СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ И ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИАЦИОННО ЗАГРЯЗНЕННОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ НА ТЕРРИТОРИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ
METHOD OF PROCESSING AND DISPOSAL OF RADIATION-CONTAMINATED VEGETATION ON TERRITORIES OF PERMAFROST ZONE

Изобретение относится к области обращения с твердыми радиоактивными отходами (ТРАО); может быть использовано при ведении реабилитационных работ на отдаленных, обширных, радиационно загрязненных территориях криолитозоны, где имеющаяся растительность (лес, кустарник) является долговременным источником радиационной опасности и по уровню загрязненности техногенными радионуклидами относится к ТРАО и подлежат захоронению.
Известен способ захоронения (ТРАО) в зоне многолетней мерзлоты [1] (Прототип), который предназначен для всех видов ТРАО (органических и неорганических), включая растительность в непереработанном виде, по аналогии со способом, применяемым на Чернобыльской АЭС [2]. В данном случае захораниваются в поверхностных курганных могильниках спиленные деревья (хлысты) и лесосечные отходы (пни), а также кустарник, собранные с радиационно загрязненной территории криолитозоны в цельном виде без какой-либо переработки, совместно с почвой и грунтом.
Основными недостатками этого способа являются:
- низкая плотность укладки длинных хлыстов, в связи с чем могильник имеет большие размеры;
- необходимость выполнения большого количества ручных операций для очистки хлыстов от ветвей и сучьев;
- высокая вероятность внешнего облучения персонала при производстве реабилитационных работ;
- большой расход воды для заполнения всех пустот в могильнике в период его возведения, которая в связи с прекращением речного стока в зимний период становится дефицитной;
- трудность совмещения и выполнения операций по захоронению разнородных (органических и неорганических) ТРАО в одном могильнике.
Заявляемое изобретение направлено на решение вопросов обеспечения радиационной безопасности населения и окружающей среды северных регионов страны.
Техническими задачами изобретения являются: повышение надежности захоронения органических ТРАО в условиях криолитозоны; сокращение скорости диффузионной миграции радионуклидов за пределы хранилища; снижение риска внешнего облучения населения.
Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить при учете и максимальном использовании особенностей климата и естественных (природных) ресурсов криолитозоны:
- резкоконтинентальный климат с продолжительной (7 месяцев) зимой;
- отрицательная среднегодовая температура наружного воздуха;
- наличие сплошной многолетней мерзлоты;
- небольшая мощность сезонной оттайки поверхностного слоя грунтов (деятельного слоя) в летний период (1,5-2,0 м);
- отрицательный тепловой баланс - количество тепла, получаемого наземными насыпными сооружениями в летний период, намного ниже его оттока в холодное время года;
- практически неограниченные запасы естественного (атмосферного) холода.
Предлагается новый способ переработки и захоронения радиационно загрязненной растительности на территориях криолитозоны, заключающийся в том, что все операции (спиливание деревьев, переработка их в щепу, укладка ее в хранилище) производятся в зимнее время, после наступления устойчивой отрицательной температуры наружного воздуха и промерзания деятельного слоя грунтов. Щепа затем захоранивается в поверхностных хранилищах (могильниках) курганного типа с использованием местных материалов и природных ресурсов криолитозоны, при этом укладку ее производят послойно с проливом водой и промораживанием естественным холодом, а толщину единичного слоя определяют из соотношения:
сл.
н.в.
N=1.5|t|-15, см,
н.в.
где 1,5 и 15 - постоянные коэффициенты; |t| - абсолютное среднемесячное значение температуры наружного воздуха зимнего периода (ноябрь-март).
После полной выкладки всей растительности поверхность хранилища покрывают гидроизоляционным, грунтовым и почвенным слоями, выполняющими в комплексе функции саркофага и защищающие хранилище от растепления в летний период, проникновения поверхностных вод и выветривания.
Введенный в формулу изобретения такой существенный признак, как переработка древесины в щепу, позволяет получить однородную, легко перевозимую, укладываемую, уплотняемую и пропитываемую водой массу.
Другой существенный признак заключается в том, что каждый уплотненный и пропитанный водой слой промораживается естественным (атмосферным) холодом, образуя жесткую и прочную древесно-ледяную конструкцию.
Третий существенный признак заключается в том, что образуемый в процессе замерзания воды лед выполняет также функции компаундирующего материала. К тому же он хорошо аккумулирует атмосферный холод, запасов которого должно хватить на весь летний период, что позволяет при наличии теплоизоляции избежать растепления могильника, а также минимизировать диффузионную миграцию радионуклидов.
Четвертый существенный признак заключается в том, что поверх образованного ледодревесного монолита последовательно укладываются гидроизоляционный, теплоизоляционный, грунтовый и почвенные слои, которые надежно защищают сооружение от попадания дождевых осадков, растепления в летний период и эрозионного разрушения.
Следующий существенный признак заключается в том, что в зависимости от динамики температуры наружного воздуха в течение зимнего периода принимается оптимальная толщина единичного слоя укладываемой щепы, которая определяется из ниже приведенного соотношения, что дает возможность ускорить процесс промораживания, а следовательно, и утилизации TPАО в целом:
сл.
