- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -
Представьте, что у вас есть комбинат по производству оружейного плутония для ядерного оружия. Вы пытаетесь скорее создать это оружие и нарастить его объемы в условиях конкуренции сверхдержав, холодной войны и угрозы атомной бомбардировки. Только вот помимо плутония такой комбинат еще производит сотни тысяч кубометров жидких радиоактивных отходов в год. Куда их девать?
В СССР и США в начале атомной гонки их просто сливали в открытые водоемы. Это привело к загрязнению рек и образованию целых радиоактивных озер. Когда в СССР стали наращивать мощности и строить новые атомные комбинаты, пришлось искать иные подходы к утилизации отходов. И их нашли. Эта статья об истории подземного глубинного захоронения жидких отходов, которая до сих пор используется в России.
Макет пункта захоронения ЖРО на одном из трех подобных российских объектов.
Для создания атомного оружия в СССР построили несколько крупных комбинатов и закрытых городов на Урале и в Сибири. Вместе с производством ядерных материалов они становились источником большого количества радиоактивных отходов, в первую очередь жидких. Большого опыта обращения с ними не было, да и не это было в первые годы главным приоритетом. В результате на территории России за 75 лет накоплено более 500 млн. м3 РАО, основным источником которых стали именно комбинаты по производству оружейного плутония.
Более 90% объема этих отходов сосредоточены в открытых водоемах на территории первенца атомной промышленности — комбинате «Маяк» (г. Озерск, Челябинская область), в Теченском каскаде водоемов и ряде озер, например, в озере Карачай и Старое болото. Создание и эксплуатация подобных водоемов обернулось большим количество экологических проблем. О том, как их решают я писал ранее в этой статье [1].
Вид на ПО «Маяк», ориентировочно 1990 год. Слева внизу – оз. Карачай. Самый радиоактивно-загрязненный водоем страны. Накопленная активность в разы превышает выбросы Чернобыльской АЭС. К настоящему времени водоем засыпан. Подробнее. [1]
Два других комбината по наработке плутония чуть позже построили в Сибири. Это Сибирский химический комбинат в Северске и Горно-химический комбинат в Железногорске. Технологи учли опыт ПО «Маяк», поэтому объемы открытых хранилищ для жидких радиоактивных отходов (ЖРО) на них были гораздо меньше. Вместо них значительная часть ЖРО отправляли в подземные хранилища. Подобный метод захоронения отходов использовался и в крупнейшем советском и российском НИИ атомных реакторов в Димитровграде. Эти три объекта подземного захоронения ЖРО эксплуатируются до сих пор.
Сибирский химический комбинат (АО «СХК», а ранее Комбинат № 816) в городе Северске в 15 км западнее Томска – одно из крупнейших в мире предприятий по производству плутония, обогащенного урана и трансурановых элементов. Тут работали 5 промышленных реакторов, первая в СССР двухцелевая Сибирская АЭС и завод разделения изотопов. СХК начал работу в 1953 году. К настоящему моменту промышленные реакторы уже остановлены.
В начале работы СХК обращение со среднеактивными жидкими отходами было немногим лучше, чем на ПО «Маяк» — их сливали в специально построенные открытые хранилища. Однако печальный опыт ПО «Маяк» с его авариями и выбросами из поверхностных хранилищ (загрязнение реки Течи, взрыв емкости с ЖРО в 1957-м, ветровой разнос с пересохших берегов озера Карачай в 1967-м) требовал поиска иных подходов. Изменить технологию производства плутония тогда было невозможно, а способов переработки таких объемом ЖРО не было. Одним из вариантов решения была закачка ЖРО под землю.
Но не в любом месте это можно сделать, нужны особые породы и условия. В первую очередь, нужно найти пористые слои, способные вместить большой объем жидких отходов и по возможности связать их, обеспечив низкую скорость миграции радионуклидов и самоочистку растворов. Во-вторых, они должны быть надежно гидроизолированы от водных горизонтов для исключения выхода радионуклидов в подземные воды и на поверхность.
Были проведены исследования, показавшие, что под землей в непосредственной близости от СХК существуют песчаные пласты-коллекторы, изолированные слоями глинистых пород и обладающие необходимой емкостью для приема и удержания ЖРО.
