Quản lý chất thải phóng xạ nhà máy điện hạt nhân

Chất thải hạt nhân được xử lý và lưu giữ thế nào?

TS. NGUYỄN BÁ TIẾN (Giám đốc Trung tâm Xử lý chất thải phóng xạ và Môi trường - Viện Công nghệ xạ hiếm, VINATOM)

Ở nhiều nước, các nhà máy điện hạt nhân là một phần quan trọng của hệ thống năng lượng quốc gia. Năng lượng hạt nhân là cạnh tranh về kinh tế và môi trường sạch sẽ so với hầu hết các hình thức cung cấp năng lượng điện khác. 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.

Khi hoạt động, các lò phản ứng hạt nhân sẽ sản sinh ra một số lượng nhất định chất thải phóng xạ. Tuy nhiên, khi so sánh toàn diện về kinh tế, về công suất, về sự phát thải chất thải, phát thải bụi, phát thải khí CO2  từ các nhà máy điện hạt nhân với các nhà máy phát điện khác (thủy điện, than đá, gió, mặt trời…) ta sẽ thấy điện hạt nhân có những ưu thế đáng kể [1, 2, 3].

Các chất thải phát sinh trong vận hành nhà máy điện hạt nhân thường có hoạt độ khá thấp và các hạt nhân phóng xạ chứa trong đó có mức độ độc hại phóng xạ thấp và chu kỳ bán hủy ngắn. Tuy nhiên, các nhà máy điện hạt nhân vẫn là cơ sở sản sinh chất thải phóng xạ lớn nhất trong số tất cả các loại hình cơ sở hạt nhân.

Bản chất và lượng chất thải sinh ra tại một nhà máy điện hạt nhân phụ thuộc vào loại lò phản ứng, tính năng thiết kế đặc biệt của lò, điều kiện hoạt động của lò và sự vẹn toàn của các thanh nhiên liệu. Những chất thải phóng xạ này chứa các hạt nhân kích hoạt phóng xạ từ vật liệu cấu trúc, vật liệu trung gian, và vật liệu làm mát; sản phẩm ăn mòn; và sản phẩm phân hạch phát sinh từ nhiên liệu. Các phương pháp được áp dụng để xử lý  và ổn định hóa các chất thải phát sinh tại nhà máy điện hạt nhân hiện nay đã đạt đến mức độ hiệu quả và độ tin cậy cao và đang được tiếp tục phát triển để cải thiện an toàn và kinh tế của hệ thống quản lý chất thải nói chung.

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.

Để giảm số lượng chất thải phải lưu trữ tạm thời và để giảm thiểu chi phí chôn cất, tất cả các nước đang theo đuổi hoặc có ý định thực hiện các biện pháp giảm thiểu khối lượng chất thải sinh ra ngay tại bất kỳ công đoạn nào có thể thực hiện được. Giảm thiểu khối lượng là đặc biệt hiệu quả đối với chất thải hoạt độ thấp, nói chung chất thải hoạt độ thấp có khối lượng cao nhưng hoạt độ phóng xạ thấp. Cải tiến đáng kể có thể được thực hiện nhờ các biện pháp hành chính, ví dụ: thay thế khăn giấy bằng sấy không khí nóng, sử dụng quần áo bảo hộ có thể tái sử dụng…và thông qua các cải tiến trong việc vận hành hoặc "Housekeeping - Quản gia".

Tổng lượng chất thải phóng xạ mức thấp và trung bình thải ra từ hoạt động của nhà máy điện hạt nhân thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào dạng của lò phản ứng, trình độ công nghệ tại thời điểm xây dựng lò, trình độ vận hành, công nghệ xử lý chất thải phóng xạ đi kèm theo nhà máy [4]... Theo báo cáo của các chuyên gia Nhật Bản thì mỗi năm một tổ máy (1000 MWe) thải ra khoảng 600 - 800 thùng chất thải phóng xạ (dung tích 200 lít). Theo báo cáo của chuyên gia Hàn Quốc, Slovakia mỗi năm một tổ máy (1000 MWe) thải ra khoảng 250 thùng chất thải (dung tích 200 lít).

Chất thải lỏng, chất thải rắn ướt [5]

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.

Chất thải lỏng phóng xạ được tạo ra bằng cách làm sạch các chất làm mát vòng sơ cấp (PWR, BWR), làm sạch các bể chứa nhiên liệu đã qua sử dụng, cống rãnh, nước rửa, nước rò rỉ. Chất thải lỏng phát sinh từ các hoạt động bảo trì đường ống và thiết bị nhà máy. Chất thải tảy xạ có thể bao gồm các chất cặn thải (sản phẩm ăn mòn) và một loạt các chất hữu cơ như axit oxalic và axit citric.

