Sử dụng công nghệ quản lý chất thải phóng xạ nhà máy điện hạt nhân

Việc sử dụng kết hợp với các dạng cung cấp năng lượng khác, năng lượng hạt nhân góp phần đảm bảo sự an toàn của nguồn cung cấp điện quốc gia. Chắc chắn trong trung hạn và xa hơn nữa, việc cung cấp năng lượng quốc gia từ năng lượng hạt nhân sẽ để thỏa mãn nhu cầu năng lượng của các nước đang phát triển.

Chất thải phát sinh

Chất thải phóng xạ hoạt độ thấp và trung bình (LILW) tại nhà máy điện hạt nhân được sinh bởi sự nhiễm xạ của các vật liệu khác nhau, với các hạt nhân phóng xạ được tạo ra do sự phân hạch và kích hoạt trong các lò phản ứng hoặc thoát ra từ bề mặt nhiên liệu hoặc các tấm ốp. Các hạt nhân phóng xạ chủ yếu được thoát ra và tập trung vào trong hệ thống nước làm mát lò phản ứng, và ở một mức độ thấp hơn, trong bể lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng.

Các chất thải chính phát sinh trong quá trình hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân là những thành phần được loại ra trong quá trình tiếp nhiên liệu, bảo dưỡng (chủ yếu là chất rắn bị kích hoạt, ví dụ như thép không gỉ có chứa cobalt-60 và nickel-63) hoặc các chất thải vận hành như chất lỏng phóng xạ, các bộ lọc, và các loại nhựa trao đổi ion bị nhiễm xạ bởi các sản phẩm phân hạch từ vòng tuần hoàn chứa chất làm mát.

Chất thải lỏng, chất thải rắn ướt

Tùy theo các dạng lò phản ứng khác nhau đang hoạt động thương mại trên toàn thế giới mà dòng chất thải phát sinh sẽ khác nhau. Những dòng chất thải này khác nhau cả về thành phần, hoạt độ và số lượng.

Lò phản ứng được làm mát và điều tiết bằng nước tạo ra nhiều chất thải lỏng hơn so với những lò được làm mát bằng khí. Khối lượng chất thải lỏng phát sinh tại các lò phản ứng nước sôi (BWRs) cao hơn đáng kể so với ở các lò phản ứng nước áp lực (PWR). Hệ thống làm sạch của lò phản ứng nước nặng (HWRs) hoạt động chủ yếu với công nghệ trao đổi ion một lần (oncethrough) để tái chế nước nặng, hầu như không tạo ra các chất thải lỏng cô đặc.

Xử lý, ổn định hóa chất thải lỏng/rắn

Chất thải phóng xạ lỏng sinh ra tại nhà máy điện hạt nhân thường có chứa các thành phần phóng xạ hòa tan và không hòa tan (sản phẩm phân hạch và ăn mòn) và các chất không phóng xạ. Mục tiêu chung của các phương pháp xử lý chất thải là tảy xạ chất thải lỏng đến mức mà khối lượng lớn nước thải đã qua tảy xạ có thể được thải ra môi trường hoặc tái sử dụng. Chất thải cô đặc là đối tượng cần phải tiếp tục ổn định hóa, lưu giữ tạm thời và chôn cất. Các nhà máy điện hạt nhân sinh ra gần như tất cả các loại chất thải lỏng, và hầu như tất cả các quy trình đều được áp dụng để xử lý chất thải phóng xạ. Các kỹ thuật tiêu chuẩn thường được sử dụng để tảy xạ chất thải lỏng. Mỗi quá trình có một hiệu ứng đặc biệt đối với một thành phần phóng xạ của chất lỏng. Bốn quy trình kỹ thuật chính có thể dùng cho xử lý chất thải lỏng là: bốc hơi; kết tủa hóa học/keo tụ; tách pha rắn; và trao đổi ion.

Các kỹ thuật xử lý cũng được thiết lập và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các nước vẫn đang tiến hành nghiên cứu các công nghệ mới để cải thiện an toàn và kinh tế.

Khí thải, các sol khí phóng xạ

Trong hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân, một số chất thải phóng xạ được tạo ra trong không khí ở dạng hạt hoặc dạng sương. Sol khí phóng xạ có thể được tạo ra với các kích cỡ hạt khác nhau trong một khoảng rộng ở dạng lỏng hoặc rắn, và nó có thể kết hợp với sol khí không phóng xạ. Ba nguồn chính của sol khí được tạo ra bởi sự phát thải của các sản phẩm ăn mòn bị kích hoạt và các sản phẩm phân hạch; phân rã phóng xạ của khí thành các nguyên tố không ổn định; và sự hấp phụ của hạt nhân phóng xạ dễ bay hơi được tạo thành trong quá trình phân hạch các vật liệu huyền phù đang tồn tại.

Xử lý chất thải dạng khí

Xử lý dòng thải khí là thực tế phổ biến ở tất cả các nhà máy điện hạt nhân. Đầu tiên, khí thải được hệ thống thông gió thổi qua bộ lọc để loại bỏ các hạt có phóng xạ trước khi thải qua ống khói vào khí quyển. Thông gió và hệ thống làm sạch không khí thường sử dụng các bộ lọc thô trước tiếp theo bộ lọc hạt - không khí hiệu quả cao (HEPA). Chúng có hiệu quả loại bỏ hạt điển hình tới  99,9% hoặc tốt hơn cho hạt 0,3 mm.

Xử lý, ổn định hóa các chất thải rắn

Trong quá trình vận hành nhà máy điện hạt nhân, các loại chất thải rắn khô có chứa chất phóng xạ được tạo ra. Bản chất của các chất thải khác nhau đáng kể ở các vị trí khác nhau và có thể bao gồm các phần thải ra từ nhà lò phản ứng, bộ lọc hệ thống thông gió, tấm trải sàn, dụng cụ bị nhiễm bẩn…

Như một bước tiền xử lý cho nén ép hoặc đốt, việc cắt, băm nhỏ, và nghiền được sử dụng để làm giảm kích thước vật lý của chất thải riêng biệt. Giấy, nhựa, vải, các tông, gỗ, kim loại và có thể cắt nhỏ thành từng miếng, trong khi vật liệu dễ vỡ như thủy tinh hoặc khối bê tông có thể được nghiền nát thành từng mảnh nhỏ. Những kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng như là quá trình độc lập để giảm khối lượng chất thải rắn.

Các phát triển mới

Hầu hết các quá trình xử lý và ổn định hóa LILW hiện đã đạt đến một quy mô công nghiệp tiên tiến. Mặc dù các quy trình và công nghệ đủ để quản lý hiệu quả chất thải phóng xạ hạt nhân tại các nhà máy điện, người ta vẫn mong muốn cải thiện hơn nữa các công nghệ này. Các chi phí ngày càng tăng dành cho việc xử lý chất thải phóng xạ đã khuyến khích áp dụng các công đoạn thủ tục và kỹ thuật để giảm thiểu lượng chất thải và phát triển các kỹ thuật mới để giảm thiểu khối lượng tại các bước xử lý và ổn định hóa.

Có lẽ không phải tất cả những cải tiến mới sẽ được thực hiện rộng rãi trong các công nghệ quản lý chất thải, đặc biệt là ở các nhà máy điện hạt nhân. Tuy nhiên, các nghiên cứu và phát triển phản ánh một thực tế là các ngành công nghiệp hạt nhân và người sử dụng rất cẩn thận trong việc quản lý an toàn và kinh tế các chất thải phóng xạ tại nhà máy điện hạt nhân, và những cải tiến trong công nghệ hiện có đang được xem xét.