内陆核电厂放射性液体废物处置研究

齐雅芬

摘 要：本文对核电站废液处理方案进行了简单说明，主要深入介绍了两种放射性废液的“零排放”处置技术，分别是清华大学最新设计的反渗透-CEDI（连续电除盐）处理技术和ES公司设计的零排放系统对放射性废液进行处理的技术。

关键词：废液排放；零排放；清华大学反渗透-CEDI（连续电除盐）处理技术；ES公司零排放技术；

中图分类号：TL941 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-06-00-02

一、我国核电站厂址情况简述

核电站放射性废物有固态、气态和液态三种形态。而放射性废物的处理和处置是各界对建设发展核电所关注的重要内容之一。在三类放射性废物中，放射性液态废物的处置则是焦点所在。

由于我国优先发展沿海核电，目前能利用的沿海厂址已经非常有限，因此发展内陆核电是国家能源发展的一项重要选择。所以，内陆核电厂的放射性液体废物处置的研究是十分重要和必要的，甚至是十分紧迫的。本文结合我国内陆核电厂国家排放标准和舆论现状，研究国内外核电厂放射性液体废物的处置方案和最新技术方案，希望能达到放射性液体废物的“零排放”。

二、内陆核电厂放射性废液来源

内陆电厂目前设计为AP1000堆型，AP1000核电厂的放射性废液主要来源如表3-1所示。

三、内陆厂址放射性废液处置目前设计方案

结合我国技术情况，采用AP1000堆型的内陆核电厂在放射性废液处置方面，为达到国家标准规定的限值，改进后处理工艺为：

化学注入絮凝处理+过滤+离子交换（正常工况）；

移动式设备（MBS）：R/O反渗透配套设备（异常工况）。

处理对象：反应堆冷却剂流出液

四、清华大学反渗透-CEDI（连续电除盐）集成处理低放废液

AP1000核岛废液系统处理系统的主要流程为化学絮凝+过滤+离子交换，主冷却剂流出液全部通过化学絮凝和离子交换处理后排放。由于没有硼回收系统，主冷却剂流出液中的硼基本上排入环境。

清华大学开展了利用反渗透-CEDI（连续电除盐）集成处理低放废液的研究工作，该技术是在阴极和阳极之间交替排列阴阳离子交换膜，将聚合物填充在阴阳离子交换膜之间形成淡水室。工作过程中，低放废液中的离子被聚合物吸附后，在直流电场的作用下逐步迁移到阴阳离子交换膜附近，最终通过阴阳离子交换膜进入浓水室被清除。与此同时，少量水分子在电场的作用下分解为氢离子和氢氧根离子，对聚合物进行连续再生，从而使聚合物保持在最佳的工作状态。

目前，清华项目组开发了具有自主知识产权的新型CEDI膜堆，基本思路是，改装后的CEDI膜堆中，阴极、阳离子交换膜、阳极、阴离子交换膜交替排列，从而导致核素浓缩室、淡水室、硼浓缩室交替排列。改变原有CEDI的电场设置模式，不同区域的阴阳两级施加的电场强度不同，在整个膜堆内形成弱电场区与强电场区。利用弱电场区去除强解离性离子，避免在后续的过程中与弱解离性硼酸进行竞争。在强电场区实现硼酸解离，硼酸离子在膜堆填充物中进行迁移，进入阳极附近的硼浓缩室。设计部门可以根据实际情况，将该浓缩液与其它放射性废液协同处理，也可以与淡水混合统一排放。通过设备改造，有望实现硼与放射性核素的分离。

实际操作中，可以采用以下两个方法：1）通过控制优化前端工艺（絮凝+离子交换），将进入CEDI料液的放射性活度控制在70 Bq/L以下；2）核素浓缩液在CEDI设备内不循环，一次性流过后与淡水混合。根据设备内积存水量以及放射性活度，不需要进行辐射防护。由此，CEDI最终产水与AP1000其它废液混合后，无论是硼，还是放射性核素，均可满足环境排放要求。

总体而言，清华大学此番研究出的反渗透-CEDI集成处理低放废液的方法处理效果较好，技术上也有基础，缺点在于装置较为复杂，对进水要求较高，工作时各项指标控制需要准确和严格，在工程上进行运用还需实验和改进，但总体而言不失为以“零排放”为目标的很好的一条技术路线。

五、ES公司零排放液体处理系统

ES公司开发和运行的美国PWR和BWR核电站的零排放液体处理系统，主要目标是将放液处理为零活性的液体，通过核电站的液体流释放到环境中，或者作为一回路再循环水。

该系统主要由三个部分组成：

1、ALPS?系统/AIM? 系统，即先进液体处理系统/先进化学注入系统，属于改进的WLS（放射性液体废物处理系统）系统；

2、Thermex?系统，即反渗透系统；

3、第二级ALPS系统，即第二级先进液体处理系统。

处理流程主要分为以下三部分：

1、核电厂产生的放射性废液流入ALPS?系统/AIM? 系统，依次经过活性炭床、阳离子交换床、阴离子交换床、混床和特定树脂交换床，去除通常存在于放射性废液中的大块杂质、TSS（总悬浮固体）、有机物和某些化学物质。经过这步处理后的液体将回流到檢测槽或释放槽，或进入下一步的Thermex?系统。

2、Thermex?系统对ALPS?系统/AIM? 系统的来水进行反渗透处理。来水先进入工艺给水箱，然后进入Thermex?系统中的一级反渗透装置，排斥的液体将返回工艺给水箱，另一部分液体进入Thermex?系统中的二级反渗透装置，排斥的液体依然返回工艺给水箱，另一部分液体将进行超级紫外光照（UV），最后进入ALPS?2即第二级ALPS系统。

3、经上述工艺处理后的放射性废液在第二级ALPS系统中进行进一步的过滤和离子交换等处理，这个步骤主要是为了产生反应堆冷却剂级别的水，反而免除排放。处理后的液体将被排放或者作为一回路循环水。

此零排放处理系统由4个技术模块构成，每个模块能提高流出液水质一个量级。用单级设计的系统，结合根据地区特性而制定的最佳工艺，设计上将能满足厂址全部机组的需求。因此，总体而言，这套系统是比较灵活的和适用的。

相比清华大学反渗透-CEDI（连续电除盐）处理方案，ES的方案系统设计和原理上更为复杂，但相对来说更适合工程运用，也是一个值得研究的方向。

六、总结

经由本文分析可知，我国标准所规定的内陆核电厂放射性废液的排放限值也是国际上最为细致和严格的，如若设计上能到达相应的排放标准，可以说，内陆核电厂对环境影响是很小的。为了进一步优化放射性废液处置系统，尽量减少核电厂废液对周围水环境的影响，消除各方面对内陆核电厂废液处置和排放的担忧，我们还在致力于放射性废液“零排放”的研究。清华大学研究组提出的反渗透-CEDI（连续电除盐）集成处理低放废液和ES公司提出的放射性废液“零排放”处理系统，都为放射性废液的“零排放”提供了基础和继续研究的方向，实现放液“零排放”并非遥不可及。