Решение экологических проблем Теченского каскада водоемов на ПО "Маяк"

Б.В.Гусаков, А.В.Демин, М.И.Завадский, В.И.Калинкин, А.В.Кирсанов, Н.П.Шафрова, ФГУП «ГИ «ВНИПИЭТ»

При отсутствии возможности прекратить эксплуатацию водоемов ТКВ и осуществить их ликвидацию, в условиях работающего комбината, основная концепция обеспечения нормальной экологической обстановки в районе ПО «МАЯК» заключается в реализации следующих мероприятий:

1 этап – прекращение сбросов в водоемы-хранилища ЖРО.

2 этап – обеспечение стабилизации уровня воды в каскаде водоемов на длительную перспективу (на период полной реабилитации территории ТКВ)

3 этап – вывод из эксплуатации и консервация водоемов-хранилищ ЖРО и реабилитация территорий, подверженных их влиянию

Работа по этапу 1 проводится в соответствии с «Комплексным планом мероприятий по обеспечению решения экологических проблем, связанных с текущей и прошлой деятельностью ФГУП «ПО «МАЯК», утвержденным Министром по атомной энергии Российской Федерации, Приказ № 293 от 25.06. 2003г.

Целью настоящего доклада является презентация предварительных результатов технико-экономической оценки двух вариантов стабилизации уровня воды в Теченском каскаде водоемов (ТКВ), обеспечивающих его безопасную на протяжении десятилетий эксплуатацию для территорий, расположенных ниже замыкающей плотины П-11, а для ФГУП «ПО «МАЯК» - решение основных экологических проблем:

I вариант – сооружение нового ядерного источника, предназначенного, наряду с выработкой энергии, для испарения дебалансных вод ТКВ;

II вариант – создание установок принудительной очистки дебалансных вод ТКВ.

Искусственные водоемы В-3, В-4, В-10 и В-11, образующие ТКВ, были созданы путем перекрытия речного стока р. Теча земляными плотинами. Водоемы В-3 (Кокшаровский пруд) и В-4 (Метлинский пруд) существовали до образования ФГУП «ПО «МАЯК», водоемы В-10 и В-11 были созданы в верховьях р. Теча в 50-60-х годах прошлого столетия с целью локализации и хранения в них больших объемов жидких низкоактивных отходов. Всего за время существования ТКВ в искусственные водоемы р. Теча было сброшено РАО общей активностью 337 тыс.Кюри.

Рис. 1. Ситуационный план ТКВ

Таблица 1. Общая характеристика водоемов

* - Система высот Балтийская
**- Водоемы В-9 (оз. Карачай) и В-17 (Старое Болото) в настоящее время ликвидируются способом засыпки

Среднегодовой объем притока в водоем В-11 за период наблюдений с 1969г. по 2004г. составил 5,95 млн. м3/год, что привело к приближению фактического уровня к пороговому значению.

Среднестатистические значения водных балансов водоема В-11, полученных за многолетний период расчетным путем и по натуральным наблюдениям ФГУП «ПО «МАЯК» за изменениями уровня воды в ТКВ, показали достаточно близкие результаты оценок по обоим методам. Величина прироста объема воды в водоеме В-11 находится в пределах 5,71 и 5,95 млн. м3/год.

При расчете водного баланса водоема В-11, кроме среднего многолетнего притока дебалансных вод в данный водоем, дополнительно учтено увеличение объема поступления вод в водоем В-11 до 6 млн. м3/год. Последний объем воды может оставаться в водоеме и после принятия мер по прекращению фильтрации из водоема в левобережный и правобережный каналы.

Таким образом, любая технологическая установка (выпарная, сорбционной очистки или атомный источник), размещаемая на водоеме В-10 и предназначенная для стабилизации уровня воды в водоеме В-11, должна рассчитываться на дополнительное испарение около 12 млн. м3/год воды.

Технические предложения по стабилизации уровня воды в ТКВ на долгосрочный период разработаны для следующих сценариев:

• строительство атомного энергоисточника, для которого в качестве пруда-охладителя конденсаторов турбин используется вода водоема В-1. При этом, с целью снижения удельных инвестиций в энергоисточник, частично используется ранее построенные здания и сооружения ЮАС. Данный сценарий имеет три подварианта:

- АС с двумя энергоблоками с РУ БН-800, вариант 1.1;

- АС с одним энергоблоком с РУ ВВЭР-1000, вариант 1.2;

- АТЭЦ с четырьмя блоками с РУ ВК-300, вариант 1.3.

