СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЛЕДЯНЫМИ ГРАНУЛАМИ
METHOD FOR DEACTIVATING SOLID RADIOACTIVE WASTE WITH ICE GRANULES

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными отходами и может быть использовано для дезактивации твердых радиоактивных отходов (ТРО) различного морфологического состава (металлические отходы, крупные фрагменты железобетона и др.).
Известна «Установка для очистки поверхности» RU 2309832 [2], включающая изготовление ледяных гранул из потока воды, ускорение ледяных гранул и обработку поверхности гранулами.
Недостатком является практическая неприменимость для очистки поверхностей от радиоактивных загрязнений.
2
2
2
Известен «Способ дробеструйной очистки поверхности бетонных и железобетонных конструкций перед ремонтом» RU 2457049 [3], включающий обработку поверхности бетона и железобетона дробью под давлением, обработку дробью ведут под давлением 7 атм, расход дроби составляет 9-11 кг/м, производительность 20-40 м/ч, продолжительность воздействия 2,0-2,5 мин/м.
Недостатком известного способа сухой абразивной очистки при дезактивации радиоактивно загрязненных поверхностей является интенсивное радиоактивное пылеобразование (истирающийся абразив, сухие частицы загрязнений), как следствие – потребность во влажном пылеподавлении, дезактивации оборудования и рабочей зоны с большим количеством воды, образование значительных объемов вторичных ЖРО. Кроме того, дробеструйные камеры громоздки и не годятся для мобильного исполнения, металлическая дробь является расходным материалом, что также препятствует мобильности и автономности работы устройства. Расходный материал в процессе работы требует регулярной дезактивации, со временем превращается во вторичные ТРО, работа с которыми требует дополнительных операций, причем объем ТРО на захоронение дополнительно увеличивается.
2
Наиболее близким техническим решением является «Способ дезактивации конструкций и устройство для его осуществления» RU 93016037 [1], включающий насыщение кристаллической влагой бетонной поверхности путем подачи переохлажденного нейтрального газа (СО) и последующее воздействие высокотемпературной струей.
Известное устройство [1] не использует расходные материалы и не производит дополнительных ТРО.
2
2
Недостатком указанного способа и устройства для его осуществления является образование в процессе дезактивации радиоактивного аэрозольного тумана углекислого газа, что опасно для персонала, радиоактивно загрязняет все помещение и влечет образование большого количества жидких радиоактивных отходов (ЖРО) со взвесями твердых радиоактивных частиц. Кроме того, температура заморозки «сухого льда» из СО значительно ниже замерзания водяного льда, что требует больших энергозатрат, а твердость ледяных гранул СО меньше, чем песка, металлической дроби и других абразивов, что снижает качество дезактивации поверхности.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение опасности для персонала, повышение экономичности и эффективности очистки, снижение объема ТРО, отправляемого на захоронение, снижение объемов образования вторичных радиоактивных отходов.
Технический результат достигается тем, что способ  дезактивации твердых радиоактивных отходов (ТРО), включающий воздействие в рабочей камере на поверхность ТРО частиц льда с дальнейшим плавлением льда, сбором и фильтрацией плавленой воды с образованием замкнутого цикла воды характеризуется тем, что обработку поверхности ТРО проводят ускоренными ледяными гранулами, проводят входной и выходной радиационный контроль отходов, сортировку их в соответствии с результатами радиационного контроля с выводом части отходов из категории радиоактивных в категорию твердых промышленных отходов, причем талая вода после дезактивации проходит полную очистку от радионуклидов.
Дезактивация поверхностей ТРО может осуществляется путем воздействия на них потока сферических  монодисперсных ледяных водяных гранул размером 100-500 мкм, скоростью до 100 м/с, полученных при температуре не выше минус 50°С. Указанные параметры потока ледяных гранул достаточно легко осуществимы и обладают достаточной эффективностью для удаления загрязнений, в том числе радиоактивных, сконцентрированных, как правило, в поверхностных слоях отходов (в ржавчине, окалине, лакокраске, карбонизированном «старом» поверхностном слое бетона и пр.).
Крупные предметы ТРО можно фрагментировать средствами фрагментации (например, стол для фрагментации с гидравлическими ножницами, аппарат плазменной резки или др.), что позволит сократить габариты рабочей камеры дезактивации.
Рабочая камера дезактивации может содержать средства пылеподавления, например распылитель воды в рабочей камере, что позволит дополнительно снизить содержание радиоактивной пыли и аэрозолей в воздухе рабочей зоны.
Система очистки талой воды после дезактивации может содержать узел микрофильтрации, например центробежный сепаратор и/или тканевый мешочный фильтр. Указанные устройства позволят эффективно удалять механические примеси, которые затем установленным порядком собираются и утилизируются как вторичные ТРО.
Система очистки воды может содержать узел селективной сорбции радионуклидов, например фильтр-контейнер с твердым сорбентом (ионообменным, ферроцианидным или иным) для различных радионуклидов. Отработанные сорбенты установленным порядком собираются и утилизируются как вторичные ТРО.
