CC BY
182. ГН 2.1.7.2042—06. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. М., 2006.
3. ГН 2.1.5.1315—03. Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. — Госкомсанэпиднадзор России. М., 2003.
4. ГН 2.1.5.1316—03. Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М., 2003.
5. ГН 2.1.6.1338—03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., 2003.
6. ГН 2.1.6.1339—03. Ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., 2003.
7. Микляев П.С., Томашев А.В., Охрименко С.Е. и др. // АНРИ. 2000. № 1. С. 17—23.
8. Петрова Т.Б., Микляев П.С., Власов В.К. и др. // Там же. 2004. №3. С. 35—41.
9. Руководство по методам контроля за радиоактивностью окружающей среды / Под ред. И.А. Соболева, Е.Н. Беляева. М.: Медицина, 2002.
10. СанПиН 2.1.7.1287 — 03. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. 2003.
Поступила 12.01.09
УДК 613.62:621.039.7
Е.И. Веселов
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ЗАЩИТНЫХ БАРЬЕРОВ ХРАНИЛИЩ ПРИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Приводятся сведения об изменении состояния естественных и искусственных защитных барьеров в процессе долговременного хранения радиоактивных отходов в хранилищах приповерхностного типа.
Ключевые слова: радиоактивные отходы (РАО), хранилища приповерхностного типа, вмещающие породы, матрица РАО, проницаемость.
E.I. Veselov. Ecological estimation of a condition of protective barriers of storage at long-term localization of radioactive waste. Data on change of a condition of natural and artificial protective barriers during long-term storage of the Russian Open Society in storehouses приповерхностного type Are resulted.
Key words: radioactive waste, storage, containing breeds, a matrix of the radioactive waste, permeability.
В сложившейся мировой практике для долговременной локализации отходов низкого и среднего уровней активности широкое применение получили хранилища приповерхностного типа.
В настоящее время вопросу экологической безопасности долговременного хранения радиоактивных отходов (РАО) уделяется особое внимание в связи с повышением санитарно-законодательных требований по охране окружающей среды и защите населения. При этом для хранилищ приповерхностного типа важнейшей является проблема обеспечения надежности естественных и искусственных защитных барьеров.
Цель работы — провести оценку экологического состояния естественных и искусственных
барьеров хранилища и определить реальные изменения их защитных свойств.
Для обеспечения охраны окружающей среды хранилища РАО имеют следующие защитные барьеры:
■ железобетонная конструкция сооружения секционного типа;
■ материал матрицы (цемент, битум и т. д.), в которую включены РАО;
■ естественные барьеры (вмещающие породы).
Существенным недостатком хранилищ приповерхностного типа является их близкое размещение к поверхности земли, так как они подвергаются интенсивному воздействию внешних
природных факторов (атмосферные осадки, перепад температур и т. д.).
При длительной эксплуатации хранилища РАО под действием температурных факторов, химического разрушения и влиянием ионизирующего излучения деградации может подвергнуться весь комплекс защитных барьеров [2, 3].
Нарушение одного из защитных барьеров приводит последовательно к разрушению всего комплекса. Это повышает риск миграции радионуклидов в окружающую среду.
Возможными причинами нарушения целостности конструктивного материала хранилища являются:
♦ деформация элементов сооружения при циклах замораживание—оттаивание или значительных температурных колебаниях среды;
♦ дефекты в конструкциях;
♦ деформации элементов конструкции в результате усадки и т. п.
В результате этих процессов может произойти частичное нарушение целостности конструкции хранилища, что ведет к образованию на поверхности (внешнем контуре) сооружения системы трещин и микротрещин (часто связанных между собой). Под воздействием природной воды также происходит увеличение системы трещин.
Часто повторяющиеся циклы промерзание— оттаивание приводят к разрушению конструкции сооружения и матрицы РАО, что вызывает формирование системы трещин не только в конструкции хранилища, но и в массиве РАО.
Деградация материала матрицы РАО возможна как извне (от воздействия природных вод и перепада температур), так и изнутри под влиянием образующихся газообразных продуктов (Н2, NO2 и т. д.). Проникновение в объем сооружения посредством сформировавшейся системы нарушений приводит к перемешиванию газообразных продуктов и воды с образованием агрессивных растворов. Воздействие образовавшихся растворов на материал матрицы РАО и конструкцию хранилища вызывает их химическое разрушение.
Как правило, для размещения радиационно опасных объектов выбирают территории, которые сложены практически водонепроницаемыми вмещающими породами (глинами или суглинками), которые выполняют роль дополнительного противомиграционного барьера.
