Способ регенерации ионитовых фильтров установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции

Способ регенерации ионитовых фильтров установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции

Реферат

 

Использование: техника обработки радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ включает предварительную очистку от радионуклидов катионита пропусканием через него раствора кислой натриевой сильной минеральной кислоты при суммарной концентраци ионов натрия и водорода 10 - 100 г/л и очисткой полученного раствора от радионуклидов на ферроцианидном сорбенте и последующую обработку катионита и анионита соответственно кислым и щелочным регенерационными растворами. Раствор кислой натриевой соли сильной минеральной кислоты может быть получен смешением отработанных щелочных и кислых регенерационных растворов. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к технике обработки радиоактивных отходов атомной электростанции (АЭС). Известен способ регенерации ионитных фильтров установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции, включающий обработку катионита кислотным, а анионита щелочным регенерационными растворами. Так как при ионитной обработке жидких радиоактивных сред атомной электростанции радионуклиды (кобальт, цезий и др.), содержанием которых в основном определяется активность сред, сорбируются на катионите, то при дальнейшей регенерации смол отработанные регенерационные растворы содержат как радионуклиды, так и нерадиоактивные соли, что неоправданно увеличивает количество радиоактивных отходов, поступающих на отверждение и захоронение, и является недостатком известного способа. Известен также способ очистки натриевых солевых растворов от содержащихся в них радиоактивных ионов цезия с помощью ферроцианидного сорбента. Попытка использования раствора соли натрия для предварительной обработки истощенного катионного фильтра установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции перед регенерацией фильтра кислотным раствором может привести в условиях нейтральной среды к образованию нерастворимых соединений ионов кальция и магния, что препятствует многократному использованию солевого раствора. Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому эффекту является взятый за прототип способ регенерации ионитных фильтров установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции, включающий предварительную очистку от радионуклидов катионита пропусканием через него раствора соединения, содержащего анионы сильной минеральной кислоты разбавленного раствора азотной кислоты и очисткой полученного раствора от радионуклидов на ферроцианидном сорбенте и последующую обработку катионита и анионита соответственно кислым и щелочным регенерационными растворами. Недостатком этого способа является большое количество радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, которые состоят из ферроцианидного сорбента, насыщенного радионуклидами, и недостаточно очищенного кислотного десорбата. Причиной невысокой эффективности и сорбции радионуклидов ферроцианидным сорбентом из кислотного раствора является конкурирующее влияние ионов водорода, а также частичное окисление ионов ферроцианида для феррицианида и повышенная пептизация осадка в кислотной среде, кроме того, недостаточная эффективность десорбции радионуклидов с катионита с помощью ионов Н⁺, вследствие чего радиоактивность кислотного десорбата после окончательной регенерации превышает допустимую концентрацию радионуклидов в воде. Цель изобретения снижение количества радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, за счет повышения эффективности сорбции ферроцианидным сорбентом и десорбции радионуклидов с катионита. Для этого в способе, включающем предварительную очистку от радионуклидов катионита пропусканием через него раствора соединения, содержащего анионы сильной минеральной кислоты, и очисткой полученного раствора от радионуклидов на ферроцианидном сорбенте и последующую обработку катионита и анионита соответственно кислым и щелочным регенерационным растворами, в качестве соединения, содержащего анионы сильной минеральной кислоты, выбрана кислая натриевая соль этой кислоты при суммарной концентрации ионов натрия и водорода в растворе 10-100 г/л. При этом раствор кислой натриевой соли минеральной кислоты можно получить смешением отработанных щелочных и кислых регенерационных растворов. При использовании в предлагаемом способе кислой натриевой соли эффективность подавления пептизации ферроцианидного сорбента ионами натрия значительно выше, чем при использовании кислоты по известному способу, что положительно влияет на эффективность сорбции радионуклидов этим сорбентом. Как показали эксперименты, раствор кислой натриевой соли не вызывает разрушения сорбента за счет окисления. Это приводит к повышению эффективности сорбции радионуклидов ферроцианидным сорбентом. С другой стороны, при использовании в предложенном способе кислой натриевой соли вместо кислоты десорбция радионуклидов с катионита происходит более эффективно из-за большей активности ионов Na⁺ по сравнению с ионами Н⁺ при вытеснении ионов радионуклидов с катионита. Кроме