Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів від органічних речовин, урану і трансуранових елементів

Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, які входять у пилопригнічуючий розчин та РРВ, і урану, трансуранових елементів, в якому на першій стадії очищення застосовують кремній-алюмовмісний коагулянт-флокулянт типу "Сизол-2500" при рН 6-7 і 3 64131 ром пор 0,2-3,0 мкм, а при фільтруванні згущеної суспензії застосовують на друк-фільтрі спалюваний допоміжний фільтруючий матеріал (ДФМ) деревну муку або целюлозу, а на третій стадії для зменшення вмісту органічних (полімерних) речовин і активності трансуранових елементів (ТУЕ) фільтрат каталітично окиснюють пероксидом водню Н2О2 на каталізаторі: солі заліза двовалентного 2+ Fe при рН 4, мольному співвідношенні Н2О2 і 2+ органічних речовин (1-3) : 1 та Н2О2: Fe (50 100): 1, за температури 70-90 °С і часу окиснення 1-2 години. Новий спосіб очищення від органічних речовин, урану і трансуранових елементів відрізняється тим, що на другій стадії в процесі фільтрування застосовують спалюваний допоміжний фільтруючий матеріал (ДФМ) - деревну муку або целюлозу, а на третій стадії фільтрат каталітично окиснюють пероксидом водню Н2О2 на каталізаторі: солі залі2+ за двовалентного Fe при рН 4, мольним співвідношенням Н2О2 і органічні речовини (1-3) : 1 та 2+ Н2О2 : Fe (50-100) : 1, за температури 70-90 °С і часу окиснення 1-2 години. Неочікуваним виявилося те, що ДФМ - деревна мука або целюлоза при фільтруванні згущеної суспензії суттєво зменшує частку вторинних відходів і збільшує швидкість процесу фільтрування згущеної суспензії у 5,7-7 раз, а також те, що процес третьої стадії каталітичного окиснення фільтрату пероксидом водню Н2О2 на каталізаторі до 4 зволяє значно зменшити вміст органічних (полімерних) речовин і активність трансуранових елементів (ТУЕ). Ця стадія дає ефективне очищення від 238+239+240 241 ТУЕ Pu (на 95,7-99,8 %), Am (на 94,8244 95,8 %), Cm (94,6-95,7 %) та від полімерних продуктів - силаксинакрплатного зв'язуючого та інших важковидаляємих речовин (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших сполук): ХПК фільт3 рату становить 30-40 мгO2/дм (ступінь очищення 98,3-99,6 %). Для підтвердження можливостей здійснення корисної моделі використовують РРВ, в яких є солі, поверхнево-активні речовини (ПАР), плівко- і комплексотвірні речовини, мінеральні мастила та інші органічні сполуки і продукти їх деструкції. Концентрацію урану в розчинах визначали фотометрично у вигляді комплексу з арсеназо III на приладі КФК-2 при довжині хвилі 670 нм. Активність плутонію, америцію і кюрію знаходили на альфа-спектрометричному комплексі фірми Canberra. Визначення органічних і полімерних речовин у вихідному розчині і у фільтраті визначали по методу біхроматного окиснення (ХПК) [2]. Запропонований спосіб очищення здійснюється таким чином. Приклад 1. Очищення РРВ з об'єкту «Укриття» Чорнобильської АЕС з внутрішніх приміщень 001/3, 014/2, свердловини Ю-9-Б. Схема внутрішніх приміщень наведена в статті [4]. Характеристики зразків РРВ приведені в табл. 1 Таблиця 1 Характеристика зразків РРВ Приміщення рН 001/3 014/2 св. Ю-9-Б 9,0 8,8 8,0 3 ХПК, Концентрація 3 3 мгO2/дм урану, мг/дм 2400 9,0 7000 2,1 5200 180 До 1 дм РРВ з приміщення 001/3 (таблиця 2) при температурі 30 °С добавляють азотну кислоту для досягнення рН розчину 7. Потім додають 10 мл водного розчину Сизолу (вміст оксиду кремнію і алюмінію або активних речовин становить 6,5 % мас.). