3579

Обезвоживание осадков приводит к получению шлама с влажностью до диапазона от 80 до 85%. Данное требование обусловлено необходимостью дальнейшей утилизации осадков. Широко распространенным способом является сушка на иловых площадках, однако данный метод требует огромных площадей и низкую скорость подсушивания. Для увеличения объемов переработки обезвоживанием можно осуществлять с применением вакуум – фильтрования, фильтр – прессованием, центрифугированием и вибрационным фильтрованием. Если предполагается дальнейшее сжигание осадка, в т.ч. содержащего сильно токсичные вещества, то применяют термическое обезвоживание. Сдерживающим фактором применения последнего метода является высокие энергетические затраты.

Наиболее простым и распространенным способом обезвоживания сырого и сброженного осадка является сушка его на иловых площадках. Последние представляют собой спланированные дренированные участки земли, окруженные со всех сторон земляными валиками.

Иловые площадки периодически заливаются небольшим слоем осадка, а затем происходит его подсушивание. Если на входе осадок может иметь влажность до 99%, то после обработки мы получаем уже влажность от 75 до 80%. Подсушивание происходит частично за счет испарения, а частично за счет фильтрации в грунт. Объем осадка и, следовательно, его объемный вес при этом уменьшаются, что позволяет его транспортировать железнодорожным и автомобильным транспортом к месту использования, например, если он применяется в качестве удобрений (при наличии оптимальной структуры азота, фосфора, калия и других полезных веществ).

Иловые площадки устраивают на естественном или искусственном основании. Естественное основание используют в тех случаях, когда почва обладает хорошей фильтрующей способностью (песок, супесь, легкий суглинок),

160

уровень грунтовых вод находится на глубине не менее 1,5 м от поверхности и просачивающиеся дренажные воды возможно выпускать в грунт по санитарным условиям. Если грунт плотный, слабо проницаемый, то площадки устраивают либо на искусственном основании, либо оборудуют их трубчатым или каким-либо другим дренажем.

Дренирующий слой площадок на искусственном основании образуется из слоя гравия или шлака и слоя песка, кроме этого, в специальных дренажных траншеях укладываются дренажные трубы. Как показала практика эксплуатации иловых площадок, песчаный слой быстро кольматируется и обычно после 2 – 3 месяцев перестает работать. Поэтому на слабо фильтрующих грунтах рекомендуется устраивать иловые площадки на естественном основании с трубчатым дренажем. Рекомендуется также предусматривать перепуски иловой воды с одной карты на другую с последующим выпуском воды в грунт или на очистные сооружения в зависимости от местных условий.

Оптимальная высота слоя единовременного напуска осадка в летнее время лежит в пределах от 25 до 30 см. Фильтрация идет интенсивно первые 3 – 4 суток; влажность осадка при этом уменьшается до диапазона от 87 до 91 %, затем подсушка замедляется и заканчивается примерно через 10 дней.

Общая годовая нагрузка на асфальтобетонные площадки в условиях средней полосы достигает 5 м3/м2. Эти площадки можно устраивать в комбинации с грунтовыми площадками, используемыми главным образом в зимнее время. По мере наполнения, площадки освобождаются от сухого ила.

Если территория очистной станции невелика и не позволяет обустроить открытые площадки большой площади, то в таком случае устраиваются закрытые иловые площадки. Над площадками устанавливается укрытие из стекла, аналогичное по конструкциям теплицам или оранжереям. Это позволяет повысить температуру сушки и избежать притока

161

влажности в случае атмосферных осадков. Годовая нагрузка при этом вырастает до 10 м3/м2.

Ликвидация осадков сточных вод если используется если утилизировать нерентабельно или невозможно. Самым распространенным способом ликвидации является сжигание осадка в печах. Перед сжиганием осадок необходимо обезводить. Осадки органического происхождения имеют достаточно низкую теплотворную способность, по сравнению с традиционными видами топлива, которая поддерживается на уровне 16000 – 20000 кДж/кг. Тем не менее, такая теплотворная способность позволяет сжигать осадки без использования дополнительного топлива, что повышает экономическую рентабельность процесса. Сжигание проводят в туннельных или многоподовых печах. Высокоэффективным оказывается сжигание в кипящем слое.

На рис. 67 представлена схема установки с использованием теплоты, получаемой от сжигания твердых отходов, для термической сушки и сжигания осадков сточных вод.

Дымовые газы из топочной камеры 1, где происходит сжигание твердых отходов, с температурой от 900 до 1000 °С, направляются в камеру 3, где осуществляется сжигание осадка. Подача осадка осуществляется навстречу потоку горячего газа через распылитель 2. За счет организации такого движения происходит подсушивание осадка и сжигание. Температура на выходе из камеры 3 при этом понижается до диапазона от 750 до 800 °С. Далее газы подаются в теплообменник 5, где за счет их теплоты происходит подсушивание исходного осадка до диапазона от 84 до 87% (при начальной влажности до 95%). При этом газы охлаждаются до температуры от 300 до 350 °С, поступают в фильтр 6, а далее через вентилятор 8 в вентиляционную трубу 7 и окружающую среду. Установка также оборудуется шнековыми питателями для подачи осадка и его измельчения. Подача осадка в камеру сжигания осуществляется насосом 12,

162

компрессором 13. Отстойник 9 служит для сбора твердых несгоревших частиц.