того, кислая реакция среды препятствует образованию в растворе нерастворимых соединений с ионами кальция и магния, находящимися на катионите. В связи с этим при последующей кислотной регенерации катионита получают кислотный десорбат с таким содержанием радионуклидов, которое позволяет перерабатывать его как нерадиоактивный отход, что и приводит к снижению количества радиоактивных отходов, подлежащих захоронению. Проведенные исследования показали, что только в указанном выше интервале значений суммарной концентрации ионов натрия и водорода 10-100 г/л обеспечена эффективность способа, так как при суммарной концентрации ионов натрия и водорода меньше 10 г/л мала эффективность удаления радионуклидов с катионита, и, кроме того, подавление ионами натрия пептизации ферроцианидного сорбента еще недостаточно. При суммарной концентрации ионов натрия и водорода больше 100 г/л заметно уменьшается степень очистки раствора кислой соли на ферроцианидном сорбенте из-за возрастающей конкуренции при сорбции ионов натрия и водорода с одной стороны и ионов радионуклидов с другой, тогда как эффективность очистки смолы остается прежней. Как показали исследования, коэффициенты очистки катионита и раствора кислой натриеой соли на ферроцианидном сорбенте в указанном интервале значений суммарной концентрации ионов натрия и водорода остаются практически постоянными. При смешении использованных для регенерации ионитов в установках обработки жидких радиоактивных сред атомной электростанции кислых и щелочных растворов можно получить раствор кислой натриевой соли с суммарной концентрацией ионов натрия и водорода в указанных интервалах, и, значит, полученная смесь может использоваться в предлагаемом способе. На чертеже представлена схема осуществления способа. Предлагаемый способ регенерации ионитов установок обработки радиоактивных отходов атомной электростанции осуществляют следующим образом. Регенерации подвергают катионитовый фильтр 1, отработанный в процессе очистки радиоактивных сред АЭС, например конденсата второго контура на блочной обессоливающей установке. Вначале через этот фильтр с содержащимися на нем радионуклидами пропускают раствор кислой натриевой соли сильной минеральной кислоты с суммарной концентрацией ионов натрия и водорода, выбранной в интервале от 10 до 100 г/л. При этом радионуклиды (цезий и кобальт) со смолы переходят в раствор, который затем очищают в фильтре 2 на феррацианидном сорбенте (НЖС никель, железо-синеродистый на силикагеле, НЖА никель железосинеродистый на алюмосиликагеле и др.) который, как показали исследования, является селективным по отношению к цезию и кобальту, так как коэффициенты К_р распределения цезия и кобальта на ферроцианидном сорбенте в растворе кислой натриевой соли намного превышают К_р данных радионуклидов при тех же условиях на ионообменных смолах (например КУ-2-8). Например, К_р цезия на ферроцианидном сорбенте при суммарной концентрации ионов натрия и водорода в растворе 10 г/л cоставляет 2 10⁶, а в катионите КУ-2-8 ниже 46. Очищенный от радионуклидов на фильтре 2 раствор кислой натриевой соли сильной минеральной кислоты вновь поступает на обрабатываемый катионитовый фильтр 1. Циркуляция раствора через фильтры 1 и 2 продолжается с помощью насоса 3 до полного вымывания радионуклидов с катионита, что контролируется по активности сорбента. После отмывки катионитового фильтра 1 от радионуклидов раствор кислой натриевой соли сливается в бак 4, где хранится, и может использоваться многократно. При накоплении ионов аммиака и калия в растворе, которые являются более сильными конкурентами цезия при его сорбции на ферроцианидном сорбенте, очищенный раствор утилизируется как нерадиоактивный отход. После предварительной очистки катионитового фильтра от радионуклидов осуществляют полную регенерацию катионитового 1 и анионитового 5 фильтров соответственно кислым и щелочным растворами, получая при этом нерадиоактивные отработанные регенерационные растворы. П р и м е р 1. Через колонку объемом 1 л с отработанной катионитовой смолой КУ-2-8, содержащей радионуклиды цезия 2,9 10^-8 Ки/л, пропускали 5 л раствора кислого сульфата натрия суммарной концентрацией ионов Na⁺ и Н⁺ 1 г/л cо cкоростью 13,5 колоночных объемов в 1 ч. Полученный элюат подавали на колонку, загруженную 100 мл ферроцианидного сорбента НЖА со скоростью 135 колоночных объемов в 1 ч. Осуществляли циркуляцию раствора через колонки с катионитом и НЖА. Активность раствора кислого сульфата натрия NaHSO₄ после ферроцианидного сорбента составила 4,0 10^-10 Ки/л, что превышает допустимую концентрацию в воде для смеси радионуклидов 3 10^-10 Ки/л. Таким образом, коэффициент очистки смолы от радионуклидов составил К₁ 2,9 10^-8 3,2 10^-9 9,1, а коэффициент очистки раствора кислой натриевой соли на ферроцианидном сорбенте составил К₂ 2,9 10^-8: 4-0 10^-10 72. П р и м е р 2. То же, что в примере 1, но суммарная концентрация ионов Na⁺ и Н⁺ равна 10 г/л. Активность смолы снизилась до менее 6 10^-11 Ки/л. Активность очищенного на ферроцианидном сорбенте раствора NaHSO₄ не превышала 6 10^-11 Ки/л. К_{1 48}3, К₂ 483. П р и м е р 3. То же, что в примере 1, но