Фильтрующее устройство для очистки воды

 

Изобретение относится к водоочистительной технике, в частности к фильтрующим устройствам для очистки радиоактивной воды пеналов или бассейнов при краткосрочном периодическом хранении негерметичных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), при сливе воды из разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) в специальный бак, а также при водоподготовке вод, содержащих хлор- и йодорганические соединения. Сущность изобретения состоит в том, что в фильтрующем устройстве, включающем корпус с входным и выходным патрубками и сорбирующую загрузку из нетканого ионообменного материала, сорбирующая загрузка выполнена многослойной, причем первый слой выполнен из полиамфолита на основе полиакрилонитрильных волокон с обменной емкостью 4,5 - 5,5 ммоль/г, второй слой - из углеродсодержащего сорбционно фильтрующего материала "бусофита", а между ними расположена армирующая подложка из полипропиленового (ПП) или ПВС-волокна при соотношении толщин слоев (2,5 - 3,0) : (5,5 - 6,0) : (0,9 - 1,0); первый слой загрузки может быть выполнен из модифицированного полиакрилонитрильного волокна в виде слабоосновного анионита и, кроме того, загрузка может быть дополнительно снабжена слоем сильноосновного гранулированного анионита, размещенным на армирующей подложке. Предлагаемое устройство позволяет снизить количество радионуклидов йода, кобальта, цезия, коррозионно-опасных анионов в воде, сливаемой из машины РЗМ в бак опорожнения, при этом концентрация радиойода понижается в 3 - 6 раз, что в целом уменьшает опасность для обслуживающего персонала, улучшает экологию и повышает культуру обслуживания потенциально опасного объекта - атомной электростанции. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области водоочистительной техники, в частности к фильтрующим устройствам для очистки радиоактивной воды пеналов или бассейнов при краткосрочном периодическом хранении негерметичных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), при сливе воды из разгрузочно-загрузочной машины (РЗМ) в специальный бак, а также при водоподготовке вод, содержащих хлор- и йодорганические соединения.

Известно, что очистку воды осуществляют с помощью фильтров - механического перлитного и фильтра смешанного действия (ФСД) с загрузкой ионитов КУ-2-8 чс и АВ-17-8 чс при соотношении 1:1. Достигаемые коэффициенты очистки от растворимых примесей и радионуклидов составляют 2 - 4, по хлор-иону и радионуклидам цезия 2 и в целом по -активности 1,2 - 1,7. Очистку радиактивной воды, сливаемой из РЗМ, осуществляют на механическом фильтре, где удаляются только взвешенные частицы (Химическая технология теплоносителей ядерных энергетических установок/Под редакцией Седова В.М.- М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 132-141).

Недостатком таких фильтров является периодичность работы и низкая эффективность очистки воды от радинуклидов цезия, йода, кобальта, коррозионно-опасных анионов (Cl-, F--ионы), способствующих контактной коррозии циркониевого сплава (оболочки твэлов).

Известно фильтрующее устройство, содержащее корпус с входным и выходным патрубками для подвода и отвода воды и сорбирующую загрузку из нетканого ионообменного материала (катионита) с толщиной слоя, не препятствующей процессу конвективного перемешивания воды в пенале, с общей обменной емкостью, равной 4,5 ммоль/г, выбранное авторами в качестве прототипа как наиболее близкoe к изобретению по совокупности существенных признаков (RU, 2022376 C1, кл. G 21 F 5/00, 30.10.94).

Недостатком известного устройства является низкая степень очистки от радионуклидов йода, особенно при кратковременном хранении ОТВС в период погрузочно-разгрузочных работ, когда радиоактивный йод является определяющим компонентом повышенной радиационной опасности.

Задачей, решаемой с помощью заявляемого изобретения, является повышение эффективности очистки от радионуклидов йода и уменьшение радиационной опасности для обслуживающего персонала и улучшения экологии в целом из-за снижения выбросов радиоактивного йода, особенно в период осуществления погрузочно-разгрузочных работ.

