1、1,第三章 核電站的環(huán)境保護,核電站的環(huán)境保護,2,第三章 核電站的環(huán)境保護,世界上有較豐富的核資源，核燃料有鈾、釷氘、鋰、硼等等。其中鈾的儲量約為417萬噸。地球上可供開發(fā)的核燃料資源其提供的能量是礦石燃料的十多萬倍。作為緩和世界能源危機的一種經(jīng)濟有效的措施，核能應(yīng)用有許多的優(yōu)點：,首先核燃料體積小而能量大（比化學能大幾百萬倍）。1千克鈾釋放的能量相當于2400噸標準煤釋放的能量；如一座100萬千瓦的燃煤電站，每年需原煤300400萬噸，需2760列火車運送，相當于每天8列火車，還要運走4000萬噸灰渣。而同功率的壓水堆核電站，一年僅耗鈾含量為3的低濃縮鈾燃料28噸；每1b鈾的成本僅20美元

2、，換算成1千瓦發(fā)電經(jīng)費是0001美元左右，成本,3,第三章 核電站的環(huán)境保護,較傳統(tǒng)發(fā)電低許多；且因核燃料運輸量小，故核電站可建在最需要的工業(yè)區(qū)附近。其基本建設(shè)投資是同等火電站的一倍半到兩倍，但其核燃料費用和運行維修費用卻比煤少許多，若掌握了核聚變反應(yīng)技術(shù)，使用海水作燃料，則更是取之不盡，用之不竭。,其次是污染少。火電站不斷向大氣排放SOx和NOx等有害物質(zhì)，且煤中少量的鈾、鈦和鐳等放射性物質(zhì)，也會隨著煙塵飄落到火電站周圍，污染環(huán)境。而核電站設(shè)置了層層屏障，基本上不排放污染環(huán)境的物質(zhì)，就是放射性污染也比燃煤電站少得多。據(jù)統(tǒng)計，核電站正常運行的時候，一年給居民帶來的放射性影響，還不到一次X光透視

3、所受的劑量。,4,第三章 核電站的環(huán)境保護,其三是安全性強。全世界共投入運行的核電站達400多座，30多年來基本上是安全正常的。僅有因人為因素造成的1979年美國三里島壓水堆核電站事故和1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利石墨沸水堆核電站事故，及去年3月因地震伴發(fā)海嘯引起的日本福島核電站事故。但隨著這幾次事故所暴露出的問題及壓水堆的進一步改進，核電站在設(shè)計、建設(shè)及運行中將會更注重其安全性。,中國目前建成和在建的核電站總裝機容量為870萬千瓦，預計到2010年約為2000萬千瓦，2020年約為4000萬千瓦。據(jù)估算到2050年可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占總裝機容量的30%），中方案為2

4、.4億千瓦（約占總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占總裝機容量的10%）。,5,第三章 核電站的環(huán)境保護,核電站通常由一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)兩部分組成。核電站的核心是反應(yīng)堆，反應(yīng)堆工作時放出核能主要是以熱能的形式由一回路系統(tǒng)的冷卻劑帶出，用以產(chǎn)生蒸汽，所以一回路系統(tǒng)又被稱為“核供汽系統(tǒng)”。由蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機組進行發(fā)電的二回路系統(tǒng)與一般的火力發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機系統(tǒng)基本相同。,6,第三章 核電站的環(huán)境保護,核電站,7,第三章 核電站的環(huán)境保護,核能發(fā)電,8,第三章 核電站的環(huán)境保護,三峽水電站,核電站沸水反應(yīng)堆工作過程示意圖,9,第三章 核電站的環(huán)境保護,核電站沸水反應(yīng)堆示意圖,10

5、,第三章 核電站的環(huán)境保護,1.核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，故核能發(fā)電不會造成空氣污染。 2.核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。 3.核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，無其他的用途。 4.核燃料的能量密度較化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便。 5.核能發(fā)電成本中的燃料費用所占的比例較低，不易受到國際經(jīng)濟情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。,優(yōu)點：,11,第三章 核電站的環(huán)境保護,1.核電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，故必須慎重處理。 2.核電廠熱效率較低，比化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故熱污染較嚴重。 3.核能

