بخشی از مقاله
طمديريت پسماند در تاسيسات هسته اي
چکيده
مواد راديواکتيو بطور گسترده اي در صنعت و فعاليت هاي مربوط به پزشکي، کشاورزي و محيط زيست ، استفاده ميشوند.
در تمام اين فعاليت ها، پسماندهاي راديواکتيو توليد ميشوند. به منظور جلوگيري از آسيب هاي راديولوژيکي، بيولوژيکي، شيميايي و فيزيکي مواد راديواکتيو، پسماندهاي ناشي از آنها بايد مديريت شوند. مديريت پسماندهاي راديواکتيو بايد از لحظه توليد پسماند تا مرحله ي دفن نهايي با در نظر گرفتن ملاحظات سياسي، اجتماعي و اقتصادي انجام ميگيرد. در اين زمينه هدف کلي مديريت پسماند بکاربردن روشهايي است که از سلامت انسان و محيط زيست ، بدون تحميل هزينه هاي اضافي به نسل آينده ، اطمينان حاصل شود. اين مقاله مروري اجمالي بر روش هاي پسمانداري درصنعت هسته اي ميباشد. در اين مقاله ابتدا منابع توليد پسماند و انواع پسماند بررسي شد، سپس مراحل مختلف مديريت پسماند بهمراه روش هاي مورد استفاده درآن تشريح گرديد. بعد از فرآوري پسماند مباحثي مانند بسته بندي، ذخيره سازي و دورريزي مورد توجه قرار گرفت و در نهايت نتيجه گيري و پيشنهاداتي در اين زمينه ارائه گرديده است .
واژه هاي کليدي: هسته اي، مديريت پسماند، فرآوري.
١- مقدمه
مديريت پسماندهاي راديواکتيو و ملاکهاي دسته بندي آنها بر اساس اهداف و معيارهاي حفاظت در برابر اشعه تعريف شده به وسيله ICRP١ است . انتخاب روش هاي مديريت پسمانداري به طريقي انجام ميشود که پرتوگيري افراد به منظور رعايت اصول ALARA٢ حداقل بوده و ايمني عملياتي در حد بالايي تأمين شود. ALARA يک اصل ايمني پرتوي براي کاهش دز تابشي و انتشار مواد راديواکتيو با بکار گيري کليه روش هاي موجه و شدني است . بر اين اساس کميسيون بين المللي حفاظت در برابر اشعه (ICRP) مجموعه اي را براي محدودسازي دز دريافتي افراد توصيه نموده است [١].
اين مقاله مروري اجمالي بر روش هاي پسمانداري در صنعت هسته اي مي باشد. در ابتدا منابع توليد پسماند و انواع پسماند بررسي شد، سپس مراحل مختلف مديريت پسماند بهمراه روش هاي مورد استفاده در آن تشريح گرديد. بعد از فرآوري پسماند مباحثي مانند بسته بندي، ذخيره سازي و دورريزي مورد توجه قرار گرفت و در نهايت نتيجه گيري و پيشنهاداتي در اين زمينه ارائه گرديده است .
٢- منابع توليد پسماند هسته اي
پسماندهاي هسته اي در طول فعاليت نيروگاه هاي هسته اي، توليد راديوايزوتوپ ها و استفاده از آنها در پزشکي، صنعت و کشاورزي بوجود ميآيند. نوع و حجم پسماندهاي توليدي به نوع فرآيند انجام شده بستگي داشته و ميتواند به شکل هاي فيزيکي و شيميايي متنوعي باشد. بطور کلي منابع توليد پسماند را ميتوان به صورت زير دسته بندي نمود[٢]:
- مواد راديواکتيو که بصورت طبيعي در طبيعت يافت ميشوند،
- تحقيقات هسته اي،
- توليد و کاربرد راديوايزوتوپ ها،
- ازکاراندازي تأسيسات هسته اي،
- نيروگاه هاي هسته اي.
٣- دسته بندي انواع پسماندهاي هسته اي
جهت دسته بندي پسماندهاي راديواکتيو جامد و مايع ، معيارهاي متفاوتي استفاده ميشود. اين دسته بنديها ممکن است بر اساس ميزان اکتيويته ، منشأ توليد و خواص فيزيکيوشيميايي آن ها باشد. بطوريکه مديريت پسماند بر اساس نوع و طبقه بندي آن تعيين ميگردد. از نظر اکتيويته پسماندهاي راديواکتيو بصورت زير طبقه بندي ميشوند[٢]:
- پسماندهاي معاف ٣(EW)
مقدار راديواکتيويته اين نوع پسماندها در حد معاف يا کم تر از آن بوده و مقدار دز ساليانه آنها کمتر از (SV)٠١ است . اين نوع پسماندها بدون محدوديت هاي راديواکتيويته دفن ميشوند.
