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摘 要：AP1000与CPR1000在放射性废液处理系统的设计上存在较大差异。本文从设计思路、处理模式、处理工艺等方面对两者进行了比较研究。CPR1000放射性废液处理系统基本延用传统的设计思路和处理工艺，净化效果更佳，但仍存在传统设计中的缺陷，如采用系统复杂且维护困难的蒸发浓缩工艺。相比之下，AP1000放射性废液处理系统的设计理念更先进，采用单机组设计与全厂址共用相结合的处理模式及以离子交换为核心的处理工艺，兼顾了安全、经济、高效等多方面的优势。
关键词：AP1000 CPR1000 放射性废液处理系统 蒸发浓缩 离子交换
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0094-03
核电厂在运行和检修期间都会产生一定数量的放射性废液。为保证这些废液达标排放，避免对公众、环境造成不利影响，核电厂均设计有放射性废液处理系统。核电厂采用的技术路线不同，放射性废液处理系统的设计也会有所不同。本文选取AP1000与CPR1000这两种国内应用较多的核电厂，从设计思路、处理模式、处理工艺与设备等方面对它们的放射性废液处理系统进行了比较研究。
1 AP1000放射性废液处理系统
AP1000放射性废液处理系统（WLS）设计用于控制、收集、处理、输送、储存和排放处置电厂正常运行及预期运行事件下产生的放射性废液。系统预留设计接口，对异常工况（如燃料包壳破损率≥0.25%或蒸汽发生器传热管破裂）产生的放射性水平较高的废液，可通过接入厂址废物处理设施SRTF的移动式处理设施进行处理[1]。
WLS系统为单机组设计。多机组共用同一厂址时，每台机组都需要独立的WLS系统，同时共用SRTF处理化学成分复杂、放射性水平高的极少部分废液。
AP1000核电厂产生的放射性废液主要包括四类：反应堆冷却剂流出液、地面和设备疏水、洗涤剂废液和化学废液。这些废液均采用不复用的处理方式，但对于不同类型的放射性废液，处理工艺各有不同。
1.1 反应堆冷却剂流出液
含硼和氢的反应堆冷却剂流出液来自两路：化容系统CVS下泄流和反应堆冷却剂疏水箱，这两路废液共用CVS下泄管线。CVS下泄流主要由反应堆冷却剂系统加热、硼浓度变化和RCS回路疏水运行所产生。反应堆冷却剂疏水箱用于接收各类安全壳内一回路系统和设备的泄漏水和疏水。
所有反应堆冷却剂流出液，都可能含氢和溶解性的放射性气体。因此，在进入流出液暂存箱之前，需通过真空脱气装置脱气。脱除的溶解氢和裂变气体排往放射性废气处理系统，脱气塔排放泵将流出液送到指定的流出液暂存箱中。流出液暂存箱内液体可循环取样，送回真空脱气装置进一步脱气，或经CVS补水泵送回反应堆冷却剂系统，或经化学絮凝、前过滤器、离子交换床（共4台）和后过滤器进一步处理，之后通过监测箱取样和稀释排放[1]。
1.2 地面和设备疏水
具有潜在高悬浮固体颗粒杂质的地面和设备疏水收集在废液暂存箱中。废液暂存箱可通过添加化学试剂改善过滤和离子交换处理性能。当废液暂存箱充满后，废液暂存箱泵将废液输送往系统处理，处理方法除无化学絮凝外，同反应堆冷却剂流出液的一致[1]。
1.3 洗涤剂废液
洗手废液箱收集所有含有肥皂水和洗涤剂的放射性废液，主要包括电厂热去污水槽、洗手槽、热淋浴器和一些清洗、去污工艺。洗手废液不适合用活性炭和离子交换树脂处理。这类废液可能含有较高的溶解性固体颗粒，但通常放射性浓度很低，可不经处理直接监测排放。如有必要，洗涤剂废液由特殊的屏蔽箱体送往SRTF或由SRTF的移动式处理设施来处理[1]。
1.4 化学废液
