РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПО ИММОБИЛИЗАЦИИ ИЛОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ ВЫВОДА ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ БАССЕЙНА-ХРАНИЛИЩА РАО
Орешкин Е.А., Сеелев И.Н., Кондратьев А.В.
Федеральное государственное унитарное предприятие «Горно-химический комбинат» (ФГУП «ГХК»), г. Железногорск, Россия
В настоящее время одной из проблем ядерной энергетики является обращение с радиоактивными отходами. В данной работе представлены результаты процесса утилизации иловых отложений бассейна-хранилища жидких радиоактивных отходов. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке технологии по утилизации и иммобилизации жидких радиоактивных отходов.
Ключевые слова: бассейн-хранилище, иловые отложения, пульпа, иммобилизация, ТРО, ЖРО.
DEVELOPMENT OF THE TECHNOLOGY OF IMMOBILIZATION SILT TO DECOMMISSIONING POOL-RW REPOSITORIES
Oreshkin E.A., Seelev I.N., Kondratev A.V.
Mining and chemical combine, Federal state-owned unitary enterprise (FSUE MCC), Zheleznogorsk, Russia
Now one ofproblems of nuclear power is the reference with a radioactive waste. In the given work results of process of recycling silt adjournment of pool-storehouse of a liquid radioactive waste are presented. Results of the spent researches can be used by technology working out on recycling and an immobilization of a liquid radioactive waste.
Keywords: pool-storehouse, silt, pulp, immobilization, FRW, LRW.
Бассейн-хранилище РАО №2 А введен в эксплуатацию в 1958 году. Он является хранилищем открытого типа, сооруженным на первой надпойменной террасе реки Енисей. Он предназначен для приема и временного хранения аварийных вод реакторного производства и некондиционных по солям и рН нетехнологических промышленных стоков предприятия. После отстаивания и усреднения их параметров жидкая фаза периодически забирается на схему очистки для совместной переработки с кондиционными жидкими нетехнологическими отходами.
Бассейн-хранилище представляет собой искусственную выемку в грунте с насыпной дамбой и системой противофильтрационных экранов, оборудованную водозабором-водосбросом и распределительной камерой. Бассейн имеет дамбу с грунтовым основанием и гидроизоляцией из асфальтобетона с системами донного и берегового дренажей и насосной станцией дренажных вод. Площадь зеркала воды в бассейне при максимальной отметке заполнения (131,0 м) составляет 54,5 тыс. м2, объем - 204,0 тыс. м3, средняя глубина - 3,74 м, максимальная глубина - 5 м, абсолютная отметка дна - 125,5 м. Жидкая фаза бассейна (50^80 тыс. м3) представляет собой низкосолевой раствор (~1 г/л).
Бассейн-хранилище сооружен на естественном основании. Изоляция отходов в пределах ложа бассейна обеспечивается следующими конструктивными решениями:
- сооружением в теле намывной дамбы защитного слоя, уложенного поверх асфальтобетонного экрана и состоящего из верхнего слоя песча-но-гравийной смеси толщиной 0,2 м и нижнего - уплотненного супесчаного грунта толщиной 1,0 м;
- наличием гидроизолирующего экрана из двух слоев асфальта, толщиной 0,1^0,15 м, перекрывающего ложе бассейна и внутренние откосы;
- наличием систем донного и берегового дренажей, предназначенных для перехвата и сбора возможных протечек в случае повреждения гидроизоляции.
По результатам обследования бассейна в 2010 году было установлено [1], что иловые отложения занимают около трети площади дна бассейна. Максимальную мощность отложения имеют на участке водосброса, где она составляет 1,3 м, а рядом, на участке водозабора, мощность иловых отложений снижается уже до 0,6 м. Общий объем иловых отложений по состоянию на 01.01.2011 оценивается в 5386 м3, их суммарная активность около 9,56*1013 Бк.
В рамках реализации мероприятия 164 федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» предполагается разработка проекта вывода из эксплуатации открытого бассейна-хранилища радиоактивных отходов № А федерального государственного унитарного предприятия «Горно-химический комбинат». До начала разработки проекта необходимо решить принципиальные вопросы по способам обращения с содержимым бассейнов. Главным вопросом, требующим решения, является выбор способа перевода иловых отложений, содержащихся в бассейнах, в категорию твердых радиоактивных отходов, которые соответствовали бы требованиям действующих норм в области захораниваемых ТРО. В соответствии с требованиями НП-069-06 [2] приповерхностному захоронению подлежат только твердые и (или) отвержденные радиоактивные отходы. Анализ РАО, накопленных в аналогичных хранилищах, показывает, что в целом около 90 процентов общей активности отходов находится в иловых отложениях. Таким образом, состав иловых отложений является одним из важнейших факторов, определяющих способы вывода из эксплуатации бассейнов-хранилищ РАО.
По результатам проведенного анализа иловых отложений [3] установлены их характеристики, которые приведены в таблице 1 в пересчете на воздушно-сухую пульпу. В скобках приведены результаты в пересчете на литр отстоявшейся в течение суток пульпы. В таблице 2 приведен гранулометрический состав иловых отложений бассейна-хранилища № А.
Таблица 1.
