В результаті лабораторних і промислових досліджень радіологічних властивостей шламу ХВО Волгодонської АЕС показано відсутність будь-яких обмежень його використання в якості наповнювача при кондиціонуванні радіоактивних відходів або при виготовленні теплоізоляційних і захисних виробів.

Анотація наукової статті з хімічних технологій, автор наукової роботи - Паламарчук А. В.


Область наук:
  • хімічні технології
  • Рік видавництва: 2003
    Журнал: Известия вищих навчальних закладів. Північно-Кавказький регіон. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Активація шламу водопідготовки Волгодонської АЕС'

    Текст наукової роботи на тему «Активація шламу водопідготовки Волгодонської АЕС»

    ?ЕКОЛОГІЯ

    УДК 628.1

    АКТИВАЦІЯ шламу ВОДОПОДГОТОВКИ Волгодонську АЕС

    © 2003 Відмова р А.В. Паламарчук

    У процесі попередньої обробки води методом вапнування на водопідготовчих установках (ВПУ) ТЕС і АЕС утворюється шлам як побічний продукт. Традиційно шламові води з освітлювачів ВПУ, що містять тверду фазу (основний компонент - карбонат кальцію), направляють в шламонакопичувачі. Безперервно зростаючі їх території є джерелами пилових виносів частинок і розріджених шламових стоків на родючі землі і в водойми. Економічна і особливо екологічна доцільність утилізації йшла-мов ВПУ сьогодні незаперечна [1]. Однак обсяги такої утилізації як на ТЕС, так і на АЕС нашої країни абсолютно недостатні. Це в значній мірі пов'язано з недосконалістю ресурсозберігаючих технологічних схем водопідготовки і переробки її відходів, зокрема шламу ВПУ, безпосередньо на ТЕС і АЕС.

    Раніше нами [2, 3] були розглянуті рішення по використанню шламу ХВО Волгодонської АЕС для виробництва керамічних виробів і гашеного вапна.

    У даній роботі наводяться результати дослідження радіаційної стійкості шламу ВПУ Волгодонської АЕС з метою використання його в складі теплоізоляційних та інших виробів, що забезпечують захист від іонізуючих випромінювань.

    При проектуванні захисту конструкційні матеріали вибирають з урахуванням їх захисних, механічних властивостей, а також вартості, маси і об'єму. Захисні властивості матеріалів визначаються їх ступенем активації, яка уповільнює і поглинає здібностями [4]. Однією з цих найважливіших характеристик є ступінь активації (наведена активність), яка виникає в матеріалах під дією інтенсивної щільності потоку іонізуючих випромінювань.

    Ступінь активації компонентів, складових шлам ВПУ Волгодонської АЕС, досліджувалася нами за допомогою зразків-свідків. Ці зразки розміщувалися в зонах іонізуючих опромінень безпосередньо на діючому обладнанні Волгодонської АЕС.

    Склад зразків-свідків у відсотках по масі: шлам 2 ^ 60, глина 55, пісок 10 ^ 20; глинистий сланець 10. Розміри зразків - від 13x28x56 мм до

    50x50x45 мм. Маса різних зразків становила від 31,67 до 101,65 г.

    Було виготовлено кілька партій зразків, частина з яких попередньо спікається в високотемпературної печі1.

    Зміст основних компонентів в сухому шламі ВПУ Волгодонської АЕС наступне,%: СаО -45,8; SiO2 - 5,09; MgO - 4,6; А12О3 - 2,38; Fe2O3 -1,7; TiO2 - 0,23; Na2O - 0,3 [2].

    Для порівняння наведемо результати більш докладного аналізу складів шламів ТЕЦ АТ «Мосенерго» [5]: СаО - 42,5; MgO - 4,83; A12O3 _ 0,85; SiO2 -4,84; P2O5 - 0,76; SO3 - 0,91; Cl-0,11; К2О-0,18; Fe2O3-5,42; Mn-0,053; Zn-0,015; Pb-0,0045; Ni-0,018; Cu-0,005; Cd-0,00035; Co-0002.

