一种高放废物地质处置装置的制作方法

本实用新型涉及一种处置装置，尤其涉及一种高放废物地质处置装置。

背景技术：

核能不断的开发和利用、核工业的生产研究以及核技术应用均会产生一定量的核废物，按照其放射性水平，将其划分为低放废物、中放废物和高放废物，对于低中放废物，目前国际上已经有较为成熟的技术来对其最终安全处置。

高放废物通常是指乏燃料后处理所产生的高放废液及其固化体，以及直接当作废物处置的乏燃料原件。高放废物的特点为放射性水平高、发热量大，并含有对生物极有害的α放射性的长寿命核素。高放废物含有寿命很长的放射性核素，且释放量大持续好几百年的衰变热，必须与生物圈保持长期的隔离，因此急需有效的安全处置方法。

深地质处置目前被国际公认为处置高放废物的有效方法，其目标是将减容和稳定处理后并密封在合适容器里的高放废物放入与生物圈有足够距离的稳定安全场所中的设施里，封闭隔离，并在相当长的时期内阻止有害核素向生物圈迁移，使将来可能产生的核素泄漏和迁移引起的照射剂量不超过国家法律、法规规定的剂量限值。

中国高放废物地质处置库概念模型是一个多重屏障系统，从里往外依次为废物固化体、废物容器及其外包装、缓冲材料和处置库围岩，前三者为人工屏障，后者为天然屏障。缓冲材料是最后一道人工屏障，因此缓冲材料的选择和工程特性对于整个高放废物处置系统显得非常重要。缓冲材料作为高放废物处置库中的工程阻挡层，填充在废物容器和围岩之间，其作用为:①工程屏障作用：缓冲围岩压力对废物罐的影响，保持废物罐处于处置孔中心，维护处置库结构的稳定性；②水力学屏障作用：充填废物容器与围岩间的孔隙和近场岩石中的裂隙或孔隙，阻止地下水(可能含有腐蚀物质)流到废物罐表面；③化学屏障作用：阻滞核素迁移阻止氧化剂到达废物罐表面；处置库设计有一个重要前提：避免氧化侵蚀，因为氧化环境下腐蚀过程会加速，废物溶解度会增加，废物容器被穿透和其内衬被腐蚀必须有水通过裂口加入，同时缓冲材料阻止放射性气体和水溶化合物渗漏到围岩中；④导热作用：传导核燃料残余能量即衰变能及其转化的热量。

借鉴国外处置库的概念设计研究成果，总体上中国的处置库概念设计中处置库的结构型式可参考采用缓冲回填材料的瑞典ＫＢＳ－３Ｖ模式，即多重工程屏障系统和适宜的地质围岩地质体共同作用来确保高放废物与生物圈的安全隔离。设计思路就是把放射性废物贮存在准备好的废物容器中，废物容器外面包裹着缓冲材料，再往外就是花岗岩围岩，后面两者组成工程屏障系统。在废物的放置方式和处置巷道与处置孔间距方面可参考以玻璃固化体为处置对象的日本处置库模式。

通常情况高放废物处置库安全有效性应大于一万年, 而且这一时限还可能随着人类对环境安全要求的提高而延长。与此相适应, 对于处置库屏障层材料的选择和功能要求也是非常高的。综合国际上先进国家的研究认识,缓冲材料的研究应涵盖材料组成及结构特性、材料稳定性、材料物理性能、材料化学缓冲性能、添加剂选择和缓和体系性能、材料工程特性以及热水力化学耦合特性等方面。

使用以花生壳粉末为载体的微生物菌液作为缓冲材料，传统的高放废物处置装置已经不能满足，所以急需新的处置装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种高放废物地质处置装置，该施工装置具有导热性、可塑性和长期稳定性，大大降低了施工装置的造价，有效保证处置高放废物的安全并能实现极好的经济效益的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种高放废物地质处置装置，包括在基岩内建造的处置库，所述处置库底部安装隔板，所述隔板上面放置透水石，所述透水石上面铺设一层黏土，在黏土上面放置高放废物罐，所述处置库空余部分填满黏土，所述该施工装置还包括废液回收罐、曝气装置及装有按照所需配置的微生物菌液的第一容器和装有培养液的第二容器；所述废液回收罐通过反吸泵经第一管道与处置库底部连通，所述曝气装置通过第二管道连通至处置库内隔板的下方；所述第一容器和第二容器分别通过第三管道和第四管道与处置库连通，所述第三管道和第四管道的一端插入处置库的黏土中。

所述透水石上面铺设一层黏土，该层黏土的厚度为2-3cm。

所述曝气装置为气瓶，保证微生物在繁殖过程中有足够的氧气进行补充。

所述高放废物罐为金属制作的金属高放废物罐。

所述金属高放废物罐为铜高放废物罐或钛高放废物罐或铸铁高放废物罐或钢高放废物罐，起到有效隔离高放废物所产生的放射性核素。

所述基岩为花岗岩、黏土岩、岩盐、泥灰岩、凝灰岩、沉积岩中的一种，为高放废物提供有力的天然屏障，有效隔离高放废物所产生的放射性核素。

使用时，打开反吸泵，打开曝气装置，向黏土中通入按照所需配置好的微生物菌液，微生物溶液和通入管路首次通入黏土中时，要使微生物菌液持续通入3-4小时的时间，保证足够多的微生物附着在黏土中，以避免由于微生物菌液中由于微生物浓度不够造成后其加固强度不足。

