运行核电厂放射性固体废物管理实践与探讨1

2022-03-07张蔚华张一民郭海峰丁志博岳会国王仁科冯建平

核安全 2022年1期

张蔚华，张一民，郭海峰，丁志博，岳会国，王仁科，冯建平

（生态环境部东北核与辐射安全监督站，大连 116001）

放射性废物，是指含有放射性核素或者被放射性核素污染，其放射性核素浓度或者比活度大于国家确定的清洁解控水平，预期不再使用的废弃物。核电厂放射性废物的安全管理，减量化、无害化和妥善处置，保证放射性废物永久安全，是清洁、高效利用核能的前提，事关生态安全和公众健康。

截至2020年8月，我国共有62台核电机组，其中47台机组装料投入运行，分布在18座核电厂中［1］。我国采用闭环燃料循环模式的技术路线：运行核电厂产生的乏燃料经处理后再次利用。所以，乏燃料不属于放射性废物。运行核电厂放射性废物按照形态可分为放射性固体废物和放射性流出物。其中放射性流出物经过滤、去污、贮存衰变等措施，当放射性水平达到国家标准后，按照相应规范排出。放射性固体废物则因其特性，需经收集、处理、贮存，最终被运输至处理厂进行处置。因此，不断实践、总结运行核电厂放射性固体废物管理经验具有重要意义。

1 放射性固体废物管理现状

运行核电厂放射性固体废物的处理，主要有监测、处理、贮存及运输4个步骤，如图1所示。其中监测贯穿废物管理全过程，保证放射性物质始终在可控范围内。处理是核心，细分为收集、分类、去污、压缩、固化及包装。处理完成后，形成稳定货包临时放置于专门建造的放射性废物暂存库内进行保管，待条件允许时，将放射性固体货包运输至处置厂最终放置。

图1 运行核电厂放射性固体废物处理Fig.1 The disposal of radioactive solid waste in operating nuclear power plant

1.1 放射性固体废物的产生及分类

在核电厂运行期间，不可避免会因生产、维修、沾污、回路设备更换、裂变物质释放、辐照活化、滤芯报废等原因直接或间接产生放射性废物。国家对放射性废物实行分类管理，将其分为高水平、中水平、低水平放射性废物。

按照《关于发布＜放射性废物分类＞的公告》（公告2017年第65号）规定，运行核电厂正常运行产生的放射性废物属低水平放射性废物。为提高放射性废物管理水平，运行核电厂通常根据废物的产生途径、物理性状、放射性水平，将放射性固体废物分为工艺废物、技术废物和一般废物三种，见表1。

表1 运行核电厂放射性固体废物分类Table 1 The classification of radioactive solid waste from operating nuclear power plants

1.2 放射性固体废物的管理流程

1.2.1 监测

运行核电厂对放射性固体废物实施实时监测，电厂辐射监测系统覆盖自废物产生到外运处置的全过程。运行核电厂依据国家监测限值设定报警值，如发生监测数值超报警值或数据异常波动，则自动报警，确保运行核电厂场区内外安全。

1.2.2 处理

放射性固体废物的处理，改变了原有废物的属性、形态和体积，以达到能够安全和经济地运输、贮存、处置放射性废物货包的目的，运行核电厂根据固体废物的不同种类特点采取相对应的压缩、固化、去污等处理方法和流程，如图2所示。

图2 放射性固体废物处理流程图Fig.2 The flow chart of radioactive solid waste treatment

工艺废物相对其他废物接触剂量率较高、不易转运，同时部分放废物的物体形态、性状不适宜压缩（树脂、水滤芯内含液态），故仅采取固化的手段。其中，对浓缩液、树脂不能直接灌浆，需根据其体积、活度浓度计算填充量后搅拌均匀进行固化处理；技术废物多为维修产生的辅助物品，具有剂量低、体积大、密度小、不含或极少含液体的特点，故对其采用减容处理；废物中有机溶剂不易处理且产生量较少，一般将其转运至贮存罐暂存。对于报废的大部件受其体积、质量限制，常采用去污后暂存的方式处理。APG树脂属极低放废物，暂存后，经检测确认低于国家标准要求的限值后，可以清洁解控，而非不具有放射性后解控。一般情况下，放射性低于仪器探测下限的放射性固体废物，按照危险固体废物实施管理。

