核電站放射性廢物最小化前景分析

李 石 周立軍

（中核遼寧核電有限公司，遼寧 興城 125100）

0 引言

核電作為不依賴于傳統化石原料的新型能源，憑借穩定持續的運行工況與大功率的電力輸出，在世界能源體系中占據著“三大支柱”之一的重要地位。但由于核燃料的特殊性，在運行與退役等過程中不可避免的面臨著各種廢物尤其是放射性廢物的處理工作。隨著核電產業的不斷發展，國內外越來越多的核電站開始投入到運行中，放射性廢物處理的工作量也在不斷增加。由于放射性廢物本身潛藏著對電站工作人員、社會公眾以及自然環境輻射污染的危險性，因此如何妥善處理廢物，達到放射性廢物最小化的目標已成為當今核電領域中備受重視的課題。

本文將通過對當前核電站放射性廢物最小化的政策與法規現狀、行政管理現狀、源頭控制與后期技術處理現狀等加以論述，科學合理地展望核電站放射性廢物最小化的發展前景。

1 放射性廢物最小化理念與重要意義

在國際原子能機構所確定的放射性廢物管理各項原則中，廢物最小化作為重要原則之一被列出，其定義是“使放射性廢物的體積、重量以及廢物中包含的放射性核素都滿足合理盡量最小化原則”。該理念著眼于減少廢物的數量與放射性兩方面，遵循的基本原則是“保護人類健康和環境，并不給未來后代造成不適當的負擔”。[1]

有力推進核電站放射性廢物最小化具有以下的重要意義：

（1）對人民群眾健康和環境安全保護具有重要意義。尤其是在當代中國特色社會主義科學發展觀的要求下，核電站放射性廢物最小化的大力推行有助于保護人民群眾生命健康，維護生態環境穩定，保障核電事業的可持續科學發展。

（2）以放射性廢物最小化為目標展開管理與工作，不但能夠促進相關單位科學管理水平的提高，同時能減輕公眾對核電站放射性廢物處置的擔憂，具備重要的社會效益，有利于核電事業的良性發展。

（3）由于對放射性廢物的處理處置所需的費用高于普通廢物，放射性廢物最小化的推行在一定程度上有助于相關單位減少處理處置放射性廢物的經濟投入，有一定的經濟效益。

2 放射性廢物來源

在核電站的整個運營壽期內，放射性廢物多來自于反應堆運行廢物，以及日常運營中產生的其他種類放射性廢物，此外還有退役產生的放射性廢物等等。

反應堆在運行期間會產生具有放射性的核素，進而產生放射性廢物。核素主要源自裂變過程與活化過程兩類。活化過程所產生的核素絕大多數半衰期較短，一般較少生成具有長期輻射的放射性廢物。而裂變核素的半衰期較長，通常廢物的放射性來源絕大多數是裂變核素。這些放射性廢物通過一回路元件或設備泄漏、冷卻劑凈化處理、換料大修、設備檢修等途徑產生，包括固、液、氣三態。

3 政策與法規現狀

國家在政策與法規上的支持是核電站推行放射性廢物最小化的原動力，同時也是整個核電行業都能夠奉行放射性廢物最小化理念的基礎保證。

作為世界上最早發展核電技術的國家之一，同時也是最早提出“放射性最小化”理念的國家，美國于1976年制定了《聯邦政策資源保護與回收法》，其中明確規定了 “逐級行政管理廢物并達到廢物最小化”。之后在1990年，美國制定的《污染防治法》再次重申了最小化理念，并要求“只要可行，就要盡量減少廢物源項”。其國家環保局頒布的《廢物埋藏處置限值》有效地限制了不加處理就直接掩埋處理放射性廢物的落后做法，并在《廢物最小化評價手冊》提出了完整并具備可行性的程序來實現放射性廢物最小化的目標。

而在我國，國家自開始發展核電行業以來始終高度重視放射性廢物的處理問題，近年來也積極跟隨發展步伐，逐步施行放射性廢物最小化戰略，相關的法規標準體系也正在建立。如2003年頒布的《中華人民共和國放射性污染防治法》與2009年頒布的《中華人民共和國循環經濟促進法》，其中都強調通過采用先進的生產工藝和設備等有效措施，以盡可能少的資源消耗和盡可能小的環境代價取得最大的經濟產出，同時盡量減少放射性廢物的產生量。此外，近年來各項放射性廢物的處理細則也在逐步完善。《放射性廢物安全管理條例》已經頒布實施。相關標準、法規條例等正在逐步制定中。可以預見今后一段時間內，相關政策與法規的頒布實施將有效推動我國核電廠放射性廢物管理工作與最小化戰略。

