Минимизация влияния предприятий ядерного топливного цикла (на примере шламоотстойников АЭХК)

МИНИМИЗАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

О.В. Шемелина, А.Е. Богуславский, О.Л. Гаськова Институт геологии и минералогии СО РАН Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск

С развитием ядерной промышленности растет и количество радиоактивных отходов (РАО) и, как следствие, возрастает актуальность проблем, связанных с их захоронением. Нормативная база относительно пунктов временного хранения могильников РАО совершенствуется. Сейчас одной из основных характеристик безопасности подобных сооружений является оценка долгосрочного влияния на окружающую среду.

Объектом исследования является шламовое поле «ОАО Ангарский электролизный химический комбинат (АЭХК)». Этот комбинат является одним из крупнейших центров, производящих обогащенный уран. Комбинат состоит из двух основных производств: сублиматного (производство фтора; безводного фтористого водорода и перевод урана в форму гексафторида урана, или ГФУ) и разделительного (разделение изотопов урана в газовых центрифугах и увеличение концентрации изотопа и235). На сегодняшний день, исходя из экономической конъюнктуры, руководством Росатома принято решение о полной остановке сублиматного производства на комбинате к 2016 г.

Шламовое поле представляет собой накопительную площадку на территории комбината, на которой расположены сооружения для хранения твердых (ТРО) и жидких (ЖРО) РАО. ТРО размещены в компактном хранилище, состоящем из 9 подземных резервуаров различных геометрических форм и размеров. ЖРО по системе пульпопроводов поступают в шламохранилище, состоящее из 6 карт, которые представляют собой приповерхностные открытые емкости прямоугольной формы размерами 100х70м и объемом 17000м3 (1-ГУ) и 18000м3 (У-У). Борта и днища карт гидроизолированы слоем асфальтобетона. Карты Г и II заполнены до проектных уровней (мощность слоя илов около 2,5м) и рекультивированы. Емкость III находится в стадии консервации, емкости IV-VI являются действующими. Несмотря на гидроизоляцию стенок и дна шламохранилищ, высокоминерализованные растворы просачиваются во вмещающие грунты, создавая геохимическую аномалию по направлению движения грунтовых вод [1].

Твердый осадок шламов по консистенции представляет собой пасту. В минеральном составе преобладает флюорит низкой степени кристалличности, в меньшем количестве содержится гипс, брусит, кальцит, кварц, параалюмогидрокальцит (СаЛ12(С03)2(0Н)4*6Ш0), эттрингит (СабЛ12(804)з(0Н)12*26Н20), амфибол. Встречаются отдельные выделения карбонатов уранила. Кварц и амфибол попадают в карты эоловым путем, остальные минералы образуются при нейтрализации азотно- и сернокислых растворов известковым молоком (Са(0Н)2). Среднее значение концентрации урана в илах - 240 г/т. Установлено, что основная масса урана находится в форме моно- и полиуранатов кальция, слаборастворимых в воде, при этом 16,6% урана находится в водорастворимой и обменной формах [2].

После прекращения эксплуатации шламоотстойников произойдет изменение гидродинамического и гидрохимического режимов участка. Современный уровень грунтовых вод (УГВ) на территории контролируется климатическими характеристиками, локальным положением водоупорных горизонтов и подвержен не только сезонным колебаниям, но и осложняется поступлением осветленных растворов, просачивающихся из карт.

Поскольку объём техногенных растворов в несколько раз превышает объём метеорных вод, попадающих на участок, под хвостохранилищем сформировался купол растекания загрязненных грунтовых вод. Высота купола составляет около 3,0-3,5 м, при этом максимальная отметка УГВ (весеннее половодье) составляла от 2,48 м до 6,28 м в

зависимости от рельефа, что ниже дна карт на 1,2-1,5 м. После прекращения поступления высокоминерализованных вод, ожидается выравнивание поверхности грунтовых вод. Уровень грунтовых вод при этом снизится для отдельных карт на 1,5-2,0 м. Таким образом, расстояние до дна V и VI карт составит около 2,5 м, для I и II - около 3,5 м. Изменение уровня грунтовых вод показано на рисунке 1. Учитывая преобладание песчаных пород в верхней части разреза участка, такая нивелировка произойдет в течение первых месяцев после прекращения подачи растворов в карты.

'ЩШ 1 9 " !""'

«Е^ « »" 1 "»зев

Рис. 1. Гидроизогипсы и направление потока грунтовых вод во время эксплуатации шламохранилища

ЖРО (а) и после прекращения эксплуатации (б): 1 - карты ЖРО (Ш - законсервированные, III - выводится из эксплуатации; ГУ-У!