суммарная концентрация ионов Na⁺ и Н⁺ равна 50 г/л. Активность смолы снизилась до <6 10^-11 Ки/л. Активность очищенного раствора NaHSO₄ < 6 10^-11 Ки/л. К₁ 483, К₂ 483. П р и м е р 4. То же, что в примере 1, но суммарная концентрация ионов Na⁺ и Н⁺ равна 100 г/л. Активность смолы снизилась до <6 10^-11 Ки/л. Активность очищенного раствора NaНSO₄ < 6 10^-11 Ки/л. К₁ 483, К₂ 333. П р и м е р 5. То же, что в примере 1, но суммарная концентрация ионов Na⁺ и Н⁺ равна 120 г/л. Активность смолы снизилась до <6 10¹¹ Ки/л. Активность очищенного раствора NaHSO₄ 3,7 10^-10 Ки/лK₁ 483, К₂ 79. П р и м е р 6. То же, что в примере 1, но через отработанную катионитовую смолу пропускали отработанные кислые регенераты блочной обессоливающей установки АЭС, нейтрализованные отработанными щелочными регенератами в соотношении объемов 1:1. Содержание кислого натрия в нейтрализованном растворе 30 г/л. Активность смолы снизилась до <6 10^-11 Ки/л. Активность очищенного раствора NaНSO4 < 6 10^-11 Ки/л, К₁ 483, К₂ 483. П р и м е р 7. То же, что в примере 1, но через отработанный катионит пропускали раствор серной кислоты концентрацией 10 г/л. Активность смолы снизилась до 2,3 10^-10 Ки/л. Активность очищенного раствора после ферроцианидного сорбента 3,1 10^-10 Ки/л. К₁ 103, К₂ 94. Цвет ферроцианидного сорбента изменился от зеленого к синему вследствие окисления двухвалентного железа, входящего в состав сорбента. Анализ примеров показывает, что при суммарной концентрации ионов Na⁺ и Н⁺ меньше 10 г/л надежная очистка смолы и раствора не обеспечивается. Кроме того, неэффективна очистка раствора на ферроцианидном сорбенте, так как при этих суммарных концентрациях ионов Na⁺ и Н⁺ еще значительна пептизация сорбента. При значениях суммарной концентрации ионов Na⁺ и Н⁺ 10 г/л пептизация ферроцианидного сорбента подавляется полностью и он обладает максимальной сорбционной способностью, при этом также активно осуществляется очистка от радионуклидов катионита. При значениях суммарной концентрации ионов Na⁺ и Н⁺ > 100 г/л cтепень очистки раствора от радионуклидов на ферроцианидном сорбенте падает из-за значительной величины сорбции ионов натрия водорода, являющихся конкурентами ионам цезия. При смешении отработанных кислых и щелочных регенерационных растворов образуется раствор кислого сульфата натрия с суммарной концентрацией ионов Na⁺ и Н⁺ в указанном интервале значений (10-100 г/л). Следовательно, эту смесь можно эффективно использовать для предварительной обработки катионитового фильтра перед его окончательной регенерацией. При использовании кислоты согласно прототипу вместо кислой натриевой соли по предложенному способу для полного подавления пептизации сорбента и получения максимальной степени очистки раствора от радионуклидов требуются значительно большие концентрации ионов водорода, т.к. способность к подавлению пептизации ферроцианидного сорбента у этого иона меньше, чем у иона натрия. При увеличении же концентрации кислоты выше 10 г/л возрастает возможность разрушения (окисления) сорбента. Предлагаемый способ имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом. Сокращение количества радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, за счет повышения эффективности сорбции радионуклидов ферроцианидным сорбентом и десорбции их с катионита. Сокращение расхода реагента за счет использования отработанных кислых и щелочных регенерационных растворов. Сокращение количества жидких радиоактивных отходов, поступающих на установку обработки трапных вод, и сокращение затрат на их переработку за счет исключения подачи отработанных регенерационных растворов в бак трапных вод. Улучшение радиационной обстановки на АЭС за счет уменьшения количества радиоактивных трапных вод.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ИОНИТОВЫХ ФИЛЬТРОВ УСТАНОВОК ОБРАБОТКИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, включающий предварительную очистку от радионуклидов катионита пропусканием через него раствора соединения, содержащего анионы сильной минеральной кислоты, и очисткой полученного раствора от радионуклидов на ферроцианидном сорбенте и последующую обработку катионита и анионита соответственно свежим кислым и щелочным регенерационными растворами, отличающийся тем, что, с целью снижения количества радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, за счет повышения эффективности сорбции радионуклидов ферроцианидным сорбентом и десорбции их с катионита, в качестве соединения, содержащего анионы сильной минеральной кислоты, выбрана кислая натриевая соль этой кислоты при суммарной концентрации ионов натрия и водорода в растворе 10 100 г/л. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора кислой натриевой соли минеральной кислоты используют раствор, полученный смешением отработанных щелочных и кислых регенерационных растворов.

РИСУНКИ

Рисунок 1

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2002

(73) Патентообладатель:Федеральное государственное унитарное дочернее предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт атомных электростанций" (RU)

Договор № 15158 зарегистрирован 26.09.2002

Извещение опубликовано: 10.11.2002