До твердих радіоактивних відходів (ТРО) відносяться вироби, матеріали, біологічні об'єкти, відпрацьовані джерела іонізуючого випромінювання здійснюватиме ДІВ), які відповідно до "Санітарних правил поводження з радіоактивними відходами (СПОРО-85) мають питому активність:
- більше 74 кБк / кг (2 · 10 -6 Ku / кг) для бета- активних речовин;
- більше 0,2 пГр / м 2 (з · кг) (1 · 10 -7 г-екв радію / кг) для гамма-активних речовин;
- більше 7,4 кБк / кг (2 · 10 -7 Ku / кг) для альфа- активних речовин (для радіонуклідів трансуранових елементів більше 0,37 кБк / кг (1 · 10 -8 Ku / кг);
- рівні забруднення поверхонь перевищують 5 альфа-частинок / (см 2 · хв), або
50 бета- частинок / (см 2 · хв), що визначаються на площі 100 см 2.
У Росії відповідно до "Санітарних правил проектування та експлуатації атомних станцій (СП АС-88/93)" в залежності від потужності дози гамма-випромінювання, що вимірюється на відстані 10 см від поверхні, питомої активності та рівнів фіксованого забруднення, ТРО діляться на три групи:
I група - (низькоактивні)
II група - (середньоактивні)
III група - (високоактивні)
За фізико-хімічними властивостями ТРО поділяють на два основних види:
1. Тверді негорючі відходи: метали, скло, кераміка, будівельної сміття. Цей вид відходів включає тару, використовувану для упаковки радіоактивних препаратів; непридатний до подальшого використання обладнання, інструмент, деталі машин, металеві меблі; демонтовані металеві будівельні конструкції, штукатурку та інші будівельні матеріали. Зустрічаються великогабаритні конструкції і устаткування.
2. Тверді горючі відходи: дерево, пластмаса, гума, поліхлорвінілові вироби, текстиль і т.п. До цього виду відходів відносяться негідне до вживання дерев'яне і пластмасове обладнання, меблі, спецодяг, папір, обтиральні матеріали, фільтрувальні тканини, будівельні дерев'яні конструкції. Сюди ж слід віднести відходи біологічних матеріалів, при транспортуванні і похованні яких необхідно виконувати додаткові вимоги безпеки. При здачі ТРО на поховання вони паспортізіруются із зазначенням виду відходів, питомої і сумарної активності.
Радіаційна доза на поверхні відходів D, Зв (Бер / год)
Вважають, що ці відходи не становлять небезпеки з точки зору можливості освіти критичної маси.
Вимоги до поводження з ТРО та методи їх переробки.
ТРО, що містять короткоживучі радіонукліди з періодом напіврозпаду до 15 діб, згідно СПОРО-85 витримують протягом часу, що забезпечує зниження активності до значень менших, ніж мінімальні нормативи ТРО і потім видаляють зі звичайним сміттям на організовані сміттєзвалища.
Високоактивні відходи і ІІІ відокремлюють від решти відходів і ховають в спеціальних могильниках (залізобетонних або чавунних колодязях) на глибині до 6 м, що закриваються зверху спеціальними кришками або пробками. Для підвищення екологічної безпеки перед цим їх включають в металеві, найчастіше свинцеві матриці, теплопровідність яких досягає 10 Вт / (м · град) і більш, що забезпечує хороший тепловідвід. Швидкість вилуговування радіонуклідів з таких матриць практично не відрізняється від швидкості вилуговування зі скла.
Низько- і середньо активні відходи ховають в спеціально обладнаних сховищах, які розміщені в поверхневі шари землі вище рівня грунтових вод. Це збірні залізобетонні ємності місткістю до 5000 м 3. розділені перегородками на відсіки по 300-500 м 3. Однак, при похованні відходів без попередньої переробки можливо самозаймання деяких видів горючих відходів, затоплення сховищ поверхневими водами і винос ними радіонуклідів в навколишнє середовище, а також ефективне використання не більше 40-60% корисного об'єму сховищ (через наявність пустот при закладці різних за габаритами відходів).
Тому СПОРО-85 передбачається, що поховання цих ТРО в сховища повинно проводитися шарами завтовшки не більше 1,5 м, після чого проводиться заливка ТРО цементним розчином, який може бути приготований на основі рідких радіоактивних відходів (РРВ). При цьому в сховищі утворюється бетонний моноліт, який займає 100% сховища, що виключає як затоплення ТРО, так і їх загоряння. Питома активність таких цементних компаундов згідно з нормативними документами може досягати не більше 10 -3 Ku / г по b- і g- нуклідів і не більше 10 -6 Кі / г по a- нуклідів, а швидкість вилуговування радіонуклідів (по 137 Cs і 90 Sr ) не повинна перевищувати 10 -3 г / см 2 · добу.