1.2.3 运输

放射性固体废物运输包括场内运输和场外运输。场内运输需根据被运放射性固体废物的特性选择合适的运输工具，运输过程按流程管理并保证记录完整，同时制定专门的应急预案；场外运输运送品为经处理后的完整货包，运行核电厂应按照国家相关规定向审批机关提交外运申请，经批准后由符合条件的承运方实施运输。运行核电厂应建立场内/外运输管理规程和程序，对路径、安全设置、辐射防护、废物接收、运输申请、工具等各类运输环节实施管理，并保障运输记录完整。

2 目前存在的问题

2.1 管理能效有待提高

运行核电厂放射性固体废物的最终产量取决于废物管理政策、实施落实、处理工艺、大修策略、排放控制等管理能效。图3统计了某核电厂A自运行以来历年单机组年产生放射性固废产量，A核电厂放废管理工作在其集团内连续5年考核成绩属中位水平，具有较高的国内代表性。

由图3可知：（1）2013—2016年，A核电厂运行机组数量逐年增加，其单机组年产量并未随机组数量的增加而持续保持上升，反而呈波动状态；（2）2016年、2017年，运行机组数目保持在4台，单机组年产量增多；（3）2017—2019年，单机组年产量逐步下降。

图3 某核电厂2013—2019年单机组放射性固废年产量Fig.3 The annual output of single unit radioactive solid waste in a nuclear power plant from 2013 to 2019

分析上述表现原因：（1）2013年A核电厂首台机组运行，随后直至2016年每年新增1台机组，新机组的增加不仅使固废总量增加，而且对放废管理能效造成较大压力，单机组产量于2014年达到峰值，之后随管理策略、人员能力、技能经验的提高而逐渐下降，表现为波动状态；（2）机组运行一个换料周期后，为保证机组安全，需开展例行大修检查，日常和大修期间产生的放射性固废构成了机组整个换料周期的固废产量，机组首次大修检查项目最多，固废产量远高于后续大修，因此，在放废管理逐渐成熟，机组数量保持在4台，再无其他变量条件的情况下，2017年较2016年固废产量再次升高；（3）2017—2019年，A核电厂4台机组均完成首次大修，放废管理水平持续提高，1台机组延长换料周期减少了大修次数等多重因素的作用下，单机年产量保持了下降趋势。

表2为WONO（世界核电运营者协会）统计的世界主要核能国家压水堆核电厂单机组固废年产量中位值和最优值［2］。由表2可见，就单机组固废产量的中位值和最优值而言，A核电厂与世界主要核能国家压水堆核电厂有较大差距。

表2 世界主要核能国家压水堆核电厂单机组固废产量Table 2 The single unit solid waste production of PWR in the world’s major nuclear power countries

2.2 放射性固体废物贮存超期

运行核电厂对其产生的放射性固体废物和不能经处理后排放的放射性废液进行处理，使其转变为稳定的、标准化的固体废物货包后集中贮存，并交送放射性固体废物处置单位处置。目前，我国运行核电厂放射性固体废物贮存管理面临最突出的问题是贮存时间超期。国家强制性标准GB 11928—1989《低、中水平放射性固体废物暂时贮存规定》对贮存时间做出了明确要求：“4.7废物暂时贮存期为五年”。

图4统计了我国现存47台核电机组的首次运行时间，从图4中可知，大部分现存核电厂运行时间已超过或接近五年，但部分运行核电厂并未完全或从未将其产生的放射性固体废物货包在贮存期内运送至处置场，造成贮存超期问题的主要原因有以下几个。

图4 中国（大陆）历年新增运行核电机组Fig.4 The new nuclear power units in operation over the years in China （mainland）