Сущность изобретения состоит в том, что в фильтрующем устройстве, включающем корпус с входным и выходным патрубками и сорбирующую загрузку из нетканого ионообменного материала, сорбирующая загрузка выполнена многослойной, причем первый слой выполнен из полиамфолита на основе полиакрилонитрильных волокон с обменной емкостью 4,5 - 5,5 ммоль/г, второй слой - из углеродсодержащего сорбционно фильтрующего материала "бусофита", а между ними расположена армирующая подложка из полипропиленового (ПП) или ПВС-волокна при соотношении толщин слоев (2,5 - 3,0) : (0,9 - 1,0) : (5,5 - 6,0); первый слой загрузки может быть выполнен из модифицированного полиакрилонитрильного волокна в виде слабоосновного анионита; и, кроме того, загрузка может быть дополнительно снабжена слоем сильноосновного гранулированного анионита, размещенным на армирующей подложке. Для эффективного решения поставленной задачи необходимо наличие каждого из перечисленных слоев, расположенных в определенной последовательности, так как каждый тип фильтрующего материала имеет свою рабочую функцию: - нетканый полиамфолит (катионит или анионит) эффективно удаляет катионы коррозионного происхождения 54Mn, 58Fe, 60Co и другие не только в процессе ионного обмена, но также за счет комплексообразования, образуя при этом полимерные комплексы типа по сути, этот фильтрующий слой удаляет взвешенные вещества и продукты коррозии, кроме того, как обнаружено авторами, нетканый полиамфолит в достаточной степени поглощает молекулярный йод, анионы йодистоводородной и йодноватистой кислот - йодид- и йодатионы; - нейтральный волокнистый полимерный материал в виде полипропилена или ПВС-волокон выполняет функцию задержания коллоидных частиц, но главное - использование его как армирующей и предохраняющей подложки перед "бусофитом", хотя в некоторой степени возможно его применение и для сорбции радиойода; отсутствие этого слоя в некоторые моменты эксплуатации, например, в период перегрузки негереметичных ОТВС может привести к деформации ткани "бусофит"; - сорбционно фильтрующий углеродный материал "бусофит" в виде ткани предназначен для поглощения молекулярного йода и других форм радиоактивного йода, в том числе и его летучих органических соединений, например метилйодида; этот слой очень важен ввиду высокой сорбционной способности по отношению к радиойоду, особенно метилйодиду; - сильноосновный гранулированный анионит гелевого или макропористого типа с четвертичными бензилтриметиламмониевыми функциональными группами используют в качестве дополнительного слоя для удаления коррозионно-агрессивных анионов (Cl-, F-), йодид- и йодат-ионов в процессе ионного обмена, а также неионоообменной сорбции метилйодида и располагают его сразу после первого слоя перед полипропиленовой подложкой. В качестве гранулированного анионита могут быть использованы отечественные аниониты марок АВ-17-8 чс, АВ-17-8 (Cl- - форма в том числе), зарубежные аниониты марок MWA-1, Relite3AS, DOWEX-11.

Для решения поставленной задачи и для простоты исполнения устройства применим и композит из нетканого полиамфолита и "бусофита", разделенный подложкой из полипропилена или ПВС-волокна. Указанная последовательность слоев в предлагаемом фильтрующем устройстве для очистки воды обеспечивает практически полное удаление из воды радионуклидов коррозионного происхождения, включая коррозионно-опасные анионы цезия, особенно радиоактивного йода, и всех его многообразных форм.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором изображен один из возможных вариантов предлагаемого фильтрующего устройства. Устройство содержит цилиндрический корпус 1 с верхней крышкой 2 и патрубком 3 для входа очищаемой воды и нижней крышкой 4 с патрубком 5 для выхода очищенной воды, распределительные пластины 6. Внутри корпуса 1 по ходу перемещения очищаемой воды размещены следующие слои: первый слой из нетканого полиамфолита на основе ПАН-волокон 7, дополнительный слой из сильноосновного гранулированного анионита гелевого или макропористого типа 8, армирующая подложка из нейтрального волокнистого полимерного материала из полипропиленовых или ПВС-волокон 9, второй слой из сорбционного фильтрующего углеродного материала "бусофит" 10. В общей технологической схеме предлагаемое устройство расположено на трубопроводе слива воды из РМЗ в бак опорожнения РЗМ. Режим работы устройства периодический - от 2 до 10 ч. Предлагаемое фильтрующее устройство работает следующим образом: устройство подсоединяют к трубопроводу слива воды из РЗМ в бак опорожнения, открывают вентиль и медленно сливают радиоактивную воду через устройство.

Работа предлагаемого устройства поясняется следующими примерами.

Пример 1.

