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1、1,第三章 核电站的环境保护,核电站的环境保护,2,第三章 核电站的环境保护,世界上有较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等。其中铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源其提供的能量是矿石燃料的十多万倍。作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施，核能应用有许多的优点：,首先核燃料体积小而能量大（比化学能大几百万倍）。1千克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；如一座100万千瓦的燃煤电站，每年需原煤300400万吨，需2760列火车运送，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣。而同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3的低浓缩铀燃料28吨；每1b铀的成本仅20美元
2、，换算成1千瓦发电经费是0001美元左右，成本,3,第三章 核电站的环境保护,较传统发电低许多；且因核燃料运输量小，故核电站可建在最需要的工业区附近。其基本建设投资是同等火电站的一倍半到两倍，但其核燃料费用和运行维修费用却比煤少许多，若掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之不竭。,其次是污染少。火电站不断向大气排放SOx和NOx等有害物质，且煤中少量的铀、钛和镭等放射性物质，也会随着烟尘飘落到火电站周围，污染环境。而核电站设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放射性污染也比燃煤电站少得多。据统计，核电站正常运行的时候，一年给居民带来的放射性影响，还不到一次X光透视
3、所受的剂量。,4,第三章 核电站的环境保护,其三是安全性强。全世界共投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。仅有因人为因素造成的1979年美国三里岛压水堆核电站事故和1986年苏联切尔诺贝利石墨沸水堆核电站事故，及去年3月因地震伴发海啸引起的日本福岛核电站事故。但随着这几次事故所暴露出的问题及压水堆的进一步改进，核电站在设计、建设及运行中将会更注重其安全性。,中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦，预计到2010年约为2000万千瓦，2020年约为4000万千瓦。据估算到2050年可以分为高中低三种方案：高方案为3.6亿千瓦（约占总装机容量的30%），中方案为2
4、.4亿千瓦（约占总装机容量的20%），低方案为1.2亿千瓦（约占总装机容量的10%）。,5,第三章 核电站的环境保护,核电站通常由一回路系统和二回路系统两部分组成。核电站的核心是反应堆，反应堆工作时放出核能主要是以热能的形式由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽，所以一回路系统又被称为“核供汽系统”。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统与一般的火力发电厂的汽轮发电机系统基本相同。,6,第三章 核电站的环境保护,核电站,7,第三章 核电站的环境保护,核能发电,8,第三章 核电站的环境保护,三峡水电站,核电站沸水反应堆工作过程示意图,9,第三章 核电站的环境保护,核电站沸水反应堆示意图,10
