Способ переработки жидких радиоактивных отходов
Изобретение относится к области обращения с жидкими радиоактивными отходами. Сущность изобретения: способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, заключающийся в том, что органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют до газообразного состояния, а минеральные ионные компоненты и радионуклиды переводят во взвешенное состояние в виде гидроокисей металлов путем подачи в поток отходов озона. Поток окисленных отходов разделяют на сгущенный шлам и жидкую фазу, на селективных сорбентах проводят доочистку жидкой фазы от оставшихся в ионной форме радионуклидов. Образовавшийся шлам и отработанные сорбенты переводят в твердую форму и отправляют на длительное хранение. Перед обработкой озоном поток отходов путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале очищают от взвешенных частиц, а перед доочисткой жидкой фазы на селективных сорбентах проводят мембранную микрофильтрацию с отделением от жидкой фазы радионуклидов в коллоидной форме, которые возвращают в поток жидких радиоактивных отходов после подачи в него озона. Преимущества изобретения заключаются в улучшении очистки радиоактивных отходов от радионуклидов. 1 ил.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды от радиоактивного загрязнения, а точнее к технологии обращения с жидкими радиоактивными отходами. Данный способ может быть использован для переработки низко- и среднеактивных жидких радиоактивных отходов на различных объектах атомной промышленности, в том числе на атомных электростанциях.
В силу невозможности уничтожить радиоактивные элементы (радионуклиды) какими-либо техническими методами промышленные способы переработки жидких радиоактивных отходов заключаются лишь в снижении содержания радионуклидов в жидких радиоактивных отходах путем их выделения из жидких радиоактивных отходов, чтобы содержание радионуклидов не превышало предельно допустимых концентраций. При этом радионуклиды необходимо сконцентрировать в минимально возможном объеме.
Жидкие радиоактивные отходы, как правило, содержат, кроме радионуклидов, находящихся либо в ионной, либо в коллоидной формах, различные балластные компоненты минеральной и органической природы, находящиеся либо в растворенным, либо во взвешенном состоянии. Для достижения максимального концентрирования радионуклидов при переработке жидких радиоактивных отходов желательно в ходе переработки минимизировать либо совсем исключить ввод в жидкие радиоактивные отходы дополнительных химических реагентов, а также постараться вывести из обращения максимальное количество нерадиоактивных балластных компонентов.
Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов, основанный на извлечении основной массы радионуклидов на различного рода коллекторах с последующим выделением солевых компонентов осаждением их коагуляцией и разделением смеси на шламовую часть и жидкую фазу (см. А.С.Никифоров и др., Обезвреживание жидких радиоактивных отходов, Москва, Атомиздат, 1985). В качестве коллекторов используют различные гидроокиси металлов или селективные сорбенты.
К недостаткам способа относится низкий коэффициент очистки жидкой фазы, образование большого количества шлама, требующего для организации его хранения специальных хранилищ.
Известен также способ переработки жидких радиоактивных отходов атомных электростанций, в котором солевые отходы подвергают озонированию и последующему отделению образующегося при окислении радиоактивного шлама (см. патент RU №2066493, кл. G 21 F 9/08, 10.09.1996). К недостаткам данного способа относятся невысокие коэффициенты очистки от радионуклидов, остающихся после окисления в ионном состоянии.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, заключающийся в том, что органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют до газообразного состояния, а минеральные ионные компоненты, в том числе и радионуклиды, переводят во взвешенное состояние в виде гидроокисей металлов путем подачи в поток отходов озона, поток окисленных отходов разделяют на сгущенный шлам и жидкую фазу, на селективных сорбентах проводят доочистку жидкой фазы от оставшихся в ионной форме радионуклидов, а образовавшийся шлам и отработанные сорбенты переводят в твердую форму и отправляют на длительное хранение (см. патент RU №2122753, кл. G 21 F 9/06 27.11.1998).
