Способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей

Способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей

Реферат

Изобретение относится к области обращения с жидкими радиоактивными отходами и может быть использовано на предприятиях ядерной энергетики для очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) от органических примесей, в том числе поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Известен способ электрохимического разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов [Патент РФ №2286949 «Способ и устройство для подводного разложения органического содержимого электропроводных водных растворов отходов». Опубликован 16.07.2002]. Способ основан на разрушении органических материалов в электропроводных растворах отходов посредством электрического дугового разряда, создаваемого между погруженными электродами и раствором. Способ применим для ЖРО с концентрацией органических примесей 17 г/л и рН 8-13.

К недостаткам способа относятся необходимость ввода в систему химических агентов и сложная процедура реализации способа.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ переработки жидких радиоактивных отходов путем окисления органических примесей озоном до образования оксидов составляющих элементов (СО₂ и Н₂О) [Патент РФ №2268513, МПК G21F 9/06, G21F 9/20 «Способ переработки жидких радиоактивных отходов». Опубликован 20.01.2006]. Способ заключается 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.

Данный способ обладает следующими недостатками:

- озон является химически нестойким веществом, требующим генерации и непрерывной подачи в раствор в течение всего процесса;

- необходимость проведения фильтрации.

Для исключения указанных недостатков в способе очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей, включающем подготовку исходного раствора, разложение органических примесей и получение сухого остатка, предлагается:

- исходный раствор жидких радиоактивных отходов выпаривать до концентрации органических примесей не менее 150 г/л и корректировать его рН до величины 5-12;

- сорбент подавать и выдерживать в растворе жидких радиоактивных отходов;

- полученную суспензию нагревать до полного разложения органических примесей и полученный сухой остаток суспензии цементировать.

В частных случаях реализации способа предлагается:

- при очистке жидких радиоактивных отходов в качестве сорбента использовать химически активированный пиролюзит;

- концентрацию активированного пиролюзита поддерживать не менее 5 г на 1 литр подготовленного раствора жидких радиоактивных отходов:

- сорбцию органических примесей проводить путем перемешивания полученной суспензии;

- после нагревания суспензии образующийся конденсат направлять на переработку;

- степень разложения органических примесей определять хроматографическим анализом выделяющихся газов.

Технический результат состоит в расширении границ применимости способа и упрощении процесса очистки.

Сущность способа состоит в следующем.

Для достижения наибольшей эффективности сорбционной очистки исходный раствор жидких радиоактивных отходов выпаривают до концентрации органических примесей не менее 150 г/л.

Экспериментально показано, что наиболее эффективно сорбция органических примесей на пиролюзите протекает в диапазоне рН 5-12, поэтому рН выпаренного раствора жидких радиоактивных отходов корректируют.

При очистке жидких радиоактивных отходов в качестве сорбента используют химически активированный пиролюзит. Пиролюзит химически активируют для усиления его сорбционных свойств. Активация пиролюзита заключается в переходе поверхностного Mn⁴⁺ в Mn⁶⁺ и осуществляется обработкой пиролюзита неорганическими кислотами.

Сорбент подают в подготовленный раствор жидких радиоактивных отходов и поддерживают в концентрации не менее 5 г активированного пиролюзита на 1 литр подготовленного раствора для наибольшего сорбционного извлечения органических примесей из жидких радиоактивных отходов.

Сорбент выдерживают в растворе жидких радиоактивных отходов не менее 1 ч для того, чтобы процесс сорбции прошел в полной мере.

Для увеличения эффективности очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей сорбцию проводят путем перемешивания полученной суспензии.

При нагревании активированный пиролюзит выступает катализатором разложения органических примесей до образования оксидов составляющих элементов. Поэтому полученную суспензию нагревают при температуре 100-150°С до полного разложения органических примесей.

О степени разложения органических примесей судят по результатам химического анализа выделяющихся газов.

После нагревания суспензии образующийся конденсат направляют на переработку.

После прокаливания полученный сухой остаток суспензии цементируют с использованием в качестве матрицы стекла, керамики, битума, цемента, полимеров и других материалов.