Chất thải rắn ướt là một loại chất thải phát sinh tại nhà máy điện hạt nhân, bao gồm các loại nhựa trao đổi ion đã qua sử dụng, vật liệu lọc và cặn. Nhựa trao đổi ion đã qua sử dụng tạo nên phần quan trọng nhất trong số các chất thải rắn ướt được sinh ra tại các lò phản ứng năng lượng. Các hạt nhựa được sử dụng để làm sạch nước và rất phổ biến trong các nhà máy điện hạt nhân. Nhựa dạng bột thường ít khi được sử dụng trong lò PWR, nhưng lại thường được sử dụng trong BWRs trong các bộ lọc làm sạch nước. Trong nhiều lò BWRs, một nguồn lớn các chất thải nhựa dạng bột là "bột đánh bóng thiết bị ngưng tụ" được sử dụng để làm sạch thêm nước ngưng tụ sau khi cô đặc bay hơi chất thải lỏng.

Bộ lọc sử dụng tại nhà máy điện hạt nhân để xử lý chất thải lỏng sinh ra một loại chất thải rắn ướt khác là bùn lọc. Các bộ trợ lọc - thường dùng diatomite hoặc sợi celulo - và các chất thải cặn tách ra từ chất thải lỏng tạo thành các cặn lọc. Một số hệ thống lọc không đòi hỏi vật liệu trợ lọc. Các cặn phát sinh từ các hệ thống này do đó sẽ không chứa các vật liệu khác.

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.

Hiệu quả giảm khối lượng tốt nhất, so với các kỹ thuật khác, đạt được bằng cách bốc hơi. Tùy thuộc vào các thành phần của chất thải lỏng và các loại thiết bị bay hơi, thông số tảy xạ đạt được là giữa 104 và 106. Bốc hơi là phương pháp đã được chứng minh để xử lý chất thải phóng xạ lỏng cho phép cả tảy xạ và giảm thể tích tốt. Nước được lấy ra trong giai đoạn bay hơi của các quá trình để lại đằng sau các thành phần không bay hơi như muối có chứa hầu hết các hạt nhân phóng xạ. Bốc hơi là kỹ thuật tốt nhất cho chất thải có hàm lượng muối tương đối cao và thành phần hóa học không đồng nhất. Mặc dù nó có công nghệ vận hành khá đơn giản và đã được áp dụng thành công trong các ngành công nghiệp, ứng dụng của nó trong xử lý chất thải phóng xạ có thể làm phát sinh một số vấn đề như ăn mòn, đóng cặn, hoặc tạo bọt. các vấn đề như vậy có thể được giảm bằng các quy định thích hợp. Ví dụ, điều chỉnh giá trị pH để giảm ăn mòn; loại bỏ chất hữu cơ để giảm bọt hoặc cho thêm chất chống tạo bọt và hệ thống thiết bị bay hơi có thể được làm sạch bằng axit nitric để loại bỏ cặn bám và sự thụ động của vật liệu. Cho đến nay, giảm thể tích bằng cách bay hơi nước thải phóng xạ hoạt độ thấp luôn hiệu quả tới mức mà nước ngưng tụ có thể được thải ra môi trường mà không cần xử lý thêm.

Phương pháp kết tủa hóa học dựa trên nguyên tắc kết tủa-keo tụ được sử dụng chủ yếu trong các nhà máy điện hạt nhân để xử lý các chất lỏng, nước thải với hoạt độ thấp, hàm lượng muối cao và có chứa bùn. Hiệu quả của chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học và hoá phóng xạ của chất thải lỏng. Hầu hết các hạt nhân phóng xạ có thể được kết tủa, đồng kết tủa, hấp phụ bởi các hợp chất không hòa tan như: hydroxit, cacbonat, photphat, và ferrocyanides, và do đó được lấy ra khỏi dung dịch. Các kết tủa cũng kéo theo các huyền phù lơ lửng khỏi dung dịch bằng cách lôi cuốn vật lý. Tuy nhiên, sự phân tách rắn - lỏng tách không bao giờ được thực hiện hoàn toàn do nhiều lý do, và các hệ số tảy xạ đạt được là tương đối thấp. Vì vậy, xử lý  hóa học thường được sử dụng kết hợp với các phương pháp khác hiệu quả hơn.

