CC BY
127
УДК 622:(24):.004.4 А.Э. Кокосадзе
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ЗАХОРОНЕНИЯ ОПАСНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
Дано описание опасных промышленных отходов, показана необходимость их подземного захоронения на основе опыта создания подземных хранилищ радиоактивных отходов. Представлены требования к инженерным барьерам и буферным материалам. Ключевые слова: опасные промышленные отходы, подземное хранилище, инженерный барьер, буферные материалы.
Семинар № 10
~И~Т роблема обращения с опасными
Л- -* промышленными отходами (ОПО) и захоронения их представляет сложную экологическую и технологическую задачу.
Эта проблема усугубляется значительными объёмами отходов, величины которых постоянно растут из-за непринятия мер по уничтожения наиболее опасных из них.
По экспертным оценкам величина опасных промышленных отходов в России составляет от 80 до 100 миллиардов тонн, из них более 17 миллионов тонн представляют собой особо опасные промышленные отходы (ООПО), которые не могут быть переработаны и требуют незамедлительного и окончательного захоронения, желательно подземного.
Считается, что примерно 20—25 % отходов может быть переработано и заново использовано в промышленности.
Значительную проблему представляет бытовой мусор, объёмы которого постоянно растут из-за непринятия мер по его утилизации, Установлено, что примерно 60 % объёмов работ по утилизации бытового мусора приходится на его сортировку. Эта проблемы никак не решается. Попытки приучить граждан
класть мусор в различные мусорные баки и тем самым сортировать ни к чему в условиях Москвы не привела. Некоторые эксперты полагают, что через несколько лет Москва захлебнётся от не-переработанного мусора, если не будут приняты решающие меры по его переработке и уничтожению. Использование мусоросжигающих заводов, исходя из зарубежного опыта, не приведёт к нужному результату.
При обращении с ОПО следует руководствоваться Нормами проектирования полигонов по обезвреживанию токсичных промышленных отходов (СНиП 2.01.28—85).
Полигоны являются природоохранными сооружениями и предназначены для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов промышленных предприятий, научно-исследовательских организаций и учреждений.
Классификация (перечень) и токсичность отходов (класс опасности) определяются в соответствии с Классификатором токсичных промышленных отходов и Методическими рекомендациями по определению токсичности таких отходов [1].
В составе полигона обычно предусматривают завод по обезвреживанию токсичных промышленных отходов, участок захоронения токсичных промышленных отходов и гараж специализированного автотранспорта, предназначенного для перевозки токсичных промышленных отходов.
Промышленные токсичные отходы, поступающие на полигон, по своим физико-химическим свойствам и методам переработки подразделяются на 13 групп. Основными из них являются шламовые осадки очистных сооружений, содержащие мышьяк отходы, органические горячие отходы, сильнодействующие ядовитые вещества и т.д. [1].
Размещение полигонов должно осуществляться по территориальному признаку и предусматриваться при разработке схем и проектов районной планировки.
Полигоны следует размещать
• на площадках, где возможно осуществление мероприятий и инженерных решений, исключающих загрязнение окружающей среды;
• с подветренной стороны по отношению к населённым пунктам и зонам отдыха ниже мест водозабора питьевой воды, рыбоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы;
• на землях несельскохозяйственного назначения или непригодных для сельского хозяйства либо на сельскохозяйственных землях худшего качества;
• в соответствиями с гидрогеологическими условиями, как правило на участках со слабофильтрующими грунтами с залеганием грунтовых вод при их наибольшем подъёме, с учётом подъёма воды при эксплуатации полигона не менее 2 м от нижнего уровня захоронения отходов [1].
Эти же требования относятся к полигонам, располагаемым под землёй [2].
Использование для окончательного захоронения ООПО может быть осуществлено с использованием опыта подземного захоронений опасных радиоактивных отходов. Следует отметить, что наиболее опасные высокоактивные радиоактивные отходы и облученное ядерное топливо должны быть захоронены только в подземных условиях. Этот факт отмечен во всех рекомендациях Международного агентства по атомной энергии (МАГ АТЭ) и принимается к исполнению всеми работниками ядерной отрасли.
В настоящее время выполнен значительный объём научно-исследовательских [2, 3] и проектных работ по строительству подземных долговременных (сотни и тысячи лет) РАО.