    Неважко бачити, що сумарний вміст в шламі важких металів становить частки відсотка і не перевищує природний фоновий рівень, а основним компонентом є оксид кальцію. Дане і проведене нами раніше [2] порівняння складів йшла-мов ТЕС і АЕС, розташованих по руслу річки Дон, виявляє мале відміну процентного співвідношення їх компонентів та лише підкреслює близькість до природних матеріалів будівельної індустрії.

    Відомо [6], що всі будівельні матеріали та вироби з них поділяються на чотири класи по ефективної питомої активності (Аеф). Матеріали першого класу використовуються тільки при будівництві житлових і громадських будівель, а вміст у них природних радіонуклідів не повинна перевищувати 370 Бк / кг [7]. Оскільки мета даної роботи - вивчення можливості використання шламу ВПУ Волгодонської АЕС в якості наповнювача при кондиціонуванні радіоактивних відходів за допомогою установки цементування, виготовлення теплоізоляційних матеріалів для потреб АЕС та ін., То спочатку нами була виконана перевірка шламу на його відповідність радіологічним та санітарним нормам.

    Проби відбиралися з шламоотстойника Волгодонської АЕС. Питома активність шламу визначалася гамма-спектрометричним методом з використанням програмного забезпечення GAMMA. Шлам містився в геометрію Д1 (ємність 10 мл., Насипна щільність 0,8 г / см3), яка герметично закривалася і дотримувалися протягом 14 діб.

    1 У виготовленні зразків брали участь В.П. Ратькова,

    Н.Д., Яценко та ін.

    Виміри проводилися за допомогою низькофонова установки на основі ве (И) -детектор ДГДК-80 (робочий еталон другого розряду РЕУС-11-15, атестованої ЦМІІ ДП ВНИИФТРИ, свідоцтво №46001.12942 від 20.05.2001 р)

    Результати аналізу проб за середнім значенням ефективної питомої активності радіонуклідів представлені в табл 1.

    Результати визначення питомої

    Як видно, усереднені значення з 5 вимірів кожного зразка потужності випромінюваної зразками еквівалентної дози не перевищують природного природного фону. При перерахунку на наведену активність це пренебрежимо малі величини Кюрі.

    Більш високу наведену активність снава можна очікувати при опроміненні шламу тепловими нейтронами. Тому спочатку, перед натурними випробуваннями

    Таблиця 1

    активності шламу ХВО Волгодонської АЕС

    Матеріал Опис проби Радіонуклід Питома активність А0, Бк / кг Аеф> Бк / кг МЗУА (П-4 НРБ-99), [7] А0 / МЗУА

    Шлам з цеху водоочищення АЕС Сипкий матеріал, 100 мл U-238 170 ± 27 30,1 104 0,017

    Ra-226 20 ± 5 104 0,002

    K-40 34 ± 12 106 0,00034

    Th-234 Менш 0,005 Z 0,019

    З даних табл. 1 видно що:

    а) зміст природних радіонуклідів в пробах шламу нижче мінімально значущою питомої активності (МЗУА);

    б) сума відносин питомих активностей радіонуклідів А0 до МЗУА менше одиниці, отже, даний матеріал (шлам ХВО АЕС) придатний для виготовлення споживчих товарів з техногенних джерел;

    в) питомі активності урану-238, радію-226, торію-234 і калію-40 дають результуюче значення Аеф = 30,1 Бк / кг, істотно менше, ніж нормативне Аеф = 370 Бк / кг [7], що робить його придатним для використання в будівництві і реконструкції навіть житлових і громадських будівель.

    При дослідженні наведеної активності зразки шламу розміщувалися в приміщеннях з різною інтенсивністю радіаційного випромінювання від устаткування АЕС і витримувалися протягом 60 діб. Так, в приміщенні № 1 еквівалентна доза від джерела становила 7,2 мЗв / год, а в приміщенні № 2 - 9,28 Зв / год. Після закінчення 60 діб. була виміряна потужність дози, випромінюваної зразками. Результати вимірювання наведено в табл. 2.

