Методи зниження рівня радіоактивного забруднення навколишнього середовища і поховання радіоактивних відходів

Основними заходами щодо попередження забруднення навколишнього середовища радіоактивними ізотопами є надійні системи збору, переробки та локалізації радіоактивних відходів, які утворюються при роботі атомних електростанцій, промислових виробницт і науково-дослідних інститутів.

Вибір схеми переробки і видалення радіоактивних відходів знаходиться у прямій залежності від багатьох факторів, головними з яких є:

- характеристика відходів (питома активність, хімічний та радіохімічний склад);

- кількість відходів, які підлягають знезараженню;

- ступінь очищення, який вимагається, з урахуванням діючих санітарних правил;

- спосіб заключного зберігання концентрату.

За своїм агрегатним станом радіоактивні відходи бувають рідкі, тверді та газоподібні.

Поверхнева адсорбція. В якості адсорбентів використовують активоване вугілля, силікагель, молекулярні сита.

Витримка. Для розпаду короткоживучих радіоактивних ізотопів використовують ємності, в яких витримують розумні об”єми забрудненого повітря. Така техніка зручна при роботі з інертними газами, які розпадаються в ємностях з утворенням елементів в твердому стані.

Очистка рідких радіоактивних стоків. Метою цих методів є концентраціонування радіоактивних ізотопів в невеликому об”ємі, які можна локалізувати. А великі об”єми очищеної води знову використовувати або скидати у водойми.

Коагуляція, осаджування, фільтрація. Перевагою осаджувальних методів очищення СВ є їх універсальність, тобто здатність знезараження СВ з вмістом різних домішок та різного радіонуклідного складу. Недоліком є утворення значної кількості радіоактивного шламу переважно у вигляді осадів, які потребують додаткової обробки, з послідуючим видаленням та захороненням. Ефективність очищення таких СВ з використанням методів коагуляції, відстоювання та фільтрації відносно невелика і складає близько 90 %.

Іонний обмін. До основних переваг очищення радіактивних відходів цим методом відносять високий коефіцієнт очищення (до 10⁵) і високий ступень концентрування радіоактивних відходів. Але й є недоліки:

1) жорсткі вимоги до відходів, що перероблються (солесклад, рН, кількість завислих речовин);

2) висока вартість процесу;

3) руйнування смол під дією радіації;

4) складність переробки стічних рідин з непостійним складом;

5) смоли швидко вичерпують обмінну ємність і потребують частої регенерації;

6) використовується для очищення рідких радіоактивних відходів з невеликим вмістом солей (до 1-2 г/л), вміст завислих речовин не повинен перевищувати 1 мг/л.

Тому цей метод використовують головним чином для доочищення розчинів після хімічного осадження або випаровування.

Випаровування як метод переробки рідких радіоактивних відходів застосовується з 1949 року. Перваги:

1) можливість випаровування відходів практично любого солевого складу, любого виду і рівня радіоактивності;

2) незалежність процесу від коливання складу домішок у відходах;

3) високий ступень очищення вод;

4) можливість отримання дуже концентрованих осадів для захоронення.

Недоліки:

1) при наявності ПАР, органічних сполук в процесі випаровування може утворюватися піна, яка виносить частину радіоактивних ізотопів в дистилят;

2) накипоутворення;

3) одних з найбільш дорогих способів переробки рідких радіоактивних відходів.

Електродіаліз. Перевага в тому, що очищення проводиться без витрат реактивів і тому не викликає збільшення солевого складу концентрату.

Недоліки:

1) обмеженність строку роботи мембран;

2) складність їх заміни в існуючих апаратах;

3) осадження твердої фази в прикатодному просторі;

4) неможливість видалення радіоізотопів, які знаходяться в колоїдній формі.

Для переробки твердих радіоактивних відходів використовують 2 методи: подрібнювання та пресування для зменшення об”ємів та зпалювання для зменшення об”єми та маси відходів.

Пресування – самий простий і економічний метод, який дозволяє зменшити об”єм відходів в 2-10 раз.