5、,第三章 核电站的环境保护,1.核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，故核能发电不会造成空气污染。2.核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳。3.核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，无其他的用途。4.核燃料的能量密度较化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便。5.核能发电成本中的燃料费用所占的比例较低，不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法为稳定。,优点：,11,第三章 核电站的环境保护,1.核电厂会产生高低阶放射性废料，故必须慎重处理。2.核电厂热效率较低，比化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故热污染较严重。3.核能电厂投资成本
6、太大，电力公司的财务风险较高。4.核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转。5.兴建核电厂易引发政治歧见纷争。6.核电厂的反应器内有大量的放射性物质，若因事故释放到外界环境，会对生态及民众造 成伤害。,缺点：,12,3-1 放射性物质性质及分类,1放射性核素在核电站运行中，应着重考虑3H、85Kr、133Xe、90Sr、131I、60Co、137Cs与等具有较大影响的几种放射性核素。,（1）氚-3（T或3H）是氢的放射性同位素。其原子核由一个质子与两个中子组成。主要来自可裂变重核的三分裂变。压水堆中氚的主要来源是因冷却剂的水中含有一定浓度的硼，水与控制棒一起控制和补偿堆的反应性而产生的。氚的半衰
7、期为12.3年。,一核电站放射性物质,13,3-1 放射性物质性质及分类,（2）氪-85（85Kr）是稀有气体氪的一种同位素，也是核燃料在裂变时生成的气体裂变产物中半衰期最长的一种，半衰期为10.3年。主要是一个发射体。,（3）氙-133（133Xe）与氪-85一样，也是核燃料在裂变过程中的一种气态裂变产物。它与氪-85同属于低毒核素，对人体的照射也是以外照射为主。,（4）锶-90（90Sr）是在核燃料裂变过程中产生的固体裂变产物。熔点为1360，半衰期为27.7年，属高毒性核素。,14,3-1 放射性物质性质及分类,（5）（137Cs）与锶-90一样，是核燃料裂变过程中产生的固体裂变产物。熔
8、点为660，半衰期为30年，属高毒性核素。,（6）碘-131（131I）也是核燃料裂变的产物之一。单质碘的熔点低，易蒸发，呈气态，易泄露。属于高毒类的放射性核素。,（7）钴-60（60Co）是冷却剂回路中的腐蚀产物，在中子辐照下活化生成核素59Co（n，）60Co，半衰期为5.26年。也属于高毒类放射性核素。,15,3-1 放射性物质性质及分类,2裂变产物裂变过程中，发生裂变的原子内的许多轨道电子均被射出，使裂变碎片具有很强的电荷，射程较短，而射程对于反应堆设计是很重要的。大部分放射性裂变产物除发射粒子之外还发射射线。,1放射性核素的循环放射性是某些元素原子核裂变时发生的能量以电磁放射或快速粒
9、子形式进行的释放过程。元素的同位素物质可散发射线的称放射性核素或放射性同位素。放射性的辐射源有天然和人工两大类。,二、放射性核素的循环与人体健康,16,3-1 放射性物质性质及分类,天然的辐射源来自宇宙射线、土壤水域和矿床中的射线。人工的辐射源主要是医用射线源、核武器试验及原子能工业排放的各种放射性废物。,放射性核素可在多种介质中循环，并能被生物富集，无论裂不裂变，通过核试验或核作用都进人大气层，再通过降水、尘埃和其它物质以原子状态回到地球上(见图3-2)。,2核辐射对人体的危害、射线对人体的伤害程度主要由粒子的能量而定，但也与射线特性的综合影响有关。,17,3-1 放射性物质性质及分类,图3
