Эколого—экономическая оценка деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ...6

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ... ...11

1.1. Современное состояние проблемы обращения с радиоактивными отходами...11

1.2. Охрана окружающей среды при обезвреживании радиоактивных отходов...22

1.3. Современный обзор и анализ проблемы определения эколого-экономической эффективности деятельности предприятий по обезвреживанию радиоактивных отходов...27

Глава 2. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ...46

2.1 .Эколого-технологические параметры вариантов кондиционирования жидких радиоактивных отходов, используемых на предприятии ГУП МосНПО «Радон»...47

2.1.1. Цементирование жидких радиоактивных отходов...47

2.1.2. Битумирование жидких радиоактивных отходов...50

2.1.3. Остекловывание жидких радиоактивных отходов...53

2.2. Анализ тенденций использования вариантов кондиционирования жидких радиоактивных отходов с целью максимального обеспечения экологической безопасности окружающей среды...55

2.3. Радиационно-экологический мониторинг окружающей среды при обезвреживании радиоактивных отходов...60

3

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗМА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ...85

3.1. Разработка основных принципов системного подхода к эколого-экономической оценке деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов...85

3.2. Выбор интегрального критерия оценки эколого-экономической эффективности функционирования предприятия...91

3.3. Определение расчета затрат на технологические варианты обезвреживания радиоактивных отходов...101

3.4. Обоснование расчета эколого-экономической оценки комплексного ущерба, наносимого окружающей среде, персоналу и населению в результате деятельности предприятия...106

3.4.1. Оценка удельного ущерба водным ресурсам от сбросов • радионуклидов предприятием в водные объекты...108

3.4.2. Оценка удельного ущерба воздушным ресурсам от выбросов предприятием радиоактивных веществ в атмосферу...111

3.4.3. Оценка удельного ущерба, наносимого персоналу и населению предприятием в результате производственной деятельности... 119

3.4.4. Оценка удельного ущерба земельным ресурсам в результате изъятия земель из сельхозоборота под территорию предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов...122

3.5. Обоснование расчета эколого-экономической оценки потенциально возможного ущерба окружающей среде, персоналу и населению...123

3.6. Разработка экономико-математической модели оценки и выбора оптимальных вариантов обезвреживания радиоактивных отходов...127

3.6.1. Общее представление модели. Постановка задачи...127

3.6.2. Целевая функция и система ограничений модели...130

3.8. Формирование механизма эколого-экономической оценки

деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов... 134

Глава 4. АПРОБАЦИЯ МЕХАНИЗМА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ГУП МОСНПО «РАДОН»...139

4.1. Формирование экологически допустимого множества вариантов кондиционирования жидких радиоактивных отходов...139

4.2. Эколого-экономическая оценка деятельности предприятия по кондиционированию жидких радиоактивных отходов на базе разработанной экономико-математической модели...140

4.2.1. Экономико-математическая модель оценки деятельности предприятия: постановка задачи, описание модели...140

4.2.2. Расчет основных показателей целевой функции и анализ

полученных результатов...144

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...161

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...163

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ...172
Введение

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Перечень условных обозначений, символов, единиц и

терминов...174

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Значения показателя q относительной опасности загрязнения атмосферного воздуха над территориями различных типов... 178 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Значения коэффициентов для территорий различных

типов, попадающих в зону загрязнения...179

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Нормативная цена земли для земель различного целевого назначениям по оценочным зонам г. Сергиев Посад и Сергиево-Посадского района...180

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

РАО - радиоактивные отходы

ЖРО - жидкие радиоактивные отходы

РВ - радиоактивные вещества

ОС - окружающая среда

ПОД - природоохранная деятельность

РЭМ - радиационно-экологический мониторинг

ПЭЭУ - предотвращенный эколого-экономический ущерб

ЭММ - экономико-математическая модель

ПДВ - предельно-допустимый выброс

ПДС - предельно-допустимый сброс

ПД - установленный нормативный предел эффективной дозы для населения

СПРК - стационарные пункты радиационного контроля

УВ - уровень вмешательства

ДУ - допустимый уровень

ЗСР - зона строгого режима

СЗЗ - санитарно-защитная зона

ЗН - зона наблюдения

ВВЕДЕНИЕ

Радионуклиды и ионизирующее излучение нашли широкое применение в энергетике и во многих других отраслях промышленности, в том числе горнодобывающей, нефтегазопромысловой, металлургии, тяжелом машиностроении, судостроении и др.

