Радиоактивные отходы в море – прошлое, настоящее и будущее

Санкт-Петербургский  государственный 

политехнический университет 

Инженерно-строительный факультет 

Кафедра гидротехнического строительства 

Реферат на тему: 
 

Радиоактивные отходы в море –  прошлое, настоящее  и будущее 
 
 

Руководитель  работы:

профессор, д.м.н.       

Исполнитель:             
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург 

2011 

Введение

Согласно российскому «Закону об использовании атомной энергии» (от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы (РАО) — это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается. По российскому законодательству, ввоз радиоактивных отходов в страну запрещен.

Радиоактивные отходы образуются в различных формах с весьма разными физическими  и химическими характеристиками, такими, как концентрации и периоды полураспада составляющих их радионуклидов. Эти отходы могут образовываться:

• в газообразной форме, как, например, вентиляционные выбросы установок, где обрабатываются радиоактивные материалы;
• в жидкой форме, начиная от растворов сцинтилляционных счётчиков из исследовательских установок до жидких высокоактивных отходов, образующихся при переработке отработавшего топлива;
• в твёрдой форме (загрязнённые расходные материалы, стеклянная посуда из больниц, медицинских исследовательских установок и радиофармацевтических лабораторий, остеклованные отходы от переработки топлива или отработавшего топлива от АЭС, когда оно считается отходами).

Условно радиоактивные  отходы делятся на:

• низкоактивные (делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный);
• среднеактивные (законодательство США не выделяет этот тип РАО в отдельный класс, термин в основном используется в странах Европы);
• высокоактивные.

Основные стадии обращения с радиоактивными отходами

При хранении радиоактивных отходов их следует содержать таким образом, чтобы:

• обеспечивались их изоляция, охрана и мониторинг окружающей среды;
• по возможности облегчались действия на последующих этапах (если они предусмотрены).

      В некоторых случаях хранение  может осуществляться главным  образов по техническим                соображениям, например, хранение радиоактивных  отходов, содержащих в основном          короткоживущие радионуклиды, в  целях их распада и последующего сброса в санкционированных пределах или хранение радиоактивных отходов высокого уровня активности до их захоронения в    геологических формациях в целях уменьшения тепловыделения.

Предварительная обработка отходов является первоначальной стадией обращения с отходами. Она включает сбор, регулирование химического состава и дезактивацию и к ней может относиться период промежуточного хранения. Эта стадия очень важна, так как во многих случаях в ходе предварительной обработки представляется наилучшая возможность для разделения потоков отходов.

Обработка радиоактивных отходов включает операции, цель которых состоит в повышении безопасности или экономичности посредством изменения характеристик радиоактивных отходов. Основные концепции обработки: уменьшение объёма, удаление радионуклидов и изменение состава. Примеры:

• сжигание горючих отходов или уплотнение сухих твёрдых отходов;
• выпаривание, фильтрация или ионный обмен потоков жидких отходов;
• осаждение или флокуляция химических веществ.

Кондиционирование радиоактивных отходов состоит из таких операций, в процессе которых радиоактивные отходы превращают в форму, приемлемую для перемещения, перевозки, хранения и захоронения. Эти операции могут включать иммобилизацию радиоактивных отходов, помещение отходов в контейнеры и обеспечение дополнительной упаковки. Общепринятые методы иммобилизации включают отвердение жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности путём их включения в цемент (цементирование) или битум (битумирование), а также остекловывание жидких радиоактивных отходов. Иммобилизованные отходы в свою очередь в зависимости от характера и их концентрации могут упаковываться в различные контейнеры, начиная от обычных 200-литровых стальных бочек до имеющих сложную конструкцию контейнеров с толстыми стенками. В многих случаях обработка и кондиционирование проводятся в тесной связи друг с другом.

Захоронение главным образом состоит в том, что радиоактивные отходы помещаются в установку для захоронения при соответствующем обеспечении безопасности без намерения их изъятия и без обеспечения долгосрочного наблюдения за хранилищем и технического обслуживания. Безопасность в основном достигается посредством концентрации и удержания, что предусматривает изоляцию надлежащим образом концентрированных радиоактивных отходов в установке для захоронения.

Из  истории...

 С началом широкого развития атомной энергетики в конце 40-х годов 13 стран стали производить сброс радиоактивных отходов в открытое море.

Захоронение РАО  в открытых морях регулируется международными конвенциями (Лондонская конвенция) и  российским федеральным законодательством. В СССР вплоть до 1972 года практика захоронения РАО в морях не отвечала требованиям международных норм. С 1972 года Лондонская конвенция запрещает затопление отработавшего ядерного топлива и ограничивает сброс низко- и среднеактивных отходов с судов. Согласно Лондонской конвенции, захоронение отходов со средним и низким уровнем активности разрешается только за пределами континентального шельфа, в районах между 50° с.ш. и 50° ю.ш., где глубина более 4000 метров.