По рекомендациям МАГАТЭ наиболее подходящими для размещения долговременных подземных хранилищ признаны массивы кристаллических пород, глины и соляные купола.
Общепризнано, что хранилище РАО должно строиться по принципу многоступенчатой защиты (барьеров), последним из которых является окружающий массив пород [3].
Исследования геологического характера последнего времени показали, что ранее считавшиеся пригодными массивы кристаллических пород не являются идеальной средой для хранилищ, т.к. обладают многочисленными трещинами и нарушениями. под воздействием радиационных и химически процессов в них происходит необратимое понижение их физико-механических и, особенно, изоляционных свойств.
Что касается глинистых пластов, то последние исследования показали, что даже под воздействием низкоактивных радиоактивных отходов происходят не-
обратимые процессы их разложение и они становятся непригодными создания в них высоконадёжных подземных хранилищ..
Соляные отложения по результатам некоторых исследователей, которые поддерживаются не всеми специалистами, имеют многочисленные микротрещины, в них происходят явления дила-тансии, что не позволяет считать эти соляные купола надёжной средой для размещения подземных хранилищ.
Таким образом, в современных условиях следует считать, что основным барьером для проникновения в биосферу ОПО являются инженерные барьеры.
В идеале многоступенчатый барьер, созданный по принципу «матрёшки» должен базироваться на положении, что выход из строя в силу каких-либо причин одного или нескольких барьеров, остальные должны обеспечить надёжную эксплуатацию системы в течение всего периода работы хранилища — сотни и тысячи лет.
Так для хранилища высокоактивных отходов как и особо опасных промышленных отходов следует считать, что отходы помешаются в стальную оболочку, которая снаружи покрывается карбидом кремния как надёжной химической и водонепроницаемой изоляцией. Далее эти оболочки помещаются в основной инженерный барьер, представляющей собой сталебетонную конструкцию, первый слой которой выполнен их химически стойкого бетона, далее следует замкнутая оболочка из нержавеющей стали и слой обычного бетона. За этим следует барьер в виде бентонита, который создаст химически и водонепроницаемую конструкцию. После этого вся конструкция помещается под землю в массив пород. Такая семибарьерная система должна обеспечить надёжную изо-
ляцию ООПО в течение всего периода эксплуатации хранилища.
К материалу барьеров предъявляются строгие требования прогноза неизменности или предсказуемого изменения свойств материалов, особенно в части их прочностных и изоляционных свойств. Так железобетон является материалом, который успешно используется в строительстве более 100 лет. Его свойства достаточно хорошо изучены и могут быть надёжно прогнозируемые для работы в течение длительного времени. Сталь успешно применяется человеком в течение многих сотен лет и её свойства могут быть также надёжно прогнозируемы. Конструкции стальной лист- железобетон успешно применяются в самых надёжных конструкциях строительства. Бентонит достаточно хорошо изучен и находит широкое применении в строительстве в качестве гидроизоляционного материала. Использование его в качествен химически стойкого материала. должно быть проверено экспериментально. Карбид кремния считается надёжным химически стойким материалом и широко применяется в промышленности. Таким образом, у строителей имеется достаточно широкий выбор материалов для создания инженерных барьеров, которые могут успешно работать в течение длительного времени.
Независимо от типов и выполняемых функций отдельные элементы системы инженерных барьеров на протяжении всего периода эксплуатации хранилища в течение сотен и тысяч лет должны:
• исключить проникновение подземных вод в отходы;
• передавать тепло и рассеивать его в массиве вмещающих пород;
• препятствовать распространению деформаций и разрушению самих барь-
еров и горных пород под воздействием техногенных нагрузок;
• исключать распространение движения подземных вод и образующихся газов в пределах участка размещения отходов, задерживать выщелачивание из отходов;
• обеспечивать физическую защиту материала отверждённых отходов;
• обеспечивать заполнение свободного пространства между упаковками отходов и стенками камер захоронения с целью предотвращения разрушения и сдвижения пород в ближней зоне;
• обеспечивать размещение всех элементов хранилища в геологической толще с учётом требований к надёжности и безопасной изоляции отходов;
• обеспечивать изъятие отходов из мест их размещения в случае необходимости;
• обеспечивать противокоррозийные условия для пеналов с отходами;
• выполнять функции сорбирующего материала в случае повреждения пеналов в результате коррозии;
• обосновывать химическую безопасность отходов на концепции разумного риска;
• обеспечивать возможность создание в конструкциях барьеров систем мониторинга на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
• допускать при необходимости возможность усиления конструкций инженерных барьеров в случае повреждения каких-либо элементов барьеров [1].
