Спосіб очистки води від урану

Корисна модель відноситься до області обробки води, зокрема, до обробки води баромембранними методами (ультрафільтрацією), і може бути використаний для очистки води від урану в гірничодобувній, хімічній, атомній та інших галузях промисловості. Відомий баромембранний спосіб очистки води від урану [Pat.2772742, France, С02F1/58 Precede de separation de metaux par ultrafiltration micellare, utilizable pour Ie traitement d'effluents radioactifs. Tounisson P., Hebrant M., Rodehuser L., Tondre C.; Cie generale des materies nuclearies SA, N9716358] [1]. Способом [1] очищають слабозабруднені стічні води атомних електростанцій. Спосіб [1] реалізується в ємкості, розділеній по вертикалі ультрафільтраційною мембраною на два рівні об'єми при робочому тиску до 0 ,5МПа (5атм). Дно ємності виконане у вигляді фільтра, через який проводиться друга стадія освітлення. Величина рН встановлюється у межах 3,5-4,0. У стічні води перед подачею на фільтр дозується поліоксіетилен, котрий утворює із ураніл-іонами агрегати, які потім відфільтровуються на ультрафільтрі. Ступінь очистки складає 99%. Основними недоліками способу [1] є те, що для встановлення відповідного рН потрібне внесення значної кількості реагента-підкислювача (кислоти), а також попереднє введення у стічні води достатньо дорогого комплексоутворювача поліоксіетилену для ефективного виділення урану, що набагато подорожчує сам процес очистки. Крім того, для регенерування металу (урану), придатного для використання, необхідне додавання у технологічній схемі блоку розрушення комплексу і відновлення металу. Це теж додає вартості самого способу очистки і технологічна схема стає громіздкою. Тобто, не зважаючи на досить високий ступінь очистки, цей спосіб виглядає досить дорогим і громіздким. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб очистки уранвмісних вод [Raff О., Wilken R. Removal of dissolved uranium by nanofiltration. Desalination, 1999, 122, N2-3, pp.147-150] [2]. Спосіб [2] реалізується у ємності, у яку можна помістити від однієї до чотирьох нанофільтраційних мембран. Одна мембрана затримує від 90 до 93% вказаних іонів. Встановлено, що чотирьохмембранна система затримує від 95 до 98% урану у вигляді комплексів UO2(СО3)3 4- або UO2(СО3) 22-. Для визначення ефективності відомого способу [2] нами було досліджено очистку уранвмісної води із концентрацією 10мг/л урану (VІ) з використанням нанофільтраційної мембрани ОПМН-П із діаметром пор 3-8нм. Роботу виконували у комірці об'ємом 1дм 3 у "тупиковому" режимі, коли фільтрування відбувається шляхом продавлення очищуваної води у комірці через мембрану зверху вниз [Международная терминология по мембранам и мембранным процессам. Рекомендации Международного объединения специалистов по теоретической и прикладной химии (IUРАС), 1996, разд.I. Основные термины, позиция №8] [3]. Робочий тиск складав 0,2МПа. Робоча площа мембрани - 0,95см. Тиск створювали шляхом подачі стисненого повітря рН робочого розчину - 8. Отримані нами результати свідчать про те, що ступінь очистки при цьому дорівнював 96,0%, а в той же час продуктивність, основною характеристикою якої є трансмембранний потік, становила 3,7-4,2л/м 2 год. Таким чином, основним недоліком відомого способу [2] є низька продуктивність нанофільтраційного процесу очистки уранвмісних вод. Крім того реалізація відомого способу [2] потребує застосування великої кількості мембран, що значно подорожчає процес і вимагає використання громіздкого обладнання. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб очистки води від урану шля хом використання ультрафільтраційної мембрани із відповідним розміром пор і створення необхідного рН середовища, що забезпечило б суттєве збільшення продуктивності при досягненні високого ступеня очистки і здешевлення процесу очистки. Поставлена задача вирішується способом очистки води від урану, заснованим на баромембранному фільтруванні, у якому, згідно з винаходом, баромембранне фільтрування здійснюють на ультрафільтрі із діаметром пор 20-30нм і проведенні процесу при рН середовища 8-11 та робочому тиску 0,2 МПа (2атм). Нами встановлено, що при заявляємих величинах рН середовища 8-11 та при використанні ультрафільтраційної мембрани із розміром пор 20-30нм створюються умови для ефективного видалення урану, як ми вважаємо, у вигляді гідроксокомплексів. Таким чином забезпечується ефективна очистка води від урану, ступінь очистки якої - 92,0-95,5% при досить високій продуктивності мембран - на рівні 64,7-82,3л/м 2 год. Крім того, значно скорочуються витрати на додаткові реагенти та технологічні вузли установки, що значно здешевлює процес очистки уранвмісної води. Спосіб реалізується таким чином. Для процесу очистки уранвмісної води використовували ультрафільтраційну мембрану УПМ-20. Мембрана УПМ-20 - це полімерна сульфонамідна мембрана виробництва фірми "Владипор", Росія із розміром пор 20-30нм. На вказаному підприємстві випускають ультрафільтраційні полімерні мембрани із розміром пор від 10 до 55нм. Фільтрування проводили у так званому "тупіковому" режимі з використанням комірки об'ємом 1 дм 3 при тиску 0,2МПа. Тиск створювали шля хом подачі стисненого повітря. Робоча площа мембрани УПМ-20 у всіх виконаних роботах - 0,95дм 2. При "тупіковому" фільтруванні відбувається продавлення очищуваної води у комірці через мембрану зверху вниз. Воду, яка містить 10мг/дм 3 урану, фільтрували при тиску 0,2МПа. Проби пермеату (очищеної води) по 40см 3 відбирали до встановлення стабільних концентрацій урану в них. Уран визначали фотометричним методом за допомогою арсеназо III. Методика визначення описана у [Е. Upor, М. Mohai and С. Novak, Photometric Methods in Inorganic Trace Analyses. Academiai Kiado, Budapest, 1985, 362p.] [4]. Приклад виконання за корисною моделлю: Очистці піддавали воду із вмістом урану 10мг/дм 3. Розчин урану готували із сульфату уранілу UO2 SO4 х3Н2О. Для процесу очистки уранвмісної води використовували ультрафільтраційну полісульфонамідну мембрану УПМ20. Робоча площа мембрани УПМ-20 - 0,95дм, розмір пор 20нм. Фільтрування уранвмісної води проводили у "тупиковому" режимі з використанням комірки об'ємом 1дм 3. Тиск, який створювали шляхом подачі стисненого повітря, при цьому складав 0,2МПа. Перед подачею в комірку у воду вводили гідроксид натрію для створення рН, рівного 9. Воду ви щевказаного складу об'ємом 0,5дм 3 фільтрували при тиску 0,2 МПа через мембрану УПМ-20 у "тупиковому" режимі до досягнення стабільних значень концентрації урану, що складає 0,7мг/дм 3 у відібраних пробах пермеату. Ця концентрація відповідає ступеню очистки 95,0%. При цьому продуктивність мембрани дорівнює 68,2л/м 2 год (таблиця, приклад 3). Таблиця № п/п Розмір пор мембрани, нм 1 2 3 4 5 6 20 30 20 20 30 20 7 8 9 10 10 50 20 20 11