在“十二五”新時期下，為進一步促進核電廠廢物最小化的推進，核安全監管部門在參照了世界先進核電經驗后，對中國“十二五”期間新建核電站的廢物年產生量提出了新的目標要求。即規定國內運行核電站在正常運行工況下，單臺機組每年產生的廢物包體積不超過50立方米。[2]（目前國產二代改進型核電廠單臺機組放射性固體廢物包預期年產生量在57-59立方米之間）

4 技術處理現狀

除了從源頭盡量減少放射性廢物的產生外，面對已經產生的廢物，還需要切實有效的處理措施來使得放射性廢物最小化。在處理之前，首先需要保證嚴格的廢物分類。一來避免交叉污染，二來分出免管廢物能有效節約成本，三來有些廢物經過處理后可達到清潔解控水平，也有再回收利用的可能。

下面分別從固、液、氣三態廢物的處理技術進行論述。

4.1 放射性固體廢物的處理

焚燒技術：減容系數達到100或更高。目前焚燒技術常被視為處理可燃廢物的最佳途徑，這是因為焚燒處理廢物的減容比遠遠超過其他處理技術。但使用焚燒技術進行減容處理的前提是待處理廢物的嚴格分類，如果有不燃或者難以完全燃燒的放射性廢物混在其中，極易引起放射性煙塵的擴散。且焚燒爐尾氣中可能含有二噁英，地方環保部門對建造焚燒爐持保守態度，獲得公眾支持認可困難。另外其費用也相對較高。

超壓技術：減容系數達6到10。對于焚燒技術難以處理的放射性固體廢物，超壓技術常被應用。所使用的超級壓縮機的壓力能達1000噸以上，此壓力下固體廢物減容系數可達6到10。超壓技術作為能夠有效縮小廢物體積的處理方法，同樣受到青睞。但是美國部分核電站認為壓縮的體積縮小率不明顯，且壓縮設備需要更多的人員和額外的維護。

廢物玻璃化：通常的減容系數高于50。使用該項技術處理非金屬固體放射性廢物，最終廢物將與玻璃體結合固化。這項技術費用適中且處理后的廢物具有良好的穩定性，滿足長期處置的安全要求。目前這項技術正得到越來越多的重視。

碎化切割技術：這種技術對于那些不具有再利用價值的放射性廢物材料處理十分有效，如無用的硬件設備、紙張、塑料廢物等。切割方式視情況而定，除傳統的鋸齒切割外，等離子弧切割、氧乙炔切割等新技術也得到了采用。被碎化切割后固體廢物的體積也會得到較為顯著的減小。

廢樹脂脫水處理：將廢樹脂放于處置容器內脫水后直接封蓋處置的技術，或是將樹脂蒸汽分解物通過熱處理朔形的過程。處理后樹脂減容比很大，過程也較為簡單快速。

無氧燃燒技術：突破傳統的廢物焚燒方式，不通過氧氣進行燃燒。將用過的可燃性廢物裝入燃燒爐內，顱內豎直放置兩根電棒，廢物裝入之后，氧氣被全部抽出，成為真空狀態。通電并注入氮氣，爐內升溫到1000度以上，物體開始燃燒，整個燃燒過程和氧氣燃燒一樣，產生的廢物也是燃燒后的灰燼。然后將灰燼打包進行掩埋等后處理，其最終產物兼容比高達95%。

玻璃固化技術：GeoMelt玻璃固化技術集多種玻璃固化工藝為一體，去除危險有機物，固化放射性物質和重金屬，處理難處理的廢物。GeoMelt技術將危險性化學廢物和放射性廢物轉變成超穩定的玻化材料和結晶物質，類似于火山黑曜巖，其強度要比混凝土高10倍。產品不受干濕循環或凍融循環作用的影響，在浸出阻力方面是無與倫比的，經過數千年仍然能夠保持其物理和化學完整性。耐腐蝕試驗表明GeoMelt產品要比花崗巖或大理石更加耐用。

高級聚合物固化技術：將樹脂放入一個裝有脫水內構件的碳鋼儲存/處置套筒內，然后用灌裝頭對其進行脫水。容器的尺寸范圍是從55加侖的桶到200立方英尺的碳鋼套筒。這一技術已通過NRC審批，最終產物是惰性的，不分散，不易燃，無毒；廢物與介質的比為2:1；抗壓強度比水泥高5到10倍；瀝濾指數達到水泥的10,000倍；不需要以往場址要求的HIC或掩埋外包裝；鋼襯里容器內固化的廢物不會增加儲存場的燃燒負荷。

4.2 放射性液體廢物的處理

放射性廢液蒸發處理：蒸發處理是當前放射性液體廢物處理效率最高同時最為常用的技術，一般針對于中低放射性的廢液處理。使用的蒸發器有多種類型，如使用強迫循環和壓縮空氣技術等。

放射性廢液離子交換處理：包括有機離子和無機離子的交換，通過離子交換系統將廢液中的放射性核素置換過濾，將廢液處理成為可再利用的設備沖洗水等。但是此方法不適合處理含有膠體、有機物等的放射性廢液。

