CC BY
17алистам Центра пришлось столкнуться с такой проблемой, как радиоактивные деньги. Однако впервые этой проблеме пришлось уделять внимание благодаря бдительности домохозяйки, проживающей в Москве на Малой Филевской улице. Проверяя своим собственным бытовым дозиметром продукты, она обнаружила загрязненные денежные купюры достоинством 10 тыс. руб. При обследовании специалистами оказалось, что все 19 купюр радиоактивно загрязнены и создают мощность экспозиционной дозы гамма-излучения — до 22 000 мкР/ч.
После, по просьбе Центрального банка России, специалистами Центра были проверены все его двенадцать центральных расчетно-кассовых центров. Чуть позже подвергли проверке и коммерческие банки. При проверке были обнаружены около семидесяти радиоактивных купюр с разной интенсивностью гамма-излучения. Мощности экспозиционных доз гамма-излучения от них колебались от 12 000 до 300 000 мкР/ч, но была одна купюра.
обнаруженная в банке г. Электросталь Московской обл., которая излучала 2 Р/ч.
Проблемы с продуктами питания, загрязненными РВ вследствие аварии на Чернобыльской АЭС, имеют место и в настоящее время. Это, как правило, клюква, черника и сушеные грибы. На санкционированных рынках органы Ветеринарной службы осуществляют постоянный радиационный контроль содержания РВ в продуктах питания, и все продукты, где превышены допустимые нормы, по предписанию ветеринаров изымаются сотрудниками Центра и отправляются на утилизацию. Все загрязненные предметы, оборудование, грунт и т. п. отправляют для переработки и длительного хранения на специальный завод и полигон ГУП МосНПО «Радон», отвечающий всем, в том числе и международным, требованиям радиационной безопасности, где их подвергают различным видам переработки.
Поступила 15.12.05
УДК 613.62:621.039.7
С.А. Дмитриев, Ф.А. Лифанов, А.П. Кобелев, А.Е. Савкин
ОПЫТ ОБРАЩЕНИЯ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ В ГУП МосНПО «РАДОН»
ГУП МосНПО «Радон», Москва
В целях сокращения объема радиоактивных отходов (РАО) для длительного хранения в МосНПО «Радон» в зависимости от качественного состава отходов используют методы фильтрации и селективной сорбции радионуклидов, электродиализа, моноселективной очистки, сжигание, плазменное сжигание и прессование. В целом на установках различного типа переработано более 50 тыс. м3 отходов. Указанные технологии могут найти широкое применение на радиохимических производствах и других объектах ядерной энергетики.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, технологии переработки, переработка илов, МосНПО «Радон».
S.A. Dmitriev, F.A. Lifanov, A.P. Kobelev, A.E. Savkin. Experience accumulated by «RADON» Industrial Research Association in treating radioactive waste. To reduce volume of radioactive waste for long storage, specialists in «RADON» Industrial Research Association according to qualitative contents of the waste use methods of filtration and selective sorption of radionuclides, electrolysis, monoselective purification, burning, plas-mic burning and pressing. Overall volume of the waste processed by various plants exceeds 50 thousand cubic meters. The mentioned technologies could be widely used in radiochemical works and other nuclear energy plants.
Keywords: radioactive waste, processing technologies, slit processing, «RADON» Moscow Industrial Research Association.
В МосНПО «Радон» поступают жидкие и твердые РАО, образующиеся в клиниках, научно-исследовательских институтах и предприятиях Центрального региона России, которые не связаны с ядерно-топливным циклом. Морфология отходов по своему составу близка к морфологии отходов АЭС и радиохимических предприятий. Удельная активность отходов, поступающих на переработку, составляет от 1 Е+5 до 1 Е+11 Бк/кг.
Для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) используют остекловывание, цементирование, различные методы очистки.
Для кондиционирования ЖРО с высоким со-лесодержанием (> 100 г/л) среднего уровня активности используют два метода: остекловывание и цементирование.
Результаты, полученные при отработке процесса остекловывания на пилотных установках и опытных стендах, позволили приступить к созданию полномасштабной опытно-промышленной установки остекло-вывания на базе плавителя «холодный тигель».
Функционально схема установки разбита на следующие узлы: приема ЖРО, концентрирования, подготовки стеклообразующих добавок, приготовле-
ния шихты, подачи шихты в плавитель, блок пла-вителей, печь отжига стеклоблоков с системой выгрузки, система газоочистки. Кроме того, имеется ряд вспомогательных систем, обеспечивающих работу установки: энергопитания, пробоотбора, радиационного и технологического контроля и т. д. В данной схеме использован принцип двухстадийной организации процесса. Суть его в предварительном концентрировании жидких отходов и подаче шихты в плавитель в виде суспензии влажностью 22—25 масс. % в смеси со стеклообразующими добавками. Процент влажности выбран из условия достаточного растекания шихты по поверхности расплава стекла и относительно небольших величин уноса радионуклидов и других компонент шихты с отходящими газами из плавителя.
