Rádioaktívne odpady z prevádzky JE a ich vplyv na životné prostredie

Aby sa znížili náklady na skladovanie a ukladanie RAO, a taktiež, aby bola zabezpečená ochrana pred nimi z hľadiska radiačnej bezpečnosti, je potrebné uvedené odpady upravovať. 

Spracovanie RAO je súhrn technologických procesov a postupov vedúcich k transformácii vzniknutých RAO do formy umožňujúcej ich efektívnu úpravu pre účely uloženia pomocou:

• redukcie objemu RAO
• odstránenia a zníženia rádionuklidov z RAO
• zmenou zloženia RAO

Úprava rádioaktívnych odpadov predstavuje činnosti vedúce k zmene ich fyzikálno-chemických vlastností a k vytvoreniu formy vhodnej na bezpečnú manipuláciu s nimi pri skladovaní a ukladaní.

Pevné RAO

Vyhorené jadrové palivo

S vyhoreným jadrovým palivom (VJP) sa v našich jadrových elektrárňach nakladá tak, že po jeho vyňatí z reaktora nasleduje krátkodobé skladovanie v bazéne vyhoreného paliva (3-6 rokov). Za tento čas jeho rádioaktivita poklesne asi na polovicu pôvodnej hodnoty a vyhorené palivo môže byť v špeciálnych kontajneroch transportované do tzv. medziskladu vyhoreného paliva.  Medzisklad vyhoreného paliva je zariadenie, ktoré umožňuje bezpečné skladovanie VJP po dobu až 50 rokov. Za tento čas významne poklesne rádioaktivita paliva a aj produkciu zvyškového tepla už je možno považovať za veľmi nízku. Medzisklady bývajú budované v areáli elektrárne, ale môžu sa nachádzať aj mimo neho.  Konečné štádium je uloženie v hlbinnom úložisku. 

Pevné RAO (okrem VJP)

• lisovanie - hlavným cieľom lisovania pevných RAO je zmenšenie ich objemu. Časť pevných RAO, ktoré vznikajú pri prevádzke JE, možno lisovať do rôznych stupňov. Medzi materiály ľahko lisovateľné sa zaraďuje filtračný papier, penový polystyrén, tkaniny, kartóny, vata, a podobne. K horšie lisovateľným materiálom patria zariadenia z plastov, laboratórne sklo, predmety z tenkých plechov, a podobne.

• spaľovanie pevných RAO - spaľovanie predstavuje veľmi účinný spôsob objemovej ale aj hmotnostnej redukcie pevných a niektorých kvapalných RAO. Pri spaľovaní vzniká popol, čo predstavuje sekundárny rádioaktívny odpad, ktorý sa spracováva metódami ako cementácia, vysokotlaké lisovanie, prípadne vitrifikácia. Spaliny sa z pece odvádzajú cez čistiaci systém rôzneho usporiadania, kde sa vyčistia od aktívnych zložiek a potom sú vypúšťané do komína spaľovne.

• spracovanie nespáliteľných a nelisovateľných pevných RAO - niektoré pevné RAO sú veľmi ťažko spáliteľné a prakticky nelisovateľné. Ide o časť kontaminovaných kovových materiálov a pomerne veľké množstvo plastov na báze PVC. Vhodnou kombináciou zohriatia týchto RAO a následného lisovania, je možno realizovať ich úpravu do prijateľnej formy. Niektoré, najmä organické odpady, je možno likvidovať aj mikrobiologickým rozkladom. Prevádzková jednotka pre takúto úpravu je vybudovaná napríklad pri jadrovej elektrárni Loviisa vo Fínsku.

• spracovanie kovových RAO - pre spracovanie kovových RAO pripadá do úvahy pretavovanie. Pri tomto procese sa dá odseparovať od taveniny troska a pecné plyny obsahujúce prevažnú časť rádionuklidov, obsiahnutých na kontaminovanom kovovom materiáli. V tavenine kovu zostávajú len prvky ako Fe, Co , Ni, Cr, Zn. Štiepne produkty ako Cs, Pu, Am, Cm sa koncentrujú v troske a prechádzajú do pecných plynov kde sa ďalej upravujú. Touto metódou je možné upraviť objem kovov s maximálnou redukciou. Kontaminácia taveniny je spravidla 1000 až 10000-krát nižšia než pôvodného materiálu. V závislosti od hodnôt taveniny je možné produkt taveniny buď uvolniť do životného prostredia ako nerádioaktívny materiál alebo použiť na výrobu kovových predmetov slúžiacich pre potreby jadrových zariadení.
  

Kvapalné RAO

Hlavným cieľom nakladania s kvapalnými RAO je zníženie obsahu rádionuklidov tak, aby bolo možné významnú časť týchto odpadov bezpečne uvoľniť do životného prostredia, určitý objem z nich opätovne použiť, a iba malú časť upraviť do formy vhodnej na uloženie. Kvapalné RAO sa zvyčajne spracovávajú v areáli jadrovej elektrárne na špeciálnych linkách. V prvej etape sa spracujú kontaminované vody a v druhej etape sú upravené koncentráty z prvej etapy.

