Способ хранения вредных, в том числе радиоактивных и токсичных отходов

 

Использование: изобретение относится к технологии хранения вредных отходов, включающих радиоактивные и другие химически активные отходы. Сущность изобретения: отходы заключают в контейнеры и размещают в природных зонах хранения в пределах геохимических аномалий, геохимический спектр которых соответствует химическому составу отходов.

Изобретение относится к технологии хранения вредных отходов, включающих радиоактивные и другие химически активные /токсичные/ отходы.

В настоящее время хранение вредных отходов предусматривает возможность обратного извлечения их, причем предназначенные для хранения отходы помещают под землю, в горные выработки или глубочайшие впадины морского дна. Под горными выработками понимаются полости в земной коре, образовавшиеся в результате проведения горных и буровых работ в толще полезного ископаемого или в пустых породах. Могут быть самые разнообразные по форме, размерам, положению в пространстве и назначению, делятся на открытые, проводимые непосредственно на земной поверхности /канавы, траншеи, неглубокие шурфы, карьеры и др./ и закрытые, проходимые под поверхностью земли шурфы /штольни, штреки, камеры, шахты, скважины и др./. Действия, осуществляемые для хранения отходов, должны основываться на тщательном изучении свойств геологической среды, чтобы предотвратить дальнейшие последствия проявления вредных веществ. Отходы для хранения помещают в специальные емкости контейнеры или хранилища, снабженные защитной оболочкой с возможностью извлечения их и последующего перемещения, переработки и т.д. Например, высокотоксичные, радиоактивные отходы заключают в металлические капсулы, затем в кубы из отвердевшего жидкого стекла и помещают их в отработанные соляные копи или в другие искусственные пустоты в земной коре.

Природная среда, в которую помещают контейнеры, является естественной защитной оболочкой, в то время как оболочку контейнера удобно назвать искусственной.

Известно множество примеров хранения вредных отходов, в частности радиоактивных. Способ по патенту США N 5022788, кл. G21F 9/34 1991 г. характеризуется тем, что отходы помещают в контейнер с защитной оболочкой, которые помещают затем в грунт. Такое хранение не является надежным, поскольку в аварийных ситуациях в грунт могут поступать подземные воды и не исключается случайный прорыв аварийно образовавшихся токсичных газов, защитный слой грунта и контейнер не в состоянии предотвратить утечку радиоактивных отходов в случаях тектонических подвижек и усиления сейсмоактивности.

Для усиления защитных свойств естественной оболочки природной среды используют формирование барьерной зоны. По изобретению США /патент N 3925992, кл. G21F 9/24 1980 г./ отходы укладывают в упаковочные контейнеры c защитной оболочкой, которые размещают в полости в скале или горной выработке /или патент Швеции N 412657, кл. G21F 9/24 1980 г./. Для формирования барьерной зоны в пространство между контейнером и скалой вводят различные наполнители. Состав наполнителей может быть различным: это битум или бентонит, пластичный материал, аналогичный глине, пористая масса, содержащая окись магния или аммония /или карстенит/. Однако поскольку материалы изготавливаются в среде, отличной от среды эксплуатации защитной оболочки, изменение состояния среды отрицательно сказывается на свойства оболочки, в результате надежность и долговечность защиты не гарантируются.

Техническое решение по повышению надежности хранения за счет предотвращения в аварийной ситуации утечки радиоактивных отходов и создания более благоприятных условий для постепенного угасания активности вредных веществ осуществлено в изобретении по патенту РФ N 2002323, кл. G21F 9/24, 1991 г. которое является наиболее близким к предложенному способу, т.е. прототипом. Указанный эффект достигается за счет новых образований защитной оболочки с формируемой в месте захоронения барьерной зоной. Способ характеризуется тем, что отходы укладываются в упаковочные контейнеры с защитной оболочкой, размещают их в подземные емкости, формируя барьерную зону. Контейнеры размещают в естественную лавовую трубу или выемку в районах трещинного вулканизма в зоне вечной мерзлоты, причем в качестве защитной оболочки используют лавово-пирокластическую толщу базальтового состава, окружающую контейнеры в месте размещения. Для формирования барьерной зоны используют многослойный заполнитель: первый слой из глины, второй из микропористого материала /шлак, пемза, пепел/, третий из валунника, а четвертый из торфа. Первый слой глину, изготовленную из мелкодисперсного теплового материала, и второй слой пропитывают кремнийсодержащими реагентами, которые уплотняются под действием тепла и влаги.

В данном случае естественная оболочка является физической и выполняет роль искусственной оболочки, которая, хотя защищает окружающую среду от физического и химического воздействия на нее содержащимися в ней отходами, сама подвержена физическому и химическому разрушению, в этом случае для защиты используются лишь ее физические свойства. Кроме того, действия, осуществляемые для формирования чередующихся слоев такой защитной оболочки, являются трудоемкими и дорогостоящими.

Таким образом используемое во всех известных технических решениях физическое ограждение не может обеспечить эффективную защиту, особенно в экстремальных условиях /аварийных ситуациях, катастрофах/.

Указанное размещение отходов в природные зоны, особенно в литосферу /океанические глубины/, отрицательно влияет на окружающую среду, в том числе биосферу, вопрос только во времени и масштабе проявления. Достаточно точно предвидеть последствия известных способов хранения невозможно.

