СПОСОБ КОНСЕРВАЦИИ ОСТАТКОВ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ЕМКОСТЯХ-ХРАНИЛИЩАХ
METHOD OF RADIOACTIVE WASTE RESIDUES CONSERVATION IN STORAGE TANKS

Изобретение относится к атомной промышленности в части консервации емкостей - хранилищ радиоактивных отходов, а более конкретно к консервации не выдаваемых остатков отходов непосредственно в емкостях-хранилищах.
Известен способ консервации подземного хранилища большого объема с концентрированными солевыми осадками высокоактивных жидких радиоактивных отходов (патент №2388083, МПК G21F 9/00), включающий заполнение хранилища бетоном-консервантом, используя штатные технологические отверстия и пробуренные через насыпной слой грунта и свод хранилища скважины, в которые введены вертикально перемещаемые бетоноводы. С помощью бетоноводов в хранилище укладывают радиационно стойкий бетон-консервант последовательными слоями. Перед укладкой каждого слоя бетона-консерванта проводят откачку имеющихся в хранилище жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в объеме, равном объему укладываемого слоя бетона-консерванта.
Известный способ принят заявителем в качестве прототипа.
Применение известного способа для консервации остатков радиоактивных отходов емкостей-хранилищ нецелесообразно по следующим причинам.
Откачка перед укладкой каждого слоя бетона-консерванта имеющихся в емкости ЖРО в объеме, равном объему укладываемого слоя, потребует периодического многократного поднятия опущенного до дна емкости насоса в процессе укладки бетона. При этом будет необходимо демонтировать извлекаемые из емкости и загрязненные в процессе ее освобождения участки выдачного и подающего в насос разрежение и сжатый воздух трубопроводов, что приведет к дополнительному радиационному воздействию на персонал и потребует наличия специальной тары для упаковки загрязненных участков трубопроводов. Кроме того, для сокращения вторичных твердых радиоактивных отходов целесообразно часть насоса, опускаемую в емкость при ее освобождении, оставлять в выводимой из эксплуатации на консервацию емкости.
Технический результат - уменьшение объема ЖРО, отверждаемых в емкости.
Для достижения указанного технического результата в известном способе, включающем заполнение емкости-хранилища бетоном-консервантом с использованием штатных технологических отверстий и пробуренных скважин, в которых установлены вертикально перемещаемые бетоноводы, через которые в емкость-хранилище укладывают бетон-консервант последовательными слоями и откачку имеющихся в хранилище жидких радиоактивных отходов, скважины бурят по периферии емкости, через которые бетон-консервант сначала укладывают по периферии емкости до образования вокруг всасывающего патрубка насоса впадины и вытеснения в нее с периферии имеющихся в емкости ЖРО. Откачку ЖРО осуществляют периодически по мере уменьшения площади впадины и возрастания уровня ЖРО в ней.
После откачки ЖРО во впадину через штатное технологическое отверстие, расположенное над впадиной, подают цементный раствор и осуществляют отверждение оставшихся во впадине ЖРО включением их в цементную матрицу.
После отверждения ЖРО впадину заполняют бетоном-консервантом и осуществляют консервацию остатков радиоактивных отходов в емкости.
В частном случае заявляемого способа в цементный раствор вводят суперпластификатор С-3 и клиноптилолит.
В другом частном случае размещенную в емкости часть откачивающего насоса оставляют в емкости в консервируемых остатках отходов.
Бурение скважин по периферии емкости и укладка бетона-консерванта через них до образования вокруг всасывающего патрубка насоса впадины и вытеснения в нее с периферии имеющихся в емкости ЖРО позволяет повысить уровень жидкости во впадине и осуществить дальнейшую откачку ЖРО из нее.
Осуществление периодической откачки ЖРО по мере уменьшения площади впадины и возрастания уровня жидких радиоактивных отходов в ней позволяет уменьшить не выдаваемый объем ЖРО из емкости и тем самым осуществлять в емкости отверждение меньшего объема ЖРО, находящихся в емкости в виде суспензии.
Подача после откачки ЖРО во впадину через штатное технологическое отверстие, расположенное над впадиной, цементного раствора и осуществление отверждения оставшихся во впадине ЖРО включением их в цементную матрицу позволяет исключить наличие ЖРО в емкости и обеспечить условия для консервации остатков радиоактивных отходов в емкости.
