СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР Российский патент 1997 года по МПК G21F9/00 G21F9/34 B09B1/00 

Изобретение относится к физико-технологическим процессам дезактивации и рекультивации гидрогеологических структур и предназначено для использования при дезактивации увлажненных и переувлажненных грунтов, подверженных заражению радиоактивными отходами (РАО).

В настоящее время известны направления развития данного технологического процесса, наиболее представительными из которых являются способы дезактивации, включающие частичную или полную выемку зараженного РАО грунта, переработку его введением раствор кислот, обратную засыпку части обработанного грунта [1, 3, 4]
Очевидными и существенными недостатками такой технологии являются значительные затраты на выемку, транспортировку, переработку в стационарных установках, обратную доставку и закладку; однако более существенным недостатком является низкая эффективность процесса выделения радиоактивных отходов из водонасыщенного грунта, что вызывает необходимость захоронения значительных объемов зараженного грунта и отрицательно оказывается на экологических показателях всего процесса дезактивации и рекультивации грунтов.

Наиболее близким по технологической сущности является способ дезактивации гидрогеологических структур, включающий проходку скважины на зараженном участке для подачи в грунты выщелачивающих агентов, сбор жидких фаз, включающих радионуклиды, контейнеризацию их и захоронение (в отведенных могильниках) [4]
Существенными недостатками этого способа являются высокие удельные затраты выщелачивающих агентов при низкой эффективности дезактивации увлажненного к переувлажненного грунта (например, в условиях Северо-Западной зоны РФ), длительность процесса, приводящего к отчуждению территорий и нерациональному их использованию, отсутствие гарантий выхода радиоактивных газов в атмосферу, а также неконтролируемого размывания грунтов и разноса радионуклидов миграцией их с влагой.

Предлагаемый способ устраняет указанные недостатки, а также более эффективно использует для процесса дезактивации физико-механические и физико-химические характеристики обрабатываемых грунтов, что существенно интенсифицирует процесс и делает его экологически чистым.

При этом практическое использование предлагаемого способа не вынуждает к соблюдению особых правил вокруг участка дезактивации.

Такая эффективность предлагаемого способа дезактивации гидрогеологических структур, включающего проходку скважин для подачи выщелачивающих агентов, сбор жидких фаз, содержащих радионуклиды, удаление, контейнеризацию и захоронение РАО, за счет предварительного выполнения под зараженными РАО геогидроструктурами экрана из гидрорадионуклидноизоляционного материала с уклонами от его периферии к центру участка, границы участка изолируют вертикальными гидрорадионуклидностойкими стенками, соединяют их с экраном, в средней части участка, ниже экрана, выполняют резервуар, соединяют последний выработкой с поверхностью грунта, укрепляют стенки выработки дренирующим микропористым материалом, стенки скважин и выработки соединяют с различными полюсами источника тока, сверху участок закрывают аэрогерметизирующей защитой-куполом с принудительной подсветкой, при этом в выработках споры культивируют споры грибов и выращивают грибы на естественной зараженной фазе.

Такое осуществление способа позволяет вести эффективный и интенсивный отток жидких фаз с РАО, что приводит к оперативной дезактивации и рекультивации грунтов с возвратом к общему использованию.

Совокупность существенных технологических признаков (приемов) заявляемого способа исследована на соответствие критериям изобретения, в т. ч. по критерию изобретательского уровня решенной технической задачи. При этом во внимание были приняты ближайшие по сущности источники информации [1-10 приложения] а также условие, что все признаки находятся в единой связи и направлены в своей совокупности на достижение единого результата.

В указанных источниках выявлены отдельно используемые для частных задач известные приемы: выполнение резервуара; выполнение защитного кожуха для отвода пылевидных фракций от рабочей площадки.

При детальном анализе известных порознь признаков и совокупности признаков предложения заявителя определяется, что ни один из известных признаков не решает ни частной, ни общей задачи заявителя, при этом даже искусственная совокупность известных признаков также не решает технической задачи и не направлена на достижение единого технико-экономического и социального (экологического) результата.

Это позволяет заявителю сделать вывод о соответствии разработанного способа дезактивации гидрогеологических структур критерию изобретения.

Сущность предложения раскрывается далее при описании чертежа и приемов осуществления способа.