В то же время использование атомной энергии и современных радиационных технологий порождает широкий спектр отрицательных техногенных воздействий на окружающую среду, среди них: увеличение объема радиоактивных отходов, увеличение риска заболеваемости населения, снижение уровня экологической безопасности жизненного пространства. Концепции обращения с такими отходами требуют их надёжной изоляции от биосферы с целью предотвращения вредного воздействия на человека и окружающую природную среду в течение всего периода сохранения ими потенциальной опасности. В связи с этим объективной необходимостью является развитие специализированных производств по обезвреживанию радиоактивных отходов на основе использования технологий, минимально загрязняющих окружающую среду и сберегающих ресурсы и энергию.

К сожалению, в настоящее время проблеме управления образующимися в народном хозяйстве радиоактивными отходами и эколого-экономическому обоснованию деятельности предприятий по их обезвреживанию в рамках содействия устойчивому развитию уделяется недостаточно внимания, а используемый традиционный подход к оценке экономической эффективности таких производств, основанный только на критерии минимизации приведенных затрат, не способствует выбору более надежных и, как правило, более дорогостоящих технологий.

Между тем, экономический эффект от деятельности предприятий по обезвреживанию радиоактивных отходов должен определяться не только за счет экономии затрат на достижение заданной цели, но и в соответствии с

предотвращенным в результате осуществления природоохранной деятельности ущербом от возможных экологических нарушений.

Поэтому в современной ситуации несомненно актуальными являются исследования по созданию инструментария эколого-экономической оценки производственной деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов на основе не только минимума затрат, но и сопоставления экономических оценок различных видов ущербов реципиентам негативного воздействия, способствующего достижению необходимого баланса между темпами экономического развития и состоянием окружающей среды.

Цель исследования состоит в разработке механизма эколого-экономической оценки деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов, позволяющего оценить эффективность его функционирования с учетом потенциально возможного, предотвращенного и фактического ущерба окружающей среде, персоналу и населению в натуральном и стоимостном выражении.

Основная идея работы заключается в обосновании эколого-экономически эффективного функционирования производства по обезвреживанию радиоактивных отходов на основе максимума интегрального критерия - предотвращенного эколого-экономического ущерба, определяемого сопоставлением оценки потенциально возможного ущерба и полных затрат с учетом возникающего в процессе деятельности фактического ущерба реципиентам негативного воздействия.

Объект исследования - предприятия, осуществляющие сбор, переработку и долговременное хранение радиоактивных отходов и подвергающиеся их воздействию окружающая природная среда, персонал и население.

Предмет исследований - экологические, экономические, социальные и технологические взаимосвязи, характеризующие деятельность предприятия и его негативное воздействие на реципиентов.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

8

- формирование единого подхода к эколого-экономической оценке деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов необходимо проводить на основе интегрального критерия максимума предотвращенного эколого-экономического ущерба, позволяющего учитывать производственные затраты, потенциально возможный и фактический ущерб, наносимый хозяйственной деятельностью предприятия окружающей природной среде, персоналу и населению;

- эколого-экономическую оценку сформированного экологически допустимого множества вариантов следует проводить на основе разработанной экономико-математической модели с целевой функцией максимизации предотвращенного эколого-экономического ущерба;

-разработанный механизм оценки эколого-экономической эффективности функционирования предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов предусматривает выявление взаимосвязей, характеризующих его негативное воздействие на реципиентов, анализ изменений окружающей среды в результате производственной деятельности, формирование экологически допустимого множества вариантов и реализацию экономико-математической модели с учетом заданных ограничений.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

• разработана экономико-математическая модель с целевой функцией максимизации предотвращенного эколого-экономического ущерба, позволяющая оценить допустимые производственные варианты на основе сформированного множества эколого-экономических параметров оценки и с учетом экологических, экономических, социальных и технологических ограничений;

• сформирован механизм эколого-экономической оценки эффективности функционирования деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов;

• проведено моделирование сценариев обращения с жидкими радиоактивными отходами с оценкой полных затрат, потенциально возможного

9

ущерба в случае отсутствия их обезвреживания, возникающего в результате деятельности предприятия фактического ущерба окружающей природной среде, персоналу и населению в натуральном и стоимостном выражении, и предотвращенного эколого-экономического ущерба.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- корректной постановкой задачи исследования и использованием современных методов научного обобщения, экономико-статистического анализа и экономико-математического моделирования;

- большим объемом собранных и обработанных данных, отражающих отечественный и зарубежный опыт использования кондиционирования жидких радиоактивных отходов и оценки эффективности применяемых технологий в области обращения с радиоактивными отходами;

- положительными результатами апробации разработанного механизма на специализированных предприятиях «Радон».

