姚志猛，朱劍銳，馮金才，鄒曉煒，劉資平，李新賢

(陽江核電有限公司，廣東 陽江 529941)

核電廠放射性廢物管理遵從廢物最小化原則，即使放射性廢物的體積和活度減少到可合理達到的盡可能少的原則。廢物最小化的目標是限制廢物的產生和放射性污染的擴散以及貯存和處置廢物的體積，保護環(huán)境和公眾健康。國際原子能機構(IAEA)規(guī)定，就核電廠放射性廢物的活度和體積而言，應通過適當的設計措施、運行和退役經驗，使放射性廢物的產生量盡可能小，即最小化，包括減少廢物產生量和對已產生的廢物進行減容。目前陽江核電廠1、2、5、6號機組采用普通水泥固化設計，3、4號機組為HIC桶裝設計。兩種不同設計為后續(xù)的廢物最小化實踐打下基礎。

實現(xiàn)廢物最小化的環(huán)境效益是不言而喻的, 已成為目前放射性廢物管理的重要目標。廢物最小化的實現(xiàn)依賴于運行單位管理水平和安全文化素養(yǎng)的提高。它始于核設施的設計, 終于核設施的退役和廢物最終處置, 貫穿于設計、采購、建造、調試、試運行、運行、關閉和退役的壽命周期全過程。近年來, 陽江核電廠在廢物最小化方面做了大量的工作，尤其是采用焚燒工藝處理放射性可燃廢物之后，取得了顯著的環(huán)境效益。

1 放射性固體廢物的來源

放射性固體廢物主要有工藝廢物和技術廢物兩大類。工藝廢物主要是系統(tǒng)在運行過程中產生的廢物，與核電站的運行狀況有關，主要包括廢樹脂、蒸發(fā)濃縮液、廢過濾器芯子。技術廢物是指核電廠檢修、維護過程中產生的廢物，如塑料布、手套、膠帶、紙、木塊等。

陽江核電廠共有6臺機組，每2臺機組共用一套放射性廢物處理系統(tǒng)和放射性固體廢物處理系統(tǒng)，核電廠采用了兩種處理工藝。其中1、2號機組和5、6號機組采用的是蒸發(fā)濃縮廢液處理工藝和水泥固化放射性固體廢物處理工藝；而3、4號機組采用的是除鹽床+RO膜廢液處理工藝和高整體容器(HIC)放射性固體廢物處理工藝；由于處理工藝不同，不同機組放射性固體廢物的來源也不一樣，其不同點為1、2、5、6號機組的工藝廢物為濃縮液，廢樹脂和廢過濾器芯；而3、4號機組的工藝廢物中不產生濃縮液，而產生放射性活性炭和失效的RO廢膜，其余的工藝廢物如廢樹脂和廢過濾器芯以及技術廢物成分，兩種機組基本相同。3、4號機組固體廢物的主要來源示于圖1。

圖1 3、4號機組放射性固體廢物的主要來源Fig.1 Main sources of radioactive solidwastes of Units 3 and 4

2 當前放射性固體廢物處理工藝

2.1 工藝廢物

該核電廠1、2號機組和5、6號機組的廢樹脂、蒸發(fā)濃縮液、廢過濾器芯子等工藝廢物主要是采取傳統(tǒng)的水泥固化工藝，在固廢處理系統(tǒng)(TES)進行處理，工藝廢物和一定量的水泥加入400 L金屬桶中攪拌固化。水泥固化后的400 L金屬桶廢物貨包在廢物暫存庫(QT)暫存，最后送至處置場近地表處置。

3、4號機組的廢樹脂、活性炭、廢過濾器芯子等工藝廢物主要裝填至HIC容器內，裝滿后用脫水泵進行脫水，確認游離水量不超過廢物體積的1%后，利用HIC封蓋裝置進行封蓋，封蓋完成后通過HIC廠內屏蔽轉運容器和車輛將HIC貨包運往QT庫進行暫存處理。需要說明的是國家核安全局最新發(fā)布的 GB 36900.3—2018 《低、中水平放射性廢物高完整性容器標準》中規(guī)定了HIC桶裝廢物處置的要求及細則。但是根據現(xiàn)行 GB 16933—1997 《放射性廢物近地表處置的廢物接收準則》等相關準則，并未涉及HIC桶裝廢物準許接收規(guī)定，HIC最終送往近地表處置相關準許標準還處于專家論證階段。

