姜星斗，華正韜，劉迎林，謝珍妮

(中國(guó)核電工程有限公司 核設(shè)施退役工程所，北京 100840)

1 引 言

在核工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，始終將安全放在首要考慮的地位。但是，由于各種原因，在核設(shè)施運(yùn)行的過(guò)程中，仍然無(wú)法避免事故狀態(tài)下放射性物質(zhì)向環(huán)境的釋放。放射性廢水、廢氣和廢渣排入環(huán)境，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。放射性物質(zhì)經(jīng)過(guò)環(huán)境的遷移，最終使人受到輻射劑量。人群受到照射的途徑主要包括以下幾類[1](圖1)。

我國(guó)雖然沒(méi)有嚴(yán)重核事故造成大面積的核污染，但是在數(shù)十年的核工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，也存在一定范圍的室外污染區(qū)。這些污染區(qū)的環(huán)境治理，也越來(lái)越受到審管部門和公眾所關(guān)注。污染區(qū)經(jīng)過(guò)環(huán)境治理后，如果能夠重新開(kāi)發(fā)或者利用，還可以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，功在當(dāng)代，利在千秋。

圖1 人群受到照射的主要途徑Fig.1 The main ways of human exposure.

2 污染區(qū)治理的特點(diǎn)

本文以位于我國(guó)西北地區(qū)的A工廠較大面積的污染區(qū)為例，對(duì)大面積污染區(qū)環(huán)境治理的方案進(jìn)行分析。

該基地位于我國(guó)西北部地區(qū)，在運(yùn)行期間，由于事故導(dǎo)致較大量低放水平的廢水從廠房和管道中溢出，在室外地表形成了漫溢，造成了數(shù)千平方米的廣闊地區(qū)受到放射性污染。

在事故發(fā)生后，曾經(jīng)采用了表層覆蓋干凈土壤的方式進(jìn)行了應(yīng)急處理。依據(jù)當(dāng)時(shí)的監(jiān)管要求和技術(shù)發(fā)展水平而言，屬于常規(guī)的處理措施。但是，由于事故排放的放射性保留在室外環(huán)境中，年深日久，風(fēng)吹雨淋，逐步向環(huán)境擴(kuò)散。目前，經(jīng)過(guò)源項(xiàng)調(diào)查，污染區(qū)域產(chǎn)生了面積擴(kuò)大，同時(shí)污染向地下擴(kuò)散的兩方面影響。源項(xiàng)調(diào)查的結(jié)果摘錄于表1。

表1 某室外污染區(qū)源項(xiàng)調(diào)查結(jié)果摘錄Tab.1 The result of source term investigation of an outdoor contaminated area. (Excerpt)

根據(jù)國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)HJ53-2000擬開(kāi)放場(chǎng)址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定中相關(guān)核素的允許殘留值，90Sr為0.1 Bq/g，137Cs為0.12 Bq/g，本污染區(qū)地下兩米處的污染水平大致是允許殘留值的20～240倍，污染區(qū)域治理的難度很高。

3 治理目標(biāo)

3.1 污染區(qū)治理劑量約束值

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》中第11.4.3條規(guī)定，核設(shè)施退役后廠址的開(kāi)放，以及以往實(shí)踐所污染的場(chǎng)區(qū)或土地的重新開(kāi)發(fā)或利用，造成的持續(xù)照射的劑量約束值應(yīng)在0.1～0.3mSv/a范圍之內(nèi)。特殊情況下，經(jīng)審管部門認(rèn)可，可將劑量約束值放寬到1mSv/a[2]。GB18871《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》是根據(jù)六個(gè)國(guó)際組織(即：聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)、國(guó)際勞工組織、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織核能機(jī)構(gòu)、泛美衛(wèi)生組織和世界衛(wèi)生組織)批準(zhǔn)并聯(lián)合發(fā)布的《國(guó)際電離輻射防護(hù)和輻射源安全基本安全標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)我國(guó)輻射防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂的。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)在安全導(dǎo)則WS-G-5.1實(shí)踐終止后場(chǎng)址的審管解控中，同樣指出：對(duì)于場(chǎng)址從審管下解控，采用與物料解控不同的劑量約束值是合理的和切實(shí)可行的。物料的解控可以在實(shí)踐的壽期內(nèi)多次發(fā)生，也可以在實(shí)踐終止階段發(fā)生。所解控的物料可能進(jìn)入貿(mào)易，其潛在用途廣泛，因此應(yīng)該滿足10μSv/a的劑量約束。土地解控的劑量約束值應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化，由于土地解控后留在原處，其潛在的用途確定性要高于解控后的物料，因此允許場(chǎng)址開(kāi)放比物料解控占有個(gè)人劑量限值的更大份額(即劑量約束值不超過(guò)0.3mSv/a)是合理的[3]。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBZ 167-2005 放射性污染的物料解控和場(chǎng)址開(kāi)放的基本要求第5.2.1條規(guī)定，對(duì)由以往事件的殘留放射性物質(zhì)污染的場(chǎng)區(qū)或土地，在采取了清除和補(bǔ)救行動(dòng)后實(shí)施場(chǎng)區(qū)土地的重新開(kāi)放或利用時(shí)，應(yīng)根據(jù)劑量約束值控制公眾受持續(xù)照射的水平。公眾中關(guān)鍵人群組所受的附加年有效劑量應(yīng)控制在0.1～0.3mSv/a[4]。

