Способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами

 

Изобретение относится к области обращения с твердыми отходами. Сущность изобретения: способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами включает их обработку до уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, разделение твердых отходов ограниченного использования на два потока: первый - суммарной корпускулярной удельной активностью отходов от нижнего уровня удельной активности отходов ограниченного использования до 15% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования; второй - 15-100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования. При этом отходы первого потока размещают в емкости, выполненной из противофильтрационного материала, а отходы второго потока размещают в емкости, выполненной из материала, изолирующего отходы от внешней среды. Хранение твердых отходов ограниченного использования осуществляют на полигоне для промышленных отходов. Преимущества способа заключаются в том, что он позволяет повысить безопасность при обращении с радиоактивными отходами и уменьшить затраты на их хранение. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области атомной энергетики и атомной промышленности и касается обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, судовыми отходами, в частности, а также твердыми отходами, получаемыми при очистке содержащих радионуклиды жидких отходов и природных вод.

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий, в частности, переплавку металлических отходов с образованием слитков, удельная активность металла которых позволяет, после контрольных измерений радиоактивности, использовать полученные отходы как вторичное сырье без ограничений либо захоронить их как низкорадиоактивные отходы (см., например, D. W. Clements, M.Hall, A.S.Dam, Application of Decontamination and Melting of Low Level Waste, Decommissioning, Decontamination and Reutilization worldwide experience - DD$R, What Does It Mean, Proceedings of. ANS Topical Symposium, Washington, D.C., 1996, American Nuclear Society, La Grange Park, IL, 1997, p. 258-262).

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, период полураспада радионуклидов которых меньше 30 лет, ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr, в частности, включающий их размещение на промышленном полигоне, созданном в соответствии с требованиями штата Теннеси, США, к полигонам для твердых промышленных отходов, на промплощадке для ядерных объектов, хранение этих отходов на полигоне под контролем в течение 100 лет, с переработкой, если после этого срока их активность будет превышать установленный для материалов, допускающих неограниченное использование, с последующим консервативным хранением отходов в течение 200 лет для предупреждения попадания радионуклидов в поверхностные или грунтовые воды (см., например, L.S.Jones, S.C.Howard, Low Level Waste Disposal Facility, Proceedings of International Symposium on Decontamination & Decommissioning, Knoxville, TN, 1994, American Nuclear Society, La Grange Park, IL, 1994, Paper No 36,6 p.

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий снижение дезактивацией их удельной активности до 0,011-520 кБк/кг, сокращение прессованием объема отходов, транспортировку отходов на промплощадку вблизи от берега моря, хранение отходов на промплощадке в траншеях глубиной 4 метра без дополнительных барьеров (см., например, Y. lnagaki, Y.Hashimoto, T.Hatakeyama, Y.Ogata, M.Nakata, Evaluation of Processing and Disposal System for Decommissioning Waste (PWR), Proceedings 1st JSME/ASME Joint International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-1), Tokyo, 1991, Japan, Tokyo, JSME, 1991, v. 2, p.43-45).

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий комплекс переработки и утилизации металлических радиоактивных отходов Ленинградской АЭС производительностью 1500 т/год, с которого получают слитки металла, используемого без ограничений по радиоактивности как вторичное сырье, и металл для их применения в ограниченных целях в атомной энергетике, отверждают шлак, пыль и отходы от установки глубокой дезактивации, причем количество зацементированных вторичных радиоактивных отходов не превышает 5-10% от исходного количества твердых радиоактивных отходов (см., например, А. Нестер. Радиация уходит в шлак. Металлы Евразии, 2002, 3, с.74-75).

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий селективное поглощение радионуклидов из проточной воды модифицированным перлитом путем нанесения на внутреннюю поверхность перлитовых зерен химических сорбентов-ферроцианидов металлов, необратимо поглощающих радионуклиды (см., например, М.А.Сираканян, Г.Ц.Вардересян, М.А.Микаелян, К.Ц.Тагмазян. Использование модифицированного вспученного перлита для локализации радионуклидов. Сборник материалов 5-го Межд. Конгресса "Вода: экология и технология" (ЭКВАТЕК-2002), Москва, 2002, М., ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл", 2002, с.408-409).

Известен способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий классификацию нецелевых продуктов ядерных технологий - отходов, разделение их по химическому составу на разные потоки, в пределах экономической целесообразности отделение нерадиоактивных материалов (см., например, В. И. Поляков. Перспективы экологического решения проблемы радиоактивных отходов. Сборник рефератов. 13-й ежегодной научно-технической конференции Ядерного общества России, Москва, 2002, М., Ядерное общества России, 2002, с.105-108).