• строительство установок очистки воды на вновь организуемой площадке на водоеме В-10, использующих источник тепла на органическом топливе, в следующих вариациях:

- очистка воды с использованием дисцилляционной обессоливающей установки ДОУ с доупаркой и отвердением образующегося концентрата, вариант 2.1;

- очистка воды с использованием ДОУ и сбросом в водоем образующегося концентрата, вариант 2.2;

- очистка воды на установках селективной сорбции с предварительным умягчением воды осадительным методом, вариант 2.3;

- очистка воды на установке обратного осмоса с предварительным умягчением воды и упариванием концентрата, вариант 2.4;

- очистка воды на установке обратного осмоса с упариванием концентрата, вариант 2.5;

- очистка воды на установках двухступенчатого обратного осмоса со сбросом концентрата в водоем, вариант 2.6;

- очистка воды на установке двухступенчатого обратного осмоса со сбросом концентрата в водоем при размещении установки на водоеме В-12, вариант 2.7.

Таблица 2. Характеристика вариантов стабилизации уровня воды в ТКВ на долгосрочный период

Варианты стабилизации уровня воды в ТКВ с использованием ядерного энергоисточника

На основании характеристик реакторных установок по расходу воды через конденсаторы турбин, перепаду температур на выходе и входе в водоем-охладитель и, как следствие, расчетных объемов испарения, определено количество энергоблоков АЭС с соответствующей реакторной установкой, обеспечивающих заданное испарение воды в водоеме-охладителе.

Таблица 3. Объемы дополнительного испарения для различных типов реакторных установок

Технико-экономические показатели 2-х-блочной АС с РУ БН-800 по варианту 1.1 определены на основании проекта Южно-Уральской электростанции, выполненного ФГУП «ГИ «ВНИПИЭТ».

Расчет технико-экономических показателей АС с РУ ВВЭР-1000 по варианту 1.2 выполнен с использованием материалов отчета о НИР «Технико-экономические исследования строительства на Южно-Уральской АС энергоблоков с реакторной установкой ВВЭР-1000», выполненного ФГУП «ГИ «ВНИПИЭТ».

В работе использованы результаты сравнительного анализа технико-экономических показателей энергоблоков с РУ БН-800 и РУ ВВЭР-1000, а также основные направления модернизации проекта IV блока БАЭС с реакторами БН-800, предоставленные ФГУП «СПбАЭП».

Расчет технико-экономических показателей АС с РУ ВК-300 по варианту 1.3 приняты по данным обоснования инвестиций в строительство АТЭЦ с 4-мя энергоблоками с РУ ВК-300 в Архангельской области, разработанным ФГУП «НИКИЭТ».

В затратах для ядерных энергоисточников учтены мероприятия, обеспечивающие работу водоема В-10, как пруда – охладителя, а также мероприятия по его подпитке в маловодный период.

Таблица 4. Технико-экономические показатели вариантов стабилизации уровня воды в ТКВ с использованием ядерного энергоисточника в ценах 2004 г.

Исходя из технологических преимуществ и как в наибольшей мере отвечающий перспективам развития атомной энергетики, в качестве ядерного энергоисточника для стабилизации уровня воды ТКВ, решения экологических проблем с одновременным решением электро- и – теплоснабжения региона рекомендуется продолжение строительства АС с РУ БН-800. В случае выбора варианта строительства с данным типом РУ на следующей стадии проектирования необходимо учитывать последние проработки, выполненные Главным конструктором РУ, а также материалы СПб «Атомэнергопроект» по Белоярской АС.

Варианты стабилизации уровня воды в ТКВ с использованием неядерного энергоисточника

Каждая из предложенных технологических схем обеспечивает снижение содержания радионуклидов в очищенной воде до величин ниже уровня вмешательства и удаление химических элементов до норм сброса в открытые водоемы. Установки по переработке дебалансной воды размещаются на водоеме В-10 вблизи промплощадки, на которой предполагалось разместить ЮАС.

Независимо от того какая из схем будет принята для дальнейшего проектирования, необходимым условием ее реализации будет являться создание стендовой установки на реальной воде водоема В-10 для проверки, отработки и при необходимости корректировки предлагаемых технических решений.

Система очистка воды с использованием опреснительных установок типа ДОУ с доупаркой и отверждением образующегося концентрата (вариант 2.1.) состоит из следующих блоков:

- блок реагентного умягчения исходной воды в вихревом реакторе с подачей в него растворов извести и соды;

- блок контактной коагуляции на поверхностях фильтрующей загрузки осветлительных фильтров с загрузкой из антрацита с предварительным вводом раствора коагулянта (сульфата железа);

- блок упаривания умягченной воды на установках ДОУ-550/15 ГП;

- доупаривание концентрата на установке ДОУ-145/10 ПЦ;

- блок цементирования кондиционированных РАО.

