Работы по очистке огромного Хэнфордского комплекса в американском штате Вашингтон перейдут в новую фазу, в ходе которой долгоживущие радиоактивные отходы будут остекловываться на новой установке по переработке радиоактивных отходов.
По соглашению с Министерством энергетики США (DOE) Департамент экологии штата Вашингтон отвечает за процесс очистки Хэнфордского комплекса − ядерного объекта, где в 1943 г. началось производство плутония. Ключевой задачей является безопасное хранение, извлечение и переработка отходов, находящихся в 177 подземных резервуарах, содержащих радиоактивные и химические отходы, образовавшиеся в результате четырех десятилетий деятельности по производству плутония на площадке. Отходы образовались при переработке облученных урановых топливных стержней, в ходе которой они растворялись, а плутоний извлекался химическим путем. Полученные в результате жидкие химические отходы помещались в подземные резервуары-хранилища в «резервуарных парках» в «зоне 200» Хэнфордского комплекса.
Объем резервуаров варьируется от 55 000 галлонов (208 м3) до более чем миллиона галлонов (3 785 м3). Для их строительства рабочие выкопали в земле большие плоскодонные котлованы, возвели по месту резервуары и отсыпали их грунтом, оставив верхние части резервуаров на 3 м ниже уровня земли для обеспечения радиационной защиты.
Из всех резервуаров 149 являются одностенными. Эти резервуары не соответствуют закону штата Вашингтон, который требует, чтобы все подземные резервуары имели вторичный контайнмент. В конце 1980-х − середине 90-х гг. из них была удалена большая часть жидкости в надежде сделать их более надежными и снизить риск утечек. Оставшиеся отходы напоминают по консистенции песок.
Остальные 28 резервуаров имеют двойные стенки. Несмотря на то, что в этом отношении они соответствуют требованиям законодательства штата, срок их эксплуатации, как и одностенных резервуаров, давно истек – он составлял около 25 лет, кроме того предполагается, что, по меньшей мере, 68 резервуаров в прошлом дали течь. В настоящее время известно, что два резервуара протекают, обращение с ними осуществляется в рамках согласованного процесса (см. информацию ниже). Если бы отходы оставались в резервуарах без переработки, то в конечном итоге они попали бы в землю, подземные воды и реку Колумбия. Предыдущие утечки привели к загрязнению грунта.
Резервуар T-111 был признан сильно протекающим в 2013 г. Значительная утечка из резервуара B-109 была обнаружена в 2021 г. после проведенной оценки утечек за год. Поскольку токсичные и радиоактивные отходы проникают в почву, со временем они попадут в подземные воды и, в конечном итоге, в реку Колумбия. Кроме того, в 2014 г. в самом старом резервуаре с двойной оболочкой (AY-102) произошла утечка из внутреннего резервуара во внешний. Сейчас его содержимое уже перемещено в неповрежденный резервуар.
Департамент экологии согласовал с Министерством энергетики США процесс устранения этих значительных утечек и любых будущих утечек из одностенных резервуаров. Теперь на этой площадке необходимо оборудовать поверхностными барьерами резервуарные парки T и B, чтобы предотвратить поступление воды в резервуары вследствие дождя или таяния снега, и замедлить миграцию вытекших отходов в водный горизонт. Также было согласовано:
- провести оценку целесообразности установки системы вентиляции, чтобы испарять жидкие отходы в резервуаре B-109;
- разработать план реагирования в отношении утечек из одностенных резервуаров;
- оценить состояние резервуаров B-109 и T-111 и обстановку вокруг них, чтобы определить, нужны ли дополнительные работы для предотвращения попадания внутрь воды вследствие дождя или таяния снега;
- изучить способы ускорения графика извлечения отходов из резервуаров B-109 и T-111.
Извлечение отходов из резервуаров − крайне непростая задача. Тем не менее оставшиеся отходы из однокорпусных резервуаров отправляются в резервуары с двойной оболочкой через систему перекачивающих линий «труба в трубе». По мере перемещения отходов излишняя вода испаряется.
Поднимающие ЖРО трубы обеспечивают доступ в резервуары, но диаметр многих из них составляет всего лишь один фут, и ни одна из них не была спроектирована таким образом, чтобы обеспечить опорожнение резервуаров. Извлекающее оборудование внутри резервуаров управляется дистанционно, а неблагоприятные условия быстро выводят из строя электронику и другое оборудование. Конструкции, имеющиеся в резервуарах, также препятствуют доступу.
