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摘要：核能的发展给人类带来巨大好处，同时也带来了对人类健康和环境有害的放射性物质。许多科技工作者对放射性废物的研究做出了很多的贡献。本文通过搜集国内外废物处理方法的相关资料，加以整理，为放射性废物处理研究者们提供一些帮助。
关键词：放射性废气处理；放射性废液处理；放射性固体处理
1 前言
随着我国经济的不断发展，国家对能源的需求越来越大，能源问题已经成为制约我国经济社会发展的重要因素。核能是能量密度最高的能源，不释放二氧化碳，应用前景远大，大力核能发电，缓解当前我国对能源需求的压力和对节能减排的压力，是一项巨大举措。
发展核能，必然会产生放射性废物，有些放射性物质半衰期比较短，一段时间后处于很小的剂量水平，有些放射性物质半衰期却很长，能长达数百年、数万年，乃至数百万年，因此必须对废物进行严格管理，在和平利用核能的同时，确保放射性废物对人类和环境的危害降到最低点。
对废物进行管理，不外乎两个方面，一是制度约束，二是技术手段。在制度建设方面，国际上有国际原子能组织对各个成员国进行严密监督，在国内有相关的法律、条例进行规范，和专门的部门进行行政管理，已经建立了一套完备的放射性物质管理机制；在技术手段上，从20世紀60年代以来，我国和世界上其他国家的科技工作者对此不断进行研究，开发了很多有效的放射性废物处理技术，尽最大努力减少了放射性废物对环境和人类的影响，做出了杰出的贡献。随着国际上对放射性废物处理的交流与合作越来越多，必将研究出更多更好的技术手段，对核能的和平利用产生巨大的影响。本文将放射性废物处理进行整理，介绍国内外比较通用的技术手段，以及尚需发展的新技术。
2 放射性三废处理技术
2.1 放射性废气处理技术
气载放射性废物一般属于低中放水平。在铀矿开采、选矿及水冶、精炼和转化、铀同位素分离、核燃料元件制备、核反应堆运行、核燃料后处理、铀钚加工、放射性废物处理、同位素生产与应用，及其他放射性物质操作过程中，均可能产生含放射性微尘、放射性气溶胶和放射性气体的气载放射性废物。
气载放射性废物净化处理的主要目的是去除或降低放射性污染物，保护工作人员、公众和环境。
气载放射性废物净化处理主要手段可以分为两大类：干法净化和湿法净化。
2.2 放射性液体处理技术
放射性液体处理技术用任何水处理方法都不能改变其固有的放射性衰变特性，其处理一般遵循两个基本原则【5】：（1）将放射性废水排入水体，通过稀释和扩散达到无害水平。主要适用于极低水平的放射性废水的处理；（2）将放射性废水浓缩后，将其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离，任其自然衰减，对高、中、低水平放射性废水均适用。目前国内外普遍做法是对放射性废水进行浓缩处理后贮存或固化处理。下面将介绍国内外对放射性废水处理的一些方法。
2.3 放射性固体处理技术
2.3.1焚烧【14】
放射性废物燃烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或残渣。可燃性废物包括纤维性物质（织物、纸、木材）、塑料、橡胶、活性炭、石墨、动物尸体、废树脂、废有机溶剂、废机油、废有机闪烁液等，种类繁多。对于低放射性可燃性废物，焚烧是理想的高效减容技术，焚烧处理具有以下优点：
（1）可获得高度的减容和减重（减容20-100倍，减重10-80倍），减少贮存和处置所占场地以及运输、贮存和处置的费用；
（2）实现废物无机化转变，免除热分解、辐射分解、腐烂、发酵和着火可能性，提高废物贮存、运输和处置的安全性；
（3）可回收239Pu和235U等贵重易裂变物质。