Для предотвращения интенсивного отложения накипи при концентрировании в ДОУ исходной воды предусматривается на первой стадии умягчение воды, которое позволит снизить ее солесодержание. Дальнейшая переработка исходной воды предусматривает доупаривание и отверждение образующегося концентрата.

В отличие от варианта 2.1. по варианту 2.2. с целью сокращения объема отвержденного концентрата, направляемого на хранение, рассматривается сброс в водоем образующегося концентрата с исключением из технологической схемы блока упаривания осветленной воды на установках ДОУ-550/15 ГП;

Напрямую селективная сорбция (варианты 2.3, 2.4 и 2.5) не позволяет обеспечить требуемой глубины очистки по Sr90. Поэтому на предварительной ступени очистки предусмотрено умягчение воды осадительным методом и контактная коагуляция, в ходе которых удаляются часть солей жесткости, в том числе стронция. Непосредственно селективная сорбция выполнена двухступенчатой – удаление стронция на слабокислотном катионите и цезия на неорганическом сорбенте.

Система очистки воды селективной сорбцией с предварительным умягчением воды осадительным методом (вариант 2.3) состоит из следующих блоков:

• блока реагентного умягчения исходной воды в вихревом реакторе с подачей в него растворов извести и соды и добавлением мраморной крошки;

• блока контактной коагуляции на поверхностях фильтрующей загрузки (антрацит) осветлительных фильтров с предварительным вводом раствора коагулянта (сульфата железа);

• блока очистки воды на фильтрах с загрузкой из слабокислотного катионита с проведение его периодической химической регенерации раствором серной кислоты;

• блока очистки воды на фильтрах с загрузкой из селективного неорганического сорбента;

• блока цементирования шламов и сорбентов.

Обратный осмос с предварительным умягчением воды осадительным методом (вариант 2.4) рассматривается технологическая схема переработки дебалансных вод, предусматривающая их очистку с использованием одноступенчатой установки обратного осмоса с осадительной технологией на предочистке, аналогичной предыдущему варианту. Для обеспечения минимального коллоидного индекса на входе в обратноосмотическую установку предусмотрена ступень очистки на намывных фильтрах со слоем из порошкового перлита.

По варианту 2.5. рассматривается технологическая схема переработки дебалансных вод, предусматривающая очистку их с использованием двухступенчатого обратного осмоса, состоящая из следующих блоков:

• блока удаления крупных взвесей исходной воды на механических сетчатых фильтрах;

• блока удаления коллоидных примесей на намывных (патронных) фильтрах.

• блока очистки воды на двухступенчатой установке обратного осмоса с предварительным вводом кислоты и ингибитора для предотвращения осадкообразования на поверхностях мембранных элементов;

• блока удаление свободной углекислоты из очищенной воды на декарбонизаторе;

• блока упаривания концентрата от установки обратного осмоса;

• блока цементирования шламов и кубового остатка.

В отличие от варианта 2.5 по варианту 2.6. с целью сокращения объема отвержденного концентрата, направляемого на хранение, рассматривается сброс в водоем образующегося концентрата с исключением из технологической схемы блока упаривания концентрата от установки обратного осмоса.

Приведенные расчеты показывают, что возможно аккумулировать дебалансные воды в водоем В-11:

• при наступлении многоводного трехлетнего периода – в течении 3 лет;

• при наступлении среднего по водности периода – до 10 лет.

Для возможности продления времени приема дебалансных вод в водоем В-11 в случае задержки ввода в эксплуатацию выбранного варианта установки стабилизации уровня воды, может потребоваться контролируемый сброс воды из водоема В-11 через аварийный водосброс и строительство плотины П-12 с организацией нового водоема В-12.

Дополнительный вариант 2.7 предусматривает строительство буферного водоема (В-12) с размещением рядом с ним установки двухступенчатого обратного осмоса со сбросом очищенной воды в ЛБК и далее в р. Теча, а концентрата в водоем В-12 емкостью около 30 млн. м3. В зависимости от водности периода это позволит продлить срок приема дебалансных вод в В-11 от 1 до 5 лет.

