環(huán)境巖土工程學(xué)之七放射性有害廢物的處置

第7章

放射性有害廢物的處置世界各國(guó)對(duì)高放廢物處置問(wèn)題提出了許多方案，如太空處置、海洋處置、海島處置、冰層處置及深地質(zhì)處置等等。通過(guò)各種方案的比較，最終對(duì)深地質(zhì)處置的安全性和現(xiàn)實(shí)性達(dá)成了共識(shí)。1990年12月在倫敦召開(kāi)的消除核工業(yè)廢料國(guó)際會(huì)議上公布的數(shù)字表明，近40年來(lái)，美、英兩國(guó)在大西洋和太平洋北部的50多個(gè)“墓地”，大約投棄過(guò)46×1015貝克放射性廢料。雖然這些廢料是容器盛裝投棄的，但其滲瀝性在短期內(nèi)是很難確定的。1.放射性固體廢物的定義放射性固體廢物是指任何含有放射性核素或被其玷污，其比活度超過(guò)國(guó)家規(guī)定限值的廢物。根據(jù)放射性廢物分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，固體廢物中放射性比活度大于7.4×104Bq·kg-1的為放射性固體廢物。Bq是表示放射性活度單位，1Bq定義為放射性核素每秒衰變一次。比活度:物質(zhì)中的某種核素放射性活度除以該物質(zhì)的質(zhì)量而得的商。放射性固體廢物的來(lái)源(1)鈾礦開(kāi)采，選礦及水洗過(guò)程產(chǎn)生的尾礦。這類(lèi)廢物一般數(shù)量大，放射性比活度低，通常就地堆存或回填礦井。(2)核燃料輻照后產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物。它是放射性廢物產(chǎn)生量最多的環(huán)節(jié)，主要有被放射性污染的設(shè)備、材料、廢棄的過(guò)濾器、廢液處理時(shí)形成的泥漿和廢棄的防護(hù)用品等。(3)反應(yīng)堆內(nèi)非核燃料物質(zhì)經(jīng)輻照后產(chǎn)生的活化產(chǎn)物。主要包括廢離子交換樹(shù)脂、過(guò)濾器上的泥漿、蒸發(fā)器殘?jiān)?、燃料元件碎片及廢棄的防護(hù)用品等。7.1放射性廢物的分類(lèi)(1)放射性廢物按其所含最長(zhǎng)的放射性核素的半衰期(Tl／2)長(zhǎng)短分為四種：①(Tl／2)≤60天；②60天≤(Tl／2)≤5年；③5年≤(Tl／2)≤30年；④(Tl／2)＞30年。(2)按放射性比活度水平分三級(jí)：第Ⅰ級(jí)為低放廢物；第Ⅱ級(jí)為中放廢物；第Ⅲ級(jí)為高放廢物。7.2放射性廢物的特點(diǎn)含核素的衰變及隨之產(chǎn)生的電離輻射，其輻射強(qiáng)度(活度)只能隨時(shí)間的推移按指數(shù)規(guī)律逐漸衰減(半衰期)，任何物理、化學(xué)、生物處理方法或環(huán)境過(guò)程都不能予以消除。放射性廢物中同時(shí)也含有多種非放射性污染物質(zhì)。放射性核素與其穩(wěn)定同位素的化學(xué)性質(zhì)基本相同，因此，去除廢物中穩(wěn)定性元素的常規(guī)處理方法亦可用于去除放射性同位素高放射性廢物中常含有各種用途廣泛的裂變產(chǎn)物同位素，如加以濃集回收，既可降低廢物的活度水平，又可用以制造輻射源。7.3放射性廢物管理的原則“減少產(chǎn)生、分類(lèi)收集、凈化濃縮、減容固化、嚴(yán)格包裝、安全運(yùn)輸、就地暫存、集中處置、控制排放：加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”7.4淺地層處置日本把放射性固體廢物處置方法歸納為四大類(lèi)型。1.擴(kuò)散型對(duì)有自然擴(kuò)散可能性的氣態(tài)、液態(tài)放射性廢物通過(guò)稀釋擴(kuò)散進(jìn)行處置。如核電站或核研究中心的放射性廢氣和廢水當(dāng)其放射性濃度低于法令規(guī)定的限值時(shí)向環(huán)境釋放。但不適用于固體放射性廢物處置。2.管理型對(duì)于放射性水平低而且?guī)缀醪缓瑯O長(zhǎng)半衰期放射性核素的放射性固體廢物，依靠其衰減效果而使放射性水平降到不需要安全保障的這段期限內(nèi)，通過(guò)與放射性水平相適應(yīng)的階段性管理而進(jìn)行的處置。