ЖРО из приемной емкости насосом подаются в сборник концентрата. Концентрирование проводится в замкнутом цикле: роторный испаритель — сборник концентрата до расчетной концентрации. Полученный концентрат самотеком поступает в смеситель пасты, куда из бункера шнековым питателем подается смесь стеклообразующих добавок. Готовая паста при помощи перистальтического насоса подается в плавитель.
Стекло периодически сливается из плавителя в металлические контейнеры, проходит тепловую обработку в печи отжига и отправляется на захоронение.
Система очистки отходящих газов удаляет из них радионуклиды и химически вредные элементы. Продукты уноса с первых ступеней очистки возвращаются в начало процесса. Возможна работа в режиме получения азотной кислоты для технологических целей.
Основные технические характеристики установки: Производительность
по жидким отходам, м3/ч, 0,3—0,4
Производительность
одного плавителя, кг/ч 20—25
Количество плавителей 3
Выходная мощность генератора, кВт 160
Рабочая температура, °С 1100—1250
Удельные затраты
на плавление, кВт-ч/кг стекла 4—5
На установке производят плановую переработку ЖРО с 1999 г.
Цементирование ЖРО
Установки цементирования в стационарном и мобильном вариантах, оборудованные различными типами смесителей, используют для кондиционирования ЖРО с солесодержанием до 600 г/л. На установках цементирования переработано более 100 тыс. м3 ЖРО. Разработаны рецептуры цементного компаунда для отверждения кубовых остатков АЭС с реакторами ВВЭР и РБМК, ионообменных смол и перлита.
Как правило, в установках цементирования с объемным смесителем периодического действия используют весовое дозирование цемента, добавок и объемное дозирование ЖРО.
Основными компонентами установки являются:
1) силос для приема и временного хранения цемента;
2) винтовой конвейер для подачи цемента в дозатор цемента;
3) дозатор цемента (весовой) для формирования порции цемента на один замес;
4) винтовой конвейер для подачи цемента в смеситель;
5) дозатор объемный для формирования порции ЖРО на один замес;
6) центробежный насос для подачи ЖРО в дозатор объемный;
7) смеситель для приготовления цементного раствора;
8) перистальтический насос для выгрузки цементного раствора из смесителя;
9) узел сыпучих добавок для подачи в смеситель.
Основные технические характеристики установки представлены в табл. 1.
Цементирование используют для кондиционирования золы с установок сжигания и некоторых других твердых отходов с помощью высокопроникающих цементных растворов. В придонную часть контейнера с отходами подают цементный раствор, который заполняет пустоты между частицами отходов.
Очистка ЖРО. Очистка низкосолевых ЖРО. Для переработки низкосолевых ЖРО на многочисленных объектах, рассредоточенных на территории страны и имеющих сравнительно небольшие объемы радиоактивных вод, используют мобильные модульные установки.
Набор (или парк) автономных водоочистных и некоторых других вспомогательных модулей образует некоторую динамичную структуру мобильной установки. Состав парка модулей можно дополнять, изменять, сокращать. Комбинируя последовательность и состав модулей в каждой отдельной кампании по очистке жидких отходов, можно достаточ-
Т а б л и ц а 1
Технические характеристики блочной установки цементирования РО
Наименование критерия Показатель
Производительность установки по цементному раствору, м3 /ч До 4
Производительность, 200-л бочек/ч 10—15
Рабочий объем смесителя, м3 0,5
Рабочее раствороцементное отношение 0,5—1,5
Точность дозирования компонентов: дозатор цемента, не более % (вес) дозатор объемный, не более % (об.) узел сыпучих добавок, не более, % (вес) 2 3 2
но простым путем добиться оптимизации технологической схемы установки.
В транспортном состоянии модульная установка собирается в один или несколько транспортных контейнеров. По прибытии на объект она разворачивается в небольшой водоочистной завод путем расстановки модулей в желаемую конфигурацию и связывания их между собой гибкими рукавами, силовыми кабелями, кабелями КИПиА и другими коммуникациями.
