Комплекс переработки ЖРО
Научные концепции и проектные решения 60–70-х годов не предусматривали технологий по переработке и утилизации жидких радиоактивных отходов (ЖРО), которые неизбежно образуются в ходе эксплуатации атомных станций. Современная же научная мысль, наоборот, предлагает кондиционировать ЖРО — переводить их в более безопасные формы, которые будут удобны и для хранения, и для транспортировки, а также для окончательной утилизации. В настоящее время применяются разные методы переработки ЖРО. Проанализировав их, российские и германские специалисты определили оптимальную технологию переработки ЖРО для Кольской АЭС. На основании выбранной технологии был разработан проект комплекса переработки ЖРО.
В 2000 году на промплощадке станции начались интенсивные строительные работы. Именно тогда строительная организация «Апатитстрой» полномасштабно приступила к возведению здания КП. Строителям были заданы достаточно жёсткие сроки. К концу 2004 года основные работы по сооружению КП ЖРО были завершены. В настоящее время внутри этого огромного строения идут отделочные работы в помещениях и монтаж основного и вспомогательного оборудования. Масштаб работ впечатляет! Я провёл внутри здания всего полчаса и был заворожён гигантскими размерами помещений, переходами, толщиной стен и перекрытий.
На нулевой отметке комплекса расположится помещение для хранения отработанных фильтров-контейнеров, толщина стен которого более чем внушительная — 800 мм. Также здесь будет находиться установка ионно-селективной очистки, предназначенная для выделения из солевого раствора радионуклидов Cs-134, Cs-137 и других.
Комплекс уникален, подобных нет ни в России, ни за рубежом. Такого оборудования и технологий в промышленных масштабах современности просто не существует. Так что же включает в себя КП ЖРО Кольской АЭС?
Технический проект КП ЖРО был разработан специалистами С.-Петербургского института «Атомэнергопроект» при участии специалистов Кольской АЭС, «РАОТЕХ» и NUKEM GmbH (Германия) и включает в себя два направления переработки ЖРО. Прежде всего это изъятие ЖРО из баков хранения кубового остатка. Жидкая часть отходов будет попросту откачана и переработана, а вот кристаллизовавшаяся часть будет растворяться и также изыматься из бака. Каким же образом кристаллы будут размываться? Внутрь ёмкости с жидкими отходами будет помещён так называемый «кроллер» — механизм, напоминающий танк в миниатюре. Именно он через имеющиеся у него форсунки и будет размывать кристаллизовавшуюся часть, а через насос раствор солей отправится на установку очистки. Эта установка производства российской компании «РАОТЕХ», по словам начальника ЦОРО КоАЭС М. Р. Стахива, является сердцевиной комплекса, так как её основная задача — очистка растворов (кубового остатка) от радионуклидов.
На этой установке раствор будет озонироваться, после чего в нём должно произойти выпадение осадков, содержащих, в основном, органические соединения кобальта. С помощью узла фильтрации образовавшийся шлам будет отделяться от солевого раствора. Вместе со шламом будут удалены радионуклиды Со-60, Mn-54 и другие. Затем раствор поступит на узел ионно-селективной очистки. Использование новейших технологий, реализованных в данном узле, позволит сконцентрировать основные радионуклиды, содержащиеся в ЖРО в минимальном объёме, в специальном фильтре-контейнере, после прохождения которого получится нерадиоактивный раствор. Полученный «чистый» раствор поступит на установку концентрирования (установку глубокого упаривания), в результате работы которой будет получен солевой нерадиоактивный плав. Благодаря этой установке происходит концентрирование очищенных от радионуклидов растворов, которые в дальнейшем размещаются в 200-литровые бочки. Исходный материал после расфасовки будет направляться на хранение в хранилище отверждённых радиоактивных отходов (ХОРО КоАЭС), возводимое сейчас рядом с УТП–1.
Интерес вызывает и тот факт, что в недалёком будущем вероятно и промышленное использование полученного сырья. Солевой плав богат боратами (соли бора). Не исключено, что при появлении технологии извлечения этого химического элемента из солей возможно его дальнейшее применение для нужд Кольской АЭС. А значит, в итоге мы получим безотходное производство. На сегодняшний день можно уже похвастаться и тем, что переработка ЖРО организована таким образом, что позволяет минимизировать объём получаемых отходов.