Через фильтрующее устройство (см. фиг. 2), содержащее в качестве первого слоя фильтрующей загрузки 7 полиамфолит на основе ПАН-волокон (в большей степени катионит) с обменной емкостью 5,0 ммоль/г с толщиной слоя 8 мм и второго слоя 10 из "бусофита" толщиной 14 мм, между которыми находится подложка 9 из ПП толщиной 3 мм, пропускали высокоактивную воду (из РЗМ) со скоростью 30 мл/с. После 2 ч работы устройства определяли радиохимические и физико-химические показатели качества воды и рассчитывали эффективность очистки по каждому компоненту. Экспериментальные данные радиоизотопного состава воды до и после очистки приведены в табл. 1, а данные по эффективности сорбции радионуклидов, радиойода и коррозионно-опасных анионов представлены в табл. 2 и 3. Для определения параметров, характеризующих эффективность работы устройства, проводили стабилизацию радиойода в конденсированной фазе пробы; пробу подщелачивали до величины pH не менее 9 (для перевода молекулярного йода в йодид- и йодат-формы). Аликвоту раствора (исходного и прошедшего через заявляемое устройство) помещали на подложку и упаривали при умеренной температуре (100oC), измеряли, обрабатывали гамма-спектр полученного препарата. При работе устройства основные физико-химические показатели воды определялись в соответствии с ГОСТ 26841-86 "Режим атомных электростанций АЭС с РБМК. Нормы качества водного теплоносителя основного контура и контура системы управления и защиты, средства их обеспечения".

Пример 2.

Через фильтрующее устройство (см. фиг. 2), содержащее в качестве первого слоя фильтрующей загрузки 7 полиамфолит на основе ПАН-волокон (в большей степени катионит, модифицированный щелочью) с обменной емкостью 5,5 ммоль/г с толщиной слоя 8 мм и второго слоя 10 из "бусофита" толщиной 16 мм, между которыми находится подложка 9 из ПП толщиной 3 мм, пропускали высокоактивную воду (из РЗМ) со скоростью 30 мл/с. После 2 ч работы устройства определяли радиохимические и физико-химические показатели качества воды и рассчитывали эффективность очистки по каждому компоненту. Экспериментальные данные радиоизотопного состава воды до и после очистки приведены в табл. 1, а эффективность очистки - в табл. 2 и 3.

Пример 3.

Через фильтрующее устройство (см. фиг. 2), содержащее в качестве первого слоя фильтрующей загрузки 7 полиамфолит на основе ПАН-волокон в виде слабоосновного анионита с обменной емкостью 4,5 ммоль/г с толщиной слоя 8 мм и второго слоя 10 из "бусофита" с толщиной слоя 16 мм, между которыми находится подложка 9 из полипропилена толщиной 3 мм, пропускали высокоактивную воду (из РЗМ) со скоростью 30 мл/с. После 2 ч определяли радиохимические и физико-химические показатели качества воды и рассчитывали эффективность и коэффициенты очистки. Данные приведены в табл. 2 и 3.

Пример 4.

Через фильтрующее устройство (см. фиг. 1), содержащее в качестве первого слоя фильтрующей загрузки 7 полиамфолит на основе ПАН-волокон (в большей степени катионит, модифицированный щелочью) с обменной емкостью 5,0 ммоль/г с толщиной слоя 8 мм, дополнительного слоя 8 из гранулированного анионита толщиной 10 мм, армирующей подложки 9 из полипропилена или ПВС-волокна с толщиной слоя 2 мм и второго слоя 10 из "бусофита" толщиной 7 мм, пропускали высокоактивную воду (из РЗМ) со скоростью 30 мл/с. Данные приведены в табл. 2 и 3.

Заявляемое устройство, как видно из табл. 1, 2, 3, позволяет снизить количество радионуклидов йода, кобальта, цезия, коррозионно-опасных анионов в воде, сливаемой из машин РЗМ в бак опорожнения, при этом концентрация радиойода понижается в 3 - 6 раз, что в целом уменьшает опасность для обслуживающего персонала, улучшает экологию и повышает культуру обслуживания потенциально опасного объекта - атомной электростанции.

Формула изобретения

1. Фильтрующее устройство для очистки воды пеналов или бассейнов с отработанным топливом, содержащее корпус с входным и выходным патрубками и сорбирующую загрузку из нетканого ионообменного материала, отличающееся тем, что сорбирующая загрузка выполнена многослойной, причем первый слой выполнен из полиамфолита на основе полиакрилонитрильных волокон с обменной емкостью 4,5 - 5,5 ммоль/г, второй слой - из углеродсодержащего сорбционно фильтрующего материала "бусофита", а между ними расположена армирующая подложка из полипропиленового или поливинилспиртового волокна.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина слоев выбрана из соотношения полиамфолит : подложка : "бусофит", равного (2,5 - 3,0) : (0,9 - 1,0) : (5,5 - 6,0).

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что первый слой загрузки выполнен из модифицированного полиакрилонитрильного волокна в виде слабоосновного анионита.