В процессе сооружения хранилищ приповерхностного типа меняются свойства естественных грунтов. Технология строительства хранилища приповерхностного типа предусматривает под-
готовку площадки на поверхности или формирование котлована, в котором размещается сооружение. Под воздействием строительных механизмов на территории захоронения нарушается структура поверхностного слоя грунта.
При этом вмещающие породы, которые являются основой противомиграционных барьеров, приобретают повышенные фильтрационные свойства [2, 3].
Для оценки экологического состояния защитных барьеров хранилища РАО нами были выполнены следующие исследования:
• геофизические работы по определению возможных нарушений конструкции хранилища и матрицы РАО;
• разведочное бурение по материалу матрицы РАО и вмещающим породам, для анализа их радиационных и геохимических параметров;
• отбор проб материала матрицы РАО, вмещающих пород приконтурной зоны сооружения и грунтовых вод;
• оценка мощности доз у-излучения в объеме хранилища РАО;
• радиометрические, спектрометрические и геохимические исследования отобранных проб;
• определение значений коэффициента фильтрации вмещающих грунтов приконтурной зоны сооружения.
Комплекс выполненных исследований позволяет дать объективную оценку экологической безопасности долговременного хранения РАО.
Исследования состояния вмещающих грунтов приконтурной зоны сооружения показали, что за период эксплуатации хранилища произошло нарушение их естественной структуры, в результате чего породы приобрели новые свойства.
Сравнение ряда параметров суглинков в естественном [4] и нарушенном состоянии представлено в табл. 1.
Анализ представленных данных показывает, что в процессе строительства и последующей эксплуатации хранилища произошло нарушение вмещающих пород. При этом по сравнению с породами естественного сложения нарушенные грунты приконтурной зоны сооружения приобрели более высокие параметры пористости и коэффициента разрыхления, и, следовательно, более низкие плотностные свойства.
Нарушение естественной структуры суглинков приводит к снижению связности между отдельными частицами массива нарушенных пород. Суглинки в значительной степени теряют пластичные свойства. В объеме приконтурной зоны сооружения формируется среда нарушенных грунтов, которая характеризуется высокой
Т а б л и ц а 1
Параметры суглинков естественного сложения и нарушенных грунтов
Показатель Суглинки естественного сложения Нарушенные грунты
Плотность, кг/м 1850—1950 1540—1800
Пористость, % 30—38 35—52
Коэффициент разрыхления 1 1,1—1,3
пористостью, а также наличием в ней пустот и каналов. Можно предположить, что в результате формирования такой структуры нарушенных грунтов приконтурная зона характеризуется высокой проницаемостью.
Для определения коэффициента фильтрации нарушенных грунтов по стандартным методикам нами выполнены гидрогеологические исследования [1]. Исследования показали, что величина коэффициента фильтрации нарушенных грунтов приконтурной зоны сооружения составляет 0,1 — 0,5 м/сут, что значительно выше коэффициента фильтрации покровных и моренных суглинков естественного сложения (0,01—0,001 м/сут) [4].
Повышенная проницаемость нарушенных грунтов ведет к аккумулированию атмосферных осадков во вмещающих породах приконтурной зоны сооружения.
Как показали исследования, в период строительства уровень грунтовых вод располагался ниже днища хранилища (1977), и грунтовые воды не оказывали воздействия на конструкцию сооружения. За 30-летний период эксплуатации уровень аккумулированных вод в пределах нарушенных грунтов приконтурной зоны сооружения повысился на пять метров.
Аккумулированная вода, вступая в контакт с внешними стенками хранилища, выщелачивает компоненты бетона. Это ведет к изменению геохимической обстановки среды в приконтурной зоне сооружения. На контакте хранилища с нарушенными грунтами воды из нейтральных (рН 6,5 — 7,6) переходят в слабощелочные с величиной рН 8—9,5. Отобранные пробы воды подвергались лабораторным исследованиям для определения содержания различных химических элементов (табл. 2).
Результаты исследований показывают, что в нарушенных грунтах происходит повышение содержания ионов отдельных химических элементов: бора от 41 до 520 мг/л (в водных
Т а б л и ц а 2
Результаты химического анализа проб воды приконтурной зоны хранилища
Компонент Концентрация компонента, мг/л
Скважина 1 Скважина 2 Скважина 3
B3+ 90 41,3 521
Na+ 497,5 1163,5 475,8
K+ 104 588 20
NO3" 380 125 212,5
SO42- 97,5 35,3 31,2
вытяжках из грунтов естественного сложения не обнаружен); Na+ и К+ — соответственно до 1160 и 588 мг/л (в естественных породах оба элемента на уровне 40—60 мг/л); N0^ и S042- —соответственно до 380 и 97 мг/л (в естественных породах обнаружены в незначительных количествах). Во вмещающих породах рассматриваемые химические элементы представлены в небольших количествах или отсутствуют, в то же время они значимо входят в состав материала конструкции хранилища и матрицы РАО. Высокие уровни содержания этих химических элементов указывают на химическую деградацию защитных барьеров сооружения (его конструкции и матрицы РАО).
