Стратегия обращения с жидкими радиоактивными отходами на ПО «Маяк»

Основные радиоэкологические проблемы ПО «Маяк» относятся к «ядерному наследию» и обусловлены несовершенством использовавшихся в прошлом технологий обращения с ЖРО. Преодоление накопленных проблем развивается по двум основным направлениям: внедрение новых эффективных технологий отверждения ЖРО и обеспечение безопасных условий хранения и захоронения ЖРО накопленных в результате прошлой деятельности.

Производственное объединение «Маяк» было создано в конце 1940-х годов на севере Челябинской области для выполнения государственной программы СССР по производству ядерного оружия. В очень короткий срок, за два-три года в Озерске была создана новая, не имеющая технических аналогов отрасль промышленности по наработке ядерных оружейных материалов с полным циклом технологий – реакторных, радиохимических, химико-металлургических. Чрезвычайно высокие темпы разработки уникального технологического оборудования, строительства и ввода в эксплуатацию новых производств, отсутствие научных знаний и технологического опыта не позволили избежать ряда радиационных аварий и породили проблемы в области охраны окружающей среды и здоровья человека.

Наиболее серьезные и разноплановые проблемы возникли при освоении и вводе в эксплуатацию радиохимического производства. Современная радиационная обстановка в районе предприятия сформировалась в 1950-1960-х годах в результате радиационных аварий и инцидентов, связанных с несовершенством использовавшихся в прошлом технологий обращения с жидкими радиоактивными отходами. К ним относятся:

• регламентные и аварийные сбросы ЖРО радиохимического производства в реку Течу в 1949-1956 годах; для исключения сбросов ЖРО в открытую гидрографическую систему и локализации наиболее загрязненных участков поймы, в 1956-1964 годах в верхней части реки был создан Теченский каскад водоемов (ТКВ);
• взрыв емкости с жидкими высокоактивными отходами радиохимического производства в 1957 году;
• ветровой вынос донных отложений с обнажившихся берегов водоема В-9, использовавшегося в качестве хранилища жидких среднеактивных отходов радиохимического производства в 1967 году.

В настоящее время ПО »Маяк» представляет собой производственный комплекс, включающий семь основных заводов и ряд вспомогательных подразделений, на котором трудится более 12 тыс. человек.

В соответствии с существующей технологической схемой, часть жидких отходов, образующихся в процессе производственной деятельности, направляется на хранение в изолированные от открытой гидрографической системы специальные промышленные водоемы. На предприятии существует восемь таких хранилищ: водоемы оборотного водоснабжения В-2 (озеро Кызылташ) и В-6 (озеро Татыш), водоемы-хранилища НАО В-3, В-4, В 10 и В-11 (составляющие Теченский каскад водоемов); водоемы-хранилища САО В-9 (озеро Карачай) и В-17 (Старое Болото).

На предприятии действует концепция безопасного обращения с текущими ЖРО, предусматривающая:

• внедрение технологий отверждения ЖРО;
• создание пунктов долговременного безопасного хранения (захоронения) образующегося твердого компаунда;
• полное прекращение сбросов ЖРО в водоемы к 2018 году (рис. 1).

Рис. 1. Стратегия обращения с ЖРО

Основные результаты выполненных и планируемых практических и научно-исследовательских работ по совершенствованию системы обращения с ЖРО реализуются в рамках Федеральной целевой программы «Обеспечения ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года».

Создание технологий отверждения ЖРО

Работы по созданию современных производств по обращению с ВАО, образующимися в процессе радиохимической переработки отработавшего ядерного топлива, относятся к числу приоритетных направлений научно-практической деятельности ПО «Маяк». Начиная с 1987 года, все высокоактивные отходы действующего производства и часть накопленных жидких ВАО стали перерабатываться методом остекловывания в электропечи прямого нагрева с получением алюмофосфатного стекла, направляемого на хранение в специально оборудованное наземное хранилище.

Рис. 2. Стратегия обращения с ВАО

Однако значительная часть ВАО, образовавшихся при наработке оружейного плутония для военных программ, продолжает храниться в виде пульп, суспензий и концентрированных растворов в специальных емкостях-хранилищах. Такие  отходы не могут быть переработаны с использованием существующей технологии остекловывания из-за сложного химического состава. Для решения проблем переработки накопленных отходов в рамках ФЦП ЯРБ разрабатывается аппаратурно-технологическая схема по извлечению пульп и суспензий из емкостей-хранилищ, подготовке их к отверждению и компактированию методом остекловывания в малогабаритных дистанционно удаляемых плавителях (ИПХТ).

