第5部分：低中放固体废物减容技术

放射性废物处理与处置[e-mail]哈尔滨工程大学矫彩山第5章固体废物减容技术必要性体积大：低中放固体废物约占所有固体放射性废物总体积90％节约处置费用：活度低，且不含或只含极少量的长寿命超铀核素，一般要求近地表处置。废物类型及减容技术废物类型废物材质可选择的减容技术可压缩、可压实、可燃废物污染纸张、工作服、手套、橡胶、塑料和废树脂等压缩，焚烧，湿法氧化可压实、不可燃废物玻璃管、金属管、废过滤器、水泥块等压缩，等离子体熔融不可压实、不可燃废物金属块（铅罐等）等离子体熔融混合废物多种物料混合，非单一材质压缩，等离子体熔融压缩减容技术优点技术比较成熟，简便易行；投资少、运行费用低；不产生二次废物。注意事项废物分类预处理，提高减容效果，避免自燃或爆炸；在压缩机底部应设置托盘，收集挤压出的液体；配备合适的尾气处理系统，处理挤压过程产生的气溶胶；设置屏蔽措施，或远距离操作，减少人员所受的辐射剂量；注意压缩废物的反弹。压缩减容技术低压压实技术低压压实技术压力减容因子技术特点真空压实大气压2适合密封和压实低放固体废物和毒性废物，可在废物产生的地方直接使用桶内压实100~5000kN3~5技术成熟，废物处理能力大，可达4000m3/a，大体积废物压实前需剪切带桶压实100~1500t与处理对象及操作有关可直接处理可压实废物，也可处理经桶内压实处理后的废物箱压实与设备及操作有关与处理对象及操作有关适应大的物体，可装容更多的废物，可双向压实废物打包压实与设备及操作有关与处理对象及操作有关可三向压实废物，适用处理大体积的物体，处理后的废物不适合最终处置螺杆挤出压实与设备及操作有关与处理对象及操作有关适合处理塑料含量在40%~50%wt废物，可处理β/γ废物，对α废物处理要慎重压缩减容技术超级压实技术压力10MN以上，处理后废物密度1000~3500kg/m3，减容比大废物类型减容比压饼占原始废物体积比例沙子1.377%碎块（砖块、水泥块）2.245%焚烧灰渣2～340%玻璃瓶5.228%金属碎片6～7～15%金属切割断头6～7～15%绝热材料（玻璃纤维）166.3%桶内压缩和超级压缩示意图桶内压缩压缩机压盘压力与桶装废物被压缩程度的关系超级压缩一种典型的超级压缩机结构示意图混合金属碎片在超级压缩前后的状况超级压缩特种废物热压减容废树脂热压处理工艺过程示意图废树脂桶油浴，可加热至160℃螺杆混合推进器加入聚合物添加剂可提高废树脂压实后的黏结性能焚烧减容技术优点（1）废物的减容比高，对于不同密度的可燃废物，其减容比可达20～120，相对来讲，废树脂的减容比较低，但仍可达15～20；（2）焚烧过程产生的二次废物（灰渣）具有良好的热稳定性，适于后续的固定化处理和处置，甚至有些燃烧过程所产生的废物形式可直接满足处置要求，无需再另行处理；（3）焚烧法适于连续运行，处理能力大，一座大型焚烧炉每天可处理10t以上的可燃废物。焚烧减容技术缺点（1）工艺技术复杂，设备投资和运行费用都比较高，且焚烧炉需要连续运行，如果产生的需要焚烧的废物量不多，则经济性较差；（2）对焚烧法的公众接受度较差，因为在有机物焚烧过程中，可能会产生环境毒物二噁英及呋喃等；（3）焚烧含氯、磷或硫等废物时，生成的无机酸等物质会加剧设备的腐蚀。（4）焚烧尾气必须经过严格的净化处理，以免对环境造成影响焚烧减容技术焚烧炉焚烧炉类型操作特性运行温度处理的废物流化床焚烧炉可在较低温度下运行，引起NOx和挥发性金属释放可能性小，灰烬结块几率低，辅助燃料需求量少，允许处理低热值废物760~871.1℃气体、液体、固体废物旋转焚烧炉炉的旋转和倾斜有助于废物和助燃空气的混合，又促进了在废物和热火焰、耐热材料之间的热量转移，并且通过旋转移动废物通常为815.5℃但造渣炉运行温度在灰烬的熔点(1426.7~1537.8℃)以上，以便能产生熔融的灰渣液体或固体可燃危险废物固定床焚烧炉包括主燃烧室和后燃烧室，前者为控制空气焚烧室，发生废物分解和部分燃烧反应；后者为空气过量燃烧室，燃烧上一室来的分解有机物等主燃烧室982.2℃后燃烧室1093.3℃固体或液体废物焚烧减容技术焚烧炉焚烧炉类型操作特性运行温度处理的废物热解焚烧炉在热解的低温、低氧条件下，钌和铯等挥发性核素大都保留在热解反应器里。