焚烧工艺流程图为：
焚烧工艺流程图
焚烧工艺可分为：分拣、破碎、进料、焚烧、排灰、烟气冷却、烟气净化等过程。
（1）分拣是挑出对焚烧炉设备和焚烧过程有害的物质和使物料具有尽可能均匀的组成和相近的热值。分拣的方法手工分拣、磁选、重力分选、风选等。
（2）破碎是为了方便进料和充分燃烧。废物破碎可用切割机、锤磨机等。
（3）进料：分为批式和连续进料。
（4）焚烧：焚烧主体是燃烧室，燃烧室有立式、卧式之分。
（5）排灰：废物燃烧之后70%～90%放射性物质进入灰中。
（6）烟气冷却：烟气净化除高温过滤外，必须冷却到一定温度后才能允许进入烟气净化系统，因此烟气需要先冷却。烟气冷却方法有冷空气稀释、喷水急冷和热交换等。
（7）烟气净化：焚烧产生的烟气需要净化，达到允许限值之后才能向大气排放。
2.3.1.1焚烧炉的类型：
（1）过量空气焚烧炉
是使用较早也是目前使用最多的炉型。通常只有一个燃烧室，炉体分为立式和卧式。一般控制过量空气30%-100%，炉温800～1100℃。这种炉的优点是结构和操作简单，缺点是燃烧不全。
为解决这一个问题，发展了高温过滤技术。德国卡尔斯鲁厄研究中心的焚烧炉属这种炉型。焚烧炉处理能力50～60Kg/h，废物组成为：布、纸、木50%～70%，塑料30%～50%，其中：聚氯乙烯<5%，聚四氯乙烯<0.05%.废物比活度β/γ<1×1011Bq/m3，α<5×107 Bq/m3，系统去污因子>1×105。
过量空气焚烧炉炉型成熟，应用广泛。日本、奥地利、瑞士和我国台湾省都建有这种类型的炉子。据统计，日本的核设施就有几十台过量空气焚烧炉。
（2）控制空气焚烧炉
为了克服过量空气焚烧炉燃烧不完全而采用两个或多个燃烧室。这种炉的结构有立式和卧式两种。
美国洛斯阿拉莫斯实验室为处理超铀废物而建造的，采用了上、下两个燃烧室，处理能力为45Kg/h。这种炉在美国爱达荷、萨凡那河各建一台，处理能力都为180 Kg/h，用于焚烧β/γ废物，烟气净化用干式滤袋加高效空气过滤器过滤。我国台湾省也采用过这种炉子。 （3）热解焚烧炉
是控制空气焚烧炉的一种。焚烧先在不足氧和不太高温的第一燃烧室发生热解，然后进入第二燃烧室在过量空气和高温条件下得到完全燃烧。热解炉特别适合燃烧塑料、橡胶物含量高的废物，另外燃烧过程的释热速度不随废物热值的不同而有较大的波动，易于控制；一次空气流量小，气流的扰动影响低，带出的飞灰量低，烟气净化负担减少。
中国辐射防护研究院开发的热解炉，在我国逐步推广应用。我国821厂已经建立起一个热解炉装置。
（4）旋风炉
旋风炉是悬浮燃烧，废物先必须经过分拣、破碎，在搅拌的情况下，用高速气流载带碎块，切向送入炉内，废物碎块在高速旋转的气流中燃烧。这种炉的优点是炉体结构简单，操作方便，适用性强，允许燃烧含较多塑料和橡胶的废物。
荷兰KEMA公司为Dodeward核电厂设计制造的旋风炉处理能力为25Kg/h，旋风炉直径为570mm，高870mm，后燃烧室直径390mm，高650mm。炉体分别为碳钢和不锈钢，都有耐火村里。
还有一些其他的炉型，如高温熔渣炉主要用来焚烧含较多不可燃物的废物，流化床炉和熔盐炉主要用于要回收钚的废物的燃烧，近年来还在发展等离子体焚烧炉等。
2.3.2压缩【15】
压缩是借助于机械力使废物密实化，提高废物的整体密度。可压缩的废物种类很多，除棉、纸、布、橡胶、塑料等软质废物外，污染的木材、玻璃、金属制造阀门、器皿、工具、电缆、废过滤器、风管，以及保温材料、混凝土散块等采用高压或超高压缩可使其达到或接近理论密度，也可以获得减容。
压缩减容的优点是：
（1）建造投资和运行费用低，对厂址要求不高
（2）设备简单，运行方便，维护保养容易，易实现自动化