В особливих випадках допускається захоронення твердих радіоактивних відходів (забрудненого ґрунту, будівельних матеріалів, обладнання, виробів і ін. В земляних траншеях при питомій b- активності не більше 37 кБк / кг (1 · 10 -6 Кі / кг). Для цементованих блоків таке поховання допускається при питомій b- активності не більше 370 кБк / кг (1 · 10 -5 Ku / кг), а для бітумірованних блоків при питомій b-активності не більше 3,7 МБк / кг (1 · 10 -4 Ku / кг ). Глибина траншей не менше 5 м і товщина укладання відходів не більше 3 м, при подальшій заливці траншей цементним розчином і обвал виваніі шаром грунту товщиною не менше 0,5 м.
Крім того, перед похованням ТРО передбачається їх попередня переробка з метою скорочення обсягу методами пресування, спалювання і плавлення. Пресування - найпростіший і економічний метод, який дозволяє скорочувати обсяг відходів в 2 - 10 разів. Спалювання - дорожчий і важко здійснюваним процес, але він забезпечує і більш істотне скорочення відходів в 20-100 разів. Цей метод дозволяє перетворити потенційно небезпечні в пожежному відношенні відходи в інертні, безпечні в процесі зберігання форми. Плавлення - найбільш енергоємний і апаратурно складний метод, що дозволяє скоротити обсяг відходів в 5-50 разів. Однак, на відміну від спалювання він не вимагає при подальшому похованні включення кінцевого продукту в ізолюючу матрицю, тому що забезпечує зниження вищелачіваемості радіонуклідів в десятки і сотні разів.
При зборі горючих ТРО галогенсодержащие і інші матеріали, що утворюють при спалюванні агресивні і отруйні гази, упорядковано окремо від дерева, дрантя, паперу, гуми та біологічних матеріалів. Відповідно, забороняється використовувати для дезінфекції біологічних матеріалів хлорне вапно (рекомендується лізол або формалін). Негорючі відходи сортують на металеві, м'які (стискувані) і жорсткі (нестискувані) за ступенем активності. На практиці в м'які відходи потрапляє і деяка частина малоцінних металевих тонкостінних виробів (дрібне обладнання, прилади, тара, трубки і т. Д.). До м'яких ТРО зазвичай відносять і горючі галоген- і сірковмісні відходи, самозаймання яких практично виключається, тобто різні вироби з гуми і пластмаси, особливо з полівінілхлориду (ПВХ). Великогабаритне обладнання, як правило, попередньо розрізають на шматки розмірами не більше 900х1200х3000 мм.
Згідно СПОРО-85 метод пресування застосовують, якщо потужність дози випромінювання на відстані 10 см від поверхні упаковки з відходами не перевищує 0,5 мЗв / год (50 мБер / ч). Допускається пресування упаковок з більшою потужністю дози при узгодженні з органами Госсаннадзора. Метод спалювання застосовують для горючих відходів, якщо їх питома бета- активність не перевищує 3,7 МБк / кг
(1 · 10 -4 Ки / кг), а питома альфа- активність - 0,37 МБк / кг (1 · 10 -5 Ku / кг). Установки переробки ТРО рекомендуються при обсязі відходів не менше 100 м 3 / рік.
При переплавки металевих відходів можлива їх очищення від радіонуклідів, що переходять в шлаки. Згідно з нормативами МОЗ РФ повторне використання зливків металу в народному господарстві без обмежень можливо при залишковій питомої активності до 1 · 10 -8 г-екв радію / кг, а в атомній промисловості до 5 · 10 -8 г-екв радію / кг. У той же час, золи, шлаки та інші алюмосилікатні відходи можуть використовуватися для виготовлення будівельних матеріалів без обмежень при питомій активності до 1 · 10 -8 г-екв радію / кг, в промисловому будівництві до 2 · 10 -8 г-екв радію / кг , а в заміському дорожньому будівництві до 7,6 · 10 -8 г-екв радію / кг.
Пресування твердих радіоактивних відходів.
М'які (стискувані) ТРО піддають пресуванню на пневматичних і гідравлічних пресах при тиску 3-5 МПа. Максимальний коефіцієнт скорочення обсягу в 8-10 разів досягається у металевих відходів та відходів теплоізоляційних минерало- волокнистих матеріалів, мінімальний у гуми і полімерів - 2-3. При цьому слід враховувати, що гума та частина полімерів володіють значною пружною деформацією, так що після зняття навантаження можливе розширення і навіть руйнування отриманих брикетів. У зв'язку з цим, при звичайному пресуванні практикується лише добавка цих матеріалів до інших видів пресованих відходів. Відповідно до СПОРО-85 установки пресування повинні бути надійно герметизовані та обладнані витяжною вентиляцією з фільтром. Завантаження відходів в вузол пресування і вивантаження брикетів з нього повинні бути автоматизовані.