在通入微生物菌液时，打开反吸泵，将流入处置库底部的菌液反吸至废液回收罐，可以保证黏土的干燥性，打开曝气装置，保证微生物在繁殖过程中有足够的氧气进行补充，通入微生物菌液后静置24小时，保证微生物附着在黏土上并能够生长繁殖，之后在通入培养液，提供分解脲酶所必需的碳源和氮源，经过废液回收罐所收集的微生物菌液废液经离心后可重复通灌使用。

本实用新型的有益效果：本实用新型具有导热性、可塑性和长期稳定性，大大降低了施工装置的造价，有效保证处置高放废物的安全并能实现极好的经济效益的优点，本实用新型中将废液回收罐与处置库底部连通主动收集废液，保证缓冲材料的干燥性，打开曝气装置，保证微生物在繁殖过程中有足够的氧气进行补充。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图；

其中，1.处置库；2.透水石；3.黏土；4.高放废物罐；5.废液回收罐；6.气瓶；7.第一管道；8.第二管道；9.第一容器；10.第二容器；11.第三管道；12.第四管道；13.基岩，14.反吸泵。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种高放废物地质处置装置，包括在基岩13内建造的处置库1，处置库1底部安装隔板，隔板上面放置透水石2，透水石2上面铺设一层黏土3，该层黏土3的厚度为2-3cm，在黏土3上面放置高放废物罐4，处置库1空余部分填满黏土3，该施工装置还包括废液回收罐5、曝气装置及装有按照需要配置好的微生物菌液的第一容器9和装有培养液的第二容器10，曝气装置为气瓶6；废液回收罐5通过反吸泵14经第一管道7与处置库1底部连通，曝气装置通过第二管道8连通至处置库1内隔板的下方；第一容器9和第二容器10分别通过第三管道11和第四管道12与处置库1连通，第三管道11和第四管道的12一端插入处置库1的黏土3中。

高放废物罐4为金属制作的金属高放废物罐，金属高放废物罐为铜高放废物罐或钛高放废物罐或铸铁高放废物罐或钢高放废物罐。

基岩13为花岗岩、黏土岩、岩盐、泥灰岩、凝灰岩、沉积岩中的一种。

1）、花岗岩：指花岗岩、辉长岩和玄武岩等块状坚硬的火成岩或变质岩。总孔隙度低及常有节理和断裂（宽度从几十米至几厘米）是这些岩类的一般特点。（广泛应用于加拿大，芬兰，捷克，瑞典，硬度，法国，瑞士，日本，德国等）

2）、黏土岩：黏土岩是沉积岩中分布最广的一类岩石。其中，黏土矿物的含量通常大于50%，粒度在0.005~0.0039mm范围以下。主要由高岭石族、多水高岭石族、蒙脱石族、水云母族和绿泥石族矿物组成。页岩由黏土物质硬化形成的微小颗粒易裂碎，很容易分裂成为明显的岩层。粘土岩的一种。成分复杂，除粘土矿物外，还含有许多碎屑矿物和自生矿物。具页状或薄片状层理。用硬物击打易裂成碎片。是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成。页岩抵抗风化的能力弱，在地形上往往因侵蚀形成低山、谷地。页岩不透水，在地下水分布中往往成为隔水层。（主要用于比利时、法国、瑞士和德国等）。

3）、岩盐：又称岩盐，化学成分为NaCl，晶体都属等轴晶系六八面体晶类的卤化物。单晶体呈立方体，在立方体晶面上常有阶梯状凹陷，集合体常呈粒状或块状。纯净的石盐无色透明，含杂质时呈浅灰、黄、红、黑等色。（主要用于白俄罗斯、荷兰和乌克兰等地）

4）、泥灰岩：泥质灰岩化学组成CaCO3 ,CaO 56.03%，CO2 43.97%。常含有锰和铁;鉴定特征可以从硬度3、菱形的解理、浅色、玻璃光泽和与冷稀HCl相遇剧烈气泡遇，予以鉴定。亦可以作钙的试验。它和白云石很类似，而且共生在一起。不过白云石要在热的盐酸中，才有显著的气泡反应。它和霰石不同之处是比霰石轻，霰石的比重是2.9~5;为灰岩的风化土状物，夹有黏土和砂岩。（主要用于保加利亚）

5）、凝灰岩：凝灰岩是一种火山碎屑岩，其组成的火山碎屑物质有50%以上的颗粒直径小于2mm，成分主要是火山灰，外貌疏松或致密，有层理的称为层凝灰岩，颜色多样，有紫红色、灰白色、灰绿色等。根据其含有的火山碎屑成分，可以分为:晶屑凝灰岩; 玻屑凝灰岩;岩屑凝灰岩。 凝灰岩是常用的建筑材料，也可以作为制造水泥的原料和提取钾肥的原料。（主要用于美国）

6）、沉积岩：三大岩类的一种，又称为水成岩，是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一(另外两种是岩浆岩和变质岩)。是在地表不太深的地方，将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占 5%。沉积岩主要包括石灰岩、砂岩、页岩等。沉积岩中所含有的矿产，占全部世界矿产蕴藏量的80%。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。