（3）二次废物极少
压缩有两种方式，分为桶内压缩和桶外压缩。桶内压缩主要用于被污染的工作服、口罩、手套和纸张等“软”废物的减容，也可用于被放射性污染的玻璃器皿以及保温材料等硬废物的减容。桶内压缩操作简单，将废物放入桶内，压缩机的压头沿桶内壁，垂直方向加压将废物压实，分几次加入废物，几次压实，直到桶内废物近满后封盖。减容比可以达到2～6，废物在200L钢桶内压实，压头压力不能太大，一般为20～30t；桶外压缩是将“硬”废物连同废物桶一起压缩，压缩后放入专门的包装容器内。
2.3.2.1超级压缩技术
自1978年第一台超级压缩机投入运行以来，在比利时、法国、荷兰、德国、意大利、日本、英国、美国、中国的用户越来越多。主要是采用超级压缩机方式，压头压力一般大于10000kN，对200L桶进行压缩，平均减容倍数达到10。目前投入应用的超级压缩机有：荷兰Petten，压力为15000kN；德国NUKEM公司的HPA车载式流动压缩机，压力为20000kN，装载在大卡车上，可以开到需要的地方去服务；荷兰Fontijine公司生产的可移动超级压缩机，压力为20000kN，每小时可压实20桶。
压缩打包是一项成熟的技术，但是有几个问题需要重视：一是在压缩过程中要控制释放出来的废气和废液；二是压缩处理过程中应设置足够的辐射屏蔽措施；
2.3.3水泥固化
水泥固化是最早开发和现在仍被广泛使用的固化低中放废物的方法。水泥是广泛使用的建筑材料，用它来固化低中放射性废物，对放射性核素具有很好的物理包容性和吸附性，还具有较强的抗压强度和自屏蔽能力，耐辐照和耐热性能也比较好。
水泥固化关键之处是配方，合理控制水灰比和盐灰比，可以获得最佳固化效果。
水泥固化工艺有两种：桶内搅拌和桶外搅拌。桶内搅拌是将废物、水泥和添加剂分别加入到桶内，放入搅拌桨进行搅拌，直至均匀混合，提出搅拌桨，盖上桶盖；桶外搅拌是将废物、水泥和添加剂分别加入到搅拌机里，均匀混合后再灌入到桶里。两种方式各有千秋，前者适合于少量废物生产，效率低，但是清洗方便，检修容易，后者适合大量废物生产，效率高，但清洗复杂，检修不便。
2.3.4沥青固化
沥青固化是将熔融沥青或乳化沥青同废物均匀混合，同时蒸发除去水分，最后装桶，冷却获得固化产品。
由于沥青的可燃性以及沥青固化产品受热和辐照的影响很大，特别是沥青固化氧化性硝酸盐废物，燃爆风险大，国内外多次发生过着火爆炸事故/事件，今年来不少国家已经弃之不用。
2.3.5塑料固化【16】
塑料固化又称聚合物固化，具有废物包容量高，核素浸出率低，对有机废物相容性好特点。4m3蒸残液若实行水泥固化，产生40桶（每桶200L）固化产品，总重为22t；若用塑料固化，僅有7桶，总重量为2t。塑料固化体抗浸出性比水泥固化体高1～3个量级。废树脂、废溶剂、废机油很适合塑料固化。
塑料固化存在的不足是：不适合固化高放射性物质，不能承受高辐照和高释热作用，需要对废物做脱水处理，固化的费用也比较高。
3 结语
放射性废物处理的最终目的是将废物量减少到最少，尽可能的将废物对人类对环境的危害降低到最低。当前废物处理将沿着三个方向发展：（1）进一步完善现有的工艺，发挥工艺的最佳效能；（2）将多种工艺进行联合处理研究，这样可以做到取长补短，发挥最大的效益；（3）积极研究新工艺的工程应用，探索出废物处理的新手段。随着放射性三废处理技术的交流越来越多，以及科技发展的推动作用下，必然会产生更好的放射性废物处理技术。
参考文献：
[1]～[4]罗上庚 放射性废物处理与处置 中国环境出版社 2006，10
[5] 中国大百科全书环境科学编委会编.中国大百科全书·环境科学[M].北京：中国大百科全书出版社。2002：67.