10、-2 放射性核素在生态系统中的迁移过程,18,3-1 放射性物质性质及分类,机体吸收粒子能量后，便在机体内消耗掉其能量而产生一些效应，其与射线种类及其能量的大小有关。射线特性不同，对生物体产生的作用也不同。,当核辐射通过人体时会与细胞发生作用。其作用是通过辐射能在细胞遗传物质上的沉积而造成的。此遗传物质的主要功能是细胞的繁殖，由于核辐射能通过某种途径影响细胞的分裂，故人体细胞会受到严重的损伤甚至引起生殖细胞减少或功能丧失。这些细胞也可获得异常的生殖能力，能完全脱离正常的调节机制控制，如肿瘤的生长就反映了这种特征。,（1）躯体效应与遗传效应,19,3-1 放射性物质性质及分类,是辐射的生物效应。
11、躯体效应是对受照射的人本身的效应，包括癌发病率增加和寿命缩短。遗传效应是受照个人通过遗传基因传给后代的效应。,通常把人体受照射后几分钟到几周之内出现的效应称为早期效应或称急性损伤人），把经历较长潜伏期的效应称为晚发效应。,早期效应的临床表现有白血球减少、食欲衰退、呕吐、恶心、发烧、腹泻、出血、脱发、感染、惊厥、震颤、嗜睡，直至死亡。与辐射性质或类型、机体的吸收剂量率与受照射部位有关外，也与受照射个体的年龄、性别与身体状况有关。,20,3-1 放射性物质性质及分类,晚发效应主要指各种癌症、白内障、不育症与早亡等。较长的潜伏期，易与其他因素混淆，不易准确判明效应引起的原因。,遗传基因发生突变与人体
12、的晚发效应一样，既可由核辐射诱发，也可由一般的工业污染等因素诱发。,（2）随机效应与非随机效应随机效应指机体的晚发效应中各种癌症与遗传效应。发生几率与受照剂量有关，而严重程度与受照剂量无关，且此效应不存在剂量的阈值，意味着任何微小的剂量都有可能引起。非随机效应包括一切机体效应中早期与眼晶体的白内障等晚发效应。严重程度与机体受辐照的剂量有关，并存在着阈值。当机体受辐照的剂量超过这个阈值时，机体才能产生这种非随机效应。,21,3-2 核电厂废弃物的处理,气态排放物主要是气态放射性核素（氪、氙、氩、氮）、挥发性卤素（溴、碘）和一些放射性气溶胶颗粒。对不同的组分其废气处理系统通常采取不同的处理方法。常
13、用方法如下：,1稀有气体放射性核素的消除将低温系统、活性炭吸附系统和各种化学方法，用于稀有气体的分离，并抑制其逃逸。,2碘的消除多采用活性炭吸附的方法。除碘效率高达98%99.9%。,一核电厂辐射性气体治理,22,3-2 核电厂废弃物的处理,3氚的消除单独消除氚是很困难的。但因氚气的放射性毒性较小，故一般不对其进行专门处理。,4放射性气溶胶的去除核电站排放的废气流中，常有一种放射性微尘（气溶胶），其直径从零点几微米到几十微米不等。目前对放射性气溶胶多采用过滤的去除方法。如以纤维或微孔材料作滤料制成的过滤器对于大于0.4m的微尘颗粒消除效率能达到99%99.99%。因其高处理效率，故又称高效绝对
14、过滤器。,23,3-2 核电厂废弃物的处理,1压水堆废液，一般分为四类：（1）放射性废液包含在冷却剂中的各种放射性核素是废液中放射性物质的主要来源。主要有裂变产物、活化产物与氚三种。,二.核电厂辐射性液体治理,（2）具有中等电导率的脏废液主要来源于反应堆厂房和放射厂房清洗地面时的排水、实验室的废水与排水、取样处的排水以及各种来源的地面废水。,（一）放射性废液来源,24,3-2 核电厂废弃物的处理,（3）蒸气发生器的排污水因冷凝器和蒸气发生器都有可能出现泄露，故蒸气发生器需要定期排污，以确保水质达到运行标准。,（4）含有洗涤剂的废水它来源于洗水房与工作人员和设备去污用的废水，以及冲洗厂区内因运输
15、放射性物质所污染道路的用水。,2沸水堆废液,先将废液按物化性质、放射性活度进行分类，再分别处理。净化后的废液，除尽可能循环使用外，还应给予稀释，以降低放射性水平，减少对周围环境的影响。,（一）废液处理,25,3-2 核电厂废弃物的处理,处理方法有衰变贮存、化学处理、蒸发浓缩、离子交换净化等。,1衰变贮存利用废液中放射性核素的自然衰变降低其到符合排放的标准。该法仅能处理半衰期短的核素，故常作为预处理的一种方法。放射性废液在贮存器中的停留时间一般为2448h。该法的净化效率取决于废液中各种核素的半衰期、浓度与废液的产生率。,2化学处理废液中的核素多呈高度稀释的胶体状态，可加入足够量的混凝剂或絮凝剂