綜合上述要求，本污染區(qū)治理項(xiàng)目，初步確定治理后持續(xù)照射的劑量約束值為0.1mSv/a。

3.2 治理終態(tài)

室外污染區(qū)治理項(xiàng)目，應(yīng)該結(jié)合所在地區(qū)的場(chǎng)址特征、工農(nóng)業(yè)發(fā)展情況以及終態(tài)場(chǎng)址用途等條件，來(lái)選擇劑量約束值。根據(jù)劑量約束值來(lái)推導(dǎo)土壤中允許殘存的放射性核素濃度時(shí)，應(yīng)該綜合考慮終態(tài)場(chǎng)址的用途、場(chǎng)址特征等具體情況，根據(jù)不同項(xiàng)目的特點(diǎn)來(lái)選擇不同的照射情景和相關(guān)的參數(shù)。

國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)HJ53-2000擬開(kāi)放場(chǎng)址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定中，則明確了相應(yīng)于0.1mSv/a的劑量約束值的土壤中剩余放射性可接受水平的參考值，見(jiàn)表2[5]。

表2 基于年劑量約束值為0.1 mSv所導(dǎo)出的土壤中若干放射性核素的剩余活度濃度可接受水平(摘錄)Tab.2 Acceptable level of radioactive nuclides residual activity in soil, which were derived based on annual dose constraint value of 0.1 mSv. (Excerpt) (Bq/g)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB27742-2011可免于輻射防護(hù)監(jiān)管的物料中放射性核素活度濃度中，對(duì)可疑免于輻射防護(hù)監(jiān)管的物料中的放射性核素活度濃度作出了規(guī)定，其中對(duì)于本項(xiàng)目關(guān)鍵核素的的免管濃度給出了如下的數(shù)值，見(jiàn)表3[6]。

表3 人工放射性核素免管濃度值(摘錄)Tab.3 The exemption concentration value of artificial radioactive nuclide. (Excerpy) (Bq/g)

本項(xiàng)目綜合了上述各類標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參考了核工業(yè)其他工程的類似數(shù)據(jù)，最終確定了清理目標(biāo)值，見(jiàn)表4。本項(xiàng)目在初步確定了項(xiàng)目清理目標(biāo)值之后，立即開(kāi)展了環(huán)境影響評(píng)價(jià)相關(guān)的工作。特別應(yīng)指出的是，本項(xiàng)目在環(huán)評(píng)工作中，也參考了EJ/T1191-2005推導(dǎo)退役后廠址土壤中放射性殘存物可接受活度濃度的照射情景、計(jì)算模式和參數(shù)，充分考慮了場(chǎng)址開(kāi)放后的用途、擬開(kāi)放場(chǎng)址的情況，分析了合理保守的照射情景和各種照射途徑[7]。

表4 某室外污染區(qū)治理項(xiàng)目的清理目標(biāo)值Tab.4 The cleanup target value of an outdoor contaminated area project (Bq/g)

4 理技術(shù)與方案

4.1 源項(xiàng)調(diào)查

本項(xiàng)目污染面積較大，常規(guī)的地表劃線分區(qū)調(diào)查較為困難?？紤]到本項(xiàng)目分布于空曠的室外環(huán)境中，選擇了飛機(jī)航拍來(lái)進(jìn)行了污染區(qū)的污染面積測(cè)量，取得了較好的成果。但是，航拍數(shù)據(jù)在熱點(diǎn)標(biāo)識(shí)和污染深度的確定方面是有缺陷的。因此，本項(xiàng)目在航拍取得的污染范圍內(nèi)，進(jìn)一步采取了地面劃分網(wǎng)格的傳統(tǒng)手段確定了地表熱點(diǎn)，同時(shí)采取了地下深層鉆孔的手段來(lái)獲取了地下污染深度的數(shù)據(jù)。