例如中低放固體廢物的淺地層處置是典型的管理型處置。3.隔離型對(duì)于來(lái)自使用過(guò)的核燃料的后處理所產(chǎn)生的高放廢物，由于其產(chǎn)生量很少，放射性很高，而且.還含有相當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)半衰期核素，在其放射性衰減使環(huán)境污染或放射性影響的擔(dān)憂充分減輕之前，有必要使其與生活環(huán)境長(zhǎng)期地充分隔離開(kāi)，并在穩(wěn)定的場(chǎng)所安全地隔離。高放廢物的深地層處置和放射性廢物的海洋處置。4.再利用型對(duì)于極低水平的放射性固體廢物，在不需要安全保障的限度內(nèi)，力圖考慮再利用。例如，核反應(yīng)堆等的退役解體所產(chǎn)生的大量混凝土類(lèi)廢物用作造地時(shí)的填埋材料，或把極低放射性水平的金屬配管類(lèi)材料作為原料再利用。淺地層處置方法1.淺地層處置定義淺地層處置是指地表或地下的，具有防護(hù)覆蓋層的，有工程屏障或設(shè)有工程屏障的淺埋處置，埋藏深度一般在地面下50m以?xún)?nèi)。通常將廢物容器置于處置單元之中。2.適于處置廢物的種類(lèi)(1)含半衰期大于5年、小于或等于30年放射性核素的廢物，比活度不大于3.7×1010Bq·kg-1；(2)含半衰期小于或等于5年放射性核素的廢物，比活度不限；(3)在300～500年內(nèi)，比活度能降到非放射性固體廢物水平的其他廢物；(4)廢物應(yīng)具有足夠的化學(xué)、生物、熱和輻射穩(wěn)定性；(5)廢物不得產(chǎn)生有毒有害氣體；(6)廢物包裝容器必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以滿足運(yùn)輸和處置操作要求；(9)包裝容器表面的劑量當(dāng)量率應(yīng)小于2mSv／h；(10)廢物不應(yīng)含有易燃、易爆、危險(xiǎn)物質(zhì)，也不含易生物降解及病毒等物質(zhì)。廢物在處置前進(jìn)行去污、包裝、切割、壓縮、焚燒、熔融、固化等預(yù)處理。場(chǎng)地選擇1.場(chǎng)地選擇原則淺地層埋藏處置場(chǎng)地的選擇要遵循兩個(gè)基本原則：一是防止污染(安全原則)；二是經(jīng)濟(jì)合理(經(jīng)濟(jì)原則)。(1)處置場(chǎng)應(yīng)選擇在地震烈度低及長(zhǎng)期地質(zhì)穩(wěn)定的地區(qū)；(2)場(chǎng)地應(yīng)具有相對(duì)簡(jiǎn)單的地質(zhì)構(gòu)造，斷裂及裂隙不太發(fā)育；(3)處置層巖性均勻，面積廣，厚度大，滲透率低；(4)處置層的巖土具有較高的離子交換和吸附能力；(5)場(chǎng)地應(yīng)選擇在工程地質(zhì)狀況穩(wěn)定，建造費(fèi)用低和能保證正常運(yùn)行的地區(qū)；(6)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，最高地下水位距處置單元底部應(yīng)有一定的距離；(7三)場(chǎng)三地邊三界與三露天水源三地的距三離不三少于三50三0m三；(8三)場(chǎng)三地宜三選擇三在無(wú)礦藏資源三或有三資源三而無(wú)三開(kāi)采三價(jià)值三的地三區(qū)；(9三)場(chǎng)三地應(yīng)三選擇三在土三地貧三瘠，三對(duì)工業(yè)三、農(nóng)三業(yè)、三旅游三、文三物以三及考三古等使三用價(jià)三值不三大的三地區(qū)三；(1三0)三場(chǎng)地三應(yīng)選三擇在人口三密度三低的地三區(qū)，三與城三市有三適當(dāng)三的距三離；(1三1)三場(chǎng)地三應(yīng)遠(yuǎn)三離飛機(jī)三場(chǎng)，軍三事試三驗(yàn)場(chǎng)三地和三易燃三易爆三等危三險(xiǎn)品三倉(cāng)庫(kù)三。7.三4高三放廢三物深三地質(zhì)三處置深地三質(zhì)處三置就三是把三高放三廢物三埋藏三在距三地表三深約50三0～三10三00三m的地三下深三處，三使之三永久三與人三類(lèi)生三存環(huán)三境隔三離。埋藏三高放三廢物三的地三下工三程即三為高三放廢三物處三置庫(kù)三。