Апробация заявляемого способа очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей представлена в примерах 1 и 2. На фигуре 1 представлена блок-схема способа переработки жидких радиоактивных отходов, на которой приняты следующие обозначения: 1 - исходный раствор ЖРО, 2 - концентрирование ЖРО, 3 - корректировка рН исходного раствора, 4 - добавление активированного пиролюзита к исходному раствору, 5 - перемешивание полученной суспензии, 6 - нагрев суспензии, 7 - отвод выделяющегося пара с последующей его конденсацией, 8 - отбор проб выделяющихся газов и их анализ, 9 - образование сухого остатка, 10 - цементирование сухого остатка.

На фигурах 2 и 3 представлены примеры конкретных решений настоящего способа в виде зависимостей коэффициента очистки от очищаемой воды и эффективности сорбции от концентрации АПАВ.

Пример 1

Была проведена научно-исследовательская работа по очистке исходной воды ВПУ Белоярской АЭС активированным пиролюзитом. В данной работе при проведении процесса очистки исходную воду ВПУ выпаривали до концентрации органических примесей 150 г/л, корректировали рН полученного раствора до значения 8,6. Пиролюзит активировали путем его вымачивания в растворе азотной кислоты. Через засыпку сорбента, в концентрации 7 г на 1 литр раствора, пропустили при помощи насоса 20 колоночных объемов подготовленного раствора. Под колоночным объемом понимают очистку 200 литров воды одним литром сорбента до его регенерации.

Эффективность очистки подготовленного раствора определяли по остаточному содержанию органических примесей в очищенном растворе. Эффективность очистки вод ВПУ Белоярской АЭС от природной органики (гуминовые кислоты, фульвокислоты) составила 70% (фиг. 2).

Пример 2

Был проведен цикл работ по очистке жидких радиоактивных отходов цеха радиоактивных отходов в ФГУП «ГНЦ РФ-ФЭИ». В данной работе при проведении процесса очистки раствор жидких радиоактивных отходов выпаривали до концентрации органических примесей 150 г/л, корректировали рН полученного раствора до значения 7,0.

Пиролюзит активировали путем его вымачивания в растворе азотной кислоты. К 1 литру подготовленного раствора жидких радиоактивных отходов добавили 5 г активированного пиролюзита и перемешивали при помощи магнитной мешалки в течение 1 часа. Далее полученную суспензию нагревали при температуре 150°С до полного разложения органических примесей. Степень разложения органических примесей определяли хроматографическим анализом выделяющихся газов. Образующийся при нагревании суспензии конденсат направляли на переработку. Полученный сухой остаток суспензии представлял собой сыпучий порошок черного цвета, значение накопленной активности порошка не превышает значения минимально значимой активности по НРБ.

В результате проведения исследований было выявлено, что эффективность сорбции олеатов, стеаратов и пальмитатов натрия (ОП-7,10) активированным пиролюзитом составляет 80% (фиг. 3).

Использование изобретения обеспечит комплексное решение проблемы очистки жидких радиоактивных отходов, включающее сорбционное извлечение органических веществ, таких как АПАВ, с помощью пиролюзита. Выделение радиоактивного пиролюзита не требуется, поэтому нет необходимости в использовании фильтров, которые после истечения срока эксплуатации требуют переработки. Цементирование радиоактивного сухого остатка осуществляется известным способом, например с использованием клинкер-цемента.

1. Способ очистки жидких радиоактивных отходов от органических примесей, включающий подготовку исходного раствора, разложение органических примесей и получение сухого остатка, отличающийся тем, что исходный раствор жидких радиоактивных отходов выпаривают до концентрации органических примесей не менее 150 г/л, корректируют его рН до величины 5-12, сорбент подают и выдерживают в растворе жидких радиоактивных отходов, полученную суспензию нагревают до полного разложения органических примесей и полученный сухой остаток суспензии цементируют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при очистке жидких радиоактивных отходов в качестве сорбента используют химически активированный пиролюзит.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что концентрацию активированного пиролюзита поддерживают не менее 5 г на 1 литр подготовленного раствора жидких радиоактивных отходов.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что сорбцию органических примесей проводят путем перемешивания полученной суспензии.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после нагревания суспензии образующийся конденсат направляют на переработку.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что степень разложения органических примесей определяют хроматографическим анализом выделяющихся газов.