4.2 污染土清理

污染土清理前由輻射監(jiān)測(cè)人員按網(wǎng)格測(cè)量該區(qū)域的表面劑量率、表面污染水平，并取樣測(cè)量。污染土的清理工作由司機(jī)操作推土機(jī)在污染區(qū)域表面進(jìn)行。司機(jī)操作推土機(jī)將當(dāng)前清理區(qū)的污染土分層推至指定堆積位置，每層清理污染土深度約0.2m，具體層深可結(jié)合清理工作進(jìn)程和該層清理前的源項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)確定。每完成一層污染土的清理后，需按網(wǎng)格測(cè)量清理區(qū)域的表面劑量率、表面污染，并輔以取樣測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)照檢驗(yàn)，直至剩余污染土滿足本項(xiàng)目治理終態(tài)允許的殘留值。污染土清理工作使用的推土機(jī)、挖掘機(jī)等車輛，其司機(jī)室內(nèi)(已增加了局部屏蔽)γ劑量率不超過(guò)5μSv/h。

污染土推至指定堆積位置后，由工作人員在該位置操作挖掘機(jī)將污染土裝入送料機(jī)構(gòu)后，送至污染土分類機(jī)具進(jìn)行分類。分類后的污染土按照低放水平污染土裝入標(biāo)準(zhǔn)廢物桶，極低放水平污染土裝入軟包裝袋內(nèi)，分類送往不同的廢物處理和處置設(shè)施。

4.3 污染土分類

大量放射性污染土的快速分類，目前仍然是一個(gè)技術(shù)上的難題。工程中已經(jīng)得到應(yīng)用的分類設(shè)備是針對(duì)已經(jīng)裝入標(biāo)準(zhǔn)廢物桶的污染土，使用廢物桶無(wú)損分析儀。同時(shí)，還可以輔以污染土樣品分析，根據(jù)樣品分析數(shù)據(jù)判斷污染土的放射性水平。

然而，在污染區(qū)治理工程的現(xiàn)場(chǎng)，大量的污染土需要先經(jīng)過(guò)分類，然后選擇不同的包裝容器，后續(xù)的處理處置路線和處理成本都不相同。低放污染土將裝入標(biāo)準(zhǔn)廢物桶，送往廢物處理設(shè)施，最終送往中低放廢物處置場(chǎng)，而極低放污染土則裝入包裝袋送往極低放填埋設(shè)施。取樣測(cè)量雖然也是很好的方法，可以得到污染土準(zhǔn)確的放射性活度濃度等數(shù)據(jù)，但是在治理工程現(xiàn)場(chǎng)，廢物量動(dòng)輒數(shù)千甚至上萬(wàn)立方米，樣品的代表性難以保證。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室樣品分析的時(shí)間太長(zhǎng)，治理現(xiàn)場(chǎng)大量污染土的分類無(wú)法等待實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分裝工作。綜合上述分析，在治理工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)大量污染土的快速分類機(jī)具就成為關(guān)鍵設(shè)備。

日本福島核事故后有大片國(guó)土被核電廠釋放的放射性物質(zhì)污染，可能的污染土數(shù)量達(dá)到數(shù)百位噸，根據(jù)國(guó)外設(shè)備公司的介紹，日本使用了一種污染土現(xiàn)場(chǎng)分類設(shè)備，設(shè)備示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 污染土現(xiàn)場(chǎng)分類設(shè)備設(shè)備示意圖Fig.2 Schematic diagram of on-site classified equipment for contaminated soil

污染土處理能力：100t/h。探測(cè)下限：100Bq/kg。

這種設(shè)備使用大體積塑料閃爍體探測(cè)器來(lái)測(cè)量容器內(nèi)土壤的總γ計(jì)數(shù)率，結(jié)合預(yù)先設(shè)計(jì)的算法，能夠給出土壤的比活度，據(jù)此進(jìn)行土壤的分類，對(duì)于工程量較大的污染土分類項(xiàng)目，使用這種設(shè)備是可行的現(xiàn)場(chǎng)分類方法。

4.4 氣膜式建筑

本項(xiàng)目在室外作業(yè)，又使用推土機(jī)和挖掘機(jī)等工程機(jī)械進(jìn)行污染土壤的回取，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施過(guò)程將會(huì)有大量揚(yáng)塵?？紤]到項(xiàng)目位于西北地區(qū)，在春秋兩季作業(yè)時(shí)風(fēng)沙較大，必須采取措施控制污染氣溶膠向周邊環(huán)境的擴(kuò)散，導(dǎo)致周邊環(huán)境受到污染。