6、電廠投資成本太大，電力公司的財務(wù)風險較高。 4.核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉(zhuǎn)。 5.興建核電廠易引發(fā)政治歧見紛爭。 6.核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，若因事故釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造 成傷害。,缺點：,12,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,1放射性核素 在核電站運行中，應(yīng)著重考慮3H、85Kr、133Xe、90Sr、131I、60Co、137Cs與等具有較大影響的幾種放射性核素。,（1）氚-3（T或3H） 是氫的放射性同位素。其原子核由一個質(zhì)子與兩個中子組成。主要來自可裂變重核的三分裂變。壓水堆中氚的主要來源是因冷卻劑的水中含有一定濃度的硼，水與控制棒一起控制和補償堆的反

7、應(yīng)性而產(chǎn)生的。氚的半衰期為12.3年。,一核電站放射性物質(zhì),13,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,（2）氪-85（85Kr） 是稀有氣體氪的一種同位素，也是核燃料在裂變時生成的氣體裂變產(chǎn)物中半衰期最長的一種，半衰期為10.3年。主要是一個發(fā)射體。,（3）氙-133（133Xe） 與氪-85一樣，也是核燃料在裂變過程中的一種氣態(tài)裂變產(chǎn)物。它與氪-85同屬于低毒核素，對人體的照射也是以外照射為主。,（4）鍶-90（90Sr） 是在核燃料裂變過程中產(chǎn)生的固體裂變產(chǎn)物。熔點為1360，半衰期為27.7年，屬高毒性核素。,14,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,（5）（137Cs） 與鍶-90一樣，是核燃料裂

8、變過程中產(chǎn)生的固體裂變產(chǎn)物。熔點為660，半衰期為30年，屬高毒性核素。,（6）碘-131（131I） 也是核燃料裂變的產(chǎn)物之一。單質(zhì)碘的熔點低，易蒸發(fā)，呈氣態(tài)，易泄露。屬于高毒類的放射性核素。,（7）鈷-60（60Co） 是冷卻劑回路中的腐蝕產(chǎn)物，在中子輻照下活化生成核素59Co（n，）60Co ，半衰期為5.26年。也屬于高毒類放射性核素。,15,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,2裂變產(chǎn)物 裂變過程中，發(fā)生裂變的原子內(nèi)的許多軌道電子均被射出，使裂變碎片具有很強的電荷，射程較短，而射程對于反應(yīng)堆設(shè)計是很重要的。大部分放射性裂變產(chǎn)物除發(fā)射粒子之外還發(fā)射射線。,1放射性核素的循環(huán) 放射性是某些元素

9、原子核裂變時發(fā)生的能量以電磁放射或快速粒子形式進行的釋放過程。元素的同位素物質(zhì)可散發(fā)射線的稱放射性核素或放射性同位素。放射性的輻射源有天然和人工兩大類。,二、放射性核素的循環(huán)與人體健康,16,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,天然的輻射源來自宇宙射線、土壤水域和礦床中的射線。 人工的輻射源主要是醫(yī)用射線源、核武器試驗及原子能工業(yè)排放的各種放射性廢物。,放射性核素可在多種介質(zhì)中循環(huán)，并能被生物富集，無論裂不裂變，通過核試驗或核作用都進人大氣層，再通過降水、塵埃和其它物質(zhì)以原子狀態(tài)回到地球上(見圖3-2)。,2核輻射對人體的危害 、射線對人體的傷害程度主要由粒子的能量而定，但也與射線特性的綜合影響有關(guān)

10、。,17,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,圖3-2 放射性核素在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移過程,18,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,機體吸收粒子能量后，便在機體內(nèi)消耗掉其能量而產(chǎn)生一些效應(yīng)，其與射線種類及其能量的大小有關(guān)。射線特性不同，對生物體產(chǎn)生的作用也不同。,當核輻射通過人體時會與細胞發(fā)生作用。其作用是通過輻射能在細胞遺傳物質(zhì)上的沉積而造成的。此遺傳物質(zhì)的主要功能是細胞的繁殖，由于核輻射能通過某種途徑影響細胞的分裂，故人體細胞會受到嚴重的損傷甚至引起生殖細胞減少或功能喪失。這些細胞也可獲得異常的生殖能力，能完全脫離正常的調(diào)節(jié)機制控制，如腫瘤的生長就反映了這種特征。,（1）軀體效應(yīng)與遺傳效應(yīng),19,3-