2.2 技術廢物

陽江核電廠技術廢物統(tǒng)一在廢物輔助廠房(QS)進行處理。

首先對輸送來的放射性技術廢物進行分揀，將可燃廢物預壓裝入200 L金屬桶后，預壓縮廢物，并對預壓縮后的廢物桶進行超級壓縮，經超級壓縮后的桶餅裝在400 L金屬桶內進行固定及封蓋處理，形成廢物貨包。每3個200 L金屬桶壓縮餅，裝入1個400 L廢物桶內進行水泥固定處理，減容因子僅為1.5。不可燃技術廢物裝入400 L金屬桶廢物貨包，經水泥固定后在QT廠房暫存，最后送至處置場近地表處置。

核電站可燃技術廢物處理方法改為焚燒后，減容因子可達40～60，減容效果明顯，符合廢物最小化原則。

3 廢物最小化的良好實踐

3.1 高性能容器應用

核電廠3、4號機組放射性固體廢物處理系統(tǒng)進行了設計改進，不再采用傳統(tǒng)的水泥固化工藝，而是引進了美國某公司的HIC工藝。該公司采用HIC容器裝填廢樹脂、活性碳、廢過濾器芯子、反滲透膜，并進行脫水處理后送處置場。HIC的技術發(fā)展可以追溯到20世紀80年代，至今已有30多年的發(fā)展經歷，技術上較為成熟，廣泛運用于美國各大核電廠項目中。

HIC是一種特殊設計制造的強度高、密封性好、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性強的容器，可用于裝載未經固化或固定處理的放射性廢物[1]，其包容放射性的預期壽命不低于300 a。有樹脂(活性炭)HIC容器和過濾器HIC容器兩種型號，外觀相同，過濾器HIC容器內的底部配有金屬板，用以保護脫水管路不被跌落的廢過濾器芯子破壞；樹脂HIC容器底部配置有過濾器，用于HIC脫水操作，并截留樹脂或者活性炭。

廢物裝填至HIC容器中后，在設定的脫水時間內，氣動隔膜泵將HIC容器內的游離水進行脫水，直至HIC容器中游離水含量不超過廢物體積的1%。HIC容器脫水結束之后，用氣動封蓋裝置對HIC容器進行封蓋，然后轉運至QT廠房暫存。

與傳統(tǒng)水泥固化工藝相比，HIC處理工藝設備配置簡單、操作方便、廢物量少、運行費用低等優(yōu)勢，其中廢物產生量低于傳統(tǒng)水泥固化工藝的1/2[2-4]。

3.2 焚燒工藝處理放射性可燃固體廢物

焚燒是一種高溫熱處理技術，利用有機物的可燃性在高溫下和氧氣發(fā)生反應，完全破壞有機物，將其變成氧化物。廢物的主要成分是有機物，焚燒破壞了廢物的可燃成分，生成焚燒產物CO2、水和其他成分組成的氧化物，如磷、硫和金屬氧化物。CO2和水最終排放到環(huán)境大氣中，而少數的無機物和金屬氧化物構成了固體產物焚燒灰，因此焚燒可以實現(xiàn)大幅減容，減容比主要與廢物的組成有關。一般情況下，在焚燒過程不添加任何添加劑的情況下，焚燒灰相對于原始廢物的減容比可達30以上，對于某些有機物含量很高的廢物，減容比可達100以上。

焚燒技術是被世界各國公認的能有效減少放射性廢物體積的措施之一[5-7]。我國熱解焚燒技術處于國際先進水平，已投運的焚燒設施各項指標達到國家標準要求，完全滿足核電廠機組廢物的焚燒處理要求。

