[发明专利]基于CECE法的核电站含氚水处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及放射性液体废物的处理技术领域，具体是一种基于CECE法的核电站含氚水处理方法及装置。

背景技术

我国的重水堆核电机组自2003年建成后，已运行了近15年，其反应堆慢化剂及冷却剂中氚的含量已经累积增长到较高水平，该厂正在考虑配备除氚装置。此外，我国内陆核电项目已在开展各项工作，在不久的将来将有内陆项目获批。内陆厂址的客观条件(如排放受纳水体环境的容量比滨海电厂小，废液的排放稀释条件不如滨海电站)对氚的排放提出了更高的要求。因此，在目前水资源短缺且环境保护标准日益严格的形势下，对含氚废液进行处理的必要性逐渐增强。

自然界中氢元素有三种同位素即氕、氘、氚，H氕原子核内有1个质子，无中子，丰度为99.98﹪；D氘(又叫重氢)，原子核内有1个质子，1个中子，丰度0.016﹪；T氚(又叫超重氢)，原子核内有1个质子，2个中子，丰度0.004﹪。氚是放射性元素，但是由于氚的β衰变只会放出高速移动的电子，不会穿透人体，因此只有当人体吸入氚时产生内照射才会危害人体健康，氚会发射β射线而衰变成氦3，半衰期为12.5年。

轻水堆及重水堆在运行过程中都会产生氚，重水堆每年的氚产量高于轻水堆，由于重水价格昂贵，需要净化后循环重复使用，这使得重水中的氚含量不断累积，能达到80Ci/kg(3×10¹²Bq/L)左右，为了保障运维人员的安全，降低辐照剂量，一般重水堆都会配置除氚装置，在运行一定时间后用于净化慢化剂和冷却剂中的氚。而轻水堆的冷却剂只是部分循环使用，排出的放射性液态流出物带走了一部分氚，为了降低运维人员受照射的剂量，反应堆冷却剂中氚浓度控制在1.5×10⁷Bq/L以下。冷却剂和慢化剂中的氚主要以氚化水(HTO/DTO)的形态存在，这不同于一般的污染物是以悬浮或溶解的形式存在于水中，而是水分子自身的结构发生了变化。由于其与水具有相同的物理化学性质，常规技术很难将其去除。随着人类环保意识的增强，国家发布了更为严格的核设施监管标准，GB6249-2011《核动力厂环境辐射防护规定》规定了内陆核电站排放口一千米处受纳水体中总β放射性不超过1Bq/L，氚浓度不超过100Bq/L的限制指标，同时对氚的年总排放量提出了7.5×10¹³Bq/a的排放限值；及3000MW堆功率的重水堆氚的总排放量不能超过3.5×10¹⁴Bq/a的排放限值。GB14587-2011《核电厂放射性液态流出物排放技术要求》规定，在总排放口下游1km处，受纳水体中3H浓度不得超过100Bq/L。

目前，对于现有的包括重水堆和轻水堆在内的压水堆技术路线，无论是三代堆型还是二代加堆型，对含氚废液均没有较为经济的处理方法。目前仅国外部分重水堆配备了昂贵的氚净化装置，因其运行能耗很高，经济性差，未能得到广泛应用，同堆功率的轻水堆须净化的水量较重水堆大，利用现有技术处理，其经济性更差，国内外轻水堆均未配备氚净化装置。以重水提氚为例，现有工艺主要包含两个部分：一个是氚的相转化过程，即将含氚重水的氚(DTO)形式转化成气体DT形式。根据交换方式及操作条件不同，氚的转化过程可分为蒸汽催化交换(VPCE)、液相催化交换(LPCE)和联合电解催化交换(CECE)。另一过程为含氘、氚气体的分离浓缩过程。从理论上讲VPCE、LPCE和CECE工艺都可用于轻水中除氚。但VPCE工艺有反应温度高，能耗高，交换效率低，后端气体分离处理量大等缺点；而LPCE工艺虽然反应温度低，但也存在分离因子更小，液气流率比低，后端气体分离处理量更大等问题。相对的，由于氚更容易富集于液相，CECE工艺催化交换柱功能又是使氚从气相向液相转换，再加上电解过程对氚的浓缩，因此CECE的分离因子很高，从催化交换柱顶端出来的贫氚氢气中氚的浓度很低，可不经过后端的低温精馏处理而直接排出。综合比较三种技术，CECE最具优势，不仅适用于氚浓度较高的重水堆，也适用于氚浓度低的轻水堆，虽然其能耗较前两种技术低，但其单位能耗还是很高，这也限制了除氚装置在工业上的应用。

发明内容

本发明提供一种适用范围广，且能耗低的基于CECE法的核电站含氚水处理方法及装置，成本相对较低，环境负荷小，能够高效的对核电站产生的大量含氚水进行处理，而且运行稳定安全，维护维修方便，实现了能量的回收及循环利用，产生了明显的经济效益。