Когда радионуклидов под завязку

Исправляя изъяны

Советские атомные проекты 60-70-х годов не предусматривали переработку образующихся в процессе эксплуатации ЖРО. Утилизация откладывалась на 30-40 лет – до момента выработки энергоблоками эксплуатационного ресурса. Первой сигнал SOS подала Кольская АЭС: в середине 90-х годов хранилища ЖРО оказались заполнены на 70 %. В 2006 году на станции введен в промышленную эксплуатацию первый в России комплекс переработки жидких радиоактивных отходов (КП ЖРО, рис.1). Часть оборудования была поставлена в рамках программы TACIS.
 (КП ЖРО, рис. 1).
Справка. TACIS (Technical Assistance for the Commonwealth of Independent States) – программа Европейского союза по содействию ускорению процесса экономических реформ в СНГ. На строительство пускового комплекса переработки ЖРО КоАЭС ЕС было выделено €4 млн. Общая объем инвестиций в строительство комплекса (с установкой цементирования) до 2010 года – €10 млн.


Рис. 1. Комплекс переработки ЖРО на Кольской АЭС.

За два года с небольшим на КП ЖРО КоАЭС переработано более 300 м3 кубового остатка и 2400 м3 растворов донных отложений (получены при растворении закристаллизовавшейся фазы кубового остатка). Выход конечного продукта утилизации – солевого плава – составил более 330 т. Сейчас готовится модернизация главной системы комплекса – системы очистки ЖРО от радионуклидов. Цель – повысить производительность комплекса.

Но проблема утилизации ЖРО актуальна не только для КоАЭС. В настоящее время вопрос очень остро стоит на Ленинградской, Смоленской и Курской АЭС. Заполнение хранилищ жидких радиоактивных отходов на этих станциях – 90%, 84% и 60%.
По словам Оксаны Багиной, инженера-проектировщика ОАО «СПбАЭП», действующие на российских АЭС системы обращения с ЖРО основаны на малоэффективной технологии упаривания:

«Получаемый солевой концентрат помещают в специальные емкости. В таких же емкостях хранятся шламы и отработанные ионообменные смолы, полученные в результате работы систем спецводоочистки. При длительном хранении не исключена разгерметизация – это потенциальная опасность радиоактивного заражения окружающей среды. Также опасно хранение отходов, содержащих соли борной кислоты. Поэтому необходима модернизация систем обращения ЖРО. Цель – создать такой технологический комплекс, который бы мог перерабатывать накопленные и вновь образующиеся ЖРО, переводя их в твердое состояние с максимальным уменьшением объема и получением продукта пригодного для дальнейшего безопасного хранения».    


Технологические поиски

Аналогов комплексу переработки ЖРО, запущенному на Кольской АЭС, нет ни в Росси, ни в мире.

За базовую технологию была принята ионоселективная сорбция, гарантирующая наилучшие показатели коэффициента сокращения объема отходов и качества конечного продукта. Генеральным проектировщиком выступил санкт-петербургский институт «Атомэнергопроект» (ОАО «СПбАЭП»). Но зарубежный опыт селективной сорбции, результаты научно-исследовательских работ показали, что применение специальных сорбентов эффективно только для очистки от радионуклидов цезия. Сорбции радионуклидов кобальта, марганца и др. не происходит. Это связано с тем, в растворах они находятся в составе сложных комплексов.

Для решения проблемы привлекли ЗАО «РАОТЕХ», которое при участии ГУП МосНПО «Радон», ЗАО «Альянс-Гамма», ГП ВНИИАЭС разработало комплексную технологию очистки ЖРО (кубовых остатков) от радионуклидов.

Как это работает

КП ЖРО утилизирует все виды жидких радиоактивных отходов (кубовый остаток – методом ионоселективной очистки, ионообменные смолы и шламы – цементированием). Сейчас на КоАЭС перерабатываются только  кубовые остатки; систему цементирования внедрят в 2010 году.   

Основные технологии КП: извлечение ЖРО из баков хранения; очистка ЖРО от радионуклидов; концентрирование очищенных растворов. Комплекс включает ряд вспомогательных систем и оборудования (спецвентиляция, спецканализация, реагентное хозяйство, спецгазоочистка и др.).

Установка извлечения состоит из перчаточного бокса, соединительной трубы, цепной тали, подвижного (на гусеничном ходу) устройства размыва – кроллера (рис. 2), погружного насоса, подогревателя, видеокамеры с прожектором для подсветки, пульта управления, блока дозировки гидроксида натрия, пакета шлангов и кабелей, арматуры и трубопроводов обвязки.

Рис. 2. Кроллер – устройство размыва солевых отложений и шлама.

Устройство растворения монтируется в емкость кубового остатка, организуется контур циркуляции раствора. Раствор разогревается, частично растворяются кристаллические отложения солей. При достижении заданной концентрации солей происходит периодическая откачка обогащенного солями раствора в приемную емкость установки очистки от  радионуклидов.

Центральная система комплекса – система очистки ЖРО от радионуклидов.
Здесь кубовый остаток проходит последовательно три стадии обработки:
 1. Окисление озоном для разрушения комплексных соединений, связывающих радионуклиды 60Co, а также органических веществ отравляющих ионоселективные сорбенты, и перевод их шламовую составляющую.
2. После окисления озоном кобальт и марганец переходят в шлам; далее – отделение шламов с соосажденными на них радионуклидами кобальта и марганца при фильтрации на мембранных фильтрах (рис.3); шлам отправляется на цементирование.
3. На третьей стадии раствор очищается от радионуклидов цезия; ионоселективная очистка – на ионоселективном сорбенте (марка «Термоксид»), загруженном в фильтры-контейнеры (объем загруженного сорбента – 120 л, толщина стенки фильтра-контейнера – 150 мм, рис.3).

Рис. 3. Фильтр-контейнер.

В результате этих технологических операций получается очищенный раствор, в котором содержание радионуклидов не превышает значений, установленных нормами радиационной безопасности. Раствор упаривается до сухих солей на установке концентрирования, затем в бочках направляется на хранение как промышленные отходы. Плотность продукта –  солевого плава –  1800-2000 кг/м3; содержание радионуклидов – ниже норм, установленных НРБ-99. Этот продукт может применяться в промышленности как источник соединений бора.

Объем отвержденных радиоактивных отходов в 50 раз меньше, чем в жидком состоянии. Твердые отходы пригодны для длительного хранения и окончательного захоронения.
Управление всеми стадиями переработки на КП ЖРО ведется  со щита управления (рис.4). Для контроля оборудования предусмотрены видеокамеры с выводом изображения на диспетчерский пульт.





Рис. 4. Щит управления КП ЖРО.



Эффект масштабирования

В целом опыт эксплуатации КП ЖРО на Кольской АЭС признан успешным. Теперь ОАО «Концерн Энергоатом» планирует внедрить комплексы переработки в наиболее перегруженных жидкими отходами «точках» российской атомной генерации:
– в 2010 году – на Ленинградской АЭС; объем инвестиций – около 2,2 млрд руб.;
– в 2012 году – на Смоленской (ок. 5,5 млрд руб.) и Курской АЭС (4,5 млрд руб.).

Константин Литвиненко