磁翻板液位计流化床蒸汽重整技术减少了放射性废物的体积
发布时间：2019-04-01 发布作者：
核工业每年生产大量放射性污染的离子交换树脂（IER），其由有机材料组成，通常是含有磺酸和胺基的苯乙烯聚合物。例如，树脂用于浓缩和去除核工厂液体废物流中的活化，腐蚀和裂变产物放射性核素。传统的高温火焰诱导燃烧处理过程（如焚烧）形成并释放硫和氮氧化物，包括铯-137的蒸发，需要高性能的过滤系统。根据运输和低放射性废物（LLRW）处置法规，保留的放射性污染飞灰被固化和集装箱化。
继1997年开始的一系列试点研究之后，Studsvik开发并获得了非焚烧
磁翻板液位计流化床蒸汽重整（FBSR）技术的专利，该技术使用蒸汽处理各种含有高有机物，硝酸盐，亚硝酸盐，固体和重质的LLRW。金属含量，同时产生干燥，稳定，颗粒状，较终废物形式。由于主废物处理容器中不存在火焰，因此处理过程不被视为焚烧。其他优点包括除水蒸气和符合洁净空气法的废气排放外没有液体流出物。
处理低放射性废物
POWER采访了位于佐治亚州亚特兰大市的Studsvik公司的工程服务主管Adam Foster，负责FBSR技术的详细信息。利用FBSR技术的一个位置是位于田纳西州欧文的Erwin树脂解决方案（ERS）设施（图1）。它是一种生产规模的屏蔽设施，可容纳处理和将LLRW转化为惰性，稳定和体积减少的较终废物形式的设备。
Studsvik的FBSR废物分解过程使用蒸汽热解作为焚烧和其他传统热处理方法的替代方法。这样可以产生坚固，惰性，稳定且体积小得多的废物基质，同时满足所有联邦和州放射性废物处理法律，法规和标准。
福斯特描述了商业核电站的IER如何运往ERS并作为水/ IER浆料转移到位于屏蔽金库中的废物储罐中。在IER沉淀在储罐中后，从顶部倾析出多余的水。
混合沉降的IER产生均匀的混合物，将其转移到计量罐中以开始FBSR过程。矿化添加剂与IER混合，因为它被计量/加入FBSR容器中以防止在流化床中形成结块。可以添加其他工艺添加剂，例如矿化粘土，这取决于废物的类型/组成和所需的较终废物基质耐久性特征，其包括水溶性和抗浸出性。
通过气体喷嘴引入低压过热蒸汽，在FBSR容器底部形成流化床，在容器顶部具有气相干舷。在流化床中，废物进料立即干燥，干燥有机物的大活性表面在还原环境中易于热解，导致有机物破坏/挥发成二氧化碳和水蒸气，含有少量元素碳，甲烷，一氧化碳和氢气。
将颗粒状碳直接添加到FBSR中，其中一部分被氧化以产生必要的过程能量。碳还用作“还原剂”，促进化学还原环境，其中在流化床内发生所需的反应，包括碱和放射性核素矿化，以及金属氧化物，碳酸盐，二氧化碳，无机颗粒和工艺气体的形成。 。
剩余的无机废物残渣，也称为重整残留物（RR），与工艺气体一起从FBSR容器中携带（淘析）。该量与废物组成，添加剂和操作条件直接相关。RR固体含有大于99.99％的进入的放射性核素和基本上所有其他无机物存在于原始废物进料中。高温陶瓷过滤器抑制RR固体进入气体氧化系统，防止结垢或改变较终废物基质的化学形态。
来自高温过滤器的过滤后的工艺气体在进入直接燃烧的热氧化器时与空气混合，将所有残留的一氧化碳，挥发性有机物和痕量的氢转化为二氧化碳和水蒸气。来自热氧化器的热气体通过文丘里管进入含有pH控制的氢氧化钠溶液的洗涤器中。该系统几乎瞬间将热气体冷却至约80℃，氢氧化钠溶液吸收并中和酸性气体。将盐溶液泵送至喷雾干燥器，在其中将其雾化，干燥并收集以作为LLRW进行掩埋。