陽江核電廠每年產生大量的放射性固體廢物(以下簡稱固廢)，其中85%的技術廢物為低放可燃廢物。本文主要以占比很大的可燃技術廢物常規(guī)處理工藝與焚燒工藝比較。由于工藝廢物采用水泥固化工藝，增容達到3倍以上，焚燒減容優(yōu)勢也非常明顯，但在國內還未有此類廢物的工程焚燒驗證試驗，因此不做具體比較。

可燃技術廢物一般采用壓縮水泥固定處理，減容因子僅為1.5，而焚燒的減容因子一般可達到40～60，減容效果明顯，符合廢物最小化原則，也可改善了周邊環(huán)境。每100 m3可燃固體廢物采用超壓后水泥固定工藝將產生66.67 m3的廢物貨包，而采用焚燒工藝只產生1.67～2.5 m3焚燒灰，是超壓后水泥固定廢物體積的2.5%～3.7%，每年可減少廢物體積64.17～65 m3。

由于焚燒技術在廢物減容處理方面的巨大優(yōu)勢，我國很多核電廠在十幾年前就開始尋求用焚燒技術處理核電廢物，但是困難重重，長期未有實際性進展。陽江核電廠于2013年成立焚燒項目組，并于2016年12月圓滿完成了首次國內民用核設施放射性可燃廢物外運焚燒處理處置項目。此項目的順利實施，減少了核電廠的大部分技術廢物；緩解了放射性廢物暫存和處置壓力，對核電廠實現(xiàn)放射性廢物最小化和安全穩(wěn)定運行做出了重要貢獻。

3.3 多芯支架設計

該核電廠對表面劑量率大于2 mSv/h的水過濾器裝入濾芯支架后，再一起放入400 L金屬桶進行水泥固定。設計上每個400 L金屬桶內僅能放一個濾芯支架，每個濾芯支架僅能裝一個過濾器。實踐發(fā)現(xiàn)除直徑尺寸為16″的過濾器外，其他4″、6″、8″、12″直徑尺寸的過濾器均不能裝滿整個金屬桶?；诂F(xiàn)場反饋，我們通過合理的設計多芯的濾芯支架，用各種尺寸的濾芯進行搭配，使得一個濾芯支架可以裝載更多的過濾器，同時保證了過濾器裝入濾芯支架后的強度，使其放入桶中后不至于傾斜、移動。這樣以前1個400 L桶只能裝一個濾芯，改進后一個桶可以裝2～3個濾芯，濾芯的廢物貨包產量降低了1/3～2/3，極大的減少了放射性固體廢物產生量，降低了放射性固體廢物處理成本。

3.4 關鍵區(qū)域防異物塑料布替換

現(xiàn)場反應堆廠房(RX)20 m蒸發(fā)器護欄、燃料廠房和換料水池(KX)20 m防異物使用了大量的白色塑料布。塑料布為一次性用品，存在易破損、沾污后去污難度大的缺點，不能重復使用，每次使用完后，均作為放射性固體廢物進行處理。雖然該核電廠采取了先進處理工藝——焚燒技術，減容效果較傳統(tǒng)的水泥固化工藝有非常大的優(yōu)勢，但是處理成本非常昂貴，所以減少廢物產生量仍是急需解決的主要問題。

為了減少固廢產生量，選擇一種不易破損、易去污的可復用材料來替代塑料布是非常重要的。通過調研，發(fā)現(xiàn)雙面涂覆硅膠玻纖布具有阻燃、耐磨、防水、易去污等特性，另外其可以在200 ℃高溫下防滲漏，正常使用壽命超過40 a，抗拉強度≥6 500 N/25 mm。此材料已成功應用在該核電廠的重點防異物區(qū)域，防止異物掉入堆芯水池、構件池、傳輸池或乏燃料水池，如燃料廠房周邊護欄、蒸汽發(fā)生器護欄等，替代了傳統(tǒng)的用塑料布防異物方法，減少了廢物產生量，應用效果良好。

