Проблема защиты окружающей среды – одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоемы и недра на современном этапе развития науки и техники достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнений в несколько раз превышают допустимые санитарные нормы.
Экологические исследования, проведенные в последние десятилетия во многих странах мира, показали, что всё возрастающее разрушительное воздействие антропогенных факторов на окружающую среду привело ее на грань кризиса. Среди различных составляющих экологического кризиса (истощение сырьевых ресурсов, нехватка чистой пресной воды, возможные климатические катастрофы) наиболее угрожающий характер приняла проблема незаменимых природных ресурсов – воздуха, воды и почвы – отходами промышленности и транспорта.
Проблема охраны окружающей среды является комплексной проблемой и имеет глобальный характер. Дальнейшее развитие человечества невозможно без комплексного учета социальных, экологических, технических, экономических, правовых и международных аспектов проблемы применительно не только к конкретному производственному циклу, но и в масштабах регионов, стран и всего мира.
Откуда появляются отходы
Любой сектор, который использует радиоактивные изотопы или обрабатывает естественно встречающиеся радиоактивные материалы (ЕВРМ), может производить радиоактивные материалы, которые перестают быть полезными и поэтому должны обрабатываться как радиоактивные отходы. Ядерная промышленность, медицинский сектор, ряд других секторов промышленности, а также различные секторы, занятые исследовательской деятельностью– все генерируют радиоактивные отходы в результате своей деятельности.
Ядерная промышленность
| В результате своей деятельности ядерная промышленность порождает ядерные отходы. Эти отходы относительно малы по сравнению с другими секторами промышленности (см. Сколько производится отходов? ).
Технологии уменьшения объема отходов и их сокращения, а также высокий профессионализм персонала — все это способствуют непрерывному продолжению процесса минимизации произведенных отходов, что является ключевым принципом стратегии управления отходами. |
|
Однако в прошлом было произведено значительное количество отходов, являющиеся «наследием» ядерных оружейных программ, которые теперь также требуют удаления. Технологии и принципы управления отходами, разработанные в рамках гражданской ядерной промышленности, в настоящее время используются и для того, чтобы взяться за отходы этого «наследия», произведенные в результате военной деятельности, а также на заре производства ядерной электроэнергии. Все сектора ядерного топливного цикла в ходе их повседневной деятельности, которая регламентируется строгими нормами и правилами, производят незначительные выбросы радиоактивных отходов в воздух и воду. Выпуску этих отходов во внешнюю среду может также предшествовать их соответствующая обработка и очистка. Эти выбросы обычно значительно ниже согласованных международных предельно допустимых норм. Чтобы пролить истинный свет на положение дел, скажем. что средняя доза, получаемая населением от ядерной энергетики, включая дозы от выбросов, составляет 0,0002 мЗв/год. Это эквивалентно небольшой доле всего в 1 % общей ежегодно получаемой населением дозы от фонового излучения (в среднем 2,4 мЗв/год). (См. также Радиация и доза ) Следующие разделы акцентируют внимание на отходах, которые нельзя отнести к стандартным выбросам и которые требуют хранения и удаления после обработки. Схема, приведенная ниже, показывает различные сектора, включенные в ядерный топливный цикл. Нажмите на соответствующий сектор, чтобы получить информацию о типе образуемых там отходов. Медицинский сектор |
|
 |
|
| Когда источники излучения, используемые в радиографии, распадаются до состояния, в котором они перестают испускать проникающую радиацию, достаточную для использования в процессе лечения, они рассматриваются как радиоактивные отходы. С источниками типа кобальта-60 обращаются как с короткоживущими ILW. Другие источники, типа радия-226, используемые в терапии рака, требуют, однако, более длительного хранения и геологического захоронения как ILW из-за их более высокого уровня долгоживущей радиоактивности. |
Промышленность
| Различные отрасли промышленности используют радиоактивные источники, находя им широкий диапазон применения (смотри раздел Радиация и ее использование – другие отрасли промышленности ).
