CC BY
38
ВЕСТНИК 11/2013
МГСУ_11/2013
УДК 699.88:621.311.1
М.М. Хахунова, А.В. Хахунов*, М.Д. Самсонов, С.Е. Винокуров
ГЕОХИРАН, *ФГБОУВПО «МГТУ им. Н.Е. Баумана»
РОЛЬ ГЕОМОНИТОРИНГА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОЛИГОНОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИПОВЕРХНОСТНОГО ХРАНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ1
При длительном приповерхностном хранении радиоактивных отходов (РАО) только с помощью мониторинга можно определить состояние хранилищ и массива РАО и на основе исследований мониторинга разработать инженерно-технические мероприятия по продлению их срока службы. Эффективность проведения работ по восстановлению условий дальнейшего безопасного хранения РАО так же определяется на основе геомониторинга. Таким образом, геомониторинг должен непрерывно сопровождать движение РАО.
Ключевые слова: геомониторинг, хранилище радиоактивных отходов, полигон длительного хранения, инженерно-технические мероприятия, радиоактивные отходы (РАО).
Как показывают результаты исследований, выполненные по программе геомониторинга, на хранилищах исследуемого полигона длительного приповерхностного содержания радиоактивных отходов (РАО) нарушена герметичность, происходит миграция радионуклидов в приконтурные зоны. Такое развитие событий вызвано тем, что предприятие, как и большинство родственных объектов РАО, открытых в середине прошлого века, расположено в зоне со значительным количеством атмосферных осадков, где развиты процессы промерзания — оттаивания. Поэтому в хранилищах почти круглогодично уровень грунтовых вод выше их уровня в приконтурных зонах, а разрушаемый массив РАО в зоне промерзания подвергается интенсивному выщелачиванию и выносу легкомигрирующих радионуклидов, в первую очередь трития, затем стронция и цезия [1, 2].
Таким образом, хранилища с полувековой историей, с одной стороны, являются источниками загрязнения окружающей среды, особенно потребляемых подземных вод, а с другой — становятся объектами для всесторонних геомониторинговых исследований поведения радионуклидов, находящихся как бы в естественных условиях. Изучение процессов распределения радионуклидов на территории полигона дает возможность определить пути их миграции, разработать, внедрить и оценить эффективность мероприятий по восстановлению герметичности хранилищ [3, 4].
В условиях дефицита региональных могильников, куда бы можно было переместить РАО с таких полигонов и вновь образующиеся отходы, требу-
1 Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение 8195).
ют восстановления существовавшие системы обеспечения экологической безопасности хранилищ путем повторного омоноличивания. При таком решении поставленной задачи, с использованием цементного раствора с био-цидными, упрочняющими и сорбирующими добавками, обладающим высокой подвижностью и проникающей способностью, могут быть учтены как раз те параметры защитных барьеров и физико-механических свойств РАО, которые наиболее пострадали в результате воздействия неблагоприятных факторов [5, 6].
В начале 2000 г. на полигоне было проведено повторное омоноличивание РАО на 12 хранилищах с общим объемом около 80 000 м3, что составило около 40 % от общего объема хранящихся отходов. Как правило, работы по повторному омоноличиванию отходов проводятся в три этапа, представленные в табл. 1 [7].
Табл. 1. Этапы работ, выполняемых при повторном омоноличивании отходов РАО
Этап Содержание этапов Общий состав работ Работы, выполняемые по программе геомониторинга
1 Оценка исходного состояния массива отходов РАО Определение степени разрушения массива и его проницаемости, распределения МЭД, гидродинамики воды, ее радионуклидный состав. Разработка сети расположения технологических скважин Замеры уровня воды в хранилищах
2 Повторное омоноличивание Тампонажные работы, включая контроль давления в скважинах. Определение уровня воды в хранилище. Обеспечение радиационной безопасности работ Контроль уровня химического и радионуклидного состава вод в приконтур-ной зоне
3 Оценка эффективности повторного омоноличивания пород Послойное определение проницаемости толщи отходов по контрольным скважинам Контроль уровня химического и радиохимического составов вод в приконтурной зоне хранилища до создания покрытия
Данные геомониторинга, проведенного на первом и третьем этапах работ по повторному омоноличиванию хранилищ твердых отходов, приведены в табл. 2.