Наиболее близким является известный способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, такими как углеродистая и нержавеющая сталь, свинец, алюминий, бетон, грунт, гравий, включающий снижение их поверхностной и объемной удельной активности различными способами, включая плавление и глубокую жидкостную дезактивацию, измерение остаточной поверхностной и объемной удельной активности, отделение отходов неограниченного повторного использования от отходов низкой удельной активности, хранимых на специальных площадках (Менон Ш. Повторное использование материалов от демонтажа ядерных установок. - Атомная техника за рубежом, 1996, 12, с.23-28) - прототип.

Основной недостаток известных способов обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами заключается в неэкологичности и неэкономичности обращения с миллионами тонн таких отходов, особенно хранения исходно низкорадиоактивных отходов, удельная активность которых снижена до удельной активности нерадиоактивных твердых отходов ограниченного использования, в хранилищах и на специальных площадках.

В задачу изобретения входит повышение экологичности обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, снижение затрат на их хранение.

Указанная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в снижении уровня активности твердых низкорадиоактивных отходов, размещаемых на хранение, до удельной активности твердых отходов ограниченного использования, уменьшения потребной емкости хранилищ для низкорадиоактивных отходов, снижения мощности ионизирующего излучения и доз облучения персонала, населения и окружающей среды, увеличения количества отходов, используемых без ограничений по радиоактивности.

Технический результат достигается в способе обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающем их обработку до уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, разделение твердых отходов ограниченного использования на два потока: первый - суммарной корпускулярной удельной активностью отходов от нижнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования до 15% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, размещение их в емкости, выполненной из противофильтрационного материала; второй поток - от 15 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, размещение их в емкости, выполненной из материала, изолирующего отходы от внешней среды, хранение твердых отходов ограниченного использования на полигоне для промышленных отходов, предлагается емкость выполнять в виде траншеи, отходы второго потока - дополнительно изолировать в противофильтрационном материале, кроме того, твердые отходы ограниченного использования связывать в матрице, утилизировать твердые отходы ограниченного использования после хранения на полигоне и естественного снижения удельной активности в течение 2-20 лет, в частности.

Изобретение предлагается осуществлять следующим образом.

Пример 1. Твердые низкорадиоактивные отходы - загрязненные конструкции и оборудование энергоблока атомной электрической станции, выведенного из эксплуатации и выдержанного в течение 3-х лет, основные радионуклиды которых - ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs, ⁶⁰Co, ⁵⁴Mn, ⁶⁵Zn, ⁹⁰Sr, ⁶³Ni, ⁵⁹Ni - покрывают краской на основе эпоксидной смолы с отвердителем для фиксации снимаемого радиоактивного загрязнения, выполняют плазменным резаком резы с отделением их от оставленных оборудования и конструкций с улавливанием образующихся аэрозолей, разделяют отходы на нержавеющую и обычную сталь, помещают нержавеющую и обычную сталь в транспортные контейнеры для низкорадиоактивных отходов, перемещают полученные отходы в контейнерах из реакторного здания на участок дезактивации той же атомной электрической станции, размещают отходы в ванне для глубокой дезактивации концентрированными серной и фосфорной кислотами, дезактивируют отходы до удельной активности твердых отходов ограниченного использования, смывают водой остатки кислот и отделенные радиоактивные отложения, что снижает радиационное воздействие оставшихся в отходах радионуклидов, жидкие дезактивирующие растворы, использованные при дезактивации металлоконструкций и оборудования, регенерируют, отверждают вторичные низкорадиоактивные жидкофазные отходы и взвеси, захоранивают отвержденные низкорадиоактивные отходы, измеряют уровень остаточной радиоактивности полученных твердых отходов, направляют на повторную переработку отходы, суммарная корпускулярная удельная радиоактивность которых превышает верхний уровень удельной активности твердых отходов ограниченного использования, отделяют отходы с суммарной корпускулярной радиоактивностью, допускающей их неограниченное использование, направляют их на переплавку, разделяют твердые отходы ограниченного использования на два потока: первый - суммарной корпускулярной удельной активностью отходов от нижнего уровня удельной активности отходов ограниченного использования до 10% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования; второй - от 10 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, размещают их в 200-литровых бочках-контейнерах, выполняют прессование отходов в бочках с уменьшением свободного объема отходов в 2,5 раза, размещают спрессованные бочки с отходами в 500-литровых бочках-контейнерах, выполняют радиационный контроль приборами для измерения уровней радиоактивности материалов, в том числе альфа-, бета- и нейтронного излучения, разделяют спрессованные отходы в 500-литровых бочках также на два потока: первый - суммарной корпускулярной удельной активностью от нижнего уровня удельной активности отходов ограниченного использования до 15% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования; второй - от 15 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, по-поточно размещают, хранят полученные спрессованные твердые отходы ограниченного использования на полигоне для промышленных отходов на промплощадке атомной электрической станции.

