CC BY
20сованные 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.
Все радиоактивные воды НПК ГУП МосНПО «Радон» условно можно разделить на пять групп: внешние (до 200 м3/год), воды после мойки спецтранспорта (до 1000 м3/год), сточные воды главного технологического корпуса (до 3000 м3/год), дренажные воды из колодцев площадки захоронения радиоактивных отходов (до 6000 м3/год), сточные воды спецпрачечной (до 100 м3/год, а после ввода в эксплуатацию спецпрачечной в НПК МосНПО «Радон» до 1000 м3/год). Поступающие на переработку ЖРО (преимущественно из Московской станции очистки) имеют повышенное солесо-держание (до 70 г/л) и направляются на отверждение без переработки.
До 10 % ЖРО, образующихся в ГУП МосН-ПО «Радон», направляют на цементирование без концентрирования. В основном это ЖРО с соле-содержанием более 20 г/л. Остальные ЖРО концентрируют на стационарной установке и передвижной установке «Аква-Экспресс».
Установка «Аква-Экспресс» предназначена для устранения различных последствий нештатных ситуаций, связанных с образованием радиоактивных вод, имеет небольшие габариты, но низкую производительность (до 1 м3/ч). Стационарная установка спецводоочистки производительностью до 4 м3/ч работает уже более 40 лет, базируется на традиционной ионообменной схеме водоочистки.
Очищенную до установленных санитарных норм воду используют в системе оборотного водоснабжения, а избыток очищенной воды сбрасывают в дренажную систему. Цементный компаунд, полученный на основе ЖРО, используют для заполнения полостей в емкостях твердых радиоактивных отходов (ТРО) и металлических бочках, используемых в качестве упаковок РО.
В 1997 г. на территории НПК ГУП МосНПО «Радон» начаты строительные работы по сооружению новой станции очистки ЖРО с производительностью до 10 м3/ч, что должно позволить полностью решить проблему ЖРО в ГУП МосНПО «Радон». Для очистки ЖРО предложено использовать технологию обратного осмоса, комбинированную с методами фильтрации и сорбции.
Кроме ГУП МосНПО «Радон» в различных регионах России имеются еще 15 других спецкомбинатов «Радон» (ранее в пределах СССР их было 34), из которых только Ленинградский спецкомбинат «Радон» имеет стационарную выпарную установку спецводоочистки с производительностью до 110 м3/сут. На остальных спецкомбинатах «Радон» установки спецводоочистки отсутствуют, и ГУП МосНПО «Радон» оказывает научно-технологическую и практическую помощь при очистке ЖРО.
В 1984 г. состоялся первый опыт очистки ЖРО Львовского спецкомбината «Радон». Для этого специалистами МосНПО «Радон» на Львовском спецкомбинате была смонтирована стационарная установка для очистки радиоактивной воды, которая представляла собой катионообменный фильтр с насосом.
Установка успешно очистила 180 м3 ЖРО до норм радиационной безопасности. Очищенная вода была сброшена в дренажную канаву промплощадки Львовского спецкомбината. Подобная ситуация повторилась в 1986 г. при очистке 600 м3 -6радиоактивных вод (удельная активность до 5 • 10- Ки/л, основ-
90 226I
ные загрязнители Бг, Яа) Волгоградского спецкомбината «Радон», а затем в 1987 г. — на Рижском спецкомбинате «Радон» очищено 120 м3 ЖРО с очень сложным химическим и радионуклидным составом (удельная активность до 5 • 10-6 Ки/л и со-лесодержанием до 3,5 г/л).
Использование варианта обращения с ЖРО, когда на каждом спецкомбинате создавалась стационарная водоочистная установка, оказалось экономически неэффективным, поэтому в 1985 г. возникла идея создания передвижной установки для очистки ЖРО с центральным базированием в МосНПО «Радон».
Возникает вопрос, почему следует использовать передвижные мобильные установки?