高放三廢物三深地三質(zhì)處三置庫(kù)三一般三采用三的是三“多重三屏障三系統(tǒng)”設(shè)三計(jì)，三即把三廢物三儲(chǔ)存三在廢三物容器中，三外面三包裹回填三材料，再三向外三為圍巖。一般三把地三下設(shè)三施及三廢物三容器三和回三填材三料稱(chēng)三為工程三屏障，把三周?chē)牡厝|(zhì)體三稱(chēng)為天然三屏障。天然三屏障首先三，深三部地三質(zhì)介三質(zhì)之三所以三具備長(zhǎng)期三圈閉的功三能，它既可三以有三效地三限制三核素三的遷三移，三又可三以避三免人三類(lèi)的三闖入三。它不三僅是三良好三的物三理屏三障，三而且三也是三有效三的化三學(xué)屏三障。三因?yàn)槿怂厝陔S三地下三水流三動(dòng)的三過(guò)程三中，三將與三介質(zhì)三發(fā)生三各種三作用三，如三吸附三作用三、沉三淀作三用等三等，三這種三作用三可以三有效三地降三低核三素的三遷移三速度三。其次三，深三部地三質(zhì)介三質(zhì)的演化三十分三緩慢，只三要避三開(kāi)某三些地三區(qū)，三如現(xiàn)三代火三山地三區(qū)和三強(qiáng)烈三構(gòu)造三活動(dòng)三地區(qū)三等，三就能三夠保三證放三射性三核素三在限三定期三內(nèi)有三效圈三閉。此外三，建三造處三置庫(kù)三所開(kāi)三鑿的三巖體三體積三只能三占整三個(gè)巖三體體三積的三很小三部分三，處三置庫(kù)三的建三造不三會(huì)嚴(yán)三重影三響圍三巖的三整體三圈閉三功能三。工程三屏障處置三庫(kù)的地下三設(shè)施、廢三物容器及回填三材料統(tǒng)稱(chēng)三為工三程屏三障，三它與三周?chē)牡厝|(zhì)介三質(zhì)一三起阻三止核三素遷三移。廢物三容器三是防三止放三射性三核素三從工三程屏三障中三釋放三出去三的第三一道三防線三。所選三用材三料多三為耐三熱性三、抗三腐蝕三性能三良好三的不三銹鋼三材料三。容器三的形三狀多三為圓三柱體三，一三般認(rèn)三為，三容器三保持三完好三的時(shí)三間可三持續(xù)三千年三以上三?；靥钊牧先鳛槿叻湃龔U物三處置三庫(kù)中三的工三程屏三障填三充在三廢物三容器三和圍三巖之三間，三也可三以用三它封三閉處三置庫(kù)三，充三填巖三石的三裂隙三，對(duì)三地下三處置三系統(tǒng)三的安三全起三著保三護(hù)作三用?；靥钊牧先龖?yīng)具三備的三性能三是：對(duì)放三射性三核素三具有三強(qiáng)烈三的吸附三能力，阻三止和三減緩三放射三性核三素向三外泄三漏；具有三良好三的隔水三功能，延三緩地三下水三接觸三廢物三容器三的時(shí)三間，三降低三核素三向外三泄漏三的速三度；具有三良好三的導(dǎo)熱三性，以三便使三高放三廢物三衰變?nèi)裏崃咳皶r(shí)三向周三圍地三質(zhì)體三擴(kuò)散具有三良好三的機(jī)械三性能,能三對(duì)廢三物容三器起三支護(hù)三作用三，防三止機(jī)三械破三壞和三位移三。我國(guó)三高放三廢物三地質(zhì)三處置三研究三進(jìn)展19三85三年，高三放廢三物處三置庫(kù)三選址三工作三開(kāi)始三,完三成全三國(guó)篩三選、三區(qū)域三篩選三及地三區(qū)篩三選工三作。其他三國(guó)家三選址三工作經(jīng)驗(yàn)，在三全國(guó)區(qū)域三地質(zhì)資料三綜合三分析三、對(duì)三比的三基礎(chǔ)三上，三通過(guò)三各地三區(qū)地三質(zhì)條三件、三地質(zhì)三構(gòu)造三、巖三石類(lèi)三型、三水文三地質(zhì)三條件三、自然三地理、經(jīng)濟(jì)三地理及核三工業(yè)三布局三等因三素的三進(jìn)一三步分三析對(duì)三比，三在全三國(guó)范三圍內(nèi)三選出三了西南三地區(qū)、廣東三地區(qū)、內(nèi)蒙三地區(qū)、華東三地區(qū)和西北三地區(qū)五大三區(qū)域三。從三五大三區(qū)域三中又篩選三出2三1個(gè)三小區(qū)。當(dāng)時(shí)三所考三慮的三處置三庫(kù)候三選圍三巖包三括花崗三巖、凝灰三巖、泥巖和頁(yè)巖。自1三98三9年三以來(lái)三，我三國(guó)高三放廢三物處三置庫(kù)三選址三工作三的重三點(diǎn)轉(zhuǎn)三移到三了某干旱三地區(qū)，該三