3.5 管理措施改進

3.5.1日常管理

加強培訓和宣傳，定期組織員工和承包商人員培訓和考試,并在輻射防護授權課上作為重要的內容進行講解,提高員工和承包商人員放射性廢物控制的自覺性及廢物最小化的意識；充分利用公司媒體宣傳廢物管理知識，制作宣傳手冊,讓全體員工了解廢物管理及處理手段,養(yǎng)成良好工作習慣；落實責任制，明確廢物控制職責,實施對固體廢物的源項監(jiān)控與管理, 減少跑、冒、滴、漏現(xiàn)象發(fā)生；嚴格控制進入控制區(qū)的包裝材料；編寫廢物最小化程序并實施最小化管理；規(guī)定控制巡檢細則, 明確巡檢員職責,規(guī)范現(xiàn)場布置；制定吸水紙、抹布等一次性用品的使用管理規(guī)定,降低消耗品對廢物產生量的貢獻；制定控制區(qū)廢混凝土、白色塑料袋(布)、控制區(qū)油漆等特殊物料的管理制度，確保未沾污的特殊物料能按照非放射性廢物處理。

3.5.2大修管理

優(yōu)化現(xiàn)場消耗品領用流程，在領用的消耗品上標記部門、姓名等信息，可以追蹤消耗品的去向，快速找到違規(guī)行為的責任人，使領用人在領取數量上更加謹慎，使用完后的投放也更加規(guī)范，從而減少固廢產量；優(yōu)化地面去污標準，該核電廠高劑量且高污染風險區(qū)域和通過多次去污仍難以降低到標準以下的區(qū)域，通過利益代價分析及輻射防護評價，可適當放寬去污標準，縮小去污范圍，減少了去污人員的受照劑量和去污產生的放射性廢物；成立固廢巡檢專項組，專人在控制區(qū)入口按照要求控制包裝材料進控制區(qū)，并跟蹤進入的包裝材料直至包裝材料出控制區(qū)；專人在控制區(qū)內進行廢物收集、防護用品、消耗品使用、現(xiàn)場違規(guī)造成地面污染等情況的巡檢，通過長時間的糾正違規(guī)行為，追究違規(guī)人員責任，明顯減少了現(xiàn)場廢物亂投亂放等違規(guī)行為，從而減少了放射性廢物產生量；優(yōu)化大修固廢管理制度，每天向全公司和大修合作伙伴發(fā)送固廢日報，宣傳固廢管理制度，曝光固廢違規(guī)現(xiàn)象，對違規(guī)現(xiàn)象派發(fā)事件通知單；大修指揮部對違規(guī)現(xiàn)象進行批評并約談違規(guī)部門領導和個人；加強監(jiān)控力度，在每個廢物收集點增加監(jiān)控系統(tǒng)，可以增加員工在投放廢物時的壓力，減少誤投率。發(fā)現(xiàn)不規(guī)范行為，可以通過監(jiān)控系統(tǒng)找到責任人，對其進行批評教育，提高廢物最小化意識。

4 放射性廢物最小化效果

該核電廠通過以上設計、技術、管理方面的改進，減少了放射性廢物總體積，尤其是大修期間的放射性廢物總體積較早期大修產生的放射性廢物減少了約1/2，日常和大修產生的可燃技術廢物基本全部外運焚燒。如該核電廠Y501大修控制區(qū)總共產生放射性廢物2 663袋，比Y101大修(4 298袋)，體積減少了近40%，有效降低了放射性廢物產生量，節(jié)約了放射性廢物處理成本。該核電廠單臺機組每年產生放射性廢物總體積遠低于國內其他核電廠，僅為全國核電廠平均放射性廢物產生量的20%。

5 廢物最小化進一步的可行性方案

(1)采用可降解產品

核電廠產生的廢物大部分來自現(xiàn)場塑料布和防護用品，放射性廢物總量大、處理成本高。采用聚乙烯醇(PVA)可降解材料來替代傳統(tǒng)的塑料布和防護用品，使用后采用濕式氧化方法將其溶解，最終產物為放射性水平很低的廢液，這些放射性廢液經相關處理監(jiān)測達標后可向環(huán)境排放，這將有效降低放射性廢物產生量和處理成本。美國已有90%核電廠采用該技術，國內目前也在開展相關試驗研究。