- پسماندهاي داراي عمر بسيار کوتاه (VSLW)
اين نوع پسماندها ميتوانند در زمان هاي کوتاه مثلاً چند سال ، بمنظور واپاشي انبار شده و بعد از کنترل هاي معمول معاف شده سپس بدون کنترل دفن و يا تخليه شوند.
- پسماندهاي با سطح اکتيويته بسيار پايين (VLLW)
پسماندهايي که دقيقاً معيارهاي پسماند معاف را نداشته ولي به حفاظت و ايزوله سازي خيلي زيادي هم نياز ندارند، بنابراين براي دفن در تأسيسات نزديک سطح زمين و با کنترل هاي منظم ، مناسب ميباشند. مقدار راديونوکلئيدهاي با عمر طولاني در پسماندهاي از اين طبقه ، معمولاً بسيار محدود ميباشد.
- پسماندهاي سطح پايين (LLW)
پسماندهايي که بالاتر از حد معاف بوده و داراي مقادير محدودي از راديونوکلئيدهاي با عمر طولاني ميباشد. چنين پسماندهايي نياز به حفاظت و ايزوله سازي براي يک دوره چندصد ساله داشته و براي دفن در تأسيساتي که بر اساس اصول مهندسي و نزديک سطح زمين ساخته شده اند مناسب ميباشند.
- پسماندهاي سطح متوسط (ILW)
پسماندهايي که به دليل محتوا و مقدارآن ، بخصوص وجود راديونوکلئيدهاي داراي نيمه عمر طولاني احتياج به حفاظت و ايزوله سازي زيادي دارد. بنابراين در اين دسته بندي، به دفن در اعماق زياد مثلاً از حدود ده ها متر تا چند صد متر نياز ميباشد.
- پسماندهاي سطح بالا (HLW)
پسماندهايي با مقادير بالاي اکتيويته ميباشند که به دليل فرآيند واپاشي مقادير زيادي گرما و تعداد زيادي راديونوکلئيد با نيمه عمر طولاني، توليد ميکنند. براي اين نوع از پسماندها، دفع در عمق زياد معمولاً چندصد متر زير سطح زمين پيشنهاد ميشود. در شکل ١دسته بندي انواع پسماند به صورت تابعي از نيمه عمر و مقدار اکتيويته آنها نشان داده شده است .
شکل ١- نمودار مفهومي دسته بندي پسماندها از نظر اکتيويته و نيمه عمر راديوايزوتوپ هاي موجود در آنها
٤- مراحل مختلف مديريت پسمانداري
همانطور که اشاره شد، هدف اوليه مديريت پسماند راديواکتيو حفاظت انسان و محيط از هرگونه تأثير خطرناک تابش هاي
يونساز است . عمليات مديريت پسماند شامل مراحل اساسي زير ميباشد[٣]:
- پيش آمايش (Pretreatment)،
- آمايش (treatment)،
- آماده سازي (Conditioning)،
- دورريزي (Disposal).
در شکل ٢ارتباط اين مراحل با هم نشان داده شده است . در ادامه به توضيح هريک از مراحل فوق ميپردازيم .
شکل ٢- مراحل مختلف پسمانداري
٤-١ پيش آمايش
پيش آمايش اولين مرحله ي مديريت پسماند بعد از توليد آن ميباشدوشامل تمام فعاليت هايي است که قبل از آمايش پسماند راديواکتيو بکار ميرود[٣]. اين مرحله ، در مديريت پسماند مهم ميباشد زيرا با جداسازي مؤثر پسماند ميتوان پسماندهاي معاف را جدا کرده و دورريزي نمود که موجب کاهش چشم گير هزينه ها ميشود. پيش آمايش ميتواند شامل مواردي از جمله : آناليز پسماند، جمع آوري، جداسازي، تنظيم شيميايي (شامل تنظيم PH، اکسيد و يا احياءشيميايي)، کاهش اندازه ورفع آلودگي باشد. از مزاياي پيش آمايش ميتوان به افزايش ايمني، کاهش پرتوگيري و کاهش قابل توجه هزينه ها در مراحل عمليات مديريت پسماند اشاره نمود.
٤-٢ آمايش
به عملياتي که به منظور افزايش ايمني و کاهش هزينه ها، بوسيله تغيير خواص پسماند انجام ميشود، آمايش گفته ميشود.