Система очистки воды может содержать узел мембранной очистки низконапорным обратным осмосом, что позволит осуществить более тщательную очистку воды. Концентрат после мембранной очистки установленным порядком собирается и утилизируется как вторичные жидкие радиоактивные отходы (ЖРО).
Устройство разгона ледяных гранул может содержать блок осушки воздуха, что позволит избежать конденсации воды на поверхности ледяных гранул и повысить эффективность и стабильность результатов дезактивации.
Принципиальная блок-схема дезактивации ТРО показана на фиг. 1, где:
1 – исходные ТРО;
2 – участок приема контейнеров с ТРО;
3 – извлечение ТРО из контейнера;
4 – сортировка ТРО по габариту;
5 – входной радиационный контроль;
6 – фрагментация ТРО;
7 – промежуточный радиационный контроль;
8 – склад (контейнер) безопасных твердых промышленных отходов;
9 – ТРО на дезактивацию;
10 – камера дезактивации;
11 – выходной радиационный контроль;
12 – твердые радиоактивные отходы;
13 – приготовление водных ледяных гранул;
14 – разгон водных ледяных гранул;
15 – микрофильтрация;
16 – узел селективной сорбции радионуклидов;
17 – очистка низконапорным обратным осмосом;
18 – пылеподавление распылением воды;
19 – емкость для сбора концентрата (ЖРО) после мембранной очистки;
20 – приточно-вытяжная вентиляция;
21 – воздух из атмосферы;
22 – сброс очищенного воздуха в атмосферу;
23 – фильтрованная вода;
24 – техническая вода;
25 – талая вода.
Способ реализуется следующим образом: исходные твердые радиоактивные отходы (ТРО), размещенные в сертифицированном контейнере, поступают на участок приема контейнеров 1. Далее ТРО извлекают из контейнера 3, сортируют по габариту 4 и проводят входной радиационный контроль 5. По результатам радиационного контроля и, при необходимости, фрагментации нерадиоактивные фрагменты исходных отходов отправляют в контейнер для сбора твердых промышленных отходов 8. Если фрагменты ТРО по габариту больше размера дезактивационной камеры, их фрагментируют на участке фрагментации ТРО 6, после которого проводят промежуточный радиационный контроль 7. Радиационно-безопасные фрагменты отправляют на  склад безопасных твердых промышленных отходов 8. Радиоактивно загрязненные фрагменты подходящего размера отправляют в камеру дезактивации водными ледяными гранулами 10.
Для дезактивации изготавливают ледяные водяные монодисперсные гранулы 13, затем их разгоняют 14 и подают в камеру дезактивации 10. Образующуюся в результате дезактивации талую воду 25 при необходимости подогревают для плавления оставшихся ледяных гранул (на фиг.1 не показано), подвергают микрофильтрации центробежным насосом и/или тканевым фильтром 15, сорбции радионуклидов твердым сорбентом 16, далее фильтрованная вода 23 очищается низконапорным обратным осмосом 17 и снова подается на приготовление ледяных гранул 13. Концентрат от фильтра 17 собирается в емкости для сбора ЖРО 19, а твердые осадки из фильтров 15 и узла 16 собираются в сертифицированный контейнер для вторичных ТРО 12.
После дезактивации проводят выходной радиационный контроль отдезактивированных отходов 11, по результатам которого фрагменты чистых отходов отправляют в контейнер для сбора твердых промышленных отходов 8 для дальнейшего использования или утилизации как бытовой  отход, а неотдезактивированные ТРО – в сертифицированный контейнер для вторичных ТРО 12 для дальнейшей переработки и захоронения.
Способ также использует активную приточно-вытяжную вентиляцию, при необходимости с подогревателем воздуха 20, которая забирает воздух из атмосферы 21 и после использования и очистки, сбрасывает в атмосферу 22. Отработанные фильтры вытяжной вентиляции собираются в сертифицированный контейнер для вторичных ТРО 12.
Технический результат – снижение опасности для персонала достигается существенным снижением образования радиоактивных аэрозолей при проведении процесса дезактивации.
Технический результат – повышение экономичности достигается исключением «сухого льда» и сухого абразива (металлической дроби, песка, купершлака и др.) из процесса.
Технический результат – повышение эффективности очистки и снижение объема ТРО достигается применением ускоренных ледяных водяных гранул, позволяющих механически удалять и одновременно смывать паром радиоактивные поверхностные загрязнения, переводя после дезактивации и сортировки значительную часть отходов из категории радиоактивных в категорию твердых промышленных отходов с последующей более дешевой утилизацией либо повторным использованием.
Технический результат – снижение объемов образования вторичных радиоактивных отходов достигается за счет использования в качестве абразива замороженной воды – материала, доступного и рециклирующего за счет системы водоочистки.
Промышленное применение. Изобретение может с успехом применяться для производства и эксплуатации устройств дезактивации ТРО.