Научное значение работы заключается в совершенствовании методических подходов к эколого-экономическому обоснованию эффективности деятельности предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов на основе учета влияния экологических, экономических, социальных и технологических взаимосвязей.

Практическое значение заключается в возможности применения разработанного механизма для эколого-экономической оценки эффективности функционирования предприятия по обезвреживанию радиоактивных отходов на основе определения потенциально возможного, фактического и предотвращенного ущербов окружающей среде, персоналу и населению в результате деятельности предприятия в натуральном и стоимостном выражении.

Реализация выводов и рекомендаций. Разработанный механизм внедрен на предприятии ГУП МосНПО «Радон» и Свердловском спецкомбинате «Радон».

10

Апробация работы. Обсуждение основных положений диссертации состоялось на заседаниях межведомственного научно-технического совета ГУП Мое НПО «Радон» (2002, 2004 гг). Результаты диссертации получили одобрение на отечественной (Н.Новгород, 1999 г.) и международных научно-практических (Плес, 2004 г., Санкт-Петербург, 2004 г.) конференциях, на заседании кафедры «Экономика природопользования» МГГУ (2004 г).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 научных работ.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 14 рисунков, 25 таблиц и список литературы из 108 источников.

11

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

1.1. Современное состояние проблемы обращения с радиоактивными отходами

Научно-технический прогресс сопровождается значительным ростом отходов различных производств. Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд.т отходов, утилизируется, к сожалению, менее 30 % [72]. Накопление отходов ведет к загрязнению поверхностных и грунтовых вод, атмосферы, почвы и, в конечном итоге, приводит к качественной деградации окружающей природной среды - среды обитания всего живого на нашей планете, в том числе и человека. Особую тревогу вызывают экологически вредные отходы, среди которых наиболее опасными являются радиоактивные, возникшие в результате деятельности военной промышленности, АЭС, медицины, науки, металлургии, тяжелом машиностроении, судостроении, горнодобывающей, газовой и нефтяной промышленности, и других сфер, где используются радионуклиды. По данным доклада «Окружающая среда в Европе: третья оценка» [96] во всем мире количество опасных отходов на сегодняшний день составляет 1%, из них переработке подвергается не более 50%. О масштабах загрязнения свидетельствует тот факт, что к настоящему времени накоплены миллионы кубических метров радиоактивных отходов (РАО) всех уровней активности [58] - низкой, средней и высокой, причем основной вклад вносят жидкие отходы. А если учесть, что кроме радиоактивных, существуют еще и смешанные и трансурановые отходы, которые также представляют опасность для биосферы, проблема кондиционирования РАО (перевода их в безопасную для окружающей среды форму) является одной из важнейших для человечества. Загрязненные

12

радионуклидами материалы образуются и при ликвидации последствий радиационных аварий и аномалий.

Современные концепции обращения с такими отходами требуют их надёжной изоляции от биосферы с целью предотвращения их вредного воздействия на человека и окружающую природную среду в течение всего периода сохранения отходами потенциальной опасности: от сотен до десятков миллионов лет.

Для обеспечения безопасного обращения с РАО в целях поддержания требуемого качества окружающей среды (ОС) и предотвращения ее деградации необходимо руководствоваться следующими основными принципами [6,10,17,21,25,58,91]:

1. Минимизация количеств образующихся РАО.

2. Кондиционирование РАО путем их перевода в химически устойчивую форму, которая сохраняет стабильность в течение времени хранения РАО (периода, необходимого для уменьшения активности до уровня естественного фона).

3. Минимизация конечного объема РАО.

4. Недопустимость миграции радионуклидов из хранилищ (могильников) за счет совершенствования экологически безопасных технологий основных производств и обращения с РАО.

5. Максимальная простота, надежность и безопасность технологий транспортирования, хранения, переработки (кондиционирования) и удаления РАО.

