Радиоактивные отходы

Радоактивные отходы — это различные материалы и изделия, биологические и другие объекты, в которых содержание радионуклидов превышает значения, установленные действующими нормативами, и которые не подлежат дальнейшему использованию.

В соответствии с Федеральным законом «Об использовании атомной энергии» от 21.11.1995 г. № 170-ФЗ (в редакции от 22.08.2004 г.) радиоактивные отходы, которые содержат ядерные материалы, находятся в федеральной собственности, а радиоактивные отходы, не содержащие ядерных материалов, — в собственности субъектов Российской Федерации и муниципальной собственности.

Правила учета и контроля радиоактивных веществ и радиоактивных отходов определены постановлением Правительства Российской Федерации от 11 октября 1997 г. Существуют основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами (ОСП- 72/87) и радиоактивными отходами (СПОРО-85), регламентирующие порядок сбора, удаления, хранения и захоронения радиоактивных отходов (РАО).

Радиоактивность веществ обусловлена наличием в их составе радиоактивных изотопов, обладающих способностью самопроизвольно распадаться во времени. Распад ядер радиоактивных элементов может происходить тремя основными путями, и соответствующие реакции ядерного распада названы тремя первыми буквами греческого алфавита. При альфа-распаде выделяется атом гелия, состоящий из двух протонов и двух нейтронов, и образуется ядро элемента, отстоящего на две позиции ниже в периодической таблице элементов Д. И. Менделеева. При бета-распаде ядро испускает электрон, и образуется элемент, стоящий на одну позицию выше в периодической таблице. При гамма-распаде происходит излучение фотонов, ядро теряет энергию, но химический элемент не видоизменяется.

При характеристике радиоактивных элементов обычно не определяют концентрацию элемента, а указывают вид и активность излучения. Характеризуя радиоактивные отходы, указывают вид излучения и суммарное значение радиоактивности.

Активность — это мера количества радиоактивного вещества, выраженная числом актов ядерных превращений в единицу времени:

где т — масса радиоактивного изотопа; М — молекулярная масса изотопа; /VA — число Авогадро; ? — радиоактивная постоянная.

Беккерель (БК, Bg) — единица активности нуклеида в радиоактивном источнике (в СИ), 1 Бк = 1 расп./с;

Радиоактивный изотоп характеризуют периодом полураспада. Под этой величиной понимают время, по истечении которого радиоактивность элемента уменьшается вдвое. В табл. 6.3 приведены характеристики некоторых наиболее часто встречающихся радиоизотопов.

Радиоактивные вещества могут быть как производственного, так и природного происхождения. Существуют природные источники радиоактивного излучения. Некоторые из них приведены в табл 6.4. Техногенные образования имеют, как правило, более высокое значение радиоактивности (табл. 6.5). Ситуация осложняется еще тем, что техногенные выбросы могут попадать на почву, смешиваться с естественным фоном и сообщать общую радиоактивность местности.

Таблица 6.3. Характеристика радиоизотопов

Для сравнения в табл.

Для природной экологической системы характерна такая особенность, что живые организмы в биоценозе поставлены примерно в равные условия и имеют близкие значения летальных доз радиоактивного поражения. Значение этой предельной дозы определяет порог летальной или генетической дозы, которая поражает экологическую систему и выводит ее из устойчивого равновесия. В табл. 6.6 приведена радиотоксичность некоторых изотопов и предельно допустимое значение их активности.

Радиоактивные отходы подразделяют на высоко-, средне- и малоактивные.

Высокоактивные отходы образуются в результате работы ядер- ных реакторов и подлежат специальной обработке и захоронению

Таблица 6.5. Радиоактивность некоторых природных материалов и промышленных отходов

в глубоких геологических формациях. Рассмотрение этого вида отходов не является предметом изучения данного курса и выходит за рамки учебного пособия.

Малоактивные отходы содержат малое количество преимущественно короткоживущих изотопов. К ним относятся бумага, ветошь, фильтры, одежда. Этот тип отходов не требует специальной изоляции. Обычно их предварительно прессуют или сжигают и передают на поверхностное захоронение.

Среднеактивные отходы обладают большей радиоактивностью. К ним относятся продукция производственной деятельности — отработанные смолы, химические осадки от очистки сточных вод, некоторые виды твердых производственных отходов (см. подразд. табл. 7.3), фрагменты отработанных изделий АЭС. Особый вид отходов представляют шламы и суспензии, в которых радиоактивные элементы могут находиться как в виде твердых частиц, так и растворенных соединений. Содержание воды в таких отходах колеблется в пределах от 20 до 80%. Среднетоксичные радиоактивные промышленные отходы подлежат изоляции и захоронению. Предварительно они проходят очистку. Методы очистки являются типовыми и были рассмотрены в предыдущих главах. Радиоактивные сточные воды, например атомных электростанций, проходят комплексную очистку методами адсорбции, ионного обмена и выпаривания. В результате получают твердые радиоактивные осадки и высококонцентрированные радиоактивные растворы. Такие отходы обрабатывают связующими материалами, переводят в твердое состояние и передают на захоронение.