До останнього часу на вітчизняних підприємствах експлуатували установки пресування "Брикет", щоб забезпечити отримання пресованих брикетів 400х400х400 мм, перев'язаних дротом. Пізніше стали практикувати запрессовиваніє відходів на установках "Нукем" в 200 літрові бочки, закочують кришкою. При цьому виключається розпорошення відходів, а також руйнування брикетів при розриві дроту. Крім того, полегшується подальше захоронення пресованих відходів. Однак, слід враховувати, що пресування тільки скорочує обсяг радіоактивних відходів, але практично не підвищує їх екологічної безпеки. Внаслідок цього, при похованні упаковки з пресованими відходами (як брикети, так і металеві бочки) підлягають розміщенню в спеціальних бетонних контейнерах з подальшим заповненням пустот цементним розчином.
Як зазначалося раніше, значну частину пресованих відходів складають матеріали з полівінілхлориду (ПВХ) - пластікатовое покриття підлог, чохли обладнання, фільтри "Петрянова", спецодяг та інші засоби індивідуального захисту. При спалюванні 1 кг ПВХ виділяється 0,55 кг парів соляної кислоти (HCl). Хлор є вкрай агресивним газом, який при температурі близько 100 0 С руйнує навіть леговані стали. Тому, переробка виробів з ПВХ методом спалювання неприпустима. Пресування ж таких відходів при звичайній температурі дає лише незначне скорочення обсягу відходів. У той же час, ПВХ термопластичний матеріал і для його переробки з високою ефективністю може використовуватися метод "гарячого" пресування (при температурі близькій до температури плавлення ПВХ).
Забруднені радіонуклідами вироби з ПВХ попередньо подрібнюють до крупності 1 - 10 мм, що відразу ж дозволяє скоротити обсяг відходів в 2 - 2,5 рази. Полівінілхлоридну крихту поміщають в подогреваемую матрицю і пресують при температурі 150- 230 ° С і тиску від 4 до 40 МПа. Залежно від температури, тиску і часу витримки під тиском відбувається сплавом або всього обсягу блоку (отримання моноліту), або його поверхневого шару 10 - 15 мм (отримання міцної захисної оболонки упаковки). Пресування скорочує обсяг відходів в 2 - 3 рази, що з урахуванням попереднього подрібнення забезпечує сумарний коефіцієнт скорочення обсягу в 4 - 6 разів. При цьому швидкість вилуговування радіонуклідів з проплавлення поверхні ПВХ не перевищує 1 · 10 -4 г / см 2 на добу. тобто порівнянна з бітумними компаундами, і не вимагає додаткової гідроізоляції. ВО ВНДПІЕТ розробив проект установки (гарячого пресування ТРО з ПВХ з питомою активністю до 1 · 10 -5 Ku / кг для Ігналінської і Ленінградської АЕС продуктивністю 25 - 30 кг / год.
Спалювання горючих твердих радіоактивних відходів
Процес спалювання характеризується в загальному випадку перетворенням горючої маси в газоподібні продукти в процесі термічного розкладання і окислення при температурі до 1000 ° С, тобто забезпечує скорочення не тільки обсягу, а й маси ТРО. При спалюванні радіонукліди більш, ніж на 90%, фіксуються в золі і можуть бути потім переведені в стійкі форми шляхом цементування, бітуміровання або заскловування. В процесі спалювання утворюються димові гази, що містять оксиди вуглецю та інших речовин. Радіоактивні аерозолі, а в присутності біологічних матеріалів і полімерів (поліетилену) значної кількості сажі і смолянистих з'єднань.
Найбільшою повнотою згоряння характеризуються полімери (зменшення обсягу в 130 разів), найменшою - щільні упаковки паперу (в 5 - 7 разів), що пов'язано з великим обсягом зольного залишку. Максимальна щільність золи спостерігається при спалюванні біологічних відходів, при цьому утворюється і найбільшу кількість конденсату, що має кислотні властивості. Для підвищення ефективності процесу практикується спільне спалювання горючих ТРО та РРВ. Наприклад, радіоактивні масла, відпрацьовані в системі ГЦН, додають при спалюванні до горючих ТРО в співвідношенні ТРО. РРВ = 4. 1, економлячи при цьому дизельне паливо, яке використовується в пальниках печей.
Найбільше застосування для спалювання ТРО знайшли камерні та барабанні печі, причому характерним є наявність декількох температурних зон: сушіння відходів, запалювання і горіння, дожигания. Очищення димових газів при спалюванні ТРО виробляють мокрим або сухим методами. При мокрій очистці вдається вирішити задачу як попереднього уловлювання великих частинок, так і часткового охолодження газів та хімічної сорбції деяких летючих з'єднань. Однак, при цьому потрібні значні витрати енергії для отримання високих коефіцієнтів очистки (96 - 98%) і утворюються вторинні РРВ. При сухому методі використовують фільтри попереднього і тонкого очищення. Фільтри попереднього очищення споряджають пористими, тканинними або сипучими матеріалами різних видів. Фільтри тонкого очищення споряджають тканиною Петрянова, ультратонким скловолокном, целюлозно або стеклянно- азбестового набиванням з коефіцієнтом очищення 10 3 - 10 4 коли Бог вхідний концентрації твердої фази до 1 · 10 -5 кг / м 3.