多核素去除裝置ALPS進行熱試

2018/2/6 14:33:53

福島核事故發生后，東京電力株式會社（以下簡稱“東京電力”）不得已向受損反應堆中注入了包括海水在內的非常規用水用于冷卻。這些冷卻用水自然受到放射性物質的污染，其總量數以十萬m3計。而且，受地下水入滲等因素的影響，反應堆中的放射性廢水仍在以每天約400 m3的數量增加。面對這樣的形勢，東京電力擬在原有廢水處理系統之后增設多核素去除裝置ALPS（Advanced Liquid Processing System），意在將廢水中除氚以外的其余62種核素的濃度降至排放限值以下，這些核素包括86Rb，89Sr，90Sr，90Y，91Y，95Nb，99Tc，103Ru，106Ru，103mRh，106Rh，110mAg，113mCd，115mCd，119mSn，123Sn，126Sn，124Sb，125Sb，123mTe，125mTe，127Te，127mTe，129Te，129mTe，129I，134Cs，135Cs，136Cs，137Sc，137mSc，137mBa，140Ba，141Ce，144Ce，144Pr，144mPr，146Pm，147Pm，148Pm，148mPm，151Sm，152Eu，154Eu，155Eu，153Gd，160Tb，238Pu，239Pu，240Pu，241Pu，241Am，242mAm，243Am，242Cm，243Cm，244Cm，54Mn，59Fe，58Co，60Co，63Ni，65Zn。
ALPS采用吸附為主工藝。經過除137Cs和脫鹽處理后的廢水，先加入鐵鹽和碳酸鹽分兩步進行共沉淀（預處理），以除去廢水中可能影響吸附效果的組分。鐵鹽共沉淀主要去除α核素、60Co、54Mn等，碳酸鹽共沉淀去除Ca、Mg等吸附競爭核素。廢水通過活性炭、鈦酸鹽、亞鐵氰化物、浸漬活性炭、氧化鈦、螯合樹脂和樹脂等7種吸附劑的吸附，對其中所含的膠體、Sr(M2+)、Cs(Co，Ru)、I、Sb、Co(Mn2+，Mn3+)和Ru等進行凈化。吸附過程的后端為兩級吸附塔，以進一步吸附廢水中殘留的核素。
該裝置預期處理效果為：
（1）134Cs、137Cs濃度分別由10 Bq/mL水平降至檢測限0.27、0.32 Bq/mL以下，β放射性水平由105 Bq/mL降至檢測限以下（除氚外）。
（2）由于該裝置并不能去除廢水中的氚，原子力規制廳（NRA）并不同意東京電力將經過ALPS處理后的廢水排入海洋的設想。也就是說，ALPS處理后的廢水要送入槽罐貯存。而共沉淀過程中的底泥和廢吸附劑擬裝入高整體容器（HIC）送去暫存，用過的吸附柱經過失水處理后暫存。
（3）根據東京電力的估算，以250 000 m3污水量計算的二次廢物產生量為：①廢水246 700 m3；②鐵鹽共沉淀泥漿576 m3，放射性活度4×107 Bq/cm3；③碳酸鹽共沉淀泥漿2500 m3，放射性活度1×107 Bq/cm3；④廢鈦酸鹽吸附劑25 m3，放射性活度4×107 Bq/cm3；⑤廢亞鐵氰化物15 m3，放射性活度2×106 Bq/cm3。
ALPS設A、B、C三套裝置，處理能力均為250 m3/d。設三套裝置的用意是確保兩套在用，另一套維保或備用。在安全性方面，東京電力對ALPS所在設施進行了防泄漏和減小職業照射的考慮：
（1） 防泄漏：設接液盤和泄漏檢測器，分割圍堰和圍堰；用探頭和輻射測量儀連續監測等等；
（2） 減小職業照射：設備表面1 m處劑量率不超過1 mSv/h；采用選程操控方式；控制間遠離裝置（約900 m）；設沖洗管線用于設備維護等。
3月19日，NRA批準開始對ALPS中的A系統進行熱試。除了ALPS本身的安全性外，NRA還十分關心HIC的相關安全問題，為此東京電力做了不少工作。此次熱試計劃121天，共處理約30 000 m3廢水，其目標為：
（1） 評估ALPS去除放射性物質的性能（即去污性能），以證實處理后廢水中的62種目標核素的濃度低于排放限值；
（2） 評估ALPS在運行條件下是否能夠保持其去除放射性物質的能力。
熱試于3月30日開始，相應的安排為：
（1）3月30——4月3日，試運行；
（2）4月4日起，連續運行；
（3）4月9——12日，取樣；
（4）4月16日，送樣品至福島第二核電站分析；
（5）5月初，完成核素分析與去污效果評估；
（6）5月末，完成Sr和α核素分析與去污效果評估；
（7）6月中，完成Tc、Ni等其他核素的分析與去污效果評估。
初步的分析結果表明，處理后廢水中的主要核素134Cs、137Cs(137mBa)、60Co、106Ru(106Rh)、125Sb(125mTe)、90Sr(40Y)的濃度均低于排放限值，相應的去污因子為103~106。但是，60Co、106Ru(106Rh)、129I和125Sb(125mTe)未達到預計的低于檢測下限的水平。