Пример 2. То же, что и в примере 1, но хранят спрессованные твердые отходы ограниченного использования на полигоне для промышленных отходов с общей удельной активностью, соответствующей установленным нормативным значениям для радиоактивности твердых отходов ограниченного использования, в санитарно-защитной зоне вне промплощадки атомной электрической станции, размещают спрессованные отходы первого потока в закрытых траншеях, выполненных в противофильтрационном материале - глине, второго потока - в наземном помещении из монолитного бетона, на водонепроницаемом фундаменте, хранят отходы на полигоне, что снижает количество хранимых отходов на промплощадке атомной электрической станции, уменьшает затраты на их хранение.

Пример 3. То же, что и в примере 2, но спрессованные отходы второго потока размещают в цементной матрице, после чего размещают эти отходы в выполненной из противофильтрационного материала - бентонита - слабозаглубленной емкости, хранят отходы на полигоне, что дополнительно уменьшает затраты на их хранение при том же уровне радиационной безопасности.

Пример 4. Подлежащую демонтажу плавучую техническую базу перезарядки ядерных реакторов размещают на стапеле судоремонтного завода, отделяют отсек с хранилищем облученного ядерного топлива от остальных ее отсеков газовым резаком, низкорадиоактивные загрязненные и/или активированные металлоконструкции и оборудование других отсеков плавучей технической базы покрывают полиэфирной смолой с отвердителем для фиксации снимаемого радиоактивного загрязнения при резке и транспортировке отходов, выполняют резы конструкций и оборудования помещений технологической зоны плавучей технической базы с отделением низкорадиоактивного оборудования и металлоконструкций плазменным резаком с улавливанием образующихся аэрозолей, разделывают отходы плазменным резаком на стапеле до массогабаритных размеров, соответствующих геометрическим характеристикам печи в 600 кг за плавку низкорадиоактивных металлических отходов, помещают отходы в технологические контейнеры для транспортировки низкорадиоактивных отходов, транспортируют их со стапеля к печи, расположенной на территории судоремонтного завода, в печи размещают отходы из контейнера, выполняют плавку разделанных отходов, разливку металла из печи в формы слитков, отверждение слитков, измеряют уровень остаточной радиоактивности полученных слитков, слитки, суммарная корпускулярная удельная радиоактивность которых превышает верхний уровень удельной активности твердых отходов ограниченного использования, направляют на хранение в хранилище для низкорадиоактивных отходов, слитки с суммарной удельной корпускулярной радиоактивностью, допускающей их неограниченное использование, используют как вторичное сырье, разделяют остальные слитки - твердые отходы ограниченного использования на два потока: первый - суммарной корпускулярной удельной активностью отходов от нижнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования до 15% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования; второй - от 15 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, соответствующего установленным нормативным значениям удельной активности твердых отходов ограниченного использования, при этом уменьшают объем отходов в 4 раза, обеспечивают удаление снимаемого радиоактивного загрязнения, снижение воздействия твердых отходов ограниченного использования на персонал, транспортируют по-поточно слитки на полигон для промышленных отходов вне промплощадки судоремонтного завода, размещают слитки на полигоне для промышленных отходов, снижают радиационное воздействие на персонал, население и окружающую среду за счет корпускулярного и гамма-излучения, от летучего радионуклида ¹³⁷Cs, в частности, из-за перехода радионуклидов из низкорадиоактивных отходов в шлак и материалы фильтров, а также из-за равномерного распределения оставшихся радионуклидов по объему слитка и самоэкранирования гамма-излучения, от ⁶⁰Со, в частности, бета-излучателей, включая радионуклиды ⁵⁹Ni и ⁶³Ni, вследствие равномерного распределения их по объему слитка и воздействия бета-излучателей только из поверхностного слоя слитка, удаляют из печи низкорадиоактивный шлак в контейнеры-бочки, в контейнер для среднерадиоактивных отходов - фильтры, задерживающие радиоактивную пыль и газы, образующиеся при плавке низкорадиоактивных отходов, прессуют низкорадиоактивный шлак в контейнерах-бочках, размещают спрессованный шлак в бочках большего диаметра, заваривают бочки, заполняют контейнеры с фильтрами цементным раствором, заваривают контейнеры с зафиксированным отвердевшим раствором фильтрами, транспортируют, размещают бочки с прессованным шлаком в хранилище низкоактивных отходов, транспортируют, размещают контейнеры с фильтрами в хранилище среднерадиоактивных отходов, хранят низко- и среднерадиоактивные отходы в хранилищах, хранят слитки: первого потока на полигоне для промышленных отходов в течение 10 лет в насыпной породе - глине, вследствие естественного распада содержащихся в них радионуклидов суммарная удельная активность металла снижается до 0,15 кБк/кг (удельная активность материала, ниже которой он может использоваться без ограничений по уровню радиации - 0,3 кБк/кг (Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99). - М., Минздрав России, 2000, с.54)); второго потока отходов - 20 лет в траншее из монолитного бетона с бетонной крышей, после проведения радиационного контроля слитки этого потока направляют на сталеплавильное предприятие как вторичное сырье, увеличивая выход чистого металла или, при превышении нижнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, используют металл для изготовления защитных контейнеров для облученного ядерного топлива, что снижает потребность в нерадиоактивном металле для этой цели.