Когда эти источники перестают испускать проникающую радиацию в достаточной степени для их использования, с ними обращаются как с радиоактивными отходами. Источники, используемые в промышленности, в общем случае короткоживущие, и любые сгенерированные отходы могут удаляться в приповерхностные хранилища. |
 |
|
Некоторые виды промышленной деятельности включают обработку сырья, например, горных пород, почв и полезных ископаемых, которые содержат естественно встречающиеся радиоактивные материалы. Это сырье известно по аббревиатуре «ЕВРМ» (английская аббревиатура – «NORM»). При промышленном производстве эти материалы иногда могут концентрироваться в больших количествах, что усиливает их естественную радиоактивность. В результате это может приводить к:
Основные отрасли промышленности, которые приводят к загрязнению ЕВРМ: Операции, связанные с добычей нефти и газа Поисково-разведочные работы и добыча нефти и газа генерируют большие объемы воды, содержащей растворенные минералы. Эти минералы могут осаждаться как минеральные отложения в трубопроводах и полевом оборудовании нефтяных месторождений или оставаться в лагунах выпаривания. Иногда доза облучения от оборудования, загрязненного минералами, может представлять опасность. Значительно более загрязненное оборудование и минеральные отложения, удаленные из этого оборудования, могут быть классифицированы как радиоактивные отходы. Например, операции, связанные с добычей нефти и газа, — основные источники радиоактивных выбросов в северные воды Европы. Каменный уголь Большая часть каменного угля содержит уран и торий, а также другие радионуклиды. Уровни суммарной радиации в общем случае примерно одинаковы с уровнями в других горных породах земной коры. Тепловые электростанции, сжигающие каменный уголь, больше всего испускают радиацию в виде легкой летучей золы. На современной электростанции обычно удерживается 99 % летучей золы (до 90 % — на ТЭС более старой конструкции), и эта зола захоранивается в зольных насыпях. Около 280 миллионов тонн каменноугольной золы производится во всем мире каждый год. Фосфатные удобрения Обработка фосфорита для производства фосфатных удобрений (один из конечных продуктов фосфатной промышленности) приводит к увеличению уровня содержания урана, тория и калия. Технологический процесс и обработка сточных вод Радионуклиды выщелачиваются в воду, когда она входит в контакт с ураном и торием, находящимися в геологической среде. Водоподготовка часто использует различные фильтры с целью удаления примесей. Следовательно, радиоактивные отходы из ила фильтров, ионообменных смол, гранулированного активированного угля и воды от фильтров обратного потока — также являются частью ЕВРМ. Промышленный сбор металлолома Металлолом от различных перерабатывающих отраслей промышленности может также содержать отходы с расширенными уровнями естественных радионуклидов. Точный характер и концентрация этих радионуклидов зависят от процесса, при котором эти отходы возникли. Металлоплавильные шлаки Металлоплавильные шлаки, особенно от выплавки олова, могут содержать расширенные уровни урана и радионуклидов ряда тория. |
|
| По окончании срока службы ускоритель частиц в большинстве случаев выводится из эксплуатации. Поскольку на его установках будут оставаться радиоактивные материалы, с ними нужно обращаться как с радиоактивными отходами и обрабатывать их соответственно. Предполагается, что при выводе из эксплуатации ускорителя частиц нового поколения, проработавшего 40 лет, объем отходов и их активность будут в пределах той же величины, что и при выводе из эксплуатации АЭС в 1 ГВт (э) , эксплуатировавшейся более 40 лет. Однако необходимо отметить, что на такой ускорительной установке концентрация радиоактивности будет распределена более равномерно. |  |
| Источники излучения, используемые в университетах и исследовательских учреждениях, также требуют соответствующего обращения с ними и захоронения. Многие источники имеют низкую активность и / или короткий период полураспада. Однако некоторые исключение составляют долгоживущие источники высокого уровня активности, например радий-226 и америций -241, используемые в биологических и / или сельскохозяйственных исследованиях. Они требуют долгосрочного управления и удаления. |
Обработка и кондиционирование
Процессы обработки и кондиционирования используются для трансформации радиоактивных отходов в формы, подходящие для последующего обращения с ними, например, перевозки, хранения и окончательного удаления. Защита людей и окружающей среды от радиации и возможной дисперсии радиоактивных материалов — самые важные приоритеты промышленности.
Основные цели состоят в том, чтобы:
- минимизировать объем отходов , для которых требуется обращение через процессы обработки
кондиционирования
Необходимо отметить, что выбор используемых процессов зависит от уровня активности и типа (классификации) отходов. Политика в области обращения с ядерными отходами каждой страны и ее национальные нормативы также влияют на принятый подход.