Параллельно с комплексом переработки ЖРО возводится ХОРО, которое понадобится при реализации второго направления переработки отходов, когда в комплексе появится установка цементирования. Отработанные сорбенты и шламы, накопленные в баках хранения за годы эксплуатации, будут извлекаться с помощью установки изъятия. Затем будут смешиваться с цементом в установке цементирования, образуя при этом цементный компаунд, который будет заливаться в специальные железобетонные контейнеры, так называемые «невозвратные защитные контейнеры» (НЗК). После чего заполненный контейнер будет отправлен на хранение в ХОРО. Для того чтобы обеспечить радиационную безопасность при хранении контейнеров, в ХОРО будет проводиться радиационный контроль. Для защиты окружающей среды и персонала от воздействия гамма-излучения стены хранилища и комплекса имеют большую толщину. Само здание ХОРО и прилегающая к нему территория будут обеспечены надлежащей системой физической защиты. Как говорит Михаил Романович, хранилище может вместить не только переработанные отходы, оно рассчитано и на дальнейшую эксплуатацию КоАЭС. По проекту ХОРО рассчитано на 50 лет эксплуатации, то есть это временное хранилище. Во всяком случае, до тех пор, пока в России на федеральном уровне не будет создано долговременное хранилище, куда будут перевезены отходы.
Сейчас на КП ЖРО основные работы ведутся внутри здания. Полным ходом идёт монтаж оборудования, а по планам уже в сентябре начнутся первые пусконаладочные работы. На ноябрь-декабрь запланировано проведение комплексной пусконаладки с испытанием всех установок переработки. Этот этап будет хорошей школой для нового персонала КП ЖРО, численность которого составит 57 человек.
В основном это будут специалисты из ЦОРО, РЦ, ТЦ, ЭЦ, ЦТАИ, ХЦ, ЦЭОО, других цехов Кольской АЭС, а также специалисты извне. К персоналу предъявляется целый ряд требований, среди которых наличие опыта работы с оборудованием в РЦ или ТЦ АЭС, техническое образование. По словам начальника ЦОРО КоАЭС, предпочтение будет отдано людям с высшим и среднетехническим образованием, ведь оператору придётся управлять уникальными установками, работать как на щите управления, так и непосредственно на оборудовании. В скором будущем в ЦОРО появятся и молодые специалисты, выпускники технических вузов по специальности «атомные электрические станции».
Сейчас все усилия персонала ЦОРО, других цехов Кольской АЭС и подрядных организаций направлены на то, чтобы к концу 2005 года, как этого требуют условия действия лицензии на эксплуатацию энергоблока № 1 Кольской АЭС, КП ЖРО был введён в эксплуатацию в рамках пускового комплекса. С вводом нового комплекса существенно повысится уровень безопасности КоАЭС. Результатом работы КП ЖРО в ближайшие годы должны быть освобождённые от ЖРО ёмкости кубового остатка, сорбентов и шламов. Главное, что с использованием новейших и уникальных технологий жидкие радиоактивные отходы будут переведены в твёрдое состояние, а хранение их в таком виде более надёжно и безопасно.
Золошлаковые отходы: опыт и перспективы использования
По решению I съезда сибирских энергетиков и при поддержке РАО «ЕЭС России» в июне этого года в Новосибирске состоится Всероссийское совещание по использованию золошлаковых отходов. Данная проблема вызывает большой интерес по ряду причин.
Среди промышленных отходов одно из первых мест по объемам занимают золы и шлаки от сжигания твердых видов топлива (уголь разных видов, горючие сланцы, торф) на тепловых электрических станциях. Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. В то же время золы и шлаки тепловых электрических станций можно эффективно использовать в производстве различных строительных материалов, что подтверждается многочисленными научными исследованиями и практическим опытом.
Для нужд строительства
Из зол и шлаков возможно производство большого количества строительных материалов, изделий и конструкций, необходимых при возведении жилых и промышленных зданий, сельскохозяйственных объектов, дорожных и гидротехнических сооружений и т. п.
Необходимость использования зол и шлаков диктуется не только экономическими соображениями, но и требованиями по охране окружающей среды.
Золоотвалы способствуют загрязнению воздушного и водного бассейнов и изменению химико-минерального состава почв. Пыление золоотвалов загрязняет окружающую среду, отрицательно влияет на здоровье людей, а также на продуктивность сельскохозяйственных угодий. При сильном ветре превышение предельно допустимой концентрации золы в воздухе может иметь место на расстоянии до 4 километров от кромки отвала. В санитарно-гигиеническом отношении важен и фракционный состав золы, причем наиболее опасны частицы размером 1 микрометр и менее. Фильтрация воды в золоотвале изменяет естественный гидрохимический режим в зоне его расположения, что может приводить к подтоплению, засолению и заболачиванию территории, поступлению загрязняющих веществ в подземные воды, а с ними – в реки и водоемы. Особо значительный вред окружающей среде причиняется при авариях на золоотвалах.
Замена природного сырья золами и шлаками способствует охране недр. Ликвидация золоотвалов благоприятно сказывается и на экологической обстановке.
Использование золошлаковых отходов в строительстве, в производстве строительных материалов, в промышленности, в сельском хозяйстве в целом по России невелико, причем в последнее время наблюдается спад ранее достигнутых показателей. Так, годовое потребление ЗШО в последние годы составляет около 4 процентов от количества образующихся отходов, в то время как в развитых странах этот показатель достигает 50‑90 процентов.