（1）放射性废物处置场建设滞后。根据国务院颁布的《关于我国中、低水平放射性废物处置的环境政策》（国发［1992］45号），我国提出区域处置低中放射性废物的方针；2006年全国人大通过的国民经济和社会发展“十一五”规划纲要第二十四章，明确提出“加快中低放射性废物处置场建设”。根据全国放射性废物产生量，规划2020年全国建成华北、华东、西北、西南、华南5个区域处置场［3］，但目前仅完成西北、西南、华南3个处置场的部分建设。

（2）放射性固废运输条件不佳。我国国土广袤，已建成的3个处置场分别位于甘肃、广东和四川，而现存运行核电厂由南至北分布在我国沿海地区。除广东、福建核电厂外，其他核电厂的运输距离、运输条件均不佳。以我国最北端的辽宁红沿河核电厂为例，其运输一次放射性废物至西北处置场，需途经8个省（区、市），总行程近3000 km，而运送量仅有100～200 m3，运输成本极高。同时，目前关于核电厂中低放射性废物的对外运输，托运人（运行核电厂）需向起运地及发运地省级生态环境厅备案，经托运人所在地县级以上人民政府公安机关批准，并受交通运输等有关部门监督管理，运输审批流程复杂。

（3）处置能力与放射性固体废物产量不平衡。核电厂在运行及退役期间会积累大量放射性固体废物。以上述A核电厂单机组放射性固体废物年产中位值44.55 m3，粗略测算现存47台核电机组，自运行至2020年年底产生的放射性固体废物约为15300 m3。

表3统计了已运行低、中放处置场的基本数据，在运处置场建成容量为68800 m3。我国现存15台在建机组，按照正常工期4～5年后将全部商运，届时62台运行机组每年将产生近2800 m3放射性固废。在不考虑已处置废物量、地区限制、运输条件、机组退役、核技术废物处置等诸多因素的理想状态下，已建成处置场将在十多年后满存，处置压力巨大。

表3 已运行低、中放处置场的基本数据Table 3 The Basic data of low and medium level radioactive disposal sites in operation

2.3 放射性固体废物减容系统不完善

部分放射性废物减容系统不合理。我国运行核电厂废物辅助厂房通常设计建造了半干和湿式放射性废物烘干的设施设备，用于减少废物体积、防止超压后出现废液外泄，但实际操作中初始设计容量小、烘干时间过长等因素导致烘干效率低下。以某核电厂为例，其烘干系统单次烘干容积约200 L，单次烘干时间长达6～ 7 h。同时，烘干通风系统缺少过滤装置，存在放射性气体外泄风险，所以核电厂烘干设施设备多处于闲置状态。

3 探讨与建议

3.1 持续推进放射性固体废物最小化

我国核电厂应将减少源项、废物再循环利用、减容处理和优化管理［4］相结合，在确保核与辐射安全的前提下，以废物处理和处置为核心，通过技术手段和管理措施持续推进固体废物最小化。国家层面进一步完善放射性废物最小化政策标准，制定放废最小化目标值和理想值；加快核能利用技术改进，延长换料周期，减少单位年内的大修次数，降低固体废物产量；优化运行核电厂放废管理，分类管理，分级处理，集中贮存，积极处置；加强放废最小化技术研发及国际合作，从放废回收与去污，废物分拣，减容，熔融处理等方面进一步研究，追赶世界同行业放废管理先进水平。

3.2 加快处置场建设

（1）国家层面统筹管理，规划低、中放废物的处置场建设。稳步推进、强化落实既定建设目标，设定建设的时间点和目标值，分阶段、分批次、分地域实施，加快处置场在运行核电厂集中地区的建设，集合中央、地方、社会、企业等各方力量，确保处置场良性规划、设计、建设和运行，避免国家资源运用浪费，保障处置场的建设与核能发展的要求相适应，全面实现放射性固体废物减量化、无害化处置，确保永久安全。

（2）充分发挥地方政府作用。《中华人民共和国放射性污染防治法》第四十四条规定：“有关地方人民政府应当根据放射性固体废物处置场所选址规划，提供放射性固体废物处置场所的建设用地，并采取有效措施支持放射性废物的处置”。我国法律对地方政府多为义务性要求，无权益性支持，在一定程度上导致地方政府对处置场建设积极性不高。建议探索引入常规环保所采取的“补偿机制”，研究制定相关处置费用和使用管理办法，以调动和发挥地方政府积极性，推动处置场建设。

（3）强化公众沟通，提高公众理解。通过科普宣传、公众参与、信息公开、舆情应对等公众沟通手段，让公众全方位了解固体废物处置，缓解消除公众阻力，持续增强公众对核安全的信心，促进放射性固体废物处置事业健康发展。

3.3 改善放废运输条件

（1）优化运输方式，提高运输能力。目前，运行核电厂放废外运均通过公路运输，存在运力低、速度慢、易受道路限制、路途突发风险较高的缺点。《中华人民共和国核安全法》（以下简称《核安全法》）第五十三条规定：“通过公路、铁路、水路等运输……放射性废物……适用相关法律、行政法规和规章关于放射性物品运输、危险货物运输的规定”。探索由铁路替代公路运输放废物的新方式，将改善部分核电厂运输条件不佳的窘境，提高核与辐射安全，降低运输成本。

（2）建立放废运输联合机制。《放射性物品运输安全管理条例》第四条明确规定：“县级以上地方人民政府环境保护主管部门和公安、交通运输等有关主管部门……负责本行政区域放射性物品运输安全的有关监督管理工作”，在符合相关法律规定、保证核安全的前提下固化审批流程，探索联合审批制度，提高审批效率。

3.4 提升固体废物处理效能

（1）改造核电厂现有系统设备，激活自身放废处理能效。运行核电厂制定相关改造方案，开展安全性、可行性论证，经国务院核安全管理部门审批后，改造现有放废处理系统，提高烘干设备容积，增设放射性固体废物烘干用废气过滤设备，解决核电厂共性问题；在贮存库增设辐射环境剂量测量探头，并纳入核电厂辐射监测系统，提高放射性固体废物监测水平，进一步保证贮存安全。

（2）盘活放射性废物处置费用准备金，在低、中水平放射性废物处置领域引入社会力量。《核安全法》第四十八条规定：“核设施营运单位应当预提……放射性废物处置费用，列入投资概算、生产成本……”目前，核电厂放废处置的费用标准、上交单位均不明确，各运行核电厂通常自行制定单位体积放射性固体废物的处置费用，设置单独账号，按年产实际放射性固废体积进行提存。

完善放废处置费用的相关标准，制定按照放废种类、辐射剂量水平等影响因素分级分类地确定处置费用的评价标准，明确放废处置费用的上缴单位部门，出台放射性废物处置费用的提取和管理办法，统一管理、综合运用、定期检查，避免少缴漏缴、挪用流失和资产浪费。

早在2018年，社会资本便注意到放废处置领域，兴业证券发布研究报告：预计至2020年，中、低放废料处置市场空间可达到300亿［5］，市场前景广阔。《核安全法》第四十条和第四十三条明确了国家建立放射性废物管理许可制度。在符合相关法律法规要求，保证核安全的前提下，合理稳步引入社会力量，鼓励国内企业申取低、中水平放射性废物处置许可，参与放废处置。

3.5 专业运作强化监督

随着我国核事业的快速发展以及大量机组投入运行，近年来，生态环境部（国家核安全局）通过制定管理更加细化、实用性更强的二、三级监督检查程序，增加检查频次，设定监督管理控制点等多种手段进一步增强对放射性固体废物的监督管理。

核与辐射安全监督站（以下简称监督站）是根据法律法规授权和生态环境部委托，负责一定区域内核与辐射安全监督工作的部署外派机构。2019下半年，某地区监督站根据监督对象、监督方向、监督重点，优化监督方式、调整组织结构、明确职责，建立了以监督小组为抓手，分专业、分板块实施监督的新模式。其中，新成立的三废管理专业组负责统筹辖区内核电厂放射性固体废物及流出物的监督管理。

图5显示，在专业板块化监督运行后，该辖区内核电厂放射性固体废物管理相关问题的发现量大幅提高，可以看出这种优化后的监督方式对放射性废物的管理具有良好促进作用，倒逼运行核电厂强化放废管理、提高人员素质、开展预防性工作，有效提高了放射性固体废物管理水平，确保了核事业的健康发展。