Советский Союз присоединился к конвенции в 1975 году, с 29 января 1976 года конвенция вступила в силу для СССР. В 1983 году на 7 Консультативном совещании представителей Сторон была принята Резолюция, призывающая временно воздержаться от захоронения в море всех видов РАО, с 1993 года временный мораторий стал постоянным запретом. Последние резолюции так и не были ратифицированы Россией.

Несмотря на то, что Советский Союз подписал международные конвенции, регулирующие захоронение радиоактивных отходов, и советские нормативные акты были приведены в соответствие с международными нормами, имели место единичные случаи затопления радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива. История захоронения РАО в акваториях Российской Арктики описана в Белой книге, составленной Правительственной комиссией под председательством А.В. Яблокова в 1993 году. Большая неясность существовала с оценкой активности затопленных реакторов, поэтому позднее был произведен перерасчет этих величин.

Радиоактивное загрязнение водной среды.

За последнее  время большую тревогу вызывает явление прогрессирующего загрязнения морей и Мирового океана в целом. Основным источником загрязнения служат местные бытовые и промышленные сточные воды, нефть и радиоактивные вещества. Особую опасность представляют загрязнения нефтью и радиоактивными веществами, охватывающие огромные пространства Мировою океана.

Местные загрязнения морей  бытовыми и промышленными  стоками.

Существовавшее  с давних времен тяготение людей  к заселению морских побережий  привело к тому, что в настоящее время и в прибрежных зонах находится 60% всех крупных городов с населением свыше миллиона человек в каждом.

 
 
На берегах, например, Средиземного моря расположены  страны с населением 250 млн. человек. Ежегодно предприятия приморских городов выбрасывают в море тысячи тонн различных неочищенных отходов, сюда же сливаются неочищенные канализационные воды. Огромные массы ядовитых веществ выносят в море крупные реки. Неудивительно, что в 100 мл морской воды, взятой близ Марселя, было обнаружено 900 тыс. кишечных палочек, связанных с фекалием. В Испании запрещено пользоваться для купания многими пляжами и бухтами. 
 
С быстрым ростом приморских городов и промышленности в них сброс в  моря промышленных  и бытовых стоков достиг такого объема, что море оказалось не в состоянии перерабатывать всю массу отбросов. В результате в районах городов образовались обширные зоны загрязнения. Под влиянием загрязнений происходит отравление водных организмов, обеднение фауны, падение рыбного промысла, разрушение природных ландшафтов, зон отдыха курортов и пляжей. В наиболее сильной форме это проявляется в бухтах и заливах, где ограничен обмен воды с открытым морем. 

 
Для борьбы с загрязнением моря близ городов, во многих из них сточные воды выбрасывают по специальным многокилометровым трубопроводам далеко от берегов и на большой глубине. Однако эта мера не дает кардинального решения вопроса, так как общее количество сбрасываемых в море загрязнений от этого не уменьшается.

Общее загрязнение морей нефтью и радиоактивными веществами. Основным загрязнителем морей, значение которого быстpo возрастает, является нефть.

    Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость, имеющую темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуорисценцией. Нефть состоит преимущественно из насыщенных алифвтических и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на четыре класса:

    Парафины (алкены) (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

    Циклопарафины (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

    Ароматические углеводороды (20-40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше , чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца (бензол).

    Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую и разветвленную цепь.

    Нефть и нефтепродукты оказывают вредное  воздействие на многие живые организмы  и пагубно влияют на все звенья биологической цепи. Далеко в море и на пляже можно видеть небольшие шарики смолоподобного вещества, огромные блестящие пятна и бурую пену. Ежегодно в океан попадает более 10 млн. т. нефти, и по крайней мере половина из них попадает из источников на суше (нефтеперерабатывающие заводы, нефтезаправочные станции). Большое количество нефти поступает в океан в результате естественного просачивания со дна океана, но сколько именно определить сложно.

    В период между 1973-1984 гг. в США Институтом охраны окружающей среды и энергетики отмечено до 12 000 случаев загрязнения вод нефтью. Большинство зафиксированных разлитий было незначительно и не требовало проведения специальной очистки поверхности океана. Общее количество разлитой нефти колеблется от 8,2 млн. галлонов в 1977 г. до 21,5 млн. галлонов в 1985 г. В период 1970-1982 гг. в мире зарегистрировано 169 крупных аварий танкеров.

