Источники появления радиоактивных и токсичных отходов

Введение
Значительной экологической проблемой современного мира является образование и дальнейшие операции с радиоактивными и токсичными отходами.Развитие человечества в ХХI веке немыслимо без такого источника энергии, каковым является атомное ядро. Атомная энергия не имеет альтернативы во многих сферах деятельности человека. При этом утилизация радиоактивных отходов является важным фактором обеспечения безопасности жизнедеятельности людей.Актуальность данной работы обуславливает тот факт, что обеспечение радиационной безопасности населения во многих странах возведено в ранг государственной политики после принятия концепции беспорогового воздействия радиации на здоровье человека.Развитие промышленности, использование синтетических материалов, топлива, химических веществ способствует увеличению количества отходов, которые наносят существенный урон экологии. Основные эпицентры загрязнения экологии - это крупные города, центры промышленности, которые являются источниками токсичных и радиоактивных отходов.Цель работы: исследование проблем обращения, хранения, захоронения и переработки радиоактивных и токсичных отходов.Задачи:Изучить понятия, классификацию и источники появления радиоактивных и токсичных отходов.Рассмотреть способы обращения, захоронения и переработки отходов.Выявить проблемы, связанные с РАО и токсичными отходами.Понятие, классификация и источники появления радиоактивных и токсичных отходовРадиоактивными отходами (РАО) называются вещества в любом агрегатном состоянии, не подлежащие дальнейшему использованию, в которых содержание радионуклидов превышает уровни, установленные федеральными нормами. Радиоактивные отходы – побочные продукты технической деятельности, образующиеся на всех этапах атомной энергетики; а также при производстве, использовании и уничтожении ядерного оружия, при производстве и применении радиоактивных изотопов. РАО локализованы в относительно небольшом объеме, что принципиально отличает их от радиоактивных выбросов [8, с. 56]. Радиоактивные отходы представляют собой смесь стабильных химических элементов и радиоактивных осколочных и трансурановых радионуклидов. Осколочные элементы с номерами 35-47; 55-65 являются продуктами деления ядерного топлива. В масштабах страны ежегодно только на энергетических реакторах АЭС вырабатывается 100 т осколочных элементов. Опасность ионизирующего излучения для живых организмов заключается в том, что гамма-кванты, альфа- и бета-частицы, проходя сквозь клетки и ткани живых организмов, способны передавать им свою энергию, разрывая химические связи внутри молекул и вызывая изменения в их структуре.Классификационные признаки РАО по времени жизни приведены в таблице 1.Класс радионуклидаПериод полураспадаКороткоживущиеМенее 1 годаСреднеживущие1–100 летДолгоживущиеБолее 100 летТаблица 1. Классификация РАО по времени жизниПо агрегатному состоянию РАО подразделяются на жидкие, твердые и газообразные.К газообразным РАО (ГРО) относят возникающие при производственных процессах и не подлежащие использованию радиоактивные газы и аэрозоли с объемной активностью, превышающей допустимую объемную активность. Это радон и пыль в горных выработках, радиоактивные газы, образованные при работе АЭС: 3Н, 85Kr, 14С и т. п. К жидким РАО (ЖРО) относят не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, удельная активность которых более чем в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой [2, с. 96].Из всех видов РАО наиболее распространены ЖРО. Так, на реакторе типа РБМК образуется около 100 тыс. м3 в год, ВВЭР – 40 тыс. м3 в год. При переработке ТВЭЛов их выдерживают в отстойниках примерно три года (при этом активность снижается примерно в 1000 раз), а затем на радиохимических заводах их измельчают и растворяют в горячей азотной кислоте. При этом образуется 10%-ный раствор ЖРО. Таких отходов в России за год накапливается 1000 т.К твердым РАО (ТРО) относят не предназначенные для дальнейшего использования материалы, изделия, оборудование, биологические объекты, грунт, а также утвержденные ЖРО, удельная активность которых больше значений, приведенных в приложении П-4 НРБ-99. Основной источник ТРО – побочные продукты технической деятельности на всех этапах атомной энергетики – от производства топлива до работы ядерных установок.По удельной активности ТРО и ЖРО подразделяют на три категории – низко-активные (НАО), среднеактивные (САО) и высокоактивные (ВАО).Классификация жидких и твердых отходов по уровню активности представлена в таблице 2.