Зпалювання – більш дорогий процес. Але в світовій практиці йому приділяють значну увагу, тому що при зпалюванні суттєво зменшується об”єм відходів (в 20-100 раз), що суттєво зменшує витрати на їх захоронення. При зпалюванні радіонукліди більш як на 90 % фіксуються у золі і можуть бути переведені в стійку форму шляхом цементуваня, бітумірування, оскловування.

Отвердіння. Найбільш простим і дешевим методом отвердіння є цементування, який не потребує спеціального нагріву і складної апаратури. Однак, цей метод обмежений обробкою відходів низької питомої активності, а також супроводжується ростом об”ємів відходів (в 1.2-1.3 рази), що підлягають захороненню. Цементування слід використовувати в умовах відносно невеликих об”ємах рідких радіоактивних відходів, які не перевищують 3000-4000 м³ на рік.

Процес оскловування радіоактинвих відходів дає значно надійніше з точки зору закріплення радіонуклідів в матеріалі, призводить до зменшення об”єму відходів. Однак складність апаратурного оформлення, необхідність створення температури порядку 1100-1200 ⁰С обмежують використання методу оскловування, і використовується лише для отвердіння високоактивних відходів. Метод оскловування заключається в змішуванні радіоактивних відходів з флюсами і перетворенні отриманої суміші в тверді склоподібні матеріали.

Метод бітумірування займає середнє положення між цементуванням та остеклованием. Бітум як вихідний матеріал – розповсюджений і дешевий. Це високомолекулярні суміші аліфатичних та ароматичних вуглеводнів та їх похідних, які збагачені киснем. Сировиною для отримання бітумів є гудрон. Температура бітумірування не перевищує 130-220 ⁰С. Діапазон активностей, які входять в бітум, ширше, ніж для цементів.

Захоронення. Перед вибором місця для влаштування станції захоронення радіоактивних відходів повинна бути вивчена геологія району (структура, щільність і склад різних порід та обмінна ємність грунту), швидкість виділення радіоактивності з районів захоронення, висота грунтових вод, швидкість їх течії, вплив виділення активності на забруднення грунтових вод і відстань вниз за течією до споживача грунтових вод.

Навколо проммайданчика відчудження теріторія радіусом до 2.5 км, яка створює санітарно-захисну зону. Територія в радіусі 10 км також знаходиться в сфері контролю і виділяється як зона нагляду.

Перед заключною відправкою контейнірів на них робиться помітка про дату, рівень активності, природу матеріалів та про вид випромінювачів радіактивності.

В документації сховища представлені координати його розташування, речовинний та ізотопний склад відходів, час початку та закінчення заповнення сховища, сумарна активність захоронених в ньому відходів і потужність дози g-випромінювання на поверхні перекрития.

ЛЕКЦІЯ 13

МОНІТОРИНГ

Необхідність створення системи міжнародного моніторингу навколишнього середовища була вперше обгрунтована в 1971 р. Науковим комітетом по проблемах навколишнього середовища Міжнародної ради наукових союзів.

Первісний моніторинг визначали як систему спостережень одного або кількох елементів навколишнього середовища в просторі і часі з певною метою у відповідності з попередньо поставленою програмою. В більш широкому розумінні під моніторингом розуміли систему спостережень, контролю та управління станом навколишнього середовища, яка здійснюється в різних масштабах, в тому числі – в глобальному.

В подальшому загальноприйнятим стало визначення, яке дав Ю. А. Ізраель (1984 р.):

Моніторинг – це система спостереження, оцінки та прогнозування стану навколишнього природного середовища, яка дозволяє виділити зміни стану біосфери під впливом діяльності людини.

Система моніторингу є інформаційною і не включає елементів управління. Вона входить складовою частиною в систему управління навколишнім середовищем і регулювання його якості.