    Таблиця 2

    Результати активації зразків шламу ВПУ в приміщенні А-117 Волгодонської АЕС з у-випромінюванням (08.02.02-09.04.02)

    зразків-свідків, нами була розрахована снава з умовно прийнятої щільністю теплових нейтронів 1 = 1013 нейтрон / (см2-с.) при опроміненні компонентів шламу протягом 1 = 30 сут.

    Оскільки час опромінення 1 менше періоду напіврозпаду Т1 / 2 основних елементів, що становлять шлам, то при цьому снава буде менше активності насичення снава [4] і тоді:

    Снава = Роакт] Ьо М (1-е -0,693 1 / Т '/ г) / (А-3,7-1010), Кюрі, (1) де Р - вміст радіонукліда в елементі на 1г; ОАКТ - ефективний перетин активації елемента, барн; Ьо - число Авогадро; М - маса радіонукліда, г; А -атомная маса опроміненого радіонукліда.

    Необхідні для розрахунків дані про ізотопи основних елементів, що входять в шлам, були взяті з [4, 8].

    Результати розрахунків у вигляді графічної залежності наведеної активності елементів від періоду їх напіврозпаду (див. Малюнок) показують, що зі збільшенням Т1 / 2 наведена активність зменшується, а щодо найбільша снава (2,74 і 0,856 Кюрі) спостерігається у короткоживучих ізотопів кальцію, для яких Т1 / 2 становить 8,75 хв і 4,53 дня відповідно. Слід зауважити, що абсолютні значення снава для всіх елементів шламу дуже низькі (навіть при консервативному підході, т. Е. В припущенні, що 1 = 1013 нейтрон / (см2-с)). Це видно з їх порівняння з активностями продуктів корозії нержавіючої сталі в водно-живильному тракті одноконтурной АЕС (табл. 3) за даними [4].

    Таблиця 3

    Розрахункові значення наведеної активності продуктів корозії стали 0Х18Н10Т

    Розмір зразка, мм Маса зразка, г Доза опромінення Потужність випромінюваної зразками дози, мк Р / ч

    50x50x30 101,65 10,0

    31x33x34 52,54 7,2 мЗв / год 12,6

    13x28x56 32,96 10,6

    33x34x34 70,75 12,8

    13x28x56 31,67 10,0

    13x28x56 28,46 10,4

    13x28x56 32,08 9,2 Зв / год 12,0

    34x34x34 51,63 11,0

    50x50x45 93,48 10,2

    Активність снава, Кюрі Елемент

    Хром (Cr51) Марганець (Mn56) Залізо (Fe59) Кобальт (Co60)

    У реакторної воді 1,36 6,74 0,0212 0,26

    На поверхнях, що змочуються реакторної водою 1154,0 3342,0 17,2 94,0

    У відкладеннях на турбіні 0,00791 0,0308 0,000122 0,00150

    У конденсаті пари 0,0159 0,0704 0,000247 0,00303

    Наведена активність, снава., Кюрі

    Залежність наведеної активності ізотопів основних елементів шламу ВПУ Волгодонської АЕС від їх періоду напіврозпаду

    Раніше, за результатами наших досліджень ефективності біологічного захисту реактора 1-го енергоблоку Волгодонської АЕС, було встановлено, що щільність потоку теплових нейтронів I в районі холодних патрубків реактора на багато порядків нижче тієї I, яка була прийнята для теоретичної оцінки снава шламу по (1) . Тому при натурних дослідженнях активації зразків шламу ХВО ми змогли їх розмістити у холодного патрубка № 2 реактора впритул до його біологічного захисту, де потужності амбієнтного дозового еквівалента нейтронного і фотонного випромінювання становили відповідно Нп - 360 мЗв / год і Ну - 130 мЗв / год. Витягнуті через 218 діб. зразки показали, що максимальна величина снава в шламі становила 0,008 ^ 0,0095 МКюрі при відповідних Нп і Ну.

