Article

13.7. Дезактивация жидких радиоактивных отходов и оборудование спецводоочистки

Дезактивацию, жидких радиоактивных отходов производят или на ионообменных фильтрах (физико-химический процесс), или в выпарных установках (теплохимический процесс), а для некоторых потоков — двухступенчато — сначала на выпарных установках, а затем на ионообменных фильтрах. Кроме ионного обмена и выпарки известен еще ряд других методов -очистки и дезактивации вод. Однако эти методы или дороги, или громоздки, или характерны избирательностью по отношению к отдельным примесям, в то время как ионообменные фильтры и особенно выпарные аппараты универсальны.

Назначение обработки жидких отходов двоякое — возвращение в цикл дезактивированной воды высокой чистоты и концентрирование всей содержащейся в ней радиоактивности в

остатке по возможности наименьшего объема для захоронения его в минимально необходимых емкостях. Радиоактивные воды основных технологических систем представляют собой воды высокой чистоты (типа конденсатов), поэтому экономически более целесообразно возвращать их в цикл, а не сбрасывать, не говоря уже о большей радиационной безопасности такой системы.

Источниками жидких радиоактивных отходов (ЖРО) являются:

— продувочная вода реактора и организованные протечки первого контура, вода бассейнов выдержки и перегрузки, вода опорожнения реакторных петель, характеризующиеся наибольшей чистотой, но и наибольшей радиоактивностью;

— промывочные растворы, использованные при дезактивации контуров, содержащие твердые радиоактивные окислы конструкционных материалов;

— продувочная вода парогенераторов, имеющая в сравнении с реакторной водой большее солесодержание, но меньшую радиоактивность, так как она определяется только протечками из первого контура;

— трапные и обмывочные воды после дезактивации помещений, имеющие по сравнению с реакторной водой обычно меньшую радиоактивность, но большее содержание примесей; очистка этих вод может быть периодической с накоплением сбросов в баках грязного конденсата и очищенной воды в баках чистого конденсата;

— прачечные и душевые воды — воды наименьшей радиоактивности; источником их является всегда техническая или водопроводная вода, активирующаяся незначительно, так как этот процесс протекает только в самих прачечных и душевых, поэтому сброс таких вод после очистки допустим в обычную канализацию и внешние водоемы.

Установки для обработки продувочных вод (первая и третья группы) работают непрерывно с возвратом очищенной воды в соответствующие контуры АЭС. Производительность этих установок выбирают по максимальному расходу, производительность установок для обработки остальных вод первой группы и вод второй и четвертой групп, а также периодичность их работы определяют в связи с имеющимися на станции емкостями для сбора вод, подлежащих дезактивации, и хранения очищенного конденсата.

По действующим в стране нормам, жидкие радиоактивные отходы подразделяют на высокоактивные (с активностью более 10-4 Ки/кг) и слабоактивные (менее 10-4 Ки/кг). Наиболее глубокая очистка этих вод отвечает радиоактивности 10-8 Ки/кг, принимаемой в качестве нормируемого значения для конденсата одноконтурной АЭС (для сравнения можно указать, что радиоактивность питьевой воды составляет 10-10 Ки/кг).

Дезактивация жидких радиоактивных отходов опирается на два принципа: во-первых, раздельная дезактивация вод, различающихся по радиоактивности и физико-химическим показателям, и, во-вторых, возможно более полный возврат очищенных вод в пароводяной цикл и наименьший сброс очищенных вод в канализацию.

На первых отечественных АЭС были распространены выпарные установки, питающиеся паром из основного цикла станции. При этом расход пара был прямой энергетической потерей и по возможности его надо было уменьшить в многоступенчатых выпарных установках. Но такие установки сложны, располагать их приходится в биологической защите в необслуживаемых помещениях; исходя из этого обычно применяют одноступенчатые выпарные установки (типа испарителя по рис. 8.5).

Проблема обезвреживания и хранения жидких радиоактивных отходов — одна из важнейших в развитии АЭС и обеспечении их безопасности. Выше было показано большое разнообразие жидких радиоактивных отходов по их радиоактивности, периодичности образования, объемам, подлежащим переработке, требованиям к степени очистки. В связи с этим в системе спецводоочистки создается несколько установок, каждая со своим назначением.