Характеристика иловых отложений бассейна-хранилища № А
Характеристика Значение
Сухая пульпа:
плотность, г/см3 1,804
Водонасыщенная пульпа:
плотность, г/см3 1,066
влажность, % 78
вязкость, СПЗ 1,68
рн 6,5-6,7
Солесодержание жидкой фазы, г/л 0,27-0,32
Уран, г/кг (г/л) 3,11 (0,81)
Удельная альфа-активность, Бк/кг (Бк/л) 3,4х106(1,8х106)
Плутоний, г/кг (г/л) 1,3х10"3 (7,2х10"4)
Удельная бета-активность, Бк/кг (Бк/л) 3,8х107 (7,6х106)
Стронций-90, Бк/кг (Бк/л) <1,2х107(<5,1х106)
Гамма-спектр, Бк/кг (Бк/л) Х4,1х107 (Х9,7х106)
в том числе:
Кобальт-60 1,2х105 (6,4х104)
Цезий-137 3,9х107 (8,4х106)
Америций-241 1,2х106 (6,8х105)
Европий-152 6,2х105 (1,2х105)
Европий-154 1,3х105 (6,8х104)
Химический состав, г/кг (г/л)
Железо 72,9 (14,2)
Кремний (в пересчете на SiO2) 55,0 (11,7)
Кальций 6,8 (1,7)
Магний 6,9 (1,7)
Натрий 3,1 (0,8)
Фосфор общий 4,5 (1,0)
Марганец 0,9 (0,2)
Медь 0,1 (0,04)
Цинк 0,3 (0,08)
Хром 0,1 (0,04)
Алюминий 9,3 (3,9)
Ионообменная смола, % масс. 33,5
Таблица 2.
Гранулометрический состав иловых отложений бассейна-хранилища № А
Размер фракции, мм Содержание фракции, %
>2,0 2,9
2,0-1,6 3,1
Размер фракции, мм Содержание фракции, %
1,6- -1,2 6,1
1,2- -1,0 4,2
1,0- 0,8 11,6
0,8- 0,4 35,6
0,4- 0,2 18,8
0,2-0,08 12,3
0,08-0,04 3,5
<0,04 1,8
По результатам выполненных в 2011 году работ [4], были рассмотрены три варианта обращения с иловыми отложениями, а именно:
• захоронение иловых отложений на месте (в ложе бассейна);
• выдача иловых отложений в эксплуатируемый бассейн-хранилище, расположенный вне зоны затопления;
• выдача иловых отложений и их омоноличивание в бочках либо контейнерах, с последующим размещением на полигоне ТРО.
Первый вариант обращения с иловыми отложениями бассейна-хранилища РАО № А - вариант приповерхностного захоронения иловых отложений непосредственно в ложе бассейна осложняется процессом гниения и газообразования. Это связано с особенностями иловых отложений бассейна-хранилища РАО № А (наличие органических включений и ионообменных смол).
Кроме того бассейн-хранилище РАО № А расположен на берегу р. Енисей. Минимальное расстояние до реки - 25 м.
По гидрологическим условиям размещение бассейна-хранилища РАО № А соответствует нормам при нормальных условиях эксплуатации Красноярской ГЭС. Однако, по выполненным расчетам [5], отметка гребня волны в районе ФГУП «ГХК», при разрушении плотины Красноярской ГЭС, составит 153,0 м БС (Балтийской системы). Следовательно, разрушение плотины ГЭС вызовет затопление территории размещения бассейна-хранилища РАО № А, находящегося на более низкой отметке (132,0 м БС), что является потенциальной опасностью для человека и окружающей среды. Таким образом, недопустимо рассматривать вариант захоронения иловых отложений на месте (в ложе бассейна), так как при захоронении РАО должны быть обеспечены надежная изоляция РАО от окружающей среды и защита настоящего и будущих поколений и биологических ресурсов от радиационного воздействия сверх установленных нормами и правилами в области использования атомной энергии пределов.
Вторым вариантом вывода из эксплуатации бассейна-хранилища РАО № А является вариант, основанный на извлечении донных отложений из бассейна с их перекачкой по трубопроводу в эксплуатируемый бассейн-хранилище РАО, расположенный на безопасной отметке, для временного хранения с последующим решением вопроса окончательного захоронения. Декантат после отстаивания отложений будет передаваться на полигон «Северный» для подземного захоронения в пласт-коллектор.
В ходе выполненных исследований [6] установлено, что при смешивании водных фаз бассейна-хранилища РАО № А и бассейна-хранилища РАО, расположенного на безопасной отметке БС, в соотношениях 1:1, 1:3, 1:5, 1:10, 3:1, 5:1, 10:1 получаемые растворы могут закачиваться в подземный пласт-коллектор.
При смешивании донных отложений бассейна-хранилища РАО № А и бассейна-хранилища РАО, расположенного на безопасной отметке БС, в равных объемах наблюдается «цветение» водной фазы, что выражается в изменении мутности от 10,0 до 20,4 №ГО. С уменьшением доли отложений бассейна-хранилища РАО № А в смеси в три и более раз развитие микроорганизмов прекращается, через 18 суток отстаивания мутность достигает значения 4,5 №ГО, что соответствует значениям мутности водопроводной воды, при этом основной объем взвесей отстаивается в течение первых суток.
Данный вариант значительно сокращает затраты по иммобилизации иловых отложений, так как используется уже существующее оборудование и трубопроводы, новое оборудование применяется в небольшом количестве.
Третий вариант выемки иловых отложений из ложа бассейна-хранилища РАО № А и иммобилизация их методом цементирования имеет два подварианта:
- на цементирование направляется суспензия (сгущенные иловые отложения) без дополнительной обработки;
- на цементирование направляется суспензия, предварительно про
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.