化学废液收集在化学废液箱内，产生量很少，主要来自放化实验室水槽疏水。这类废液只收集而不进行处理。在化学废液箱中添加化学试剂调节pH值等化学性质。如果放射性浓度能满足排放要求，则将其中和后送入监测排放管线进行排放，否则通过屏蔽转运容器将其送往SRTF进行处理[1]。
2 CPR1000放射性废液处理系统
CPR1000对放射性废液的分类包括可复用废液和不可复用废液，分别采取不同的收集、处理方法[2]。
2.1 可复用废液的处理方式
可复用废液由硼回收系统TEP进行处理，废液来自化容系统RCV和核岛排气和疏水系统RPE的含氢反应堆冷却剂。可复用废液处理方法如下图所示：TEP的前置贮存、过滤除盐和除气子系统设有2个独立系列，各服务于一台机组，有连接管道可相互备用，其余部分为两台机组共用。
过滤器为细网眼机械过滤器;除盐装置由阳床和混床组成。阳床用以去除陽离子杂质，并对铯具有高选择性能和较好的拦截能力。混床具有较彻底地去除弱碱性阴离子的能力。脱气装置用来去除溶解在排出液中的氢、裂变气体和其他气体，采用热力除气法，热源来自辅助蒸汽。
蒸发装置通过热力蒸馏的方式，将可复用的一回路排水分离成硼含量低于5×10-6，氧含量低于0.1×10-6的蒸馏水和硼含量为7000×10-6的浓硼酸溶液，分别送往蒸馏液和浓缩液监测槽，取样合格后重复利用[2]。
2.2 不可复用废液的处理方式 不可复用废液由废液处理系统T E U进行处理，废液来自于几部分：
（1）工艺排水箱：接收不能回收的一回路冷却剂的泄漏水、设备疏排水、树脂冲洗水、T E P系统不能回收的浓缩液和固体废物处理系统废树脂清洗水等;
（2）地面排水箱：接收地面疏排水和洗衣房排水;
（3）化学排水箱：接收化学取样和实验室废水。
TEU为上述废液提供独立的前端貯存、检测和处理。TEU将高放废液与低放废液分开处理，低放废液可经过滤后直接排放，而高放废液的化学含量低时，经过除盐处理，如果化学含量高，则进行蒸发浓缩，蒸发器的工作原理和TEP系统相类似，浓缩液送往固体废物处理系统TES固化和装桶。TEU系统包括六个单元：前贮存单元、化学中和单元、蒸发净化单元、除盐净化单元、过滤净化单元、监测排放单元，为两台机组共用。
化学中和单元由两套相同的装置组成：一个用作酸中和，另一个用作碱中和。采用的分别是硝酸和氢氧化钠溶液。氢氧化钠溶液可以保证废液在蒸发器中蒸发浓缩后，常温下不致结晶。硝酸和氢氧化钠溶液用于调节废液贮存箱中的酸碱度，从而增加浓缩液的溶解度，改善废液的质量，以利于水泥固化;同时，可以为直接排放的废液调节pH值，使其在可接受的排放限值以内[2]。
3 两种放射性废液处理系统的比较分析
3.1 设计思路的差异
除专设安全系统、建造模式等外，AP1000与CPR1000在堆芯设计、反应堆控制方式、厂房布置等方面也有较大差异。这些决定了两者在放射性废液处理系统的设计思路上同样存在较大差别。
3.1.1 反应堆冷却剂流出液的处理
对于反应堆冷却剂流出液，CPR1000延用传统压水堆核电厂的处理方式，即由硼回收系统采用蒸馏的方式回收浓硼酸，以实现循环复用。而AP1000在设计上取消了硼回收系统，采用反应堆冷却剂流出液不予回收的运行方式。这一设计特点决定了APl000的WLS系统必须承担此类废液的处理，使WLS系统需要处理的废水量更大，但成熟高效的脱气、过滤、离子交换工艺保证了良好的处理效果。
3.1.2 处理模式与系统布置
CPR1000放射性废液处理系统中除TEP系统的前置贮存、过滤除盐、除气三个单元为单机组独立设置外，其他处理单元均设计为两台机组共用。此外，CPR1000所有的放射性废液处理工艺都布置在核岛区域。