11、1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,是輻射的生物效應(yīng)。軀體效應(yīng)是對受照射的人本身的效應(yīng)，包括癌發(fā)病率增加和壽命縮短。遺傳效應(yīng)是受照個人通過遺傳基因傳給后代的效應(yīng)。,通常把人體受照射后幾分鐘到幾周之內(nèi)出現(xiàn)的效應(yīng)稱為早期效應(yīng)或稱急性損傷人），把經(jīng)歷較長潛伏期的效應(yīng)稱為晚發(fā)效應(yīng)。,早期效應(yīng)的臨床表現(xiàn)有白血球減少、食欲衰退、嘔吐、惡心、發(fā)燒、腹瀉、出血、脫發(fā)、感染、驚厥 、震顫、嗜睡，直至死亡。與輻射性質(zhì)或類型、機體的吸收劑量率與受照射部位有關(guān)外，也與受照射個體的年齡、性別與身體狀況有關(guān)。,20,3-1 放射性物質(zhì)性質(zhì)及分類,晚發(fā)效應(yīng)主要指各種癌癥、白內(nèi)障、不育癥與早亡等。較長的潛伏期，易與其他因素混淆，不易準

12、確判明效應(yīng)引起的原因。,遺傳基因發(fā)生突變與人體的晚發(fā)效應(yīng)一樣，既可由核輻射誘發(fā)，也可由一般的工業(yè)污染等因素誘發(fā)。,（2）隨機效應(yīng)與非隨機效應(yīng) 隨機效應(yīng)指機體的晚發(fā)效應(yīng)中各種癌癥與遺傳效應(yīng)。發(fā)生幾率與受照劑量有關(guān)，而嚴重程度與受照劑量無關(guān)，且此效應(yīng)不存在劑量的閾值，意味著任何微小的劑量都有可能引起。非隨機效應(yīng)包括一切機體效應(yīng)中早期與眼晶體的白內(nèi)障等晚發(fā)效應(yīng)。嚴重程度與機體受輻照的劑量有關(guān)，并存在著閾值。當機體受輻照的劑量超過這個閾值時，機體才能產(chǎn)生這種非隨機效應(yīng)。,21,3-2 核電廠廢棄物的處理,氣態(tài)排放物主要是氣態(tài)放射性核素（氪、氙、氬、氮）、揮發(fā)性鹵素（溴、碘）和一些放射性氣溶膠顆粒。對不

13、同的組分其廢氣處理系統(tǒng)通常采取不同的處理方法。常用方法如下：,1稀有氣體放射性核素的消除 將低溫系統(tǒng)、活性炭吸附系統(tǒng)和各種化學方法，用于稀有氣體的分離，并抑制其逃逸。,2碘的消除 多采用活性炭吸附的方法。除碘效率高達98%99.9%。,一核電廠輻射性氣體治理,22,3-2 核電廠廢棄物的處理,3氚的消除 單獨消除氚是很困難的。但因氚氣的放射性毒性較小，故一般不對其進行專門處理。,4放射性氣溶膠的去除 核電站排放的廢氣流中，常有一種放射性微塵（氣溶膠），其直徑從零點幾微米到幾十微米不等。目前對放射性氣溶膠多采用過濾的去除方法。如以纖維或微孔材料作濾料制成的過濾器對于大于0.4m的微塵顆粒消除效率

14、能達到99%99.99%。因其高處理效率，故又稱高效絕對過濾器。,23,3-2 核電廠廢棄物的處理,1壓水堆廢液，一般分為四類： （1）放射性廢液 包含在冷卻劑中的各種放射性核素是廢液中放射性物質(zhì)的主要來源。主要有裂變產(chǎn)物、活化產(chǎn)物與氚三種。,二.核電廠輻射性液體治理,（2）具有中等電導率的臟廢液 主要來源于反應(yīng)堆廠房和放射廠房清洗地面時的排水、實驗室的廢水與排水、取樣處的排水以及各種來源的地面廢水。,（一）放射性廢液來源,24,3-2 核電廠廢棄物的處理,（3）蒸氣發(fā)生器的排污水 因冷凝器和蒸氣發(fā)生器都有可能出現(xiàn)泄露，故蒸氣發(fā)生器需要定期排污，以確保水質(zhì)達到運行標準。,（4）含有洗滌劑的廢水