Согласно данным табл. 2, в результате применения повторного омоноличивания проницаемость массива отходов в верхней зоне (зона промерзания) снизилась на 1-2 порядка относительно первоначальной величины, в нижней зоне — на порядок. Уровень удельной активности воды в приконтурной зоне хранилища снизился на один порядок. Массив отходов практически не обводнен [8, 9].
ВЕСТНИК
МГСУ-
11/2013
Табл. 2. Некоторые параметры свойств толщи РАО и приконтурной зоны до и после повторного омоноличивания
Зона До омоноличивания После омоноличивания
Хранилище ф' м/сут МЭД, мкЗв/ч А , уд.воды* Бк/л Кф ф м/сут МЭД мкЗв/ч А уд.воды Бк/л
Верхняя зона 5...20 0,2.0,5 104 0,01.0,028 0,2.0,3 103
Хранилище ф' м/сут МЭД, мкЗв/ч А , уц.воды* Бк/л Кф ф м/сут МЭД мкЗв/ч А уд.воды Бк/л
Нижняя зона 0,1...2 1.30 104 0,1.1,5 0,5.150 103
Приконтурная зона 0,1...0,5 0,1.0,15 102 0,1 0,1 10
Примечание. МЭД — мощность экспозиционной дозы; Ауд воды — удельная активность воды; Кф — коэффициент фильтрации м/сут.
Однако повторное омоноличивание не предотвращает отрицательного воздействия на массив РАО основного климатического фактора — оттаивания — промерзания — при дальнейшем их хранении. В этой связи определение срока эффективного действия технологии повторного омоноличивания приобретает важную технико-экономическую значимость. Обоснование этого срока определяет максимально допустимый временной промежуток между осуществлением повторного омоноличивания РАО и созданием условий постоянных температур в хранилищах. Этот технологический перерыв довольно четко фиксируется данными радиометрических анализов мониторинга воды на содержание в приконтурной зоне хранилища. На рисунке представлен график зависимости изменения концентрации 137Cs в воде приконтурной зоны одного из исследуемых хранилищ РАО.
Ауд13^, Бк/л
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Временная зависимость концентрации 137Cs в воде приконтурной зоны хранилища твердых отходов
Применительно к конкретным условиям хранилищ в течение 3,5...4 лет эффективно действует повторное омоноличивание, затем в приконтурные зоны начинают поступать радионуклиды, создавая потенциальную опасность для окружающей среды.
Наиболее рациональным способом создания области положительных температур является сооружение многофункциональных покрытий для хранилищ приповерхностного типа, которые выполняют две основные функции: теплоизоляционную и гидроизоляционную. Все материалы должны отличаться низкой проницаемостью и высокими теплоизоляционными свойствами. Исследования, проводимые со времени возведения покрытий, показывают, что в хранилищах уровень грунтовых вод практически достиг их днищ, круглогодично массив РАО находится в поле положительных температур, лишь иногда в зимний период в грунтах многофункционального покрытия температура опускается до нуля градусов.
Таким образом, геомониторинг должен сопровождать весь процесс обращения с РАО, и служить основой для разработки и внедрения инженерно-технических мероприятий по дальнейшей безопасной эксплуатации полигонов длительного хранения.
Библиографический список
1. Прозоров Л.Б., Хахунова М.М. Исследования гидрохимической зональности при оценке геоэкологической безопасности хранилищ РАО приповерхностного типа // Радиохимия. 2009. № 4. С. 375—378.
2. Прозоров Л.Б., Хахунова М.М. Прогнозирование вертикальной миграции радионуклидов из хранилищ РАО приповерхностного типа // Вестник МГСУ 2010. № 1. С. 267—269.
3. Технологические основы системы управления радиоактивными отходами / С.А. Дмитриев, А.С. Баринов, О.Г. Батюхнова, А.С. Волков, М.И. Ожован, Т.Д. Щербатова. М. : ГУП МосНПО «Радон», 2007. С. 290—330.
4. Веселов Е.И. Экологическая оценка состояния защитных барьеров хранилищ при долговременной локализации радиоактивных отходов // Медицина труда и промышленная экология. 2009. № 3. С. 4—6.
5. Горбунова О.А. Влияние микробиологической деструкции цементной матрицы на безопасность длительного хранения кондиционированных радиоактивных отходов // Физика и химия обработки материалов. 2011. № 4. С. 98—106.