AP1000放射性废液的处理模式设计为单机组独立设置与全厂址共用相结合。多机组共用同一厂址时，每台机组都需要独立的WLS系统，处理正常运行及预期运行事件下产生的放射性废液，厂址所有机组同时共用独立的离岛子项SRTF处理异常工况下产生的化学成分复杂或放射性水平高的少部分废液。
AP1000各机组的WLS系统与SRTF有序配合，不仅简化了放射性废液系统的工艺和布置，提高了设备利用率，也形成了一系列可观的共享资源。由于异常工况的发生概率低，厂址所有机组只需配备一套移动处理设施，其处理工艺为多个处理模块的组合，灵活通用，可满足任何一台机组的需求[1]。
3.1.3 含油废液和蒸汽发生器排污废液的处理
对于含油的放射性废液，CPR1000只在核岛相关区域收集，尚未设置专门的处理工艺，而AP1000提供了一定的处理手段。AP1000的WLS系统中，前过滤器内的吸油性聚丙烯过滤袋和第一台离子交换床顶部的活性炭承担了离子交换处理前的油水分离功能。
对于蒸汽发生器排污水，AP1000一般由蒸汽发生器排污系统收集处理，当出现蒸汽发生器传热管泄漏导致二回路放射性不合格时，蒸汽发生器排污水将被转送至WLS系统处理并排放。而在CPR1000中，蒸汽发生器排污水无论放射性是否合格均暂存到常规岛废液排放系统的储存槽，槽内废液最终都转至放射性废液处理系统进行处理，这无疑增加了系统的运行负荷和废物处理量，不符合废物最小化原则[3]。
3.2 处理工艺的比较
可以看出，无论是AP1000还是CPR1000，放射性废液的处理工艺都是多种方法的联合应用，但核心处理工艺有根本区别，AP1000为离子交换，CPR1000为蒸发浓缩。
理想的放射性去污工艺包括三项要素：最大的去污因子和浓缩倍数、最少的二次废物和最小的受照剂量和环境影响。就第一项而言，蒸发浓缩法优于离子交换法，但后两项上明显差于离子交换法。蒸发浓缩法的去污因子和浓缩倍数均比离子交换法高一个以上数量级，净化效果更佳，但所使用的蒸发器体积大、复杂、昂贵，而且维护要求高，同时需考虑人员的辐射防护问题。另外，蒸发的残渣（或浓缩液）还会产生更多的放射性固体废物。美国URD文件已经不允许轻水堆核电厂使用蒸发处理工艺[1]。
对于核电厂所产生的放射性废液（基本上是低、中放），离子交换法比蒸发浓缩法更适用。但对于异常工况下产生的放射性水平较高的废液，AP1000主要依靠临时接入的移动处理设施，能否进行有效处理，需待依托项目运行验证。
3.3 放射性物质排放的比较
由下表可看出，AP1000虽然不复用放射性废液，但由于正常运行期间放射性废液的产生量较小，所以放射性物质的排放量并不高，部分核素的排放量相比CPR1000还要低一些[2]。
3.4 湿废物产生量的比较
由下表可看出，AP1000由于没有采用蒸发浓缩法，不产生蒸发浓缩液，湿废物产生量明显低于CPR1000。此外，CPR1000废液处理系统的蒸发装置的日常维修活动还会增加额外的干废物[2]。
4 结语
经比较，CPR1000放射性废液处理系统基本延用传统的设计思路和处理工艺，净化效果更佳，但传统设计中的缺陷仍然存在，如采用系统复杂且维护困难的蒸发装置。相比之下，AP1000放射性废液处理系统的设计理念更先进，兼顾了安全、经济、高效等多方面的优势，采用单机组设计与全厂址共用相结合的处理模式及以离子交换为核心的处理工艺，取消了硼回收系统和蒸发装置，极大简化了系统和设备，同时明显减少了废物产生量，提高了设备利用率，但由于依托项目机组投产时间不长，革新型设计理念和处理效果需在运行实践中加以验证。
参考文献
[1] 林诚格.非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京：原子能出版社，2010.