В Москве и Подмосковье выявлено несколько очагов поверхностного радиоактивного заражения почвы.

ет и выявляет участки радиационного заражения. Зараженный пласт почвы снимают и вывозят на предприятие для обезвреживания. Часто происхождение радиационного излучения остается неизвестным. Такие отходы представляют собой смесь, состоящую их твердых частиц грунта и воды.

Пример. Приведем описание процесса очистки радиоактивной грунтовой смеси, проводимой на предприятии «Радон».

Исходная почвенная смесь обладала а- и p-радиоизлучением и имела активность: ?а — 1 Бк/л; ZP — 100 Бк/л. Источниками a-излучения являлись изотопы 239 Pu, 232U; 234Th, 226 Ra; источниками p-излучения 90Sr,

9°Y_

' Первоначально смесь подвергают механической очистке. Для чего смесь подают в приемную емкость, где отделяют наиболее крупные частицы взвешенных веществ, а затем направляют вначале в маслоуловитель, а затем в установку «Кристалл». Маслоуловитель предназначен для очистки стоков от взвесей масел. На установке «Кристалл» смесь проходит первую фильтрацию. Установка состоит из распределительной емкости, в которой расположено шесть кассет, загруженных сипроном. Фильтрующий материал «сипрон» состоит, %: лавсан — 25; капрон — 50; нейлон — 25. Волокнистая структура материала обладает адсорбционными свойствами по отношению к нефтепродуктам и взвешенным веществам. Далее стоки проходят через отстойник, где освобождаются от твердых примесей. Дополнительная очистка проводится на механическом фильтре, который имеет двойную загрузку. В верхней части находится кварцевый песок. В нижней части фильтра помещены специальные материалы — гранулированный полипропилен и клиноптилолит. Полипропилен обладает положительной плавучестью и адсорбционной способностью по отношению к нефтепродуктам. Клиноптилолит — природный материал, характеризуемый сорбционными свойствами по отношению к радионуклидам l37Cs и ^Sr. На механическом фильтре происходит доочистка радиоактивных стоков от мелкодисперсных взвесей.

Далее смесь поступает на модуль химической очистки методом коагуляции и затем — на электродиализную установку для концентрирования. После этого растворы проходят угольный фильтр и систему двухступен-

Табл и ца 6.7. Показатели исходной смеси и очищенной воды

чатой очистки методом ионного обмена. Очищенная вода поступает в замкнутый технологический цикл (табл. 6.7).

Очистка от радионуклидов происходит на 65 — 67% на стадии механической обработки и на 33—35 % — на стадии химической очистки. Это свидетельствует о том, что радиоактивные элементы присутствуют в зараженных антропогенных суспензиях в виде как твердых примесей, так и растворенных солей.

В процессе очистки получают отработанные регенерационные растворы и концентрированные растворы из элсктродиализной установки. Их перерабатывают методом цементирования и вывозят на захоронение.

Твердые отходы — фильтрующий материал «Сипрон», керамзит, песок, активированный уголь, ионообменная смола и шламы, которые составляют 1—2% от количества переработанных радиоактивных отходов, — также подлежат захоронению.

Контрольные вопросы Что представляют собой твердые отходы? Каковы масштабы их образования? Назовите Федеральный закон, регулирующий порядок обращения с отходами и кратко охарактеризуйте его основные статьи. Приведите основные понятия и определения, применяемые при работе с твердыми отходами. Кто считается собственником твердых отходов и каковы его обязанности? Что представляют собой классы опасности веществ и каковы критерии их определения? Твердые бытовые отходы. Их характеристика. Охарактеризуйте основные условия захоронения ТБО на полигонах. Что представляет собой процесс компостирования? Какие методы термической обработки отходов вам известны? Приведите физико-химическую характеристику процессов сжигания, газификации и пиролиза. Твердые промышленные отходы. Приведите их классификацию. Каковы основные направления в использовании и переработке твердых промышленных отходов. Приведите примеры использования твердых промышленных отходов в качестве сырья в других отраслях промышленности. Отходы как вторичное сырье. Приведите примеры. Назовите методы захоронения твердых промышленных отходов и дайте их характеристику. Охарактеризуйте требования, предъявляемые к устройству и эксплуатации полигонов для промышленных отходов. Что представляют собой радиоактивные отходы? Приведите их характеристику. Какие способы утилизации и хранения радиоактивных отходов вам известны?