4.3 Avramenko

Новые технические схемы очистки
ЖРО
Авраменко В.А., Институт химии ДВО
РАН, Владивосток, Россия
Обращение с ЖРО до 1993 г
Низкоактивные ЖРО
Эксплуатация, ремонт и
утилизация АПЛ
Суда АТО
Технические
танкеры
накопление
Суда АТО (Плавучие
мастерские)
Высоко- и среднеактивные ЖРО
Сброс в глубоководные акватории
Тихого океана
Судно АТО
ТНТ «Пинега»
Переработка до
низкоактивных ЖРО
ЖРО транспортных реакторов
Эксплуатация, ремонт и атомных подводных лодок и кораблей с ЯЭУ,
находящихся на вооружении в Военно-морском флоте и ледокольного
флота, ежегодно приводят к образованию жидких и твердых
радиоактивных отходов. Низкоактивные ЖРО, как показал опыт
эксплуатации, составляют до 70%, остальные 30% - это
преимущественно среднеактивные; высокоактивные ЖРО на кораблях
практически не образуются. К низкоактивным ЖРО относятся
технологические среды ЯЭУ и промывочные воды реакторов,
дезактивационные воды,сточные воды санитарных пропускников,
прачечных и т.д. Среднеактивные ЖРО образуются при проведении
технологических операций по обслуживанию корабельных ЯЭУ
(промывка контуров установок, дезактивация съемного и несъемного
оборудования, отбор проб из контуров и их анализ, замена сорбента
фильтров активности. и хранении ОЯТ в ХОТК (хранилище
отработанных топливных контейнеров) судов АТО(атомного
технического обеспечения)).
ЖРО транспортных реакторов
Особенности транспортных реакторов напрямую связаны с целями и
задачами траспортных средств с ЯР –АПЛ, надводные военные корабли,
ледоколы – максимальная мощность при минимальном размере реактора.
Решение этой задачи имеется в высоком обогащении урана и как следствие
в экстремальных условиях работы ТВЭЛ. Это обусловливает достаточно
высокую активность вод первого контура транспортных реакторов, которая
обычно выше активности вод первого контура АЭС. Кроме того в водах
первого контура транспортного реактора присутствует значительное
количество Sr-90.
ЖРО транспортных реакторов
При перезарядке активной зоны и последующем обращении с ОЯТ
образуются ЖРО. Так в среднем для одного реактора образуется до
400 м3 таких отходов с объемной активностью 10-8 - 10-4 Ки/л
(3,7·102.3,7·106 Бк/л), а из фильтров активности при смене сорбентов
.около 0,2 м3. Среднеактивные ЖРО с объемной активностью более
10-2 Ки/л (3,7·108 Бк/л) образуются, как правило, только при авариях
ЯЭУ. В этом случае объем отходов составляет 400-500 м3, иногда
1000 м3 и более с объемной активностью 1·10-2 Ки/л (3,7·108 Бк/л), а
при крупных авариях . до 4000 м3 ЖРО с суммарной активностью в
10-100 раз превышающей таковую для всех жидких отходов при
безаварийной эксплуатации атомных подводных лодок. В среднем
общий объем ЖРО от деятельности кораблей с ЯЭУ составляет от
5000 до 14000 м3/г (без учета вод санпропускников и спецпрачечных).