Первые экспериментальные работы на пункте глубинного захоронения (ПГЗ) ЖРО «Полигон площадки 18 и 18а» провели в 1963 году. А через четыре года через скважины полигона начали закачивать нетехнологические низкоактивные отходы. В 1975 году ввели в эксплуатацию комплекс подготовки к захоронению технологических отходов, которые до этого сливали в открытые бассейны-хранилища Б-1 и Б-2. С 1982 года сброс отходов в открытые бассейны прекратили. А к настоящему моменту эти водоемы уже ликвидированы. [1] Таким образом, глубинное захоронение жидких РАО путем их нагнетания в скважины было впервые в отечественной практике реализовано именно на СХК.
Современный вид на один из поверхностных водоемов СХК. Вернее на то что от него осталось после засыпки и частичной переработки ЖРО. [1]
Но далеко не все жидкие отходы закачиваются в пункты захоронения. Большая часть низкоактивных отходов все же очищается до необходимых санитарных норм. Отходы с высоким содержанием солей подготавливаются к глубинному захоронению методами коагуляции, отстаивания и механической очистки, проверяются на соответствие критериям приемлемости для захоронения. При необходимости корректируется их кислотность. Лишь после этого они направляются на захоронение.
На полигоне используются две площадки – 18 и 18а. Площадка 18 предназначена для захоронения нетехнологических низкоактивных РАО. В качестве слоев-коллекторов используются два водоносных песчаных горизонта на глубинах от 375 до 430 м и от 260 до 303 м. Между собой, а также сверху и снизу, эти горизонты отделены слоями глинистых пород.
Схема расположения полигона захоронения ЖРО и площадок 18 и 18а. Источник. [2]
Отходы закачиваются в коллектор под давление около 20 атмосфер. Но за счет статического давления подземных вод вблизи нагнетательной скважины давление не повышается более чем на 15-20% и снижается при удалении от нее. Поэтому эксплуатация коллектора не вызывает деформаций геологической среды и сейсмических явлений.
Геологический разрез территории ПГЗ ЖРО в г. Северск. Источник [3].
Эксплуатация «площадки 18а» для среднеактивных отходов с одним горизонтом на глубине 314–341 м была начата в 1963 г. На площадке 5 нагнетательных скважин в центре, 4 наблюдательные скважины в радиусе 125 м и 5 в радиусе около 400 м от центра. Сюда направляются отходы с солесодержанием до 300 г/л. Всего на двух площадках на 2017 год было 36 нагнетательных скважин, 212 контрольных скважин на территории и 66 – региональных контрольных скважин за пределами пункта захоронения.
Схема расположения нагнетательных и контрольных скважин на площадках 18а (слева) и 18 (справа). Источник [2].
Общая максимальная мощность закачки ЖРО двух площадок – до 470 тыс. м3 в год. Всего по данным на 2007 год в хранилище накоплено 46,8 млн м3 ЖРО, а их суммарная активность – 1515 млн. Ки, что на порядок выше активности в поверхностных водоемах ПО «Маяк». К настоящему времени суммарная активность радионуклидов, находящихся в пластах-коллекторах, снизилась в 3–4 раза за счет естественного распада.
В начале 1960-х в Ульяновской области вблизи г. Димитровграда был создан один из крупнейших центров для исследования реакторных технологий – ныне Государственный научный центр «Научно-исследовательский институт атомных реакторов» (АО «ГНЦ РФ НИИАР»). На его территории работает семь исследовательских реакторов, проводятся исследования элементов активных зон ядерных реакторов и ядерного топлива, в том числе его радиохимическая переработка.
Для захоронения низко и среднеактивных отходов центра в 1966 году запустили «Опытно-промышленный полигон» непосредственно на территории промзоны вблизи комплекса по обращению с радиоактивными отходами, в котором осуществляется подготовка отходов к захоронению.
Для размещения отходов используется два горизонта. Один залегает на глубине 1450 м, имеет мощность до 80 м, сложен песчаниками с прослоями глинистых сланцев. Второй залегает на глубине 1100 м, имеет мощность около 300 м и сложен известняками и доломитами. В естественных условиях эти горизонты содержат хлоридные кальциево-натриевые рассолы с минерализацией до 280 г/л и скоростью движения подземных вод до 1 м в год. От верхних водоносных горизонтов пласты-коллекторы отделены двумя водонепронецаемыми слоями пород.
Схема обращения с РАО на ГНЦ НИИАР. Слева внизу указан ПГЗ ЖРО. Фото автора из музея ГНЦ НИИАР.