Однако в данном способе переработки радиоактивных отходов на окисление озоном подают поток жидких радиоактивных отходов, загрязненный взвесями, что приводит к увеличению расхода озона на окисление органических компонентов жидких радиоактивных отходов, поскольку твердые частицы затрудняют взаимодействие озона, находящегося в виде газовых пузырьков, с жидкой фазы жидких радиоактивных отходов. Из-за колебаний в концентрациях компонентов жидких радиоактивных отходов, подвергающихся окислению, нет гарантии полного насыщения жидкости озоном в условиях проточного режима обработки. Поэтому возможен проскок коллоидной формы радионуклидов в очищенную жидкую фазу через селективный сорбент, поскольку ни отделение сгущенного шлама, ни селективная сорбция не задерживают радионуклидов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено настоящее изобретение, является увеличение коэффициента уменьшения объема радиоактивного концентрата, формируемого в виде шлама, за счет исключения ввода в жидкие радиоактивные отходы дополнительных реагентов, а также повышение коэффициента очистки жидкой фазы жидких радиоактивных отходов от радионуклидов за счет более полного извлечения радионуклидов, которые находятся в коллоидной форме.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, заключающийся в том, что органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют до газообразного состояния, а минеральные ионные компоненты, в том числе и радионуклиды переводят во взвешенное состояние в виде гидроокисей металлов путем подачи в поток озона, поток окисленных отходов разделяют на сгущенный шлам и жидкую фазу, на селективных сорбентах проводят доочистку жидкой фазы от оставшихся в ионной форме радионуклидов, а образовавшийся шлам и отработанные сорбенты переводят в твердую форму и отправляют на длительное хранение, при этом перед обработкой озоном поток отходов путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале очищают от взвешенных частиц, обработку озоном проводят в циркуляционном режиме, разделение окисленного потока на сгущенный шлам и жидкую фазу проводят путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале, а перед доочисткой жидкой фазы на селективных сорбентах проводят мембранную микрофильтрацию с отделением от жидкой фазы радионуклидов в коллоидной форме, которые возвращают в поток жидких радиоактивных отходов после подачи в него озона.
В ходе проведенного исследования было установлено, что исходный поток жидких радиоактивных отходов может быть предварительно освобожден от взвешенных компонентов, что позволяет интенсифицировать реакцию окисления в потоке жидких радиоактивных отходов озоном, при этом ввод озона в поток жидких радиоактивных отходов проводят в циркуляционном режиме, что позволяет гарантировать полное окисление окисляемых компонентов жидких радиоактивных отходов. Разделение окисленного потока на шлам и жидкую фазу путем фильтрования на сетчатом материале, который легко регенерируется, позволяет получить более сгущенный шлам. Проведение мембранной микрофильтрации жидкой фазы после фильтрования на сетчатом материале позволяет полностью очистить жидкую фазу от радионуклидов в коллоидной форме и вывести их в виде шлама на стадии разделения.
Коэффициент уменьшения объема получаемого шлама является одним из основных параметров технологии переработки жидких радиоактивных отходов. Уменьшение объема получаемого шлама достигается за счет исключения ввода в жидкие радиоактивные отходы дополнительных реагентов на стадии озонирования, поскольку полное окисление компонентов достигается за счет циркуляционного режима ввода озона, а не за счет добавления дополнительных химических реагентов, например гидроокиси металлов. Кроме того, осветление жидкой фазы микрофильтрационными мембранами позволяет существенно повысить обменную емкость селективных сорбентов и пропорционально этому уменьшить расход отработанного сорбента на отверждение.
позволяет существенно повысить обменную емкость селективных сорбентов и пропорционально этому уменьшить расход отработанного сорбента на отверждение.
Таким образом, коэффициент очистки от радионуклидов повышается благодаря тому, что все радионуклиды, находящиеся в коллоидной форме, удаляются из жидкой фазы с помощью микрофильтрационных мембран, чего ранее невозможно было достичь ни на стадии разделения, ни на стадии селективной сорбции.
На чертеже представлена блок-схема способа переработки жидких радиоактивных отходов.
Установка по переработке жидких радиоактивных отходов содержит фильтр 1 предварительной очистки жидких радиоактивных отходов от взвешенных частиц, сборную емкость 2 фильтрата, блок 3 генерации и ввода озона в поток жидких радиоактивных отходов при осуществлении циркуляции потока между сборной емкостью 2 и блоком 3 генерации и ввода озона, фильтр 4 разделения окисленного потока на шлам и жидкую фазу, промежуточную емкость 5 сбора жидкой фазы, мембранный микрофильтрационный аппарат 6, линию 7 возврата концентрированного потока радионуклидов после отделения на стадии микрофильтрации на фильтр 4 разделения окисленного потока, фильтр-контейнер 8 с селективным сорбентом, блок 9 перевода в твердое состояние шлама, блок 10 перевода в твердое состояние отработанного сорбента.
Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, реализуется следующим образом.
Поток отходов путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале фильтра 1 очищают от взвешенных частиц, которые направляют в блок 9, а фильтрат направляют в сборную емкость 2. Далее проводят обработку фильтрата озоном посредством использования блока 3 генерации и ввода озона в сборную емкость 2 фильтрата, причем обработку проводят в циркуляционном режиме. Путем подачи в поток отходов озона органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют до газообразного состояния, а минеральные ионные компоненты, в том числе и радионуклиды, переводят во взвешенное состояние в виде гидроокисей металлов. Поток окисленных отходов разделяют на фильтре 4 на сгущенный шлам и жидкую фазу. Разделение окисленного потока на сгущенный шлам и жидкую фазу проводят путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале. В промежуточной емкости 5 сбора жидкой фазы завершают процесс отделения шлама от жидкой фазы с получением осветленной жидкой фазы. Далее посредством мембранного микрофильтрационного аппарата 6 проводят мембранную микрофильтрацию с отделением от жидкой фазы радионуклидов в коллоидной форме, доочистку жидкой фазы от оставшихся в ионной форме радионуклидов, а образовавшийся шлам в блоке 9 и отработанные сорбенты в блоке 10 переводят в твердую форму и отправляют на длительное хранение.
