放射性废物处理与处置

放射性废物处理与处置
第八章 放射性污染的去污
空化效应：当超声频的交变压力传入清洗液后， 液体和工件表面上的原始气泡的体积骤然变化， 在气泡闭合的瞬间产生上千个大气压的局部压 力，这种气泡的生长及闭合运动称为“空化效 应”。
清洗液空化产生的强力擦洗作用使表面污染层 破裂剥落，然后又在破裂层下产生新的空化将 污染层去除。
目录二
课程安排：48/36学时－8/6周 第八章 放射性污染的去污 第九章 核设施的退役 第十章 低、中放和极低放废物的处置 第十一章 高放废物处置 第十二章 核电站废物的处理 第十三章 核技术利用废物和废旧放射源的管理
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内容提要 8、放射性污染的去污（p159~183） 8.1 去污基本概念 8.2 去污方法选择原则 8.3 去污方法 8.4 去污技术的应用
与污染的部件相接触，以溶解带有放射 性核素的污染物、油漆涂层或氧化膜层， 达到去污目的。
化学作用：溶解、氧化、还原、配合 （络合、螯合）、钝化、缓蚀、表面湿 润等。
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第八章 放射性污染的去污
化学去污的优点：适用于难以接近的表面的去 污，需要的工作时间少，能就地对工艺设备和 管道进行去污，可遥控操作。
A后
A前 去污指数：去污因子的对数D
D＝1g A前 A后
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第八章 放射性污染的去污
多种去污技术联用时，总去污因子为各 单种方法去污因子的乘积。
DF总＝DFa DFb DFn
总去污指数为各单种方法去污指数之和。
n
D总＝ D a
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第八章 放射性污染的去污
放射性废物处理与处置
李全伟
西南科技大学国防科技学院 核废物与环境安全国防重点学科实验室
目录一
课程安排：48/36学时－8/6周 第一章 放射性废物管理内容和原则 第二章 放射性废物的分类 第三章 放射性废物的产生和废物最小化 第四章 气载和液体低中放废物的处理 第五章 废物的减容处理——焚烧和压实 第六章 低中放废物固化技术 第七章 高放废液的固化与分离
次废物、最少的受照剂量和环境影响。 去污技术评价： （1）去污目标 （2）受照剂量和环境影响 （3）废物处理、处置系统的相容性 （4）去污工艺的代价――利益
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第八章 放射性污染的去污
去污工艺技术 运行核设施和设备的去污 退役核设施的去污 污染深度1～10µm，98%放射性；10～
度、浓度等。
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第八章 放射性污染的去污
化学去污常用试剂 无机酸类 有机酸类 碱类 氧化还原类 络合剂类 去垢剂类 表面活性剂类 缓蚀剂类
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第八章 放射性污染的去污
（1）水（水蒸气） 水是一种广泛使用的去污剂，它可溶解化学物质
或浸蚀和冲洗表面上的松散碎渣，它能用于所有 的无孔表面。 水去污剂的优点是价廉、容易获得、无毒、无腐 蚀性，与大多数放射性废物系统相容。由于水的 安全性质，它可用于大型设施和环境清洗作业。 用蒸汽去污的优点是可减少用水量。 水的缺点是一般需用大量的水，特别是水去污易 使放射性污染物扩散而难以控制。
用碱性溶液的优点是价廉、易贮存、比用酸的材 料问题少；缺点是反应时间长、对铝有破坏作用。 另外，也有被碱烧伤的危害性。
常用于去污的碱性试剂包括：氢氧化钾KOH、氢 氧化钠NaOH、碳酸钠Na2CO3、磷酸钠Na3PO4和 碳酸铵(NH4)2CO3等。
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第八章 放射性污染的去污
化学去污产生放射性废气较少，清洗液经处理 回收后一般可再次使用。采用的化学试剂易于 获得。
化学去污的缺点：对粗糙、多孔的表面去污效 率低。产生的清洗废液体积较大。使用不当时 会产生腐蚀和安全方面的问题。
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第八章 放射性污染Biblioteka Baidu去污
化学去污工艺 浸泡去污 射流去污 循环去污 涂覆剥离去污 增加去污效果的措施：时间、搅拌、温
常用高锰酸钾(KMnO4)、重铬酸钾(K2Cr2O7)和过 氧化氢(H2O2)等。