Основной функцией материала, содержащего отходы, является снижение во времени количества и химической и ядовитой активности до величин, обусловленных медленным разрушение. Упаковки с отходами состоят из самих отходов, контейнеров, а в ряде случаев из дополнительной упаковки, адсорбирующего материала и химических реагентов. Дополнительная упаковка дела-
ется для увеличения срока сохранения целостности материала отходов и замедления коррозии материалов па запланированный срок. В ряде случаев срок службы контейнеров и упаковочных материалов планируется на срок более 1000 лет. Основная функция контейнеров и других упаковочных материалов — обеспечение изоляции содержащихся в них отходов на определённый длительный срок. Они являются также средством химической защиты во время технологических операций. При изоляции отходов на длительный срок особое внимание необходимо уделять коррозионным процессам и определять допуск на коррозию.
Наиболее важными характеристиками буферных материалов, из которых выполняются инженерные барьеры, являются:
• низкая проницаемость на протяжении всего периода работы хранилища;
• необходимая прочность:
• пластическая деформируемость;
• способность к набуханию для заполнения пространства между контейнерами и вмещающей породной средой:
• устойчивость к тепловым и радиационным воздействиям;
• высокая теплопроводность;
• неизменность всех закладываемых в проект свойств материалов на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
• возможность размещения в материалах элементов мониторинга, необходимого для наблюдением за свойствами материалов на протяжении всего периода эксплуатации хранилища;
• возможность улучшения свойств буферных материалов при необходимости в случае их повреждений в процессе эксплуатации элементов конструкции хранилища [1].
Свойства химически стойких от щелочных сред достаточно хорошо учены и успешно применяются химической промышленности. Считается, что использование обычных по составам бетонов с добавки МБ-01 (разработчик НИИЖБ) позволяет получать бетоны с водонепроницаемостью до 20 при испытаниях на кубиках и с высокими антикоррозионными свойствами. Получить кислотостойких бетонов в настоящее время невозможно.
Вероятно, их создание возможно с использованием каких-то полимерных материалов, обладающих долговременными характеристиками.
Технология создания подземных хранилищ в настоящее время достаточ-
1. Шишиц И.Ю. Обеспечение экологической безопасности при изоляции промышленных и радиоактивных отходов. Издательство МГГУ. Издательство «Горная книга».304 с.
2. Чесноков С.А., Фридкин В.М., Кокосадзе А.Э. и др. Новые возможности создания инженерных сооружений для обеспечения экологической и антитеррористической безопасности при промышленной утилизации некоторых видов технической продукции//Сб Докладов на тематических научно-практической конференциях и круглых столах Международного научно-технического
но хорошо отработана и выполняется как с использованием горных способов ведения работ, так и с использованием тоннелепроходческих комбайнов, позволяющих механизировать горнопроходческие работы. Хранилища могут выполняться как в вертикальной компоновке (в шахтных стволах), так и в горизонтальных выработках (кавернах).
Таким образом опыт проектирования подземных хранилищ высокоактивных отходов и облученного ядерного топлива может быть использован для создания хранилищ особо опасных промышленных отходов.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
конгресса по безопасности «Безопасность — основа устойчивого развития регионов и мега-полисов».Россия. М.. Октябрь-ноябрь 2006.С.57-61.
3. Чесноков С.А., Фридкин В.М., Кокосадзе А.Э. и др. Геомеханические аспекты конструирования хранилищ высокоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива в глубинных геоформациях с инженерными барьерами повышенной надёжности// Известия Тульского Государственного Университета. Серия «Геомеханика. Механика подземных сооруже-ний».Вып.4.Тула. Изд-во ТулГУ.2006.С.211-218. ШЮЗ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------
Кокосадзе А. Э. — инженер, зам. генерального директора ЗАО «Институт Оргэнергострой», член Ядерного общества России, e-mail: [email protected]
А