[2] 白玉.三种不同设计核电厂放射性废液处理系统差异性分析[J].中国核电，2014，7（1）：86-91.
[3] 刘昱，刘佩，张明乾.压水堆核电站废液处理系统的比较[J].辐射防护，2010，30（1）：42-47.
关键词：AP1000 CPR1000 放射性废液处理系统 蒸发浓缩 离子交换
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）06（a）-0094-03
核电厂在运行和检修期间都会产生一定数量的放射性废液。为保证这些废液达标排放，避免对公众、环境造成不利影响，核电厂均设计有放射性废液处理系统。核电厂采用的技术路线不同，放射性废液处理系统的设计也会有所不同。本文选取AP1000与CPR1000这两种国内应用较多的核电厂，从设计思路、处理模式、处理工艺与设备等方面对它们的放射性废液处理系统进行了比较研究。
1 AP1000放射性废液处理系统
AP1000放射性废液处理系统（WLS）设计用于控制、收集、处理、输送、储存和排放处置电厂正常运行及预期运行事件下产生的放射性废液。系统预留设计接口，对异常工况（如燃料包壳破损率≥0.25%或蒸汽发生器传热管破裂）产生的放射性水平较高的废液，可通过接入厂址废物处理设施SRTF的移动式处理设施进行处理[1]。
WLS系统为单机组设计。多机组共用同一厂址时，每台机组都需要独立的WLS系统，同时共用SRTF处理化学成分复杂、放射性水平高的极少部分废液。
AP1000核电厂产生的放射性废液主要包括四类：反应堆冷却剂流出液、地面和设备疏水、洗涤剂废液和化学废液。这些废液均采用不复用的处理方式，但对于不同类型的放射性废液，处理工艺各有不同。
1.1 反应堆冷却剂流出液
含硼和氢的反应堆冷却剂流出液来自两路：化容系统CVS下泄流和反应堆冷却剂疏水箱，这两路废液共用CVS下泄管线。CVS下泄流主要由反应堆冷却剂系统加热、硼浓度变化和RCS回路疏水运行所产生。反应堆冷却剂疏水箱用于接收各类安全壳内一回路系统和设备的泄漏水和疏水。
所有反应堆冷却剂流出液，都可能含氢和溶解性的放射性气体。因此，在进入流出液暂存箱之前，需通过真空脱气装置脱气。脱除的溶解氢和裂变气体排往放射性废气处理系统，脱气塔排放泵将流出液送到指定的流出液暂存箱中。流出液暂存箱内液体可循环取样，送回真空脱气装置进一步脱气，或经CVS补水泵送回反应堆冷却剂系统，或经化学絮凝、前过滤器、离子交换床（共4台）和后过滤器进一步处理，之后通过监测箱取样和稀释排放[1]。
1.2 地面和设备疏水
具有潜在高悬浮固体颗粒杂质的地面和设备疏水收集在废液暂存箱中。废液暂存箱可通过添加化学试剂改善过滤和离子交换处理性能。当废液暂存箱充满后，废液暂存箱泵将废液输送往系统处理，处理方法除无化学絮凝外，同反应堆冷却剂流出液的一致[1]。
1.3 洗涤剂废液
洗手废液箱收集所有含有肥皂水和洗涤剂的放射性废液，主要包括电厂热去污水槽、洗手槽、热淋浴器和一些清洗、去污工艺。洗手废液不适合用活性炭和离子交换树脂处理。这类废液可能含有较高的溶解性固体颗粒，但通常放射性浓度很低，可不经处理直接监测排放。如有必要，洗涤剂废液由特殊的屏蔽箱体送往SRTF或由SRTF的移动式处理设施来处理[1]。
1.4 化学废液
化学废液收集在化学废液箱内，产生量很少，主要来自放化实验室水槽疏水。这类废液只收集而不进行处理。在化学废液箱中添加化学试剂调节pH值等化学性质。如果放射性浓度能满足排放要求，则将其中和后送入监测排放管线进行排放，否则通过屏蔽转运容器将其送往SRTF进行处理[1]。