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第八章 放射性污染的去污
（6）去垢剂和有机溶剂
去垢剂是处理各种设施表面、设备、衣物和玻璃 制品等有效而柔和的通用型清洁剂，但它们在有 金属腐蚀和持久性污染物时效果并不好。
有机溶剂可被用于去除物体表面上的有机物质、 油脂、石蜡、油和油漆，还用于清洁衣物。由于 具有可燃性和毒性蒸气，最好在小区域内或封闭 系统中使用。
常 酸 氟用 铵 化(： 钠N硫NHa4酸)F2。C氢2O钠4、Na柠H檬SO酸4、铵硫(N酸H钠4)2NHaC2S6HO54O、7和草
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第八章 放射性污染的去污
（3）有机酸及络合剂 有机酸及络合剂具有溶解金属氧化膜和分离金
属污染物的双重作用，常与洗涤剂、酸或氧化 剂的溶液混合使用，以提高去污系数。 主要用于工厂运行阶段，较少用于退役工程。
空化效应在超声清洗中起决定性作用。
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第八章 放射性污染的去污
超声清洗的机械冲击作用
加速度效应是由于清洗液中的悬浮粒子 在交变压力作用下被加速到极高的速度， 冲击污染工件的表面使污染层脱露。
而超声振动的能量即声流效应使污染工 件表面粒子发生振动脱落，强化了清洗 效果。
加热清洗溶液和机械搅拌能提高去污效 率。
40µm，2%；40～50µm，0.1%。 锈斑和污垢 不同金属去污
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第八章 放射性污染的去污
去污需要重视的问题 优化选择 “热点”去污 二次废物 二次污染 安全问题 探测措施 设计考虑 人员培训
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第八章 放射性污染的去污
8.3 去污方法 放射性污染去污技术正在快速发展中。 去污技术有四种基本工艺类型：机械－
第八章 放射性污染的去污
（3）高压射流 利用射流的打击、冲蚀、剥离、切除作
用来除垢、除锈、清焦和清洗，去除污 染的放射性核素。 射流压力：5～70MPa 水流量：20～200L/min 高压泵功率：3～100kW 入射角：60～70° 去污因子：2～100
高压水喷洗去污流程示意图
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这种极性基是带电不对称的，倾向于被 强烈吸附在易于腐蚀的金属表面上。
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第八章 放射性污染的去污
（8）表面活性剂
表面活性剂可以降低液体表面张力，使液体与表 面更好的接触，常用作润湿剂和乳化剂。它们通 常由长碳—碳骨架加上含有氮、氧或硫原子的极 性基组成。极性基是亲水的，而烃部分是疏水的。 这些分子趋向于迁移到水油界面，那里极性基将 被吸引至水相，而烃残留物则仍留在油相。
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第八章 放射性污染的去污
（2）无机酸及酸的盐 强酸：其去污作用是破坏和溶解金属表面的氧化
膜，降低溶液的pH值以增加溶解度或金属离子的 交换能力。强酸去污快而有效，可有控制地用于 工厂运行阶段，主要用于退役活动中。 HNO3：强氧化剂，被广泛地用于溶解不锈钢体 系的金属氧化膜层。 HCl：退役工程中使用25％HCl＋20％HNO3＋3％ HF去污效率高，但具有强腐蚀性。 H3PO4：用于碳钢的去污，可对碳钢表面进行快 速去膜和去污。
（5）氧化和还原剂 在去污中，氧化剂被广泛用于处理金属氧化膜、
溶解裂变产物，为达到保护或腐蚀之目的对金属 表面进行氧化处理。许多金属在高氧化态下易碎 裂或溶解。碱性高锰酸盐被广泛用于处理不锈钢。
氧化还原剂的优点是在许多化合物的溶解液中起 独特的作用。缺点是与一些化合物产生剧烈反应， 在放射性废物处理前需要进行中和。
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第八章 放射性污染的去污
去污因子：去污前污染物放射性活度与 去污后放射性活度之比，DF用K表示：
K＝DF＝ A前 A后
去污率：去除的放射性活度占去污前放
射性活度的份数，用β表示： ＝ A前－A后
A前
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第八章 放射性污染的去污
余污率：去污后剩余的放射性活度占去 污前放射性活度的份数α
有机酸及络合剂的优点是腐蚀性弱，安全性较 高，缺点是价格昂贵，反应速度较慢。常用的 有机酸及络合剂包括柠檬酸、草酸及草酸过氧 化物、乙二胺四乙酸等。
