磁翻板液位計流化床蒸汽重整技術(shù)減少了放射性廢物的體積
發(fā)布時間：2019-04-01 發(fā)布作者：
核工業(yè)每年生產(chǎn)大量放射性污染的離子交換樹脂（IER），其由有機材料組成，通常是含有磺酸和胺基的苯乙烯聚合物。例如，樹脂用于濃縮和去除核工廠液體廢物流中的活化，腐蝕和裂變產(chǎn)物放射性核素。傳統(tǒng)的高溫火焰誘導(dǎo)燃燒處理過程（如焚燒）形成并釋放硫和氮氧化物，包括銫-137的蒸發(fā)，需要高性能的過濾系統(tǒng)。根據(jù)運輸和低放射性廢物（LLRW）處置法規(guī)，保留的放射性污染飛灰被固化和集裝箱化。
繼1997年開始的一系列試點研究之后，Studsvik開發(fā)并獲得了非焚燒
磁翻板液位計流化床蒸汽重整（FBSR）技術(shù)的專利，該技術(shù)使用蒸汽處理各種含有高有機物，硝酸鹽，亞硝酸鹽，固體和重質(zhì)的LLRW。金屬含量，同時產(chǎn)生干燥，穩(wěn)定，顆粒狀，較終廢物形式。由于主廢物處理容器中不存在火焰，因此處理過程不被視為焚燒。其他優(yōu)點包括除水蒸氣和符合潔凈空氣法的廢氣排放外沒有液體流出物。
處理低放射性廢物
POWER采訪了位于佐治亞州亞特蘭大市的Studsvik公司的工程服務(wù)主管Adam Foster，負(fù)責(zé)FBSR技術(shù)的詳細(xì)信息。利用FBSR技術(shù)的一個位置是位于田納西州歐文的Erwin樹脂解決方案（ERS）設(shè)施（圖1）。它是一種生產(chǎn)規(guī)模的屏蔽設(shè)施，可容納處理和將LLRW轉(zhuǎn)化為惰性，穩(wěn)定和體積減少的較終廢物形式的設(shè)備。
Studsvik的FBSR廢物分解過程使用蒸汽熱解作為焚燒和其他傳統(tǒng)熱處理方法的替代方法。這樣可以產(chǎn)生堅固，惰性，穩(wěn)定且體積小得多的廢物基質(zhì)，同時滿足所有聯(lián)邦和州放射性廢物處理法律，法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。
福斯特描述了商業(yè)核電站的IER如何運往ERS并作為水/ IER漿料轉(zhuǎn)移到位于屏蔽金庫中的廢物儲罐中。在IER沉淀在儲罐中后，從頂部傾析出多余的水。
混合沉降的IER產(chǎn)生均勻的混合物，將其轉(zhuǎn)移到計量罐中以開始FBSR過程。礦化添加劑與IER混合，因為它被計量/加入FBSR容器中以防止在流化床中形成結(jié)塊�？梢蕴砑悠渌に囂砑觿绲V化粘土，這取決于廢物的類型/組成和所需的較終廢物基質(zhì)耐久性特征，其包括水溶性和抗浸出性。
通過氣體噴嘴引入低壓過熱蒸汽，在FBSR容器底部形成流化床，在容器頂部具有氣相干舷。在流化床中，廢物進(jìn)料立即干燥，干燥有機物的大活性表面在還原環(huán)境中易于熱解，導(dǎo)致有機物破壞/揮發(fā)成二氧化碳和水蒸氣，含有少量元素碳，甲烷，一氧化碳和氫氣。
將顆粒狀碳直接添加到FBSR中，其中一部分被氧化以產(chǎn)生必要的過程能量。碳還用作“還原劑”，促進(jìn)化學(xué)還原環(huán)境，其中在流化床內(nèi)發(fā)生所需的反應(yīng)，包括堿和放射性核素礦化，以及金屬氧化物，碳酸鹽，二氧化碳，無機顆粒和工藝氣體的形成。 。
剩余的無機廢物殘渣，也稱為重整殘留物（RR），與工藝氣體一起從FBSR容器中攜帶（淘析）。該量與廢物組成，添加劑和操作條件直接相關(guān)。RR固體含有大于99.99％的進(jìn)入的放射性核素和基本上所有其他無機物存在于原始廢物進(jìn)料中。高溫陶瓷過濾器抑制RR固體進(jìn)入氣體氧化系統(tǒng)，防止結(jié)垢或改變較終廢物基質(zhì)的化學(xué)形態(tài)。
來自高溫過濾器的過濾后的工藝氣體在進(jìn)入直接燃燒的熱氧化器時與空氣混合，將所有殘留的一氧化碳，揮發(fā)性有機物和痕量的氫轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣。來自熱氧化器的熱氣體通過文丘里管進(jìn)入含有pH控制的氫氧化鈉溶液的洗滌器中。該系統(tǒng)幾乎瞬間將熱氣體冷卻至約80℃，氫氧化鈉溶液吸收并中和酸性氣體。將鹽溶液泵送至噴霧干燥器，在其中將其霧化，干燥并收集以作為LLRW進(jìn)行掩埋。