Остекловывание радиоактивных отходов
|
Связывание отходов высокого уровня активности (HLW) требует формирования нерастворимых, твердых форм, которые останутся устойчивыми в течение многих тысяч лет. В основном в качестве среды для размещения HLW выбирается боросиликатное стекло. Стабильная сохранность стекла с античных времен на протяжении тысячелетий подтверждает мысль о пригодности боросиликатного стекла в качестве материала для такой матрицы. Этот технологический процесс, называемый остекловыванием, также был применен для отходов низкого уровня активности, там, где тому соответствовали тип отходов или уровень экономики. Наиболее высокоактивные отходы образуются в жидкой форме после переработки отработанного топлива. Чтобы внедрить эти отходы в стеклянную матрицу, их первоначально прокаливают (высушивают), переводя в твердую форму. В таком виде их затем добавляют в расплавленное стекло, находящееся в нержавеющем контейнере, и охлаждают, создавая твердую матрицу. Контейнеры затем закрываются сваркой и готовятся для хранения и окончательного удаления. Было создано несколько других альтернативных процессов, использующих керамику, использование которых также позволило добиться желательного качества продукта. |
 |
Другое применение технологииОстекловываниена месте ( in — situ ) было опробовано в качестве меры «фиксации» радиоактивности в загрязненной почве, а также для создания барьера, предотвращающего дальнейшее распространение загрязнения. Применение Подобный процесс в настоящее время используется во Франции, Японии, ряде стран бывшего Советского Союза, Великобритании и США и считается предпочтительным процессом для обращения с отходами высокого уровня активности (HLW), возникающими при переработке отработанного топлива. |
|
Технология сжигания (прокаливания) в основном используется для уменьшения объема горючих отходов низкого уровня активности. Это — технология, которая является также предметом беспокойства населения во многих странах, поскольку местных жителей волнует проблема образующихся при сжигании выбросов в атмосферу. Тем не менее, эта технология может использоваться для обработки как жидких, так и твердых отходов — древесины, бумаги, одежды, резины, а также органических отходов. Пока она используется согласно строгим нормам, установленным для выбросов в атмосферу. Процесс Современные системы сжигания — хорошо спроектированные, высоко технологичные процессы, разработанные для полного и эффективного сжигания отходов с минимальным количеством выделений. После отделения горючих отходов от негорючих составных частей, отходы сжигают (прокаливают) в специально спроектированной печи для обжига и сушки при температуре до ~1000 o C. Любые газы, выделившиеся во время прокаливания, обрабатываются и отфильтровываются до их выпуска в атмосферу и должны контролироваться на предмет соответстветствия международным эталонам и национальным нормам выпуска выбросов в атомсферу. После прокаливания остается зола, которая содержит радионуклиды, для нее может потребоваться дальнейшее кондиционирование вплоть до удаления, например, посредством цементирования или битуминизации. Если это будет рентабельно, для дальнейшего снижения объема зольных отходов может также использоваться технология уплотнения. Достигнуты коэффициенты снижения объема вплоть до 100 в зависимости от плотности отходов. Другое применение технологии Прокаливание горючих отходов может применяться и к радиоактивным, и к другим видам отходам. В случае обращения с радиоактивными отходами оно используется для обработки низкоактивных отходов LLW атомных электростанций, предприятий ядерно-топливного цикла, исследовательских центров (типа центров биомедицинских исследований), медицинских учреждений и предприятий по переработке отходов. Прокаливание опасных (например, отработанные масла, растворители) и безопасных отходов (городские отходы, биомасса, шины, сточные воды, ил) также осуществляется во многих странах. |
Уплотнение
|