В резервуарах в настоящее время осталось, в общей сложности, около 56 миллионов галлонов (212 000 м3) смешанных токсичных и радиоактивных отходов. В соответствии с соглашением, регулирующим очистку Хэнфордского комплекса, бригады рабочих должны извлечь не менее 99 % отходов из каждого резервуара на площадке, или, по крайней мере, столько, сколько можно извлечь с учетом имеющихся в наличии технологий. Резервуары считаются очищенными, если в них остается не более 360 кубических футов (10 м3) отходов или меньше, в зависимости от размера резервуара. Отходы из резервуарного парка будут обрабатываться на новой установке по переработке и иммобилизации отходов, где отходы будут остекловываться и храниться в стальных пеналах, обеспечивающих окончательное захоронение.
Грег Джонс является помощником руководителя DOE по бизнесу и финансам и финансовым директором Хэнфордского комплекса. Он сообщил, что использование и очистка площадки продолжаются с 1943 г., но впереди еще 40-50 лет работы. Управление площадкой осуществляется в соответствии с пятилетним планом. Финансируемая государством деятельность зависит от выделяемых средств, поэтому, по его словам, каждый год объект работает по трем бюджетным источникам. Расходы на текущий год зафиксированы в рамках исполнения бюджета на 2024-й финансовый год, хотя этот бюджет не окончательно согласован до тех пор, пока не будет принят закон, принятие которого представляется неизбежным. На предстоящие годы команде необходимо готовить предложения, и в последнее время она занималась разработкой планов работы на 26-й финансовый год.
Говоря о приоритетах на период до 2026 г., он отметил, что в последние несколько лет руководство площадки сосредоточилось на трех видах снижения рисков: отходы из резервуаров, центральное плато и река, а также инфраструктура для оказания поддержки по всей площадке.
Общие цели заключались в следующем:
- безопасная и надежная эксплуатация;
- обращение, переработка и захоронение отходов из резервуаров;
- стабилизация стареющих конструкций;
- снос устаревших объектов;
- рекультивация мест размещения отходов;
- очистка загрязненных грунтовых вод.
По его словам, ежегодно проходит очистку около 2,2 млрд галлонов (8,3 млн м3) грунтовых вод.
Важным шагом в очистке площадки является то, что отходы из резервуаров с двойной оболочкой скоро будут передаваться на установку по переработке отходов для остекловывания.
Стабилизация и иммобилизация отходов с помощью остекловывания − главная программа на ближайшие несколько лет, работы должны начаться в 2025 г. Согласно первоначальному плану, установка по переработке отходов (Waste Treatment Plant, WTP) на Хэнфордской площадке должна была одновременно перерабатывать высокоактивные и низкоактивные радиоактивные отходы. Вместо этого в DOE решили приступить к переработке низкоактивных отходов как можно скорее, а к переработке высокоактивных отходов − примерно через десять лет.
Эта программа называется «Прямая подача низкоактивных отходов» (DFLAW). В ходе нее предварительно обработанные низкоактивные отходы из резервуарных парков подаются непосредственно на установку по переработке низкоактивных отходов (LAW) в комплексе WTP. Расстояние между резервуарными парками и установкой по переработке отходов составляет примерно 22,5 мили (36 км).
На установке LAW отходы будут остекловываться − смешиваться со стеклообразующими материалами, а затем подаваться в две плавильные печи вместимостью 300 т и нагреваться до температуры 2 100o F (1 150o C). Плавильные печи имеют размеры примерно 20 на 30 футов и 16 футов в высоту (7 × 10 × 5 м). Затем полученное стекло будет слито в пеналы из нержавеющей стали, каждый из которых вмещает 6,6 т отходов.
Установка по переработке отходов уже построена и в 2023 г. прошла холодные испытания в рамках ввода в эксплуатацию. Плавильные печи были введены в эксплуатацию в декабре 2023 г., когда в первый контейнер было залито первое чистое (т. е. нерадиоактивное) расплавленное стекло.
Джонс пояснил, что в рамках этой программы в день проводится 25 операций по передаче 53 млн галлонов (200 000 м3) отходов из резервуаров с двойными стенками для передачи их на остекловывание. Отходы отправляются в подземный резервуар AP107, где из них отбирают пробы для исследования в расположенной по месту лаборатории. Там отходы подвергаются удалению цезия, проходя через ионообменную колонну, которая обрабатывает 5 галлонов в минуту или 7 200 галлонов в день (27 м3). Первая кампания с использованием этого процесса показала, что удаляется 99,9 % цезия.
После этого отходы декантируют в резервуар AP106 и производят отбор проб. Оттуда они партиями поступают на установку WTP, которая после завершения ввода в эксплуатацию будет принимать до 8 000 галлонов (30 м3) в день. На WTP установлены две плавильных печи, которые работают параллельно.
Несколько объектов инфраструктуры WTP были модернизированы для обеспечения работы установки LAW и установки EMF, которая будет перерабатывать вторичные жидкие отходы.
Производительность процесса остекловывания составит от 3,5 до 5 пеналов в день. Они будут транспортироваться на полигон для захоронения отходов (Integrated Disposal Facility) на Хэнфордской площадке.
В процессе остекловывания образуются сбросы как при работе плавителей, так и при промывке перекачивающих трубопроводов. Плавители выделяют большое количество тепла, поэтому из жидких отходов, перерабатываемых на установке, выделяют конденсат. Он поступает в систему очистки и хранения сбросов (инженерные пруды-отстойники). Для удовлетворения потребностей очистных сооружений и площадки был дополнительно создан новый пруд, а также проведены другие модернизации. Оставшийся концентрат направляется обратно в процесс остекловывания. Лаборатория, расположенная на территории предприятия, будет следить за тем, чтобы производимая остеклованная продукция соответствовала всем нормативным требованиям и стандартам, ежегодно проводя анализы около 3 000 проб отходов.
В течение 2024 г. на установке по остекловыванию будут продолжаться холодные испытания в рамках ввода в эксплуатацию. Проверка полной готовности для выдачи разрешения на проведение горячих испытаний в рамках ввода в эксплуатацию (то есть с радиоактивными отходами) планируется в 2026 г., в том же году ожидается завершить горячие испытания этого объекта и установки по обращению со сбросами в рамках ввода в эксплуатацию.
Завершение очистки Хэнфордского комплекса также зависит от третьего направления работ на площадке − модернизации имеющейся на площадке инфраструктуры. Ежедневно площадка нуждается в 50 МВт электроэнергии и 3,5 млн галлонов (13 000 м3) воды. Для обеспечения процесса очистки площадки эти поставки следует увеличить и обновить существующие нормы.
В ближайшие 40 лет для площадки потребуется обеспечить надежное водоснабжение, однако действующие в настоящее время водяные насосы были установлены еще в 1943 г. Поэтому потребуется установить новые водоочистные сооружения и водохранилища.
Аналогичным образом необходимо привести в соответствие с новыми целями устаревшую энергетическую инфраструктуру объекта. Различные инженерные сети, необходимые для обеспечения работы WTP, включают в себя системы распределения электроэнергии, резервного электроснабжения, сжатого воздуха, пара, охлажденной воды, воды для нужд пожаротушения, связи и управления. Масштабы некоторых систем можно уменьшить, например, паропроизводящей установки.
Но в некоторых случаях возникают новые вызовы. Например, нельзя прерывать подачу электроэнергии на плавильные печи в процессе остекловывания на установке WTP, иначе они придут в негодность, и их придется заменять, что обойдется в миллионы долларов. Необходимо модернизировать систему подачи электроэнергии, чтобы обеспечить надежное электроснабжение рабочих зон.
В перспективе на 2026 г. запланировано перемещение содержащих цезий и стронций отходов из действующего хранилища, где они находятся под водой. Ожидается, что процесс перемещения займет 27−36 месяцев, а отходы будут размещены во временном сухом хранилище.
В ближайшие два года также будут проводиться запланированные работы по обращению с высокоактивными отходами, в частности, с 324 горячими камерами. Они должны быть демонтированы в 2026 г. с последующей рекультивацией территории. Первым шагом в этом процессе станет строительство и ввод в эксплуатацию строительной конструкции, которая защитит эту площадку от непогоды.