6. Непревышение разрешенного уровня выброса радиоактивных веществ вентиляционными системами предприятия в атмосферный воздух.

7. Непревышение разрешенного уровня сброса радиоактивных веществ сточными водами предприятия в открытые водные системы.

8. Обеспечение радиационной безопасности на всех стадиях обращения с РАО.

13

9. Проведение радиоэкологического мониторинга ОС с последующим прогнозированием ее состояния.

Стадии обращения с радиоактивными отходами (РАО) включают:

- сбор и сортировку отходов;

- кондиционирование отходов (переработка и упаковка РАО);

- временное хранение кондиционированных РАО;

- транспортировку кондиционированных отходов;

- окончательное захоронение отходов.

Краткая характеристика и классификация ЖРО определена в НРБ-99 [50], ОСПОРБ-99 [64], СПОРО-2002 [79], рекомендациями МАГАТЭ.

К жидким РАО относятся не подлежащие дальнейшему использованию органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов более чем в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой, приведенные в [64].

Жидкие РАО по внешним признакам и химическим свойствам разделяются на следующие виды:

1.Жидкие негорючие отходы: водные растворы кислот, щелочей, солей, иногда содержащие органические вещества и взвеси. К отходам этого вида обычно относятся технологические стоки, образующиеся в производственном или исследовательском цикле, дезактивационные стоки от мойки оборудования, стоки биологических лабораторий, кубовые остатки от переработки упариванием низкоактивных вод, пульпы, в том числе гидратные осадки после коагуляции, гидратно-карбонатные осадки после щелочно-содовой обработки регенератов и маточники выпарных аппаратов.

2. Жидкие горючие отходы: масла, спирты, керосин, горючие органические растворители и т.п.. Основную массу таких отходов обычно составляют отработанные масла от различного рода машин, выполняющих операции с продуктами, которые содержат радиоактивные вещества, а также сорбенты и органические растворители от экстракционных процессов и различных операций мойки деталей машин.

14

По категориям согласно классификации, приведенной в [64] жидкие радиоактивные отходы подразделяются на 3 категории (таблица 1).

Таблица 1

Классификация жидких РАО

Категория жидких радиоактивных отходов Удельная активность, кБк/кг

Р-излучающие радионуклиды а- излучающие радионуклиды (исключая трансурановые) Трансурановые радионуклиды

Низкоактивные Менее 103 Менее 102 Менее 10'

Среднеактивные ОтКРдоЮ7 От102до106 ОтЮ'доЮ5

Высокоактивные Более 107 Более 106 Более 105

Характеристики поступающих на долговременное хранение ЖРО приведены в [6]. Авторами отмечается, что объёмная активность отходов по Р-излучению находится в пределах от 50 кБк/л до 3,7 МБ к/л и обусловлена присутствием радионуклидов '" Cs, 90 Sr, 90 Y, u С, |44 Се, I06 Ru и других. Основная доля активности приходится на наиболее токсичные нуклиды 137 Cs, 90Sr.

Солевой состав жидких отходов колеблется в значительных пределах и может доходить до 600 г/л. Около 80% солевого остатка приходится на нитрат натрия. Также в отходах могут присутствовать соли кальция, магния, фториды, хлориды, сульфаты, фосфаты и т.д. [58]. Составы типичных жидких РАО среднего уровня активности представлены в [58].

Сложность проблемы радиоактивных отходов состоит в том, что их нельзя полностью обезвредить, то есть превратить в нерадиоактивную субстанцию. Поэтому речь может идти лишь о кондиционировании РАО -

15

максимальном уменьшении их объема, переводе в инертную стабильную форму и долговременном хранении или захоронении их в глубоких геологических формациях, чтобы максимально надежно изолировать РАО от биосферы. В таких хранилищах кондиционированные РАО должны находиться в течение времени, необходимого для уменьшения их активности до уровня естественного фона.

В отечественной [2,6,10,58] литературе в настоящее время глубоко освещены теоретические основы и технологические методы переработки кондиционирования ЖРО на основе комплексного подхода к локализации отходов, который заключается в концепции создания многобарьерной системы их изоляции. Суть ее состоит в следующем: включенные в матрицу отходы герметически упаковывают в металлические контейнеры и помещают в скважины, размещенные в геологической породе. Дополнительными барьерами против загрязнения окружающей природной среды радионуклидами служат металлический контейнер (как правило, из нержавеющей стали) и его защитное покрытие из коррозионно-стойких материалов, а также материал засыпки, или наполнителя, располагаемый между контейнером с отходами и основной породой хранилища. Компоненты многобарьерной системы изоляции должны обладать свойствами, обеспечивающими безопасное и надежное длительное хранение РАО, и быть увязанными между собой. Сохранность многобарьерной системы изоляции рассчитана на 1000 лет.