Закачивают отхода через четыре нагнетательные скважины. Наблюдение за распространением отходов в подземном хранилище ведется через 35 наблюдательных скважин, которые размещены в трех поясах санитарно-защитной зоны, удаленных от центра полигона соответственно на 0,6; 3,0 и 12–13 км.
Макет разреза пластов захоронения ЖРО на «Опытно-промышленном полигоне». Фото автора из музея ГНЦ НИИАР.
Удаляемые отходы включают растворы от дезактивации оборудования, помещений, спецодежды, сбросы контурных вод реакторов и бассейнов выдержки ядерного топлива. В подземное хранилище разрешено закачивать до 60-70 тыс. м3 ЖРО в год. Средняя удельная активность закачиваемых отходов составляет 1,9 МБк/л, радионуклидный состав включает продукты деления урана с периодом полураспада не более 30 лет.
Наблюдения и расчеты показывают, что после захоронения отходов радиус контура отходов составит 2,5–3 км от центра полигона, а вследствие радиоактивного распада примерно через 300 лет активность захороненных отходов снизится до значений, ниже граничных для отнесения их к РАО. Проектный объем подземного хранилища использован лишь на 60%.
Горно-химический комбинат (ФГУП «ГХК», ранее – Комбинат № 815, Красноярск-26) был единственным в мире подземным комплексом по производству плутония. Решение о его строительстве в Красноярском крае было принято в 1950-м, после испытания первой советской бомбы. Комбинат должен был увеличить наработку плутония в стране для расширения ядерного арсенала. Для защиты от возможных ядерных ударов основные объекты комбината разместили в скальных выработках глубоко под землей.
Электричка, на которой можно попасть на ГХК, расположенный под землей в скале
Первая очередь очистных сооружений ГХК была введена в эксплуатацию в 1958 г. В 1967 г. к очистным сооружениям комбината добавилось глубокое хранилище жидких РАО — «полигон Северный».
На полигоне для закачки используют два горизонта, первый – на глубине 355-500 метров, второй – на глубине 180-280. Объем (мощность) первого горизонта – 14 млн куб. метров, второго – 18 млн куб. метров. Подземный горизонт представляет собой линзу с геологическими отложениями в виде песчаных пластов, которые затрудняют водообмен и выход воды за пределы линз.
Радиоактивные вещества оседают на породах, в результате чего происходит самоочистка воды. Давление с подземных горизонтов снимается через разгрузочные скважины. Всего на полигоне используется около 150 нагнетательных, разгрузочных и наблюдательных скважин.
Наблюдательные скважины контролируют движение подземных вод на расстоянии до 10 км от точки загрузки. Енисей отгорожен от полигона тектоническим нарушением, в котором породы сместились и создали естественный барьер. В 2017 году были проведены исследования этого барьера, которые подтвердили его целостность.
«Полигон Северный» вблизи Горно-химического комбината. Фото: Александр Колотов [4].
В настоящее время при том режиме, в котором работает ГХК, в подземные горизонты закачивается примерно около 30 тыс. куб. метров низкоактивных ЖРО и около 5 тыс. среднеактивных. В настоящий момент использовано примерно 20% объема горизонтов.
По состоянию на 2007 г. в хранилище было закачано 6,37 млн м3 ЖРО суммарной активностью 982 млн Ки, которая к настоящему времени снизилась в 3–4 раза. Для промежуточного хранения жидких радиоактивных отходов использовались емкости на Радиохимическом заводе и четыре бассейна на поверхности. Принимать на полигон ЖРО с других предприятий кроме ГХК запрещено.
Стоит отметить, что описанные пункты глубинного захоронения ЖРО — это первые и крупнейшие пункты именно захоронения, а не временного хранения отходов, существующие в нашей стране. Вплоть до 2011 года, когда в России был принят №190-ФЗ «Об обращении с радиоактивными отходами», в стране отсутствовало требование об обязательной подготовке РАО к дальнейшему захоронению. Вопросы обращения с РАО в основном решались в рамках отдельных предприятий, что привело к созданию уникальных по своей сложности и накопленным проблемам объектов размещения РАО, типа озера Карачай или Теченского каскада водоемов.
Новое законодательство предписывает отправлять на захоронение отходы в твердой форме и соответствующей упаковке, исключающей выход отходов в окружающую среду. Глубинное захоронение жидких НАО и САО в недра допускается исключительно в ПГЗ ЖРО, сооруженных и эксплуатируемых до вступления в силу ФЗ-190 (т.е. до 15.07.2011), при обеспечении соответствующих обоснований безопасности.