(2)采用先進的去污技術

核電廠水池去污期間會產生大量的高放射性廢物(劑量率≥2 mSv/h)，目前常用的水池去污方法是用含去污劑的高壓水進行沖洗，沖洗完后須用抹布進行擦拭。在擦拭過程中產生大量的技術廢物。大亞灣核電站、寧德核電廠引進了法國的泡沫去污方法，在水池底部和池壁噴涂泡沫去污液，待反應完后沖洗，無需用抹布擦拭，減少了放射性廢物產生量。

其它沾污的設備、工具，選擇先進的去污方法如激光去污、干冰去污等，可以使其達到解控水平或重新利用，可減少放射性廢物產生量。

(3)推廣焚燒減容技術

核電廠產生的大部分技術廢物為低放可燃廢物，焚燒減容技術相對于傳統(tǒng)水泥固化工藝，在減容方面有絕對的優(yōu)勢。國內核電機組的相繼投運，將產生大量的可燃技術廢物，如果核電廠機組將放射性廢物外運至焚燒設施處理，則每年可減少大量的放射性固體廢物，其環(huán)境效益和經濟效益均非常明顯。

目前國內多家核電廠正在推動廢物外運焚燒項目，同時建議廢物焚燒接收單位擴大處理能力，以滿足國內核電技術廢物外運焚燒需求。

(4)膠帶顏色區(qū)分管理

現(xiàn)場領用白膠帶數量大，浪費嚴重；常有非放的白膠帶內圈投入紅色廢物袋中，造成廢物產量增加。建議將白色膠帶改為多種彩色膠帶，各部門使用不同顏色的膠帶，現(xiàn)場如有異常，可快速找到責任部門，減少浪費和固體廢物產生量。

(5)低放射性金屬物品熔煉處理

核電廠產生的金屬物品，大部分去污后無法當做非放射性廢物處理，處理難度大，增加放射性廢物產量。金屬熔煉是通過將放射性污染的金屬(如:碳鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳等)經過簡單的去污預處理，再將其放入電弧爐或感應爐中進行熔煉，通過加入造渣劑和氧化劑使其與金屬材料發(fā)生化學反應，把存在于金屬中的放射性核素絡合到渣中，達到降低金屬材料中放射性核素殘留量的方法。該方法適用于大宗廢舊金屬的去污處理。金屬熔煉已在世界上得到廣泛應用。

金屬熔煉后，可按照產品的材質要求澆注加工成產品，將金屬回收利用。如:整體型放射性廢物桶、200 L水泥固化桶的桶蓋，屏蔽容器等。國內已有核電廠將放射性金屬外運熔煉，并加工成產品回收利用。

(6)采用反滲透廢液處理技術

核電廠含硼放射性廢水處理工藝主要是蒸發(fā)工藝，存在能耗高、投資、運行、維護成本高以及濃縮液處理困難等缺點[8]，尤其是濃縮液處理后產生大量的放射性固體廢物。反滲透是一種新型的膜分離技術，具有設備緊湊簡單、性能穩(wěn)定、運行方便等優(yōu)點，尤其是不產生濃縮液，樹脂和活性炭更換頻率低，減少了放射性廢物產量。反滲透設備簡單，占用空間少，將傳統(tǒng)的蒸發(fā)工藝改造成反滲透工藝可行性高，可減少放射性廢物產生量。

目前核電廠廢物管理方面面臨的技術難題有放射性廢油處理技術、APG系統(tǒng)樹脂解控后回收利用技術、濕廢物處理技術等，希望業(yè)內同行共同努力，不斷攻關克難，找到解決辦法。這樣有助于核電廠進一步提高放射性廢物管理水平，更好地實現(xiàn)廢物最小化。