放射性废液贮槽安全整治研究

胡朝

（中核龙安有限公司 浙江台州 317111）

某放射性废液暂存排放系统已为所在核设施运行服务多年，放射性废液贮槽、泵、阀门和管路等系统部件已严重老化，出现了腐蚀，继续运行存在安全隐患。此外，由于该设施建造时间较早、原建造标准较低、防水能力较差，存在室外雨水渗透进入放射性废液贮槽造成废物量增大和放射性核素扩散的风险。目前，该核设施仍在正常运行，承担各项生产和运行任务，现有条件下，只能通过对其放射性废液暂存系统单独进行安全整治以消除安全隐患。

1 设施现状

放射性废液暂存排放系统的废液贮槽埋设于地面以下，槽口比地面低1.5m，采用3mm 厚不锈钢板焊接成箱型，尺寸为4m×1.5m×1.2m（长×宽×高），贮槽外围是砖混加水泥抹面，无放射性废液的包容能力。经过多年使用，放射性废液贮槽已有明显的锈蚀痕迹，贮槽底部沉积了约20cm厚底泥且已出现板结，底泥上方为低水平放射性废液。由于放射性废液贮槽顶部为开放式，槽口低于地面，在强降雨时，雨水会由放射性废液贮槽间西侧的墙根渗透进入废液贮槽间，随后流入放射性废液贮槽内。

对废液和底泥进行核素分析，废液和底泥中主要含有Cs、Co、Sr、H的4种放射性核素，比活度见表1。槽口地面处实测γ 剂量率达到0.3mSv/h。根据放射性核素分析结果，贮槽内的底泥达到了中放水平，废液放射性水平相对较低为低放废液。

表1 放射性核素分析结果Bq/L

2 废液贮槽整治方案分析

放射性废液贮槽贮存的废液和底泥是主要辐射源项，废液可利用现有排放系统转运，贮槽底部中放水平底泥的回取和整备是放射性废液贮槽安全整治的关键环节。我国现有许多运行多年的放射性废液贮罐，放射性废液贮罐退役活动中废液底部泥浆回取、放射性泥浆处理等技术仍存在技术瓶颈，是退役的难点和重点，核设施退役是我国核工业短板之一。下文对废液贮槽内底泥回取和整备的可行性进行初步分析。

2.1 底泥回取方案

2.1.1 人工回取

首先，利用现有废液排放系统，将槽内放射性废液排空，然后在废液贮槽边缘现场设置移动式屏蔽体，工作人员穿戴铅屏蔽工作服后，利用长柄工具将贮槽底泥取出，装入准备好的混凝土型废物桶，现场设置临时吊运装置进行废物桶的吊运，人工回取底泥存在的问题。

（1）在放射性废液排空后，贮槽口附近剂量率较高，设置移动式屏蔽体、穿戴铅防护服屏蔽效果有限，屏蔽体和铅防护服不便于人员频繁操作，将延长操作人员停留时间，操作人员的辐射安全难以保证。

（2）现场工作场所空间受限，手工操作效率低，人员停留时间长，存在辐射安全问题。

（3）底泥集中于贮槽底部，操作过程容易出现底泥溅落扩大放射性污染区域，造成放射性物质扩散。

（4）放射性废液贮槽为方形槽，存在操作死角，会残留一定量底泥无法处理。

2.1.2 利用泥浆泵回取

考虑到减少操作人员现场操作时间以降低受照剂量，可以考虑采用机械设备进行回取。在不排空底泥上方废液的情况下，首先，采用压缩空气对底泥进行搅拌，使板结底泥破碎并悬浮在废液中。房间内配置包含泥浆泵、过滤器等设备的回取装置，循环抽取贮槽内的悬浮液，逐步将底泥过滤收集在过滤器中。底泥回取后，将贮槽内的废液利用现有废液排放系统排空，过滤器连同收集的底泥一起整备处理。利用泥浆泵回取底泥，能使操作人员能够远距离操作，减少近距离操作时间以降低操作人员受照剂量，但仍存在以下问题。