За 23 года работы отделения остекловывания в четырех последовательно вводимых в эксплуатацию электропечах остеклованы жидкие ВАО активностью 643 млн Ки, получено 6200 т алюмофосфатного стекла. В настоящее время в рамках ФЦП ЯРБ ведутся работы, результатом которых должно стать расширение хранилища остеклованных отходов и отделения остекловывания с введением в эксплуатацию к 2013 году новой электропечи ЭП-500/5 с увеличенным проектным сроком эксплуатации.

Рис. 3. Схема отделения остекловывания ВАО

Для прекращения сбросов жидких САО радиохимического производства разработан и реализуется проект создания комплекса цементирования. Технологическая схема комплекса включает: усреднение всей номенклатуры перерабатываемых растворов; одностадийную упарку; цементирование и захоронение в хранилище приповерхностного типа по технологии «налива» в бетонные отсеки. Проверка технологии, конструкционных узлов и элементов оборудования проводилась на стендовых установках. В 2008 году получена лицензия Ростехнадзора на сооружение комплекса и начаты строительные работы по созданию объекта. Ввод комплекса в эксплуатацию в 2013 году  позволит прекратить сбросы САО в Карачай, завершить к 2015 году работы по консервации водоема и превратить его в приповерхностный объект захоронения ТРО.

Для переработки ЖРО химико-металлургического производства разработан и утвержден проект установки очистки вод спецканализации (НАО) и вод, содержащих САО. Технология переработки и отверждения ЖРО выбрана на основании результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, стендовых испытаний на реальных растворах. В результате переработки растворов будут образовываться кальцинаты, для которых предусмотрено хранение в специальных сооружениях. В настоящее время активно ведутся работы по сооружению установки, которые предполагается завершить в 2012 году. Работы выполняются за счет собственных средств предприятия. Внедрение данной технологии позволит полностью прекратить сбросы ЖРО химико-металлургического производства в водные объекты и классифицировать завод как современное экологически безопасное производство. В 2009 году уже прекращен сброс двух типов ЖРО химико-металлургического производства в водоемы В-9 и В-17.

В 2008-2010 годах на предприятии в рамках ФЦП ЯРБ была создана и успешно прошла ресурсные испытания опытная установка очистки жидких НАО (рис. 4) и выданы исходные данные для создания промышленной установки. Проводились работы по созданию стенда для отработки технологии с использованием мембранно-сорбционной схемы очистки, включающей блоки ультрафильтрации, обратного осмоса и электроосмотического концентрирования.

Рис. 4 Внешний вид стендовой установки очистки НАО

Обеспечение безопасных условий хранения и захоронения накопленных в водоемах ЖРО

В настоящее время эксплуатация водоемов осуществляется в полном соответствии с законодательством РФ и регламентируется специальными лицензиями, санитарными правилами, ограничениями на поступление и сброс, установленными федеральными органами санитарного надзора и Ростехнадзором.

Основная часть накопленной в водоемах активности (более 99%) содержится в водоемах В-9 (Карачай) и В-17 (Старое болото), а основной объем загрязненной радионуклидами воды – в водоемах ТКВ. Следует отметить, что после опубликования 17 сентября 2010 года новой редакции ОСПОРБ-99/2010 вода в водоемах В-2, В-6, В-3, В-4, В 10 и В-11 не является ЖРО. Более того, ее удельная активность всего в 1,2-3 раза превышает значения удельной активности техногенных радионуклидов, при которых допускается неограниченное использование материалов (Приложение 3 к ОСПОРБ-99/2010). Донные отложения на большей части площади акватории водоемов В-10 и В-11 также не попадает под категорию радиоактивных отходов. Только донных отложения на участках, которые соответствуют старому руслу реки Течи, могут быть отнесены к твердым низкоактивным РАО.