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第八章 放射性污染的去污
（4）碱和含碱盐 苛性碱溶液用于去除油腻、油膜、油漆和其他涂
层，可去除碳钢的铁锈以及中和酸、作为表面钝 化剂等。
去污的作用和意义 运行管理和检修：合理降低总的放射性照射。 退役去污：便于手动拆卸技术的使用。 废物治理：使废物可以降级处理和处置。 长期监护：缩短监护贮存周期。 环境整治：使场地和设施不受限制使用。 其它目的：如经济目的、事故处理等。
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第八章 放射性污染的去污
8.2 去污方法选择原则 污染形成机制
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第八章 放射性污染的去污
酸的盐：用各种不同的弱酸和强酸的盐来代替 酸本身。酸的盐与酸的去污方式一样，都是溶 解或络合金属表面的氧化物，但是，它们也可 提供游离的钠或铵离子以离子交换的方式置换 污染物，其去污系数比单用酸更高。
酸的盐优点是增加了酸去污的广泛性，产生较 少腐蚀性的溶液；与酸相比，对人较为安全。
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第八章 放射性污染的去污
在操作和使用放射性物质的过程中，不 可避免的会造成各种放射性污染。
放射性污染是造成辐射危害的途径之一， 必须对工作人员和工作场所的放射性污 染加以控制。
核设施不论采取哪种退役方式，都少不 了对放射性污染的去除。
放射性去污技术是21世纪放射性废物管 理和核设施退役的关键技术。
大多数放射性废物系统不能处理有机溶剂。
用于去污的有机溶剂：煤油、三氯乙烷、四氯乙 烷、三氯乙烯、二甲苯、石油醚、酒精等。
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第八章 放射性污染的去污
（7）缓蚀剂 缓蚀剂用来抑制腐蚀反应和基体金属的
损失。缓蚀剂是有机极性化合物，同附 着的H原子形成碳链或环，具有诸如氨基 (样N一H2种—极)、性磺基基。(SO3—)或羧基(CO2—)这
物理法、化学法、电化学法、熔炼法。 每种工艺对特定系统、结构及装置的适
用范围和去污效率各不相同。
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第八章 放射性污染的去污
1、机械－物理法 利用擦、刷、磨、刮、削、刨、共振等
机械作用除去表面的锈班、污垢或表面 涂层、氧化膜层。 （1）吸尘法 （2）机械擦拭法
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第八章 放射性污染的去污
8.1 去污基本概念 去污的定义：用物理、化学或生物的方法去除或降低放
射性污染的过程。去污实际上只改变了放射性核素的存 在形式和位置，如下式表示：
S C* D S DC*
S C*――被污染的物体 C*――污染的放射性核素
D ――去污剂 D C―* ―二次废物 S ――经过去污净化了的物体
第八章 放射性污染的去污
主要影响因素： 压力 流量 时间 温度 喷射方法 化学试剂 磨料：砂、干砂、氧化铝、锆氧砂、微钢珠、
塑料珠、干冰等。
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第八章 放射性污染的去污
（4）超声去污 利用超声的空化效应、加速度效应和声流效应
对清洗液及污垢的直接和间接作用，使污垢分 散、乳化、剥离，达到去污目的。 选择声强1～2W/cm2，频率20～50kHz，温度 60℃，以磷酸为清洗液。 适于小工件和仪表 去污因子：10～1000
沉积和附着作用：附着性污染，分子力作用， 容易去污；
表面静电作用：弱固定性污染，物理吸附，较 易去污；
吸附和离子交换作用：弱固定性污染，化学反 应或离子交换，较难去污；
扩散渗透作用：强固定性污染，扩散，渗入到 基材，很难去污；
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第八章 放射性污染的去污
选择原则：安全性、经济性和可实现性 理想的去污工艺：最大的去污因子、最少的二
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第八章 放射性污染的去污
（5）激光去污 在极短时间内将光能转变成热能的“干
式清洗”。 （6）等离子体去污 干法去污技术 使用低温等离子体（温度几千度），将
附着在物体表面的垢物除去。
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第八章 放射性污染的去污
2、化学法 化学去污原理：用浓的或稀的化学溶剂