- эксплуатирующиеся);

2 - хранилище ТРО; 3 - граница шламового поля; 4 - дороги; 5 - изогипсы; 6 - направление стока;

7 - скважины; 8 - территория комбината; 9 - залесенные участки; 10 - золоотвал ТЭЦ; 11 -предполагаемое расположение восстановительно-сорбционного барьера

После консервации карт кардинально изменится и состав грунтовых вод на участке. В настоящее время образуется при смешении грунтовых вод с осветленной пульпой, которая просачивается из карт. В ближней зоне она приближается к составу пульпы, постепенно разбавляясь по мере удаления от хранилища (табл. 1). После прекращения функционирования техногенного источника из состава вод исчезнут нитраты, на три порядка уменьшится концентрация натрия, понизятся концентрации других элементов, не свойственных природным водам региона. Исчезновение нитрата в числе прочего приведет к понижению окислительно-восстановительного потенциала системы, который сейчас задаётся парой Шз-/Ш2- [1, 3].

Таблица 1

Осредненный химический состав грунтовых вод на участке _шламохранилища ЖРО_

Фоновые воды Осветленная пульпа Зона заг] рязнения

ближняя дальняя

рН 7,9-9,9 7,10-7,60

УЭП, мкСм/см2 305 6805 3654-8191 408-1950

Сухой остаток, г/л 0,08 6,48 3,86-9,05 0,4-3,34

N03", мг/л 0,5 1370 273-18800 13-4600

С0з2-, мг/л 0 702 0-360 -

НСОз-, мг/л 225 137 0-128 142-422

8042-, мг/л 50 508 267-436 19-390

С1-, мг/л 14 153 57-228 23-87

мг/л 2,8 1615 711-2355 3,39-218

Mg2+, мг/л 14,8 10,0 0,72-126 24-103

Са2+, мг/л 80 156 82,6-611 76-490

Это снижение изменит подвижность урана, которая напрямую зависит от окислительно-восстановительных потенциалов системы «вода-порода». Влияние шламового поля после консервации будет определяться удаленным положением шламов относительно уровня водоносного горизонта. При отсутствии подтопления, оно сведется к размыванию уже сформированных вторичных геохимических аномалий, запас урана в которых не превышает первых тонн. Если же карты начнут подтапливаться, то накопленные илы будут взаимодействовать с природными водами. Как показали наши эксперименты, ~7,5 % от объема шламов растворимы в воде, а доля подвижного урана в них составляет почти 16,7 % [2]. Главной фазой, подвергающейся растворению, является гипс. Поэтому ведущими компонентами, которые способны выносится из отстойников при контакте с природными водами, будут ионы кальция и сульфаты, остальные анионы и катионы находятся в подчиненном положении.

Сценарий подтопления карт является аварийным, однако его необходимо учитывать при долговременной консервации РАО и создать такие условия, при которых даже при этом сценарии будет минимизировано влияние отходов. Наиболее эффективным способом предотвращения распространения техногенных аномалий в окружающее пространство является организация условий, при которых вымывающийся уран будет оставаться в пределах «загрязненной» территории (по аналогии с образованием вторичных аномалий вокруг природных месторождений урана).

Одним из способов является очистка уже загрязненного потока грунтовых вод посредством установки сорбционного фильтра по направлению течения. Предлагается на пути потока расположить органо-минеральную фильтрующую преграду, которая будет играть роль геохимического барьера (рис. 1). В настоящий момент решается задача экспериментального моделирования качественного и количественного состава барьера. В числе возможных составных рассматриваются бентонитовые глины Трошковского месторождения (значения ЕКО которых после модификации составило 3156 мг-экв UO22+ на 100г сухого вещества) и торфа (1200-1950 мг-экв UO22+ на 100г) [4-5]. Следующим шагом после подбора оптимальной органо-минеральной композиции будет определение мощности и геометрии защитного барьера.

Исследования поддержаны грантом РФФИ № 13-05-00032

Список литературы

1. Богуславский А.Е., Гаськова О.Л., Шемелина О.В. Миграция урана в грунтовых водах района шламохранилищ Ангарского электролизного химического комбината // Химия в интересах устойчивого развития. - 2012. - № 20. - С. 515-529.

2. Богуславский А.Е. Определение состава низкоуровневых отходов предприятий уранового производства // Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека: матер. IV Междунар. конф. (Томск, 4-8 июня 2013 г.). - Томск: Изд-во ТПУ, 2013. - С. 103-106.

3. Gaskova O.L., Boguslavsky A.E. Groundwater geochemistry near the storage sites of low-level radioactive waste: Implications for uranium migration // Procedia Earth and Planetary Science. - 2013. - V. 7. - Р. 288-291.

4. Разворотнева Л.И., Гилинская Л.Г., Маркович Т.И. Модифицированные природные сорбенты как поглотители радионуклидов // Вестник Отделения наук о Земле РАН. - 2009. - № 1(27) [Электронный ресурс]. - URL: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1-2009/informbul-1_2009/geoecol-11.pdf.

5. Разворотнева Л.И., Гилинская Л.Г., Маркович Т.И. Влияние процессов замораживания-оттаивания на устойчивость природных геохимических барьеров при сорбции на них радионуклидов // Вестник Отделения наук о Земле РАН. - 2011. - Т. 3.