    Можно назвать несколько путей поступления  нефти и нефтепродуктов:

• бросы в море промывочных, балластных и льяльных вод с судов (23%);
• сбросы в портах и припортовых акваториях, включая потери при загрузке бункеров наливных судов (17%);
• сброс промышленных отходов и сточных вод (10%);
• ливневые стоки (5%);
• катастрофы судов и буровых установок в море (6%)
• бурение на шельфах (1%);
• атмосферные выпадения (10%);
• вынос речным стоком во всем многообразии форм (28 %)

Этот вид загрязнителя попадает в море разными путями: при спуске воды после промывки цистерн из-под нефти, при аварии судов, в особенности нефтевозов, при бурении морского дна и авариях на морских нефтепромыслах и т. д. 
 
О масштабах загрязнения можно судить по следующим показателям. В Мировой океан сбрасывается нефти примерно 5 —10 млн. т в год. В нескольких милях от Санта-Барбары в Калифорнии во время бурения морского дна (1969) случилась авария, в результате чего скважина начала выбрасывать в море до 100 тыс. л нефти в сутки. За несколько суток тысячи квадратных километров были покрыты нефтью. Подобные аварии — явление нередкое; они происходят в тех или иных районах Мирового океана почти регулярно, заметно увеличивая загрязненность последнего. 
 
Загрязнение морей и океанов наносит огромный вред. От нефти гибнут многие водные животные, в том числе ракообразные и рыба. Очень часто рыба, остающаяся живой, не может быть использована из-за сильного нефтяного запаха и неприятного привкуса. От нефти ежегодно погибают миллионы водоплавающих птиц; число их только у берегов Англии достигает 250 тыс. Известен случай, когда в результате загрязнения нефтью у берегов Швеции погибло 30 тыс. уток-морянок. Нефтяная пленка есть даже в антарктических водах, здесь от нее гибнут тюлени и пингвины. 
 
Нефтяные «плавучие острова» странствуют по океаническим и морским течениям или приплывают к берегам. Нефть делает непригодными пляжи, превращает побережья многих стран в пустыни. Такими стали многие участки западных берегов Англии, куда Гольфстрим приносит нефть из Атлантики. Нефть погубила многие европейские курорты. 
 
С целью предотвращения прогрессирующего загрязнения вод Мирового океана Межправительственная морская консультативная организация по вопросам морского судоходства (ИМКО) разработала Международную конвенцию по предотвращению загрязнения моря нефтью, которую подписали главнейшие морские державы, в том числе и Россия. Согласно конвенции, в частности, все морские районы в пределах 50 миль от берега являются запретными зонами, где не допускается слив нефти в море. 
 
Однако в области охраны морских вод существует много нерешенных вопросов, касающихся главным образом обезвреживания береговых сточных вод и дальнейшего оборудования судов устройствами и системами сбора отходов (нефтеостатков, мусора и др.) и сдаче их на плавучие и береговые сооружения для очистки, утилизации и уничтожения.  
 
Большую опасность представляет загрязнение Мирового океана активными веществами. Опыт показал, что в результате произведенного США в Тихом океане взрыва водородной бомбы (1954) район в 25 тыс. 600 км2 обладал смертоносным излучением. За полгода площадь заражения достигла 2,5 млн. км2, этому способствовало течение. 
 
Заражению радиоактивными веществами подвержены растения и животные. В их организмах происходит биологическая концентрация этих веществ, передаваемых друг другу через цепи питания. Зараженные мелкие организмы поедаются более крупными, в результате чего у последних образуются опасные концентрации. Радиоактивность некоторых планктонных организмов может в 1000 раз превышать радиоактивность воды, а некоторых рыб, представляющих собой одно из высших звеньев в цепи питания, даже в 50 тыс. раз. 
 
Животные сохраняют зараженность долго, в результате чего планктон может быть заражен в чистой воде. Радиоактивные рыбы заплывают очень далеко от места заражения. 
 
Заключенный в  1963 г. Московский Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой прекратил прогрессировавшее массовое радиоактивное заражение Мирового океана. Однако источники этого загрязнения сохранились в виде заводов по очистке урановой руды и переработке ядерного горючего, атомных электростанций, реакторов. Важной проблемой является способ захоронения радиоактивных отходов. Установлено, что морская вода способна разъедать контейнеры, их опасное содержимое распространяется в воде. Необходимы дополнительные научные исследования и разработка способов нейтрализации радиоактивных загрязнений в водоемах. 
 

