Меню Рубрики

Установки для переработки жро

Мобильная установка для переработки ЖРО «ЭКО-3М»

Проблеме обращения с жидкими радиоактивными отходами в ЦРТ всегда уделяли особое внимание. И первая в нашей стране передвижная установка для очистки ЖРО «ЭКО-1» была разработана и изготовлена именно здесь.

Курс на создание небольших транспортируемых установок для переработки или кондиционирования радиоактивных отходов был взят в 80-е годы. Начатые исследования позволили сотрудникам ЦРТ определить, в конечном итоге, пригодность традиционных технологий переработки РАО для создания передвижных установок, а затем перейти к новым разработкам.

В 1992–1994 годах появились еще две передвижные установки так называемого первого поколения: «ЭКО-2» и «ЭКО-3». (Последняя смонтирована в транспортном морском контейнере).

Начиная с 1995 года, специалисты Центра разработки технологий развивают концепцию модульных передвижных установок для очистки ЖРО. Самой первой из них была «Аква-Экспресс», фильтрационный модуль которой до сих пор активно используют в разных целях в Научно-производственном комплексе ГУП МосНПО «Радон», а ультрафильтрационный — в составе установки «ЭКО-2». Полностью концепция реализована в установке «ЭКО-3М», пущенной в эксплуатацию на ФГУП «МП «Звездочка».

В начале 90-х годов, в связи с принятым Россией мораторием на сбросы ЖРО в моря и океаны, головное предприятие Государственного Российского центра атомного судостроения ФГУП «МП «Звездочка» столкнулось с проблемой переполнения емкостей с жидкими радиоактивными отходами. Данная ситуация стала серьезным фактором экологического риска и могла вызвать социальную напряженность среди населения Северодвинска. Кроме того, отсутствие свободных объемов в емкостях для хранения жидких РАО практически парализовало работу предприятия.
Решить проблему помогли специалисты ГУП МосНПО «Радон». В Северодвинск направили установку «ЭКО-3», с помощью которой было переработано более 400 кубометров ЖРО. Причем качество очищенной воды позволяло сбрасывать ее в общую канализацию предприятия и в акваторию залива.

Ориентация на передвижные установки оказалась очень перспективной и вывела ГУП МосНПО «Радон» на лидирующие позиции в тех областях, где такие установки просто незаменимы, например, при переработке жидких радиоактивных отходов.

Практика переработки жидких радиоактивных отходов отчетливо выявила тенденцию применения небольших мобильных установок модульного типа. Примером успешного использования таких установок может служить опыт очистки ЖРО, образующихся в результате демонтажа атомных подводных лодок.

Установка включала фильтрационный, ионоселективный, ионообменный и электродиализный блоки. Однако дальнейшее расширение ассортимента требующих переработки ЖРО заставило подумать об ее усовершенствовании. В результате, «ЭКО-3» дополнили обратноосмотическим модулем и модулем реагентного умягчения с электроосмотическим концентратором.

Позже «ЭКО-3» была реконст руирована в установку «ЭКО-ЗМ». С 1997 по 2005 годы с ее помощью было очищено более 3000 кубометров ЖРО. Пока это единственная установка в регионе Баренцевого моря, пригодная для использования в аварийных ситуациях. Она незаменима при выводе ядерных объектов из эксплуатации, ремонте транс порт ных средств, дезактивации и т. д.
Парк водоочистных модулей ГУП МосНПО «Радон» непрерывно развивается и, при необходимости, может быть использован для очистки радиоактивных вод на любом объекте Российской Федерации или за рубежом. Доказательством высокого уровня разработок и мирового признания является то, что в последние годы по заказу МАГАТЭ четыре водоочистных комплекса «Аква-Экспресс» работают в Иране, Сирии, Бангладеш и Сербии. В первых трех странах они используются для очистки сточных вод ядерных исследовательских центров, а в Сербии — очищают воду в бассейне выдержки отработанного ядерного топлива остановленных исследовательских реакторов. В 2006 году по контракту с Департаментом энергетики США установка «Аква-Экспресс» была поставлена в Институт ядерных исследований Республики Узбекистан.

В процессе создания стационарных и модульных установок очистки ЖРО специалисты ГУП МосНПО «Радон» и Института физической химии РАН, начиная с 1976 года, разрабатывали селективные сорбенты на основные дозообразующие радионуклиды — 134,137Cs и 90Sr. Было синтезировано и исследовано большое количество органических и неорганических веществ, и в настоящее время налажен серийный выпуск неорганических сорбентов марки ФНС (ТУ 2161-002-51255813-2005) на цезий и МДМ (ТУ 2461-001-51255813-2005) на стронций. Они широко применяются при очист ке разнообразных жидких РАО, в том числе на предприятиях атомного судостроения, спецкомбинатах «Радон» и т. д.