    Таким чином, шлам ВПУ Волгодонської АЕС як додатковий компонент при виготовленні теплоізоляційних і захисних матеріалів не представляє радіаційної небезпеки ні для обслуговуючого персоналу, ні для екологічної обстановки на території АЕС і області в цілому. Використання ж шламу в якості наповнювача при кондиціонуванні радіоактивних відходів також не має обмежень з радіологічної точки зору.

    література

    1. Ремезов А.Н., Прісне Г.В., Храмчихін А.М., Шищенко В.В.,

    Сідло А. С. та ін. Екологічні проблеми освітлення води та утилізації шламів на ТЕЦ АТ «Мосенерго» // Теплоенергетика. 2002. № 2. С. 2.

    2. Мадоян АА, ПаламарчукА.В., ЛукашовМЮ, Нубарьян А.В.

    Забезпечення екологічної безпеки викидів ХВО АЕС // Теплоенергетика. 2002. № 5. С. 75.

    3. Яценко Н.Д., Паламарчук А.В. Використання шламових відходів АЕС в системі хімводоочистки // Екологія промислового виробництва. 2002. № 3. С. 37.

    4. Голубєв Б.П. Дозиметрія і захист від іонізуючих випромінювань / Под ред. Е.Л. Столярова. М., 1976.

    5. сідла А.С., Шищенко В.В, Жидких В.Ф. та ін. Стан та основні шляхи вирішення проблеми утилізації шламів освітлювачів ТЕЦ АТ «Мосенерго» // Укр. МЕІ. 1998. № 1. С. 15-18.

    6. ГОСТ 30108-94. Матеріали і вироби будівельні. Визначення питомої ефективної активності природних радіонуклідів. М., 1995.

    7. Норми радіаційної безпеки (НРБ-99). М., 1999..

    8. Маслов І.А., Лукницкий В.А. Довідник по нейтронного активаційному аналізу. Л., 1971.

    ВІ ЮРГТУ

    27 вересня 2002 р.

    УДК 504.064.47: 636.002.68: 504.064.003.12

    ЕКОЛОГО-ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ реагентної обробки

    ТВАРИННИЦЬКИХ СТОКІВ

    © 2003 Відмова р О.А. Суржко, М.А. Федорченко

    Дослідження вітчизняних і зарубіжних уче- споруд рідких відходів тваринництва, в приватно-них свідчать про серйозне негативному влия- сти накопичувачів стічних вод. Відзначається висока ванні на якість атмосферного повітря очисних з- вміст у повітрі поблизу тваринницьких кому-

    комплексів забруднюючих газоподібних речовин, що призводить до необхідності відведення великих площ під зони санітарної захисту [1].

    Мета роботи полягає в дослідженні складу і концентрацій газових викидів в процесі реа-гентной обробки тваринницьких стоків [2], розрахунку розсіювання газових викидів та обґрунтуванні рекомендацій по розмірам санітарно-захисних зон, в економічному розрахунку предотвращенного екологічного збитку навколишньому середовищу.

    Для досягнення поставлених цілей необхідно з'ясувати динаміку зниження концентрацій в повітрі таких газів, як КН3, СО, N0, N0 ^ Н28 і метілмер-каптан, на різних стадіях реагентної обробки.

    Тому нами були проведені дослідження проб повітря над трьома колбами, що містять відповідно свежеотфільтрованную стічну рідину від свинокомплексу потужністю 1,5 тис. Голів (стадія А), тваринницький стік, оброблений 10% -м розчином Са (0Н) 2 з дозою 1,5 г / дм3 по чистому СаО (стадія В), і стічну воду від свинарського господарства, послідовно оброблену вищевказаної дозою Са (0Н) 2 і суперфосфатом з дозою 3,64 г / дм3 (стадія с).

    Зміст МН3 і Н28 визначали за стандартною методикою за допомогою газоаналізаторів МГЛ-19 МН3 і МГЛ-19 Н28, концентрації СО, N0, N02 виявляли за допомогою газоаналізатора «Каскад ОПТЕК-511.2», а зміст метилмеркаптана оцінювали, використовуючи індикаторний газоаналізатор [3].