В общем случае для небольших объектов, на которых отсутствует спецводоочистка, можно рассматривать три возможных варианта обращения с ЖРО: 1) транспортирование от различных объектов к централизованному пункту их переработки; 2) переработка на стационарных установках, которые должны иметься или должны быть созданы на каждом объекте, связанном с образованием отходов; 3) переработка в местах их образования с помощью мобильной установки или нескольких установок.
Первый вариант при всей его привлекательности имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью транспортировки радиоактивных отходов в жидком состоянии. В случае возникновения аварийной ситуации возникает повышенная опасность радиационного загрязнения окружающей среды. Кроме того, при его реализации потребуется перевозить значительное количество отходов, а следовательно, будут и большие транспортные расходы.
Очевидно, что второй вариант наиболее дорогостоящий и невыгодный, так как места образования и хранения отходов даже в пределах одного предприятия могут быть значительно рассредоточены. Кроме того, реализация второго варианта связана с наибольшими капитальными затратами и наличием обученного персонала для эксплуатации этих установок.
Наиболее приемлем третий вариант в виде передвижных установок для переработки жидких отходов на региональных спецкомбинатах системы «Радон».
По результатам проведенных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в Мос-НПО «Радон» была изготовлена опытно-промышленная передвижная установка «ЭКО-1» для переработки низкоактивных ЖРО по патенту [2]. Установка смонтирована на автомобильном полуприцепе МАЗ и включает в себя три основных модуля: ультрафильтрационный модуль, электродиализный модуль и ионообменный модуль.
Установка легко модифицируется в соответствии с составом ЖРО, проста в управлении (обслужи-
вающий персонал 1—2 человека), выбранный рабочий режим установки поддерживается автоматически. Установка рассчитана на производительность до 24 м3/сут. Удельный расход электроэнергии в установке до 20 кВт • ч/м3. Габариты установки с полуприцепом 11,3 X 2,2 X 3,5 м. Вес установки в залитом водой состоянии не превышал 12 т [6].
В 1990 г. в МосНПО «Радон» проведены испытания передвижной установки на реальных ЖРО в целях определения ресурсных и технологических показателей отдельных узлов установки, а также отработки режимов и правил обслуживания установки персоналом. Исходная вода имела солесодер-жание около 0,5 г/л, объемную активность по а-нуклидам до 100 Бк/л, по Р-нуклидам до 13 Бк/л, жесткость до 0,4 мг-экв/л, содержание взвесей до 100 мг/л. В ходе испытаний было очищено 120 м3 ЖРО. Объем вторичных ЖРО при переработке составил около 1 м3 , из них 90 % приходится на рассол из электродиализатора — концентратора. Кроме того, была полностью заменена ионообменная смола в натрий-катионитовых фильтрах — 0,8 м3 и ультрафильтрационные мембраны в аппаратах —
менее 0,05 м3. Таким образом, удалось в 65 раз сконцентрировать радиоактивные отходы перед захоронением.
В 1991 г. в полевых условиях проведены комплексные испытания передвижной установки ЭКО-1 для обезвреживания ЖРО Волгоградского спецкомбината «Радон»[6]. Химический и радионуклид-ный составы ЖРО показаны в табл. 1.
Итоги полевых испытаний передвижной установки для переработки ЖРО представлены в табл. 2.
За весь период испытаний очищено до норм радиационной безопасности и сброшено на грунт около 600 м3 ЖРО Волгоградского спецкомбината. Объем вторичных отходов, к которым относятся регенераты и промывочные воды от двух регенераций ионообменных фильтров, а также рассол из электродиализатора-концентратора, не превышал 18 м3 (вместе с отработанными ультрафильтрационными мембранами, загрязненными вспомогательными материалами и одеждой). Доля вторичных отходов составила 3 % от общего объема очищенной воды.
Таким образом, показано, что получены эффективные решения проблемы обезвреживания ЖРО в полевых условиях.
Опыт работы был использован при очистке 200
м3 ЖРО Нижегородского спецкомбината «Радон»,
п / = 90с
содержащих р-нуклиды (основные из них Ьг и
У) и а-нуклиды (основной из них Иа). Активность этих радионуклидов превышала нормы радиационной безопасности в 10—100 раз. ЖРО представляли собой водный раствор сложного ионного состава низкого уровня минерализации. Средняя удельная активность сброшенной воды по Р-нук-лидам — 20—25 Бк/л.
