齊雅芬

摘 要：本文對(duì)核電站廢液處理方案進(jìn)行了簡(jiǎn)單說(shuō)明，主要深入介紹了兩種放射性廢液的“零排放”處置技術(shù)，分別是清華大學(xué)最新設(shè)計(jì)的反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理技術(shù)和ES公司設(shè)計(jì)的零排放系統(tǒng)對(duì)放射性廢液進(jìn)行處理的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：廢液排放；零排放；清華大學(xué)反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理技術(shù)；ES公司零排放技術(shù)；

中圖分類號(hào)：TL941 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2015）-06-00-02

一、我國(guó)核電站廠址情況簡(jiǎn)述

核電站放射性廢物有固態(tài)、氣態(tài)和液態(tài)三種形態(tài)。而放射性廢物的處理和處置是各界對(duì)建設(shè)發(fā)展核電所關(guān)注的重要內(nèi)容之一。在三類放射性廢物中，放射性液態(tài)廢物的處置則是焦點(diǎn)所在。

由于我國(guó)優(yōu)先發(fā)展沿海核電，目前能利用的沿海廠址已經(jīng)非常有限，因此發(fā)展內(nèi)陸核電是國(guó)家能源發(fā)展的一項(xiàng)重要選擇。所以，內(nèi)陸核電廠的放射性液體廢物處置的研究是十分重要和必要的，甚至是十分緊迫的。本文結(jié)合我國(guó)內(nèi)陸核電廠國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)和輿論現(xiàn)狀，研究國(guó)內(nèi)外核電廠放射性液體廢物的處置方案和最新技術(shù)方案，希望能達(dá)到放射性液體廢物的“零排放”。

二、內(nèi)陸核電廠放射性廢液來(lái)源

內(nèi)陸電廠目前設(shè)計(jì)為AP1000堆型，AP1000核電廠的放射性廢液主要來(lái)源如表3-1所示。

三、內(nèi)陸廠址放射性廢液處置目前設(shè)計(jì)方案

結(jié)合我國(guó)技術(shù)情況，采用AP1000堆型的內(nèi)陸核電廠在放射性廢液處置方面，為達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，改進(jìn)后處理工藝為：

化學(xué)注入絮凝處理+過(guò)濾+離子交換（正常工況）；

移動(dòng)式設(shè)備（MBS）：R/O反滲透配套設(shè)備（異常工況）。

處理對(duì)象：反應(yīng)堆冷卻劑流出液

四、清華大學(xué)反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液

AP1000核島廢液系統(tǒng)處理系統(tǒng)的主要流程為化學(xué)絮凝+過(guò)濾+離子交換，主冷卻劑流出液全部通過(guò)化學(xué)絮凝和離子交換處理后排放。由于沒(méi)有硼回收系統(tǒng)，主冷卻劑流出液中的硼基本上排入環(huán)境。

清華大學(xué)開(kāi)展了利用反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液的研究工作，該技術(shù)是在陰極和陽(yáng)極之間交替排列陰陽(yáng)離子交換膜，將聚合物填充在陰陽(yáng)離子交換膜之間形成淡水室。工作過(guò)程中，低放廢液中的離子被聚合物吸附后，在直流電場(chǎng)的作用下逐步遷移到陰陽(yáng)離子交換膜附近，最終通過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入濃水室被清除。與此同時(shí)，少量水分子在電場(chǎng)的作用下分解為氫離子和氫氧根離子，對(duì)聚合物進(jìn)行連續(xù)再生，從而使聚合物保持在最佳的工作狀態(tài)。

目前，清華項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型CEDI膜堆，基本思路是，改裝后的CEDI膜堆中，陰極、陽(yáng)離子交換膜、陽(yáng)極、陰離子交換膜交替排列，從而導(dǎo)致核素濃縮室、淡水室、硼濃縮室交替排列。改變?cè)蠧EDI的電場(chǎng)設(shè)置模式，不同區(qū)域的陰陽(yáng)兩級(jí)施加的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，在整個(gè)膜堆內(nèi)形成弱電場(chǎng)區(qū)與強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)。利用弱電場(chǎng)區(qū)去除強(qiáng)解離性離子，避免在后續(xù)的過(guò)程中與弱解離性硼酸進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。在強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)實(shí)現(xiàn)硼酸解離，硼酸離子在膜堆填充物中進(jìn)行遷移，進(jìn)入陽(yáng)極附近的硼濃縮室。設(shè)計(jì)部門(mén)可以根據(jù)實(shí)際情況，將該濃縮液與其它放射性廢液協(xié)同處理，也可以與淡水混合統(tǒng)一排放。通過(guò)設(shè)備改造，有望實(shí)現(xiàn)硼與放射性核素的分離。

