Розробка технології та переробка кубових залишків на Кольської АЕС, українське атомне співтовариство

В ході експлуатації атомних реакторів на АЕСУкаіни і України накопичено великий обсяг кубових залишків. Ємності для їх зберігання практично на всіх станціях заповнені на 70% і більше. Методи затвердіння таких відходів, що використовуються на деяких АЕС, не можуть знайти широкого застосування через відсутність сховищ для кінцевого продукту. Змінити ситуацію, що склалася може впровадження такого способу переробки кубових залишків, який дозволяє багаторазово скоротити обсяг кондиційованих РАВ.

Кубові залишки є продуктом випарювання різних РРВ, що утворюються на АЕС. Вони являють собою високосолевие розчини, забруднені продуктами поділу, радіонуклідами корозійного походження і різними речовинами, використовуваними для дезактивації обладнання і підтримки водно-хімічного режиму. Традиційними методами переробки кубових залишків АЕС є цементування і бітуміровання. Ці способи дозволяють перевести РРВ в досить інертну форму, придатну для зберігання (поховання). Однак їх використання не дозволяє значно скоротити обсяг кінцевого радіоактивного продукту.

Селективна сорбція має незаперечну перевагу в порівнянні з іншими способами переробки кубових залишків. Тому її доцільно використовувати в якості базового способу переробки таких відходів. Однак на АЕС «Ловіза» (Фінляндія) кубові залишки за допомогою селективного сорбенту очищають тільки від радіонуклідів цезію.

Для очищення кубових залишків практично від усіх радіонуклідів в ГУП МосНПО «Радон» спільно з ДП вндіаес, ЗАТ «РАОТЕХ» і ЗАТ «Альянс-Гамма» розроблена технологія Іоноселективні очищення (рис. 1). У кубових залишках крім радіонуклідів цезію присутні радіоізотопи стронцію, кобальту, марганцю та ін. Вони знаходяться і в іонної формі, і у вигляді різних комплексів з речовинами, які використовують для дезактивації обладнання і інших цілей. Щоб очистити кубові залишки від всіх радіонуклідів, необхідно перевести їх в іонну форму. Для цього перед сорбцією кубові залишки піддають попередній обробці, яка включає дві стадії: озонування та відділення утворюється при цьому осаду. Метою такої обробки є руйнування органічних комплексів, що зв'язують радіонукліди кобальту, марганцю та інших, схильних до комплексоутворення, і органічних речовин, отруйних селективні сорбенти, а також відділення утворюється осаду, на якому концентрується основна частка (понад 99%) радіонуклідів кобальту, стронцію, марганцю та інших.

Після попередньої обробки розчин направляють на селективну очистку від радіонуклідів цезію на сорбентах.

Осад зі стадії фільтрації надходить на цементування, а відпрацював сорбент безпосередньо в корпусі апарату розміщується на довгострокове зберігання в сховищі твердих РАВ.

Очищений від радіонуклідів кубовий залишок випарюють до сухих солей і в бочках направляють на полігон промислових відходів.

Унікальність технології полягає в тому, що вона дозволяє переробляти не тільки декантат (розчин), а й осад, який утворився в ємностях в результаті тривалого зберігання і багаторазового доупаріванія кубового залишку. Спочатку переробляють декантат, а потім порціями розчиняють осад. Отриманий розчин обробляють так само, як і декантат. Розчинення осаду і переробку отриманого розчину ведуть до повного звільнення ємності.

Дана технологія пройшла лабораторні і стендові випробування на Кольської, Калінінської, Ленінградської АЕС, на Мангишлацькому атомно-енергетичному комбінаті (місто Актау, Казахстан).

На Першій в світі АЕС (Обнінськ) на кубових залишках Калінінської і Александріяой АЕС була випробувана дослідно-промислова установка продуктивністю до 100 л / год.

Комплекс переробки РРВ

За допомогою установки розмиву і вилучення, основним елементом якої є гідромонітор, декантат (або розчин, отриманий при розмиванні осаду) направляють на вузол озонування установки Іоноселективні очищення, де озон виробляють з кисню за допомогою генераторів. Озонування відбувається в періодичному режимі в контурі «ємність - насос - ежектор - ємність».

Мал. 2. Генератори озону і система охолодження

Після завершення процесу озонування кубовий залишок для відділення осаду направляють на вузол фільтрації, що складається з сітчастих і мембранних фільтрів (рис. 3). На сітчастому фільтрі відбувається відділення центральної частини осаду, а на мембранному - доочищення. Періодично за допомогою стиснутого повітря виробляють зворотну промивку сітчастого фільтра. Отриманий шлам тимчасово, до введення в експлуатацію установки цементування, скидають в спеціальну ємність.

Мал. 3. Фільтри попередні (сітчасті)

Для вилучення радіоізотопів цезію з пермеата, його прокачують з вузла фільтрації в контрольну ємність насосом-дозатором через два послідовно з'єднаних фільтру-контейнера (об'ємом 120л кожен) з ферроціанідним сорбентом.

Технологія Іоноселективні очищення дозволяє переробляти не тільки декантат (розчин), а й осад, який утворився в ємностях в результаті тривалого зберігання і багаторазового доупаріванія кубового залишку.

Потім очищений від радіонуклідів кубовий залишок направляють на установку глибокого упарювання. Її основним елементом є багатосекційний теплообмінник «труба в трубі», що дозволяє отримувати плав солей, який при охолодженні перетворюється в міцний матеріал. Плав розливають в 200-літрові бочки і зберігають у спеціально відведеному місці як нерадіоактивні відходи.

Управління всіма стадіями переробки здійснюється з пульта оператора.

Вторинні РАО, отримані в результаті переробки, - чотири відпрацьованих фільтра-контейнера з сорбентом і 11 м 3 шламу з вузла фільтрації. Коефіцієнт скорочення обсягу радіоактивних відходів перевищив 50.

З очищеного від радіонуклідів кубового залишку отримано 100т солей об'ємом 52 м 3. Їх питома активність значно менше значень, встановлених санітарними нормами для радіоактивних відходів. Крім того, надається можливим використовувати отримані солі в якості сировини для отримання сполук бору, запаси якого вУкаіни практично вичерпані.

Таким чином, використання методу Іоноселективні очищення кубових залишків на Кольської АЕС дозволяє не тільки значно скоротити обсяги РАВ, які направляються на довгострокове зберігання, але і використовувати цінні компоненти радіоактивних відходів в промисловості, в тому числі і на АЕС.