1. Etapa nakladania s KRAO – spracovanie kontaminovaných vôd

Pre spracovanie kontaminovaných vôd sa v podstate používajú štyri hlavné metódy:

1. odparovanie – najzaužívanejšia separačná metóda. Využíva sa pre spracovanie nízko a stredneaktívnych kvapalných RAO. Zo všetkých metód spracovania kvapalných RAO sa u tejto metódy dosahuje najväčšie zníženie objemu a najúčinnejšia dekontaminácia. Po odparení vody ostávajú pevné ostatky vo forme koncentrovaných roztokov, ktoré obsahujú väčšinu rádionuklidov. V skondenzovanej pare je iba tisícina až milióntina pôvodného množstva rádionuklidov. Výhodou metódy odparovania je aj značná nezávislosť od zloženia kvapalných RAO a dekontaminácia je vo väčšine prípadov možná aj bez ďalších technologických úprav. V JE možno na vyhrievanie odparky ekonomicky využiť odpadovú paru. Čistý kondenzát sa dočisťuje na ionexoch a odvádza do zberných nádrží, kde sa môže ďalej používať ako vratná voda na JE, alebo ho možno vypustiť do životného prostredia.
2. oddelenie pevných častíc - oddelenie a odstránenie pevných častíc z kvapalných RAO sa uskutočňuje pomocou rôznych typov filtrov a odstrediviek. Niekedy sa doplnkovo používa biologická čistiaca metóda, pri ktorej sa využívajú schopnosti niektorých mikroorganizmov kumulovať v sebe rádionuklidy.
3. iónová výmena - pre očistku vody primárneho a sekundárneho okruhu reaktorov, vody z bazénov skladovania vyhoreného paliva a kondenzátu z odpariek sa používajú ióno-výmenné filtre. Iónomeniče predstavujú nerozpustné vysokomolekulárne látky s ionizovateľnou funkčnou skupinou. Tieto látky môžu byť organické i anorganické. Pred iónovou výmenou sú kvapalné RAO čistené na mechanickom filtri a následne prechádzajú cez iónové filtre, kde sa účinne zachytávajú určité typy rádionuklidov. Filtre po nasýtení môžu byť zregenerované, alebo sa spracujú ako pevný RAO.
4. chemické metódy - princíp je v pridávaní zrážacích činidiel (hlinitá a železitá soľ) do kvapalných RAO, pomocou ktorých sa rádionuklidy vyzrážajú a usadia na dne nádrží vo forme nerozpustných solí (precipitácia). Druhou možnosťou je pridanie chemikálií, ktoré vytvoria zrazeninu vo forme vločiek (flokulácia), ktoré viažu rádionuklidy.
   Na rozdiel od metódy odparovania, u chemických metód je dekontaminačný faktor nízky a stupeň oddelenia rádionuklidov nie je dostatočný, čo si vyžaduje nutnosť kombinovať túto metódu s inými účinnejšími postupmi. Výhodou chemických metód sú nízke náklady na ich realizáciu, a preto sa často využívajú vtedy, keď sa vyžaduje iba malé zníženie obsahu rádionuklidov, a keď ide o veľké objemy odpadových vôd.

2. Etapa nakladania s KRAO – úprava koncentrátov

Koncentráty z odparovania kontaminovaných vôd sústredené v kvapalnej forme alebo v použitom filtračnom materiály je potrebné upraviť do chemicky a fyzikálne stabilnej formy, ktorá znižuje možnosť uvoľnenia rádionuklidov pri transporte, skladovaní alebo ukladaní odpadov. Pretransformovanie kvapalnej formy do pevnej sa nazýva solidifikácia. Preto sa kvapalná zložka spracováva do spevňovacej matrice (používa sa cement, bitúmen, sklo), ktorá zabezpečuje pevnú dlhodobo odolnú formu. Využívajú sa tieto metódy:

1. cementácia - metóda je založená na viazaní vody obsiahnutej v kvapalných rádioaktívnych odpadoch v cemente. Kvapalný rádioaktívny odpad sa používa ako zmiešavacia kvapalina na výrobu betónových blokov. Výhody metódy sú v nehorľavosti výsledného produktu, nízkej energetickej náročnosti procesu a v jednoduchej technológii. Nevýhodou je značné zväčšenie objemu výsledného produktu a vylúhovateľnosť.
2. bitúmenácia - spočíva v súčasnom odparení kvapaliny a rozmiešaní suchého zvyšku s roztaveným asfaltom (bitúmenu). Dosahuje sa vyššia objemová redukcia výsledného produktu oproti cementácii a nízka vylúhovateľnosť vo vode. Nevýhodou je horľavosť produktu.
3. polymerizácia je pomerne nová metóda, založená na zabudovaní odpadov do umelých hmôt, ako sú polyester alebo epoxidová živica a tak sa vytvoria nevratne tvrdé materiály. Výhodou metódy je nízka vylúhovateľnosť rádionuklidov a chemická stabilnosť výsledného produktu. Nevýhodou sú vysoké náklady a relatívne zložitá technológia.
4. vitrifikácia - spočíva vo výrobe špeciálnych skiel (kremičitanové alebo bórokremičitanové sklo) alebo sklokeramiky z kvapalného rádioaktívneho odpadu a sklovitých materiálov pri teplote 900 až 1200 °C. Výhodou metódy je veľmi nízka vylúhovateľnosť, vysoká objemová redukcia a mechanická pevnosť výsledného produktu. Nevýhodou je nutnosť využitia pomerne zložitej technológie v porovnaní s bitúmenáciou alebo cementáciou. Používa sa najmä pre stredne a vysokoaktívne kvapalné RAO.

Plynné RAO

Spracovanie plynných RAO pred ich vypustením do atmosféry spočíva v čistení vypúšťaných exhalátov na špeciálnych filtroch (HEPA, filtre z aktívneho uhlia). Na týchto filtroch dochádza k separácii produktov štiepenia z plynu. Potom je možné tieto plynné RAO vypustiť, za prísnych hygienických podmienok do atmosféry. Celkovú aktivitu plynných RAO sa záchytom a zadržaním darí znížiť asi o dva rády.

[4], [5], [6], [7], [8]