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技术文章

多核素去除装置ALPS进行热试

2018/2/6 14:33:53

福岛核事故发生后，东京电力株式会社（以下简称“东京电力”）不得已向受损反应堆中注入了包括海水在内的非常规用水用于冷却。这些冷却用水自然受到放射性物质的污染，其总量数以十万m3计。而且，受地下水入渗等因素的影响，反应堆中的放射性废水仍在以每天约400 m3的数量增加。面对这样的形势，东京电力拟在原有废水处理系统之后增设多核素去除装置ALPS（Advanced Liquid Processing System），意在将废水中除氚以外的其余62种核素的浓度降至排放限值以下，这些核素包括86Rb，89Sr，90Sr，90Y，91Y，95Nb，99Tc，103Ru，106Ru，103mRh，106Rh，110mAg，113mCd，115mCd，119mSn，123Sn，126Sn，124Sb，125Sb，123mTe，125mTe，127Te，127mTe，129Te，129mTe，129I，134Cs，135Cs，136Cs，137Sc，137mSc，137mBa，140Ba，141Ce，144Ce，144Pr，144mPr，146Pm，147Pm，148Pm，148mPm，151Sm，152Eu，154Eu，155Eu，153Gd，160Tb，238Pu，239Pu，240Pu，241Pu，241Am，242mAm，243Am，242Cm，243Cm，244Cm，54Mn，59Fe，58Co，60Co，63Ni，65Zn。
ALPS采用吸附为主工艺。经过除137Cs和脱盐处理后的废水，先加入铁盐和碳酸盐分两步进行共沉淀（预处理），以除去废水中可能影响吸附效果的组分。铁盐共沉淀主要去除α核素、60Co、54Mn等，碳酸盐共沉淀去除Ca、Mg等吸附竞争核素。废水通过活性炭、钛酸盐、亚铁氰化物、浸渍活性炭、氧化钛、螯合树脂和树脂等7种吸附剂的吸附，对其中所含的胶体、Sr(M2+)、Cs(Co，Ru)、I、Sb、Co(Mn2+，Mn3+)和Ru等进行净化。吸附过程的后端为两级吸附塔，以进一步吸附废水中残留的核素。
该装置预期处理效果为：
（1）134Cs、137Cs浓度分别由10 Bq/mL水平降至检测限0.27、0.32 Bq/mL以下，β放射性水平由105 Bq/mL降至检测限以下（除氚外）。
（2）由于该装置并不能去除废水中的氚，原子力规制厅（NRA）并不同意东京电力将经过ALPS处理后的废水排入海洋的设想。也就是说，ALPS处理后的废水要送入槽罐贮存。而共沉淀过程中的底泥和废吸附剂拟装入高整体容器（HIC）送去暂存，用过的吸附柱经过失水处理后暂存。
（3）根据东京电力的估算，以250 000 m3污水量计算的二次废物产生量为：①废水246 700 m3；②铁盐共沉淀泥浆576 m3，放射性活度4×107 Bq/cm3；③碳酸盐共沉淀泥浆2500 m3，放射性活度1×107 Bq/cm3；④废钛酸盐吸附剂25 m3，放射性活度4×107 Bq/cm3；⑤废亚铁氰化物15 m3，放射性活度2×106 Bq/cm3。
ALPS设A、B、C三套装置，处理能力均为250 m3/d。设三套装置的用意是确保两套在用，另一套维�；虮赣谩Ｔ诎踩苑矫�，东京电力对ALPS所在设施进行了防泄漏和减小职业照射的考虑：
（1） 防泄漏：设接液盘和泄漏检测器，分割围堰和围堰；用探头和辐射测量仪连续监测等等；
（2） 减小职业照射：设备表面1 m处剂量率不超过1 mSv/h；采用选程操控方式；控制间远离装置（约900 m）；设冲洗管线用于设备维护等。
3月19日，NRA批准开始对ALPS中的A系统进行热试。除了ALPS本身的安全性外，NRA还十分关心HIC的相关安全问题，为此东京电力做了不少工作。此次热试计划121天，共处理约30 000 m3废水，其目标为：
（1） 评估ALPS去除放射性物质的性能（即去污性能），以证实处理后废水中的62种目标核素的浓度低于排放限值；
（2） 评估ALPS在运行条件下是否能够保持其去除放射性物质的能力。
热试于3月30日开始，相应的安排为：
（1）3月30——4月3日，试运行；
（2）4月4日起，连续运行；
（3）4月9——12日，取样；
（4）4月16日，送样品至福岛第二核电站分析；
（5）5月初，完成核素分析与去污效果评估；
（6）5月末，完成Sr和α核素分析与去污效果评估；
（7）6月中，完成Tc、Ni等其他核素的分析与去污效果评估。
初步的分析结果表明，处理后废水中的主要核素134Cs、137Cs(137mBa)、60Co、106Ru(106Rh)、125Sb(125mTe)、90Sr(40Y)的浓度均低于排放限值，相应的去污因子为103~106。但是，60Co、106Ru(106Rh)、129I和125Sb(125mTe)未达到预计的低于检测下限的水平。
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