核电站放射性废物最小化前景分析

李 石 周立军

（中核辽宁核电有限公司，辽宁 兴城 125100）

0 引言

核电作为不依赖于传统化石原料的新型能源，凭借稳定持续的运行工况与大功率的电力输出，在世界能源体系中占据着“三大支柱”之一的重要地位。但由于核燃料的特殊性，在运行与退役等过程中不可避免的面临着各种废物尤其是放射性废物的处理工作。随着核电产业的不断发展，国内外越来越多的核电站开始投入到运行中，放射性废物处理的工作量也在不断增加。由于放射性废物本身潜藏着对电站工作人员、社会公众以及自然环境辐射污染的危险性，因此如何妥善处理废物，达到放射性废物最小化的目标已成为当今核电领域中备受重视的课题。

本文将通过对当前核电站放射性废物最小化的政策与法规现状、行政管理现状、源头控制与后期技术处理现状等加以论述，科学合理地展望核电站放射性废物最小化的发展前景。

1 放射性废物最小化理念与重要意义

在国际原子能机构所确定的放射性废物管理各项原则中，废物最小化作为重要原则之一被列出，其定义是“使放射性废物的体积、重量以及废物中包含的放射性核素都满足合理尽量最小化原则”。该理念着眼于减少废物的数量与放射性两方面，遵循的基本原则是“保护人类健康和环境，并不给未来后代造成不适当的负担”。[1]

有力推进核电站放射性废物最小化具有以下的重要意义：

（1）对人民群众健康和环境安全保护具有重要意义。尤其是在当代中国特色社会主义科学发展观的要求下，核电站放射性废物最小化的大力推行有助于保护人民群众生命健康，维护生态环境稳定，保障核电事业的可持续科学发展。

（2）以放射性废物最小化为目标展开管理与工作，不但能够促进相关单位科学管理水平的提高，同时能减轻公众对核电站放射性废物处置的担忧，具备重要的社会效益，有利于核电事业的良性发展。

（3）由于对放射性废物的处理处置所需的费用高于普通废物，放射性废物最小化的推行在一定程度上有助于相关单位减少处理处置放射性废物的经济投入，有一定的经济效益。

2 放射性废物来源

在核电站的整个运营寿期内，放射性废物多来自于反应堆运行废物，以及日常运营中产生的其他种类放射性废物，此外还有退役产生的放射性废物等等。

反应堆在运行期间会产生具有放射性的核素，进而产生放射性废物。核素主要源自裂变过程与活化过程两类。活化过程所产生的核素绝大多数半衰期较短，一般较少生成具有长期辐射的放射性废物。而裂变核素的半衰期较长，通常废物的放射性来源绝大多数是裂变核素。这些放射性废物通过一回路元件或设备泄漏、冷却剂净化处理、换料大修、设备检修等途径产生，包括固、液、气三态。

3 政策与法规现状

国家在政策与法规上的支持是核电站推行放射性废物最小化的原动力，同时也是整个核电行业都能够奉行放射性废物最小化理念的基础保证。

作为世界上最早发展核电技术的国家之一，同时也是最早提出“放射性最小化”理念的国家，美国于1976年制定了《联邦政策资源保护与回收法》，其中明确规定了 “逐级行政管理废物并达到废物最小化”。之后在1990年，美国制定的《污染防治法》再次重申了最小化理念，并要求“只要可行，就要尽量减少废物源项”。其国家环保局颁布的《废物埋藏处置限值》有效地限制了不加处理就直接掩埋处理放射性废物的落后做法，并在《废物最小化评价手册》提出了完整并具备可行性的程序来实现放射性废物最小化的目标。

而在我国，国家自开始发展核电行业以来始终高度重视放射性废物的处理问题，近年来也积极跟随发展步伐，逐步施行放射性废物最小化战略，相关的法规标准体系也正在建立。如2003年颁布的《中华人民共和国放射性污染防治法》与2009年颁布的《中华人民共和国循环经济促进法》，其中都强调通过采用先进的生产工艺和设备等有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价取得最大的经济产出，同时尽量减少放射性废物的产生量。此外，近年来各项放射性废物的处理细则也在逐步完善。《放射性废物安全管理条例》已经颁布实施。相关标准、法规条例等正在逐步制定中。可以预见今后一段时间内，相关政策与法规的颁布实施将有效推动我国核电厂放射性废物管理工作与最小化战略。