Основные причины низкого уровня использования отходов тепловых электрических станций в России таковы:
• отсутствие целенаправленной государственной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия;
• отсутствие финансирования работ по созданию производств по утилизации ЗШО ТЭС;
• недостаточное внедрение результатов научно-исследовательских работ, накопленных в отечественной и мировой практике;
• техническая неподготовленность теплоэнергетических предприятий по первичному разделению и сортировке золо-
шлаковых отходов, складированию их и выдаче потребителям;
• отсутствие отечественных производителей оборудования по производству товарной продукции с использованием золо-
шлаковых отходов.
Для дорог и полей
Зарубежной и отечественной практикой доказано, что золошлаковые отходы – ценный материал для строительной и дорожной отраслей.
По своему составу золошлаковые отходы – уникальный материал для полезного использования в различных отраслях экономики с дополнительным получением значительного экологического эффекта.
Золошлаковые отходы могут использоваться как добавки и наполнители при производстве широкого спектра строительных материалов: цемента, бетонов, растворов, кирпича и т. д. Они хорошо зарекомендовали себя при укладке в земляное полотно автомобильных дорог. Определенную ценность золошлаковые отходы имеют в сельском хозяйстве при производстве удобрений. Очень перспективной является глубокая (комплексная) переработка золошлаковых отходов с получением глинозема, кремнезема, концентрата железа и целого ряда редкоземельных материалов.
Наибольший интерес вызывают технологии применения золо-шлаковых отходов в следующих производствах:
• в производстве портландцемента (как активные кремнеземистые добавки) в количестве 10‑15 процентов, в производстве пуццолановых портландцементов марок 300‑400 – до 30‑40 процентов (золопортландцемент);
• при изготовлении строительных растворов – как активная добавка в количестве 10‑30 процентов от массы цемента, при использовании в строительных растворах портландцемента высоких марок (400‑500) применение пылевидной золы может сократить его расход до 30 процентов;
• в качестве активного микронаполнителя в тяжелых бетонах, что позволяет снизить расход цемента от 6‑10 процентов в бетонах нормального твердения до 12‑25 процентов в пропариваемых;
• в производстве силикатного кирпича;
•в жаростойких бетонах – в качестве наполнителя вместо шамотного порошка, что существенно снижает себестоимость таких бетонов;
• при изготовлении зольного и аглопоритового гравия;
• в производстве мелкозернистого аэрированного золобетона и изделий на его основе, в качестве мелкой фракции легких бетонов на пористых заполнителях плотной и поризованной структуры;
• в качестве сырьевых материалов для дорожной промышленности;
• использование золошлаковых отходов с повышенным содержанием частиц несгоревшего топлива в производстве глиняного кирпича, что не только улучшает его качество, но и снижает расход технологического топлива на обжиг.
Одни из главных утилизаторов топливных зол и шлаков – строители дорог. Наблюдения за опытными участками дорог, построенными в разное время в нашей стране и за рубежом, подтверждают возможность использования золы во всех слоях оснований дорожных одежд для любой транспортной нагрузки. Дорожные одежды с использованием зол и шлаков имеют достаточную прочность, морозостойкость, долговечность. Стабилизированные с помощью цемента и золы материалы продолжают увеличивать свою прочность с течением времени.
Мировой и отечественный опыт показывает перспективность использования золошлаковых смесей для вертикальной планировки городских территорий, осваиваемых для нового строительства. По санитарно-гигиеническим характеристикам и физико-химическим показателям в ряде случаев золошлаковые отходы могут служить полноценной заменой традиционному материалу отсыпки – речному песку.
Экономический эффект от использования в планировке ЗШО будет заключаться в экономии песка, отказе от строительства новых золоотвалов и, соответственно, в экономии капитальных вложений.
Комплексный подход
Одно из перспективных направлений крупномасштабного использования золы Канско-Ачинских углей – приготовление из них известкового гранулированного удобрения (мелиоранта) для повышения плодородия кислых почв. Обычно в качестве такого мелиоранта применяют карбонатные породы – известняк и доломит. При этом одна тонна известняковой муки за 5‑7 лет обеспечивает прибавку урожая, соответствующую в среднем полутонне зерна. Известкование почвы является природоохранным и энергосберегающим мероприятием, позволяющим на 15‑20 процентов снижать дозы азотных и фосфорных удобрений, уменьшая загрязнение почвы и растений.
Комплексный подход к переработке золошлаковых отходов способен дать большой экономический эффект. Для этого необходимо разработать промышленные технологии использования золошлаковых отходов, а также выработать комплекс маркетинговых мероприятий по продвижению продукции на основе ЗШО. Необходимо всестороннее изучение рынка строительных материалов (производителей, их возможности и желание использовать золо- шлаковые отходы в своем производстве), а также поиск и налаживание контактов с потенциальными потребителями нового продукта.