بر حسب نوع پسماند(جامد، مايع وگاز) از روش هاي مختلفي براي آمايش استفاده ميشود که در ادامه هريک از اين روش ها مورد بررسي قرار ميگيرد. بطورکلي، اهداف اساسي درآمايش پسماندها عبارتند از: کاهش حجم پسماند، حذف کردن راديو نوکلئيدها از پسماند و تغييردادن ترکيب پسماند.
٤-٢-١ آمايش پسماندهاي آبي
جهت آمايش پسماندهاي آبي از روش هاي گوناگوني استفاده ميشود که عمده ترين آنها عبارتنداز: تبخير، رسوب دهي شيميايي و تبادل يوني. در ادامه به بررسي هرکدام از اين روش ها پرداخته ميشود.
١)روش تبخير
پس از تبخير پسماندهاي آبي دو محصول برجاي ميماند. يکي محصول ميعان بخارهاي توليد شده که تقريبا عاري از نمک بوده و اکتيويته پاييني دارد که ممکن است با روش تبادل يوني پاکسازي شودو در نهايت به محيط زيست تخليه شود يا به فرآيند اصلي بازگردد. ديگري محصول تغليظ شده ميباشد که آب از آن حذف شده و مواد غيرفرار نظير نمک ها و راديونوکلئيدها برجاي ميماند که ميتوان آن را انبار نمود و يا براي مدت زمان طولاني درون سيمان تثبيت کرد. روش تبخير به نسبت ساده بوده و به خوبي توسعه داده شده است . از مزاياي اين روش ميتوان به ميزان بالاي رفع آلودگي و کاهش حجم اشاره نمود. در مقابل از معايب اين روش مصرف بالاي انرژي و هزينه ها، ايجاد خوردگي و تشکيل رسوب در تجهيزات بوده و در بعضي موارد حضور بعضي از موادآلي ميتواند موجب بروز احتراق شود.
٢) روش رسوب دهي
هدف از رسوب دهي شيميايي حذف کردن راديونوکلئيدها از مايع پسماند با استفاده از تشکيل مواد جامد غير محلول است .
رسوب دهي شيميايي بطورکلي شامل چهار مرحله اساسي زير است : افزودن معرف يا تنظيم PH به منظور تشکيل رسوب ، لخته سازي، ته نشين کردن و جداسازي جامد– مايع .
اين روش بيشتر براي حجم هاي زياد از مايع بکار ميرود. براي جداسازي جامد از مايع از روش هاي متفاوتي مانند سرريزکردن ، فيلتراسيون و يا سانتريفوژ بکار ميرود.
٣) روش تبادل يوني
مواد تبادلگريوني ماتريس هاي نامحلولي هستندکه داراي يون هاي قابل تبادل با محيط اطرافشان هستند. تبادلگرهاي يوني شامل موادآلي ويا معدني هستند که بصورت طبيعي و يا مصنوعي وجود دارند و به شکل هاي کاتيوني و آنيوني ميباشد.
فرآيندهاي تبادل يوني به دو صورت پيوسته يا ناپيوسته ميتواند استفاده گردد. مراحل مورد استفاده در فرآيند ناپيوسته عبارتند از اضافه کردن مايع به مخزن ، همزدن و اجازه دادن براي رسيدن به تعادل بعد از گذشت مدت زماني مشخص . سپس محيط جذبي را ميتوان از مايع با فيلتراسيون جدا نمود. چنين فرآيندي بيشتر براي مقياسهاي کوچک مناسب ميباشد. در فرآيند پيوسته رزين هاي تبادل يوني درون ستون هاي بسترثابت قرار داشته ومايع مورد نظراز ميان محيط جذب تحت فشار پمپ ميشود. در اين ستون ها مي توان فقط از رزين هاي کاتيوني يا آنيوني و يا هر دو استفاده کرد که در اين حالت به آن بستر مختلط گفته ميشود. در مقياس صنعتي بيشتر از ستون استفاده ميشود. از مزاياي اين روش سادگي و گزينش پذيري آن و از معايب آن ميتوان به ظرفيت پايين جذب در حضور مقادير بالاي نمک غير اکتيو، ايجاد پسماند ثانويه در اثر احياء رزين و کاهش بازده جداسازي در اثر حضور مواد معلق و آلي اشاره نمود.