6. Горбунова О.А., Баринов А.С. Микробиологическая оценка состояния цементных компаундов с радиоактивными отходами после длительного хранения в приповерхностных хранилищах // Радиохимия. 2012. Т. 54. № 2. С. 182—187.
7. Восстановление герметичности «исторических» хранилищ / А.С. Баринов, Е.И. Веселов, Л.Б. Прозоров, В.Ю. Флит // Безопасность окружающей среды. 2006. № 2. С. 38—41.
8. Веселов Е.И., Прозоров Л.Б. Обоснование оптимальной конструкции и толщи покрытия приповерхностного хранилища радиоактивных отходов // Медицина труда и промышленная экология. 2008. Т. 105. Вып. 6. С. 329—334.
9. Мартьянов В.В. Формирование фильтрационных полей вблизи размещения приповерхностных хранилищ радиоактивных отходов // Атомная энергия. 2008. Вып. 6. С. 334—338.
Поступила в редакцию в октябре 2013 г.
ВЕСТНИК 11/2013
МГСУ_11/2013
Об авторах: Хахунова Мария Михайловна — кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории радиохимии, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН), 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19, [email protected];
Хахунов Алексей Владимирович — студент кафедра робототехники, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Е. Баумана» (ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Е. Баумана»), 105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, д. 5, [email protected];
Самсонов Максим Дмитриевич — кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатория радиохимии, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН), 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19, [email protected];
Винокуров Сергей Евгеньевич — кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатория радиохимии, Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ РАН), 119991, г. Москва, ул. Косыгина, д. 19, [email protected].
Для цитирования: Роль геомониторинга и эффективность инженерно-технических мероприятий для обеспечения дальнейшей деятельности полигонов длительного приповерхностного хранения радиоактивных отходов / М.М. Хахунова, А.В. Хахунов, М.Д. Самсонов, С.Е. Винокуров // Вестник МГСУ 2013. № 11. С. 194—199.
M.M. Khakhunova, A.V. Khakhunov, M.D. Samsonov, S.E. Vinokurov
THE ROLE OF GEOMONITORING AND EFFICIENCY OF ENGINEERING MEASURES TO ENSURE FURTHER ACTIVITY OF A LONG NEAR-SURFACE RADIOACTIVE WASTE STORAGE
The main thread to geoecological safety of the environment is the disposed radioactive waste from the first stage of atomic industry development when even the concept of storage (disposal) of such waste was absent. Substantiation of further safe exploitation of radioactive waste (RW) storage site, because of the absence of an alternative, was carried out on the basis of geomonitoring observation, however the data of these works is not widely covered. Therefore the author of this article tried to summarize the results of decennial research of the development, introduction and improvement of geomonitor-ing methods at one of RW storage sites taking into account physical-geographical and geological conditions of its disposition. For geomonitoring conduction a net of boreholes was drilled with core sampling including sampling through RW mass as well as below storage facility foundation. Core material and boreholes themselves have become the objects of a lot of scientific researches: geological, hydrogeological, hydrochemical, geophysical, geothermal, radiochemical, physical-chemical and microbiological. Taking into account the migration of radionuclides in the site, engineering and technical arrangements were developed and introduced. Their implementation allows to prolong the validity period of the site.
Key words: geomonitoring, radioactive waste storage, long-term waste dump, engineering measures, radioactive waste (RW).
References
1. Prozorov L.B., Khakhunova M.M. Issledovaniya gidrokhimicheskoy zonal'nosti pri otsenke geoekologicheskoy bezopasnosti khranilishch RAO pripoverkhnostnogo tipa [Research of Hydrochemical Zonality in the Process of Estimating Geological Safety of Radioactive Waste Storages of Near-surface Type]. Radiokhimiya [Radiochemistry]. 2009, no. 4, pp. 375—378.
2. Prozorov L.B., Khakhunova M.M. Prognozirovanie vertikal'noy migratsii radionuklidov iz khranilishch RAO pripoverkhnostnogo tipa [Predicting Vertical Radionuclide Migration from
Radioactive Waste Storages of Near-surface Type]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2010, no. 1, pp. 267—269.