[6]～[7]梦文斌.低中水平放射性废液的处理[J].国外医学发射医学与核医学分册，1989（13）：54—57.
关键词：放射性废气处理；放射性废液处理；放射性固体处理
1 前言
随着我国经济的不断发展，国家对能源的需求越来越大，能源问题已经成为制约我国经济社会发展的重要因素。核能是能量密度最高的能源，不释放二氧化碳，应用前景远大，大力核能发电，缓解当前我国对能源需求的压力和对节能减排的压力，是一项巨大举措。
发展核能，必然会产生放射性废物，有些放射性物质半衰期比较短，一段时间后处于很小的剂量水平，有些放射性物质半衰期却很长，能长达数百年、数万年，乃至数百万年，因此必须对废物进行严格管理，在和平利用核能的同时，确保放射性废物对人类和环境的危害降到最低点。
对废物进行管理，不外乎两个方面，一是制度约束，二是技术手段。在制度建设方面，国际上有国际原子能组织对各个成员国进行严密监督，在国内有相关的法律、条例进行规范，和专门的部门进行行政管理，已经建立了一套完备的放射性物质管理机制；在技术手段上，从20世紀60年代以来，我国和世界上其他国家的科技工作者对此不断进行研究，开发了很多有效的放射性废物处理技术，尽最大努力减少了放射性废物对环境和人类的影响，做出了杰出的贡献。随着国际上对放射性废物处理的交流与合作越来越多，必将研究出更多更好的技术手段，对核能的和平利用产生巨大的影响。本文将放射性废物处理进行整理，介绍国内外比较通用的技术手段，以及尚需发展的新技术。
2 放射性三废处理技术
2.1 放射性废气处理技术
气载放射性废物一般属于低中放水平。在铀矿开采、选矿及水冶、精炼和转化、铀同位素分离、核燃料元件制备、核反应堆运行、核燃料后处理、铀钚加工、放射性废物处理、同位素生产与应用，及其他放射性物质操作过程中，均可能产生含放射性微尘、放射性气溶胶和放射性气体的气载放射性废物。
气载放射性废物净化处理的主要目的是去除或降低放射性污染物，保护工作人员、公众和环境。
气载放射性废物净化处理主要手段可以分为两大类：干法净化和湿法净化。
2.2 放射性液体处理技术
放射性液体处理技术用任何水处理方法都不能改变其固有的放射性衰变特性，其处理一般遵循两个基本原则【5】：（1）将放射性废水排入水体，通过稀释和扩散达到无害水平。主要适用于极低水平的放射性废水的处理；（2）将放射性废水浓缩后，将其浓缩产物与人类的生活环境长期隔离，任其自然衰减，对高、中、低水平放射性废水均适用。目前国内外普遍做法是对放射性废水进行浓缩处理后贮存或固化处理。下面将介绍国内外对放射性废水处理的一些方法。
2.3 放射性固体处理技术
2.3.1焚烧【14】
放射性废物燃烧是将可燃性废物氧化处理成灰烬或残渣。可燃性废物包括纤维性物质（织物、纸、木材）、塑料、橡胶、活性炭、石墨、动物尸体、废树脂、废有机溶剂、废机油、废有机闪烁液等，种类繁多。对于低放射性可燃性废物，焚烧是理想的高效减容技术，焚烧处理具有以下优点：
（1）可获得高度的减容和减重（减容20-100倍，减重10-80倍），减少贮存和处置所占场地以及运输、贮存和处置的费用；
（2）实现废物无机化转变，免除热分解、辐射分解、腐烂、发酵和着火可能性，提高废物贮存、运输和处置的安全性；
（3）可回收239Pu和235U等贵重易裂变物质。
焚烧工艺流程图为：
焚烧工艺流程图
焚烧工艺可分为：分拣、破碎、进料、焚烧、排灰、烟气冷却、烟气净化等过程。
（1）分拣是挑出对焚烧炉设备和焚烧过程有害的物质和使物料具有尽可能均匀的组成和相近的热值。分拣的方法手工分拣、磁选、重力分选、风选等。
