Патент на изобретение №2331732

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ РУСЕЛ МАЛЫХ РЕК КРИОЛИТОЗОНЫ ОТ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОНУКЛИДАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам очистки русел малых рек криолитозоны с сезонным стоком от донных отложений, загрязненных радионуклидами, и обращения с твердыми радиоактивными отходами. Выемку загрязненных донных отложений производят в зимнее время участками сверху вниз по течению после прекращения стока и их осушения. Донный грунт разрыхляют и срезают послойно механическим способом по мере промораживания его естественным холодом, со складированием во временные отвалы, с последующей перевозкой за пределы поймы и захоронением или укладкой в поверхностные курганные могильники. Для ускорения послойного промораживания в толще донного грунта по мере его промерзания параллельно друг другу нарезают сеть траншей с вертикальными стенками. Ширина траншей определяется параметрами применяемой техники, глубина составляет не менее полуметра, а расстояние между ними соответствует удвоенной глубине траншеи. Изобретение позволяет изолировать от биоты (на срок не менее 100 лет) наиболее подверженные миграции твердые радиоактивные отходы и снизить тем самым риск радиационного облучения населения. 1 ил.

Изобретение относится к области обращения с твердыми радиоактивными отходами (ТРАО) и очистки русел малых рек криолитозоны с сезонным (летним) стоком от донных отложений, подвергшихся загрязнению:

– естественными радионуклидами, попавшими на земную поверхность при разведке и разработке месторождений полезных ископаемых;

– искусственными радионуклидами, выброшенными из боевых скважин при авариях на подземных ядерных взрывах (АПЯВ), проведенных в мирных целях в малообжитых северных регионах, где отсутствуют специализированные предприятия по переработке ТРАО и могильники для захоронения.

Известен способ очистки русел малых рек от токсичных илистых донных отложений [1] – прототип. По предлагаемой технологии очистительные работы рекомендуют начинать с истока реки с предварительным разгораживанием русла на секции и образованием запруд с использованием механизмов, находящихся на плавучих платформах. В определенной последовательности производят работы по разработке и поднятию донных отложений, отмывке крупных фракций (валунов, гравия) от ила, отстаиванию пульпы, обезвреживанию токсичных илов на специальных аппаратах.

Основными недостатками и факторами, сдерживающими реализацию вышеописанного способа в условиях малообжитых территорий криолитозоны являются: высокая энергоемкость работ; необходимость приобретения и завоза специальной дорогостоящей техники; большой объем монтажных работ; сложность и трудоемкость обслуживания установок; необходимость обучения и подготовки обслуживающего персонала; трудоемкость устройства запруд и противофильтрационных экранов, учитывая высокую прочность грунтов в мерзлом состоянии и низкую скорость их оттаивания; переработка (отмывка) радиационно загрязненных донных отложений, относящихся к ТРАО, приведет к образованию жидких радиоактивных отходов (ЖРО), которые в свою очередь нужно перерабатывать и захоранивать; нерешенность вопросов захоронения токсичных илов; сезонность работ – только в летний период, продолжительность которого на Севере не более 3 месяцев; необходимость подвода чистой воды по специальному водоводу; высокая вероятность внешнего облучения персонала при производстве реабилитационных работ.

Предлагается новый способ очистки русел малых рек криолитозоны от донных отложений, загрязненных радионуклидами, заключающийся в том, что выемка их производится только в зимнее время (сверху вниз по течению) после прекращения стока, определения границ участков, подлежащих реабилитации, и их осушения. Загрязненный донный грунт разрыхляется и срезается послойно механическим способом по мере промораживания его естественным холодом со складированием во временные отвалы и последующей перевозкой за пределы поймы и захоронением (укладкой) в поверхностные курганные могильники (ПКМ) [2]; при этом для ускорения процесса послойного промораживания в толще донного грунта по мере его промерзания параллельно друг другу нарезается сеть траншей с вертикальными стенками, ширина которых определяется параметрами применяемой техники, глубина составляет не менее полуметра, а расстояние между ними соответствует удвоенной глубине, обеспечивая тем самым значительное увеличение поверхности контакта грунта с холодным воздухом и, как следствие этого, интенсивное промерзание.

Заявляемое изобретение направлено на решение вопросов очистки русел малых рек криолитозоны от донных отложений, загрязненных радионуклидами, попавшими в реки и загрязнившими донные отложения, переработка и захоронение которых в условиях Севера в настоящее время невозможны. Качественное проведение предлагаемых реабилитационных работ в соответствии с технологическим регламентом позволит надежно изолировать от биоты (на срок не менее 100 лет) ТРАО, наиболее подверженные миграции, снижая тем самым риск радиационного облучения населения.