Задачей предложенного способа хранения вредных отходов является увеличение надежности и долговечности хранения, а также упрощение и удешевление операций, проводимых для хранения отходов, снижение трудоемкости при возможном их извлечении. Для решения указанной задачи в качестве естественной защиты окружающей среды от вредного воздействия свойств отходов используются природные зоны в пределах геохимических аномалий, геохимический спектр которых соответствует химическому составу отходов. Отходы помещают в контейнеры с защитной оболочкой, которые размещают в выбранные местонахождения указанных природных зон, например в существующие горные выработки отработанных или законсервированных месторождений того же геохимического типа. Выбор местонахождения для предназначенных для хранения отходов производится по классификатору свойств отходов и характеристик природных зон, устанавливая критерий их геохимического соответствия, принимают решение о размещении отходов в соответствующее место хранения.

В качестве естественных зон-полигонов хранения могут быть использованы широкораспространенные в рудных районах геохимические аномалии, представляющие собой участки коренных рудовмещающих пород /или перекрывающих их рыхлых отложений/ с повышенными концентрациями тепломорфных для данного типа орудения химических элементов.

Техническим результатом является резкое уменьшение экологического ущерба от вредных отходов. Окружающая среда мест хранения природа во всех ее проявлениях /участок литосферы, заключающий это место хранения, растительность и животный мир/ уже адаптирована по отношению к подобным геохимическим аналогам, будь это токсичные или радиоактивные отходы. Для проведения работ по хранению отходов в типомерных геохимических зонах не требуется проведения дополнительных разрушающих природу работ, т.к. используются уже пройденные горные выработки. Трудоемкость и стоимость операций резко снижены по сравнению с существующими в известных способах.

Предложенный способ хранения вредных отходов, в частности радиоактивных и токсичных, заключается в том, что отходы заключаются в упаковочные контейнеры, выполненные с защитной оболочкой, которые транспортируют в природные зоны хранения в пределах геохимических аномалий, геохимический спектр которых соответствует химическому составу отходов, например, в существующие горные выработки отработанных или законсервированных месторождений того же геохимического типа. В частности, для хранения отходов, содержащих повышенные концентрации ртути, в качестве места хранения могут быть выбраны подземные горные выработки месторождений ртути, уже отработанных или находящихся на стадии консервации. Для радиоактивных отходов это соответственно месторождения урана и других радиоактивных элементов. Основным критерием соответствия вида отходов местам хранения является их геохимическое соответствие друг другу. Район с определенной зараженностью каким-либо элементом природный геохимический ореол рассеяния данного элемента может быть предназначен для складирования отходов аналогичного геохимического свойства.

Определение местонахождения для хранения отходов осуществляют с помощью информационно-поисковой системы, банк данных которой содержит сведения об отходах с их свойствами и местонахождениях с их характеристиками. Классификация этих сведений разработана на единой научно-технолого-геологической /геохимической/ основе. Обработка данных производится по признакам геохимического соответствия свойств отходов и условий хранения, причем в первую очередь обрабатываются данные по отработанным или законсервированным месторождениям. После установления критерия соответствия принимается решение с помещении отходов в выбранное место хранения.

Месторождения как объекты хранения особенно благоприятны при условии, что геохимическая обстановка данного месторождения в первую очередь, а также другие его параметры /гидрогеологические, горно-технические и др./ соответствуют химико-технологическим свойствам отходов. Такое соответствие увеличивает безопасность хранения отходов. Местами хранения могут быть также районы с определенной зараженностью предназначенным для хранения элементом - природным геохимическим ореолом рассеяния данного элемента.

На каждое местонахождение для хранения выдаются соответствующей разрешающей /сертификационной/ организацией паспорт и лицензия, в которых оговариваются все условия хранения, в том числе система контроля за состоянием местонахождения хранения в режиме мониторинга и срок хранения. По мере получения новых технологических, технических, геологических и других данных и решений паспортные и лицензионные условия мест хранения корректируются.

По истечении заданного времени отходы подвергаются переработке или осуществляют дальнейшее хранение их с определением места, условий и времени дальнейшего хранения.

Банк данных помимо сведений об отходах и условиях их хранения /мест хранения/ содержит данные о технологиях переработки отходов. Такой банк позволяет организовать автоматическую поисковую систему, предназначенную для использования известных или разработки новых технологий переработки отходов.

Способ позволяет резко повысить надежность хранения вредных отходов и эффективность охраны окружающей среды от воздействия их свойств. Полиэлементный характер рудных месторождений и сопровождающих их многочисленных геохимических аномалий позволяет использовать их для хранения различных по составу отходов, содержащих в повышенных концентрациях не только ведущий для данного типа орудения элемент, но и его элементы-спутники. Вместилище для хранения вредных отходов само является результатом мощного природного загрязнения и в связи с этим менее уязвимым для техногенного загрязнения, менее мощного, чем природное.

Формула изобретения

Способ хранения химически вредных отходов, заключающийся в том, что отходы в контейнерах размещаются в природных зонах хранения в пределах геохимических аномалий, геохимический спектр которых соответствует химическому составу отходов.