Статьи 3 октября 2008
Atomic-Energy.ru

Очистка грунта методом гидросепарации

Загрязнение почвы естественными и искусственными радионуклидами – актуальная проблема обеспечения радиационной безопасности России. В результате аварии на Чернобыльской АЭС, проведения работ по созданию ядерного оружия, научных исследований, обслуживания атомоходов пострадали значительные территории. Локальные участки радиоактивного загрязнения часто обнаруживаются в крупных городах, в том числе и в Москве, на старых свалках промышленных отходов и на предприятиях, работавших с радиоактивными веществами. Решению проблемы очистки почвы от радионуклидов может способствовать использование перспективной технологии гидросепарации. 

Наиболее распространенный метод очистки грунта подразумевает снятие верхнего пласта и размещение его на длительное контролируемое хранение. При этом, однако, образуется большой объем радиоактивных отходов, а плодородный слой почвы зачастую полностью удаляется.

За последнее десятилетие было проведено множество исследований, направленных на решение проблем дезактивации почвы и реабилитации загрязненных территорий. Был предложен целый ряд методов – различные варианты электрохимического способа дезактивации, экстракционные технологии, предполагающие применение химических реагентов, фиторемедиация, внесение в почву сорбентов и др. Многие их них, в конечном итоге, оказались несостоятельными, некоторые пока находятся в стадии разработки.

Ряд исследований, выполненных специалистами ПО «Маяк» на территории восточно-уральского радиоактивного следа, а также учеными академических институтов, Минсредмаша (ныне Росатом) и Минобороны при ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, показал, что большая часть радиоактивности аккумулируется в мельчайших частицах почвы. Таким образом, разделив грунт на фракции, можно выделить и сконцентрировать наибольшую часть загрязнения в одной из них – мелкодисперсной, которую затем можно будет удалить как РАО. Один из самых эффективных способов выделения такой фракции – гидросепарация. Сотрудники ВНИИНМ им. Бочвара пришли к выводу, что при применении этого способа вместе с мелкодисперсной илистой фракцией, которая составляет 10-15% массы грунта, удаляется до 90% радионуклидов.

Гидросепарация предполагает снятие верхнего слоя почвы, отделение крупных включений (размером более 10 мм), диспергирование почвенной массы в водном растворе, где происходит ее разделение на минеральную и органическую составляющие, классификацию минеральных частиц по размеру. Очищенные от радиоактивного загрязнения фракции могут быть возвращены обратно. А «грязная», содержащая до 95% радиоактивных веществ, подлежит сгущению, обезвоживанию и дальнейшему длительному хранению как радиоактивные отходы. Чистый грунт может быть возвращен на место отбора.

Эта технология разрабатывается в России по заказу Брукхэвенской национальной лаборатории (BNL) при финансовой поддержке в рамках программы нераспространения (IPP) Министерства энергетики США. Первый этап проекта – «Разработка и применение полимерных агентов для повышения эффективности дезактивации почв» – осуществлялся во ВНИИНМ; здесь был разработан метод и изготовлена лабораторная установка дезактивации. Технологическая схема, предложенная российскими специалистами, позволила увеличить эффективность очистки грунта в 5-10 раз. При этом очищенная почва составляла 85-90% первоначального объема (это значительно больше, чем при применении других способов дезактивации).

Эффективность применения гидросепарации при дезактивации почвы была доказана в процессе реабилитации территории РНЦ «Курчатовский институт». Специалисты ВНИИНМ и Государственного научно-исследовательского и проектного института редкометаллической промышленности создали технологию дезактивации почвы на площадке захоронения отходов Курчатовского института. В ООО «Гормашэкспорт» (Новосибирск) была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка производительностью 1 т/час (рис. 1).

Конструкция установки предусматривала возможность транспортирования. Технологические аппараты были объединены в единый блок, состоящий из трех модулей (дезинтеграции, классификации, сгущения и фильтрации). Помимо него в состав установки входили модуль очистки оборотной воды, а также системы подачи промывочной воды, пылеподавления и радиационного контроля.

В процессе работы была продемонстрирована высокая эффективность применяемой технологии. На стадии пусконаладочных испытаний установки выход «чистого» грунта составил 89,4% исходной массы. В режиме опытной эксплуатации (февраль – июль 2005 года) было дезактивировано 1 390 т почвы. Выделены «чистые» фракции: песок (фракция 3…+0,1 мм) и галька (фракция 100…+3 мм), 876 т и 226 т соответственно. Масса «грязной» фракции – кека (0,1…+0 мм) – составила 288 т. (См. доклад: Волков В.Г. и др. «Результаты опытной эксплуатации установки дезактивации грунта», представленный на VIII Международной конференции «Безопасность ядерных технологий: экономика безопасности и обращение с источниками ионизирующих излучений», Санкт-Петербург, 26-30 сентября 2005 года).Специалистам удалось добиться стабильной работы установки при производительности 2000-2200 кг/час по исходному грунту, что более чем в два раза больше проектной. Коэффициент дезактивации составил 4,0-5,0 (то есть объем отходов уменьшился в 4-5 раз). Этот показатель соответствует запланированному в проекте, более того, он является максимально возможным при данной аппаратной схеме установки.

В настоящее время выполняется второй этап проекта – «Применение полимерных препаратов для повышения эффективности дезактивации почвы». Итогом сотрудничества ГУП МосНПО «Радон», МГУ, ПО «Маяк» и ООО «Гормашэкспорт» станет создание пилотной установки дезактивации почв следующего поколения. В отличие от предыдущей, она будет мобильной и оснащена более компактным оборудованием. Такая конструкция позволит использовать установку для осуществления дезактивационных работ, которые ведут специалисты Центра ТПТ РАО и РАР ГУП МосНПО «Радон», как в Москве и Подмосковье, так и во всем Центральном регионе России. Для выделения мелкодисперсной фракции предполагается применять усовершенствованные флокулянты на основе ИПЭК.

После испытаний на ГУП МосНПО «Радон» опытная мобильная установка, предположительно, будет работать и на предприятиях Росатома.

Для более полного и быстрого осаждения мелких частиц из водной суспензии применяются различные флокулянты. С целью повышения эффективности процесса осаждения ученые кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета МГУ и ВНИИНМ разработали новые полимерные агенты на основе интерполиэлектролитных комплексов (ИПЭК), которые могут быть использованы как флокулянты многократного использования.

Этот класс соединений успешно применялся при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС в 1986-1987 годах для уменьшения ветровой эрозии загрязненных почв. Сегодня в России запатентована технология применения ИПЭК в качестве флокулирующего агента для дезактивации грунта (См.: Михейкин С.В. и др. «Способ очистки почв и грунтов от радионуклидов и тяжелых металлов». Патент РФ № 2275974, приоритет от 20.01.2004 г).ИПЭК – продукты реакции между противоположно заряженными полианионами и поликатионами. За счет электростатического взаимодействия они наиболее полно, по сравнению с обыкновенными флокулянтами, связывают частицы почвы. Однако главное преимущество ИПЭК состоит в возможности контроля их растворимости путем изменения концентрации низкомолекулярного электролита. После агломерации и удаления загрязненных частиц полимер может быть практически полностью растворен и использован повторно. Это ведет к уменьшению объема радиоактивных отходов, направляемых на длительное хранение, и снижает общую стоимость реагентов, используемых при очистке грунта.