高放废物，由于其产生量很很少，放射性很高高，而且.还含有相当数量的的长半衰期核素，，在其放射性衰减减使环境污染或放放射性影响的担忧忧充分减轻之前，，有必要使其与生生活环境长期地充充分隔离开，并在稳定的场所安全全地隔离。高放废物的深地层层处置和放射性废废物的海洋处置。。4.再利用型对于极低水平的放放射性固体废物，，在不需要安全保保障的限度内，力力图考虑再利用。。例如，核反应堆等等的退役解体所产产生的大量混凝土土类废物用作造地地时的填埋材料，，或把极低放射性性水平的金属配管管类材料作为原料料再利用。7.3.3浅地层处置方法1.浅地层处置定义浅地层处置是指地地表或地下的，具具有防护覆盖层的的，有工程屏障或或设有工程屏障的的浅埋处置，埋藏藏深度一般在地面面下50m以内。通常将废物容器置置于处置单元之中中。2.适于处置废物的种种类(1)含半衰期大于5年、小于或等于30年放射性核素的废废物，比活度不大大于3.7×1010Bq·kg-1；(2)含半衰期小于或等等于5年放射性核素的废废物，比活度不限限；(3)在300～500年内，比活度能降降到非放射性固体体废物水平的其他他废物；(4)废物应具有足够的的化学、生物、热热和辐射稳定性；；(5)废物不得产生有毒毒有害气体；(6)废物包装容器必须须具有足够的机械械强度，以满足运运输和处置操作要要求；(9)包装容器表面的剂剂量当量率应小于于2mSv／h；(10)废物不应含有易燃燃、易爆、危险物物质，也不含易生生物降解及病毒等等物质。废物在处置前进行行去污、包装、切切割、压缩、焚烧烧、熔融、固化等等预处理。7.3.4场地选择1.场地选择原则浅地层埋藏处置场场地的选择要遵循循两个基本原则：：一是防止污染(安全原则)；二是经济合理(经济原则)。(1)处置场应选择在地震烈度低及长期地质质稳定的地区；(2)场地应具有相对简简单的地质构造，断裂及裂隙不太太发育；(3)处置层岩性均匀，，面积广，厚度大大，渗透率低；(4)处置层的岩土具有有较高的离子交换和吸附能能力；(5)场地应选择在工程地质状况稳定，建造费费用低和能保证正正常运行的地区；；(6)场地的水文地质条件比较简单，最高地地下水位距处置单单元底部应有一定定的距离；(7)场地边界与露天水源地的距离不少于500m；(8)场地宜选择在无矿藏资源或有资源而无无开采价值的地区区；(9)场地应选择在土地地贫瘠，对工业、农业、旅游游、文物以及考古古等使用价值不大的的地区；(10)场地应选择在人口密度低的地区，与城市有有适当的距离；(11)场地应远离飞机场，军事试验场地和和易燃易爆等危险险品仓库。7.4高放废物深地质处处置深地质处置就是把把高放废物埋藏在在距地表深约500～1000m的地下深处，使之之永久与人类生存存环境隔离。埋藏高放废物的地地下工程即为高放放废物处置库。高放废物深地质处处置库一般采用的的是“多重屏障系统”设计，即把废物物储存在废物容器中，外面包裹回填材料，再向外为围岩。一般把地下设施及及废物容器和回填填材料称为工程屏障，把周围的地质体体称为天然屏障。天然屏障首先，深部地质介介质之所以具备长期圈闭的功能，它既可以有效地限制制核素的迁移，又又可以避免人类的的闯入。它不仅是良好的物物理屏障，而且也也是有效的化学屏屏障。因为核素在在随地下水流动的的过程中，将与介介质发生各种作用用，如吸附作用、、沉淀作用等等，，这种作用可以有有效地降低核素的的迁移速度。其次，深部地质介介质的演化十分缓慢，只要避开某些地地区，如现代火山山地区和强烈构造造活动地区等，就就能够保证放射性性核素在限定期内内有效圈闭。此外，建造处置库库所开凿的岩体体体积只能占整个岩岩体体积的很小部部分，处置库的建建造不会严重影响响围岩的整体圈闭闭功能。工程屏障处置库的地下设施、废物容器及回填材料统称为工程屏障，，它与周围的地质质介质一起阻止核核素迁移。废物容器是防止放放射性核素从工程程屏障中释放出去去的第一道防线。。所选用材料多为耐耐热性、抗腐蚀性性能良好的不锈钢钢材料。容器的形状多为圆圆柱体，一般认为为，容器保持完好好的时间可持续千千年以上。回填材料作为高放放废物处置库中的的工程屏障填充在在废物容器和围岩岩之间，也可以用用它封闭处置库，，充填岩石的裂隙隙，对地下处置系系统的安全起着保保护作用。回填材料应具备的的性能是：对放射性核素具有有强烈的吸附能力，阻止和减缓放射射性核素向外泄漏漏；具有良好的隔水功能，延缓地下水接触触废物容器的时间间，降低核素向外外泄漏的速度；具有良好的导热性，以便使高放废物物衰变热量及时向向周围地质体扩散散具有良好的机械性能,能对废物容器起起支护作用，防止止机械破坏和位移移。7.4.4我国高放废物地质质处置研究进展1985年，高放废物处置库库选址工作开始,完成全国筛选、、区域筛选及地区区筛选工作。其他国家选址工作作经验，在全国区域地质资料综合分析、对对比的基础上，通通过各地区地质条条件、地质构造、、岩石类型、水文文地质条件、自然地理、经济地理及核工业布局等因因素的进一步分析析对比，在全国范范围内选出了西南地区、广东地区、内蒙地区、华东地区和西北地区五大区域。从五大大区域中又筛选出21个小区。当时所考虑的处置置库候