放射性废闪烁液焚烧处理技术初探

冯双喜、张玉清、周舟、仇 宏宇

中核四川环保工程有限责任公司，四川省 广元市， 628000

摘要：本文对放射性废闪烁液的来源及特点进行了梳理，根据废闪烁液的特点探讨了采用现场固化、异地焚烧处理的技术路线的可行性，对异地焚烧处理需要解决的技术问题进行了分析，就固化处理的方法及条件进了试验，对渗油率、燃烧减重比主要技术参数进行了测试，试验结果表明废闪烁异地焚烧处理技术路线是基本可行的。

关键词：废闪烁液 异地 焚烧处理固化处理

Preliminary Discussion for Incineration Disposition of Waste Optifluor

Feng Shuangxi 、Zhang Yuqing、Zhou Zhou、Qiu Hongyu

（Sichuan Environmental and Protection Engineering Co. Ltd，CNNC.

Guangyuan, Sichuan Province，62800）

Abstract：.In this paper, the source and characteristics of waste optifluor are sorted out, according to the characteristics of waste scintillation liquid, the feasibility of adopting on-site curing and remote incineration technology route is discussed, and the technical problems to be solved in remote incineration treatment are analyzed. The experimental results show that the technical scheme of waste scintillation incineration is feasible.

Key Words：Waste Optifluor；Incineration；Disposal Allopatric；Curing Pretreatment

引言

在核电厂、环境保护、卫生、地质、考古等行业，通过闪烁计数器进行样品的测量，获得样品中放射性核素³H、¹⁴C、⁶³Ni、⁹⁰Sr、²³⁹Pu等放射性核素的浓度水平。在测量样品过程中产生了少量的放射性废闪烁液。这些闪烁液具有流动性、易燃性和生物毒性，长期暂存存在一定的安全隐患，需要采用合理的技术进行处理处置，减少环境风险。

1.废闪烁液

1.1 废闪烁液的特点

闪烁液溶剂一般为芳香族溶剂, 因为它们的π电子密度大, 相对闪烁产额高, 能有效地转移放射性衰变能量^[1]，闪烁体的选用原则是在溶剂中有足够高的溶解度, 荧光量子效率高, 能发射光电倍增管最佳探测范围内的光脉冲, 溶质的浓度一般在1 %以下^[2]。早期主要进行³H、¹⁴C、⁶³Ni等低能β放射性核素的测量，近些年通过技术改进，部分闪烁能谱仪能够甄别α核素和β核素，可以开展钚（α）、²⁴¹Am等α核素，及高能的⁹⁰Sr、⁹⁰Y等β核素的分析测量。早期的闪烁液溶剂常用甲苯、二甲苯或二氧六环, 但这些溶剂具有闪点低、蒸汽压高、易燃或化学毒性高等缺点，近些年来闪烁液溶剂更多使用二异丙基烷烃(Di-isopropyl naphthalene ,DIN)。

1.2放射性闪烁液的存量情况

（1）废闪烁液主要产生量情况

对核工业203研究所、核工业北京地质研究院、中核四〇四有限公司、核工业四川辐射防护测试研究院、中国辐射防护研究院等单位使用闪烁液的情况进行调研，各单位闪烁液年度用量为5L-100L，产生量不多，以有机废物形式暂存于实验室，部分实验室废闪烁液积累到一定量后送交废物处理单位处置。

（2）废闪烁液内主要成分分析

根据废闪烁液分析来源情况，选择了两种有代表性的废闪烁液进行了理化性质分析。

样品1为为中核四川环保工程有限责任公司环境监测测量³H、¹⁴C及某核电厂流出物样品的混合样一份；样品2为某放化实验室测量Pu、⁹⁰Sr的废闪烁液混合样品一份，分析结果见表1。

表1废闪烁液成分分析结果

从废闪烁液样品分析结果看，废闪烁液中主要影响后续处理的元素有氯含量近1g/kg，磷的含量达到0.1-5g/kg对焚烧处理技术和焚烧设备有较高的要求。

2.废闪烁液异地焚烧处理技术路线

2.1异地焚烧处理主要技术思路

各实验室产生的少量废闪烁液没有配套可行的处理设施进行处置，远距离运输存在泄露风险，采用就地固化预处理后运输至建有放射性可燃废物焚烧设施的地方进行处理。异地处理主要包括废闪烁液固化预处理、包装运输、焚烧处理及焚烧灰处置。

图1异地焚烧处理流程图

2.2 固化预处理要求

根据废闪烁液的特点，采用简单可行的方法将放射性废闪烁液在现场进行固化预处理，降低液体流动性产生的安全隐患。固化产物有一定的机械强度、闪烁液渗出率低，固化工艺简单、不采用高温、高压等条件，固化预处理试剂采用常用的工业材料，经济成本低。

