核电站放射性废水处理技术及进展
【摘要】 ：核电站放射性废水的排放，是核电站影响周围环境很重要的因素。

现行的核安全规定：滨海建造的核电站排水所含的放射性不超过1000Bg/L,而内陆建造的核电站排水不超过100Bg/L ，这是一个相当严格的标准。

废水处理技术近年来得到很大发展，基本满足核电站的需求。

【Abstract 】: Low Level Radioactive Waste Water is very important to the nuclear power plane
【前言】
核电站废水的放射性产生于一回路，泄漏到二回路，污染水质。

近年来放射性废水治理技术越来越成熟，以压水堆为例子，我以粗略的手表给读者展示该技术，有不足之处，望广大读者指出。

【正文】 压水堆放射性物质的来源
冷却剂及其中杂质和添加物的活化
1、冷却剂自身的核反应
16O(n ，p)16N ； 16O(p ，α)13N ；17O(n ，p)17N ；
18O(n ，γ)19O ；18O(p ，n)18F ； 2H(n ，γ)3H
2、添加剂的核反应
3、可溶性中子吸收剂的核反应：10B(n ，2α)3H
pH 调节剂的核反应：6Li(n ，α)3H 杂质的活化
随补水或首次充满反应堆的水带入的杂质的活化。

燃料元件中裂变产物的释放
1.裂变产物从燃料中逸出
（1）裂变反冲
自身释放：靠近燃料表面的反冲核藉助本身的反冲能量脱离燃料基体。

击穿释放：燃料深处的反冲核使晶体破坏，将晶格中残存的挥发性裂变产物带出。

（2）扩散
800℃以上时，扩散是裂变核释放的主导因素。

稳定、长寿命的裂变产物主要通过扩散从燃料中逸出。

缺陷阱迁移模型：裂变产物进入燃料缺陷（原有的或反冲核造成的）或烧结时生成的密闭孔中，这些缺陷或孔称为捕阱，进入捕阱的裂变气体可以从这些捕阱中逸出。

（3）短半衰期核素的逸出
短半衰期核素可能在到达燃料表面之前就已经衰变成了其它元素。

半衰期约短，逸出率越小。

但由于短半衰期核素所站的放射性份额较大，因此估算期逸出率具有重要意义。

实验证明：扩散系数相同的挥发性核素的逸出率与衰变常数的平方根成反比。

2.裂变产物从燃料包壳缺陷的释放 Nf 、NL ——燃料和冷却剂中的核素数目；
λ——衰变常数；
Kd ——核素在冷却剂中的减少率（核素在离子交换剂上的吸附、设备表面的沉积或泄漏等引起的减少）；
r ——逃逸率系数，定义为单位时间内裂片核由燃料包壳缺陷中释放出来的份额，单位为1/s
影响裂变产物释放的因素主要有两个方面：
（1）元件破损数量和元件破损程度。

元件破损数量越多和破损程度越严重，裂变产物释放越厉害。

L d L f L N K N rN dt dN --=λ
（2）堆功率，即与燃料温度有关。

温度引起裂变产物的扩散速度。

在温度变化过程中，穿过包壳缺陷进入的水分又夹带裂变产物返回冷却剂中。

结构材料和腐蚀产物的活化
1.腐蚀产物的活化
由腐蚀产生的产物被活化后转移到冷却剂中而导致冷却剂放射性增加。

2.沉积物的活化：由沉积物活化产生的放射性与沉积物增长速度成正比。

而影响核素和腐蚀产物沉积的因素有：
①溶解度：溶解度越小，核素的沉积越厉害。

稀土元素和Zr等裂变产物最易沉积。

②金属表面状况：裂变产物在不锈钢表面的沉积率较在碳钢表面的高、在未氧化表面的沉积率又比在氧化表面高。

③冷却剂的温度和pH。

3.结构材料原子核的活化
如能量为2.5MeV的中子与结构材料作用时，很容易形成58Co；在以不锈钢材料为主的反应堆中，结构材料原子核活化形成的放射性核素主要是54Mn，58Co和60Co。

