Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФИКСАЦИИ ПУЛЬПЫ В ОТКРЫТОМ БАССЕЙНЕ - ХРАНИЛИЩЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Изобретение относится к атомной промышленности, а более конкретно к способам обращения с радиоактивными отходами, в частности к способам фиксации пульпы путем засыпки грунтом.

При выполнении оборонных программ сбор и временное хранение жидких низкоактивных радиоактивных отходов (ЖРО) осуществлялось в приповерхностных бассейнах-хранилищах, сооруженных на естественном основании с асфальтобетонным или глиняным экраном и защитным слоем из песка и гравия. В процессе длительной эксплуатации открытых бассейнов, предназначенных для промежуточного временного хранения нормативно-чистых и условно чистых вод, на их дне накопились донные отложения, содержащие такие радиоактивные изотопы, как кобальт-60, цезий-137. В настоящее время эти донные отложения, как в виде осадка, так и в виде подвижной пульпы, хранятся под слоем воды (декантата), который является биологической защитой, препятствующей распространению радиоактивных донных отложений. Объем донных отложений, накопленных в бассейнах, обусловлен, как правило, выпадением взвесей в процессе отстаивания жидких низкоактивных отходов в них. Донные отложения представляют собой подвижную суспензию, содержащую, в том числе, и вещества растительного происхождения, содержащие связанную и рыхлосвязанную воду, в результате чего влажность донных отложений варьируется от 62,6 до 96,6%.

Известен способ предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами (см. патент №2168233, МПК⁷ G21F 9/20), включающий засыпку открытых хранилищ радиоактивных отходов природным грунтом с созданием слоя гидрофобизированного грунта толщиной, достаточной для исключения капиллярного подъема жидкости. Гидрофобизацию грунта осуществляют обработкой его раствором гудрона в органическом растворителе, гудрон берут для обработки грунта в количестве 0,2-0,5 вес. %, а слой гидрофобизированного грунта составляет 3-5 см.

К недостаткам известного способа относится его высокая трудоемкость вследствие предварительной обработки гудроном большого количества грунта.

Известен способ фиксации в открытом бассейне-хранилище радиоактивных отходов (см. патент РФ №2510858, G21F 9/20, опубл. 10.04.2014). Способ включает рассечение бассейна разделительными дамбами, достигающими дна бассейна, на участки-полосы и дополнительно поперечными дамбами на ячейки, которые засыпают грунтом последовательно. При этом поперечную дамбу сооружают путем насыпания грунта на лед до просадки льда на глубину, обеспечивающую зазор между дамбой и дном бассейна, через который ячейка по декантату сообщается с незасыпанной частью бассейна. Затем подо льдом оттесняют декантат из ячейки в акваторию бассейна через зазор между поперечной дамбой и дном бассейна путем насыпания части грунта, предназначенного для засыпки ячейки, на лед ячейки до просадки льда. После оттеснения декантата из ячейки осуществляют изоляцию ячейки от акватории бассейна путем наращивания поперечной дамбы до ее просадки до дна бассейна и засыпают изолированную ячейку остальным грунтом. Для оттеснения декантата грунт на лед ячейки насыпают до просадки льда на глубину, не превышающую глубину просадки льда под поперечной дамбой. Засыпание грунтом ячейки осуществляют путем равномерного покрытия грунтом в направлении от периферии к центру.

К недостаткам известного способа относится то, что обеспечение просадки льда под поперечной дамбой и в ячейке путем насыпания грунта должно осуществляться без образования трещин во льду и вытеснения декантата с пульпой на поверхность засыпаемого грунтом льда. Исходя из того, что сооружение дамб, осуществляемое наталкиванием грунта с применением технических средств, например бульдозеров, является предпочтительным с точки зрения радиационной безопасности, то насыпание грунта требует применения специальных технических средств. Кроме того, величина просадки льда с учетом массы технических средств и безопасности их работы на льду не сможет обеспечить оттеснения значительного объема декантата из ячейки в акваторию бассейна. Оставшийся значительный объем декантата в ячейке с подвижной пульпой увеличивает высоту капиллярного подъема декантата и подвижной пульпы в насыпанном грунте, что повышает радиационную нагрузку на персонал при проведении дальнейших работ по консервации.