4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что загрузка снабжена дополнительным слоем сильноосновного гранулированного анионита, размещенным на армирующей подложке, причем толщина слоя выбрана из соотношения полиамфолит : гранулированный анионит : подложка : "бусофит", равного (2,5 - 3,0) : (3,0 - 3,7) : 0,7 : (2,0 - 2,6).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области утилизации радиоактивных отходов атомных станций, в частности жидких радиоактивных отходов (ЖРО), и может быть использовано на АЭС

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к атомной экологии, и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при эксплуатации различных атомно-энергетических установок

Изобретение относится к сорбционным способам и устройствам для очистки растворов, преимущественно низкоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), от долгоживущих изотопов стронция и цезия, и может быть использовано для очистки как засоленных, так и малозасоленных растворов
Изобретение относится к способу адсорбции с применением таннина

Изобретение относится к дезактивации технологических вод методом сорбции, а именно к очистке вод от радионуклидов цезия с использованием ферроцианидсодержащих сорбентов

Изобретение относится к неорганическому композиционному сферогранулированному ионообменнику (сорбенту) на основе неорганического носителя - гидроксида циркония и гексацианоферрата переходных металлов, а также к способу его получения

Изобретение относится к производству сорбентов для извлечения различных форм радиоиода и радиоцезия из парогазовой фазы и может быть использовано для предотвращения выброса этих радионуклидов в окружающую среду при эксплуатационных режимах работы атомных электростанций, при авариях на АЭС, а также в технологических процессах переработки ядерного горючего

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к атомной экологии и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при эксплуатации различных ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) на транспортных средствах (атомных ледоколах, подводных лодках, плавучих АЭС)

Изобретение относится к химической технологии, конкретно к атомной экологии и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов (ЖРО), образующихся при эксплуатации различных ядерно-энергетических установок (ЯЭУ) на транспортных средствах (атомных ледоколах, подводных лодках, плавучих АЭС)

Изобретение относится к способам обработки жидких сред, таких как соки, вина, напитки, а также может использоваться для очистки природных вод в процессах подготовки воды питьевого качества и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов и взвешенных веществ

Изобретение относится к области очистки питьевой и сточной воды и распространяется на технологическое оборудование приготовления жидкого химического реагента флокулянта для коагуляции частиц ила в воде

Изобретение относится к способам очистки воды поверхностных водоисточников и может быть использовано в области хозяйственно-питьевого или технического водоснабжения, в частности при очистке мутных вод

Изобретение относится к устройствам для обработки воды, в частности к установке для обработки воды ионами серебра, и может быть использовано для обеззараживания и консервирования питьевой воды на водном, воздушном и наземном транспорте, объектах их обеспечения, а также в плавательных бассейнах, при производстве алкогольных и безалкогольных напитков и в других областях народного хозяйства

Гуминовый концентрат, способ его получения, устройство для электрохимического получения гуминового концентрата (варианты). способ очистки воды от примесей, способ обезвоживания вязкотекучих сред, способ детоксикации органических соединений, способ утилизации осадков сточных вод, способ создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод // 2125039
Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к технологиям, обеспечивающим восстановление загрязненных техногенными продуктами объектов окружающей среды, а точнее заявляемое изобретение касается гуминового концентрата, способа его получения, устройства для электрохимического получения гуминового концентрата, способа очистки вод от неорганических, органических и микробиологических примесей, способа обезвоживания вязкотекучих сред, способа детоксикации органических соединений, способа утилизации осадков сточных вод, способа создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод

Гуминовый концентрат, способ его получения, устройство для электрохимического получения гуминового концентрата (варианты). способ очистки воды от примесей, способ обезвоживания вязкотекучих сред, способ детоксикации органических соединений, способ утилизации осадков сточных вод, способ создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод // 2125039
Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к технологиям, обеспечивающим восстановление загрязненных техногенными продуктами объектов окружающей среды, а точнее заявляемое изобретение касается гуминового концентрата, способа его получения, устройства для электрохимического получения гуминового концентрата, способа очистки вод от неорганических, органических и микробиологических примесей, способа обезвоживания вязкотекучих сред, способа детоксикации органических соединений, способа утилизации осадков сточных вод, способа создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях и станциях нейтрализации сточных вод предприятий различных отраслей промышленности

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано на очистных сооружениях и станциях нейтрализации сточных вод предприятий различных отраслей промышленности

Изобретение относится к области получения микроволокнистых фильтрующих материалов

Изобретение относится к водоочистительной технике, в частности к фильтрующим устройствам для очистки радиоактивной воды пеналов или бассейнов при краткосрочном периодическом хранении негерметичных отработавших тепловыделяющих сборок, при сливе воды из разгрузочно-загрузочной машины в специальный бак, а также при водоподготовке вод, содержащих хлор- и йодорганические соединения

Наверх