Заполнение после отверждения ЖРО впадины бетоном-консервантом позволяет осуществить консервацию остатков радиоактивных отходов в емкости и обеспечить надежный барьер, обеспечивающий длительное безопасное хранение остатков радиоактивных отходов в емкости.
Введение в цементный раствор суперпластификатора С-3 позволяет обеспечить регламентируемую растекаемость цементного раствора с показателем подвижности осадки конуса в пределах 180-200 мм.
Введение в цементный раствор клиноптилолита, представляющего собой природный цеолит, в качестве сорбционной добавки позволяет предотвратить миграцию радионуклидов, в частности таких, как цезий-137 и стронций-90.
Оставление размещенной в емкости части откачивающего насоса в консервируемых остатках отходов позволяет сократить объем вторичных твердых радиоактивных отходов, требующих утилизации, и исключить дополнительное радиационное воздействие на персонал при ее извлечении из емкости.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, и фиг. 4.
На фиг. 1 показана емкость с остатками радиоактивных отходов;
на фиг. 2 - емкость с уложенным бетоном-консервантом через периферийные скважины и вытесненной с периферии суспензией;
на фиг. 3 - емкость после откачки суспензии из впадины;
на фиг. 4 - емкость с отвержденной суспензией;
на фиг. 5 - емкость после консервации остатков радиоактивных отходов.
Емкости-хранилища (далее по тексту - емкости), выводимые из эксплуатации на консервацию, расположены в горной выработке и представляют собой железобетонные резервуары 1 диаметром 12 м и глубиной 30 м, облицованные нержавеющей сталью 2 толщиной 4 мм. При выводе из эксплуатации емкости освобождаются от радиоактивных отходов, находящихся в них в виде пульпы различной плотности и твердого осадка, послойным методом. Метод заключается в создании в центре емкости впадины в осадке, заполняемой ограниченным объемом рабочей жидкости. Рабочая жидкость из впадины многократно используется для размыва осадка и его растворения до создания во впадине суспензии требуемой концентрации, которая затем выдается из впадины откачивающим насосом 3. Для выдачи суспензии используется пульсационный клапанный погружной насос (патент РФ №2 097 605, МПК 7 F04F 1/02), который в процессе освобождения емкости опускается до ее дна.
3
В конечной стадии освобождения емкостей (см. фиг. 1) суспензия 4 из впадины растекается по всей площади емкости 1, а осадок 5 остается под слоем суспензии 4 и над ней в виде отдельных островков. При уровне суспензии 4 в емкости 100-150 мм ее выдача из емкости 1 имеющимся пульсационным насосом 3 становится невозможной вследствие попадания воздуха в насос 3 из емкости 1. При этом суммарный не выдаваемый объем суспензии 4 и остатков осадка 5 составляет 10-16 м.
Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.
По периферии емкости (см. фиг. 1) пробуривают скважины 6, в которые устанавливают вертикально перемещаемые бетоноводы 7. Затем по бетоноводам 7 в емкость 1 (см. фиг. 2) укладывают бетон-консервант 8 (далее по тексту - бетон) последовательными слоями до образования в центре емкости 1 впадины 9, в которую с периферии суспензия 4 вытесняется укладываемым бетоном 8. Откачивающим насосом 3 периодически осуществляют откачку суспензии 4 по мере уменьшения площади впадины 9 и возрастания уровня суспензии 4 в ней (см. фиг. 3). Предлагаемый способ позволяет уменьшать площадь впадины 9 и поднимать в ней уровень суспензии 4, при этом отношение уровня суспензии 4 во впадине 9 к уровню суспензии 4 в емкости 1 прямо пропорционально отношению площади емкости 1 к площади впадины 9.
3
3
Например, при образовании впадины 9 диаметром 4 м в емкости 1 диаметром 12 м уровень суспензии 4 во впадине 9 возрастет в 9 раз, а не выдаваемый насосом 3 объем суспензии 4 сократится до 1,25-2 м. Дальнейшей укладкой бетона 8 и уменьшением площади впадины 9 не выдаваемый насосом 3 объем суспензии 4 в ней можно довести до 0,2-0,5 м.
Далее (см. фиг. 4) во впадину 9 через штатное технологическое отверстие 10, расположенное над впадиной, по бетоноводу 11 подают цементный раствор и осуществляют отверждение оставшейся во впадине 9 суспензии 4 включением ее в цементную матрицу 12.
После включения суспензии 4 в цементную матрицу 12 по бетоноводу 11 подают бетон 8, которым заполняют впадину 9 вместе с насосом 3.