Кроме того, в акватории бассейна, как правило, наибольшие значения толщины донных отложений и, следовательно, их активности наблюдаются на участке вблизи приемного трубопровода. На участке, наиболее удаленном от него, значения толщины донных отложений и их активности в несколько раз меньше. Исходя из этого, возникает целесообразность применения для фиксации пульпы на этих участках различных технологий, так как выдача декантата с участка с пониженной активностью возможна до более низкого уровня без сокращения продолжительности работы производственного персонала за счет радиационного воздействия. Кроме того, проведенными опытами установлено, что донные отложения обладают способностью при промораживании многократно уменьшать объем, выделяя связанную и рыхлосвязанную воду.

Задачей изобретения является исключение выхода пульпы на поверхность насыпанного грунта и снижение трудоемкости работ при фиксации пульпы.

Технический результат - уменьшение высоты капиллярного подъема пульпы в насыпанном грунте за счет повышения ее плотности при выделении из донных отложений связанной воды промораживанием.

Поставленную задачу решают тем, что в известном способе фиксации пульпы в открытом бассейне-хранилище радиоактивных отходов, включающем рассечение бассейна разделительными дамбами, достигающими дна бассейна, на участки-полосы и дополнительно поперечными дамбами на ячейки, которые засыпают грунтом последовательно на лед, и откачку декантата, бассейн разделяют дамбой, достигающей дна бассейна, на участки с пониженной и повышенной толщинами донных отложений и, соответственно, их активностью. На участке с пониженной толщиной донных отложений перед ледоставом перекачивают декантат на очистку и подземное захоронение до превышения глубиной промерзания суммарной толщины донных отложений и защитного слоя декантата над ними. При достижении льдом дна бассейна осуществляют засыпку участка наталкиванием на лед грунта толщиной, превышающей высоту капиллярного подъема воды, образовавшейся при таянии под насыпанным грунтом льда. На незасыпанной части участка после таяния льда осуществляют выдачу декантата до минимально возможного уровня и продолжают засыпку донных отложений песком и супесью наталкиванием.

На участке с повышенной толщиной донных отложений, разделенном поперечными дамбами на ячейки, в которых глубина промерзания после выдачи декантата не достигла дна бассейна, перед таянием на лед ячеек принимают защитный слой воды, перед следующим ледоставом вновь откачивают декантат из ячеек до превышения глубиной промерзания суммарной толщины уплотненных при первом промораживании донных отложений и защитного слоя декантата над ними, а фиксацию пульпы проводят аналогично ее фиксации на участке с пониженной толщиной донных отложений.

В частном случае осуществления предлагаемого способа обнажающиеся при выдаче декантата склоны бассейна промывают и засыпают слоем грунта, а откосы ячеек засыпают слоем грунта.

Разделение бассейна дамбой, достигающей дна бассейна, на участки с пониженной и повышенной толщинами донных отложений и, соответственно, их активностью позволяет применить на этих участках различные технологии фиксации пульпы.

Перекачка перед ледоставом с участка с пониженной толщиной донных отложений декантата на очистку и подземное захоронение до превышения глубиной промерзания суммарной толщины донных отложений и защитного слоя декантата над ними позволяет при промораживании пульпы и последующем оттаивании выделить из донных отложений связанную воду и значительно (примерно в 5 раз) уменьшить их объем при таянии и, соответственно, снизить подвижность пульпы за счет увеличения ее плотности. Тем самым сокращается высота подъема загрязненной радионуклидами пульпы вместе с капиллярным подъемом воды в насыпанный грунт, что снижает радиационную нагрузку на персонал при проведении дальнейших работ по консервации бассейна. Осуществление засыпки участка при достижении льдом дна бассейна позволяет осуществить ее наталкиванием на лед грунта с использованием специальной техники (бульдозеры, автомобили и др.) с защитными экранами для уменьшения радиационного воздействия на персонал и тем самым повысить безопасность проведения работ на льду бассейна.

Засыпка участка грунтом толщиной, превышающей высоту капиллярного подъема воды, образовавшейся при таянии под насыпанным грунтом льда, позволяет после таяния льда проводить на поверхности насыпанного грунта дальнейшие работы по консервации.