В каскаде водоочистных модулей ЖРО очищают от радионуклидов и других токсичных примесей до уровней, определяемых нормативными документами (для радионуклидов, за исключением трития, до допустимой удельной активности воды, определяемой НРБ—99, для других токсичных примесей
— до предельно-допустимой концентрации, определяемой отраслевыми и местными нормативами). Очищенную воду направляют в контрольную емкость для анализа, определяющего возможность сброса очищенной воды в промканализацию. В случае повышенного уровня загрязненности очищенной воды по отдельным показателям ее направляют на доочистку в каскад водоочистных модулей.
Концентраты из каскада водоочистных модулей, которые представляют собой, прежде всего, сорбенты и рассолы, направляют в модуль кондиционирования вторичных РО.
Практический опыт МосНПО «Радон» использования передвижных установок различного типа, накопленный по очистке жидких отходов, таков, м3: Львовский спецкомбинат «Радон» (Украина) — 180, Рижский (Латвия) — 120, Саратовский — 250, Волгоградский — 1500, Нижегородский — 200, предприятие по ремонту атомных подводных лодок
— ГМП «Звездочка» (г. Северодвинск) — 1255.
Очистка кубовых остатков АЭС. Для переработки кубового остатка АЭС совместно с ГП ВНИИАЭС и ЗАО «РАОТЕХ» разработана технология ионоселективной очистки (ИСО). Сущность метода заключается в следующем. Кубовый остаток после отделения взвесей подвергают предварительной обработке перед селективной сорбцией радиоцезия. Предварительная обработка включает две стадии: озонирование и отделение образующегося при этом осадка. Целью предварительной обработки является:
— разрушение органических комплексов, связывающих радионуклиды кобальта, марганца и других переходных металлов;
— разрушение «органики», отравляющей селективные сорбенты;
— отделение образующегося осадка, на котором концентрируется основная доля (> 99%) радионуклидов кобальта, стронция, марганца и др.
Раствор после предварительной обработки направляют на селективную сорбцию цезия на сорбентах. Сорбцию производят в двух последовательно соединенных аппаратах. Технология прошла апробацию на стендовых установках Кольской АЭС,
МАЭК (Казахстан, Актау) и опытной установке ИСО на первой в мире АЭС (г. Обнинск).
В схеме переработки кубовый остаток из емкостей для хранения насосом закачивают в приемный бак через фильтр МФ. После подогрева и корректировки рН приступают к озонированию. Необходимая поверхность массообмена между озоном и кубовым остатком создается с помощью эжектора. Кубовый остаток циркулирует по контуру: насос — эжектор — бак. После завершения озонирования приступают к фильтрации. Для этого сначала корректируют рН до значения 8—10, а затем насосом подают проозонированный кубовый остаток в узел микрофильтрации для отделения осадка, образовавшегося при озонировании. Из баков фильтрата кубовый остаток насосом-дозатором прокачивают через два последовательно соединенных фильтра-контейнера с сорбентом в контрольную емкость Е4. В случае если объемная активность кубового остатка выше установленного уровня, его насосом направляют на доочистку от Cs . Если объемная активность кубового остатка ниже установленного уровня по Cs, кубовый остаток, очищенный от радионуклидов, направляют на отверждение.
После выработки ресурса первого по ходу раствора фильтра-контейнера производят его отключение. Второй фильтр-контейнер становится первым, свежий — вторым и т. д. Отработавший фильтр-контейнер направляют в хранилище твердых отходов.
Концентрат из узла микрофильтрации направляют на цементирование.
Результаты испытаний опытной установки очистки на первой в мире АЭС (г. Обнинск) представлены в табл. 2.
Как видно из представленных результатов, предлагаемая технология позволяет очищать кубовые остатки АЭС от радионуклидов и значений ниже нормативных.
В настоящее время МосНПО «Радон» совместно с другими организациями проводит проектирование промышленных установок производительностью 500 л/ч для Курской, Кольской и Калининской АЭС.
Переработка илов
Для переработки илов, загрязненных радионуклидами, разработан следующий способ. Ил дозируют на конвейерную ленту электрической печи. В ней происходит сжигание органической составляющей и испарение свободной воды. Отходящие газы направляют в блок газоочистки. Спек радиоактивного ила измельчают и выгружают в 200-л контейнер. В нем дробленный спек пропитывают высокопроникающим цементным раствором, и после выдержки направляют на длительное хранение.