Уплотнение — зрелая, высокотехнологичная и надежная технология уменьшения объема , которая используется при переработке РАО, главным образом, при обращении с твердыми промышленными отходами низкого уровня активности (LLW). Некоторые страны (Германия, Великобритания и США) также используют эту технологию для уменьшения объема промышленных отходов промежуточного уровня активности ILW/трансурановые (TRU). Диапозон установок для уплотнения может быть достаточно широк: от систем уплотнения с низкой силой давления (~5 тонн или выше) до прессов с силой уплотнения более 1000 тонн, которые называются суперуплотнителями. Коэффициенты уменьшения объема обычно находятся между 3 и 10, в зависимости от обрабатываемых отходов. Процесс Уплотнение с низкой силой давления осуществляется на гидравлических или пневматических прессах для сжатия отходов в подходящие для этого контейнеры, например, металлические бочки емкостью в 200 литров. Для достижения суперуплотнения большой гидравлический пресс сминает непосредственно металлическую бочку или другой приемный резервуар, содержащий различные формы твердых отходов низкого или промежуточного уровня активности (LLW или ILW). Металлическая бочка или контейнер удерживается в пресс-форме в течение уплотняющего хода суперуплотнителя, который до минимума уменьшает наружный размер бочки или контейнера. Сжатая металлическая бочка затем снимается с пресс-формы, и процесс повторяется. Две или больше смятых бочек, также называемые таблетками, затем герметизируются внутри контейнера для промежуточного хранения и/или окончательного удаления. По своей конструкции установка суперуплотнения может быть передвижной или стационарной, снабженной как базовой системой ручного управления, с минимумом вспомогательного оборудования, так и детально разработанной системой компьютерного управления, которая выбирает металлические бочки, предназначенные для обработки, измеряет вес и уровни излучения, сжимает бочки, размещает сжатые бочки в наружные контейнеры, герметизирует наружные контейнеры, записывает данные о содержании бочек и наружных контейнеров в автоматизированные системы памяти. |
|
Каждый год по всему миру уменьшается объем десятков тысяч металлических бочек , и они хранятся с отходами, объем которых уменьшен таким образом до 5 раз . Другое применение технологии Уплотнение при низком давлении обычно применяется для прессования пакетов с мусором, чтобы облегчить их транспортировку или дальнейшее уплотнение на установках переработки отходов с целью хранения / удаления. При использовании технологии суперуплотнения в ряде случаев отходы сортируется на сгораемые и несгораемые материалы. Сгораемые отходы затем сжигаются, а негорючие отходы суперуплотняются. Нередко зола и пепел на установках для сжигания отходов также суперуплотняются, чтобы достичь максимального уменьшения объема. |
Цементирование радиоактивных отходов
|
Цементирование с помощью жидких цементных растворов, приготовленных по специальным рецептам, позволяет обеспечивать иммобилизацию радиоактивных материалов, находящихся в твердом виде, в виде ила и осадков / гелей или активированных материалов. Как правило, твердые отходы помещаются в контейнеры. Затем в этот контейнер заливается жидкий цементный раствор, где он и схватывается. Далее контейнер с теперь уже монолитным блоком бетона / отходов пригоден для хранения и удаления. В случае если отходы находятся в виде ила и хлопьев, в контейнер, куда они помещаются, добавляется порошковая цементная смесь. Эти два компонента смешиваются внутри контейнера и оставляются для схватывания бетона, также как и при обращении с отходами в твердом виде. Этот процесс использовался, например, для отходов среднего уровня активности в небольших бочках из-под нефтепродуктов и в 500-литровых контейнерах, затем его применение было расширено на половину контейнеров ISO ( Международная организация по стандартизации ) для отходов низкого уровня активности. |
В перспективе, радиоактивные отходы, включая отработанное ядерное топливо, можно будет хоронить на Солнце. Во всяком случае, в России разработан подобный проект. Как сообщает ИТАР-ТАСС, об этом рассказал президент Ракетно-космической корпорации «Энергия» Юрий Семенов. Заявление об этом Семенов сделал на заседании круглого стола, проходящего в рамках международного симпозиума, посвященного пятнадцатилетию сотрудничества России и Европы в области пилотируемой космонавтики.
По словам Семенова, отходы на Солнце смогут доставлять ракеты типа «Энергия». Одна такая ракета «Энергия» может вывозить с Земли до 20 тонн отходов, то есть в год можно отправлять на уничтожение до 100 тонн радиоактивных материалов.
«Экология и жизнь заставят нас заняться глобальной энергетической системой. Необходимо в будущем перевести в космос энергетические и особо опасные производства», — заявил руководитель российской космической корпорации.