н.в.
N=1.5|t|-15, см,
н.в.
где 1,5 и 15 - постоянные коэффициенты; |t| - абсолютное среднемесячное значение температуры наружного воздуха зимнего периода (ноябрь-март).
Существенным признаком является также тот факт, что внутри возведенного по предлагаемой технологии сооружения (хранилища) поддерживается устойчивая круглогодичная отрицательная температура, тем самым оно обладает высокой конструктивной устойчивостью (к тому же сохраняя стабильные геометрические параметры) в климатических условиях криолитозоны и, как следствие этого, хорошей герметичностью.
Способ поясняется двумя чертежами.
На фиг.1 изображен план (технологическая схема) расположения оборудования для практической реализации заявляемого способа переработки и захоронения радиационно загрязненного растительного покрова, а на фиг.2 - поперечный разрез возводимого хранилища (позиция 12).
Условные обозначения, принятые на чертежах:
1 - территория с радиационно загрязненным растительным покровом;
2 - подъездная дорога;
3 - штабели спиленных деревьев;
4 - фрезерно-пильная установка;
5 - дефебрерная машина;
6 - дизель-электрическая установка;
7 - отвал технологической щепы;
8 - передвижная установка для раскряжевки леса;
9 - погрузчик;
10 - транспортное средство;
11 - слой щепы, утрамбованной и скомпаундированной льдом;
12 - хранилище радиационно загрязненной щепы, сцементированной льдом (замерзшей водой);
13 - гидроизоляционный экран;
14 - теплозащитный слой;
15 - грунтовый слой;
16 - почвенный слой, засеиваемый кустарником и многолетними травами.
Реализация способа осуществляется следующим образом. После определения границ радиационно загрязненного участка (1) прокладываются подъездные дороги (2) и на приграничной, незагрязненной территории размещается все необходимое оборудование.
Загрязненный лес спиливается бензопилами и трелевочными тракторами укладывается в штабель (3). Хлысты последовательно перерабатываются на фрезерно-пильной (4), а затем на дефебрерной (5) установках, питаемых от передвижной дизельной электроустановки (6), с получением конечного продукта - технологической щепы, укладываемой в отвал (7).
После спиливания леса проводятся работы по уборке лесосечных отходов и кустарника с помощью передвижной установки (8), которые также проходят весь вышеперечисленный цикл переработки в щепу.
3
Из отвала щепа с помощью погрузчиков (9) грузится в транспортное средство (10) и доставляется на подготовленную площадку, где укладывается слоями (II) с уплотнением и проливом водой из специально оборудованной поливочной машины (из расчета 800 л воды на 1 м щепы). Первый слой промораживается естественным холодом, а затем укладывается и промораживается второй и т.д. до полной укладки всей щепы с образованием древесно-ледяного монолита-хранилища (12). Хранилище должно иметь форму усеченного конуса при небольших объемах ТРАО или лежащей призмы трапецеидального сечения вытянутой длинной осью с Севера на Юг (при больших объемах ТРАО).
Поверх древесно-ледяного монолита укладывается гидроизоляционный экран (13) из суглинка или полиэтиленовой пленки, а затем последовательно укладывается теплоизоляционный слой (14) из местного материала (торф, мох) расчетной толщины, защищающий хранилище от растепления в летний период, засыпаемый затем слоем грунта (15) и почвенным слоем (16), который в летний период засевается многолетними травами и кустарником для защиты поверхности хранилища от эрозии. Теплозащитный, грунтовый и почвенные слои возводятся без пролива водой. Все работы должны быть закончены в течение холодного периода года (tср. суточная ≤-10°С)
Основные преимущества предлагаемого способа:
- высокая механизация всех видов работ с использованием серийно изготавливаемого передвижного оборудования модульного типа и современных технологий лесопереработки, с минимальным количеством ручных операций;
- все виды органических (твердых) РАО перерабатываются в однообразную, легко перевозимую, укладываемую и уплотняемую массу (щепу), что позволяет получить плотное, без пустот ледодревесное хранилище с минимальным объемом;
- простота операций, низкие затраты и высокое качество компаундирования ТРАО льдом (замерзшей водой);
- низкий уровень диффузионной миграции радионуклидов за пределы хранилища;
- длительность периода ведения работ (7 месяцев);
- низкая степень внешнего облучения рабочих, занятых на работах;
- простота дезактивации используемой техники по завершению работ;
- простота, небольшое количество операций и высокая скорость сооружения хранилища;
- сравнительно низкие энергетические затраты на выполнение всех операций за счет использования естественного (атмосферного) холода;
- высокая защищенность хранилища, выполняющего функции могильника, от воздействия неблагоприятных факторов, в том числе возможного глобального потепления климата в криолитозоне.
Источники информации
1. Патент на изобретение России №2134459.
Способ захоронения твердых радиоактивных отходов в зоне многолетней мерзлоты / В.В.Киселев, Ю.А.Хохолов, МКИ G21F 9/24; заявл. 12.08.97; опубл. 10.08.99.
2. Микеев А.К. Социально-экономическая оценка риска пожаров как чрезвычайных ситуаций // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Обзорная информация. Выпуск 4. - 2001 г. - С.259-272.