Категория отходовУдельная активность, кБк/кгТрансурановые-излучающие ра-дионуклиды (исключая трансурановые)-излучающие радионуклидыНАОМенее 101Менее 101Менее 103САО101-105102-106103-107ВАОБолее 107Более 106Более 107Таблица 2. Классификация жидких и твердых отходов по уровню активностиТоксичные отходы - промышленные отходы, в состав которых входят вредные вещества, которые при прямом или опосредованном контакте с организмом человека могут вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья как в процессе контакта с ними, так и в отдельные сроки жизни и последующих поколениях и вызвать отрицательные изменения в объектах окружающей среды [5, с. 109].Классификация отходов.Отходы различаются:по происхождению:отходы производства (промышленные отходы);отходы потребления (коммунально-бытовые).по агрегатному состоянию:твёрдые;жидкие;газообразные.В Российской Федерации выделяют следующие классы опасности для окружающей природной среды:1й - чрезвычайно опасные;2й - высоко опасные;3й - умеренно опасные;4й – малоопасные;5й - практически неопасные.Для примера можно привести класс опасности некоторых химических веществ, определяемый расчетным методом [3, с. 38]:наличие в отходах ртути, сулемы, хромовокислого калия, треххлористой сурьмы, бензпирена, оксида мышьяка и других высокотоксичных веществ позволяет отнести их к первому классу опасности;наличие в отходах хлористой меди, хлористого никеля, трехокисной сурьмы, азотнокислого свинца и других, менее токсичных веществ дает основание отнести эти отходы ко второму классу опасности;наличие в отходах сернокислой меди, щавелевокислой меди, хлористого никеля, оксида свинца, четыреххлористого углерода и других веществ позволяет отнести их к третьему классу опасности;наличие в отходах сернокислого марганца, фосфатов, сернокислого цинка, хлористого цинка дает основание отнести их к четвертому классу опасности.Источники возникновения токсических отходов разнообразны: Основные потоки потенциально токсичных веществ возникают в результате различной хозяйственной деятельности человека. Источниками химического загрязнения биосферы стали практически все промышленные предприятия, транспорт, все более или менее крупные населенные пункты, зоны отдыха, крупные животноводческие комплексы, территории, занятые пахотными землями. Подавляющая часть отходов образуется в городах, где проживает большая часть населения земли и сконцентрирована основная масса различных производств.Способы обращения, захоронения и переработки отходов радиоактивных и токсичных отходовОсновная цель при обращении с радиоактивными отходами - охрана здоровья человека и обеспечение безопасности для окружающей среды, как в настоящее время, так и для будущих поколений. Для достижения этой цели МАГАТЭ сформулировало ряд принципов [10, с. 227]:Защита здоровья человека. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень защиты здоровья человека.Охрана окружающей среды. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы обеспечить приемлемый уровень охраны окружающей среды.Защита за пределами национальных границ. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы учитывались возможные последствия для здоровья человека и окружающей среды за пределами национальных границ.Защита будущих поколений. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы предсказуемые последствия для здоровья будущих поколений не превышали соответствующие уровни последствий, которые приемлемы в наши дни.Бремя для будущих поколений. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется таким образом, чтобы не налагать чрезмерного бремени на будущие поколения.Национальная правовая структура. Обращение с радиоактивными отходами осуществляется в рамках соответствующей национальной правовой структуры, предусматривающей чёткое распределение обязанностей и обеспечение независимых регулирующих функций.Контроль за образованием радиоактивных отходов. Образование радиоактивных отходов удерживается на минимальном практически осуществимом уровне.Взаимозависимости образования радиоактивных отходов и обращения с ними. Надлежащим образом учитываются взаимозависимости между всеми стадиями образования радиоактивных отходов и обращения с ними.Безопасность установок. Безопасность установок для обращения с радиоактивными отходами надлежащим образом обеспечивается на протяжении всего срока их службы.Основные стадии обращения с радиоактивными отходами [1, с. 43]:Сбор и сортировка РАО - осуществляется в местах их образования и/или переработки с учетом радиационных, физических и химических характеристик в соответствии с системой классификации отходов и с учетом методов последующего обращения с ними. Сортировка первичных жидких и твердых РАО направлена на разделение отходов по различным категориям и группам для переработки по принятым технологиям и для подготовки к последующему хранению и захоронению.