（1）压缩空气搅拌底泥会使放射性气溶胶弥散在房间内，需要增加临时空气过滤设施；泥浆泵、过滤器等构成的回取装置会成为二次放射性废物。

（2）泥浆泵输送底泥的回取效果与底泥状态密切相关，底泥构成成分复杂，需选用过滤精度不同的多级过滤器，过滤效果需进行实验验证。

（3）收集底泥的过滤器仍需操作人员近距离处理，同样存在辐射安全隐患。

（4）现场空间受限，布置泥浆泵及过滤器等设备比较困难。

（5）考虑泥浆回取顺利完成，泥浆泵、过滤器等回取装置经运行后，成为放射性固体废物，增大放射性废物量，面临后期废物处置问题。

2.1.3 机器人回取

为进一步降低操作人员受照剂量，考虑进一步提高底泥回取的自动化水平。在核设施退役活动中，对强辐射、高污染区域或人员难以达到区域的操作，可以考虑采用工业机器人，实施操作过程与人工回取类似。典型的机器人如BROKK 拆除机器人可无线遥控操作，车体紧凑，配备多种破拆工具并可快速更换，在国内放射性废物处理设施中已有应用，也是未来核设施退役过程中必要的工具之一。在废液贮槽底泥回取过程中，若采用机器人实施，存在以下几方面的问题。

（1）机器人设备费用和运行维护费用高，结合废液贮槽整治工程量、操作时间等各方面条件，经济性较差。

（2）由于贮槽上方建筑暂不拆除，贮槽所在房间区域空间狭窄，不满足机器人运行操作空间需求。

（3）废液贮槽为方形槽，存在操作死角，机器人操作会残留较多底泥，最终实施过程中仍需要人工进行较大量的操作才能最终完成底泥回取操作。

2.2 底泥整备方案

2.2.1 水泥固化

水泥固化中低放废物有工艺简单、设备运行投资少、不需加热耗能少、操作安全等优点，核设施所在的厂区建设有水泥固化设施，但只能处理低放废物。由于放射性废物具有放射性且含有通常混凝土中所没有的各种化学成分，不同放射性废物的水泥固化配方不同，需要通过试验找出最佳配方。废液贮槽内底泥为多年运行期间沉积物质，化学成分复杂，实施水泥固化前，需进行试验研究验证其可行性，厂区现有设施不能满足水泥固化要求。

2.2.2 桶内干燥

桶内干燥具有很高的减容比，国外核电站逐步开发该技术来处理放射性湿废物，是放射性废物处理的新途径。桶内干燥是利用干燥室对装有放射性废物的桶进行加热，去除其中的水分，干燥后的固体废物连桶经处理后一并进行贮存或处置。对于放射性底泥，适合采用微波加热型装置进行桶内干燥。德国Linn High Therm公司开发了利用微波加热进行桶内干燥的技术，并建立了试验工厂，通过监测流量、温度、压力及液位，控制微波的能量、底泥进料量，成功进行了模拟废液的干燥处理；美国能源部利用微波在空腔内分布均匀的特性成功研制了桶内干燥试验装置，多次处理了含有超铀核素的底泥。从废液贮槽回取的底泥若考虑采用桶内干燥技术进行整备，需新设计建造一套桶内干燥装置。根据项目实际情况和桶内干燥技术现状，仍存在较大困难，具体如下。

（1）国内桶内干燥技术处于研究阶段，暂无工程应用实例。

（2）桶内干燥装置需要考虑工艺设备运行及辐射防护措施，现场不具备新建工艺装置和辐射防护措施的场地条件。

（3）桶内干燥试验装置系统较为复杂，投资费用较高。

2.3 结论

2.3.1 底泥回取方案比选分析

对3 种底泥回取方案进行比较分析：人工回取存在难以解决的辐射安全问题；采用泥浆泵回取底泥的效果需要验证且产生一定量的二次废物；采用机器人费用太高，且现场空间受限，同样存在残留底泥。通过分析可以看出，每种方案都存在一定的可行性，但是也在某方面具有较大的局限性，当前条件下的放射性贮槽底泥回取在工程实施上存在较大困难。