Вместе с новым законом, в 2011 году была создана специальная организация – «Национальный оператор по обращению с РАО» («НО РАО»), которая должна заниматься вопросами захоронения отходов. Ей и были в первую очередь переданы три существующих пункта глубинного захоронения ЖРО. Лишь потом НО РАО начал строить несколько приповерхностные пунктов захоронения твердых среднеактивных РАО на Урале и в Сибири и пункт глубинного захоронения высокоактивных РАО под Красноярском (о нем я писал тут [5]).
Так что несмотря на то что ни нормами МАГАТЭ, ни российскими нормами для новых пунктов захоронения не предусмотрена закачка ЖРО в геологические горизонты, для действующих пунктов сделаны исключения. При участии миссий МАГАТЭ эти пункты обследуются и разрабатываются планы по обеспечению их безопасности и закрытию.
По мнению руководителя экологической организации «Беллона» Александра Никитина [4], среди заинтересованной общественности существует устойчивое мнение, что закачивать в геологические горизонты жидкие радиоактивные отходы неправильно в первую очередь из-за позиции МАГАТЭ, которое не признает такой способ захоронения ЖРО, а также из-за обеспокоенности в том, что закачанные под землю ЖРО будут мигрировать и проникать в водоносные горизонты.
Поэтому не смотря на более чем полувековой опыт безаварийной эксплуатации пунктов глубинного захоронения, от этой практики в ближайшие годы уйдут, но скорее всего не раньше, чем будут найдены приемлемые альтернативы. Над ними работают.
Например, на самих предприятиях – ФГУП «ГХК», АО «СХК», АО «ГНЦ РФ НИИАР», идет работа по модернизации производств и сокращению объемов образующихся жидких отходов. Например, на ГХК ежегодное образование ЖРО сократилось в 10 раз за 6 лет — с более 370 тыс. [6] м3 в 2012 году, до около 40 тыс.м3 [7] в 2018. Кроме того, на ГХК в рамках строящегося завода по переработке отработанного топлива РТ-2 внедряется технология, полностью исключающая образование ЖРО. Кроме того, на многих атомных объектах внедряются технологии и инфраструктура для переработки и отверждения жидких РАО.
В настоящее время в рамках ФЦП ЯРБ-2 идет разработка плана закрытия ПГЗ ЖРО [8]. По словам представителя НО РАО [9], Россия в мае 2018 года декларировала в МАГАТЭ свое желание и готовность закончить практику закачки ЖРО. С 2025 года эти планы должны начать реализовывать.
Таким образом, мирная атомная энергетика в будущем не будет иметь отношения к практике глубинного захоронения ЖРО, доставшейся нам в наследство от военных программ.
Использованные источники:
1. Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Том 1. Под общей редакцией Е.В. Евстратова, А.М. Агапова, Н.П. Лаверова, Л.А. Большова, И.И. Линге. — 2012 г. [10]
2. Особые радиоактивные отходы. Под общей редакцией И.И. Линге. – 2015г. [11]
3. Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию действующего ПГЗ ЖРО (полигон «Площадки 18, 18А») филиала «Северский» ФГУП «НО РАО» (г. Северск, Томской обл.), включая материалы ОВОС. Том 1. 2018. [2]
4. Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию действующего ПГЗ ЖРО «Опытно-промышленный полигон» филиала «Димитровградский» ФГУП «НО РАО» (г. Димитровград, Ульяновская область), включая материалы ОВОС. Том 1, 2018г. [12]
5. Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию действующего ПГЗ ЖРО — полигона «Северный» филиала «Железногорский» ФГУП «НО РАО» (г. Железногорск, Красноярский край), включая материалы ОВОС. Том 1, 2018 г. [13]
6. Отчет по экологической безопасности НО РАО за 2018 г. [14]
7. Развитие ЕГС РАО в рамках работ по Федеральной целевой программе обеспечения ядерной и радиационной безопасности. А. А. Абрамов и др. Радиоактивные отходы № 1 (6), 2019 [8]