При выводе из эксплуатации АПЛ на каждой АПЛ образуется около
400 м3 низкоактивных ЖРО (в случае нештатного состояния
реакторной зоны – среднеактивных)
Особенности «морских» ЖРО
• Присутствие значительной активности
радионуклидов 90Sr вследствие высокого
обогащения используемого топлива
транспортных реакторов
• Присутствие следов, а иногда и
значительных количеств морской воды в
ЖРО
• Присутствие макроколичеств (до 9 мг/л)
неактивных изотопов стронция,
содержащихся в морской воде
• «Морские» ЖРО содержат значительные
количества хлорид ионов, что активизирует
процессы коррозии оборудования
Общий подход к сорбционной
переработке ЖРО
‘Проблемные
ЖРО
Проблемы:
Органические
лиганды,
высокая
соленость,
нефтепродукты
Селективн
ая сорбция
Кондиционирование и
захоронение
отработанных
сорбентов
Сброс очищенных
вод
(нерадиоактиных
промышленных
отходов)
Главная проблема:
селективность
сорбции
Переработка ЖРО методом
селективной сорбции
• Преимущества
• Возможность создания простых мобильных установок;
• Низкая стоимость установок
• Недостатки
• Промышленное применение (АЭС Ловиза (Финляндия),
Селафилд(Великобритания) ограничивалось либо
одним радионуклидом (Cs-137), либо низкоактивными и
низкосолеными водами;
• Отсутствие промышленного производства селективных
сорбентов в России
Разработка наноразмерных сорбентов и
сорбционно-реагентных материалов
М
А
МА
М
матрица
А
МА
М
Раствор
А
А
Наноразмерные структуры в
ксерогелях
До контакта с растворами
сульфатов
После контакта с растворами
сульфатов
СИНТЕЗ НАНОРАЗМЕРНЫХ СОРБЕНТОВ НА
УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКНАХ
Металлооксидный слой
Наноразмерные сорбенты
восстановление
синтез
Наноразмерные
металлические
частицы
МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫЕ ВОЛОКНИСТЫЕ СЕЛЕКТИВНЫЕ
СОРБЕНТЫ
Коэффициенты распределения стронция (Kd) и
коэффициенты селективности стронций-кальций (Ks)
в системе сорбент - морская вода
Сорбент
SSW(ИХ
SSW(ИХДВО
ДВОРАН)
РАН)
Kd
Ks
4143
15,7
12600
74,2
ДМТ(ИФХ РАН)
125
1,6
IE-911(UOP, Mt. Laurel)
70
1,9
TiE-96(UOP, Mt. Laurel)
11
1,2
Duolite C-467 (Rohm&Haas )
7
1,2
SSW-X(ИХ ДВО РАН)
Титанат натрия (Allied Signal,
Des Plaines, IL)
70
1,7
Cелективность ферроцианидных сорбентов
по отношению к Cs-137 в 4.2 М NaNO3
НЖС (микрокристаллы и
поверхностные соединения
ферроцианида никеля на
силикагеле)
SNi (наночастицы
ферроцианида никеля
стабилизированные
кремнегелем)
Kd
Ks
4200
4.3*102
920000
8.9*104
Цех сорбентов на 927 объекте ФГУП
«ДальРАО»
Переработка ЖРО на ПЛА зав.№ 183 2002 г
Переработка ЖРО береговой емкости б.
Павловского
Применение сорбционной и сорбционнореагентной технологии для переработки ЖРО
на Дальнем Востоке России
Объект
Наименование работ
(б. Постовая)
Осушение и переработка ЖРО
емкостей радиохимической
лаборатории
ТНТ «Пинега», ФГУП «ДВЗ
"Звезда"» (б. Большой Камень)
ТНТ-27, ФГУП «ДВЗ "Звезда"»
(б. Большой Камень)
АПЛ (заводские номера 172,
180, 183, 181, 178, 260)
Переработка ЖРО аварийных
емкостей
Очистка ЖРО высокой солености
до нормативов сброса
Осушение контуров и цистерн с
непосредственной переработкой
ЖРО до нормативов сброса
ТНТ-4, ФГУП «ДВЗ "Звезда"»
(б. Большой Камень)
Береговые емкости(б.
Павловского)
Снижение активности ЖРО
хранилища отработанных
топливных композиций (ХОТК)
для последующей переработки
на ПЗО «Ландыш»
Переработка ЖРО
радиохимической лаборатории
Береговые емкости 2а, 3а, 3б
объекта № 927 ФГУП
«ДальРАО» (б. Сысоева)
Полная очистка ЖРО до
нормативов сброса
Аварийная АПЛ зав. № 541,
ФГУП «ДВЗ "Звезда"»
(б. Большой Камень)
Снижение активности воды 1-го
контура аварийного реактора (с
невыгруженной активной зоной)
для дальнейшей переработки на
ПЗО «Ландыш»
Ячейки с тепловыделяющими
элементами (ТВЭЛ)
сооружения № 30 ФГУП
«ДальРАО» (б. Сысоева)
Полная очистка ЖРО до
нормативов сброса