Sự phân tách pha rắn tách được thực hiện để loại bỏ huyền phù và các chất rắn lắng đọng khỏi các chất thải lỏng. Có một số loại thiết bị phân tách có sẵn dựa trên những dạng thiết bị đã được thường xuyên sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải thông thường và nhà máy xử lý nước thải công nghiệp. Phổ biến nhất là các bộ lọc, máy ly tâm, và cyclon thủy lực. Hầu như tất cả các cơ sở hạt nhân sử dụng các thiết bị cơ khí để tách các chất rắn lơ lửng từ dòng chất thải lỏng. Nói chung, thiết bị tách là cần thiết để loại bỏ các hạt tránh không cho chúng can thiệp vào quá trình xử lý chất thải lỏng tiếp theo, ví dụ: trao đổi ion, hoặc tái sử dụng nước.

Các Bộ lọc điển hình có thể loại bỏ các hạt xuống đến kích thước nhỏ hơn micron, đặc biệt là khi sử dụng bộ lọc có lớp phủ sơ bộ (pre-coat). Khi một bộ lọc đã làm việc bão hòa, thì các bộ lọc sẽ được rửa ngược để thu được bùn lọc với khoảng 20-40% chất rắn, hoặc trong trường hợp có các hộp lọc (cartridge types) thì toàn bộ hộp lọc sẽ được thay thế.

Phương pháp trao đổi ion, có ứng dụng rộng rãi trong xử lý thải lỏng tại nhà máy điện hạt nhân. Ví dụ: việc làm sạch các vòng nước làm mát chính và phụ trong các lò phản ứng nước, xử lý nước của bể lưu trữ nhiên liệu, và đánh bóng tảy rửa thiết bị ngưng tụ sau khi bay hơi. Chất thải phóng xạ lỏng thường phải đáp ứng các tiêu chí sau đây cho phù hợp với xử lý trao đổi ion: nồng độ của các chất rắn lơ lửng trong chất thải phải thấp; chất thải có  tổng hàm lượng muối thấp (thường ít hơn 1 gam/ lít); và các hạt nhân phóng xạ tồn tại ở dạng ion thích hợp. (Bộ lọc sơ bộ với lớp nhựa bột có thể được sử dụng để loại bỏ các chất keo.) Trong hầu hết các hệ thống kỹ thuật, quy trình trao đổi ion được áp dụng bằng cách sử dụng một lớp cố định vật liệu trao đổi ion trong cột, nước thải chảy qua cột từ dưới lên hoặc từ trên xuống. Các vật liệu trao đổi ion có thể được tái sinh sau khi đã đạt độ bão hòa  các nhóm hoạt động. Một số loại thiết bị trao đổi ion cũng được loại bỏ như rác thải đậm đặc để được hóa rắn. Vì vậy quá trình trao đổi ion đại diện cho một quá trình bán liên tục và đòi hỏi những nỗ lực lớn trong việc bảo trì như đỏ rửa băng tia nước, tái sinh, rửa, và nạp lại nhựa.

Chất rắn ướt thu được từ xử lý chất thải lỏng vẫn phải được chuyển đổi thành các sản phẩm rắn để đưa đến chôn cất cuối cùng. Quá trình cố định hóa bao gồm việc chuyển đổi chất thải về dạng ổn định hóa học và vật lý làm giảm khả năng di chuyển hay phân tán của các hạt nhân phóng xạ trong quá trình lưu trữ, vận chuyển và chôn cất. Nếu có thể, ổn định hóa chất thải cũng phải đạt được việc giảm thể tích.

Các phương pháp thường xuyên nhất được áp dụng cho ổn định hóa  chất thải rắn ướt là xi măng hóa, bitum hóa, hoặc kết hợp với polyme. Cố định các chất thải phóng xạ sử dụng xi măng đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều năm ở nhiều nước.

Xi măng có một số lợi thế, đặc biệt là chi phí thấp và việc vận hành quá trình tương đối đơn giản. Mật độ tương đối cao của xi măng cho phép khối chất thải tạo thành có mức độ tự che chắn lớn do đó làm giảm các yêu cầu đóng gói, che chắn bổ xung. Trong một số trường hợp, để đạt được một sản phẩm có chất lượng chấp nhận được, có thể cần phải áp dụng các bước tiền xử lý vật lý hoặc hóa học. Đôi khi có thể sử dụng các vật liệu thay thế khác, ví dụ như xỉ tro bay và xỉ lò cao.