Переработка твердых радиоактивных отходов
Твердые радиоактивные отходы (ТРО) на местах образования или в «Радоне» сортируют по мощности дозы (удельной активности) и делят на 3 категории: 1 — условно «нерадиоактивные», 2 — низко и среднеактивные (НАО + С АО), 3 —
Т а б л и ц а 2
Результаты испытаний опытной установки очистки кубового остатка (КО) АЭС от радионуклидов в ФЭИ, г. Обнинск (производительность установки 100 л/ч)
Тип ЖРО Объемная активность исходного раствора, Ки/л Солесодержание, г/л Объемная активность раствора, Ки/л
После озонирования и фильтрации После сорбции
КО Курской АЭС C s 13 7 — 9,1 • Е-5 320 C S 13 7 — 9,1 • Е-5 C s 13 7 — < 1 • E-9
Co 60 — 3,7 • Е-7 C o60 — < 1,0 • E-9 Co60 — < 1 • E-9
Mn 5 4 — 3,1 • Е-7 M n 5 4 — < 1,0 • E-9 M n 5 4 — < 1 • E-10
КО Калининской АЭС C s 1 37 — 9,6 • Е-5 150 C s 13 7 — 9,6 • Е-5 C s 13 7 — < 1 • Е-9
C s 13 4 — 4,2 • Е-5 C s 13 4 — 4,2 • Е-5 C s 1 37 — < 1 • Е-9
Co 60 — 1,1 • Е-5 Co 60 — 1,5 • Е-9 C o 60 — 1,1 • Е-9
Mn 5 4 — 5,9 • Е-6 Mn 5 4 — < 1 • Е-9 Mn 5 4 — < 1 • Е-9
высокоактивные. Нерадиоактивные отходы направляют на временное хранение в специально отведенных местах.
НАО и CAO делят по морфологическому составу и способу переработки. Сначала условно на горючие и негорючие. Горючие отходы, в состав которых входят некоторые типы фильтров и фильтровальных тканей, органические отходы, спецодежда, ветошь и др., могут быть переработаны на установках сжигания или плазменного сжигания. Установки сжигания для переработки горючих твердых отходов эксплуатируют в «Радоне» с 70-х гг. XX в.
В основе установки лежит двухкамерная печь. В одной камере происходит сжигание отходов на колосниковой решетке, а в другой — осаждение и дожиг крупнодисперсных фракций аэрозолей. Дымовые газы очищают в системе сухого типа, включавшей охлаждение, грубую и тонкую фильтрацию газов.
Производительность печи составляет 80 кг/ч, температура в камере сжигания — 900—950 °С, удельный расход жидкого топлива — до 0,25 кг/ кг отходов, коэффициент сокращения объема — 30—100, коэффициент снижения объемной активности дымовых газов после системы газоочистки — не менее 1000.
К недостаткам установок следует отнести получение трех типов продуктов переработки в некон-диционированном виде (зола, сажа, конденсат).
Эти вторичные отходы необходимо кондиционировать, для чего обычно используют цементирование.
Однако горючие отходы можно перерабатывать на установках сжигания с плазменными источниками нагрева. Это позволит получить непосредственно в печи кондиционированный продукт в виде стек-лоподобного шлака, значительно превосходящий по своим свойствам цементный компаунд. Использование плазменного сжигания позволит значительно расширить морфологию перерабатываемых отходов и увеличить коэффициент сокращения объема по сравнению с традиционным сжиганием. На таких установках помимо горючих отходов можно перерабатывать строительный мусор, теплоизоляцию, стекло,
некоторые металлические отходы. Массовая доля негорючих составляющих может достигать 30 %.
Установки сжигания с плазменным нагревом разработаны в РНЦ «Курчатовский институт» и ГУП МосНПО «Радон». В ГУП МосНПО «Радон» эксплуатируется опытно-промышленная установка производительностью 60—80 кг/ч и проведены пуско-наладочные испытания промышленной установки производительностью 250 кг/ч.
Упаковки с отходами загружают в шахту печи до ее заполнения, далее в ходе переработки уровень отходов в шахте поддерживают постоянным. Шахта обогревается дуговым плазменным источником нагрева, в качестве плазмообразующего газа используется воздух. В ходе переработки отходы в шахте последовательно проходят стадии сушки, газификации, горения, неорганическая часть отходов (шлак) плавится и поступает в зону накопления и гомогенизации расплава. Накопленный шлаковый расплав сливают через стопорный узел слива в приемные контейнеры. Одновременно со смешанными твердыми отходами в шахтной печи могут перерабатываться горючие ЖРО (отработанные масла и т. п.), подаваемые в нижнюю часть шахты через отдельную форсунку. Отходящие газы направляют в комплексную систему газоочистки, включающую узлы высокотемпературного дожигания твердых и газообразных горючих компонентов, химической и каталитической нейтрализации агрессивных и токсичных компонентов, двухступенчатой схемой улавливания радиоактивных аэрозольных частиц. Технология комплексной очистки газовых выбросов обеспечивает эффективное снижение концентрации радиоактивных и вредных химических веществ, в том числе таких высокотоксичных, как полихлори-рованные дибензо-п-диоксины и дибензофураны (диоксины), полициклические ароматические углеводороды и др., до санитарных нормативов.