    Зміна змісту С0, N0, N0 ^ ^ ИН3, Н28 і метилмеркаптана представлено на рис. 1. Автори відзначають зниження вмісту С0, N0, N0 ^ ^ ИН3 в досліджуваному повітрі при дезодорації рідкої фракції свинарського стоку на 70-80% на стадії В і на 90-95% на стадії С, а змісту Н28 і метил-меркаптана - на 80-86% на стадії В і 98-99% на стадії С. Це, мабуть, пов'язано із загибеллю бактерій, аммоніфіцірующіх білок (У ^ еБіНіпсаш, ТЬ ^ епкгШсаш), і бактерій, аммоніфіцірующіх сечовину (У ^ еБіНіпсаш), відновлюють сульфати до Н28 (ТМетМйсаш), переводять нітрати в аміак і азот, а також С1.раБ1епапіш, що викликають олійно-кисле бродіння, що обумовлюють смердючий запах (особливо в стічної рідини після 10 діб. відстоювання) [4].

    Далі проводили розрахунок розсіювання газових викидів тваринницьких стоків за допомогою універсальної програми УПРЗА «ЕКОЛОГ» (версії 2.02, 2.02а), що реалізує положення «Методики розрахунку концентрацій в атмосферному повітрі шкідливих речовин, що містяться у викидах підприємств (ОНД-86)» Госкомгидромета. Програма дозволяє за даними про джерела викиду домішок і умовах місцевості розраховувати максимальні разові (осредненние за 20-30-хвилинний інтервал) концентрації домішок в приземному шарі (в частках ГДК) при несприятливих метеорологічних умовах. При цьому визначали розміри санітарно-захисних зон від випарів з необробленого реагентами і дезодорированного тваринницьких стоків.

    С, мг / м3 80

    60

    40

    20

    \

    \

    <55 \

    \

    \

    Ч \ ю

    NU '- -___ 0,1

    А В С

    Стадії обробки стоку -Метілмеркаптан -|- Н28

    С, мг / м3 3

    2 1

    0

    3,4К

    3

    ^ 12

    -?.0 9

    0,2 »0.1 - 0

    З

    А В

    Стадії обробки стоку

    -|- З -|- МН3 а- N0 -х- N02

    б

    Мал. 1. Динаміка зміни вмісту газів (С, мг / м3) на різних стадіях обробки стоку: а - Н28 і метилмеркаптана; б - С0, N0, N02,

    Результати розрахунку розсіювання викидів С0, N0, N0 ^ КН3 від випарів з поверхні накопичувачів тваринницьких стоків на стадіях А і С показали, що максимальні концентрації цих газів в приземному шарі повітря на відстані 100 м від свинокомплексу в першому випадку (А) не перевищували 0, 89 ГДК, а в другому - 0,018 ГДК. Тому при виборі рекомендованого розміру санітарно-захисної зони особлива увага приділялася викидів Н28 (ГДК = 0,008 мг / м3) і метилмеркаптана (ГДК = 0,0001 мг / м3). При розсіюванні випарів з поверхні стоку в стадії А максимальна концентрація Н28 склала 5,0 ГДК, метилмеркаптана - 56 ГДК, а концентрація групи сумації H2S + N0 на відстані 500 м від джерела забруднень мала значення, рівне 5,1 ГДК. Концентрації Н28 і H2S + N0, що не перевищують ГДК, відзначалися на відстані 700 м, а метилмеркаптана - на видаленні 1500 м від свинокомплексу, тому останній має найбільший вплив при виборі рекомендованого розміру санітарно-захисної зони, який для свиноферми на 1,5 тис. голів визначили в 1000 м. Розрахунок змісту Н28 і метилмеркаптана в приземному шарі на відстані 100 м від джерела викиду після здійснення реагентної дезодорації дозволив встановити зниження концентрації Н28 до 0,45 ГДК, Н28 + Ш - до 0,5 ГДК, а метилмеркаптана - до 5,97 ГДК. Концентрація метилмеркаптана, рівна ГДК, відзначалася в 600 м від свиноферми, H2S + N0 - на відстані 300 м, отже рекомендований розмір санітарно-захисної зони може бути зменшений до 500 м. Поля концентрацій, постро-

    0

    а

    енние за результатами розрахунків розсіювання групи сумації Н28 + КО, представлені на рис. 2.