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 годину. Після додавання Сизолу з'являється осад. Суспензію розділяють на освітлений розчин і згущену суспензію. Освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Згущену суспензію фільтрують на друкфільтрі з використанням ДФМ - деревної муки. На наступній стадії фільтрат після використання Сизолу каталітично окиснюють пероксидом водню. РРВ нагрівають до температури 70-80 °С і при перемішуванні добавляють сульфат заліза (II) FeSO4∙7H2O в кількості 0,0834 г і пероксид водню 0,51 г (табл. 2, пункт 1). Мольне співвідношення Н2О2 і органічних речовин становить 1 : 1, а моль2+ не співвідношення Н2О2 і Fe - 50 : 1. Час окиснення 1 година. У фільтраті після окиснення Н2О2 і після фільтрування на мембрані 0,2 мкм визначають ХПК, концентрацію урану і активність ТУЕ. 3 137 Cs 6 9,7∙10 6 2,2∙10 7 3,6∙10 Активність, Бк/дм 238+239+240 241 Sr Pu Am 6 3 4 9,7∙10 3,3∙10 3,4∙10 6 3 3 2,2∙10 2,2∙10 6,2∙10 7 4 5 3,6∙10 1,6∙10 5,5∙10 90 3 244 Cm 3 1,1∙10 2 1,8∙10 4 2,0∙10 До 1 дм РРВ з приміщення 014/2 (таблиця 2) при температурі 20 °С добавляють азотну кислоту для досягнення рН 7. Потім додають 30 мл водного розчину Сизолу (кількість активних речовин 6,5 % мас). Отриманий розчин перемішують і витримують 1,5 години. Після додавання Сизолу з'являється осад. Освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром пор 0,3 мкм, а згущену суспензію фільтрують з використанням ДФМ - деревної муки. Потім фільтрат (після використання Сизолу) каталітично окиснюють пероксидом водню. РРВ нагрівають до температури 80-90 °С і при перемішуванні добавляють сульфат заліза (II) FeSO4∙7H2O в кількості 0,534 г і пероксид водню Н2О2 3,24 г (табл. 2, пункт 2). Мольне співвідношення Н2О2 і органічні речовини становило 3:1, а 2+ мольне співвідношення Н2О2 і Fe - 50:1. Час окиснення 2 години. Фільтрат після окиснення пероксидом водню фільтрують на мембрані з розміром 0,2 мкм і визначають ХПК, концентрацію урану і активність ТУЕ. 3 До 1 дм РРВ із свердловини Ю-9-Б (таблиця 2) при температурі 10 °С добавляють азотну кис 5 64131 лоту для досягнення рН розчину 7. Потім додають 20 мл водного розчину Сизолу (кількість активних речовин 6,5 % мас). Отриманий розчин перемішують і витримують 2 години. Після додавання Сизолу з'являється осад. Освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром пор 0,2 мкм, а згущену суспензію фільтрують з використанням ДФМ - целюлози торгової марки SolkaFloc (фірма Dicalite). Потім фільтрат (після використання Сизолу) каталітично окиснюють пероксидом водню. РРВ 6 нагрівають до температури 70 - 80 °С і при перемішуванні добавляють сульфат заліза (II) FeSO4∙7H2O в кількості 0,311 г і пероксид водню Н2О2 1,904 г (табл. 2, пункт 3). Мольне співвідношення Н2О2 і органічні речовини становило 2:1, а 2+ мольне співвідношення Н2О2 і Fe - 100:1. Час окиснення становив 2 години. Фільтраті після окиснення пероксидом водню фільтрують на мембрані з розміром пор 0,2 мкм і визначають ХПК, концентрацію урану і активність ТУЕ. Таблиця 2 Ефективність використання Сизолу і каталітичного окиснення пероксидом водню при очищенні РРВ від органічних (полімерних) речовин, урану і трансуранових елементів по запропонованому способу і за прототипом Концентрація урану в фі3 льтраті, мгO2/дм (ступінь очищення %) Запропонований спосіб 3 Активність ТУЕ, Бк/дм (ступінь очищення %) 238+239+240 241 244 Pu Am Cm № Приміщення ХПК фільтрату, 3 мгO2/дм (ступінь очищення %) 1 001/3 40 (98,3) 2,8 (68,9) 1,3∙10 (96,1) 2 014/2 30 (99,6) 0,13 (93,8) 94 (95,7) 3 св. Ю-9-Б 40 (99,2) 33 (81,7) 37 (99,8) 4 5 001/3 014/2 240 (90,0) 510 (92,7) 2 3 Найближчий аналог 2,1 (76,7) 0,5 (76,2) До 1 дм РРВ з приміщення 001/3 (таблиця 2) при температурі 30 °С добавляють азотну кислоту для досягнення рН розчину 7. Потім додають 10 мл водного розчину Сизолу (кількість активних речовин становить 6,5 % мас.). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 годину. Після додавання Сизолу з'являється осад. Суспензію розділяють на освітлений розчин і згущену суспензію. Освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Згущену суспензію фільтрують на друк-фільтрі з використанням ДФМ - деревної муки (табл. 2, пункт 4). В фільтраті визначають ХПК і концентрацію урану. До 1 дм РРВ з приміщення 014/2 (таблиця 2) при температурі 20 °С добавляють азотну кислоту для досягнення рН розчину 7. Потім додають 30 мл водного розчину Сизолу (кількість активних речовин становить 6,5 % мас.). Отриманий розчин перемішують і витримують 1,5 годин. Після додавання Сизолу з'являється осад. Освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані 0,2 мкм. Згущену суспензію фільтрують на друк-фільтрі з використанням ДФМ - деревної муки (табл. 2, пункт 5). В фільтраті визначають ХПК і концентрацію урану. Аналіз даних таблиці 2 свідчить, що запропонований спосіб очищення РРВ має значні переваги у порівнянні з найближчим аналогом по ефективності очищення від органічних речовин, у тому числі, і від полімерного продукту - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших важковидаляємих речовин (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та 3 1,6∙10 (95,3) 2 3,2∙10 (94,8) 4 2,3∙10 (95,8) 59 (54,6) 9,1 (94,9) 8,6 (95,7) інших сполук): ХПК фільтрату становить 30-40 3 мгO2/дм (ступінь очищення 98,3-99,6 %) і за найближчим аналогом ХПК фільтрату - 240-510 3 мгO2/дм (ступінь очищення 90,0-92,7 %). Значною перевагою запропонованого способу є ефективне 238+239+240 очищення від ТУЕ Pu (На 95,7-99,8 %), 241 244 Am (на 94,8-95,8 %), Cm (94,6-95,7 %) при збереженні ефективного очищення від урану. Запропонований спосіб очищення РРВ має суттєве значення для ДСП «Чорнобильська АЕС» тому, що дозволяє одержати на об'єкті «Укриття» попереднє очищення від важковидаляємих полімерних та інших органічних сполук і від ТУЕ. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Руденко Л. И., Джужа О. В., Хан В. Е. Окислительная очистка кубових остатков жидких радиоактивных отходов от органических веществ и трансуранових элементов //Доп. НАН Украины. 2008. - № 5. - С. 151-154. 2. Унифицированные методы анализа вод /Под ред. Ю. Ю. Лурье. - Москва: Химия, 1971. 376 с. 3. Патент на винахід 91810 Україна. МПК (2009): C02F1/00, G21F9/04. /Л. І. Руденко, В. Є. Хан, О. А. Гуменна, В. І. Кашковський, О. В. Джужа, В. М. Горбенко, О. В. Зубенко. - № а201000465. Заявл. 18.01.2010; Опубл. 25.08.2010, Бюл. № 16, 2010 р. 4. Корнеев А. А., Криницын А. П., Стрихарь О. Л., Щербин В. Н. Жидкие радиоактивные отходы внутри объекта «Укрытие» //Радиохимия. - 2002. 44, № 6. - С. 545-552. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 64131 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601