Требуемый технический результат при реализации изобретения предполагается получить при учете особенностей гидрологического режима малых рек региона, где участки с быстрым течением (перекаты) чередуются промежутками с низкой скоростью потока (ямы, плесы, меандры), которые являются природными ловушками, где происходит естественное осаждение загрязненного грунта, сносимого с радиационно загрязненных территорий, который слагает донные отложения. Кроме этого, необходимо учитывать тот факт, что сток малых рек криолитозоны происходит только в летний период, а пойменные грунты большую часть года (9 месяцев) находятся в мерзлом состоянии, а так же необходимо максимально использовать климатические особенности региона и естественные (природные) ресурсы криолитозоны:

– наличие сплошной многолетней мерзлоты;

– прекращение стока малых рек в зимнее время (9 месяцев в году);

– наличие низкотемпературного атмосферного холода, обусловленного резкоконтинентальным климатом с суровой и длительной зимой (7 месяцев);

– небольшая мощность оттайки донных отложений в летний период (1,5-2,0 м);

– высокая скорость промораживания оттаявших грунтов в зимнее время;

– невысокая вертикальная миграция радионуклидов, только в пределах мощности оттаявшего слоя.

На чертеже изображен заявляемый способ очистки малых рек криолитозоны от донных отложений, загрязненных радионуклидами.

1 – осушенный, подлежащий реабилитации участок русла водотока;

2 – сезонно оттаиваемые, загрязненные радионуклидами донные отложения (ТРАО);

3 – плотик русла водотока;

4 – бульдозер;

5 – временные отвалы срезанных загрязненных донных отложений;

6 – рыхлитель;

7 – врезная траншея.

Реализация заявляемого способа на практике осуществляется в следующей последовательности. Предварительно в зимний период путем колонкового разведочного бурения и исследования выбуриваемых кернов определяются границы загрязненных участков с выставлением маяков и подсчитываются объемы загрязненных грунтов, подлежащих выемке, выявляются особенности строения донных отложений водотоков, состав радионуклидов, мощность талого слоя и т.д.

Затем, при необходимости, производится осушение загрязненных участков и уборка льда каким-либо способом, проходка врезной траншеи. Обнаженные донные отложения промораживаются естественным (атмосферным) холодом и срезаются послойно по мере промерзания (при необходимости с предварительным рыхлением) с применением землеройной техники и технологий горного дела [3]. Срезаемые грунты выкладываются во временные отвалы (см. чертеж).

Для ускорения процесса послойного промораживания грунтов и как следствие этого сокращения сроков ведения реабилитационных работ рекомендуется в толще донного грунта по мере его промерзания параллельно друг другу бульдозерами нарезать сеть траншей с вертикальными стенками, ширина которых определяется размерами применяемой техники, глубина составляет не менее полуметра, а расстояние между ними равно удвоенной глубине. Тем самым обеспечивается значительное увеличение поверхности контакта целика в грунте между траншеями с холодным воздухом и как следствие этого их интенсивное промерзание до низких температур и за более короткий промежуток времени. Промороженные целики разрыхляются и смерзаются, а затем вновь углубляются траншеи и т.д. до полного удаления загрязненных грунтов на всю мощность.

Затем грунт из отвалов грузится в транспортные средства и перевозится за пределы поймы на возвышенный участок рельефа, где захоранивается без переработки в ПКМ по технологии, разработанной ИГДС СО РАН [4], обеспечивая тем самым их надежную изоляцию от биоты.

Реабилитационные работы могут производиться поэтапно в течение ряда лет, в том числе на нескольких участках сразу, начиная с верховьев водотока вниз по течению; должны завершаться до наступления весны (t ср. сут. -10°С), включая время возведения ПКМ.

Основные преимущества предлагаемого способа (технологии) в сравнении с аналогом:

– низкие энергетические, материальные и трудовые затраты;

– высокая механизация работ;

– использование обычных серийно выпускаемых механизмов и апробированных технологий горного дела;

– отсутствие взмучивания воды;

– использование естественного природного ресурса – атмосферного холода для промораживания донных отложений;

– полное изъятие ТРАО с пойм водотоков и прекращение миграции радионуклидов;

– низкая вероятность внешнего облучения рабочих, занятых на реабилитационных работах;

– простота дезактивации используемой техники по завершении работ.

Литература

3. Пешков В.Г. Разработка россыпных месторождений. – М.: Недра, 1985. – 568 с.

4. Киселев В.В., Бурцев И.С. Ликвидация последствий аварийных подземных ядерных взрывов в зоне многолетней мерзлоты. – Якутск, Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1999. – 148 с.

Формула изобретения

Способ очистки русел малых рек криолитозоны от радионуклидов, включающий расчистку русла от наносов, отличающийся тем, что выемку загрязненных донных отложений производят в зимнее время участками сверху вниз по течению после прекращения стока и их осушения, донный грунт разрыхляют и срезают послойно механическим способом по мере промораживания его естественным холодом со складированием во временные отвалы с последующей перевозкой за пределы поймы и захоронением или укладкой в поверхностные курганные могильники, при этом для ускорения послойного промораживания в толще донного грунта по мере его промерзания параллельно друг другу нарезают сеть траншей с вертикальными стенками, ширина которых определяется параметрами применяемой техники, глубина составляет не менее полуметра, а расстояние между ними соответствует удвоенной глубине траншеи.

РИСУНКИ