氣膜式建筑是用特殊的建筑膜材做外殼，配備一套智能化的機(jī)電設(shè)備在氣膜建筑內(nèi)部提供空氣的正壓，把建筑主體支撐起來(lái)的一種建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。本項(xiàng)目為了控制污染土回取過(guò)程氣溶膠的擴(kuò)散，在污染區(qū)局部搭建大型氣膜建筑，在內(nèi)部開(kāi)展污染土的回取、分類和分裝工作。

●本項(xiàng)目擬選擇大跨度氣膜建筑系統(tǒng)，跨度約120m；

●本項(xiàng)目擬選擇的氣膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外氣壓差約為250Pa；

●有效的把各種污染物密閉在膜內(nèi)，并設(shè)置專用氣體凈化系統(tǒng)，滿足排放目標(biāo)；

●內(nèi)部配有照明系統(tǒng)保證連續(xù)作業(yè)，即使在夜晚也可以正常工作，車輛與工作人員分別有各自的進(jìn)出門，人員車輛設(shè)備分區(qū)工作；

●拆裝方便，容易轉(zhuǎn)移可多次重復(fù)使用。

在項(xiàng)目評(píng)審過(guò)程中，氣膜式建筑得到了專家的認(rèn)可，但是目前項(xiàng)目尚未批復(fù)。氣膜式建筑沒(méi)有用于室外污染區(qū)治理的先例，但是北京已經(jīng)有多家氣膜式體育場(chǎng)館，山西多個(gè)氣膜式煤棚已投入使用，經(jīng)過(guò)調(diào)研，氣膜式建筑對(duì)于控制內(nèi)部和外部的氣體擴(kuò)散具有良好效果。

5 環(huán)境影響

本項(xiàng)目在最終確定清理目標(biāo)值后，立即進(jìn)行了環(huán)境影響評(píng)估工作。由于清理區(qū)域退役后實(shí)行有限制開(kāi)放，場(chǎng)址繼續(xù)用于科研生產(chǎn)活動(dòng)。因此，清理區(qū)域退役終態(tài)的輻射環(huán)境影響評(píng)價(jià)中假定該區(qū)域退役后用于工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，因此對(duì)退役終態(tài)所致個(gè)人劑量的估算需要考慮的途徑包括：γ外照射、微塵吸入和土壤食入途徑。本次估算考慮的退役終態(tài)景象為：污染區(qū)域清理后加蓋1m厚的覆蓋土層，清理作業(yè)面不直接裸露于空氣中。這樣的情景下，經(jīng)計(jì)算本工程退役終態(tài)所致個(gè)人有效劑量約為E-5mSv/a，關(guān)鍵途徑為γ外照射，對(duì)環(huán)境的影響是非常小的。

6 結(jié) 論

本項(xiàng)目分析了某室外污染區(qū)環(huán)境治理工程的源項(xiàng)特點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目的污染特點(diǎn)、污染水平和污染分布，選擇了合理的治理劑量約束值，并根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和參考工程確定了保守的治理終態(tài)目標(biāo)值。在技術(shù)方案的選擇上，同時(shí)兼顧了成熟技術(shù)的使用和具有一定技術(shù)領(lǐng)先水平的創(chuàng)新方案，并將氣膜式建筑等成熟的民用技術(shù)首次應(yīng)用到室外污染區(qū)治理領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)了軍用技術(shù)和民用技術(shù)的相互轉(zhuǎn)化和促進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] The Fukushima Daiichi Accident Report by the Director General[EB/OL].https://www.iaea.org/newscenter/news/iaea-releases-director-generals-report-on-fukushima-daiichi-accident.2017-12-21.

[2] GB18871-2002,電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] WS-G-5.1,實(shí)踐終止后場(chǎng)址的審管解控[S].

[4] GBZ 167-2005,放射性污染的物料解控和場(chǎng)址開(kāi)放的基本要求[S].

[5] HJ53-2000,擬開(kāi)放場(chǎng)址土壤中剩余放射性可接受水平規(guī)定[S].

[6] GB27742-2011,可免于輻射防護(hù)監(jiān)管的物料中放射性核素活度濃度[S].

[7] EJ/T1191-2005,推導(dǎo)退役后廠址土壤中放射性殘存物可接受活度濃度的照射情景、計(jì)算模式和參數(shù)[S].