Размещение установки в районе вновь создаваемого водоема В-12 позволит:

• регулировать уровень воды в водоемах ТКВ;

• уменьшить объемы вторичных отходов по сравнению с размещением установки сорбционной очистки на водоеме В-10.

Анализ предложенных технологий позволяет сделать следующие выводы:

• установки по упариванию воды более энергоемкие, включая электроэнергию и пар (варианты 2.1 и 2.2) по сравнению с очисткой воды;

• необходимость предварительного умягчения воды с целью защиты оборудования выпарных установок от солей жесткости (варианты 2.1 и 2.2) или с целью обеспечения необходимой глубины очистки при селективной сорбции (вариант 2.3) и одноступенчатом обратном осмосе (вариант 2.4) приводит к значительным затратам химических реагентов и, как следствие, к большому объему твердых отходов;

• схемы с доупаркой и отверждением концентратов после ДОУ (вариант 2.1) или обратного осмоса (варианты 2.4 и 2.5) обуславливают большие расходы цемента и объемы хранимых ТРО.

Наилучшие совокупные показатели (наименьшее энергопотребление, затраты химреагентов, расходы цемента и объемы ТРО) имеет технологическая схема двухступенчатого обратного осмоса со сбросом рассола в водоем (вариант 2.6). Несомненным достоинством варианта 2.6 является более высокое качество очищенной воды по сравнению с другими вариантами, что позволяет вернуть ее в оборот и использовать в технологических целях предприятия, тем самым может быть сокращен забор воды из чистых источников.

В таблице 5 приведены результаты экономических расчетов для четырех, наиболее предпочтительных вариантов очистки.

Таблица 5. Техническая характеристика вариантов стабилизации уровня воды в ТКВ с использованием неядерного источника теплоснабжения

Таблица 6. Технико-экономические показатели вариантов стабилизации уровня воды в ТКВ с использованием неядерного энергоисточника в ценах 2004 г., млрд. руб.

Затраты на осуществление указанных мероприятий являются дополнительными затратами по всем вышеперечисленным вариантам стабилизации уровня воды в ТКВ.

Таблица 7. Сравнение технико-экономических показателей наиболее предпочтительных вариантов стабилизации уровня воды в ТКВ в ценах 2004 г., млрд. руб.

Выполненное технико-экономическое сравнение рассмотренных вариантов стабилизации уровня воды ТКВ позволяет сделать следующие выводы.

Наиболее быстро и с меньшими затратами, эта проблема может быть решена при выполнении следующих работ:

1. Реализация первоочередных мероприятий по гидротехническим сооружениям в соответствии «Комплексным планом Росатома…» в объеме инвестиций 706 млн. руб.

2. Строительство установки по очистке дебалансной воды с двухступенчатой схемой обратного осмоса со сбросом концентрата в водоем В-10, а очищенной воды в левобережный канал и цементирование шламов. Общая стоимость создания установки – 2,3 млрд. руб.

По материалам Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии»

назад

Материалы из архива

8.2008 Дайджест за июль 2008 г. от РНЦ «Курчатовский институт»

Глава «Росатома» о мировой ядерной энергетикеВ статье, опубликованной в немецкой газете «Frankfurter Algemeine  Zeitung» генеральный директор ГК «Росатом» С. Кириенко заявил:· Продовольственный кризис, глобальное потепление и неравномерное распределение ресурсов для развития частично являются результатом энергетического дефицита и вызванного им роста цен на энергию.

11.2009 Инвестиционные решения

А.Б.Крутик, д.э.н., профессор,  Заслуженный деятель науки РФ; Никольская Е.Г. , к.э.н, Решетова М.В., к.э.н.,  Санкт-ПетербургСоздание новых и реконструкция старых предприятий, строительство жилья, других объектов социальной сферы, создание новых рабочих мест зависит от процесса инвестирования. Источником инвестиций являются сбережения, представляющие собой располагаемый доход за вычетом расходов на личное потребление.Инвестиции будут выгодны только в том случае, когда ставка банковского процента не превышает ожидаемой нормы прибыли, иначе инвестору выгоднее размещать свои средства на банковских счетах.

7.2009 Условие получения зарубежных заказов на АЭС - льготные госкредиты

С.В.Кириенко, глава госкорпорации "Росатом"фрагмент стенограммы выступлений на Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономикиУважаемый Дмитрий Анатольевич! Уважаемые коллеги! В первую очередь мы представили слайд (материалы у всех членов комиссии есть и в руках, и на экране), который демонстрирует, насколько быстрее растёт потребление всех энергоресурсов, особенно электроэнергии, в сравнении с ростом населения.