    У, км 1,2 ..

    1,0 ..

    0,8 ..

    0,6 -

    0,4 ..

    0,2 ..

    0,0 -

    -0,2 L +, - і-1-к

    \ | Г .. - »-

    -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Х, км

    У. км

    1,0 ..

    0,8 j. 0,6

    0,4 .. 0,2 0,0

    -0,2

    -4-

    -I-

    -I-

    -4-

    Х, км

    Мал. 2. Результати розрахунку розсіювання викидів групи сумації Н28 і оксиду азоту: а - з поверхні накопичувача свіжого тваринницького стоку; б - після реагентної обробки Са (ОН) 2 і суперфосфатом

    Автори статті вважали за необхідне визначити також доцільність дезодорації тваринницького стоку, використовуючи економічні показники. Можливий відвернена екологічний збиток розраховували по зниженню викидів в атмосферу групи сумації Н2Б і оксиду азоту, а також метил-меркаптана.

    Суму платежів за викид в атмосферу вищевказаних газоподібних забруднюючих речовин з поверхні тваринницького стоку вирахували по

    формулою:

    б = бі [пдсл + (- гдс) п; ],

    де о - коефіцієнт екологічної ситуації та екологічної значимості стану об'єктів, що дорівнює 3; і - коефіцієнт індексації нормативів плати, що дорівнює 111 [5]; ПДС - гранично-допустимий скид по 1-му інгредієнту; п - базовий норматив плати в межах ПДС для ь інгредієнта; - маса річного скидання по 1-му інгредієнту; п '- базовий норматив плати понад ПДС для ьінгредіента.

    Сума платежів за викид в атмосферу понадлімітного кількості Н2Б + КО і метилмеркаптана до дезодорації склала 1 млн. 386 тис. Р., А після реагентної обробки 244,8 тис. Р. Таким чином, річний відвернена екологічний збиток повітряному середовищі при дезодорації тваринницького стоку свиноферми склав 1 млн. 141 тис. Р.

    За результатами роботи можна зробити наступні висновки:

    1. Проведено дослідження проб повітря над поверхнею рідкої фази свинарського стоку, що показали значне зниження концентрацій СО, КН3, N0, Ш2, Н2Б в середньому на 95% і метилмеркаптана на 97% при послідовній обробці рідини Са (ОН) 2 і суперфосфатом.

    2. Розрахунок розсіювання газових викидів в атмосфері, виконаний з використанням УПРЗА «Еколог» за результатами дослідження проб повітря, дозволив рекомендувати зменшення необхідного розміру санітарно-захисної зони після дезодорації з 1000 до 500 м.

    3. Сумарний відвернена екологічний збиток повітряному середовищі при дезодорації тваринницьких стоків від накопичувача площею 7000 м2 для свиноферми потужністю 1500 голів склав 1 млн. 141 тис. Р.

    література

    1. Окладников Н.Е., Безгрошових І.С. Санітарія промислового свинарства. М., 1988. С. 65-68, 85-88.

    2. Суржко О.А. Екологічно безпечна ресурсозберігаюча технологія утилізації рідких стоків тваринництва // Изв. вузів. Сев.-Кавк. регіон. Техн. науки. 2001. № 3. С. 89-92.

    3. ГОСТ 12.1.005-88. ДП «ВНИИМ ім. Менделєєва ».

    4. Терешина А.Н., Уделіс А.Л., Леонтьєва Н.Д. Вивчення микробиальной природи запаху в тваринницьких стоках // Сільськогосподарське використання стічних вод: Зб. науч. тр. Вип. 5. М., 1978. С. 17-19.

    5. Суржко О.А., Золотарьова З.П. Оцінка економічної ефективності проектних рішень: Метод. вказівки до курсової роботи і економічної частини дипломного проекту. Новочеркаськ, 1996. С. 13-16.

    Південно-Російський державний технічний університет (НПІ)

    18 липня 2002 р.

    а


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити