Способ анаэробной обработки твердых радиоактивных отходов и биореактор для его осуществления

 

Изобретение относится к атомной технике и технологии. Целью изобретения является обеспечение экологической безопасности окружающей среды, а также упрощение процесса переработки твердых радиоактивных отходов. Твердые радиоактивные отходы подвергают переработке путем предварительного измельчения, суспендирования или гидролиза и/или облучения ультрафиолетом и/или подвергают тепловой обработке с последующим анаэробным сбраживанием с применением мочевины, фосфорной кислоты, фосфата аммония, аммиака , а также солей кобальта, никеля, молибдена, железа, алюминия, извести или бентонита при 5-65 С, Биореактор для реализации способа включает покрывающую и нижнюю части, образующие газовую и жидкостную камеры, причем нижняя часть биореактора разделена перегородками на две или более секций. Изобретение позволяет сократить объем перерабатываемых отходов до 5-10% от первоначального и перевести их в неопасное для окружающей среды состояние . 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 4 ил. / г (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111 (51)5 G 21 F 9/28

ЗйГР

INNT89- 1

БИБЛИО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4355492/25 (22) 07.04.88 (31) 871550 (32) 08.04.87 . (33) FI (46) 07.02.91. Бюл. 11 - 5 (71) Иматран Войма Ой (FI) (72) Эско Туса, Раймо Мяття и Антти Руусканен (FI) (53) 621. 039.7(088.8) (56) Патент ГДР Р 211009, кл. G 21 F 9/32, 1984.

Патент США 11 4437987, кл. С О? F 11/04, 1984. (54) СПОСОБ АНАЭРОБНОЙ ОБРАБОТКИ

ТВЕРДЫХ PAjlHOAKTHRHbE ОТХОДОВ И БИОРЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к атомной технике и технологии. 1!елью изобретения является обеспечение экологической безопасности окружающей среды, а также упрощение процесса переработ1

Изобретение относится к атомной технике и технологии, а точнее к обработке твердых радиоактивных отходов низкой активности, образующихся на атомных электростанциях, с помощью анаэробной ферментации.

Целью изобретенчя является понышение экологической безопасности окружающей среды, а также упрощение процесса обработки твердых радиоактивных отходов.

На фиг, 1 представлен биореактор для анаэробной обработки твердых радиоактинных отходов низкой актинно2 ки твердых радиоактивных отходов, Твердые радиоактивные отходы подвергают переработке путем преднарительного иэмельчения, суспендиронания или гидролкза и/или облучения ультрафиолетом и/или подвергают тепловой обработке с последующим анаэробным сбраживанием с применением моченины, фосфорной кислоты, фосфата аммония, аммиака, а также солей кобальта, никеля, мопибдена, железа, алюминия, извести или бентонита при 5-65 С, Биореактор о для реализации способа включает покрывающую и нижнюю части, образующие газовую и жидкостную камеры, причем нижняя часть биореактора разделена перегородками на две или более секций, Изобретение позволяет сократить объем перерабатываемых отходов до 5-107 от первоначального и перевести их в неопасное для окружающей среды состояние. 2 с. и 5 з.п.h-лы, 4 ил.

1 сти, вид сбоку, на фиг. 2 — то же, вид спереди, на фиг. 3 — то же, вид сбоку, с подключенными емкостями с водой и химикалиями: новыми радиоактивными отходами, старыми радиоактив-ными отходами, а также сборником неразложивнихся отходов и линией циркуляции нераэложивнихся отходов, на фиг. 4 — технологическая схема обработки твердых радиоактивных отходов низкой активности с помощью анаэробной ферментации.

Биореактор содержит покрывающую

1 и нижнюю 2 части, которые могут от1627098 деляться одна от другой и установлены на опорной конструкции 3. В. нижней. части 2 биореактора установлен циркуляционный насос 4. Покрывающая 1 и нижняя 2 части биореактора образуют газовую 5и жидкостную 6 камеры.На нижней части 2 биореактора установлено суспендирующее устройство 7, а покрывающая часть 1 биореактора имеет вен- 10 тиляционную трубу 8, причем нижняя часть 2 биореактора разделена на блоки 9-11 с помощью перегородок 12 и

13. Нераэложившиеся отходы иэ нижней части 2 биореактора могут с помощью циркуляционного насоса 4 транспортироваться в сборник неразложившихся отходов 14, либо IIo циркуляционной трубе 15 через суспендирующее устройство 7 вновь поступать в нижнюю 20 часть 2 биореактора.