Загальний моніторинг складається зі слідуючих складових:

Санітарно-гігієнічний моніторинг проводить спостереження за станом середовища з точки зору його впливу на здоров’я окремої людини і населення в цілому. Спостереження ведуть за техногенними забруднювачами (твердими, рідкими, газоподібними, за шумом, електромагнітними полями)

Геоекологічний моніторинг. Спостереження ведуться за геосистемами, за перетвореннями природних систем у природно-технічні: агро-, промислові, міські середовища.

Геофізичний моніторинг вивчає абіотичну складову біосфери. Визначає реакції на забруднення в різних шарах атмосфери, зміни в гідросфері та літосфері.

Біологічний моніторинг визначає стан біологічної складової біосфери. Вивчає реакцію біоти на антропогенні впливи, відхилення від норм внаслідок антропогенних впливів.

Біосферний моніторинг забезпечує спостереження, контроль у глобальному масштабі. Забезпечує визначення змін в біосфері в цілому. Включає дослідження геофізичних характеристик – сонячна радіація, стан озонового шару, зміна газового складу атмосфери. Збирає данні про стан природних вод, продуктивність грунтів. Тобто оцінка загальної продуктивності біосфери.

Моніторинг поділяється на:

- локальний, здійснюється в окремих районах;

- національний, здійснюється в кожній країні;

- глобальний, здійснюється в масштабах Землі.

Програма Глобальної системи моніторингу навколишнього середовища (ГСМНС) передбачає роботу у різних напрямках, однак найбільш важливою задачою в межах цієї програми є моніторинг великомасштабного переносу та осадження забруднюючих речовин (моніторинг забруднення).

В свою чергу, кінцевою метою глобального моніторингу забруднення в системі ГСМНС є:

- визначення концентрації пріоритетних забруднюючих речовин у середовищі, їх розподілення у просторі і змінення з часом;

- оцінка величини та швидкості потоків забруднюючих речовин та шкідливих продуктів їх перетворень;

- забезпечення уніфіцірованих методів пробовідбору та аналізу для отримання порівняних між країнами результатів, а також обмін досвідом по організації систем моніторингу;

- забезпечення в глобальному масштабі інформацією, необхідною для прийняття рішень по управлінню заходами по боротьбі з забрудненнями.

Для контролю якості повітря в населених пунктах встановлено три категорії постів спостережень: стаціонарні, маршрутні і пересувні (підфакельні).

Стаціонарний пост призначений для забезпечення регулярного відбору проб повітря з метою послідуючого лабораторного аналізу, а також безперервної регістрації вмісту забруднюючих речовин автоматичними газоаналізаторами.

Маршрутний пост призначений для регулярного відбору проб повітря в фіксованих точках місцевості з допомогою обладнаних для цього автомашин.

Пересувні підфакельні пости призначені для відбору проб під димовими та факельними джерелами домішок з метою визначення зон його дії.

В залежності від чисельності населення встановлюється мінімальна кількість стаціонарних постів. Так, в населених пунктах з кількість мешканців більше 1 млн. чоловік мережа повинна складатися з 10-20 стаціонарних і маршрутних постів. На кількість постів і їх розміщення впливають і інші фактори: площа населеного пункту і рельєф місцевості, рівень розвитку промисловості, особливості транспортного руху тощо.

На стаціонарних і маршрутних постах реалізується чотири програми спостережень: повна, неповна, скорочена, добова.

Спостереження по повній програмі виконуються щоденно з використанням автоматичних газоаналізаторів безперервно або дискретно в 1, 7, 13, 19 годин по місцевому часу.

Для отримання інформації про разові концентрації допускається проведення спостережень по неповній програмі, яка здійснюється щоденно в 7, 13, 19 годин.

В місцях, де середньомісячна концентрація менше 1/20 разової ГДК або менше порогу чутливості прибору, а також при температуру нижче –45 ⁰С, допускається проведення спостережень по скороченій програмі: отримання інформації про разові концентрації в 7 і 13 годин.

При відборі проб фіксуються також метеорологічні характеристики: напрям і швидкість вітру, температура повітря стан погоди.