С самого основания и до наших дней коллективы ЦРТ и Опытного завода прикладных радиохимических технологий идут рука об руку, решая общую и далеко не простую задачу обеспечения радиационной безопасности. С участием специалистов Центра разработана технологическая схема новой системы спецводоочистки Опытного завода, где в настоящее время внедряется метод обратного осмоса. В 2005 году испытания обратноосмотической установки производительностью 1 м3/ч дали отличный результат — с ее помощью было переработано более 100 кубометров реальных ЖРО.

Очевидные преимущества мембранных технологий для переработки жидких радиоактивных отходов стали основой для большого количества исследований, а затем и внедрений методов обратного осмоса, ультрафильтрации, электродиализа. Любой мембранный процесс имеет свои достоинства, выгодно отличающие его от других. И специалисты ЦРТ успешно используют это при разработке комплексной схемы переработки ЖРО сложного химического и радиохимического составов.

Читайте также:  Установка приводных ремней на fx35

В текущее пятилетие созданы и успешно прошли испытания на реальных жидких РАО головные образцы новых мембранных аппаратов: АФММ-16 — мембранная центрифуга с металлокерамическими мембранами TRUMEMТМ, ЭДН-50 — электродиализатор для глубокого обессоливания растворов с заполнением дилюатных камер ионообменным волокном, ЭДК-40 — электроосмотический концентратор.

В ходе работ по внедрению технологий очистки и концентрирования жидких радиоактивных отходов была создана и испытана на реальных РАО установка сушки жидких радиоактивных отходов с испарительным блоком фильтр-прессного типа. Технологическая схема с замкнутым воздушным контуром, использованная в опытном образце, позволяет значительно уменьшить нагрузку на систему газоочистки и получать концентраты ЖРО с солесодержанием до 350 г/л при комнатной температуре. В результате ресурсного эксперимента, в 2005 году в НПК ГУП МосНПО «Радон» было переработано около 400 л реальных жидких радиоактивных отходов с солесодержанием 18 г/л.

Специалисты ЦРТ уделяют также внимание работе в области технологий первичной переработки растворов урановых руд, которые, несомненно, являются такими же радиоактивными растворами, как и ЖРО. В 2005 году совместно со специалистами ФГУП ВНИИХТ Центр завершил работы по ресурсным испытаниям технологии и опытно-промышленной электрохимической установки для получения аммиака из маточника осаждения «желтого кека» — аммонийной соли уранила.

Таким образом, за 45 лет сущест вования ГУП МосНПО «Радон» коллективу Центра разработки технологий удалось решить две концептуальные задачи, связанные с обезвреживанием жидких радиоактивных отходов. Во-первых, очистка ЖРО осуществляется до концентраций радионуклидов ниже уровней вмешательства, что позволяет сбрасывать очищенные растворы в канализацию или природные водоемы. Во-вторых, извлеченные радионуклиды концентрируются в минимальном объеме с последующим отверждением концентратов и таким образом надежно изолируются от биосферы.

источник

Установки для переработки РАО на российских предприятиях

Важнейшим элементом стратегии развития ядерной энергетики России является обращение с РАО, поэтому проектом федерального закона «Об обращении с радиоактивными отходами» предусмотрена разработка единой государственной системы обращения с РАО (ЕГС РАО).

В 2009г. технологическое сопровождение этой задачи поручено Радиевому институту. Этот выбор нельзя назвать случайным, так как проблема обращения с РАО стояла перед институтом еще в 20 е годы прошлого века при создании и эксплуатации первого радиевого завода. В последующие десятилетия и по настоящее время одним из главных направлений деятельности института была радиохимия, что позволило создать научную школу и накопить богатый опыт в разработке и внедрении радиохимических технологий. Сегодня этот опыт оказался чрезвычайно востребованным в решении проблемы обращения с РАО и, в частности, при создании ЕГС РАО.

Одной из определяющих составных частей ЕГС РАО следует считать технологии и установки для переработки РАО, поэтому возникла необходимость в анализе состояния этого вопроса в России на сегодняшний день.