在“十二五”新时期下，为进一步促进核电厂废物最小化的推进，核安全监管部门在参照了世界先进核电经验后，对中国“十二五”期间新建核电站的废物年产生量提出了新的目标要求。即规定国内运行核电站在正常运行工况下，单台机组每年产生的废物包体积不超过50立方米。[2]（目前国产二代改进型核电厂单台机组放射性固体废物包预期年产生量在57-59立方米之间）

4 技术处理现状

除了从源头尽量减少放射性废物的产生外，面对已经产生的废物，还需要切实有效的处理措施来使得放射性废物最小化。在处理之前，首先需要保证严格的废物分类。一来避免交叉污染，二来分出免管废物能有效节约成本，三来有些废物经过处理后可达到清洁解控水平，也有再回收利用的可能。

下面分别从固、液、气三态废物的处理技术进行论述。

4.1 放射性固体废物的处理

焚烧技术：减容系数达到100或更高。目前焚烧技术常被视为处理可燃废物的最佳途径，这是因为焚烧处理废物的减容比远远超过其他处理技术。但使用焚烧技术进行减容处理的前提是待处理废物的严格分类，如果有不燃或者难以完全燃烧的放射性废物混在其中，极易引起放射性烟尘的扩散。且焚烧炉尾气中可能含有二噁英，地方环保部门对建造焚烧炉持保守态度，获得公众支持认可困难。另外其费用也相对较高。

超压技术：减容系数达6到10。对于焚烧技术难以处理的放射性固体废物，超压技术常被应用。所使用的超级压缩机的压力能达1000吨以上，此压力下固体废物减容系数可达6到10。超压技术作为能够有效缩小废物体积的处理方法，同样受到青睐。但是美国部分核电站认为压缩的体积缩小率不明显，且压缩设备需要更多的人员和额外的维护。

废物玻璃化：通常的减容系数高于50。使用该项技术处理非金属固体放射性废物，最终废物将与玻璃体结合固化。这项技术费用适中且处理后的废物具有良好的稳定性，满足长期处置的安全要求。目前这项技术正得到越来越多的重视。

碎化切割技术：这种技术对于那些不具有再利用价值的放射性废物材料处理十分有效，如无用的硬件设备、纸张、塑料废物等。切割方式视情况而定，除传统的锯齿切割外，等离子弧切割、氧乙炔切割等新技术也得到了采用。被碎化切割后固体废物的体积也会得到较为显著的减小。

废树脂脱水处理：将废树脂放于处置容器内脱水后直接封盖处置的技术，或是将树脂蒸汽分解物通过热处理朔形的过程。处理后树脂减容比很大，过程也较为简单快速。

无氧燃烧技术：突破传统的废物焚烧方式，不通过氧气进行燃烧。将用过的可燃性废物装入燃烧炉内，颅内竖直放置两根电棒，废物装入之后，氧气被全部抽出，成为真空状态。通电并注入氮气，炉内升温到1000度以上，物体开始燃烧，整个燃烧过程和氧气燃烧一样，产生的废物也是燃烧后的灰烬。然后将灰烬打包进行掩埋等后处理，其最终产物兼容比高达95%。

玻璃固化技术：GeoMelt玻璃固化技术集多种玻璃固化工艺为一体，去除危险有机物，固化放射性物质和重金属，处理难处理的废物。GeoMelt技术将危险性化学废物和放射性废物转变成超稳定的玻化材料和结晶物质，类似于火山黑曜岩，其强度要比混凝土高10倍。产品不受干湿循环或冻融循环作用的影响，在浸出阻力方面是无与伦比的，经过数千年仍然能够保持其物理和化学完整性。耐腐蚀试验表明GeoMelt产品要比花岗岩或大理石更加耐用。

高级聚合物固化技术：将树脂放入一个装有脱水内构件的碳钢储存/处置套筒内，然后用灌装头对其进行脱水。容器的尺寸范围是从55加仑的桶到200立方英尺的碳钢套筒。这一技术已通过NRC审批，最终产物是惰性的，不分散，不易燃，无毒；废物与介质的比为2:1；抗压强度比水泥高5到10倍；沥滤指数达到水泥的10,000倍；不需要以往场址要求的HIC或掩埋外包装；钢衬里容器内固化的废物不会增加储存场的燃烧负荷。

4.2 放射性液体废物的处理

放射性废液蒸发处理：蒸发处理是当前放射性液体废物处理效率最高同时最为常用的技术，一般针对于中低放射性的废液处理。使用的蒸发器有多种类型，如使用强迫循环和压缩空气技术等。

放射性废液离子交换处理：包括有机离子和无机离子的交换，通过离子交换系统将废液中的放射性核素置换过滤，将废液处理成为可再利用的设备冲洗水等。但是此方法不适合处理含有胶体、有机物等的放射性废液。