В ряде случаев возникает большой объем радиоактивной воды для переработки, например при необходимости слива всего водяного объема реакторного контура. Было бы неправильно для таких относительно редких случаев предусматривать мощные перерабатывающие установки. После слива всего водяного объема и проведения необходимых работ вновь нужно заполнить реакторный контур. Поэтому возникает необходимость бакового хозяйства — "грязные" баки для слива в них радиоактивной воды, подлежащей переработке, и баки для заполнения их "чистым" конденсатом.

Для АЭС с РБМК предусматриваются следующие отдельные установки:

— байпасная очистка реакторной воды (СВО-1) работает постоянно, в ее составе механический предфильтр и ионообменная установка;

— очистка воды опорожнения реакторного контура, воды бассейнов выдержки и перегрузки и организованных протечек (СВО-2), работает периодически в сочетании с баками "грязного" и "чистого" конденсатов, в ее составе механический предфильтр и ионообменная установка;

— очистка воды контурного охлаждения каналов СУЗ (СВО-3) работает постоянно, в ее составе ионообменная установка;

— очистка вод дезактивации и неорганизованных протечек (СВО-4), работает периодически, в нее входят механический

предфильтр, выпарная установка и последующая ионообменная установка с раздельными слоями и затем смешанным слоем;

— очистка протечек арматуры (СВО-5), работает постоянно, она включает в себя механический предфильтр и ионообменную установку;

— очистка вод взрыхления и регенерации ионообменных фильтров 100%-ной конденсатоочистки (СВО-6), работает периодически, в ее составе механический предфильтр и последующая ионообменная установка с раздельными слоями и затем смешанным слоем;

— очистка вод прачечных и душевых (СВО-7), работает постоянно, в ее составе простейшая выпарная установка; она часто располагается в здании дезактивации слабоактивных вод, отдельном от корпуса спецводоочистки.

Из перечисленных установок СВО-1 и СВО-3 работают в реакторном отделении, остальные — в корпусе спецводоочистки, причем на выпарные установки подается греющий пар из коллектора собственных нужд АЭС.

Системы спецводоочистки для АЭС с ВВЭР и АЭС с РБМК во многом схожи, но есть и различия, связанные, например, с наличием парогенератора на АЭС с ВВЭР и необходимостью очистки его продувочной воды (СВО-5 для АЭС с ВВЭР).

При работе перечисленных установок дезактивированные воды СВО-1 и СВО-3 возвращаются непосредственно в контур, а для остальных СВО собираются в баках чистого конденсата для последующей подачи в реакторный контур. Дезактивированная вода СВО-5 АЭС с ВВЭР возвращается в питательную воду второго контура. Наряду с этим получаются очень высокорадиоактивные кубовые остатки после выпарки и ионообменные смолы с сорбированными ими нуклидами, объемы их очень малы в сравнении с исходными жидкими радиоактивными отходами, и захоронение их требует поэтому меньше места.

В первые годы существования АЭС эти высокорадиоактивные отходы направлялись в подземные стальные емкости, причем смолы — гидротранспортом в виде пульпы. Для предотвращения проникновения радиоактивности в грунт стенки этих хранилищ, делались двойными. Однако такой метод хранения не является достаточно надежным. В современных условиях высокорадиоактивные отходы, получаемые в СВО и предварительно собираемые в баках спецводоочистки — отдельно для кубового остатка и для пульпы, подвергаются отверждению, например путем битумирования. Для этого в здании спецводоочистки имеется специальная установка битумирования, переводящая соли, оксиды и смолы в расплавленный битум при содержании до 0,5 кг на килограмм получающейся жидкой смеси. Эта смесь отверждается в специальных

блоках и хранится в необслуживаемых помещениях корпуса спецводоочистки. После 5 — 10 лет эти блоки могут быть вывезены со станции в централизованное хранилище для окончательного захоронения. Для хранения битумных блоков на АЭС могут быть созданы и отдельные подземные хранилища в железобетонном исполнении.

Существует также опыт цементирования, а иногда цементирования с остекловыванием для отверждения кубовых остатков. Так как в сравнении с битумными цементные блоки более подвержены разрушению, то цементирование производится в небольших металлических бачках, которые и подлежат захоронению после заполнения.

В спецкорпусе должны быть предусмотрены установки для приготовления дезактивирующих растворов, хранилища реагентов и оборудование для периодической дезактивации самих установок СВО. Имеется также оборудование для регенерации ионообменных смол тех СВО, которые работают на водах с малой радиоактивностью. Смолы таких установок используются повторно. К ним относятся, например, СВО для воды парогенератора. Ионобменные смолы установки СВО-1 регенерации не подлежат.