Переработка и/или кондиционирование РАО - осуществляются для повышения безопасности обращения с ними за счет уменьшения их объема и перевода в форму, удобную для безопасной транспортировки, хранения и захоронения.Хранение РАО - осуществляется раздельно для отходов разных категорий и групп в сооружениях, обеспечивающих безопасную изоляцию отходов в течение всего срока хранения и возможность последующего их извлечения.Транспортирование РАО - предусматривает их безопасное перемещение между местами их образования, переработки, хранения и захоронения с использованием специальных грузоподъемных и транспортных средств.Захоронение РАО - направлено на их безопасную изоляцию от человека и окружающей среды в течение периода потенциальной опасности содержащихся в РАО радионуклидов.Захоронение РАО.В течение долгого времени ученые сравнивали варианты избавления от РАО. Главная идея - их надо поместить в такое место, чтобы они не могли попасть в окружающую среду и нанести вред человеку. Рассматривались варианты: захоронить РАО в глубоких океанических впадинах, в донных осадках океанов, в полярных шапках; отправлять их в космос; закладывать их в глубокие слои земной коры. В настоящее время общепринято, что оптимальный путь - захоронение отходов в глубоких геологических формациях. Понятно, что РАО в твердой форме менее склонны к проникновению в окружающую среду (миграции), чем жидкие РАО. Поэтому предполагается, что жидкие РАО будут вначале переводиться в твердую форму (остекловываться, превращаться в керамику и т.п.). Тем не менее, в России все еще практикуется закачка жидких высокоактивных РАО в глубокие подземные горизонты (Красноярск, Томск, Димитровград) [4, с. 99].В настоящее время принята так называемая «многобарьерная» или «глубоко эшелонированная» концепция захоронения. Отходы сперва сдерживаются матрицей (стекло, керамика, топливные таблетки), затем многоцелевым контейнером (используемым для транспортировки и для захоронения), затем сорбирующей (поглощающей) отсыпкой вокруг контейнеров и, наконец, геологической средой.Переработка РАО.В России переработку РАО и множество других услуг оказывает российский государственный холдинг, объединяющий более 360 предприятий атомной отрасли Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом". Это специализированная организация, профессионально занимающаяся обращением с радиоактивными отходами (РАО) в масштабах всей страны. Предприятие оказывает полный комплекс услуг в области обращения с радиоактивными отходами, включая сбор, транспортирование, переработку, кондиционирование, хранение отходов низкого и среднего уровня активности, а также обращение с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами, накопленными в процессе деятельности Военно-Морского Флота и образующимися при утилизации атомных подводных лодок и надводных кораблей с ядерными энергетическими установками [6, с. 207].Переработка твердых радиоактивных отходов (ТРО) проходит в несколько этапов:СортировкаПрессование (для уменьшения объема прессуемых ТРО)Цементирование (для кондиционирования сыпучих ТРО)Сжигание (для значительного уменьшения объема сжигаемых органических ТРО)Плавление (для уменьшения объема загрязненной теплоизоляции)Переработка жидких радиоактивных отходов (ЖРО)Выпаривание (концентрирование) - используется для уменьшения объема ЖРО. При использовании выпарных аппаратов может происходить уменьшение исходного объема в 20-100 раз.Концентрат в дальнейшем отверждается различными методами:Ионный обмен - очистка ЖРО происходит за счет прохождения ЖРО через ионообменную смолу.Ультрафильтрация, обратный осмос, электродиализ и т.п. - метод основан на принципе фильтрации через тонкую или полупроницаемую мембрану. Широко используется не только для радиоактивных отходов, но и в промышленности, и даже в бытовых фильтрах воды.Цементирование - включение ЖРО (часто - после концентрирования) в цементную матрицу, иногда - совместно с твердыми РАО. Также в матрицу включаются специальные добавки - сорбенты и др [5, с. 358].Остекловывание - включение солей из ЖРО в стеклоподобную матрицу.Основными направлениями обращения токсичных отходов являются:захоронение на полигонах и свалках;переработка конкретных твердых отходов по заводской технологии;совместное сжигание отходов химических производств с городским мусором;пиролиз и раздельное сжигание в специальных печах;использование отходов химических производств как готового материала для других технологических процессов (в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и др.).Утилизация производственных отходов обычно может идти по двум направлениям: разделение на компоненты с последующей переработкой всех или некоторых из них различными методами; придание ТПО нужного вида, могущего обеспечить в дальнейшем возможность утилизации.