Hình 1: Sơ đồ hệ thống xi măng hóa

1.       Silo xi măng

2.       Thùng chuẩn bị xi măng

3.       Máy trộn xi măng

4.       Contener beton

5.       Thùng nước thải phóng xạ

6.       Thùng chứa bùn thải

7.       Bơm bùn

8.       Thùng chứa nhựa trao đổi ion đã qua sử dụng

9.       Bơm để bơm nhựa trao đổi ion

Bitum hóa cũng đã được sử dụng để đóng rắn các chất thải rắn ướt. Bitum hóa là một quá trình nóng cho phép các dòng ướt được sấy trước khi cố định hóa và đóng gói. Điều này làm giảm đáng kể khối lượng chất thải phải lưu giữ và chôn cất và do vậy làm giảm chi phí. Tuy nhiên, bitum hóa có khả năng gây cháy và đòi hỏi biện pháp phòng ngừa đặc biệt để ngăn chặn hỏa hoạn. Bitum hóa đã ngày các được các chấp nhận và được sử dụng cho ổn định hóa chất thải phóng xạ tại các nhà máy điện hạt nhân ở Mỹ, Nhật Bản, Thụy Điển, Nga, Thụy Sĩ, và các nước khác.

Sự kết hợp của các chất rắn ướt thành nhựa hoặc polyme là một quá trình cố định tương đối mới khi so sánh với việc sử dụng xi măng hoặc nhựa đường. Việc sử dụng các polyme như polyester, vinylester, hoặc nhựa epoxy thường được giới hạn cho những ứng dụng mà xi măng hoặc bitum là không phù hợp về mặt kỹ thuật. Polyme thì đắt hơn và nhà máy tương đối phức tạp. Polyme có những lợi thế trong việc chống rò rỉ cho các hạt nhân phóng xạ và nó thường trơ ​​về mặt hóa học.

Gần đây, ổn định hóa đã được quan tâm hơn trong việc sử dụng của các cụm thiết bị di động để ổn định hóa chất thải phóng xạ từ các nhà máy điện hạt nhân. Điều này có được chủ yếu là do nó cho phép tiết kiệm chi phí vốn cho những nơi mà lượng chất thải sinh ra ít. Cụm thiết bị di động để ổn định hóa chất thải phóng xạ của nhà máy điện hạt nhân được sử dụng, ví dụ, tại Hoa Kỳ, Cộng hòa Liên bang Đức, và Pháp. Hầu hết trong số này sử dụng các quá trình xi măng hóa, mặc dù có một vài thiết kế cho việc sử dụng polyme hóa đã được phát triển.

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.

Các hạt nhân phóng xạ dể bay hơi quan trọng nhất, tạo thành chất thải phóng xạ dạng khí được tạo ra trong quá trình hoạt động bình thường của nhà máy điện hạt nhân, là halogen, khí hiếm, tritium, và carbon-14. Thành phần và số lượng phóng xạ có trong các dòng thải khác nhau trong không khí chủ yếu phụ thuộc vào loại lò phản ứng và các con đường phát thải. Tất cả các luồng thải khí tại nhà máy điện hạt nhân được xửa lý trước khi thải vào khí quyển để loại bỏ hầu hết các thành phần phóng xạ khỏi luồng khí thải.

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.

I-ốt phóng xạ phát sinh từ hoạt động của nhà máy điện được thường xuyên loại bỏ bằng các thiết bị  lọc  có than đã được ngâm tẩm, sử dụng kết hợp với các bộ lọc hình chùy.

Vì các loại khí phóng xạ trơ được sinh từ các viên nhiên liệu với một  lượng nhỏ và chủ yếu là có chu kỳ bán rã ngắn, việc trì hoãn phát thải các khí này sẽ cho phép xảy ra các quá trình phân rã phóng xạ để làm giảm đáng kể  lượng phát thải vào cho môi trường. Hai kỹ thuật trì hoãn được sử dụng là: lưu trữ trong các thùng chứa đặc biệt hoặc thổi qua lớp đệm than để trì hoãn phát thải.Để lưu trữ chờ phân hủy, khí hiếm và khí mang chúng đầu tiên được bơm vào bình chứa khí sau đó được niêm phong. Sau một thời gian lưu trữ từ 30 đến 60 ngày, thành phần của các thùng chứa được thông ra môi trường khí quyển bằng hệ thống quạt thông gió. Nếu mức phát thải là chưa chấp nhận được thì thời gian lưu trữ sẽ được kéo dài.

Lớp đệm làm chậm bao gồm một số thùng chứa chất đầy than để làm chậm sự di chuyển của khí hiếm trong dòng khí mang và cho phép sự phân rã phóng xạ có hiệu lực.

