随着国民经济和科学技术的不断发展,核技术和放射性同位素已广泛应用于工业、农业、医疗、科研和教学等领域,尽管采用了放射性废物最小化的方法和措施,包括材料改变、技术改进(设备、管道系统或布局、设备自动化、操作程序)等,在核技术和放射性同位素生产和应用的过程中仍不可避免地出现大量的放射性废物[1-3]。放射性废物最小化要求从源头上避免或者减少废物的产生,如不可避免,首先应以环境安全的方式回收再利用;如不可回收,应进行处理,降低对废物操作人员和环境的危害,并使其体积达到最优化,最后以环境安全和法律许可方式进行处置[4]。放射性废物产生后的分拣在其回收再利用、处理和处置中发挥着十分重要的作用。
正确实施放射性废物分拣还可以有利于:①回收有价值的材料以循环使用;②放射性废物、含危险废物的放射性废物、医疗和生物学放射性废物、非放射性废物的区分;③固体、液体、半固体或者气体放射性废物的区分;④为后续的放射性废物处理/整备提供条件,有利于废物的兼容,废物的安全管理;⑤废物处理/整备方法和设施更为简单;⑥有利于放射性废物处理方法的确定;⑦需要长期贮存和处置的放射性废物的体积更小[5]。
为有效地实施放射性废物分拣,制定适宜的分拣流程起到至关重要的作用。良好的分拣流程应当科学、安全、合理又具可实施性。
1 材料与方法为了有效地将非放射性材料或部件从放射性废物中分出,将废物根据其尺寸、物理化学组成和放射性组成进行分类,并与后续的处理和处置相适应,再循环再利用有回收价值的材料等,本项研究建立了一套放射性废物分拣参考流程,如图1所示。实际运用中应根据项目的具体目标、源项、处理和处置的特点进行适当的细化,充分运用现有的科技手段,同时有所创新。要保证整个分拣过程的安全性、合理性和可行性。
放射性废物分拣基于技术、安全、监管、处置和费用几个方面,需要考虑各种可能的方法,同时比较每种方法的优点和缺点,每一种方案都要考虑减少需要贮存和处置的废物的放射性活度和体积,减少对环境的影响以及减少污染材料的总管理费用。放射性废物分拣如疑似存在放射源混合在废物中,首先应对放射源单独进行分拣、整备;废物区分放射性废物和非放射性废物同样重要,通过适当的分拣和去污工作,可使需要处理的放射性废物的体积大大减少。放射源、放射性废物和非放射性废物可以按照适用的法规,采用相应的方法处置,非放废物需关注危险废物的区分。
1.2 放射性废物分类标准放射性废物的分类标准,在相应的技术标准中做了明确规定[6-12]。在实际的应用中应当根据后续的处理和处置工艺进行细化,针对不同的实际情况进行微调,建立并采用一个科学的、先进的、可接受和易实施的放射性废物分类标准。
成功的废物最小化在某种程度上依赖于废物区分,可以基于如下内容来区分:
可利用性:可回收利用再循环、不可回收利用再循环,减少废物的整体费用;
废物来源:核设施、核技术利用、科研实验室、核医学科等;
物理形态:固体、液体、气体等;
化学组成:中性、酸性、碱性和有机溶液等;
其它性质:是否可压缩、是否可焚烧;
污染情况:表面污染或整体污染、是否可去污、去污的安全、成本、效率、二次废物和费用等;
放射性污染情况:高放废物、中放废物、低放废物、极低放废物、豁免废物。
1.3 辐射监测放射性废物分拣辐射监测包括现场监测和实验室分析。现场监测可以分为扫描测量、定点测量、核素识别和活度估算,实验室分析包括现场取样和实验室检测。现场测量具有速度快、代价低的优点,但现场测量结果与实验室分析结果相关性较难准确把握,特别是存在多种核素的情况,准确度稍差;实验室分析具有测量准确度高的优点,但耗时长,代价大,同时代表性样品的选取具有较大的难度。放射性废物分拣应在废物最小化原则的基础上,综合考虑经济代价、工程进度和施工条件等因素,选择最优化的分拣辐射监测方案,基于在放射性货包现场的剂量率测量反推废物活度浓度的方面的研究基础[13],通常可采用大量现场测量工作和部分实验室分析手段相结合的方式来实现现场剂量率和废物活度浓度的关联。