Наиболее распространенными методами переработки являются:сортировка (для чего используются грохочение, гидравлическая классификация и воздушная сепарация);уменьшение размеров кусков, частиц (помол, дробление);увеличение размеров частиц (высокотемпературная агломерация, брикетирование, таблетирование, гранулирование);термическая обработка;смешение;обогащение (флотация, отсадка, магнитная и/или электрическая сепарация);выщелачивание (экстрагирование);растворение;кристаллизация и т. д.Главным направлением в устранении или снижении вредного воздействия на окружающую среду токсичных отходов промышленности является их повторное использование в производственных циклах, то есть организация малоотходных производств. Тем не менее для нейтрализации таких отходов часто устраивают специальные сооружения, которые могут находиться как в пределах территории самого предприятия, так и вне. В последнем случае токсичные промышленные отходы могут складироваться, перерабатываться и нейтрализовываться централизованно на полигонах и станциях переработки и нейтрализации. Полигоны устраивают двух видов: для обезвреживания одного вида отходов только захоронением или химическим способом, а также комплексные. Захоронение промышленных отходов осуществляют в котлованах глубиной до 10-12 м в специальной таре, например, стальных бочках. Их размещают в котлованах и железобетонных резервуарах (особо вредные отходы) [2, с. 74].Земельные участки, выбранные для полигонов, должны отвечать следующим требованиям: размещаться с подветренной стороны по отношению к населенным пунктам и зонам отдыха; находиться ниже мест водозаборов питьевой воды, рыбоводных хозяйств, мест нереста, массового нагула и зимовальных ям рыбы; состоять из слабофильтрующих грунтов (глины, суглинков, сланцев и т.п.); залегание грунтовых вод при их наибольшем подъеме должно быть не менее 2 м от нижнего уровня захороняемых отходов.Запрещается размещать полигоны по обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных отходов в заболоченных местах, на территориях зеленых зон городов, на землях, занятых лесами или предназначенных для лесоразведения, в зонах санитарной охраны курортов, в зоне питания подземных источников питьевой воды, в зонах оползней, селевых потоков, снежных лавин и т.п.Размещение токсичных промышленных отходов под землей является пока одним из наиболее перспективных способов избавления от тех из них, которые не могут быть утилизированы или полностью уничтожены путем сжигания, а при накоплении их на земной поверхности представляют реальную опасность для биосферы.Проблемы, связанные с РАО и токсичными отходамиРассмотрев понятия радиоактивных и токсичных отходов и основные направления обращения с ними, можно сделать вывод что, несмотря на то, что и те и те отходы сильно отличаются по своему составу, источнику происхождения и другим характеристикам, вред, который они могут нанести здоровью человека, и проблемы, возникающие при обращении с ними, схожи [9, с. 339].Итак, рассмотрим проблемы, возникающие при захоронении РАО. Первая проблема, с которой можно столкнуться - это выбор площадки для захоронения. Например, в США ни один штат не хочет, чтобы общегосударственное захоронение размещалось на его территории. В настоящее время в России все еще можно изучать площади, не ощущая значительного давления местных властей (если не предлагать при этом размещать захоронение вблизи городов!). Но по мере усиления реальной независимости регионов и субъектов Федерации ситуация будет смещаться в сторону ситуации США.Предположим, что первый этап позади и площадка выбрана. Надо ее изучить и дать прогноз функционирования захоронения на 10 тысяч лет (именно такие нормативы большинства стран, которые предусматривают обеспечение безопасности отходов на срок 10 тысяч лет. Тут появляется новая проблема.Неразработанность метода. Геология - описательная наука. Отдельные разделы геологии занимаются предсказаниями (например, инженерная геология предсказывает поведение грунтов при строительстве и т.п.), но никогда еще перед геологией не ставилась задача предсказать поведение геологических систем на десятки тысяч лет. Из многолетних исследований в разных странах возникли даже сомнения, возможен ли вообще более или менее надежный прогноз на такие сроки. В годы холодной войны на отходы не обращали внимания; они накапливались, хранились во временных контейнерах, терялись и т.п.В целом за годы развития ядерных технологий отходов скопилось очень много. Временные хранилища на многих атомных станциях близки к заполнению, а на военных комплексах они часто находятся на грани выхода из строя «по старости» или даже за этой гранью [3, с. 55].Принятие решений и технологическая сложность проблемы. Проблема захоронения технически чрезвычайно сложна. Поэтому очень важно иметь, во-первых, науку высокого качества, а во-вторых, эффективное взаимодействие между наукой и политиками, принимающими решения.