На предприятии приняты основные концептуальные решения по безопасной эксплуатации и консервации всех специальных промышленных водоемов, включая Карачай и ТКВ. Определены следующие основные направления практических работ по повышению безопасности водоемов (рис. 5):

• водоемы В-9 и В-17 подлежат консервации и превращению в приповерхностные объекты захоронения ТРО;
• водоемы ТКВ будут контролироваться около 100 лет; поскольку к 2100 году донные отложения перестанут классифицироваться как ТРО, ТКВ после этого времени можно будет использовать в качестве водоемов технического водоснабжения;
• водоемы В-2 и В-6 предполагается использовать в качестве водоемов оборотного водоснабжения предприятия без сброса в них ЖРО.

Рис. 5. Основные положения концепции эксплуатации специальных промышленных водоемов

Потенциальная опасность водоема В-9, который по общим запасам накопленной активности (120 млн Ки) не имеет аналогов в мировой практике, определяется поступлением радиоактивных аэрозолей в атмосферу при аномальных метеорологических условиях (возникновение смерчей) и загрязнением подземных вод. К середине 1980-х годов была отработана уникальная технология засыпки водоема скальным грунтом с применением полых бетонных блоков.

Результаты работ по первой и второй очередям консервации:

• площадь зеркала воды (на начало 2010 года) сокращена с 36 га до 8 га;
• локализованы техногенные осадки, содержащие более 80% активности;
• акватория разбита дамбами на чеки;
• проведены работы по реабилитации территории;
• влияние водоема на загрязнение атмосферы и почвы прослеживается в радиусе не более 1 км и не выходит за границы санитарно-защитной зоны предприятия.

Третья очередь консервации водоема выполняется в рамках ФЦП ЯРБ. Главная задача проекта – окончательное закрытие акватории и рекультивация прилегающей территории к 2015 году. Проект консервации Карачая тесно связан с проектом строительства комплекса цементирования, поскольку его окончательное закрытие возможно только после пуска в эксплуатацию установки цементирования САО и последующего прекращения сброса ЖРО в водоем.

В рамках ФЦП ЯРБ разработан проект ликвидации водоема В-17, который предусматривает использование проектных и технических решений, апробированных и примененных при закрытии водоема В-9. Проведена опытно-промышленная проверка технологии закрытия водоема. В настоящее время проводятся требуемые законодательством экспертные процедуры проекта консервации водоема В-17.

Основные проблемы долговременной безопасной эксплуатации ТКВ определяются возможностью переполнения водоемов (поступление воды в ТКВ превышает расходные составляющие водного баланса) и устойчивостью конечной плотины каскада П-11 к внутренним и внешним воздействиям.

Для решения этих проблем в 2007-2008 годах были полностью завершены работы по созданию противофильтрационного экрана в теле плотины П-11 и отсыпке нижнего бьефа плотины скальным грунтом; к 2009 году была создана и введена в эксплуатацию современная система мониторинга состояния плотины с использованием геодезических знаков и пьезометров. В настоящее время, по мнению экспертов, устойчивость плотины П-11 к любым внешним и внутренним воздействиям не вызывает сомнений.

В 2010 году в соответствии с ФЦП ЯРБ введена в эксплуатацию первая очередь общесплавной канализации (ОСК) промышленной площадки предприятия, позволяющая отвести от ТКВ 3,5 млн м3 в год. В 2010 году был разработан проект второй очереди ОСК, который предполагается реализовать в 2015 году, что позволит снизить приходную составляющую водного баланса ТКВ еще на 1,5 млн м3 в год. Комплекс ОСК – крупный экологический проект, направленный на разделение и регулирование водных потоков ПО «Маяк». Он позволит стабилизировать уровень воды в водоемах ТКВ и существенным образом повысить безопасность их эксплуатации.

Таким образом, к настоящему времени в ПО «Маяк» определены основные стратегические пути обращения с жидкими радиоактивными отходами, сформированы основные положения концепции вывода из эксплуатации объектов ядерного «наследия». Создание установок по переработке ЖРО позволит реализовать на предприятии концепцию безопасного обращения с радиоактивными отходами. Ввод в эксплуатацию установки химико-металлургического производства запланирован в 2012 году, комплекса цементирования – в 2013 году, установки очистки НАО – в 2018 году.

Первоочередные задачи обеспечения радиоэкологической безопасности в районе расположения ПО «Маяк» успешно решаются в рамках ФЦП ЯРБ.

Авторы

Г.Ш. БАТОРШИН, к.т.н., технический директор (главный инженер) - первый заместитель генерального директора ФГУП "ПО "Маяк"