16、加以处理。混凝剂水解后形成的絮体比表面大、吸附能力强、能沉降，可吸附废液中的微量核素，再通过过滤或沉淀等方法将其从废液中分离出来，以达到处理达标的目的。,26,3-2 核电厂废弃物的处理,上述的化学法的缺点是净化效率不高，且产生较多不易处理的化学污泥。但相对于其它方法，化学法具有成本低廉、工艺简单、便于间歇操作等优点，故在中、低放射性废液处理中仍被广泛采用。,3蒸发浓缩是借助煮沸将溶液或泥浆浓缩的一种方法。因废液中放射性核素被保留在残液中，故经蒸发产生的冷凝液中放射物的含量很低，可直接达标或经处理后排放。而蒸发后的残液体积很小，核素被大大浓缩，故放射性较高，通常用沥青、水泥将其固化后，再进行最
17、终的安全处理。,4离子交换,27,3-2 核电厂废弃物的处理,该法已成为核电站废液处理中较为经济实用的方法。交换剂的交换容量随物理状态的不同而差别很大，按主要性能可分为无机离子交换剂、炭离子交换剂与离子交换树脂。根据交换基团的性质，又可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。,5生物吸附是发展于世纪8090年代的新技术。吸附剂的基质材料取自高担子菌的子实体，对放射性核素有强选择性吸附能力。壳多糖在吸附剂组分中起主要作用。其主要吸附机制是螯合。能吸附所有重金属和放射性核素，对钾、钠、钙等碱金属和碱土金属几乎不吸附。故可用于高含盐量核废液中吸附放射性核素。,28,3-2 核电厂废弃物的处理,应用生物吸
18、附剂技术处理核废液的优越性：（1）强选择性吸附能力。（2）减容效果好。（3）经济效益显著。,核电站运行时产生的放射性废液和废气经处理后可排放或循环使用，但其间会产生一定量的浓集物，需要将这些固体废物做进一步处理，才能最终处置。如图3-3所示。,三核电厂辐射性固体治理,(一)放射性固体来源,29,3-2 核电厂废弃物的处理,图3-3 核电站放射性废物处理流程图,30,3-2 核电厂废弃物的处理,如上图所示，固体废物先要尽可能减容，可燃性固体要通过焚烧或压缩打包减小体积。再把它们转化为适于贮存或处置的稳定固化体，才能最终处置或埋藏。,固化处理的目的：一是使液态的放射性物质转变成便于安全运输、贮存和
19、处置操作的固化体；二是将放射性核素固结，阻挡放射性核素进入人类生物圈；三是减少废物的体积。对于中低放射性废物，主要有水泥固化、沥青固化和塑料同化；对于高放射性废物，主要有玻璃固化以及现在极具发展潜力的人造岩固化。,（二）固化方法,31,3-2 核电厂废弃物的处理,可分为两大类：第一类是经过工艺再处理即在工厂经过水泥、沥青、玻璃或塑料固化后，再埋入地下贮存库或装入容器后抛入海洋作最终处置；第二类是将液体废料直接注入地下深地层中作最终处置。此法又分为两类：一种是深地层注入法，即将液体废物注入孤立的深含水层，使之长期被禁锢在地下；另一种是深地层注浆固化法，即江液体废物与水泥和其它添加剂混合以后注入深
20、部地层的不含水的岩石裂缝中，使之长期与岩石固结，再将液体废物直接注入地层中作最终处置。,（三）最终处置,32,3-2 核电厂废弃物的处理,该方案比将液体废物经过工艺再处理后以固体废物形式埋入地下库或抛入海洋的方案要优越的多。其基本优点有：,（1）对环境保护有利：核废物在生物环境中循环步骤最少，相应减少了排入生物环境的放射性物质。（2）没有复杂的地面核处理设备。,基本原理是借用油气开采和钻孔中的应力测量技术，在地下5001000m深度内，用高压水使围岩产生裂隙，将高放废物蒸发浓缩，与粘土、水泥和其它添加物混合成灰浆，用高压泵注入到,（四）深地层固化处置,33,3-2 核电厂废弃物的处理,钻孔中，使其沿裂隙面扩散。注入的浆液在岩层中凝固成一层纵横数十米、乃至数百米的薄的、几乎是水平的固化浆片，永久的固化在深部岩层中在深部不透水岩层的屏蔽下，与生态隔绝，使其自然衰变的安全处置目的。,在处置中、低放核废物不仅兼具第一种处置法的优点，还具有以下优点：在安全上是可靠的。有较其他处置方法更为优越的三重保险的安全防护措施。在技术上是成熟的。在经济上便宜的。,