热解温度500~550℃热解产物焚烧温度不低于900℃液体或固体有机废物，宜处理中放废物，去污系数高过量空气焚烧炉产生废气质量差，夹带未燃烧的固体颗粒，废气成分波动范围大。800~1000℃液体和固体废物熔渣焚烧炉废物经过热解区去高温区，热解残渣在高温区被熔化，最后被重力送到另一室内，并被骤冷成高度不可溶解的玄武岩炉渣。1450℃固体废物流化床煅烧处理高放废液示意图法国高放废液回转煅烧－玻璃熔制工艺示意图奥地利Seibersdorf研究中心的过量空气焚烧炉系统示意图法国Centraco焚烧装置示意图加拿大OPG焚烧装置示意图焚烧减容技术新型焚烧技术及其发展动态趋向于一炉多用，即可焚烧固体物质、废树脂等固体废物，也可焚烧有机废液等液体废物。1.发展多功能焚烧炉；2.开发焚烧灰固化技术，如微波熔融、高频熔融技术等；3.开发灰渣可直接处置、运行加入少量不可燃固体废物的高温熔渣炉；4.开发安全性能好，可方便回收钚的α废物焚烧技术。焚烧减容技术等离子体焚烧技术已在处理各种金属或玻璃状炉渣的实践中获得很多成功经验，是一种很有前途的放射性废物焚烧处理技术。主要优点是：1.工艺设计非常紧凑，控制灵活，自动化程度高；2.可适用于多种固体/液体废物的减容处理；3.可在一步操作中完成分解和熔融等过程，且产生的熔渣可适于直接进行处置；4.无需对废物进行分选等预处理，全部废物装筒后可直接处理。其它减容技术熔融减容技术最常用的方法是等离子体弧和冷坩埚熔融技术等将金属、各种焚烧灰、混凝土、水泥、保温材料等各种不燃性固体废物直接或间接加热熔融的减容处理技术。熔盐氧化处理技术熔盐氧化(MSO)是一种无焰热分解过程，废物在500～950℃熔盐池中被氧化，生成二氧化碳、氮气和水等，最终产物为滞留了放射性核素的金属和其它无机物的盐渣。优点是成本较低，尾气量较少，基本不含二噁英、呋喃及氮氧化物等物质。主要缺点是该技术所需投资费用较高，废物处理中产生的盐渣需要特殊的技术进行整备。其它减容技术湿法氧化及生物处理技术磷酸/硝酸湿法氧化体系可分解塑料和树脂等有机固体废物，分解过程不产生二噁英和呋喃等环境危险物质，减容比可达20～100。Fenton试剂氧化法处理有机固体废物具有条件比较温和，对设备材料要求不高，尾气产生量小且易于处理等优点而受到人们重视。该技术处理废离子交换树脂的研究表明，树脂的分解可达98%，且生成的残渣易于固化处理。美国LosAlamos国家实验室建立了一套处理α污染废物的超临界水氧化系统，废物包括废溶剂、碎布、废过滤器和废树脂等。利用筛选或培养的特殊菌种也可将有机固体废物全部或部分分解掉，达到减容处理的目的，减容比通常可达10～20。芬兰IVO-MicTreat有机废物生物处理流程示意图项目压缩焚烧氧化降解熔融处理对象低中放可燃、不可燃废物低中放可燃性废物有机废物、废树脂等金属、焚烧灰、混凝土等减容比2～1010～10020～1004～10减重倍数不减重20～10020～1008～20产物稳定性不改变可燃性、可热解、易变质稳定性高，需要固定化稳定性较好需要固定化稳定性高设备投资较低较高较高较高处理费用较低较高较低较低特点简单、减容倍数小、实用性大，几乎没有二次废物产生减容倍数大，投资高、实用于废物产生多的单位工艺温度低、反应容易控制，减容比大、不产生焦油粉尘、二次废物少处理废物范围广、减容比高、产物稳定性高，无二次废物产生几种主要减容技术的比较