Конечной целью переработки РАО является их кондиционирование, т.е. перевод их в стабильную физико-химическую форму, максимально ограничивающую выход радионуклидов за пределы матричного материала и инженерных барьеров в пунктах захоронения радиоактивных отходов (ПЗРО). Как известно, РАО делятся на категории по агрегатному состоянию (жидкие – ЖРО и твердые – ТРО) и по уровню активности (низкоактивные – НАО, среднеактивные – САО и высокоактивные – ВАО).

Категория и физико-химические характеристики отходов определяют выбор технологий и установок для их переработки. Перечень типов промышленных установок и их количества по состоянию на 2004 и 2009 годы представлены на
рис. 1. Общее количество установок в 2009г. составило 73. При этом значительно увеличилось число установок прессования твердых отходов и глубокого упаривания жидких РАО, а сократилось число установок битумирования, цементирования и ионного обмена.

Информация о владельцах установок и количествах РАО, переработанных в 2008 г., приведена в таблице 1. Следует заметить, что в представленных данных имеется небольшая погрешность, связанная с тем, что часть установок находятся в стадии монтажа, пуско-наладки или консервации.

Таблица 1. Промышленные установки по переработке РАО: владельцы установок и количества переработанных РАО в 2008г.

Количество установок

Переработано РАО в 2008г., тыс.т.

МосНПО Радон,
СевРАО,
ДальРАО

Комплексы по переработке РАО

В настоящее время ни одно предприятие ЯТЦ России не оснащено комплектом установок, обеспечивающим кондиционирование образующихся РАО всех категорий. Однако представляется важным рассмотреть наиболее типичные технологии и установки для переработки РАО, реализованные, в частности, на АЭС РФ (Таблица 2).

На Балаковской АЭС действуют установки глубокого упаривания кубового остатка ЖРО (типа УГУ-500) и установка битумирования. Кондиционирование ТРО осуществляется на установках сжигания и прессования.

На Калининской АЭС для переработки ЖРО действует установка битумирования. В 2006г. введен в эксплуатацию комплекс по переработке ТРО (установки сжигания и прессования).

На Кольской АЭС ЖРО перерабатываются на установке ионоселективной очистки, кондиционирование ТРО производится на установках прессования и сжигания.

На Курской АЭС ЖРО перерабатываются на установке концентрирования типа УГУ. Кондиционирование ТРО производится на установках сжигания и прессования, теплоизоляция и алюминиевые металлоотходы обрабатываются на установках плавления.

Читайте также:  Установка реек под гипсокартон

На Ленинградской АЭС с 2010г. планируется ввод в эксплуатацию установок цементирования и ионселективной очистки ЖРО, а также установок сортировки, прессования и сжигания ТРО.

На Нововоронежской АЭС ЖРО перерабатываются на установках концентрирования типа УГУ и прессах типа «Брикет».

Особо следует отметить комплекс по переработке РАО МосНПО «Радон». Для термической обработки твердых РАО используются двухкамерная керамическая печь типа «Факел» и плазмо-химическая печь «Плутон», жидких РАО – установка упаривания на основе роторного пленочного испарителя и установка остекловывания на базе индукционного плавителя типа «холодный тигель». Прессование ТРО происходит с помощью брикетировочного пресса, пресса для компактирования РАО в 100-литровых бочках, а также пресса с усилием 1500 т. Кроме того, на предприятии действуют установки цементирования различных видов РАО, иммобилизации ИИИ в твердую конденсированную матрицу, дезактивации жидких РАО с использованием мембранно-сорбционных технологий, переработки иловых отходов, приготовления кондиционированных форм РАО, бокс сортировки и фрагментирования отходов.

В целом, ситуация с переработкой ЖРО складывается вполне благополучно, и острой необходимости в создании стационарных установок переработки ЖРО не существует, так как загрузка этих установок в 2008г. составляла 80%. Однако высокая степень заполнения хранилищ ТРО и рост затрат на их переработку и хранение выдвигает на первый план задачу по минимизации РАО на стадиях их образования и кондиционирования. Кроме того, на предприятиях ряда регионов, где имеются сравнительно небольшие объемы ЖРО, целесообразно применять мобильные установки. Ситуация с переработкой ТРО будет рассмотрена ниже.

