Сооружение, эксплуатация и опечатывание хранилища (могильника)

Сооружение хранилища должно основываться на руководствах и рекомендациях, полученных на предшествующих этапах. В случае шахтных хранилищ следует специально анализировать методы проходки стволов и систему выработок, чтобы свести к минимуму отрицательные последствия наличия в данном районе хранилища; необходимо получить согласие компетентных органов горно-добывающей промышленности.

По мере проведения горных работ имеется возможность более детально оценить аспекты геологических исследований площадки; по мере доступа к геологической среде следует продолжать геологические и геофизические оценки, которые могут дать уточненные данные. Организация-исполнитель должна проводить контроль качества и создать базу данных по контролю качества, кроме того, давать разрешение на проведение соответствующими органами инспекции конструкций и базы данных.

По окончании первой фазы строительства (т.е. после завершения бурения ствола шахты, монтажа вспомогательных установок, первых выработок, пригодных для захоронения отходов) может потребоваться период испытаний объектов и период ввода в эксплуатацию для подтверждения всех расчетных оценок и прогнозов, на которых основывался анализ безопасности. Исходя из этого, компетентные органы должны оценить пригодность установки к принятию отходов. В том случае, если объект признан пригодным к приему отходов, регулирующий орган выдает лицензию на эксплуатацию, в которой указываются необходимые условия эксплуатации. Лицензия на эксплуатацию может выдаваться на определенные промежутки времени.

Эксплуатация хранилища должна проводиться на основе руководств и правил, изданных соответствующими регулирующими органами. По результатам проведения инспекции площадки и режима эксплуатации регулирующие органы должны убедиться в том, что эксплуатация осуществляется в соответствии с лицензией на эксплуатацию и руководствами по ней. Эксплуатирующая организация должна вести документацию о ходе эксплуатации и немедленно составлять отчет в том случае, если произошло непредвиденное событие.

Когда хранилище полностью заполнено отходами или нет других отходов для захоронения на этой площадке, необходимо закрыть хранилище и опечатать все входы в него. Перед опечатыванием должно быть проведено наблюдение за хранилищем в течение некоторого времени. Опечатывание должно соответствовать требованиям и критериям, установленным регулирующим органом. Печати должны оставаться целыми в течение требуемого периода изоляции отходов в хранилище для того, чтобыгарантировать, что проникновение человека не приведет к созданию путей миграции радиоизотопов в окружающую среду. После опечатывания хранилища вспомогательные установки могут быть выведены из эксплуатации.

Возможны ограничения по использованию поверхностного слоя земли над хранилищем и вблизи него на определенный период времени после закрытия и опечатывания хранилища.

Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов

Глубинное захоронение жидких радиоактивных отходов как способ их окончательной локализации основан на закачке ЖРО в сейсмостабильные водоносные горизонты, находящиеся на глубине 180—1500 м, не имеющие и не имевшие в прошлом в течение геологического отрезка времени продолжительностью порядка миллиона лет сообщения с поверхностными слоями земли.

Согласно санитарным правилам и нормативам захоронение радиоактивных отходов в жидком виде запрещается. Однако по согласованию с центральными государственными органами санэпиднадзора допускаетсязакачивание ЖРО, содержащих радионуклидыприродного происхождения, в подземные горизонты при условии сохранения в последних удельной активности радионуклидов и их состава.

Жидкие радиоактивные отходы закачиваются в скважины водоносного глубинного пористого горизонта земной коры, перекрытого сверху и снизу водоупорами. Нагнетаемые в водоносный пласт ЖРО вытесняют воду из пор пласта, замещают эту воду и распространяются по радиусу от скважины. Пласт с закачанными в него ЖРО образует глубинное подземное хранилище.

Перемещение захороненных ЖРО возможно только совместно с пластовыми водами, скорость движения которых зависит от геолого-гидрогеологических условий и может быть практически нулевой (или составлять несколько метров в год). Благодаря процессам сорбции на минералах пласта происходит концентрирование и закрепление практически всех компонентов ЖРО. Такой вид захоронения экономически выгоден и пригоден для ЖРО низкого и среднего уровней активности с любым составом осколочных радионуклидов.