水溶液中裂变产物
水溶液中的放射性碘
放射防护规定：131I在露天水源中的限制浓度为6×10-10Ci/L，在放射性工作场所空气中的最大允许浓度为9×10-12Ci/L。

碘在气液两相间的分配与溶液的pH、碘的浓度、碘的形态（有机碘的挥发要比元素碘大得多）和溶液温度等有关。

惰性气体裂变产物
冷却剂中主要的惰性气体裂变产物为长半衰期的85Kr（T1/2=10.8年）和半衰期较长的133Xe （T1/2=5.27年）。

溶解在冷却剂中的惰性气体不与其它物质相互作用，对器壁也没有吸附作用。

当系统中有自由液面存在时，惰性气体会从冷却剂中缓慢逸出。

放射性废水的治理
去污概述：“去污”是指除去放射性。

广义内容包括系统和设备的去污，墙壁、地面的去污，工具、仪表的去污，防护用品乃至人体的去污等。

2.去污方法：
化学去污法
机械（物理）去污法
电、磁去污法
物理化学去污法
电化学去污法
电磁振动去污法
压水堆核电站（1000MW）一回路废水量和比较
压水堆核电站（1000MW）二回路废水量和放射性水平
放射性废水处理方法【1】
1.化学沉淀处理：通过向废水中投加适当的化学药剂，使放射性核素以氢氧化物、碳
酸盐、磷酸盐等化合物的形式形成细小的胶体颗粒，细小的颗粒然后聚集成大的絮凝体，后
者依靠自身重力从水中自然沉降分离，从而实现去除放射性核素的目的。

特点：方法简便、成本低廉，但是去污因数太低。

2.蒸发处理：将废水送入蒸发器中，用加热蒸汽将废水加热沸腾，水分汽化并经冷凝后形成水，而不挥发的放射性核素则保留在浓缩液中，浓缩液的体积小，放射性水平高，可采用
后处理工艺处理。

特点：处理效率高，适用范围广，但是处理费用高。

3.离子交换处理：通过化学沉淀处理后，水中放射性核素大部分被除去，但仍有一定数量的离子态放射性核素残留在水中，可以采用离子交换树脂或无机离子交换剂去除这一部分放
射性。

4.膜处理技术：利用具有选择透过性的有机或无机膜截留放射性核素的技术。

已经应用的膜处理技术有反渗透、超滤、微滤和电渗析等。

特点：投资省，能耗低，占地少，运行周期短，操作简单，启动运行快的优点。

田湾核电站放射性废液处理系统
AP1000放射性废液处理系统
最近有一门新技术产生：反渗透技术处理模拟核电站放射性废水中的钴。

选用聚酰胺反渗透膜处理模拟核电站中低放射性废水。

考察了核电站中低放射性废水中主要存在的金属离子Na+、Ca2+在不同pH值及不同操作压力下对废水中钴离子的截留率及膜通量的影响。

研究表明,核电站放射性废水中含有的Na+、Ca2+会降低反渗透对钴的截留率,且Ca2+对钴截留率的影响要大于Na+对钴截留率的影响。

得到较优的实验条件为:在pH=10、压力大于1 MPa时,对模拟废水中钴的截留率稳定保持在98%以上。

反渗透技术可以有效地去除核电站放射性废水中的钴元素,并且可以获得稳定的膜通量。

【2】
【结论】一回路的水化学控制，二回路管道和燃料包壳的完整性非常重要，因为这是放射性的源头，控制住就可以减少水中的放射性。

废水的治理除了传统方法之后，还应该寻找更先进的方法，确保废水放射性计量低于标准值。

【参考文献】
【1】中国广东核电集团水化学，培训课程，2012
【2】上海交通大学核科学与工程学院，王欣鹏蒯琳萍车俊霞《核化学与放射化学》2011年02期。