Пример. Предлагаемый способ был применен для переработки жидких радиоактивных отходов следующего состава:
| - сухой остаток (высушивание при t=105°С) | - 324 г/л |
| - прокаленный остаток (минеральная часть) | - 286 г/л |
| - взвешенная часть (на фильтре «синяя лента») | - 62 г/л |
| - общая удельная активность | - 1,2·10-6 Ku/л |
| - 137Cs | - 0,8·10-6 Ku/л |
| -60Со | -1,2·10-7 Ku/л |
Исходный поток жидких радиоактивных отходов поступает на фильтр предварительной очистки 1, где происходит освобождение потока от основной части взвесей. Тонкость фильтрования - <50 мкм. Периодически фильтр регенерируется. Образовавшийся из отделенных взвешенных частиц шлам с фильтра 1 аккумулируется в блоке 9, где после его заполнения производят перевод шлама в твердое состояние путем добавлением цемента. Поток фильтрата поступает в сборную емкость 2, которая одновременно является отстойником. Она снабжена нижним спуском для периодического вывода шлама, который поступает в блок 9. Из емкости 2 раствор насосом прокачивается через блок 3 генерирования и ввода озона и возвращается в емкость 2. Ввод озона осуществляется с помощью эжектора. При этом происходит окисление органических компонентов до CO2 и H2O и минеральных ионных компонентов до гидроокисей. Полнота окисления определяется отбором проб на наличие изотопа 60Со в фильтрате пробы (на фильтре «синяя лента»).
Озонирование жидких радиоактивных отходов производилось при рН 12,5, расход озона составил 6,5 г на 1 л раствора. При отсутствии предварительного фильтрования расход озона составлял бы 10,5 г на 1 л раствора.
Окисленный поток поступает на сетчатый фильтр 4 с тонкостью фильтрования <5 мкм, который также периодически регенерируется импульсом обратного тока фильтрата, а шлам поступает в блок 9. Осветленная жидкая фаза насосом под давлением 0,25 МПа подается на мембранный аппарат 6, снабженный керамическими микрофильтрационными мембранами с порами 0,2 мкм. Фильтрат передается далее на фильтр-контейнер 8 селективной сорбции, концентрированный поток радионуклидов возвращается на повторное разделение в фильтре 4. За счет ассоциирования коллоидных частиц, в том числе и радиоколлоидов, при концентрировании раствора появляется возможность их удержания на сетчатом фильтре 4, после чего они попадают в шлам.
Параметры выделенной жидкой фазы после мембранного аппарата следующие:
| - сухой остаток | - 216 г/л |
| - прокаленный остаток | - 201 г/л |
| - взвешенная часть | - не определяется |
| - общая удельная активность | - 1,05·10-6 Ku/л |
| - 137Cs | - 0,78·10-6 Ku/л |
| - 60Со | - <1·10-9 Ku/л |
При отсутствии микрофильтрации общая удельная активность раствора остается повышенной до уровня 1,15·10-9 Ku/л за счет проскока через фильтр 4 коллоидной фракции радионуклидов.
После селективной сорбции на сорбенте НЖА (ферроцианид никеля) удельная активность раствора снижается до величины 0,5·10-10 Ku/л, что ниже предельного уровня и позволяет обращаться с раствором как с обычным химическим отходом.
Предлагаемый способ заложен в проект промышленной установки для АЭС.
Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, заключающийся в том, что органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют до газообразного состояния, а минеральные ионные компоненты, в том числе и радионуклиды, переводят во взвешенное состояние в виде гидроокисей металлов путем подачи в поток отходов озона, поток окисленных отходов разделяют на сгущенный шлам и жидкую фазу, на селективных сорбентах проводят доочистку жидкой фазы от оставшихся в ионной форме радионуклидов, а образовавшийся шлам и отработанные сорбенты переводят в твердую форму и отправляют на длительное хранение, отличающийся тем, что перед обработкой озоном поток отходов путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале очищают от взвешенных частиц, обработку озоном проводят в циркуляционном режиме, разделение окисленного потока на сгущенный шлам и жидкую фазу проводят путем фильтрации на сетчатом фильтрующем материале, а перед доочисткой жидкой фазы на селективных сорбентах проводят мембранную микрофильтрацию с отделением от жидкой фазы радионуклидов в коллоидной форме, которые возвращают в поток жидких радиоактивных отходов после подачи в него озона.