Для прессования негорючих отходов в России используются прессы с усилием 100 и 1500 т. Такие прессы используются в МосНПО «Радон» и строятся на Смоленской и Балаковской АЭС. Закончено строительство установки на первой в мире АЭС (г. Обнинск) с усилием пресса 100 т. Спрес-
сованные брикеты укладывают дистанционно в контейнер и направляют в ХТРО.
Для прессования таких отходов, как пластикат и аэрозольные фильтры, разработан технический проект на установку, включающую узлы измельчения и горячего прессования. Узел горячего прессования может быть выполнен с использованием диэлектрического нагрева или нагрева через стенку.
Электрохимическую дезактивацию используют для металлических отходов. Установка дезактивации металлических отходов включает: модуль энергоснабжения, модуль электрохимической дезактивации, модуль очистки электролита от радионуклидов, модуль обезжиривания металлических поверхностей, модуль цементирования вторичных радиоактивных отходов, вентиляционный модуль, состоящий из трубопроводов, фильтра тонкой очистки и вентилятора, подсоединенных к узлам обезжиривания, электрохимической дезактивации, промывки и цементирования вторичных радиоактивных отходов.
Специалистами предприятия начато проектирование сооружения специфической конструкции для длительного хранения кондиционированных форм отходов.
В соответствии со статусом предприятия статус нового сооружения определяется как «хранилище,
которое может быть преобразовано в могильник». Соответствующее решение будет принято в течение следующих 50 лет. В течение этого периода отходы будут храниться в извлекаемой форме. Затем возможны два сценария дальнейших действий:
— все содержимое хранилища перевозится в другое место;
— часть отходов перевозится в другое место, часть сооружения подвергается окончательной консервации, решается вопрос о дальнейшем использовании освободившейся части сооружения.
При размещении в хранилище отходы делятся на 2 потока: те, что с наибольшей вероятностью будут перевозиться для геологического захоронения или в федеральный могильник, и прочие. К первым относятся, например, отходы, загрязненные ураном или радием. Они преобразуются в кондиционированные формы с высокими эксплуатационными качествами и размещаются в хранилище обособленно. Ко вторым (прочим) относятся отходы, содержащие преимущественно короткоживущие Ь-, у-нуклиды.
Представленные технологии после адаптации могут найти широкое применение на АЭС и радиохимических производствах.
Поступила 15.12.05
УДК 621.039.7:54-116
В.И. Пантелеев, С.А. Дмитриев, И.А. Соболев, Ю.В. Карлин, В.И. Демкин, Д.В. Адамович, Ю.Т. Сластенников, В.А. Ильин
ПЕРЕРАБОТКА ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ГУП МОСНПО «РАДОН»
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Представлен опыт ГУП МосНПО «Радон» в области обращения с жидкими радиоактивными отходами (ЖРО). Показано, что деятельность ГУП МосНПО «Радон» развивается в трех направлениях — развитие технических средств для очистки радиоактивных вод в ГУП МосНПО «Радон», развитие передвижных установок для очистки радиоактивных вод в других организациях, разработка новых технологий для очистки ЖРО в рамках различных российских и международных проектов и договоров с различными организациями (в том числе связанных с эксплуатацией атомных электростанций и атомных подводных лодок).
Ключевые слова: очистка радиоактивных вод, атомная электростанция, спецкомбинат, передвижная установка.
V.I. Panteleyev, S.A. Dmitriev, I.A. Sobolyov, Yu.V. Karlin, V.I. Demkin, D.V. Adamovitch, Yu.T. Slastenni-kov, V.A. Ilyin. Processing of liquid radioactive waste by «RADON» Industrial Research Association.
The authors present experience accumulated by «RADON» Industrial Research Association in treating liquid radioactive waste. According to the presentation, activities of «RADON» Industrial Research Association develop in three directions — evolving technical means to purify radioactive waters in «RADON» Industrial Research Association, advancing mobile plants to purify radioactive waters in other institutions, elaborating new technologies for liquid radioactive waste purifications within numerous national and international projects and agree ments with various organizations (including those associated with nuclear power stations and nuclear submarines).
Keywords: radioactive waters purification, nuclear power station, special industrial complex, mobile plant.
За 45 лет существования ГУП МосНПО «Ра- ных вод, причем более 5000 м3 в других организа-дон» переработало более 250 тыс. м3 радиоактив- циях.