8. Железногорск: как происходит закачка ЖРО в геологические горизонты. А.Никитин, Bellona.ru, 2019. [4]
9. Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин П.П. и др. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов. М.: ИздАт, 1994. 256 с. [15]
10. Глубинная закачка жидких радиоактивных отходов. Презентация НО РАО. Баринов А.С., Ткаченко А.В., Спешилов С.Л. [16]
Автор: Дмитрий Горчаков
Источник [17]
Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru
Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/himiya/358591
Ссылки в тексте:
[1] писал ранее в этой статье: https://habr.com/ru/post/474336/
[2] Источник.: http://www.norao.ru/upload/%D0%9C%D0%9E%D0%9B%20%D0%A1%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%80%D1%81%D0%BA_%D0%9F%D0%93%D0%97%20%D0%96%D0%A0%D0%9E_%D1%82%D0%BE%D0%BC_1_%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B3_20180718.pdf
[3] Источник: http://babr24.com/n2f/2020/8/speshilov.pdf
[4] Александр Колотов: https://bellona.ru/2019/10/24/zheleznogorsk-zakachka-zhro-v-geologicheskie-gorizonty/
[5] я писал тут: https://habr.com/ru/post/476244/
[6] 370 тыс.: https://rosatom.ru/upload/iblock/8aa/8aa6fd346a5016b84846e27a04a55770.pdf
[7] 40 тыс.м3: https://www.sibghk.ru/images/pdf/eco/ghk_ecorep_2018.pdf
[8] идет разработка плана закрытия ПГЗ ЖРО: http://en.ibrae.ac.ru/docs/Radwaste_Journal_1(6)19/008-024_Development%20of%20USS%20RW%20in%20the%20Framework%20of%20Federal%20Targeted%20Program%20of%20Nuclear.pdf
[9] представителя НО РАО: https://www.riatomsk.ru/article/20180827/zakachka-radioaktivnih-othodov-pod-zemlyu-na-shk-prekratitsya-posle-2025g/
[10] Проблемы ядерного наследия и пути их решения. Том 1. Под общей редакцией Е.В. Евстратова, А.М. Агапова, Н.П. Лаверова, Л.А. Большова, И.И. Линге. — 2012 г. : http://%D1%84%D1%86%D0%BF-%D1%8F%D1%80%D0%B12030.%D1%80%D1%84/upload/iblock/c18/c18d31492930d07441257f5d490dd90d.pdf
[11] Особые радиоактивные отходы. Под общей редакцией И.И. Линге. – 2015г.: http://%D1%84%D1%86%D0%BF-%D1%8F%D1%80%D0%B12030.%D1%80%D1%84/upload/iblock/cc5/cc536086a1af77aab435d88b1581f79a.PDF
[12] Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию действующего ПГЗ ЖРО «Опытно-промышленный полигон» филиала «Димитровградский» ФГУП «НО РАО» (г. Димитровград, Ульяновская область), включая материалы ОВОС. Том 1, 2018г.: http://www.norao.ru/upload/%D0%9C%D0%9E%D0%9B%20%D0%94%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%B4%20%D0%A2%D0%BE%D0%BC%201%20%D0%98%D0%A2%D0%9E%D0%93%20(20180719).pdf
[13] Материалы обоснования лицензии на эксплуатацию действующего ПГЗ ЖРО — полигона «Северный» филиала «Железногорский» ФГУП «НО РАО» (г. Железногорск, Красноярский край), включая материалы ОВОС. Том 1, 2018 г.: http://www.norao.ru/upload/%D0%9C%D0%9E%D0%9B%20%D0%96%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B7%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%BA_%D0%9F%D0%93%D0%97%20%D0%96%D0%A0%D0%9E_%D1%82%D0%BE%D0%BC%201_%D0%B8%D1%82%D0%BE%D0%B3_201807189.pdf
[14] Отчет по экологической безопасности НО РАО за 2018 г. : https://www.rosatom.ru/upload/iblock/9bb/9bbc2085bda8d70f53d928f270071a1f.pdf
[15] Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин П.П. и др. Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов. М.: ИздАт, 1994. 256 с.: https://www.geokniga.org/books/7578
[16] Глубинная закачка жидких радиоактивных отходов. Презентация НО РАО. Баринов А.С., Ткаченко А.В., Спешилов С.Л.: http://chrome-extension://klbibkeccnjlkjkiokjodocebajanakg/suspended.html#ttl=%D0%9F%D0%A0%D0%95%D0%97%D0%95%D0%9D%D0%A2%D0%90%D0%A6%D0%98%D0%AF&pos=0&uri=http://babr24.com/n2f/2020/8/speshilov.pdf
[17] Источник: https://habr.com/ru/post/526676/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=526676
Нажмите здесь для печати.