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… Một nguồn chất thải rắn khác là sự tích tụ của giấy, nhựa, cao su, vải vụn, quần áo, kim loại, được sử dụng trong vận hành và bảo dưỡng nhà máy điện hạt nhân. Tùy thuộc vào tính chất vật lý và các phương pháp xử lý tiếp theo, chất thải rắn khô thường được phân loại thành bốn loại chính: chất thải dễ cháy, không gây cháy, nén được, và không nén được. Tuy nhiên, mỗi cơ sở thường có mức độ phân loại của riêng mình tùy theo điều kiện trang thiết bị hiện có.

Một trong những mục tiêu quan trọng trong việc xử lý chất thải rắn là giảm càng nhiều càng tốt thể tích chất thải cần được lưu trữ và chôn cất. Chất thải phóng xạ rắn tại các nhà máy điện hạt nhân bao gồm một phổ rộng các vật liệu và hình dạng, không có kỹ thuật duy nhất nào có thể xử lý thỏa đáng các chất thải này; thường phải sử dụng kết hợp các kỹ thuật xử lý. Kỹ thuật cơ bản và phổ biến nhất được sử dụng để xử lý hầu hết chất thải rắn là phương pháp nén chặt. Phương pháp này làm giảm khối lượng lưu trữ và chôn cất với yêu cầu chấp nhận được nhưng đạt được một chút về mặt cải tiến các đặc tính của chất thải về quan điểm quản lý dài hạn.

Kinh nghiệm cho thấy rằng từ 50% - 80% chất thải phóng xạ rắn được sinh ra tại nhà máy điện hạt nhân có thể được phân loại là chất thải có thể thiêu đốt. Đốt rác thải này đại diện cho một sự cải thiện đáng kể so với quan điểm nén ép đơn giản. Phương pháp đốt có giảm thể tích và giảm khối lượng rất cao. Sản phẩm cuối cùng là dạng tro đồng nhất, có thể được đóng gói mà không cần ổn định hóa tiếp theo trong các thùng chứa để lưu trữ và chôn cất. Trong khi đốt chỉ thích hợp cho các chất thải dễ cháy, nó có lợi thế là có khả năng phá hủy các chất lỏng hữu cơ, ví dụ: các loại dầu, mỡ hoặc dung môi, mà nếu không rất khó xử lý.

Hình 2: Sơ đồ hệ thống đốt hai bậc

Thiêu hủy một lượng nhỏ chất thải rắn được tiến hành bình thường trong thiết bị tương đối đơn giản. Cơ sở đốt như hiện nay đã được lắp đặt tại các nhà máy điện hạt nhân ở Mỹ, Nhật Bản, Canada, và các nước khác. Nhiều cơ sở thiêu đốt tiên tiến có thể đốt chất thải có hoạt độ cụ thể tương đối cao được lắp đặt tại các cơ sở xử lý chất thải tập trung mà có thể tiếp nhận chất thải từ nhiều nhà máy trong nước và từ nước ngoài. Cơ sở như vậy đang hoạt động tại Thụy Điển, Bỉ, Pháp, và các nước khác.

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. Ở đây không thể miêu tả tóm tắt hết tất cả những phát triển và cải tiến mới, mà những cái tiến này đang được thực hiện trong các nước thành viên của IAEA.

Một số ví dụ về những phát triển mới này bao gồm việc sử dụng các chất hấp thụ vô cơ cụ thể để cải thiện xử lý chất thải lỏng; sử dụng các kỹ thuật màng cho xử lý chất thải lỏng; tách nước, sấy nhựa hạt và lọc bùn; đốt nhựa trao đổi ion; giặt khô vải bảo vệ để giảm bớt số lượng của hệ thống thoát nước giặt; sử dụng các thùng chứa có độ bền cao để đóng gói bùn lọc khô; thủy tinh hóa một số chất thải mức trung bình để làm giảm khối lượng chất thải được xử lý; và máy nén cao áp để nén chất thải không thể đốt cháy.

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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Võ Văn Thuận, Điện hạt nhân - Sự lựa chọn của Việt Nam (Vietnamnet).

2. So sánh tính kinh tế của các dạng sản xuất điện năng, (tapchitaichinh).

3. Điện hạt nhân Việt Nam, tại sao không (Vietnamnet).

4. Nguyễn Bá Tiến, Bài giàng về Chu trình nhiên liệu hạt nhân và Quản lý chất thải phóng xạ, Trung tâm đào tạo hạt nhân, VINATOM, 8-2014.

5. V. M. Efremenkov, Radioactive waste management at nuclear power plants, An overview of the types of low- and intermediate-level wastes and how they are handled, IAEA BULLETIN, 4/1989.

NangluongVietnam.vn

Lưu ý: Nghiêm cấm sao chép nội dung bài viết này dưới mọi hình thức nếu chưa có sự đồng ý của Tòa soạn Năng lượng Việt Nam bằng văn bản