Опыт эксплуатации установки ЭКО-1 показал, что технологический процесс имел ряд недостатков в основном из-за устаревшего оборудования. Поэтому установка ЭКО-1 была модернизирована, в частности в ней были установлены рулонные ультрафильтрационные аппараты и электродиализный аппарат ЭДМС-3170 [1].
В 1993 г. была разработана и изготовлена вторая передвижная установка «ЭКО-2». Установка «ЭКО-2» эксплуатируется в МосНПО «Радон» для очистки радиоактивных вод, накапливающихся в колодцах дренажной системы площадки захоронения радиоактивных отходов. Эта установка была использована для очистки ЖРО Волгоградского
Т а б л и ц а 1
Химический и радиохимический составы ЖРО Волгоградского спецкомбината «Радон»
Показатель Емкость Е1 Емкость Е2
Солесодержание, мг/л 472 500
Мутность, мг/л 50—100 50—100
рН 8,3 8
Ыа+, мг/л 143 125
Са 2+, мг/л 93 99
Ре, мг/л 5,3 3,6
Хлориды, мг/л 33 25
Гидрокарбонаты, мг/л 344 370
Сульфаты, мг/л 36 4
Синтетические поверхностно-активные вещества, мг/л < 0,05 < 0,05
X Р, Бк/л 380 9900
X а, Бк/л 0,5 37
2 26 Иа, Бк/л 0,7 36
90 Ьг + 22 У, Бк/л 260 9200
Т а б л и ц а 2
Результаты очистки воды от Р-нуклидов при переработке жидких отходов с исходной удельной активностью 13 300 Бк/л из емкости Е2
Место пробоотбора Удельная активность, Бк/л Коэффициент очистки стадии
После фильтрации на механических фильтрах 10 600 1,3
После ультрафильтрации 6130 1,7
После катионитовых фильтров 1940 3,2
После электродиализа 1380 1,4
После Н-катионитового фильтра 840 1,6
спецкомбината «Радон», Саратовского и Ростовского спецкомбинатов «Радон» [4].
В дальнейшем возникла совершенно новая задача, связанная с ликвидацией ЖРО, образовавшихся в процессе ремонта и утилизации атомных подводных лодок на предприятии Государственного Российского центра атомного судостроения в г. Северодвинске.
К 1996 г. хранилища ЖРО на ФГУП МП «Звездочка» оказались заполнены практически полностью. Накопление ЖРО на предприятии превратилось в серьезный фактор экологического риска, вызывающего социальную напряженность в г. Северодвинске как Центре атомного судостроения. Кроме того, отсутствие свободных объемов в емкостях для хранения ЖРО на ФГУП МП «Звездочка» — головном предприятии ГРЦАС по ремонту и утилизации АПЛ — практически привело к возможности остановки работы предприятия.
Для решения этой проблемы был привлечен Мос-НПО «Радон» и была создана мобильная установка «ЭКО-3» , которую можно было доставить на место выполнения работ автомобильным, железнодорожным или морским видом транспорта. Ее длина была снижена на 30 % по сравнению с установкой «ЭКО-2» за счет рационального размещения оборудования и уменьшения свободных рабочих пространств. Это позволило скомпоновать установку «ЭКО-3» в типовом транспортном морском контейнере.
Мобильная установка «ЭКО-3» , состоящая из фильтрационного, ионоселективного ионообменного и электродиализного блоков, позволила впервые на ФГУП МП «Звездочка» обеспечить эффективную очистку первых 400 м3 ЖРО до норм, позволяющих сброс очищенной воды в общую канализацию предприятия и в акваторию залива [7]
Дальнейшее расширение ассортимента, требующего переработки ЖРО, поставило вопрос о включении в состав установки обратноосмотического модуля и модуля реагентного умягчения с электро-
осмотическим концентратором. Включение в состав установки модуля цементирования концентратов в металлические бочки объемом 200 л с последующей их транспортировкой и хранением в сертифицированных контейнерах для твердых радиоактивных отходов типа УКТ 1А позволило полностью завершить технологическую схему переработки и кондиционирования ЖРО, включая растворы с солесодержанием до 20 г/л (морская вода). В течение 1997—2005 гг. на установке «ЭКО-3М» проведена эффективная очистка более 3000 м3 ЖРО [5]. В табл. 3 приведен радиометрический и спектрометрический состав исходных и очищенных ЖРО на ФГУП МП «Звездочка».