На стаціонарних і маршрутних постах проводять спостереження за основними забруднюючими речовинами (пил, діоксид сірки, оксид вуглецю, діоксид азоту) і специфічними, перелік яких встановлюється в результаті комплексного обстеження стану забруднення повітряного басейну даного населеного пункту.

На пересувних (підфакельних) постах спостереження проводять тільки за специфічними домішками, які характерні лише для викидів конкретного підприємства.

Спостереження і контроль за рівнем забруднення вод проводиться на постійних і тимчасових пунктах спостереження, які розташовані в місцях наявності і відсутності впливу господарської діяльності. Останнє необхідне для здійснення фонових спостережень. При цьому організуються:

- стаціонарна мережа пунктів спостережень за природним станом і забрудненням вод за фізичними, хімічними і гідробіологічними показниками;

- спеціалізована мережа пунктів на забруднених водних об’єктах;

- тимчасова експедиційна мережа пунктів для спостереження на об’єктах, які не охоплені вищевказаними пунктами спостережень.

Основні вимоги до мережі:

- пріоритет вивчення і контролю антропогенного впливу на поверхневі води;

- систематичність і комплексність спостережень за якістю води за фізичними, хімічними, біологічними показниками;

- погодження строків спостережень з характерними гідрологічними ситуаціями;

- визначення показників якості води єдиними методами;

- оперативність отримання інформації про якість води.

Пункти спостережень і контролю на річках, озерах і водосховищах повинні бути приурочені до зон скиду стічних вод. Основними об’єктами при виборі пунктів спостережень та контролю повинні бути слідуючі:

- місця скиду стічних і дощових вод міст, сільськогосподарських комплексів;

- місця скиду СВ окремих великих промислових підприємств;

- місця скиду підігрітих вод від ТЕС, АЕС,ГРЕС;

- місця скиду вод, які відводяться з земель, що зрошуються та осушуються;

- місця, які є важливими для рибного господарства;

- замикаючи створи великих та середніх річок, які впадають у моря і внутрішні водойми;

- кордони великих економічних районів і країн, які перетинаються транзитними річками;

- гирлові зони забруднених приток головної річки в середені великих річних систем і великих озер та водосховищ.

В кожному пункті повинно бути не менше 2-3 створів: один ствір вище джерела забруднення (для характеристики фонового стану об’єкту відносно даного пункту) і 1-2 створи нижче джерела забруднення.

На водотоках перший (фоновий) ствір розташовують на відстані 1 км вище джерела забруднення, що досить для виключення впливу СВ.

Другий ствір призначений для контролю за зміненням якості води водотоку поблизу скиду СВ, тобто в зоні забруднення. В відповідності з санітарними нормативами його розміщують на відстані 1 км вище найближчого місця водокористування (водозабору). В містах та селищах, де є багаточисельні скиди СВ, контрольний ствір розташовується на відстані 0.5-1 км нижче головного або, при його відсутності, останнього каналізаційного колектора.

Третій ствір треба розташовувати таким чином, щоб дані спостережень на ньому характеризували якість води в цілому за поперечним перетином водного потоку, тобто він повинен знаходитись в місці достатнього (не менше 80 %) перемішування СВ з водами річки. Однак цей ствір не повинен знаходитися нижче того місця, де при вказаній витраті води концентрація забруднюючих речовин становиться менше меж чутливостіхіміко-аналітичних методів.

Програма спостережень на кожному пункті повинна враховувати місцеві особливості процесу забруднення водного об’єкту, що контролюється. При цьому включається обов’язкове визначення таких елементів, як температура, вміст завислих речовин, мінералізація, рН, вміст розчиненого кисню, БПК, плаваючі домішки, запахи, патогенні організми і додаткові, специфічні для даного об’єкту.

ЛЕКЦІЯ 14

ПЛАН

1. Стратегія захисту навколишнього середовища.

2. Економічна ефективність природоохоронних заходів.

3. Оцінка розмірів економічних збитків від забруднення довкілля.