Геофизические исследования и буровые работы выявили наличие трещин в конструкции хранилища РАО [2].
В ы в о д ы. 1. В процессе строительства и эксплуатации хранилищ РАО происходит нарушение естественной структуры и свойств вмещающих пород приконтурной зоны, что приводит к снижению их плотности и повышению проницаемости. 2. Нарушенные грунты аккумулируют атмосферные осадки, что приводит к повышению уровня грунтовых вод в приконтурной зоне сооружения. 3. Накопленные воды оказывают разрушающее воздействие на конструкцию сооружения, что вызывает химическую деградацию конструктивного материала хранилища. 4. При долговременной локализации РАО в хранилищах приповерхностного типа под воздействием внешних природных факторов происходит нарушение защитных инженерных барьеров. 5. Современное состояние защитных барьеров хранилища РАО не может надежно обеспечить экологическую безопасность долговременной локализации РАО в рассматриваемом сооружении. 6. Для повышения экологической безопасности хранилища РАО необходимо
разработать и внедрить мероприятия, направленные на повышение защитных свойств инженерных барьеров сооружения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В. и др. Основы гидрогеологических расчетов М.: «Недра», 1969.
2. Веселое Е.И. // Тезисы доклада. Региональные курсы МАГАТЭ по методологии оценки безопасности
приповерхностных хранилищ. 24 июня—5 июля 2002 г. Москва.
3. Веселов Е.И., Баринов А.С., Флит В.Ю. и др. // Безопасность окружающей среды. 2006. № 3. С.
38—40.
4. Лысенко М.П. Глинистые породы Русской платформы. М.: «Недра», 1986.
Поступила 12.01.09
УДК 621.039.86
В.В. Мартьянов
О КАЧЕСТВЕ СВОЙСТВ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ В ПРОЦЕССЕ СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ХРАНИЛИЩ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО УРОВНЯ АКТИВНОСТИ
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Приводятся сведения об изменении свойств природного (геологического) барьера в процессе сооружения и эксплуатации хранилищ радиоактивных отходов. Отмечено увеличение водопроницаемости верхней части площадки размещения радиоактивных отходов более чем в 10 раз, формирование антропогенного (техногенного) водоносного горизонта и изменение направления фильтрационного потока. На основе моделирования процесса миграции радионуклидов установлена возможность более интенсивного перемещения радионуклидов в недрах.
Ключевые слова: радионуклиды, приповерхностные хранилища радиоактивных отходов, геологический барьер, миграция радионуклидов.
V.V. Martianov. On quality grade of geologic barriers in construction and running the near-surface depots for radioactive waste with low and medium activity. The article contains data on changed state of natural (geologic) barrier in construction and running the depots for radioactive waste. The authors stress over 10-fold increased water-permeability of upper part of radioactive waste placement ground, formation of antropogenous (technogenic) water-bearing level and changed filtration flow direction. Based on radionuclides migration modelling, the authors determined possibility of more intensive relocation of radionuclides in subsoil.
Key words: radionuclides, near-surface depots for radioactive waste, geologic barrier, radionuclides relocation.
Главной задачей безопасного обращения с радиоактивными отходами (РАО) является их надежная изоляция от окружающей среды. Время изоляции РАО определяется тем периодом, в течение которого они остаются опасными для человека. Для РАО низкого и среднего уровня активности этот период времени составляет около 300 лет (10 периодов полураспада 137Св и 9^г). Надежная изоляция отходов достигается их размещением в специальные хранилища, состоящие из нескольких искусственных и естественных
барьеров, предотвращающих попадание радионуклидов в окружающую среду.
Согласно существующим нормативным документам и рекомендациям МАГАТЭ [6], хранилища РАО могут сооружаться в высокопроницаемых грунтах зоны аэрации (пески, песчаники, супесь), а также в низко-проницаемых грунтах (глины, суглинки, скальные породы, каменная соль), в многолетнемерзлых грунтах.
Считается, что наиболее приемлемыми для сооружения хранилищ РАО являются низко-