٤-٢-٢ آمايش پسماندهاي آلي
پسماندهاي راديواکتيو آلي مايع مانند روغن ها، حلال ها و سيالات بيولوژيکي مختلف در طي توليد و استفاده از راديوايزوتوپ ها در مراکز پژوهشي و همچنين در کاربردهاي صنعتي و پزشکي ايجاد ميشوند. حجم پسماند آلي مايع در مقايسه با پسماند آبي مايع ، خيلي کمتر است . پسماند راديواکتيو آلي، علاوه بر اين که نياز به پاکسازي اکتيويته دارد، لازم است که مواد شيميايي آن نيز زدوده شود. براي آمايش پسماندهاي آلي از سه روش تقطير، سوزاندن و اکسايش تر استفاده ميشود.
١) تقطير
از روش تقطير، براي آمايش پسماندهاي آلي استفاده ميشود[٤]. در اين روش ، آب از پسماند به منظور دورريزي مستقيم حذف ميشود که در نتيجه حجم پسماند بطور موثري کاهش مييابد. مواد آلي بازيابي شده را ميتوان بعنوان حلال اصلي بازگرداند و يا درون زباله سوزها با پسماند جامد سوزاند. مزاياي اين روش عبارتند از: احتياج به فضاي کم تجهيزات ، سادگي فرآيند و توسعه يافته بودن آن . از معايب اين روش مي توان به انرژي بربودن آن اشاره نمود که البته هزينه تقطير در مقايسه با امکان بازيابي حلال به شکلي که دوباره بتوان از آن استفاده نمود، مناسب ميباشد. پسماندراديواکتيو باقيمانده را ميتوان تثبيت نمود و يا سوزاند.
٢) سوزاندن
سوزاندن پسماندهاي آلي شامل تجزيه موادآلي، کاهش حجم پسماند و حذف کردن مواد خطرناک از آن ميباشد[٤]. سوزاندن روش بسيار مناسبي براي آمايش حجم کمي از مايعات آلي ميباشد، زيرا آنها به سرعت سوخته و در نتيجه آن حجم بسيار کمي از پسماند باقي ميماند. در عمل حجم هاي کم از مايعات آلي را در زباله سوزهاي پسماند جامد ميسوزانند. در اين زباله سوزها پسماند مايع درون محفظه هاي قابل احتراق کوچک مانند بسته هاي پلاستيکي ساده ، بسته بندي شده و بصورت ناپيوسته و کنترل شده با پسماند جامد سوزانده ميشود. ساير مايعات ، مانند روغنها و حلال ها ممکن است ابتدا با جاذب مانند خاک اره مخلوط شده تا به حالت نيمه جامد درآيند، سپس سوزانده شوند. از معايب اين روش ، توليد پسماند ثانويه اي است که آن نيز بايد آمايش شود. همچنين به دماهاي بسيار بالا و پايش و فيلتراسيون گاز خروجي هم نياز است .
٣) اکسايش تر
اکسايش تر روشي براي شکستن مواد آلي به دياکسيدکربن و آب طي فرآيندي مشابه سوزاندن ميباشد[١٢]. در يک سيستم ساده ، پسماندآلي با پراکسيد هيدروژن در حضور کاتاليست در دماي oC١٠٠ واکنش ميکند و آب حاصل از فرآيند تبخير ميشود. مزيت اصلي اين فرآيند دماي پايين آن و تبديل به جريان پسماند مايعي است که به آساني ميتوان آمايش نمود. اين واکنش اکسيداسيون گرمازا بوده و ممکن است احتياج به کنترل سرعت واکنش باشد تا از توليد گرماي زياد جلوگيري شود. با توجه به شرايط واکنش ، ممکن است به آلياژهاي مخصوصي براي ظروف واکنش نياز باشد. پارامترهاي مهمي که بايد مورد بررسي قرار بگيرند عبارتند از: دماي واکنش ، دسترسي به اکسيژن و زمان اقامت درون راکتور. اين روش نسبت به عمل سوزاندن ساده تر بوده و براي پسماندهاي بيولوژيکي، مناسب است . البته در اين روش نياز است که معرف اکسنده انبار شود. همچنين بقاياي فرآيند را بايد تثبيت نمود.
٤-٢-٣ آمايش پسماندهاي جامد
يکي از اهداف اصلي در آمايش پسماند جامد کاهش حجم اين نوع پسماندها تاحد ممکن براي ذخيره سازي، دورريزي و کاهش آلودگياکتيو درون آن تا حد ممکن است . قبل از آمايش پسماند جامد، از روش هاي پيش آمايش نظير موارد زير استفاده مي شود: تفکيک از نظر راديواکتيويته ، بسته بندي، رفع آلودگي و انبارسازي موقت . روش هاي آمايش پسماند جامد شامل روش هاي زير است :