Однако исследования представленные в работе [58] показали, что только включение радиоактивных отходов в твердые материалы при условии получения монолитной структуры (кондиционирование РАО) обеспечивает надежную защиту окружающей среды.

Основная суть технологий кондиционирования жидких РАО заключается в переводе концентратов ЖРО в твердую форму посредством их смешения со специальными материалами (связующими) с целью образования твердых продуктов с низкой скоростью выщелачиваемости из них радиоактивных веществ.

16

Основное отличие этих технологий заключается в выборе связующих, которые можно разделить на три основные группы: органические (битум и полимеры); неорганические (цемент, стекло, стеклокерамика, керамика); металлические и композиционные (состоящие из нескольких матриц) ([2]).

Наиболее распространенными методами кондиционирования радиоактивных отходов низкой и средней активности являются цементирование и битумирование, высокоактивных - остекловывание и включение в керамические формы.

По мнению авторов [58], «...никакой принципиальной разницы в процессах переработки низко- и среднеактивных и высокоактивных отходов нет.» Установки по переработке высокоактивных отходов требуют более мощной биологической защиты. Ранее считалось, что к конечным формам низко- и среднеактивных отходов не следует предъявлять особых требований, однако в последнее время радиоэкологические требования ужесточаются. Если в 1970-х - начале 1980-х гг. о включении низко- и среднеактивных отходов в стекло или керамику речь даже не шла, то с начала 1990-х гг. эти методы выходят на первый план, особенно это касается трансурановых и высокосолевых среднеактивных РАО.

В последнее время для среднеактивных отходов активно осваивается метод остекловывания как наиболее надежно изолирующий отходы от окружающей природной среды, но более дорогостоящий вследствие высоких энергозатрат.

В работах [2,6] основательно описаны методы цементирования ЖРО. Включение в цемент - один из основных методов отверждения как гомогенных (кубовые остатки), так и гетерогенных (пульпы) отходов. Процесс цементирования жидких РАО различного химического состава и уровня активности характеризует взаимодействие вяжущих веществ цемента, представленных в основном силикатами и алюминатами кальция, с водой, содержащейся в отходах. Широкое распространение цементирования обусловлено следующими факторами: способностью цемента поглощать воду,

17

определяющей в результате расход цемента и объем переработанных отходов; негорючестью; отсутствием пластичности у отвержденного продукта; а также простотой осуществления процесса смешения концентрата отходов с цементом. Принцип цементирования заключается в выпаривании ЖРО с последующим смешением солевого остатка с цементом. В соответствии с [6] радиационная стойкость собственно цемента невысока. Радиационному воздействию в цементированных отходах подвержены в основном содержащаяся там вода. Опасность этого воздействия заключается в возможности образования при хранении цементных блоков взрывоопасных смесей воздуха с выделяющимся водородом-продуктом радиолиза воды. Опасность эту можно устранить путем создания необходимой вентиляции в хранилище.

В связи с хорошей фильтруемостью отвержденного продукта из-за его пористости, разбухания цементных блоков вследствие газовыделения не ожидается. Поэтому радиационный эффект не представляет собой фактор, сдерживающий включение радионуклидов в цемент, и допускает цементирование отходов не только низкого, но и среднего уровня активности.

Однако наряду с этим цементирование имеет ряд существенных недостатков: сравнительно невысокая степень включения отвержденных компонентов цемента, что приводит к увеличению объема отвержденных продуктов, поступающих на долговременное хранение; значительная вымываемость из цемента включенных в него компонентов; наличие большого количества воды в отвержденном продукте, низкая механическая прочность.

На предприятии ГУП МосНПО «Радон» проведены исследования механических свойств отвержденных радиоактивных отходов, включенных в наиболее распространенные в строительной практике России портланд -цементы. Как известно, механические свойства цементного камня зависят от марки цемента, инертного наполнителя, состава вод, применяемых для отверждения, и многих других факторов.

Список литературы