Таблица 2. Оснащение АЭС установками кондиционирования РАО

Атомные станции

Битуми-рования

Плавления метало-отходов и тепло-изоляция

Прессования

Цементи-рования

Глубокого упаривания УГУ-500-1

Ионоселек-тивной очистки

Сортировки и фрагментации

Х — действующие установки
2010–2012 – строящиеся и проектируемые установки

Мобильные установки переработки ЖРО

На предприятии МосНПО «Радон» создана передвижная модульная установка очистки ЖРО «ЭКО-3», основу технологии которой составляет комбинация сорбции и электродиализа. Производительность установки 0,5 м 3 /ч при потребляемой мощности 48 кВт. На этой установке переработано более 400 м 3 ЖРО ФГУП МП «Звездочка» с солесодержанием 3,5 г/л и объемной активностью 4×10 4 Бк/л. При этом коэффициент очистки ЖРО составил 10 4 при количестве вторичных отходов 2,3 м 3 . Усовершенствованная модификация «ЭКО-3М», содержит 3 модуля – ультрафильтрационный, обратноосмотический и электродиализный. Эта модернизация позволила успешно провести переработку 3000 м 3 ЖРО с теми же показателями по очистке, что и на установке «ЭКО-3».

В Институте физической химии Дальневосточного отделения РАН создана передвижная установка сорбционной очистки ЖРО типа «Барьер». Установка может переработать 250 м 3 /год ЖРО с коэффициентом очистки 5×10 3 , однако в процессе фильтрации очистка снижается из-за отравления сорбентов примесями различного происхождения, прежде всего нефтепродуктами и илами. Поэтому целесообразно было бы совмещать сорбционные процессы с микро- и ультрафильтрационными.

Наиболее испытанной на сегодняшний день передвижной установкой для очистки ЖРО следует, вероятно, считать установку типа «ММСУ» производства ФГУП НИТИ им. А.П. Александрова производительностью 0,5 м 3 /ч. Установка содержит четыре основных модуля: микрофильтрации, ультрафильтрации, обратноосмотического и ионообменного. Разные варианты подключения модулей позволяют очищать ЖРО различного состава, включая и токсичные вещества, до санитарных норм, а концентраты доводить до норм, позволяющих направлять их на цементирование. За время эксплуатации установок «ММСУ» было переработано свыше 15 000 м 3 НАО и свыше 500 м 3 САО.

Установки подземной закачки ЖРО

Единственным действующим способом обращения с ЖРО в РФ, обеспечивающим окончательную изоляцию радиоактивных отходов, является их подземная закачка. Этим способом осуществляется захоронение жидких РАО на полигонах Сибирского химического комбината (СХК), Красноярского горно-химического комбината (ГХК) и Научно-исследовательского института атомных реакторов (г. Димитровград).

На СХК производится закачка низко- и среднеактивных жидких РАО в подземные горизонты на глубине от 270 до 390 м производительностью более 1 млн. м 3 /год. Расчеты показывают, что возможное смещение отходов в результате естественного движения подземных вод оценивается в 5 км на 1 тыс. лет, что находится в пределах территории комбината.

На ГХК захоронение САО и НАО осуществляется с производительностью более 100 тыс. м 3 /год на полигоне «Северный», где используются пласты-коллекторы в интервале глубин 370-465 м и 180-280 м. Оценки показывают, что в течение 1 тыс. лет отходы будут локализованы в пределах границ санитарно-защитной зоны.

На Опытно-промышленном полигоне захоронения жидких РАО ОАО НИИАР удаление отходов производится в пласты-коллекторы на глубинах 1100-1500 м с производительностью более 150 000 м 3 /год. Прогнозируется, что вследствие процессов радиоактивного распада активность ЖРО через 300 лет снизится практически до следовых значений.

Переработка жидких ВАО

Накопленные и эксплуатационные ВАО комбината «Маяк» переводятся в твердую матрицу остекловывания. В 1987 году была пущена в эксплуатацию первая печь ЭП-500Р/1 производительностью 500 л/ч. В основу технологии отверждения ВАО положена термическая обработка при температуре около 1000 о С с получением алюмо-фосфатного стеклоподобного материала. В настоящее время работает четвертая печь остекловывания (ЭП-500Р/4), а первые три печи выведены из эксплуатации после выработки рабочего ресурса.

Читайте также:  Установка датчика включения вентилятора уаз

Полученная стекломасса разливается в стальные бидоны, которые затем затариваются в пеналы с последующей установкой их в хранилище, оборудованное системами охлаждения и газоочистки. В будущем, когда в нашей стране будут созданы могильники для подземного захоронения отвержденных ВАО, стеклоблоки из временного хранилища предполагается перевести в эти могильники.

С целью оптимизации технологии переработки жидких ВАО Радиевым институтом совместно с ПО «Маяк» был разработан и внедрен в 1996г. экстракционный метод фракционирования ВАО, предшествующего остекловыванию. Он предусматривает выделение радионуклидов из общей массы ВАО и концентрирование их в малые объемы для последующего остекловывания, что позволяет вдвое повысить удельную активность стеклоблоков и, соответственно, сократить вдвое объемы стекла для последующего хранения.