Пример 4. Извлеченные из скважин для добычи нефти радиоактивно загрязненные отложениями природных радионуклидов металлические трубы, другие металлоконструкции и оборудование - твердые низкорадиоактивные отходы - разделывают, дезактивируют на передвижном дезактивационном комплексе до 15% от верхнего уровня суммарной корпускулярной удельной активности твердых отходов ограниченного использования, удаляют снимаемые радиоактивные загрязнения, которые размещают в контейнере для низкорадиоактивных отходов, транспортируют, захоранивают в региональном могильнике, твердые отходы ограниченного использования хранят на полигоне для промышленных отходов в емкости из противофильтрационного материала, что позволяет избежать дорогостоящей транспортировки на длительные расстояния радиоактивных отходов со снимаемыми радиоактивными загрязнениями, при необходимости - увеличить выход нерадиоактивного металла.

Пример 5. Воду из источника с превышенной относительно предельного допустимого для питьевой воды уровня радиоактивности пропускают через патронный фильтр с сорбентом, поглощающим доминирующие радионуклиды - продукты распада радона, до уровня суммарной корпускулярной удельной активности сорбента от 75 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, что позволяет использовать в качестве питьевой воду, ранее содержавшую избыточное количества продуктов распада радона и его дочерних элементов, после чего выемную часть патронного фильтра извлекают, помещают в цементную матрицу, хранят на полигоне для промышленных отходов в закрытой траншее со стенками и крышей из монолитного бетона.

Пример 6. Техническую воду для тепловой электростанции из артезианской скважины с достигающим нормативного уровня радиоактивности количеством природных радионуклидов пропускают через патронные фильтры с сорбентами, поглощающими основные альфа- и бета-излучающие радионуклиды - продукты распада радона и его дочерних элементов, снижая уровень радиоактивности воды в 3,5 раза, что позволяет использовать содержащую природные радионуклиды воду для технических целей без ограничений по уровню ее радиоактивности, реже дезактивировать подводящие трубы и оборудование тепловой электрической станции, доводят уровень суммарной корпускулярной удельной активности сорбентов в патронном фильтре до уровня активности, превышающего верхний уровень удельной активности твердых отходов ограниченного использования в три раза, после чего выемные части патронных фильтров извлекают, помещают в контейнер для транспортировки низкорадиоактивных отходов, транспортируют на место временного хранения радиоактивных отходов, размещают в цементной матрице, хранят в хранилище низкорадиоактивных отходов до снижения уровня активности выемной части фильтра в матрице до величины суммарной корпускулярной активности выемной части патронного фильтра ниже верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, перемещают матрицу на полигон для промышленных отходов вне промплощадки хранилища радиоактивных отходов, размещают, хранят твердые отходы ограниченного использования на полигоне в закрытой траншее, выполненной из противофильтрационного материала - бентонита.

Изобретение применимо при обращении с твердыми низкорадиоактивными отходами, содержащими техногенные и/или природные радионуклиды, применимость изобретения базируется на накопленном опыте обработки твердых низкорадиоактивных отходов со снижением удельной активности твердых отходов, в том числе до нормативных значений удельной активности твердых отходов ограниченного использования, которые могут быть направлены на хранение на полигон для промышленных отходов в один или два потока на или вне промплощадки ядерного объекта, утилизированы после естественного снижения их удельной активности.

Формула изобретения

1. Способ обращения с твердыми низкорадиоактивными отходами, включающий их обработку до уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, разделение твердых отходов ограниченного использования на два потока, первый - суммарной корпускулярной удельной активностью отходов от нижнего уровня удельной активности отходов ограниченного использования до 15% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, размещение их в емкости, выполненной из противофильтрационного материала, второй - от 15 до 100% от верхнего уровня удельной активности твердых отходов ограниченного использования, размещение их в емкости, выполненной из материала, изолирующего отходы от внешней среды, хранение твердых отходов ограниченного использования на полигоне для промышленных отходов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что емкость выполняют в виде траншеи.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отходы второго потока дополнительно изолируют в противофильтрационном материале.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что твердые отходы ограниченного использования связывают в матрице.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что твердые отходы ограниченного использования утилизируют после хранения на полигоне и естественного снижения удельной активности в течение 2-20 лет.