К 2005 г. передвижная модульная установка «ЭКО-3М» является единственной установкой, пригодной для использования ее в качестве аварийной установки переработки ЖРО в Баренцевом регионе. Она позволяет формировать гибкие стратегии вывода ядерных объектов из эксплуатации, ремонта транспортных средств, дезактивации аварийных объектов и других работ [5].
Доказательством высокого уровня разработок и мирового признания является то, что в последние годы по заказу МАГАТЭ были поставлены четыре модульные передвижные установки «Аква-Экспресс» в Иран, Сирию, Бангладеш и Сербию. В первых трех странах установка «Аква-Экспресс» используется для очистки сточных вод ядерных исследовательских центров, а в Сербии — для очистки воды в бассейне выдержки отработавших топливных элементов двух исследовательских ядерных реакторов.
Работы по совершенствованию передвижных очистных установок продолжаются. В настоящее время в ГУП МосНПО «Радон» разработаны и созданы головные образцы новых мембранных аппаратов, а именно: АФММ-16 — фильтрационный мембранный аппарат динамического типа; ЭДН-50 — электродиализный аппарат обессоли-вания с наполнителем дилюатных камер ионообмен-
Т а б л и ц а 3
Радиометрический и спектрометрический состав растворов на ФГУП МП «Звездочка»
Наименование радионуклида Объемная активность исходных ЖРО Объемная активность очищенных ЖРО Уровни вмешательства (НРБ—99)
Бк/л Ки/л Бк/л Ки/л Бк/л Ки/л
Цезий-137 3,7 • 10 4 — 1,9 • 105 1,0 • 10 -6 — 5,0 • 10-6 5—10 1,4 • 10 - 9 0 — 2,8 • 10-10 1,1 • 101 3,0 • 10-10
Цезий-134 2,2 • 10 2 — 1,3 • 103 5,9 • 10 - 9 — 3,5 • 10-8 3—5 8,1 • 10 - 1 1 — 1,4 • 10-10 7,3 2,0 • 10-10
Кобальт-60 5,5 • 10 3 — 4,7 • 104 1,5 • 10 -7 — 1,3 • 10-6 5—20 1,4 • 10 - 10 — 5,6 • 10-10 4,1 • 101 1,1 • 10 -9
Сурьма-125 1,5 • 10 2 — 3,1 • 102 4,0 • 10 - 9 — 8,4 • 10-9 6—10 1,6 • 10 - 10 — 2,7 • 10-10 5,8 • 101 1,6 • 10-9
Углерод-14 9,0 • 10 1 — 3,2 • 102 2,4 • 10 - 9 — 8,6 • 10-9 6,0 • 101 — 1,4 • 102 1,6 • 10 - 9 — 3,8 • 10-9 2,4 • 102 6,5 • 10-9
Стронций-90 2,5 • 10 3 — 5,1 • 103 6,8 • 10 -8 — 1,0 • 10-8 1,5—3,5 4,1 • 10 -9 — 9,5 • 10-9 5,0 1,4 • 10-10
ным волокном; ЭДК-40 — электроосмотический концентратор.
На основании созданных вышеуказанных мембранных аппаратов разработан новый способ переработки ЖРО, на который получен патент РФ [3].