Пласт-коллектор, в котором создаются подземные хранилища, должен соот­ветствовать следующим основным требованиям:

• залегать в застойной зоне или зоне замедленного водообмена;

• иметь значительную площадь, мощность, пористость, проницаемость, обеспечивающие поглощение отходов расчетного объема;

• перекрываться (и подстилаться) регионально выдержанными водоупорными породами, исключающими гидравлическую связь между пластом-коллектором и другими горизонтами;

• не использоваться в качестве источника водоснабжения и не содержать полезных ископаемых, на разработку которых может оказать влияние создаваемое подземное хранилище;

• находиться за пределами районов активной тектонической деятельности.

Решение о возможности подземного захоронения радиоактивных жидких отходов принимается с учетом результатов физико-химических исследований, с помощью которых определяется поведение отходов и содержащихся в них радионуклидов в геологических и гидрогеологических условиях района и прогнозируются скорость и возможные пути их распространения в недрах. До нагнетания в скважины ЖРО, как правило, проходят стадию подготовки, обеспечивающую длительную устойчивую работу скважин.

Возможность создания подземного хранилища в глубоких водоносных гори­зонтах в каждом случае подтверждают расчетом его надежности и радиационной безопасности. С этой целью оценивают возможные пути миграции радионуклидов, распространение их по пласту-коллектору, диффузию через перекрывающие водоупорные породы, а также разбавление отходов в пласте-коллекторе и сорбцию радионуклидов на породах.

Конструкция и технологические схемы подземных и поверхностных сооружений хранилищ обосновываются и проектируются только по данным детальных геолого-разведочных работ, физико-химических и геологических исследований. Для нагнетания проектируются закрытые системы с использованием герметичной запорно-регулирующей арматуры. Подобное исполнение систем обеспечивает безопасность эксплуатации сооружений подземного хранилища.

Технологическая схема подземного захоронения позволяет осуществить автоматизацию и контроль основных процессов и параметров с помощью гидрогеологических, промыслово-геофизических и физико-химических методов. Скважины, выполнившие свое назначение, ликвидируют, используя в основном тампонажные цементы, обеспечивающие разобщение и изоляцию всех вскрытых водоносных горизонтов.

Для способа подземного захоронения ЖРО характерны следующие положи­тельные факторы:

• полезный объем глубоких водоносных горизонтов (пластов-коллекторов), куда удаляют ЖРО, составляет несколько миллионов кубических метров, поэтому радиоактивные отходы локализуются в геологических слоях на относительно небольшой площади в течение расчетного срока работы хранилища (20—30 лет);

• медленное движение отходов по пласту-коллектору позволяет организовать систему контроля за распространением отходов;

• породы пласта-коллектора обладают определенной сорбционной емкостью по отношению практически ко всем радионуклидам, из-за чего распространение их по пласту ограничивается;

• фронт движения токсичных и долгоживущих нуклидов заметно отстает от фронта движения жидкой фазы отходов;

• резко сокращается или исключается полностью загрязнение открытых водоемов и поверхности земли, а также водоносных горизонтов, используемых для производственных целей;

• при благоприятных геолого-гидрогеологических условиях отсутствует зависимость от климатических особенностей района.

Исследования и расчеты показали, что этот способ захоронения является рентабельнымуже при объемах перерабатываемых отходов 50— 100 м³/сут. и глубине захоронения 1000—1500 м по сравнению с такими методами очистки, как выпаривание ЖРО, ионный обмен, электродиализ и химические комбинированные методы очистки. Однако необходимо учитывать, что при захоронении ЖРО существует предел их удельной активности, т.е. суммарной активности в условиях пласта, связанной с максимально допустимой температурой среды, которая не должна превышать температуру кипения жидкости в пласте.

Суммарная засоленность отходов допустима до концентраций, близких к насыщенным растворам при температурных условиях пласта-коллектора. Существуют определенные пределы содержания и дисперсности взвешенных веществ, лимитируемые общей шламоемкостью призабойной зоны нагнетательных скважин и планируемым сроком их службы.