Анализируя опыт эксплуатации печей остекловывания ЭП-500, необходимо отметить их высокую производительность и ресурс работы, позволившие к настоящему времени переработать 23 тыс. м 3 ВАО с суммарной активностью 495 млн. Ки. Однако при этом нельзя не отметить и существенный недостаток печей ЭП-500, которые ввиду громоздкости конструкции и невозможности разборки после выработки ресурса из-за высокой остаточной радиоактивности приходится консервировать и захоранивать на месте.

В настоящее время в Радиевом институте создана опытная малогабаритная установка ЭП-5, предусматривающая получение боросиликатного стекла. Эта установка рассматривается как прототип будущей промышленной установки, лишенной недостатков установок ЭП-500. Это достигается, в первую очередь, использованием в конструкции плавителя электродов из жаропрочной стали ХН70Ю (аналог зарубежного сплава инконель), а не из молибдена (как в печи ЭП-500), что позволяет реализовать полное опорожнение ванны расплава путем придонного слива.

Установки переработки ТРО

С технической и экономической точек зрения до момента создания пунктов захоронения РАО целесообразно создавать установки по переработке ТРО, обеспечивающие максимальное сокращение объемов РАО. Такими установками являются установки сжигания, прессования и переплавки металлов.

Типичная установка сжигания типа «Плутон» функционирует в МосНПО «Радон». Установка имеет производительность до 60 кг/ч и предназначена для переработки ТРО и ЖРО – как совместно, так и раздельно. Технологическая схема установки включает узлы газоочистки, а также узлы остекловывания и цементирования зольных остатков.

На Калининской АЭС ТРО загружаются в бункер и подаются в узел сортировки, где производится разделение ТРО по видам переработки. Отобранные для прессования ТРО компактируются в металлические блоки-контейнеры с помощью гидравлического пресса с усилием 950 кН. Коэффициент уменьшения объема 5-6.

В качестве примера установки плавления металлоотходов можно привести установку предприятия «Экомет-С», созданную на основе индукционной печи ИСТ-2500. Технология переработки включает дезактивацию отходов и собственно плавление. Производительность 5000 т/год, коэффициент сокращения объема 0,08.

Заключение

Анализ имеющейся в Радиевом институте базы данных по установка переработки РАО на предприятиях РФ позволяет сформулировать некоторые предварительные выводы. В настоящее время ни одно предприятие не обладает полным комплектом установок для кондиционирования РАО всех категорий. В то же время, если рассматривать ситуацию с переработкой ЖРО в целом по России, то можно констатировать, что она складывается достаточно благополучно. Очевидно, что острой необходимости в создании новых стационарных установок переработки ЖРО нет, тем более, что загрузка имеющихся составляет около 80%. Что касается мобильных (передвижных) установок, то для ряда объектов (в частности, в Архангельской области, в Дальневосточном Федеральном округе и на Северном флоте) такие установки востребованы.

Жидкие ВАО комбината ПО «Маяк» (накопленные и эксплуатационные) успешно кондиционируются путем остекловывания, однако применяемые технологии и конструкция печи типа ЭП-500 не может считаться оптимальной, поэтому в ближайшем будущем стоит задача создания малогабаритной установки и перехода от алюмофосфатного к боросиликатному стеклу.

Ситуация с установками по переработке ТРО такова: существующие установки сжигания и прессования загружены всего на 10% проектной производительности, и решение о создании новых установок следует принимать с учетом этого положения. Иная ситуация наблюдается с переплавкой металла. По предварительным оценкам в хранилищах РАО размещено более 200 тыс.т металлических отходов, переработка которых требует новых мощностей по переплавке, в частности в Центральном федеральном округе.

Актуальными задачами сегодняшнего дня в переработке РАО являются:

    разработка и внедрение технологий, обеспечивающих сокращение объемов эксплуатационных РАО на предприятиях ЯТЦ;

повышение эффективности и экономичности технологий и установок по переработке РАО;

  • разработка и внедрение матриц для иммобилизации ВАО, обеспечивающих их прочную фиксацию в пунктах захоронения РАО.
  • Радиевый институт, обладающий современной радиохимической базой на двух площадках (в Гатчине и в Сосновом Бору) может рассматриваться как полигон для создания опытно-демонстрационного центра для разработки и испытаний инновационных технологий обращения с РАО.

    источник