2 CPR1000放射性废液处理系统
CPR1000对放射性废液的分类包括可复用废液和不可复用废液，分别采取不同的收集、处理方法[2]。
2.1 可复用废液的处理方式
可复用废液由硼回收系统TEP进行处理，废液来自化容系统RCV和核岛排气和疏水系统RPE的含氢反应堆冷却剂。可复用废液处理方法如下图所示：TEP的前置贮存、过滤除盐和除气子系统设有2个独立系列，各服务于一台机组，有连接管道可相互备用，其余部分为两台机组共用。
过滤器为细网眼机械过滤器;除盐装置由阳床和混床组成。阳床用以去除陽离子杂质，并对铯具有高选择性能和较好的拦截能力。混床具有较彻底地去除弱碱性阴离子的能力。脱气装置用来去除溶解在排出液中的氢、裂变气体和其他气体，采用热力除气法，热源来自辅助蒸汽。
蒸发装置通过热力蒸馏的方式，将可复用的一回路排水分离成硼含量低于5×10-6，氧含量低于0.1×10-6的蒸馏水和硼含量为7000×10-6的浓硼酸溶液，分别送往蒸馏液和浓缩液监测槽，取样合格后重复利用[2]。
2.2 不可复用废液的处理方式 不可复用废液由废液处理系统T E U进行处理，废液来自于几部分：
（1）工艺排水箱：接收不能回收的一回路冷却剂的泄漏水、设备疏排水、树脂冲洗水、T E P系统不能回收的浓缩液和固体废物处理系统废树脂清洗水等;
（2）地面排水箱：接收地面疏排水和洗衣房排水;
（3）化学排水箱：接收化学取样和实验室废水。
TEU为上述废液提供独立的前端貯存、检测和处理。TEU将高放废液与低放废液分开处理，低放废液可经过滤后直接排放，而高放废液的化学含量低时，经过除盐处理，如果化学含量高，则进行蒸发浓缩，蒸发器的工作原理和TEP系统相类似，浓缩液送往固体废物处理系统TES固化和装桶。TEU系统包括六个单元：前贮存单元、化学中和单元、蒸发净化单元、除盐净化单元、过滤净化单元、监测排放单元，为两台机组共用。
化学中和单元由两套相同的装置组成：一个用作酸中和，另一个用作碱中和。采用的分别是硝酸和氢氧化钠溶液。氢氧化钠溶液可以保证废液在蒸发器中蒸发浓缩后，常温下不致结晶。硝酸和氢氧化钠溶液用于调节废液贮存箱中的酸碱度，从而增加浓缩液的溶解度，改善废液的质量，以利于水泥固化;同时，可以为直接排放的废液调节pH值，使其在可接受的排放限值以内[2]。
3 两种放射性废液处理系统的比较分析
3.1 设计思路的差异
除专设安全系统、建造模式等外，AP1000与CPR1000在堆芯设计、反应堆控制方式、厂房布置等方面也有较大差异。这些决定了两者在放射性废液处理系统的设计思路上同样存在较大差别。
3.1.1 反应堆冷却剂流出液的处理
对于反应堆冷却剂流出液，CPR1000延用传统压水堆核电厂的处理方式，即由硼回收系统采用蒸馏的方式回收浓硼酸，以实现循环复用。而AP1000在设计上取消了硼回收系统，采用反应堆冷却剂流出液不予回收的运行方式。这一设计特点决定了APl000的WLS系统必须承担此类废液的处理，使WLS系统需要处理的废水量更大，但成熟高效的脱气、过滤、离子交换工艺保证了良好的处理效果。
3.1.2 处理模式与系统布置
CPR1000放射性废液处理系统中除TEP系统的前置贮存、过滤除盐、除气三个单元为单机组独立设置外，其他处理单元均设计为两台机组共用。此外，CPR1000所有的放射性废液处理工艺都布置在核岛区域。
AP1000放射性废液的处理模式设计为单机组独立设置与全厂址共用相结合。多机组共用同一厂址时，每台机组都需要独立的WLS系统，处理正常运行及预期运行事件下产生的放射性废液，厂址所有机组同时共用独立的离岛子项SRTF处理异常工况下产生的化学成分复杂或放射性水平高的少部分废液。