放射性废物测量,需要根据不同类型的辐射,合理选择有效的仪器设备,选择合适的测量场所,在测量时考虑不同的防护结构,测量规程必须合理且可操作[14]。操作过程中,需要密切关注空气中放射性物质浓度,必要时考虑配置通风系统和空气连续监测系统。当项目存在现场去污时,需确保不会引起工作人员的外照射剂量和吸入粉尘、气溶胶等造成的内照射超过项目剂量限值。其中,为了避免电离辐射的危害,通风系统设置和空气连续监测尤为重要。
1.4 放射性废物回取分拣过程中,应当根据辐射水平先高后低的顺序,尽量先回取放射源。如果废物内混有废液,条件允许时,应先回取废液。
放射性废物回取一般可分为人工回取和机械回取,人工回取适用于小量、复杂的废物,机械回取适用于大量、情况简单的废物,或者人员无法现场操作的废物。
1.5 辐射安全分拣过程应充分考虑辐射安全的问题,同时密切关注放射性操作人员和环境安全。从事放射性操作的人员必须经过辐射防护培训,考试合格并取得上岗许可,上岗之前应接受放射性职业病检查,不能有禁忌症。操作期间必须穿戴好防护用品并佩带个人剂量计和个人剂量报警仪。废物回取首先进行多次冷试验操作,建立完整的可执行操作程序,操作人员能熟练正确操作,缩短操作时间。
2 结 果为了解决城市放射性废物或废放射源的收贮和归宿问题,城市建设了放射性废物库。城市放射性废物库暂存的废物一般是可回取的,废物库以“安全为核心,处置为目标”的从放射性废物产生到处理处置的全过程管理,它包括废物预处理(分拣)、处理、贮存和处置等各个环节[15]。一个良好设计的分拣流程能为后续管理步骤的实施提供良好的支持。
2.1 某城市废物库简介某城市放射性废物库始建于1964年,运行30年后由卫生部门移交环保部门管理,最终于1995年停止使用。旧库在放射性固体废物的收贮过程中,均以投入式入窖,部分剧毒化学品、动物尸体与放射性废物混合存放,可燃与不可燃废物等亦未作分类,也没有档案、记录可查,初步估计共存放226Ra-Be中子源,241Am-Be中子源,60Co源,137Cs源,226Ra等放射源,全部散落在废物之中,另外还有医用核素、核裂变产物和天然钍等约30多种放射性核素,总体积约180 m3。
2.2 放射性废物分拣流程根据某城市废物库的源项调查和退役目标细化了放射性废物分拣流程,如图2所示。根据现场测量和实验室分析结果,建立了现场测量与活度浓度的关系,详见表1。
依据图2所示的放射性废物分拣流程,顺利完成对某城市废物库中放射性废物的分拣。通过该工作,共分拣放射性废物约83 t,其中豁免废物约31 t(包括去污后废物);填埋废物约40 t(包括去污后废物),由废物库极低放填埋坑填埋;中低放废物约12 t,送西北处置场处置;废放射源1173枚,运至西北国家废放射源集中贮存库。
3 讨 论本论文给出了放射性废物分拣流程的成功应用案例,在操作过程中有哪些可以优化改进的地方,是否可以作为国内放射性废物库分拣的标准流程加以示范推广,有待深入的研究思考。首先应如何验证加强γ剂量率或表面污染水平的对应关系,进而提高分拣的速度和废物分类的准确性。其次,废物分拣是一个动态过程,如何设计一个与分拣库容量动态变化相适应的优化测量方案,在前期设计阶段应考虑的主要因素和技术手段还有待完善,例如放射性废物分拣现场测量应根据废物所含核素种类和仪器性能指标选择合适的测量仪表,测量过程中关注测量现场本底的变化,同时考虑废物形状、包装、状态、探测器对不同射线的响应等的影响;实验室分析应特别注意取样代表性的研究。最后,依据现行标准所做的现场测量与实验室取样分析结合、分拣与整备处置的结合、工程进度与安全相结合方案得到较好的应用,在做进一步的示范推广上还有哪些可以改进的地方,将本论文中所描述的分拣流程转化为同类型废物库的标准流程将具有极其重要的实际意义。
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