水泥固化：是一種較為傳統的處理方式。目前我國運行核電站大多采用水泥固化用來處理濃縮廢液和廢樹脂等放射性廢物，即利用水泥將放射性廢物包覆同時防止輻射外漏。[3]

4.3 放射性氣體廢物的處理

放射性氣體廢物主要有含氫放射性廢氣與含氧放射性廢氣兩種。含氫放射性廢氣主要有兩種處理工藝，一種是加壓貯存衰變，另一種是活性炭床延遲衰變。

含氧放射性廢氣則主要采用活性炭吸附和過濾處理。吸附與凈化裝置防止氣溶膠污染擴散，再高空排放，通過大氣的稀釋去除放射性威脅。

5 核電站放射性廢物最小化的發展前景

隨著由化石燃料所引起的世界溫室效應、環境破壞與能源危機，人們愈發迫切地尋找一種新的清潔能源。核電作為不依靠煤炭、石油等傳統燃料的新型能源，憑借其穩定而高效的輸出，自誕生之日起就成為了無數人給予厚望的“連接未來的技術”。核電與水電、火電一起構成了世界能源供應的三大支柱，在世界能源結構中有著重要的地位。

但是限于科學發展條件，核聚變還是一個遙遠的夢想，而依靠裂變產生能量的當代核電，仍舊不可避免的需要面對放射性廢物的問題。隨著核電在世界能源體系中所占的位置越來越重，放射性廢物最小化的理念也已在國際上普及開來，并獲得了廣泛共識。

目前世界上已有30多個國家和地區建有核電站，當前全世界共有近450臺核電機組，總裝機容量更是達到約4億千瓦。在中國已有15臺核電機組在運，尚有26臺核電機組將陸續建設，到2020年核電運行裝機容量預計將達到4000萬千瓦。若每臺百萬千瓦核電機組每年產生廢物包體積按50到60立方米計算，則到2020年所有運行核電機組每年產生廢物包體積為2000-2400立方米！

盡管根據我國環保法規要求，為確保及時收集、處理、監測、排放或貯存核電廠運行和預期運行事件時產生的放射性廢物，運行核電廠均按照環保設施"三同時"要求，配備了相對完善的放射性廢物管理設施。但是如此龐大的放射性廢物絕不容小覷，進一步推動放射性廢物最小化顯得尤為迫切。

政策與法規方面，相比國外已形成的較為完善的法律法規制度，我國在放射性廢物管理方面尚未完全形成一個完整而規范的體系。一些放射性廢物管理相關的標準己實施多年，不能適應當前核電領域的快速發展與新穎理念。但是國家近年來也已加強了這方面的投入，充分借鑒先進經驗，努力完善相關行業標準。如今年3月1日起實行的《放射性廢物安全管理條例》，近來修訂完成的《低、中水平放射性固體廢物近地表處置要求》、《低、中水平放射性固體廢物包裝安全標準》等。這些標準的頒布和實施將有效推動我國核電廠放射性廢物管理工作與最小化戰略。

技術處理方面，國際上已出現很多安全高效的理念與技術，諸如零污染控制區、貧化鈾再生處理、可降解材料應用、新一代核電技術設計優化、廢物玻璃化等。這些先進的理念和技術給放射性廢物最小化的推進帶來嶄新的希望。在后福島時代，我國更加重視廢物處理技術研發，如近零排放技術、極低放廢物清潔解控技術、高整體容器研發等。另外當前廢物處理中心，放射性固體廢物處置場的建設也已備受重視。盡管目前我國有些廢物處理技術還沒有達到世界先進水平，但相信在國家的大力支持下，在核設施主管部門、核安全監管部門的積極推動下，我國放射性廢物源頭控制與后期處理的理念和技術必將登上新的臺階。

核電站放射性廢物最小化在我國核電行業尚屬于新課題，其發展與實踐都在一定程度上缺乏系統的經驗，我們也必須清醒地認識到與國外的先進水平依舊存在差距。但是從國家積極推進放射性廢物最小化的行動中，我們也可以看出其蘊藏的巨大發展空間。尤其是《核安全與放射性污染防治十二五規劃及2020年遠景目標》的出臺，更證明國家對放射性廢物最小化的堅定目標，大力推動我國的放射性廢物最小化工作的開展，實現經濟環境和社會效益相統一，核電站放射性廢物最小化的未來必將大有可為。

［1］戴威，何文新.放射性廢物管理最小化戰略頂層架構研究[C]//小型“循環經濟”學術研討會論文匯編.2008.

［2］中國核電工程有限公司.中國核電廠放射性廢物管理進展及發展趨勢[Z].

［3］葉奇蓁，張志銀.核電廠放射性廢物管理進展及挑戰[J].環境保護，2009（22）.