（2）破碎是为了方便进料和充分燃烧。废物破碎可用切割机、锤磨机等。
（3）进料：分为批式和连续进料。
（4）焚烧：焚烧主体是燃烧室，燃烧室有立式、卧式之分。
（5）排灰：废物燃烧之后70%～90%放射性物质进入灰中。
（6）烟气冷却：烟气净化除高温过滤外，必须冷却到一定温度后才能允许进入烟气净化系统，因此烟气需要先冷却。烟气冷却方法有冷空气稀释、喷水急冷和热交换等。
（7）烟气净化：焚烧产生的烟气需要净化，达到允许限值之后才能向大气排放。
2.3.1.1焚烧炉的类型：
（1）过量空气焚烧炉
是使用较早也是目前使用最多的炉型。通常只有一个燃烧室，炉体分为立式和卧式。一般控制过量空气30%-100%，炉温800～1100℃。这种炉的优点是结构和操作简单，缺点是燃烧不全。
为解决这一个问题，发展了高温过滤技术。德国卡尔斯鲁厄研究中心的焚烧炉属这种炉型。焚烧炉处理能力50～60Kg/h，废物组成为：布、纸、木50%～70%，塑料30%～50%，其中：聚氯乙烯<5%，聚四氯乙烯<0.05%.废物比活度β/γ<1×1011Bq/m3，α<5×107 Bq/m3，系统去污因子>1×105。
过量空气焚烧炉炉型成熟，应用广泛。日本、奥地利、瑞士和我国台湾省都建有这种类型的炉子。据统计，日本的核设施就有几十台过量空气焚烧炉。
（2）控制空气焚烧炉
为了克服过量空气焚烧炉燃烧不完全而采用两个或多个燃烧室。这种炉的结构有立式和卧式两种。
美国洛斯阿拉莫斯实验室为处理超铀废物而建造的，采用了上、下两个燃烧室，处理能力为45Kg/h。这种炉在美国爱达荷、萨凡那河各建一台，处理能力都为180 Kg/h，用于焚烧β/γ废物，烟气净化用干式滤袋加高效空气过滤器过滤。我国台湾省也采用过这种炉子。 （3）热解焚烧炉
是控制空气焚烧炉的一种。焚烧先在不足氧和不太高温的第一燃烧室发生热解，然后进入第二燃烧室在过量空气和高温条件下得到完全燃烧。热解炉特别适合燃烧塑料、橡胶物含量高的废物，另外燃烧过程的释热速度不随废物热值的不同而有较大的波动，易于控制；一次空气流量小，气流的扰动影响低，带出的飞灰量低，烟气净化负担减少。
中国辐射防护研究院开发的热解炉，在我国逐步推广应用。我国821厂已经建立起一个热解炉装置。
（4）旋风炉
旋风炉是悬浮燃烧，废物先必须经过分拣、破碎，在搅拌的情况下，用高速气流载带碎块，切向送入炉内，废物碎块在高速旋转的气流中燃烧。这种炉的优点是炉体结构简单，操作方便，适用性强，允许燃烧含较多塑料和橡胶的废物。
荷兰KEMA公司为Dodeward核电厂设计制造的旋风炉处理能力为25Kg/h，旋风炉直径为570mm，高870mm，后燃烧室直径390mm，高650mm。炉体分别为碳钢和不锈钢，都有耐火村里。
还有一些其他的炉型，如高温熔渣炉主要用来焚烧含较多不可燃物的废物，流化床炉和熔盐炉主要用于要回收钚的废物的燃烧，近年来还在发展等离子体焚烧炉等。
2.3.2压缩【15】
压缩是借助于机械力使废物密实化，提高废物的整体密度。可压缩的废物种类很多，除棉、纸、布、橡胶、塑料等软质废物外，污染的木材、玻璃、金属制造阀门、器皿、工具、电缆、废过滤器、风管，以及保温材料、混凝土散块等采用高压或超高压缩可使其达到或接近理论密度，也可以获得减容。
压缩减容的优点是：
（1）建造投资和运行费用低，对厂址要求不高
（2）设备简单，运行方便，维护保养容易，易实现自动化
（3）二次废物极少