Под зараженным участком 1 гидрогеологических структур выполняют гидрорадионуклиднонепроницаемый экран 2 с уклоном к средней части участка, этот участок 1 по его периметру /с запасом от участка на возможное распространение жидких фаз ограждают гидрорадионуклиднонепроницаемый шпунтовой стенкой 3, шпунт который погружают в нижней части 4 сквозь экран 2 для образования гидрогерметизированного ограждения участка 1. Затем выполняют одну или несколько выработок 5, перфорированные стенки 6 которой укреплены микропористым материалом с электропроводящей сеткой /отходами мануфактурного и прокатного производств/, в нижней части выработку заканчивают развитием в виде подземного резервуара 7, в котором выполняют дополнительную емкость 3 с перфорированными стенками; в выработку 5 определяют трубу 9 с перфорацией и сеткой у ее основания 10 до днища емкости 8, полость трубы 9 соединяют с вакуум-насосом /на чертеже не показан/.

После такого оснащения рабочей площадки проходят наклонные 11 и/или вертикальные 12 скважины с обсадкой их перфорированными электропроводящими трубами, полости которых соединяют с нагнетательным насосом / на чертеже не показан /.

Для предупреждения возможных выходов паров в атмосферу над рабочей площадкой выполняют защитный герметизирующий купол 13 из-под которого ведут вытяжку газов. Купол выполняют из светопрозрачного материала, а над выработкой 5 в перекрытии купола выполняют окна для возможности подачи в выработку прямого солнечного излучения /при отсутствии паров под куполом/, стенки 6 внутри покрывают микропористым материалом 14.

Такое обустройство зараженного участка 1 позволяет эффективно, соблюдая правила и нормы радиационной безопасности, осуществлять технологию дезактивации участка, зараженного отходами /РАО/.

Способ дезактивации гидрологических структур участка 1 осуществляют следующим образом. Стенки 6 выработки 5 соединяют с отрицательным плюсом электрического потенциала, а трубы скважин 11 и 12 соединяют с положительным полюсом электропотенциала. Полости труб 9 соединяют с вакуум-насосом, а полости труб 11-12 с нагнетательным насосом; из под купола 13 осуществляют откачку газов, выдерживая под ним давление ниже атмосферного на 5 10 Подаваемый по трубам 11, 12 флокулянт поступает через перфорации в грунты участка 1 и, выщелачивая из него радионуклиды, перемещаются /жидкая фаза/ направленным движением заряженных частиц к перфорированным стенкам 6 выработки 5, при этом часть радиоактивных материалов оседает на микропористом материале 14 стенки 6, часть стекает вниз в емкости 8 и 7, где в емкости 8 на ее днище оседает радиоактивный осадок. Пульпу и жидкую фазу из емкости 8 и резервуара 7 откачивают по трубе 9 и отводят на дальнейшее с помощью флокулянтов на обогащение и утилизацию /вторичное использование; захоронение/.

Если под нижней границей геологической структуры участка 1 отсутствует водоупорный слой, то часть жидкой фазы уходит до экрана 2 и благодаря его наклону в сторону резервуара 7, стекает в сторону резервуара 7, стекает в емкость 8 и отводится по трубе 9.

Наличие микропористого материала 14 на стенках 6 позволяет существенно интенсифицировать процесс дезактивации за счет нанесения на материал спор грибковых культур /например, спор грибов: свинушки, шампиньонов, поганок и т. п. /, это приводит к более быстрому и чистому удалению РАО со стенок 6, а при насыщении грибов радионуклидами /что контролируют приборным дистанционным методом; приборы, как тривиальное решение, на чертеже не показаны/ последние /грибы/ удаляют вместо с материалом 14, заменяя его новым для второго и последующих циклов биоактивной дезактивации. При этом возможно использование стимулирующего искусственного освещения УФО и ИК, гелий-неоновыми лампами.

Технологию дезактивации осуществляют до тех пор, пока в грунтах участка 1 установится норма ПДК по содержанию РАО. После этого трубы 9, 11 и 12, а также стенки 6 вынимают из грунта, разбирают конструкции; емкость 8 и резервуар 9 заполняют цементирующим гидрорадионуклидноизоляционным материалом; участок сдают под использование по экологическому паспорту службе Госатомнадзора /радиационной безопасности/.

Гидрорадионуклиднонепроницаемые экран 2 и шпунт 3 по возможности сохраняют для эксплуатации, для предупреждения распространения тех РАО, которые могли все-таки остаться в грунтовых участках 1 и при контрольных обследованиях, во время сдачи участка, не были выявлены.