Реально из всех стран мирового сообщества, развивающих ядерную энергетику, метод глубинного захоронения ЖРО закачкой в скважины применяется только в России. Накоплен значительный опыт такого рода захоронения, однако существует ряд проблем, требующих дополнительных исследований. Так, не получила однозначного решения задача надежного определения возможной взаимосвязи горизонтов закачки ЖРО по вертикали; требуется организация периодических геоморфологических, гидрогеологических и инженерно-геологических исследований площадок захоронения, так как в районах полигонов захоронения фиксируются кратковременные повышения уровня микросейсмического фона; скорость миграции ЖРО в глубинных слоях конкретных полигонов требует уточнения, учитывая, например, такое обстоятельство, что на полигоне «Северный» скорость движения фильтрата по одному из горизонтов достигла 250 м/год, а по второму горизонту — 350 м/год, что превышает расчетные значения.

В целом считается, что глубинное захоронение ЖРО в подземные горизонты является достаточно надежным и безопасным. В качестве примера авторы приводят факт обнаружения в глубинных пластах Московской области морской воды с высокой концентрацией солей, хотя моря в этом регионе нет уже миллионы лет. Кроме того, разведкой нефти, например, было установлено, что врайоне Поволжья находится мощный водоносный горизонт, надежноизолированный водонепроницаемыми глинистыми породами как сверху, так иснизу на протяжении тысяч километров.

Исследованию вопросов безопасности глубинной закачки ЖРО в скважины был посвящен ряд проектов, выполненных российскими и зарубежными специалистами. Так, фирмы АЕА Technology(Великобритания) иGAG(Германия) совместно с НИИАР и ВНИПИпромтехнологии провели оценку безопасности полигона в г. Димитровграде. Этот проект назывался «Исследование и моделирование миграции радионуклидов и возможных радиологических последствий глубинного захоронения жидких РАО». Исследования безопасности захоронения Сибирского химического комбината и полигона «Северный» выполнялись при участии двух немецких (С&ЕConsultingandEngineeringиStotlerIngenieurtechnikGmbH) и одной бельгийской (SCK/CEN) фирм. Кроме того, исследованию захоронения ЖРО Сибирского химического комбината посвящена работа «Оценка воздействия захоронения жидких РАО Горно-химического комбината». Исследование выполнялось Международным институтом прикладного и системного анализа (JASSA) совместно с отраслевыми (ВНИПИпромтехнологии и Горно-химическим комбинатом) и академическими институтами Академии наук РФ.

При участии ученых CILLA (Sandia National Laboratories) осуществлялись проекты «Разработка геофильтрационной и геомиграционной моделей захоронения жидких РАО в районе глубокого хранилища Сибирского химического комбината» и «Разработка компьютерной модели геологического строения и гидрогеологических условий глубоких хранилищ жидких РАО СХК» (исполнителями последнего являлись американская фирмаPNL и российские «Гидро-спецгеология», ВНИПИпромтехнологии и Сибирский химический комбинат). Выполненные в составе международных проектов оценки подтвердили доста­точный уровень безопасности захоронения жидких РАО на всех трех полигонах. Специалисты убедились в правильности теоретического обоснования метода, надежности прогнозов безопасности, выдвинутых российскими специалистами при проектировании полигонов, экологической безопасности продолжения эксплуатации и последующей консервации полигонов. Они также сделали вывод о возможности, в случае необходимости, организации новых полигонов по закачке ЖРО в глубинные изолированные геологические пласты. По апелляциям экологических организаций, требовавших вывода из эксплуатации существующих полигонов глубинной закачки ЖРО, состоялся ряд судебных заседаний. В 2003 г. Верховный суд РФ признал законными решения Госатомнадзора РФ о глубинном захоронении ЖРО. Однако, по-видимому, полигоны глубинной закачки ЖРО в недалеком будущем будут выведены из эксплуатации (принципиальные решения об этом уже существуют).

Рисунок 3 - Структура инженерных барьеров ПЗЮ (разрез хранилища на стадии его изоляции) [16]

Рисунок 1 - Графическая иллюстрация методологического подхода к оценке безопасности ПЗРО [4]