AP1000各机组的WLS系统与SRTF有序配合，不仅简化了放射性废液系统的工艺和布置，提高了设备利用率，也形成了一系列可观的共享资源。由于异常工况的发生概率低，厂址所有机组只需配备一套移动处理设施，其处理工艺为多个处理模块的组合，灵活通用，可满足任何一台机组的需求[1]。
3.1.3 含油废液和蒸汽发生器排污废液的处理
对于含油的放射性废液，CPR1000只在核岛相关区域收集，尚未设置专门的处理工艺，而AP1000提供了一定的处理手段。AP1000的WLS系统中，前过滤器内的吸油性聚丙烯过滤袋和第一台离子交换床顶部的活性炭承担了离子交换处理前的油水分离功能。
对于蒸汽发生器排污水，AP1000一般由蒸汽发生器排污系统收集处理，当出现蒸汽发生器传热管泄漏导致二回路放射性不合格时，蒸汽发生器排污水将被转送至WLS系统处理并排放。而在CPR1000中，蒸汽发生器排污水无论放射性是否合格均暂存到常规岛废液排放系统的储存槽，槽内废液最终都转至放射性废液处理系统进行处理，这无疑增加了系统的运行负荷和废物处理量，不符合废物最小化原则[3]。
3.2 处理工艺的比较
可以看出，无论是AP1000还是CPR1000，放射性废液的处理工艺都是多种方法的联合应用，但核心处理工艺有根本区别，AP1000为离子交换，CPR1000为蒸发浓缩。
理想的放射性去污工艺包括三项要素：最大的去污因子和浓缩倍数、最少的二次废物和最小的受照剂量和环境影响。就第一项而言，蒸发浓缩法优于离子交换法，但后两项上明显差于离子交换法。蒸发浓缩法的去污因子和浓缩倍数均比离子交换法高一个以上数量级，净化效果更佳，但所使用的蒸发器体积大、复杂、昂贵，而且维护要求高，同时需考虑人员的辐射防护问题。另外，蒸发的残渣（或浓缩液）还会产生更多的放射性固体废物。美国URD文件已经不允许轻水堆核电厂使用蒸发处理工艺[1]。
对于核电厂所产生的放射性废液（基本上是低、中放），离子交换法比蒸发浓缩法更适用。但对于异常工况下产生的放射性水平较高的废液，AP1000主要依靠临时接入的移动处理设施，能否进行有效处理，需待依托项目运行验证。
3.3 放射性物质排放的比较
由下表可看出，AP1000虽然不复用放射性废液，但由于正常运行期间放射性废液的产生量较小，所以放射性物质的排放量并不高，部分核素的排放量相比CPR1000还要低一些[2]。
3.4 湿废物产生量的比较
由下表可看出，AP1000由于没有采用蒸发浓缩法，不产生蒸发浓缩液，湿废物产生量明显低于CPR1000。此外，CPR1000废液处理系统的蒸发装置的日常维修活动还会增加额外的干废物[2]。
4 结语
经比较，CPR1000放射性废液处理系统基本延用传统的设计思路和处理工艺，净化效果更佳，但传统设计中的缺陷仍然存在，如采用系统复杂且维护困难的蒸发装置。相比之下，AP1000放射性废液处理系统的设计理念更先进，兼顾了安全、经济、高效等多方面的优势，采用单机组设计与全厂址共用相结合的处理模式及以离子交换为核心的处理工艺，取消了硼回收系统和蒸发装置，极大简化了系统和设备，同时明显减少了废物产生量，提高了设备利用率，但由于依托项目机组投产时间不长，革新型设计理念和处理效果需在运行实践中加以验证。
参考文献
[1] 林诚格.非能动安全先进压水堆核电技术[M].北京：原子能出版社，2010.
[2] 白玉.三种不同设计核电厂放射性废液处理系统差异性分析[J].中国核电，2014，7（1）：86-91.
[3] 刘昱，刘佩，张明乾.压水堆核电站废液处理系统的比较[J].辐射防护，2010，30（1）：42-47.