干凈，富含水分的工藝廢氣離開洗滌器，并且過量的水分被冷凝以再次用作洗滌器系統(tǒng)補充水。冷凝器充當(dāng)過程散熱器，控制洗滌器系統(tǒng)中的水平衡。然后，電加熱器將廢氣加熱至120-140℃，以確保在進(jìn)入高效微粒空氣（HEPA）過濾器之前廢氣干燥且無水分。在流過HEPA過濾器組，排氣鼓風(fēng)機并通過受監(jiān)控的通風(fēng)煙囪釋放之前，氣體與建筑物通風(fēng)氣流混合在一起。高級IER-FBSR流程圖如圖2所示。
監(jiān)測和較終廢物矩陣
連續(xù)輻射監(jiān)測系統(tǒng)測量和記錄可能通過煙囪的任何痕量放射性核素。該系統(tǒng)包括α，β，γ，碘，碳-14（C-14）和氚（H-3）采樣器和檢測器。測試表明，RR中保留了超過99.99％的接收放射性。碳-14和氚 - 由于放射性核素遷移的可能性導(dǎo)致的淺埋土地的兩個主要問題 - 從“無線電規(guī)則”中有效地消除。如果需要，可以使用C-14和氚捕獲系統(tǒng)來保留這些放射性核素。鐵，鎳，鈷和銫是主要的放射性RR成分，并根據(jù)所接收的IER的成分而成比例。
較終的廢物基質(zhì)由金屬氧化物，碳酸鹽或堿金屬鋁硅酸鹽（NAS）礦物組成，取決于礦化添加劑和廢物/組合物的類型。金屬氧化物形成鐵基尖晶石，即一類排列成立方密集晶格的礦物，它們是水不溶性的。碳酸鹽主要溶于水，而NAS礦物質(zhì)提供高抗浸出性。如果需要NAS較終廢物形式，則必須使用硅鋁酸鹽添加劑。
作為粒狀產(chǎn)品，F(xiàn)BSR NAS礦物廢料基質(zhì)在較初使用ASTM C-1285-02“ 確定核，危險和混合廢物玻璃的化學(xué)耐久性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法 ”進(jìn)行的測試中顯示出比玻璃更耐用。多相玻璃陶瓷：產(chǎn)品一致性測試（PCT），“以及隨后的性能評估建模。
LLRW減產(chǎn)量達(dá)到
在美國，目前的LLRW處置法規(guī)基于長壽命和短壽命的放射性核素濃度（居里/ m 3）），較終決定廢物分類，如A類，B類，C類或大于C類。廢物形式必須符合嚴(yán)格的要求，以確保處置后的穩(wěn)定性（防止無意侵入）。較高的廢物分類會增加處置成本并限制處置選擇，例如淺埋土地。通過使用FBSR技術(shù)，結(jié)果顯示離子交換樹脂的平均體積減小（VR）為6：1，陰離子樹脂處理產(chǎn)生的VR高達(dá)30：1，而嚴(yán)重污染的陽離子樹脂處理可低至3：1。VR通常不會強制進(jìn)入更高，更嚴(yán)格和更昂貴的廢物分類，例如從B類到C類。
從化學(xué)角度來看，福斯特指出了影響較大可實現(xiàn)體積減少的五個因素。他們是：
■廢物的無機成分。
■所需的礦化添加劑的量。
■添加劑的灰分含量。
■與固體產(chǎn)品一起收集的煤粉數(shù)量。
■在較小程度上，小型，流化床介質(zhì)的攜帶，這是由于操作過程中的介質(zhì)磨損造成的。
具有高固體含量或高濃度無機材料的廢物流導(dǎo)致較低的VR。
與資格測試程序同時進(jìn)行的初始流程驗證測試程序于1997年在位于科羅拉多州戈爾登市的Hazen研究公司工廠進(jìn)行。從那時起，F(xiàn)BSR技術(shù)已在美國，日本和法國部署。已經(jīng)進(jìn)行了幾次現(xiàn)場測試演示，包括在以下地點：
■在愛達(dá)荷州愛達(dá)荷州愛達(dá)荷州國家實驗室處理儲存在地下儲罐中的含鈉廢物的永久性安裝。
■用于處理加工有機罐廢物的工程規(guī)模示范（ESD），在南卡羅來納州艾肯的薩凡納河工廠生產(chǎn)水溶性，顆粒狀，碳酸鹽基礦物產(chǎn)品。
■在華盛頓里奇蘭的漢福德工廠處理各種漢福德油罐廢物的可再生能源技術(shù)。
■用于處理日本大阪的液態(tài)硝酸鹽廢物和固體有機物的ESD。
■初步采購法國納博訥，用于處理低放射性液體硝酸鹽廢物的永久性裝置。
■通過測試和演示，F(xiàn)BSR技術(shù)已被證明是一種非常有益的放射性廢物減量過程。
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