水泥固化：是一种较为传统的处理方式。目前我国运行核电站大多采用水泥固化用来处理浓缩废液和废树脂等放射性废物，即利用水泥将放射性废物包覆同时防止辐射外漏。[3]

4.3 放射性气体废物的处理

放射性气体废物主要有含氢放射性废气与含氧放射性废气两种。含氢放射性废气主要有两种处理工艺，一种是加压贮存衰变，另一种是活性炭床延迟衰变。

含氧放射性废气则主要采用活性炭吸附和过滤处理。吸附与净化装置防止气溶胶污染扩散，再高空排放，通过大气的稀释去除放射性威胁。

5 核电站放射性废物最小化的发展前景

随着由化石燃料所引起的世界温室效应、环境破坏与能源危机，人们愈发迫切地寻找一种新的清洁能源。核电作为不依靠煤炭、石油等传统燃料的新型能源，凭借其稳定而高效的输出，自诞生之日起就成为了无数人给予厚望的“连接未来的技术”。核电与水电、火电一起构成了世界能源供应的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位。

但是限于科学发展条件，核聚变还是一个遥远的梦想，而依靠裂变产生能量的当代核电，仍旧不可避免的需要面对放射性废物的问题。随着核电在世界能源体系中所占的位置越来越重，放射性废物最小化的理念也已在国际上普及开来，并获得了广泛共识。

目前世界上已有30多个国家和地区建有核电站，当前全世界共有近450台核电机组，总装机容量更是达到约4亿千瓦。在中国已有15台核电机组在运，尚有26台核电机组将陆续建设，到2020年核电运行装机容量预计将达到4000万千瓦。若每台百万千瓦核电机组每年产生废物包体积按50到60立方米计算，则到2020年所有运行核电机组每年产生废物包体积为2000-2400立方米！

尽管根据我国环保法规要求，为确保及时收集、处理、监测、排放或贮存核电厂运行和预期运行事件时产生的放射性废物，运行核电厂均按照环保设施"三同时"要求，配备了相对完善的放射性废物管理设施。但是如此庞大的放射性废物绝不容小觑，进一步推动放射性废物最小化显得尤为迫切。

政策与法规方面，相比国外已形成的较为完善的法律法规制度，我国在放射性废物管理方面尚未完全形成一个完整而规范的体系。一些放射性废物管理相关的标准己实施多年，不能适应当前核电领域的快速发展与新颖理念。但是国家近年来也已加强了这方面的投入，充分借鉴先进经验，努力完善相关行业标准。如今年3月1日起实行的《放射性废物安全管理条例》，近来修订完成的《低、中水平放射性固体废物近地表处置要求》、《低、中水平放射性固体废物包装安全标准》等。这些标准的颁布和实施将有效推动我国核电厂放射性废物管理工作与最小化战略。

技术处理方面，国际上已出现很多安全高效的理念与技术，诸如零污染控制区、贫化铀再生处理、可降解材料应用、新一代核电技术设计优化、废物玻璃化等。这些先进的理念和技术给放射性废物最小化的推进带来崭新的希望。在后福岛时代，我国更加重视废物处理技术研发，如近零排放技术、极低放废物清洁解控技术、高整体容器研发等。另外当前废物处理中心，放射性固体废物处置场的建设也已备受重视。尽管目前我国有些废物处理技术还没有达到世界先进水平，但相信在国家的大力支持下，在核设施主管部门、核安全监管部门的积极推动下，我国放射性废物源头控制与后期处理的理念和技术必将登上新的台阶。

核电站放射性废物最小化在我国核电行业尚属于新课题，其发展与实践都在一定程度上缺乏系统的经验，我们也必须清醒地认识到与国外的先进水平依旧存在差距。但是从国家积极推进放射性废物最小化的行动中，我们也可以看出其蕴藏的巨大发展空间。尤其是《核安全与放射性污染防治十二五规划及2020年远景目标》的出台，更证明国家对放射性废物最小化的坚定目标，大力推动我国的放射性废物最小化工作的开展，实现经济环境和社会效益相统一，核电站放射性废物最小化的未来必将大有可为。

［1］戴威，何文新.放射性废物管理最小化战略顶层架构研究[C]//小型“循环经济”学术研讨会论文汇编.2008.

［2］中国核电工程有限公司.中国核电厂放射性废物管理进展及发展趋势[Z].

［3］叶奇蓁，张志银.核电厂放射性废物管理进展及挑战[J].环境保护，2009（22）.