3. Dmitriev S.A., Barinov A.S., Batyukhnova O.G., Volkov A.S., Ozhovan M.I., Shcherba-tova T.D. Tekhnologicheskie osnovy sistemy upravleniya radioaktivnymi otkhodami [Technological Basis of the Radioactive Waste Management System]. Moscow, GUP MosNPO «Radon» Publ., 2007, pp. 290—330.
4. Veselov E.I. Ekologicheskaya otsenka sostoyaniya zashchitnykh bar'erov khranilishch pri dolgovremennoy lokalizatsii radioaktivnykh otkhodov [Ecological Estimation of Security Barriers of the Storages State in Case of Long-term Localization of Radioactive Wastes]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Occupational Medicine and Industrial Ecology]. 2009, no. 3, pp. 4—6.
5. Gorbunova O.A. Vliyanie mikrobiologicheskoy destruktsii tsementnoy matritsy na bezopasnost' dlitel'nogo khraneniya konditsionirovannykh radioaktivnykh otkhodov [The Influence of Microbiological Destruction of Cement Matrix on the Safety of Long-term Conditioned Radwaste Storage]. Fizika i khimiya obrabotki materialov [Physics and Chemistry of Material Processing]. 2011, no. 4, pp. 98—106.
6. Gorbunova O.A., Barinov A.S. Mikrobiologicheskaya otsenka sostoyaniya tsement-nykh kompaundov s radioaktivnymi otkhodami posle dlitel'nogo khraneniya v pripoverkhnost-nykh khranilishchakh [Microbiological Estimation of Cement Compounds with Radioactive Waste after Long-Term Storage in Near-Surface Storages]. Radiokhimiya [Radiochemistry]. 2012, vol. 54, no. 2, pp. 182—187.
7. Barinov A.S., Veselov E.I., Prozorov L.B., Flit V.Yu. Vosstanovlenie germetichnosti «istoricheskikh» khranilishch ["Historical" Storages Integrity Rehabilitation]. Bezopasnost' ok-ruzhayushchey sredy [Environmental Safety]. 2006, no. 2, pp. 38—41.
8. Veselov E.I., Prozorov L.B. Obosnovanie optimal'noy konstruktsii i tolshchi pokrytiya pripoverkhnostnogo khranilishcha radioaktivnykh otkhodov [Substantiation of Optimal Construction and Coating Thickness of Near-Surface Radioactive Waste Storage]. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya [Occupational Medicine and Industrial Ecology]. 2008, vol. 105, no. 6, pp. 329—334.
9. Mart'yanov V.V. Formirovanie fil'tratsionnykh poley vblizi razmeshcheniya pripover-khnostnykh khranilishch radioaktivnykh otkhodov [Filtration Area Formation around Near-Surface Radioactive Waste Storage]. Atomnaya energiya [Nuclear Energy]. 2008, no. 6, pp. 334—338.
About the authors: Khakhunova Mariya Mikhaylovna — Candidate of Technical Sciences, Research Worker, Radiochemistry Laboratory, Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry named after V.I. Vernadsky (GEOKhI RAN), 19 Kosygina st., Moscow, Russian Federation; [email protected];
Khakhunov Aleksey Vladimirovich — student, Department of Robotechnic, Bauman State Technical University (MGTU named after N.E. Bauman), 5 2 Baumanskaya st., Moscow, Russian Federation; [email protected];
Samsonov Maksim Dmitrievich — Candidate of Chemical Sciences, Senior Research Worker, Radiochemistry Laboratory, Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry named after V.I. Vernadsky (GEOKhI RAN), 19 Kosygina st., Moscow, Russian Federation; [email protected];
Vinokurov Sergey Evgen'evich — Candidate of Chemical Sciences, Senior Research Worker, Radiochemistry Laboratory, Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry named after V.I. Vernadsky (GEOKhI RAN), 19 Kosygina st., Moscow, Russian Federation; [email protected].
For citation: Khakhunova M.M., Khakhunov A.V., Samsonov M.D., Vinokurov S.E. Rol' geomonitoringa i effektivnost' inzhenerno-tekhnicheskikh meropriyatiy dlya obespecheniya dal'neyshey deyatel'nosti poligonov dlitel'nogo pripoverkhnostnogo khraneniya radioaktivnykh otkhodov [The Role of Geomonitoring and Efficiency of Engineering Measures to Ensure Further Activity of a Long Near-surface Radioactive Waste Storage]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 11, pp. 194—199.