Осуществление на незасыпанной части участка после таяния льда выдачи декантата до минимально возможного уровня сокращает количество воды над уплотненной пульпой, что позволяет надежно зафиксировать пульпу при ее засыпке песком и супесью. Фиксация уплотненной промораживанием пульпы, осуществляемая засыпкой грунтом в летний период, позволяет сократить продолжительность работ по фиксации пульпы на участке бассейна с пониженной толщиной донных отложений и, тем самым, сократить риски распространения радиоактивных загрязнений.

Прием перед таянием на лед ячеек защитного слоя воды на участке с повышенной толщиной донных отложений, разделенном поперечными дамбами на ячейки, в которых глубина промерзания после первичной выдачи декантата не достигла дна бассейна, позволяет осуществить восстановление защитного слоя воды без взмучивания частично уплотненной и жидкой пульпы и обеспечить безопасное ее хранение в летний период.

Повторная откачка декантата из ячеек перед следующим ледоставом позволяет осуществить превышение глубиной промерзания суммарной толщины частично уплотненных при первичном промораживании донных отложений и защитного слоя декантата над ними и осуществить фиксацию пульпы аналогично ее фиксации на участке с пониженной толщиной донных отложений.

Промывка и засыпка слоем грунта обнажающихся при выдаче декантата склонов бассейна и засыпка слоем грунта откосов ячеек позволяет предотвратить ветровой разнос радиоактивных загрязнений.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности.

Определяют толщину донных отложений и их активность в отдельных частях бассейна-хранилища и отделяют разделительной дамбой, достигающей дна бассейна, на участки с пониженной и повышенной толщиной донных отложений. При этом под пониженной толщиной донных отложений принимают ее значение до 0,5 м. На участке с пониженной толщиной донных отложений перед ледоставом откачивают декантат на очистку и подземное захоронение, оставляя над донными отложениями защитный слой воды в 0,3-0,4 м, в результате чего обеспечивается превышение глубиной промерзания, составляющей к концу зимы 1 м и более, суммарной толщины защитного слоя воды и донных отложений. С целью исключения ветрового разноса загрязнений обнажающиеся при выдаче декантата склоны бассейна промывают и засыпают слоем грунта толщиной 0,5-0,7 м.

При достижении льдом дна бассейна осуществляют засыпку участка наталкиванием на лед слоя песка и супеси толщиной из расчета превышения высоты капиллярного подъема образующейся при таянии льда воды и исключения ее попадания в верхний слой насыпанного грунта.

Исходя из того, что после таяния льда толщина донных отложений в результате выделения из них связанной воды составит около 0,1 м, а высота декантата над ними - 0,7-0,9 м, то возникает возможность проведения работ по фиксации пульпы и после таяния льда. В этом случае осуществляют выдачу декантата до минимально возможного уровня, например 0,2-0,3 м над донными отложениями, и продолжают засыпку уплотненных при промораживании донных отложений наталкиванием песка и супеси, что значительно сокращает высоту капиллярного подъема жидкости в насыпанном грунте, а следовательно, и толщину наталкиваемого слоя грунта.

Участок с повышенной (более 0,5 м) толщиной донных отложений разделяют поперечными дамбами на ячейки, причем необходимость их возведения и количество определяют исходя из технических возможностей перекачки объемов декантата, необходимых для осуществления промораживания остающегося защитного слоя декантата и частично донных отложений. Из ячеек выдают декантат, оставляя над донными отложениями защитный слой воды в 0,3-0,4 м. При толщине донных отложений, достигающей 1 м, и глубине промерзания 1 м глубина промерзания после выдачи декантата не достигает дна бассейна, и часть донных отложений останется не уплотненной в результате промораживания. Поэтому перед таянием на лед ячеек принимают защитный слой воды, а перед следующим ледоставом вновь откачивают декантат из ячеек до превышения глубиной промерзания суммарной толщины донных отложений и защитного слоя декантата над ними. При достижении льдом дна ячейки, по аналогии с фиксацией пульпы на участке с пониженной толщиной донных отложений, осуществляют ее засыпку наталкиванием на лед грунта, не засыпанную часть ячейки после таяния льда засыпают наталкиванием песка и супеси, исходя из того, что толщина донных отложений в ячейках после выделения из них связанной воды составит около 0,2 м, а защитный слой декантата над ними - 0,3-0,5 м.

После фиксации пульпы консервацию бассейна продолжают укладкой слоев суглинка и супеси, глиняного экрана и др.