Биореактор работает следующим образом.

Предварительно обработанные пу тем измельчения, суспендирования или 25 специальной обработки, такой как гндролиз, и/или физического диспергирования (обнуление, тепловая обработка), радиоактивные отходы подают в нижнюю часть 2 биореактора, которая разделена на блоки 9-11. При этом каждый блок предназначен для определенного типа отходов, характеризукяцихся временем, необходимым для его разложения.

Емкость каждого блока выбирается в соответствии со временем, которое материал должен провести в нем, т.е. в соответствии со скоростью разложения. 40

В нижнюю часть 2 биореактора также подают воду и химикалии.

В процессе анаэробной ферментацни образующийся газ скапливается в га- 45 зовой камере 5 и через вентиляционную трубу 8 удаляется.из биореактора.

Неразложившиеся радиоактивные от ходы иэ нижней части 2 биореактора через циркуляционный насос 4 подают в сборник 14 нераэложивщихся отходов или в случае необходимости повторной анаэробной ферментации по циркуляционной трубе 15 через суспендирующее устройство 7 вновь подают н нижнюю часть 2 биореактора.

Способ анаэробной ферментации твердых радиоактивных отходов осуществляют следующим образом (AIIã.4). (Первоначально отходы собирают и опустошают бочки с отходами (на фиг.4 новые отходы обозначены блоком 16, бочки со старыми отходами— блоком 17 и опустошение бочек - блоком 18). Затем измельчают отходы (блок 19) и суспендируют измельченные отходы (блок 20). Суспендированные отходы подают к сепаратору 21, откуда разложившиеся отходы подают к предлагаемому биореактору 22, в котором происходит двустадийное анаэробное разложение: на первой стадии— кислотное (22а), а второй — метановое (22б).

Неразложившиеся отходы удаляют из сепаратора 21 и подают к блоку 23, от биореактора 2? неразложившиеся отходы подают к блоку 24, а подвергшиеся анаэробному разложению отходы - к сепаратору 25, где происходит разделение неразложившегося вещества и воды. Нераэложившиеся отходы подают к блоку 26, а вода возвращается по циркуляционной трубе 27 к водяному баку

28. Заменяемую воду подают от блока

29 к блоку 28. Неразложившиеся отходы, которые были удалены из технологического процесса, подают от блоков

23, 24 и 26 к сборнику 30, откуда обработанные отходы укладывают в бочки

31, которые поступают в хранилище 32.

С блока 33 в биореактор 22 добавляют химикалии. Продукты реакции метановой стадии (22в) биореактора 22 в виде .газа подают к блоку 34 и далее к газовой горелке 35.

Предлагаемый способ может также включать специальные обработки (фиг.4, блок 36). В этом случае отходы могут быть обработаны химикалиями (блок 37), подвергнуты тепловой обработке (блок 38) и облучены ультрафиолетом (блок 39).

На кислотной стадии (22a) и/или метановой стадии (22в) биореактора

22 добавляют химикалии, необходимые в процессе разложения: питающие соли, ничтожные количества добавок, химикалии, регулирующие рН, сгустители и т.п. В качестве питательных солей преимущественно иснолъэуют мочевину, фосфорную кислоту, фосфат аммония, аммиак, в качестве малых добавок — соли кобальта,, никеля или молибдена, а в качестве сгустителя— флокулянты (соли железа, алюминия, известь или бентонит).

1 6 2 71) <) В

50

Неразложив)<п)еся отходы (<)<))r.4) могут подавлться по циркуля ционной трубе 27 обратно н биорелктор 22.

В случае необхоримости нера зложившиеся отходы могут подлн,)ться <Т блоков ?3, ?4 и ?6 по трубам 27 и блоку 36 специальной обрлботки, где они подвергаются специальной обработке с помощью гидролиза и/или физи<)еского диспергироплния и затем нозврлщаются по циркуляционной трубе 27 к биореактору ?2.