Отходы от английских и французских атомных заводов  загрязнили радиоактивными

элементами практически  всю Северную Атлантику, особенно Северное, Норвежское,

Гренландское, Баренцево  и Белое моря. В загрязнение  радионуклидами акватории

Северного Ледовитого океана некоторый вклад сделан и  нашей страной. Работа

трех подземных  атомных реакторов и радиохимического завода (производство

плутония), а также остальных производств в Красноярске-26 привела к

загрязнению одной  из самых  крупных рек мира - Енисея (на .протяжении 1 500

км).

Различными источниками поступления радионуклидов загрязнены акватории арктических морей, так в 1982 г. максимальные загрязнения цезием-137 фиксировались в западной части Баренцева  моря, которые в 6 раз превышали глобальное загрязнение вод Северной

Атлантики. За 29-летний период наблюдений (1963-1992 гг.) концентрация

стронция-90 в  Белом и Баренцевом морях уменьшилась лишь в 3-5 раз.

Значительную опасность вызывают затопленные в  Карском море (около

архипелага Новая  Земля) 11 тыс. контейнеров с радиоактивными отходами, а

также 15 аварийных  реакторов с атомных подводных  лодок. Работами 3-й

советско-американской экспедиции 1988 г. установлено, что в водах Берингова

и Чукотского моря, концентрация цезия-137 близка к фоновой  для районов океана

и обусловлена  глобальным поступлением данного радионуклида из атмосферы за

длительный промежуток  времени. Однако эти концентрации (0,1,Ки/л) были в 10-

50 раз ниже, чем  в Черном, Баренцевом, Балтийским  и Гренландском, морях,

подверженных  воздействию локальных источников радиоактивного загрязнения

Все вышеперечисленное  показывает, что человек, вероятно, забыл: океан - это

мощная кладовая минеральных и биологических ресурсов; в частности, он даёт 90%

нефти и газа, 90% мировой добычи брома, 60% магния и огромное количество,

морепродуктов, что важно при увеличивающемся  населении нашей планеты.

Загрязнение нефтью поверхности моря происходит главным образом из-за того, что после каждого рейса танкеры промывают морской водой. Оказывается нефть в океанах и морях и в результате аварий на морских нефтяных промыслах и танкерах. В Мировой океан каждый год попадает 3-4 млн тонн нефти. 
Особенно загрязнены Северное и Карибское моря, Персидский и Мексиканский заливы.

Самой крупной  была авария танкера "Эксон Валдез", который перевозил около 180000 тонн аляскинской нефти. 25 марта 1989 года танкер, только отойдя от порта Валдез, напоролся на подводную скалу. Из пробоин в его корпусе вылилось более 40000 т нефти. Вскоре образовалось пятно площадью 100 квадратных километров, и с каждым днём оно растекалось все шире и шире. Был нанесен невосполнимый ущерб растительности и животным не только в оде, но и на берегу.

 Полгода компания "Эксон" вела работы по ликвидации последствий катастрофы, но восстановить экологическое равновесие так и не удалось.

В 2001 году во всем мире было введено в действие около 400 атомных судов, которые будут сбрасывать радиоактивные отходы непосредственно в воду. Основную же массу отходов даёт атомная промышленность. И если ядерная энергетика станет основным источником энергии в мире, количество отходов может достичь 1000 т в год... Потому-то многочисленные международные организации активно выступают за запрещение сброса радиоактивных отходов в природные воды планеты.

Охрана  вод от загрязнения  при бурении и  освоении морских  скважин на нефть  и газ.

    При строительстве и эксплуатации морских  буровых платформ, а также бурение и освоении морских скважин необходимо выполнять все требования водного законодательства и международных соглашений по предотвращению загрязнения морских вод.

    Места для размещения морских буровых  платформ выбираются в соответствии с правилами санитарной охраны прибрежных вод. На морских буровых платформах устанавливаются по всей плоскости настил с системой стока в специально предусмотренные емкости. Сыпучие материалы, утяжелитель и химические реагенты доставляются на морскую платформу в закрытых упаковках контейнерами или в герметичной таре. Промывочная жидкость транспортируется в закрытых емкостях, контейнерах или по растворопроводу. Химические реагенты и сыпучие материалы хранятся в герметичной таре или в закрытом помещении.

    Выбуренный  шлам собирают и вывозят на береговые базы и складируют в береговых шламоотвалах, исключающих фильтрацию и сток в водные объекты. Если при бурении верхних интервалов скважины в качестве промывочной жидкости используется морская вода, то допускается сброс выбуренного шлама на дно при условии обеспечения сохранения водохозяйственного значения водного объекта и естественных местных условий обитания водных организмов.