2.3焚烧处理

焚烧处理主要工作是将可燃有机物投入到焚烧设施中进行高温裂解、焚烧处理，有机物燃烧后成为废气和焚烧灰，废气经过净化达标后进行排放，焚烧灰收集后进一步处置。国内某处理设施的焚烧主要工艺流程图如下：

图2焚烧处理工艺流程图

焚烧设施对焚烧废物的燃烧热值、废气中酸性气浓度、焚烧灰产量具有要求。废物的燃烧热值满足工艺控制值要求，可通过控制预处理试剂的类型，将预处理产物的燃烧热值控制在工艺要求范围、或与其他可燃物搭配投料使其满足要求。因部分废闪烁液中含有较高浓度的氯、硫等元素，燃烧后烟气中含有的HCl、SO₂等在冷却凝结后对工艺管道有腐蚀性，因此要控制废闪烁液及固化处理试剂中中氟、氯、硫等元素的含量，同时考虑焚烧时搭配其它可燃废物处理。因在固化处理时加入碱液、硅藻土等无机试剂，会增加焚烧灰的产量，增加了二次废物，因此，需要合适的配方减少无机物的加入量，保证焚烧灰产量尽可能低。

3.固化预处理试验及焚烧试验情况

3.1 闪烁液预处理

中核四川环保工程有限责任公司经研究，获得了一种可行的固化预处理配方，该配方主要采用硬脂酸、纤维素、淀粉、活性炭等有机试剂和少量的碱液对闪烁液进行固化预处理，固化使流动的液体变为不流动的固态。

3.2 固化预处理产物测试

预处理试验均采用未使用的闪烁液进行实验，根据试验研究筛选出固化预处理配方，并根据运输、焚烧要求进行了关键数据的测定。

(1)包容率

包容率主要是指预处理试剂对废闪烁液的包覆能力，即每克固化试剂可以预处理有机液体的体积。

(2)增重比

增重比为预处理产物与处理废闪烁液的质量比，减少预处理后产物的运行质量。

(3)体积膨胀率

体积膨胀率为预处理后产物与处理废闪烁液的体积比，根据废物最小化原则，应尽量减小预处理后固化产物的体积膨胀率。

(4)渗出率

渗出率是预处理产物在稳定环境条件下放置 30 天后渗出游离态的有机物占固化体重量的比值。在测渗油率时，首先称量称量纸的质量M1，再对应称量每组固化体适量 M 于称量纸上，放置于常温和常压的试验柜中，30 天后取出，除去固化体，然后再次称量称量纸的重量M2，渗油率为：(M2-M1)/M。30天渗出率是废闪烁液预处理产物的一个重要指标，配方研究过程中对这一指标进行严格控制与关注，便于选择合适的暂存容器，降低预处理产物在运输途中泄露的风险，避免出现渗漏等不必要的环境污染。研究中要求预处理产物30天渗出率小于1%。

(5)燃烧减重比

燃烧减重比是预处理产物在热解焚烧系统中燃烧后的残渣与处理产物的质量比，燃烧减重比测量是将其置于管式炉中模拟近缺氧状态下裂解，测量方法为：取称量好的固化产物 M1于石英舟中，在管式炉中热解，取出烧渣称量质量M2，燃烧减重比的计算方法：（M1-M2）/M1×100%。

3.3 模拟实验及结果

以较难完成固化预处理的Ultima Gold AB型（PE公司产品）闪烁液进行实验，取20ml废闪烁液，依次加入有机固化剂和氢氧化钠溶液，在水浴温度 90.0℃，快速搅拌下完成固化，预处理效果如图3所示。

图3固化预处理效果图

在微调固化剂和氢氧化钠溶液的量的情况下开展了8组试验，并对固化预处理产物的密度、包容率、增容率、增重比、燃烧减重比、30天渗油率等指标进出了测试，结果如图4。

图4主要指标测试结果

从实验结果看，对Ultima Gold AB型废闪烁固化预处理的8组试验中，主要指标包容率在1.33-1.82之间，增重比在1.66-1.92之间，体积膨胀率在66.9%-69.5%之间，燃烧减重比＞80%，30天渗油率有七组＜1%。这些指标较好的满足固化物的安全运输以及焚烧处理工艺要求。

4．结论

将废闪烁液固化预处理后运行至具有焚烧设施的单位进行处理能够实现废闪烁液的异地处理。通过对固化预处理产物的测试：废闪烁液的渗出率多数小于1%、预处理试剂对废闪烁液的包容率为1.33-1.82、增重比为1.66-1.92、体积膨胀率为66.9%-69.5%、燃烧减重比＞80%，证明采用就地预处理固化后运输至建有废物焚烧处理设施进行焚烧处理的技术路线初步可行。

参考文献：

[1]丁雅韵,张智勇,曹俊,周莉.一类高效低毒安全的新型液体闪烁体[J].核电子学与探测技术,2012,32(05):501-503，589.

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[4] GB/T 14502-1993, 水中镍-63的分析方法[S].