Максимальное уменьшение объема поступающих на предприятие радиоактивных отходов, перевод их в химически устойчивые, стабильные формы, а также подготовка кондиционированных форм отходов и обеспечение безопасности их длительного хранения — вот основные прикладные задачи, решаемые специалистами ГУП МосНПО«Радон» на окончательном этапе обращения с РАО.
Для переработки и хранения отходов, поступающих в Научно-производственный комплекс «Радона», применяются различные технологические методы и оборудование. Их выбор зависит не только от конкретного этапа обращения с РАО, но и от конечной цели, реализуемой на данной стадии.
Для переработки твердых радиоактивных отходов (ТРО), в основном, применяют три вида технологий, с помощью которых решается проблема уменьшения объема РАО.
К первому относятся термические методы. Наиболее перспективный из них предполагает использование плазменно-химических технологий. Конечный продукт обработки — шлаковый компаунд — по удержанию радионуклидов сравним со стеклянными матрицами и по всем критериям готов к размещению на длительное хранение. Кроме того, технология позволяет включать в объем перерабатываемых РАО до 40% негорючих продуктов (металл, строительные конструкции, грунтоподобные материалы и т.д.). Это улучшает условия первичной классификационной сортировки и повышает экономическую эффективность всего процесса обращения с РАО.
Технология обработки ТРО в двухкамерной керамической печи, где температурные режимы достигаются за счет сжигания органического топлива (в том числе жидких горючих РАО) отработана и используется уже длительное время. Однако по сравнению с новыми разработками она имеет ряд недостатков. Во-первых, предъявляет более жесткие требования к сортировке отходов. Во-вторых, в керамической печи образуется зольный остаток, который, по сути, является вторичным РАО и, в свою очередь, требует обработки. Для решения этой проблемы на ГУП МосНПО «Радон» внедряется плазменно-химический метод (см. стр. 34), а также технология иммобилизации зольного остатка в матричный материал на основе высокопроникающих цементных растворов (для их приготовления используются цементы тонкого помола и специальные добавки). Причем РАО не заливаются растворами внутри, а пропитываются снизу упаковки (см. стр. 36). Данный способ можно применять и для обработки других видов сыпучих материалов.
Второй вид технологий, используемый для обработки твердых радиоактивных отходов — компактирование. Основной объем ТРО, поступающих на ГУП МосНПО «Радон», перерабатывается с помощью «Суперкомпактора» — автоматизированного комплекса, оснащенного прессом усилием до 1,5 тыс. тонн.
И, наконец, третий технологический подход предполагает изменение геометрии крупногабаритных РАО, то есть их фракционирование и измельчение.
При обращении с жидкими радиоактивными отходами на ГУП МосНПО «Радон» применяются более многочисленные технологические процессы и установки, разработанные специалистами предприятия. Это, в первую очередь, мембранно-сорбционные способы очистки — ультрафильтрация, обратный осмос, электродиализные процессы, использование селективных сорбентов.
Для перевода в твердые формы ЖРО с высоким содержанием солей и концентратов используется установка остекловывания. Стеклоподобные матрицы пожаробезопасны, прочны, обладают высокой химической устойчивостью. При остекловывании применяют разработанный специалистами ГУП МосНПО «Радон» метод индукционного плавления в аппарате типа «холодный тигель» (см. стр. 35).
Традиционный метод переработки жидких РАО — цементирование. На его основе ученые «Радона» создали технологии, с помощью которых можно получать матричный материал, полностью пригодный для заполнения пустот между твердыми отходами внутри упаковочного комплекта. При этом более рационально используется объем тары, а также создается дополнительный барьер, предотвращающий контакт с загрязненной поверхностью ТРО.
Чтобы обеспечить безопасность изоляции и долговременного хранения РАО, на ГУП МосНПО «Радон» создана система инженерных барьеров между отходами и окружающей средой.