    Промывочная жидкость, воды из систем охлаждения, буровые  сточные воды используются в оборотных  системах. В случае необходимости они подвергаются специальной очистке на установках, смонтированных на морской буровой платформе. По окончанию освоения скважины и демонтажа бурового оборудования все оставшиеся материалы и промывочная жидкость ввозятся на береговые базы.

    Бурение в интервале с возможным нефтегазопроявлением производится только при наличие обратного клапана на бурильной колонне или устройства, обеспечивающего перекрытие колонны бурильных труб.

    Перед освоением скважина оборудуется  герметичными устьевыми устройствами для сбора и ликвидации отходов - емкостью для сбора жидкостей и блоком для сжигания твердых отходов. При отсутствии таких приспособлений отходы вывозятся или откачиваются на сборочные пункты. Средства сбора и транспортировки должны исключать попадание отходов в море.

    Самоочищение  морей .

    Самоочищение  морей и океанов - сложный процесс, при котором происходит разрушение компонентов загрязнения и включения  их в общий круговорот веществ. Способность  моря перерабатывать углеводороды и  другие виды загрязнения небезгранична. В настоящее время многие акватории уже утратили способность к самоочищению. Существует прямая зависимость между численностью нефтеокисляющих микроорганизмов и интенсивностью нефтяного загрязнения морской воды. Самое большое число микроорганизмов выделялось в районах нефтяного загрязнения, при этом количество бактерий, растущих на нефти, доходит до миллиона на 1 л. Морской воды.

    Наряду  с численностью микроорганизмов  в местах постоянного нефтяного  загрязнения растет и видовое  разнообразие. Это, по всей видимости, можно объяснить большой сложностью химического состава нефти, различные компоненты которой могут потребляться только определенными видами микроорганизмов. Связь между численностью и видовым разнообразием микроорганизмов, с одной стороны, и интенсивностью нефтяного загрязнения, с другой - дает основания рассматривать нефтеокисляющие микроорганизмы как индикаторы нефтяного загрязнения.

    Микроорганизмы  моря функционируют в составе  сложного микробиоценоза, который реагирует  на чужеродные вещества как на единое целое. Не многие виды организмов способны полностью разложить нефть. Такие формы выделяются из воды редко, и процесс деградации нефти не бывает интенсивным. Смешанное бактериальное “население” более эффективно разрушает нефть и отдельные углеводороды.

    К морским организмам, которые участвуют  в процессах самоочищения, относятся  моллюски. Различают два группы моллюсков. В первую входят мидии, устрицы, гребешок и некоторые другие. Их ротовое  отверстие состоит из двух трубочек (сифонов). Через один сифон всасывается морская вода со всеми взвешенными в ней частицами, которые оседают в специальном аппарате моллюска, а через другой очищенная морская вода поступает обратно в море. Все съедобные частицы частицы усваиваются, а непереваренные крупными комочками выбрасываются наружу. Плотное население мидий на площади 1 кв. м. Фильтрует за сутки до 200 м. куб. воды.

    Мидии - один из самых распространенных морских  водных организмов. Крупный моллюск  может пропустить через себя до 70 л. воды в сутки и таким образом очистить ее от возможных механических примесей и некоторых органических соединений.

    Подсчитано, что только в северо-западной части  черного моря мидии профильтровывают за сутки более 100 км куб воды. Подобно  мидии, питаются и другие морские  животные - мшанки, губки, асцидии.

    У моллюсков второй группы раковина или  закрученная, овально-кониеской формы (рапаны, литорины), или напоминает колпачок (морское блюдечко). Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они ежедневно прочищают огромные заросшие поверхности.

    Морские организмы (их поведение и состояние) являются индикаторами нефтяных загрязнений, т.е. они как бы осуществляют биологическое  наблюдение за окружающей средой. Однако морские организмы не только пассивные  регистраторы, но и непосредственные участники процесса естественного самоочищения среды. Известны около 70 родов микроорганизмов, включая бактерии, грибы, дрожжи, которые способны вступать в единоборство с нефтью. Им принадлежит важнейшая роль разложения нефти и углеводородов в море.

    Не  менее значительная роль микроорганизмов  в борьбе с пестицидами: накапливая в себе вредные продукты, бактерии сигнализируют о загрязнении  морской среды. Вот почему так  важно выяснить как можно больше таких организмов-индикаторов, получить предельно подробную информацию об их поведении в тех или иных условиях, об их состоянии в зависимости условий окружающей среды. Как выяснилось в последнее время, наиболее действенные в переработке пестицидов макрофиты - водоросли, растущие на небольших глубинах и у берега.

    В Мировом океане биота еще практически  не нарушена: при внешних воздействиях, выводящих систему из состояния  устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия  ослабевает.