Рис. 67. Схема установки для сжигания осадков сточных вод: 1 – топочная камера; 2 – распылитель; 3 – камера для сжигания осадка; 4 – бак для уплотненного осадка;

5 – теплообменник; 6 – фильтр; 7 – дымовая труба; 8 – дымосос; 9 – отстойник; 10 – бак подогретого осадка;

11 – шнековый транспортер; 12 – насос; 13 – компрессор

Такие установки просты в эксплуатации, имеют низкий выброс загрязнений, позволяют обезвреживать органические отходы с содержанием механических примесей до 10%. Установки подобного типа работают в настоящее время на Юго-западных очистных сооружениях в г. Санкт-Петербург.

163

Рис. 72. Радиальный отстойник для выделения твердого осадка

166

5. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АЭС

5.1. Классификация отходов АЭС

C развитием атомной энергетики возникла проблема обеспечения безопасных условий труда персонала АЭС, а также предотвращения радиоактивного загрязнения окружающей среды. В процессе деления ядерного топлива в реакторе накапливается большое количество радиоактивных веществ (радионуклидов) продуктов деления урана или плутония, которые могут нанести ущерб здоровью персонала и населения в случае их неконтролируемой утечки. При проектировании, строительстве и эксплуатации АЭС вопросам радиационной безопасности уделяется основное внимание.

При работе реактора АЭС образуются радиоактивные вещества в процессе деления ядер 233U, 235U или 239Pu и активация нейтронами различных материалов, присутствующих в активной зоне реактора. Активность этих веществ обусловлена в основном так называемыми короткоживущими радионуклидами. Из-за быстрого распада они не представляют опасности при попадании в окружающую среду. Радиоактивное загрязнение происходит от радионуклидов, период полураспада которых более нескольких минут. Такие вещества называются биологически значимыми радионуклидами.

Различают следующие виды ионизирующих излучений: - , -излучение, фотонное и нейтронное.

Альфа-излучение. В результате -распада радионуклидов образуется поток -частиц, представляющих собой ядра атомов гелия, которые обладают кинетической энергией, достигающей нескольких мегаэлектрон-вольт (МэВ).

Бета-излучение. В результате -распада радионуклидов образуется поток -частиц, представляющий собой поток электронов или позитронов. Позитрон в отличие от электрона имеет положительный заряд, но равную с ним массу.

167

Максимальная энергия -спектра различных радионуклидов лежит в интервале от нескольких килоэлектрон-вольт (кэВ) до нескольких МэВ.

Фотонное излучение. Это понятие включает в себя рентгеновское или -излучение. После радиоактивного распада атомное ядро часто оказывается в возбужденном состоянии. Переход ядра из этого состояния на более низкий энергетический уровень (в нормальное состояние) происходит с испусканием -квантов. Таким образом, -излучение имеет внутриядерное происхождение и представляет собой довольно жесткое электромагнитное излучение. Обычно энергия - квантов лежит в диапазоне от нескольких кэВ до нескольких МэВ.

Нейтронное излучение. При делении тяжелых ядер возникают нейтроны. Такой процесс происходит в ядерном реакторе АЭС.

Все продукты деления образуются внутри твэлов. Они -и-активны и остаются в основном внутри оболочки твэла. Выход через герметичную оболочку твэла в охлаждающую воду возможен только за счет процесса диффузии и при появлении трещин в оболочке. Этот выход очень мал для всех нуклидов, кроме трития. Выход трития через оболочку составляет не более 1%. В реакторах тина ВВЭР допускается число газонеплотных твэлов с микротрещинами до 1 %, а негерметичность, при которой возможен прямой контакт теплоносителя с сердечником твэла – до 0,1 %. Для РБМК эти допуски соответственно равны 0,1 % и 0,01 %.

Продукты деления разделяют на следующие группы:

–благородные газы (Аr, Кr, Хе);

–летучие вещества, например I, Sc (скандий);

–тритий (Т);

–нелетучие вещества, например, La (лантан), Sr (стронций), Rb и др.

Во всех группах, кроме третьей, присутствует большое количество различных радионуклидов. В табл. 7 приведены

168

данные о биологически значимых радиоактивных продуктах деления, образующихся в энергетическом реакторе.

Таблица 7 Биологически значимые радионуклиды благородных

газов и йода при работе ядерного реактора

Продукты активации возникают при активации нейтронами конструкционных материалов, примесей теплоносителя, замедлителя и самого топлива. При активации топлива образуется ряд трансурановых элементов: Np (нептуний), Pu, Am (америций) и Cm (кюрий). Наличие этих элементов осложняет безопасное удаление радиоактивных отходов. Основная часть радиоактивных веществ, образующихся при работе реактора, остается в топливе. Отработавшие твэлы извлекают из реактора и хранят некоторое время в специальных хранилищах (бассейнах выдержки) на АЭС, затем отправляют на радиохимический завод.

Источниками радиоактивных отходов на АЭС являются продукты нейтронной активации, образующиеся вне твэлов, и продукты деления, частично выделившиеся из твэлов в теплоноситель. Часть этих радиоактивных веществ выводится из реактора в систему обработки и хранения радиоактивных отходов АЭС. Другая часть становится отходами только после остановки станции на демонтаж или консервацию.

Технологические схемы АЭС проектируются так, чтобы обеспечить практически полную изоляцию радиоактивных веществ от биосферы, а возможные утечки свести до уровня, допустимого действующими санитарными нормами и правилами.

169