實(shí)際操作中，可以采用以下兩個(gè)方法：1）通過(guò)控制優(yōu)化前端工藝（絮凝+離子交換），將進(jìn)入CEDI料液的放射性活度控制在70 Bq/L以下；2）核素濃縮液在CEDI設(shè)備內(nèi)不循環(huán)，一次性流過(guò)后與淡水混合。根據(jù)設(shè)備內(nèi)積存水量以及放射性活度，不需要進(jìn)行輻射防護(hù)。由此，CEDI最終產(chǎn)水與AP1000其它廢液混合后，無(wú)論是硼，還是放射性核素，均可滿足環(huán)境排放要求。

總體而言，清華大學(xué)此番研究出的反滲透-CEDI集成處理低放廢液的方法處理效果較好，技術(shù)上也有基礎(chǔ)，缺點(diǎn)在于裝置較為復(fù)雜，對(duì)進(jìn)水要求較高，工作時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)控制需要準(zhǔn)確和嚴(yán)格，在工程上進(jìn)行運(yùn)用還需實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)，但總體而言不失為以“零排放”為目標(biāo)的很好的一條技術(shù)路線。

五、ES公司零排放液體處理系統(tǒng)

ES公司開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的美國(guó)PWR和BWR核電站的零排放液體處理系統(tǒng)，主要目標(biāo)是將放液處理為零活性的液體，通過(guò)核電站的液體流釋放到環(huán)境中，或者作為一回路再循環(huán)水。

該系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：

1、ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)，即先進(jìn)液體處理系統(tǒng)/先進(jìn)化學(xué)注入系統(tǒng)，屬于改進(jìn)的WLS（放射性液體廢物處理系統(tǒng)）系統(tǒng)；

2、Thermex?系統(tǒng)，即反滲透系統(tǒng)；

3、第二級(jí)ALPS系統(tǒng)，即第二級(jí)先進(jìn)液體處理系統(tǒng)。

處理流程主要分為以下三部分：

1、核電廠產(chǎn)生的放射性廢液流入ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)，依次經(jīng)過(guò)活性炭床、陽(yáng)離子交換床、陰離子交換床、混床和特定樹(shù)脂交換床，去除通常存在于放射性廢液中的大塊雜質(zhì)、TSS（總懸浮固體）、有機(jī)物和某些化學(xué)物質(zhì)。經(jīng)過(guò)這步處理后的液體將回流到檢測(cè)槽或釋放槽，或進(jìn)入下一步的Thermex?系統(tǒng)。

2、Thermex?系統(tǒng)對(duì)ALPS?系統(tǒng)/AIM? 系統(tǒng)的來(lái)水進(jìn)行反滲透處理。來(lái)水先進(jìn)入工藝給水箱，然后進(jìn)入Thermex?系統(tǒng)中的一級(jí)反滲透裝置，排斥的液體將返回工藝給水箱，另一部分液體進(jìn)入Thermex?系統(tǒng)中的二級(jí)反滲透裝置，排斥的液體依然返回工藝給水箱，另一部分液體將進(jìn)行超級(jí)紫外光照（UV），最后進(jìn)入ALPS?2即第二級(jí)ALPS系統(tǒng)。

3、經(jīng)上述工藝處理后的放射性廢液在第二級(jí)ALPS系統(tǒng)中進(jìn)行進(jìn)一步的過(guò)濾和離子交換等處理，這個(gè)步驟主要是為了產(chǎn)生反應(yīng)堆冷卻劑級(jí)別的水，反而免除排放。處理后的液體將被排放或者作為一回路循環(huán)水。

此零排放處理系統(tǒng)由4個(gè)技術(shù)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊能提高流出液水質(zhì)一個(gè)量級(jí)。用單級(jí)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，結(jié)合根據(jù)地區(qū)特性而制定的最佳工藝，設(shè)計(jì)上將能滿足廠址全部機(jī)組的需求。因此，總體而言，這套系統(tǒng)是比較靈活的和適用的。

相比清華大學(xué)反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）處理方案，ES的方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理上更為復(fù)雜，但相對(duì)來(lái)說(shuō)更適合工程運(yùn)用，也是一個(gè)值得研究的方向。

六、總結(jié)

經(jīng)由本文分析可知，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的內(nèi)陸核電廠放射性廢液的排放限值也是國(guó)際上最為細(xì)致和嚴(yán)格的，如若設(shè)計(jì)上能到達(dá)相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，可以說(shuō)，內(nèi)陸核電廠對(duì)環(huán)境影響是很小的。為了進(jìn)一步優(yōu)化放射性廢液處置系統(tǒng)，盡量減少核電廠廢液對(duì)周圍水環(huán)境的影響，消除各方面對(duì)內(nèi)陸核電廠廢液處置和排放的擔(dān)憂，我們還在致力于放射性廢液“零排放”的研究。清華大學(xué)研究組提出的反滲透-CEDI（連續(xù)電除鹽）集成處理低放廢液和ES公司提出的放射性廢液“零排放”處理系統(tǒng)，都為放射性廢液的“零排放”提供了基礎(chǔ)和繼續(xù)研究的方向，實(shí)現(xiàn)放液“零排放”并非遙不可及。