Радиоактивные отходы, иммобилизованные в твердую конденсированную матрицу, размещают в специальном сертифицированном упаковочном комплекте. Тип такого комплекта выбирают в зависимости от радиологической опасности кондиционированных форм, то есть от вида и количественного содержания включенных в них радионуклидов. В качестве упаковочных комплектов на предприятии используются двухсотлитровые бочки, а также металлические и железобетонные контейнеры.
В настоящее время создается специальная упаковка особого вида, в том числе с использованием невозвратных железобетонных контейнеров типа НЗК –150-1,5П, для изоляции РАО с повышенным содержанием долгоживущих радионуклидов. Промежутки между упаковками с кондиционированными РАО заполняют специальными сыпучими материалами, которые обладают определенными гидравлическими и сорбционными свойствами. В случае какой-либо аварийной ситуации за счет этого можно предотвратить контакт упаковок с атмосферными осадками или грунтовыми водами. Технология рассчитана на безопасное хранение РАО в течение десятков лет без нарушения основных защитных функций. Отходы, в случае надобности, можно извлечь без особых усилий.
Кондиционированные РАО хранятся в специальных хранилищах. Конструкция этих сооружений служит еще одним защитным барьером. Упаковки с отходами, в зависимости от радиоэкологической опасности, размещают в приповерхностных сооружениях различных типов: железобетонных траншеях (для РАО низкого и среднего уровня активности), колодезных (для отработавших источников ионизирующего излучения, включенных в металлическую матрицу), скважинных. Хранилища снабжены сложной системой многофункциональных барьеров и перекрыты толщей бетона, асфальта или уплотненного грунта, за счет чего исключаются воздействие природных факторов на РАО и выход радионуклидов в окружающую среду. Дополнительным барьером служит геологическая структура промплощадки предприятия, уникальная с точки зрения водонепроницаемости и сейсмоустойчивости за счет пласта глин толщиной 70 метров и глубокого залегания грунтовых вод. Таким образом, принцип многобарьерной защиты гарантирует безопасное хранение отходов в течение, как минимум, 300 лет.
В настоящее время ГУП МосНПО «Радон» приступает к строительству сооружения нового типа — наземного бункера. Его конструкция предусматривает хранение отходов в течение 50 лет с возможностью изъятия РАО по истечении этого срока. Первые модули будут введены в эксплуатацию уже в ближайшие годы. Бункер также можно трансформировать в сооружение, предназначенное для окончательной изоляции (захоронения) отходов. Новое хранилище может послужить типовым, причем не только для предприятия, но и для всех спецкомбинатов системы «Радон» и других объектов, где предусмотрено временное хранение радиоактивных отходов.
Безопасность хранения РАО обеспечивается многобарьерной системой защиты:
- матрица
- первичная упаковка переработанных отходов
- кондиционирующий материал
- защитная упаковка кондиционированных отходов
- балластный наполнитель
- контейнер
- система инженерных барьеров хранилища
- геологическая структура окружающей среды
Принцип многобарьерной защиты позволяет обеспечивать безопасное хранение РАО в течение нескольких сотен лет — пока уровень радиоактивности не снизится до естественного фона.
Комплекс работ по обращению с радиоактивными отходами включает:
- сбор и классификационную сортировку радиоактивных отходов в местах образования (обнаружения);
- транспортировку РАО на предприятие, занимающееся их переработкой и хранением;
- переработку отходов для сокращения их объема, отверждение жидких РАО и иммобилизацию радионуклидов в различные матричные материалы (стекло, цемент, керамику и т.д.);
- кондиционирование отходов, то есть изготовление специальных упаковочных комплектов на основе металлических бочек, металлических и железобетонных контейнеров с иммобилизацией в конденсированную матрицу;
- размещение РАО на длительное контролируемое хранение в специальные сооружения со стабилизацией специальными буферными материалами;
- мониторинг состояния хранилищ, упаковок с кондиционированными РАО и окружающей среды.