干净，富含水分的工艺废气离开洗涤器，并且过量的水分被冷凝以再次用作洗涤器系统补充水。冷凝器充当过程散热器，控制洗涤器系统中的水平衡。然后，电加热器将废气加热至120-140℃，以确保在进入高效微粒空气（HEPA）过滤器之前废气干燥且无水分。在流过HEPA过滤器组，排气鼓风机并通过受监控的通风烟囱释放之前，气体与建筑物通风气流混合在一起。高级IER-FBSR流程图如图2所示。
监测和较终废物矩阵
连续辐射监测系统测量和记录可能通过烟囱的任何痕量放射性核素。该系统包括α，β，γ，碘，碳-14（C-14）和氚（H-3）采样器和检测器。测试表明，RR中保留了超过99.99％的接收放射性。碳-14和氚 - 由于放射性核素迁移的可能性导致的浅埋土地的两个主要问题 - 从“无线电规则”中有效地消除。如果需要，可以使用C-14和氚捕获系统来保留这些放射性核素。铁，镍，钴和铯是主要的放射性RR成分，并根据所接收的IER的成分而成比例。
较终的废物基质由金属氧化物，碳酸盐或碱金属铝硅酸盐（NAS）矿物组成，取决于矿化添加剂和废物/组合物的类型。金属氧化物形成铁基尖晶石，即一类排列成立方密集晶格的矿物，它们是水不溶性的。碳酸盐主要溶于水，而NAS矿物质提供高抗浸出性。如果需要NAS较终废物形式，则必须使用硅铝酸盐添加剂。
作为粒状产品，FBSR NAS矿物废料基质在较初使用ASTM C-1285-02“ 确定核，危险和混合废物玻璃的化学耐久性的标准测试方法 ”进行的测试中显示出比玻璃更耐用。多相玻璃陶瓷：产品一致性测试（PCT），“以及随后的性能评估建模。
LLRW减产量达到
在美国，目前的LLRW处置法规基于长寿命和短寿命的放射性核素浓度（居里/ m 3）），较终决定废物分类，如A类，B类，C类或大于C类。废物形式必须符合严格的要求，以确保处置后的稳定性（防止无意侵入）。较高的废物分类会增加处置成本并限制处置选择，例如浅埋土地。通过使用FBSR技术，结果显示离子交换树脂的平均体积减小（VR）为6：1，阴离子树脂处理产生的VR高达30：1，而严重污染的阳离子树脂处理可低至3：1。VR通常不会强制进入更高，更严格和更昂贵的废物分类，例如从B类到C类。
从化学角度来看，福斯特指出了影响较大可实现体积减少的五个因素。他们是：
■废物的无机成分。
■所需的矿化添加剂的量。
■添加剂的灰分含量。
■与固体产品一起收集的煤粉数量。
■在较小程度上，小型，流化床介质的携带，这是由于操作过程中的介质磨损造成的。
具有高固体含量或高浓度无机材料的废物流导致较低的VR。
与资格测试程序同时进行的初始流程验证测试程序于1997年在位于科罗拉多州戈尔登市的Hazen研究公司工厂进行。从那时起，FBSR技术已在美国，日本和法国部署。已经进行了几次现场测试演示，包括在以下地点：
■在爱达荷州爱达荷州爱达荷州国家实验室处理储存在地下储罐中的含钠废物的永久性安装。
■用于处理加工有机罐废物的工程规模示范（ESD），在南卡罗来纳州艾肯的萨凡纳河工厂生产水溶性，颗粒状，碳酸盐基矿物产品。
■在华盛顿里奇兰的汉福德工厂处理各种汉福德油罐废物的可再生能源技术。
■用于处理日本大阪的液态硝酸盐废物和固体有机物的ESD。
■初步采购法国纳博讷，用于处理低放射性液体硝酸盐废物的永久性装置。
■通过测试和演示，FBSR技术已被证明是一种非常有益的放射性废物减量过程。
在线客服1号
