СПОСОБ ФИКСАЦИИ ПУЛЬПЫ В ОТКРЫТОМ БАССЕЙНЕ-ХРАНИЛИЩЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
METHOD OF FIXING PULP IN OPEN RADIOACTIVE WASTE STORAGE POND

Изобретение относится к атомной энергетике, к способам обращения с радиоактивными отходами, в частности к способам фиксации пульпы открытых бассейнов-хранилищ радиоактивных отходов путем засыпки грунтом. Открытые хранилища потенциально опасны для окружающей среды как источник возможного радиоактивного загрязнения в случае возникновения аномальных природных явлений (шторм, смерч и т.д.); открытые бассейны-хранилища подлежат консервации, которая заключается в надежной изоляции содержимого бассейна от окружающей среды.
Жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) от переработки ядерных материалов помещали в открытые бассейны-хранилища. Со временем в бассейнах-хранилищах из ЖРО в процессе их выдержки и гидролиза примесей образовались осадки, включающие железо, алюминий, кремний, марганец, хром и другие примеси, присутствовавшие в переработанном облученном топливе и в использованных при переработке реагентах. Осадки концентрируются на дне хранилищ в виде пульп. Радионуклиды сконцентрированы в пульпах. В верхней части содержимого хранилищ образуются отстоявшиеся растворы (декантаты), которые экранируют от окружающей среды радиоактивные пульпы.
При засыпке грунтом бассейнов пульпы способны взмучиваться, перетекать и выдавливаться на поверхность насыпанного грунта, вынося тем самым радионуклиды на открытую поверхность. Основной технической задачей при засыпке бассейнов грунтом является предотвращение выхода радионуклидов на поверхность насыпанного грунта.
2
2
Известен способ фиксации радиоактивных отходов в бассейнах-хранилищах, которые находятся в виде водных растворов и суспензий донных отложений (Патент РФ №2155396, МПК G21F 9/24, опубл. 27.08.2000). Способ включает засыпку акватории бассейна-хранилища металлургическим шлаком, измельченным до удельной поверхности 4000-6000 см/г, со скоростью засыпки 0,125-0,375 м/ч. После засыпки происходит отверждение отходов с образованием прочного композита.
Способ предполагает наличие большого количества металлургического шлака в районе бассейна и его специальную подготовку.
Известен способ обращения с радиоактивными отходами (Патент РФ №2168223, МПК G21F 9/20, опубл. 20.03.2001), согласно которому открытые хранилища радиоактивных отходов засыпают гидрофобизированным природным грунтом толщиной, достаточной для исключения капиллярного подъема жидкости; гидрофобизацию грунта осуществляют обработкой его раствором гудрона в органическом растворителе. Способ чрезвычайно трудоемок, т.к. предполагает предварительную обработку гудроном большого количества грунта. В процессе засыпки бассейнов грунтом вытесненную часть декантата направляют на глубинное захоронение.
За прототип выбран способ фиксации пульпы открытого бассейна-хранилища радиоактивных отходов, описанный в способе консервации бассейна-хранилища как первый этап консервации / Козырев А.С., Рябов А.С., Терентьев С.Г.,
Седельников В.П., Кривопустов С.И. Опыт консервации открытого хранилища ЖРО, Российское атомное сообщество, ОАО «Сибирский химический комбинат», сайт http://www.atomic-energy.ru, 15 декабря 2011 /. Способ фиксации пульпы путем засыпки акватории бассейна-хранилища грунтом включает рассечение бассейна разделительными дамбами, фронтальную засыпку грунта на поверхность льда между дамбами и последующую откачку вытесненного декантата (отстоявшегося раствора). После фиксации пульпы осуществляют другие операции по консервации бассейна: укладку выравнивающего слоя грунта, укладку поверх него глиняного экрана и др.
При наталкивании грунта между разделительными дамбами на лед от береговой линии к центру бассейна лед под грунтом проседает. Проседание льда происходит во фронте насыпаемого грунта. Проседание льда на большой площади происходит неравномерно и может повлечь за собой разрушение льда. Так как подо льдом находится большой слой жидкой фазы, то при разрушении льда весьма вероятен вынос пульпы, а с ней и радионуклидов, на поверхность насыпанного грунта, особенно по линии фронта насыпаемого грунта. Откачка части декантата заранее (до засыпки грунтом) приблизит радиоактивную пульпу к поверхности бассейна и увеличит опасность загрязнения окружающей среды.
Задачей изобретения является исключение выхода пульпы на поверхность насыпанного грунта.