Итак, проблема захоронения требует срочного решения. Осознание этой срочности становится все более острым, тем более что 430 энергетических реакторов, сотни исследовательских реакторов, сотни транспортных реакторов атомных подводных лодок, крейсеров и ледоколов продолжают непрерывно накапливать РАО.Что касается переработки и захоронения токсичных отходов, то складываются похожие проблемы.Первой очень важной проблемой в РФ является то, что предприятий, которые занимаются переработкой токсичных отходов, очень мало. Такой вывод можно сделать из слов генерального директора ФГУПП «Полигона «Красный Бор» Павел Борисович Таукин: «Вообще полигонов, работающих с отходами первого класса опасности, в России немного. Есть один в Самаре, несколько в Зауралье, но они все локальные, маленькие и опасные - нигде нет такого залегания кембрийских глин, которое бы позволило не допустить попадания в воду и почву захораниваемых отходов».Вторая проблема, что даже те предприятия, которые существуют, обрабатывают небольшой объем опасных отходов. Это подтверждает П.Б. Таукин: «В Санкт-Петербурге есть ряд небольших организаций со своими технологиями переработки опасных отходов, и речь обычно идет о небольших объемах» [10, с. 336]. Еще одна проблема - это технически устарелые полигоны. Полигон Красный Бор, куда складируются опасные промышленные отходы, был создан в 60-е годы ХХ века. «Даже разработчики (проекта - ИТАР-ТАСС) говорят, что технология сильно устарела. Плюс был допущен ряд технологических ошибок», - считает глава экологического ведомства. Таким образом, можно сделать вывод, что в РФ существуют предприятия которые занимаются переработкой и захоронением РАО и токсичных отходов, но на этих предприятиях есть ряд проблем, вследствие которых экологическая ситуация становится все хуже. Так как время идет, и количество отходов становится все больше и больше. Но ситуация с РАО выглядит лучше по сравнению с токсичными отходами, так как переработкой и захоронением радиоактивных отходов занимаются на государственном уровне и считают решение этих проблем первостепенными. Несомненно, в этом есть доля правды, но не стоит также забывать и о токсичных отходах, которые также отрицательно влияют на экологию и здоровье людей.
Заключение
Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена, весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только высокорентабельными отраслями и производственными объединениями. Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов - длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Таким образом, можно сделать вывод, что самым правильным решением будет не просто захоронение отходов, а именно их вторичное использование и переработка, а также методы минимизации образования отходов, ведь как гласит народная мудрость: «Чисто не там, где убирают, а там, где не мусорят!»
Библиографический список
Армишева Г.Т., Вайсман Я.И., Коротаев В.Н. Рециркуляция полигонов ТБО: Докл. [Годичная сессия Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии, Москва, 24-25 марта 2013 г.] // Сергеевские чтения. – 2003, с. - 280.Башаркевич И.Л., Ефимова Р.И. Влияние городских свалок на загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами // Экол. геохим. анал. техноген. загрязнения / РАН. Ин-т минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов. - М., 2015, с. - 260 с.Благоволин П.П., Казарицкий В.Д., Киселев Г.В. и др. Трансмутация долгоживущих радиоактивных отходов ядерной энергетики // Атомная энергия. 2016, с. - 320.Богоявленский Р.Г., Рыжов В.А. Мировые тенденции в области современных технологий утилизации твердых промышленных и бытовых отходов // ЭКОС. – 2015, с. – 540.Демина Л.А. Современная экологическая концепция управления отходами «Zero Waste"»// Энергия: экон., техн., экол. – 2015, с.- 190Кедровский О.Л., Шишиц Ю.И., Леонов Е.А. и др. Основные направ-ления решения проблемы надежной изоляции радиоактивных отходов в СССР // Атомная энергия. 2013, с. – 410.Лаверов Н.П., Канцель А.В., Лисицын А.К. и др. Задачи геологиче-ских исследований в связи с проблемой безопасного захоронения ра-диоактивных отходов // Технический прогресс в атомной промышлен-ности. Сер. Горно-металлургическое производство. 2014, с. – 180.Систер В.Г., Мирный А.Н. Современные технологии обезвреживания и утилизации твердых бытовых отходов. - М.: Акад. коммун. хозяйства им. К.Д. Памфилова, 2017, с. – 330.Терещенко П.В. Утилизация твердых бытовых отходов // Докл. ТСХА. Вып.275. - М.: Изд-во МСХА, 2016, с. -270. Чумаков А.Н., Дегтярев В.В., Миньков А.В. Урбанизация и экобезопасность. Региональные проблемы обращения с отходами // Изв. Акад. пром. экол. - 2013. С. – 274.