压缩有两种方式，分为桶内压缩和桶外压缩。桶内压缩主要用于被污染的工作服、口罩、手套和纸张等“软”废物的减容，也可用于被放射性污染的玻璃器皿以及保温材料等硬废物的减容。桶内压缩操作简单，将废物放入桶内，压缩机的压头沿桶内壁，垂直方向加压将废物压实，分几次加入废物，几次压实，直到桶内废物近满后封盖。减容比可以达到2～6，废物在200L钢桶内压实，压头压力不能太大，一般为20～30t；桶外压缩是将“硬”废物连同废物桶一起压缩，压缩后放入专门的包装容器内。
2.3.2.1超级压缩技术
自1978年第一台超级压缩机投入运行以来，在比利时、法国、荷兰、德国、意大利、日本、英国、美国、中国的用户越来越多。主要是采用超级压缩机方式，压头压力一般大于10000kN，对200L桶进行压缩，平均减容倍数达到10。目前投入应用的超级压缩机有：荷兰Petten，压力为15000kN；德国NUKEM公司的HPA车载式流动压缩机，压力为20000kN，装载在大卡车上，可以开到需要的地方去服务；荷兰Fontijine公司生产的可移动超级压缩机，压力为20000kN，每小时可压实20桶。
压缩打包是一项成熟的技术，但是有几个问题需要重视：一是在压缩过程中要控制释放出来的废气和废液；二是压缩处理过程中应设置足够的辐射屏蔽措施；
2.3.3水泥固化
水泥固化是最早开发和现在仍被广泛使用的固化低中放废物的方法。水泥是广泛使用的建筑材料，用它来固化低中放射性废物，对放射性核素具有很好的物理包容性和吸附性，还具有较强的抗压强度和自屏蔽能力，耐辐照和耐热性能也比较好。
水泥固化关键之处是配方，合理控制水灰比和盐灰比，可以获得最佳固化效果。
水泥固化工艺有两种：桶内搅拌和桶外搅拌。桶内搅拌是将废物、水泥和添加剂分别加入到桶内，放入搅拌桨进行搅拌，直至均匀混合，提出搅拌桨，盖上桶盖；桶外搅拌是将废物、水泥和添加剂分别加入到搅拌机里，均匀混合后再灌入到桶里。两种方式各有千秋，前者适合于少量废物生产，效率低，但是清洗方便，检修容易，后者适合大量废物生产，效率高，但清洗复杂，检修不便。
2.3.4沥青固化
沥青固化是将熔融沥青或乳化沥青同废物均匀混合，同时蒸发除去水分，最后装桶，冷却获得固化产品。
由于沥青的可燃性以及沥青固化产品受热和辐照的影响很大，特别是沥青固化氧化性硝酸盐废物，燃爆风险大，国内外多次发生过着火爆炸事故/事件，今年来不少国家已经弃之不用。
2.3.5塑料固化【16】
塑料固化又称聚合物固化，具有废物包容量高，核素浸出率低，对有机废物相容性好特点。4m3蒸残液若实行水泥固化，产生40桶（每桶200L）固化产品，总重为22t；若用塑料固化，僅有7桶，总重量为2t。塑料固化体抗浸出性比水泥固化体高1～3个量级。废树脂、废溶剂、废机油很适合塑料固化。
塑料固化存在的不足是：不适合固化高放射性物质，不能承受高辐照和高释热作用，需要对废物做脱水处理，固化的费用也比较高。
3 结语
放射性废物处理的最终目的是将废物量减少到最少，尽可能的将废物对人类对环境的危害降低到最低。当前废物处理将沿着三个方向发展：（1）进一步完善现有的工艺，发挥工艺的最佳效能；（2）将多种工艺进行联合处理研究，这样可以做到取长补短，发挥最大的效益；（3）积极研究新工艺的工程应用，探索出废物处理的新手段。随着放射性三废处理技术的交流越来越多，以及科技发展的推动作用下，必然会产生更好的放射性废物处理技术。
参考文献：
[1]～[4]罗上庚 放射性废物处理与处置 中国环境出版社 2006，10
[5] 中国大百科全书环境科学编委会编.中国大百科全书·环境科学[M].北京：中国大百科全书出版社。2002：67.
[6]～[7]梦文斌.低中水平放射性废液的处理[J].国外医学发射医学与核医学分册，1989（13）：54—57.