Поставленную задачу решают тем, что в способе фиксации пульпы в открытом бассейне-хранилище радиоактивных отходов, при этом радиоактивные отходы находятся в бассейне в виде пульпы и декантата, включающем рассечение бассейна разделительными дамбами, достигающими дна бассейна, на участки-полосы, засыпку грунтом покрытых льдом полос, и откачку вытесненного при засыпке декантата, полосы между разделительными дамбами рассекают дополнительными поперечными дамбами на ячейки, которые засыпают грунтом последовательно, при этом поперечную дамбу сооружают путем насыпания грунта на лед до просадки льда на глубину, обеспечивающую зазор между дамбой и дном бассейна, через который ячейка по декантату сообщается с незасыпанной частью бассейна, затем подо льдом оттесняют декантат из ячейки в акваторию бассейна через зазор между поперечной дамбой и дном бассейна путем насыпания части грунта, предназначенного для засыпки ячейки, на лед ячейки до просадки льда, после оттеснения декантата из ячейки осуществляют изоляцию ячейки от акватории бассейна путем наращивания поперечной дамбы до ее просадки до дна бассейна и засыпают изолированную ячейку остальным грунтом.
Для оттеснения декантата грунт на лед ячейки насыпают до просадки льда на глубину, не превышающую глубину просадки льда под поперечной дамбой.
Засыпание грунтом ячейки осуществляют путем равномерного покрытия грунтом в направлении от периферии к центру.
Отсечение ячейки путем просадки льда под весом насыпанного грунта дополнительной поперечной дамбы, не доходящей до дна бассейна, создает два сообщающихся сосуда: один - это ячейка и второй - это акватория бассейна. Сообщение между ними проходит через зазор (просвет, щель) между дном хранилища и просевшим льдом под поперечной дамбой. Помещение грунта на поверхность льда ячейки приводит к просадке льда ячейки и поршневому вытеснению части декантата из ячейки в акваторию бассейна подо льдом поперечной дамбы.
Максимально возможная степень оттеснения (отжатия) из ячейки раствора задается глубиной погружения льда под слоем грунта поперечной дамбы. Чем больше глубина погружения льда под дамбой, тем большее количество раствора ячейки можно передавить в акваторию бассейна при засыпке грунта на поверхность льда ячейки.
Пример осуществления способа.
Провели засыпку открытого бассейна-хранилища радиоактивных отходов. Сначала бассейн рассекли разделительными дамбами, достигающими дна бассейна, на несколько вытянутых в длину участков (полос) примерно одинаковой ширины. Содержимое бассейна представляет собой пульпу и отстоявшийся раствор-декантат. Дальнейшие работы проводились в зимнее время. Между разделительными дамбами соорудили дополнительные поперечные дамбы, которые разделили полосы на ячейки примерно прямоугольной формы. При этом грунт, формирующий поперечную дамбу, насыпали на лед в количестве, достаточном для просадки льда на заданную глубину, с обеспечением зазора (просвета) между дном бассейна и просевшим льдом под насыпанным для дамбы грунтом. При сооружении поперечных дамб лед под весом грунта проседал на заданную глубину, не разрушаясь.
Затем с двух противоположных разделительных дамб на всю поверхность льда ячейки был набросан грунт, при этом грунт насыпали равномерно по всей площади ячейки в направлении от периферии ячейки к ее центру, насыпали слоями, постепенно увеличивая толщину насыпанного слоя. Лед проседал (опускался), не разрушаясь. Грунт лучше насыпать в количестве, обеспечивающем просадку льда ячейки на глубину, не превышающую глубину просадки льда под поперечной дамбой (другими словами, толщина слоя грунта на льду ячейки не превышает толщину слоя грунта поперечной дамбы). Опускание льда ячейки привело к оттеснению раствора через зазор под поперечной дамбой в акваторию бассейна. Если лед в ячейке просядет ниже льда под поперечной дамбой, то может произойти оттеснение пульпы в акваторию бассейна, то есть вынос пульпы из ячейки с нарушением равномерности распределения пульпы по площади хранилища.
Затем насыпали грунт на поперечную дамбу (нарастили дамбу) до полной изоляции ячейки (лед под дамбой опустился до дна) и засыпали ячейку, насыпая остальной грунт на всю площадь ячейки, увеличивая площадь перекрытия ячейки грунтом равномерно от дамб к центру ячейки до ее полного перекрытия.
Общее количество грунта для засыпания ячейки брали из расчета получения толщины грунта в ячейке, превышающей слой, поглощающий (впитывающий) жидкость в ячейке, исключающий капиллярный подъем жидкости в верхнем слое грунта.
Далее таким же образом засыпали грунтом соседнюю ячейку и т.д. По мере засыпания ячеек и отжатия раствора-декантата в акваторию бассейна, для того чтобы уровень бассейна не повысился, производят периодическую откачку декантата из-подо льда акватории бассейна. Откачанный раствор направляют на глубинное захоронение в пласт-коллектор.
Весной лед в ячейках под грунтом растаял, и грунт лег на твердые частицы пульпы, придавив их ко дну, впитав (поглотив) жидкость; пульпа оказалась полностью зафиксирована и закрыта грунтом. Так как в засыпанных ячейках подо льдом находилось сравнительно небольшое количество жидкости, то и выхода жидкости на поверхность грунта, а значит и радиоактивных загрязнений, не произошло.
После фиксации пульпы консервацию бассейна продолжили: уложили выравнивающий слой грунта, на него - глиняный слой (экран), поверх глиняного экрана - защитный слой из песчаного грунта с организацией отвода дождевых и талых вод с поверхности бассейна и др.