Газ, полученный в предлагаемом способе, используют рля поддержлния температуры технологи )ec)

Предлагаемый способ может выполняться в пределах широкого темперл) урного диапазона: 5-65 С. <)днако рекомено, дуемым является дилплзон 20-35 Г. о

При работе в ловы)))енно)< темперл) урном диапазоне способ может осуществляться быстрее.

Сост ветству))«)ее содержание сухого вещества в технологическом процессе составляет 5-10%. В лредллглемом способе требуется злменяемой воды около

1% от количестнл обрлблтынлемых отходов. Предлагаемый способ может быть дополнительно усилен путем развития бактерилльного нлпряжения, которое максимально пригодно для использования в технологическом процессе.

Процесс разложения в предллглемом способе подразделен на две, три или более стадий. При этом, на первой стадии подвергают рлзложени)<) трудно разлагающиеся отходы, например резина. Во второй стадии обработка направлена на легко разлагающиеся отходы, например бумага, древесина, хлопчатобумажная ткань, картон, вата и т.п. Биореактор в этом случае снабжен перегородками, которые делят его на отдельные блоки соразмерно количеству старий.

Пример. Твердые радиактивные отходы низкого уровня радиоактивности следующего состава: бумага, смен)анисе тряпье, пластмасса, резина, . древесина, огнеупорная ткань, обти, рочные концы и картон, подвергают обработке предлагаемым способом при, 5-65 С в две или более стадий путем анаэробного сбраживания.

В результате проведенных операций объем твердых радиоактивных отходов сокращают до 5-10% от первоначальыагу объем: ) oTx<)I< о) уе)1

После Ilf .ð< .ðëáîòêè тнердыс рлдиолктивные

Предллгаомый способ хлрлктеризуется простотой, срл))ните))ьно высояой производительностью и является эффективным для больп)инствл составных частей отходов. Предллглемый способ является замкнутым технологическим процессом и поэтому не нлносит ущерба окружающей среде.

Благодаря прерллгаемому способу может обрлбатынлться множество различных отходов.

Конструкция биореактора отличается простотой, а также способностью перерлбатывлть одновременно несколько типов твердых отходов низкого уровня рлдиоактивности, требующих различного времени, необходимого для их разложения. Ф о р м у л л и з о б р е т е н и я

1 . Способ лнлэробной обработки

30 твердых рлдиолктивных отходов, включающий прерварительное измельчение и последу)<))<1ее окислительное разложение отходов, и т л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения экологической безопасности окружающей Сре.— ды, а также упрощения процесса об1 работки, твердые радиоактивные отходы суспендируют или гидролизируют и/или облучают ультрафиолетом, и/или

40 подвергают тепловой обработке, и подают в биореактор, где осуществляют анаэробное сбраживание в две стадии — кислотную и метановую, а неразложившиеся отходы направляют на

45 хранение.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что анаэробное сбраживание осуществляют с помощью мочевины, фосфорной кислоты, фосфата аммония, аммиака, добавок солей кобальта, никеля, молибдена, а также сгустителей — солей железа или алюминия, или извести, или бентонита.

3. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что процесс анаэробного сбраживлния проводят в интервале температур 5-65 С.

4. Способ по и. 3, отличаюшийся тем, что процесс анаэроб16?7098

10 ного сбраживания проводят в интервале температур 20-35 С.

5. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что неразложившиеся отходы предварительно рециркулируют на стадию аназробного разложения.

6. Способ по и. 5, о т л и ч а юшийся тем, что перед рециркуляцией неразложившиеся отходы гидролизуют и/или облучают ультрафиолетом, и/или подвергают тепловой обработке.

7. Биореактор для анаэробной обработки твердых радиоактивных оТхо дов, включающий покрывающую и нижнюю части, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экологической безопасности окружающей среды, а также упрощения процесса обработки, нижняя часть биореактора разделена перегородками на не менее, чем два блока, 27

-г

З7 гВ гю

Составитель А.йдин

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

Редактор И.Дербак

Заказ 291 Тирам 265 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101