При осуществлении данной технологии дезактивации, благодаря указанному обустройству и технологическому оснащению участка 1, возможно использование электропотенциала различной мощности, а также разнотемпературных нагнетаемых фокулянтов, когда использование нагретых до 150 250^oС, а также охлажденных до 30 50^oС жидких и газообразных фаз приводит к более интенсивному выделению радионуклидов на границах взаимодействия этих двух вводимых в грунт фаз.

Данные по конкретным составам флокулянтов, их расход на единицу обработанного объема грунта могут быть приведены разработчиком для определенного участка, зараженного определенным радионуклидом, как примеры реализации способа для заданных граничных условий этой технологии дезактивации гридрогеологических структур.

Таким образом, технические характеристики разработанного способа заключается в высокой технологичности его операций, простоте и надежности осуществления всего цикла работ от обустройства до окончания процесса дезактивации и сдачи участка по HРБ экологически чистым.

Мобильность и универсальность способа позволяет использовать его при дезактивации различных по составу, структуре, влажности, кислотности, физико-химическим характеристикам грунтов на открытых и в стесненных условиях производства работ.

Источники информации, принятые во внимание:
1. Технико-экономическое обоснование дезактивации и рекультивации "Шкиперского протока". С Пб, А/О "Васильевский остров", 1992, т. 1, с. 10 - 26.

2. Ампелогова H. И. и др. Дезактивация в ядерной энергетике. М. Энергоиздат, 1982, с. 138 142.

3. А. Плугин, А. с. СССР N 1604067, кл. G 21 F 9/34, 1982.

4. Описание объекта "Укрытие" и требования к его преобразованию. Киев, Hаукова Думка, 1992, с. 19 28, р. 8, ф. 12. Прототип.

5. США пат. N 4693833, кл. С 02 F 1/58, 1987.

6. ФРГ з-ка N 3615513, кл. G 21 F 9/28, 1987 дезактивация продуктов от РАО.

7. Великобритания з-ка N 2092362, кл. G 21 F 9/28, 1982, контейнеры РАО.

8. Франция з-ка N 2562311, кл. G 21 F 9/10, 1985, РАО, очистка.

9.Пат. США N 4724853, кл. В 08 В 3/12, 1985 очистка поверхностей от РАО.

10. Япония з-ка N 59 232300, кл. C 25 F 7/02, 1984, дезактивация металлов.

Использование: изобретение относится к физико-технологическим процессам дезактивации и рекультивации гидрогеологических структур, подверженных заражению радиоактивными отходами. Сущность изобретения: способ предусматривает создание под зараженными структурами экрана из гидрорадионуклидноизоляционного материала с уклоном его поверхности к центру участка. Границы участка изолируют вертикальными гидрорадионуклидными стенками и соединяют их с экраном. В средней части экрана выполняют резервуар ниже поверхности экрана проходят выработки с поверхности грунта, их стенки укрепляют и покрывают электропроводящей сеткой и дренирующим материалом. Скважины для подачи в структуру выщелачивающих агентов обсаживают электропроводящими трубами. На стенки этих труб подают положительный потенциал электрического тока, а на стенки выработок - отрицательный. Участок сверху герметизируют куполом. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дезактивации гидрогеологических структур, включающий проходку скважин на зараженном участке, подачу в структуру выщелачивающих агентов, сбор жидких радиоактивных фаз, их последующую контейнеризацию и захоронение, отличающийся тем, что под зараженными радиоактивными отходами структурами предварительно выполняют экран из гидрорадионуклидноизоляционного материала с уклоном его поверхности к центру участка, границы зараженного участка изолируют вертикальными гидрорадионуклидностойкими стенками, соединяют их с экраном, в средней части участка выполняют резервуар ниже поверхности экрана, к резервуару проходят выработки с поверхности грунта, укрепляют и покрывают их стенки электропроводящей сеткой и дренирующим материалом с микропористой наружной поверхностью, скважины обсаживают перфорированными электропроводящими трубами, на стенки этих труб подают положительный потенциал электрического тока, а на стенки выработок отрицательный потенциал, участок сверху аэрогерметизируют куполом, создают под куполом пониженное к атмосферному давление газов, а из резервуара осуществляют отвод жидких радиоактивных отходов для их контейнеризации и захоронения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на дренирующий материал с микропористой наружной поверхностью наносят споры грибных культур, которые периодически удаляют на обогащение и утилизацию. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что купол над выработкой выполняют из светопрозрачного материала и располагают под ним гелий-неоновые лампы.