2.3.2 底泥整备比选分析

对两种底泥整备方案进行比较：由于底泥成分复杂，厂区现有水泥固化设施无法满足本项目底泥的固化需要，水泥固化方案需要通过试验验证配方；桶内干燥技术研究国内尚无工程应用，仅进行了非放射性浓缩液、废树脂桶内干燥装置的初步研究，工程化难度较大。

综上所述，底泥回取及底泥整备两个工程环节都存在较大的困难，且两项工程环节为前后顺序，要最终实现底泥的安全处理，还需要将两个环节在工程上衔接起来，在工程实施中进一步增大实施难度。因此，放射性废液贮槽底泥回取和底泥处理方案难度较大，在当前技术和工程条件下可行性较低。

3 废液贮槽安全封存方案

IAEA 把核设施退役分为3 种策略，即立即拆除、封固埋葬和延缓拆除。立即拆除通常是一种优先策略，是在核设施关停之后开始去污、拆除和场址的清污，放射性物质转运到已经准备好的贮存或处置场地。封固埋藏是把核设施整体或它的主要部分处置在它的现在位置或核设施边界范围的地下，让其衰变到允许从审管控制释放的水平。延缓拆除也称为安全贮存或安全封存，是设施在保证安全条件下进行长期贮存，让放射性核素进行衰变，待条件成熟后再进行拆除活动。对于安全封存，需考虑包容、隔离、监测、防止人员和动物闯入等安全措施，IAEA有专题技术报告论述安全封存要求。美国汉福特厂区的9座反应堆属于天然铀石墨水冷堆，由于石墨生产堆退役技术复杂工程实施难度大，选择了安全封存方案，已经完成了部分反应堆的安全封存。在目前条件下，对放射性废液贮槽单独退役处置可行性较低，为消除放射性废液贮槽的安全隐患、保障核设施正常运行，可考虑对放射性废液贮槽进行安全封存。结合放射性废液暂存排放系统现状，对低放废液贮槽采取的安全封存措施如下。

（1）排空废液贮槽内现有废液，拆除已出现老化和腐蚀的废液接收排放管路，避免进一步腐蚀，消除废液接收排放及暂存过程存在的放射性废液泄漏风险。

（2）对废液贮槽间厂房外部进行安全整治，提高厂房周围场地高度，进一步对房间外墙增加防水措施，避免雨水积聚渗入废液贮槽所在房间。

（3）在贮槽上方增设钢板或混凝土板进行屏蔽，减少放射性底泥对邻近房间产生的不必要辐射照射。

（4）房间内增设进排风管道进行定期通风，有效降低房间内放射性气溶胶水平，房间增设气溶胶取样点，定期了解房间内气溶胶浓度水平。

（5）贮槽内增设液位报警系统，信号引入核设施控制室，可以及时发现放射性废液贮槽异常情况。

（6）采取实体和行政管理措施，防止人员误入废液贮槽间。

核设施退役工程中，为安全、经济地完成退役任务，需开展针对性的研究和论证。当前，我国针对停运核设施未明确制定核设施退役的策略，上述安全整治措施针对现有的安全隐患和实际情况考虑整治方案，可以排除安全隐患，安全整治措施工程量较小，具有较好的工程可行性。

4 结语

本文所述放射性废液贮槽运行多年已存在严重安全隐患，拟进行拆除退役，根据源项调查结果和实际情况，贮槽拆除的难点是底泥的回取和整备。通过对底泥回取和整备方案进行比选分析，本文认为无论从技术可行性方面，还是从经济合理性方面，该贮槽均不具备单独拆除退役的条件，通过采取必要的安全措施消除贮槽现有安全隐患，使其能够安全封存，是目前最为合理可行的途径。本文提出的放射性废液贮槽安全整治方案对类似核设施退役或安全整治工作也有一定的借鉴意义。