Практический опыт по созданию передвижных модульных установок для очистки ЖРО позволил ГУП МосНПО «Радон» выступить в качестве научного и технологического руководителя в тендере по созданию установки для переработки ЖРО, образующихся на АЭС «Козлодуй» (Болгария) при снятии с эксплуатации первых двух блоков с реакторами типа ВВЭР-440. В предложенной установке «Дунай» используется модульный принцип организации. Установка состоит из семи основных модулей, двух блоков и восьми вспомогательных модулей для дозирования реагентов. 20 сентября 2005 г. Технический проект установки «Дунай» был принят на АЭС «Козлодуй» с незначительными замечаниями. В настоящее время идет работа над Рабочим проектом, а также комплектацией и изготовлением оборудования установки «Дунай».
Таким образом, за 45 лет существования ГУП МосНПО «Радон» удалось практически решить две концептуальные задачи, возникающие при обезвреживании ЖРО:
— очистка ЖРО до концентраций радионуклидов ниже уровней вмешательства, позволяющих производить сброс очищенных растворов на рельеф;
— концентрирование извлеченных радионуклидов в минимальном объеме с последующим отверждением концентратов с целью надежного изолирования их от биосферы.
Созданный за последние 20 лет парк различных передвижных модульных установок для очистки ЖРО доказывает, что ГУП МосНПО «Радон» занимает в этой области лидирующие позиции в мире.
Создателем и первым руководителем Центра был Е.М. Тимофеев.
В работах приняли активное участие следующие сотрудники Центра разработки технологий ГУП МосНПО «Радон», которым авторы выражают искреннюю признательность: С.М. Парамыгин, А.В. Суменко, А.А. Куриленко, К.Н. Семенов, В.Н. Кропотов, В.Ю. Чуйков, Е.С. Волков, А.В. Горбачев, Ю.Г. Мясников, С.И. Староверкин, В.С. Амелин, Н.Г. Булавина.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адамович Д.В., Боенков A.B. и др. Многокамерный электродиализатор фильтр-прессного типа.
Патент № 1793949 А3 кл. B01d 13/02. Бюлл. № 5 07.02.93 г.
2. Демкин В.И., Карлин Ю.В., Пантелеев В.И. и др. А. с. (патент) № SU 1746829 A1 Установка для очистки и концентрирования жидких радиоактивных отходов.
3. Дмитриев С.А., Пантелеев В.И., Демкин В.И. и др. Способ переработки жидких радиоактивных отходов. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2004127180/06 (029548) от 07 октября 2005 г.
4. Карлин Ю.В., Чуйков В.Ю., Адамович Д.В. и др. / / Атомная энергия. — 2001. — Т. 90, вып. 1. — С. 65.
5. Корб В.Р., Тимофеев Е.М., Адамович Д.В. и др. // Экология и промышленность России. — Август 2003. — С. 4—7.
6. Соболев И.А., Пантелеев В.И., Демкин В.И. и др. / / Атомная энергия. — 1992. — Т. 73, вып. 6. — С. 474.
7. Соболев И.А., Демкин В.И., Пантелеев В.И., Адамович Д.В. и др. // В кн.: Труды 3-го Межд. Конгресса «ВОДА: Экология и технология» ЭКВА-ТЭК—98: Тезисы докладов. — М., 26—30 мая 1998 г. — С. 461.
Поступила 15.12.05
УДК 621.039.7:666.913.35
А.П. Варлаков, О.А. Горбунова, А.С. Баринов
МОДИФИЦИРУЮЩИЕ КОМПЛЕКСНЫЕ ДОБАВКИ В ТЕХНОЛОГИЯХ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
ГУП МосНПО «Радон», Москва
Представлены результаты исследований свойств цементных компаундов с радиоактивными отходами (РАО), приготовленных с использованием модифицирующей комплексной добавки. Показаны положительное влияние полифункциональных комплексных добавок (ПФД) на улучшение параметров технологического процесса цементирования жидких и твердых РАО; возможность снижения объемов зацементированных отходов по сравнению с объемами, полученными традиционными методами цементирования без ПФД; улучшение регламентированных свойств конечных цементных компаундов с РАО и предотвращение процессов биокоррозии в присутствии ПФД.
Ключевые слова: радиоактивные отходы, цементирование, модифицирующие комплексные добавки, биокоррозия.