Описание_технологии
В настоящее врем во всем мире, в том числе и в России, проблема переработки и утилизации радиоактивных отходов является весьма актуальной. Традиционные способы (битумирование, цементация, закачка в подземные горизонтальные слои и т.д.), как показала практика, малоэффективны и являются ненадежными способами утилизации радиоактивных отходов. Проведенный анализ показал, что наиболее перспективной и надежной формой хранения является включение их в стеклообразующую матрицу. Ярко выраженные потенциальные технико-экономические преимущества имеет способ СВЧ остекловывания отходов в металлическом сменном тигле-контейнере разового использовния, предназначенном для их последующего хранения. Процесс остекловывания отходов в 1,5 — 3 раза экономичнее, чем процессы цементирования с использованием портландцемента, смеси портландцемента и диатомита, отверждения с использованием полиэтилена и полистирола. Остеклованные отходы, в отличие от цементированных, могут быть захоронены в наземных хранилищах, что является основным преимуществом процесса СВЧ остекловывания в контейнере. Предварительные испытания созданной в НИКИМТе экспериментальной установки СВЧ остекловывания с использованием металлического контейнера подтвердили простоту процесса остекловывания и компактность оборудования. В установке СВЧ остекловывания только три узла размещены в горячей камере -каньоне: сменный тигель-контейнер, стационарная штатная крышка и подъёмный механизм для подачи контейнера. Для реализации процесса остекловывания отходов в стальном контейнере необходимо, чтобы температура варки стекла была не выше 1000 градусов. С этой целью разработана легкоплавкая стекломатрица на основе ультрафосфатного стекла с температурой варки 900 градусов, которая обеспечивает удержание в стекле летучих соединений радионуклидов, химическую инертность расплава по отношению к стальному контейнеру при сохранении требуемой гидролитической устойчивости, химическую и механическую прочность стекла.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка отходов по-прежнему не ведется на должном уровне.
Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Более эффективно и целесообразно предотвращать образование отходов, начиная со стадии добычи полезных ископаемых и заканчивая потреблением готовой продукции. Достичь этого можно путем разработки и внедрения технологий рационального использования природных ресурсов, выделения ценных компонентов из побочных продуктов производства и отходов.
В советские годы длительное время существовала ориентация промышленности нашей страны на ресурсосберегающие технологии, однако это отображало скорее экономические цели производства, нежели попытку предотвратить вредное воздействие на окружающую среду. В наше время разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена, весьма ограничено и достижимо лишь на ограниченном числе технологических циклов и только на высокорентабельных отраслях и предприятиях.
Многостороннее и глубокое освоение безотходных производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства. Для этого необходимо предельно корректно и профессионально вести учет и оценку промышленных отходов начиная со стадии разработки технологических схем, в которых неизбежно образование отходов, и заканчивая мероприятиями по их утилизации, переработке и возможному дальнейшему использованию в данном производственном цикле или в других отраслях.
- http://www.gintsvetmet.ru
- http://www.ecoms.ru
- http://www.Minatom.ru
- Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем в решении проблем отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
- Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
- Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. М., Химия, 1990.
- Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Термическая обработка осадков сточных вод в изолированных иловых картах / Инженерная экология. 2001, №1, С. 16 – 21.
- Бикбулатов И.Х., Шарипов А.К. Хранилищереактор для избыточного активного ила, сырых остатков и шламов // Инженерная экология. 2000, №5, С. 47 – 52.
- Водоподготовка. Процессы и аппараты / Под редакцией Мартыновой О.Н. – М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.
- Воловик А.В., Шелков Е.М., Долгоносова И.А. Переработка бытовых и промышленных отходов в высокотемпературной шахтной печи // Экология и промышленность России. – 2001, № 10, с. 9 – 12.
- Гаев А.Я., Герценштейн Ф.Э., Шагивалеева Р.Г. Радикальный путь решения проблемы иловых отвалов // Экология и безопасность населения Урала. Сборник статей. – Пермь. 1995.
- Гриневич В.И., Иванова Н.В., Костров В.В. Экологические технологии: использование низкотемпературной плазмы для очистки отходящих газов // Инженерная экология. 2002, №2, С. 38 – 44.
- Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание отходов хлорорганических производств // Химическая технология, 1996, №5.
- Избавление биосферы от токсичных отходов. Проблема и пути ее эффективного решения. Соликамск: Сильвинит, 1995.
- Изоляция радиоактивных отходов в геологических фармациях. Международная конференция. Киев, 1994.
- Инструкции о порядке единовременного учета образования и обезвреживания токсичных отходов. М, 1990.
- Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л., Химия, 1981.
- Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы. //Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки — аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.
- Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов технологии органических веществ. М.: Химия, 1984.
- О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения. Федеральный закон от 06.04.99.