15、 它來源于洗水房與工作人員和設(shè)備去污用的廢水，以及沖洗廠區(qū)內(nèi)因運輸放射性物質(zhì)所污染道路的用水。,2沸水堆廢液,先將廢液按物化性質(zhì)、放射性活度進行分類，再分別處理。凈化后的廢液，除盡可能循環(huán)使用外，還應(yīng)給予稀釋，以降低放射性水平，減少對周圍環(huán)境的影響。,（一）廢液處理,25,3-2 核電廠廢棄物的處理,處理方法有衰變貯存、化學處理、蒸發(fā)濃縮、離子交換凈化等。,1衰變貯存 利用廢液中放射性核素的自然衰變降低其到符合排放的標準。該法僅能處理半衰期短的核素，故常作為預處理的一種方法。放射性廢液在貯存器中的停留時間一般為2448h。該法的凈化效率取決于廢液中各種核素的半衰期、濃度與廢液的產(chǎn)生率。,2化學

16、處理 廢液中的核素多呈高度稀釋的膠體狀態(tài)，可加入足夠量的混凝劑或絮凝劑加以處理?；炷齽┧夂笮纬傻男躞w比表面大、吸附能力強、能沉降，可吸附廢液中的微量核素，再通過過濾或沉淀等方法將其從廢液中分離出來，以達到處理達標的目的。,26,3-2 核電廠廢棄物的處理,上述的化學法的缺點是凈化效率不高，且產(chǎn)生較多不易處理的化學污泥。但相對于其它方法，化學法具有成本低廉、工藝簡單、便于間歇操作等優(yōu)點，故在中、低放射性廢液處理中仍被廣泛采用。,3蒸發(fā)濃縮 是借助煮沸將溶液或泥漿濃縮的一種方法。因廢液中放射性核素被保留在殘液中，故經(jīng)蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝液中放射物的含量很低，可直接達標或經(jīng)處理后排放。 而蒸發(fā)后的殘液體

17、積很小，核素被大大濃縮，故放射性較高，通常用瀝青、水泥將其固化后，再進行最終的安全處理。,4離子交換,27,3-2 核電廠廢棄物的處理,該法已成為核電站廢液處理中較為經(jīng)濟實用的方法。交換劑的交換容量隨物理狀態(tài)的不同而差別很大，按主要性能可分為無機離子交換劑、炭離子交換劑與離子交換樹脂。根據(jù)交換基團的性質(zhì)，又可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。,5生物吸附 是發(fā)展于世紀8090年代的新技術(shù)。吸附劑的基質(zhì)材料取自高擔子菌的子實體，對放射性核素有強選擇性吸附能力。殼多糖在吸附劑組分中起主要作用。其主要吸附機制是螯合。能吸附所有重金屬和放射性核素，對鉀、鈉、鈣等堿金屬和堿土金屬幾乎不吸附。故可用于高

18、含鹽量核廢液中吸附放射性核素。,28,3-2 核電廠廢棄物的處理,應(yīng)用生物吸附劑技術(shù)處理核廢液的優(yōu)越性： （1）強選擇性吸附能力。 （2）減容效果好。 （3）經(jīng)濟效益顯著。,核電站運行時產(chǎn)生的放射性廢液和廢氣經(jīng)處理后可排放或循環(huán)使用，但其間會產(chǎn)生一定量的濃集物，需要將這些固體廢物做進一步處理，才能最終處置。如圖3-3所示。,三核電廠輻射性固體治理,(一)放射性固體來源,29,3-2 核電廠廢棄物的處理,圖3-3 核電站放射性廢物處理流程圖,30,3-2 核電廠廢棄物的處理,如上圖所示，固體廢物先要盡可能減容，可燃性固體要通過焚燒或壓縮打包減小體積。再把它們轉(zhuǎn)化為適于貯存或處置的穩(wěn)定固化體，才能最終處置或埋藏。,固化處理的目的：一是使液態(tài)的放射性物質(zhì)轉(zhuǎn)變成便于安全運輸、貯存和處置操作的固化體；二是將放射性核素固結(jié)，阻擋放射性核素進入人類生物圈；三是減少廢物的體積。對于中低放射性廢物，主要有水泥固化、瀝青固化和塑料同化；對于高放射性廢物，主要有玻璃固化以及現(xiàn)在極具發(fā)展?jié)摿Φ娜嗽鞄r固化。,（二）固化方法,31,3-2 核電廠廢棄物的處理,可分為兩大類： 第一類是經(jīng)過工藝再處理即在工廠經(jīng)過水泥、瀝