Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів від органічних речовин

Реферат: Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, в якому використовують коагулянт при наступному фільтруванні, де для очищення РРВ застосовують водний розчин титаново-залізного коагулянта (ТЗК) при рН 4-12 і температурі 5-30 °C при перемішуванні суміші після додавання коагулянта і витримуванні одержаного розчину протягом від 0,5-3 до 12 годин та фільтруванні на мембрані з розміром пор 0,2-3 мкм. Спосіб дозволяє одержати попереднє очищення від важковидалюваних полімерних та інших органічних речовин при вагомому зниженні активності ТУЕ. UA 104934 C2 (12) UA 104934 C2 UA 104934 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід належить до способів очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин і може бути використаний для очищення РРВ від важковидалюваних полімерних речовин та інших органічних сполук. Найближчим аналогом до винаходу за технічною суттю та результатами, що досягаються, є спосіб очищення РРВ шляхом реагентної обробки вапняним молоком, хлоридом заліза (III), поліакриламідом [1]. Недоліком застосування такого методу є недостатнє очищення від органічних речовин. Так, при реагентній обробці РРВ відбувається зниження хімічної потреби в 3 кисні (ХПК) від 2100-2500 до 1000-1200 мгО2/дм (ступінь очищення 42,9-66,0 % мас). Задачею цього винаходу є створення ефективного способу очищення РРВ від органічних речовин. Поставлена задача вирішується тим, що застосовують спосіб очищення РРВ від органічних речовин, у якому використовують коагулянт при наступному фільтруванні, і, згідно із запропонованим винаходом, для очищення РРВ застосовують водний розчин титановозалізного коагулянта (ТЗК) при рН 4-12 од. рН і температурі 5-30 °C при перемішуванні суміші після додавання коагулянта і витримуванні одержаного розчину протягом від 0,5-3 до 12 годин та фільтруванні на мембрані з розміром пор 0,2-3 мкм. Новизною даного винаходу є те, що в способі очищення РРВ від органічних речовин, які входять у пилопригнічуючий розчин та РРВ, застосовують водний розчин титаново-залізного коагулянта. Неочікуваним виявилося, що при виконанні науково-дослідних робіт титановозалізний коагулянт проявив нові ефективні властивості - здатність очищати РРВ від органічних речовин (ступінь очищення 77,5-96,9 %). Для підтвердження можливостей здійснення винаходу використовують: 1 - модельний пилопригнічуючий розчин (ППР). У концентрат ППР (23 % мас) входить полімерна речовина - силаксинакрилатне зв'язуюче (-50 % мас), решта - неіоногенна поверхнево-активна речовина (ПАР) ОП-7, гліцерин, щавлева, олеїнова і оксіетилендифосфонова кислоти та етиловий спирт; 2 - РРВ, в яких є солі, ПАР, плівко- і комплексотвірні речовини, мінеральні мастила та інші органічні сполуки і продукти їх деструкції. 3 - концентрат титаново-залізного коагулянта у вигляді водного розчину. Характеристики концентрату ТЗК наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Характеристики концентратів ТЗК Назва показника Значення концентрат 1 Концентрація іонів водню (рН) 10 % водного розчину, од рН 3 Густина, г/см 3 Кислотність, г-екв/дм 3 Вміст титану, г/дм 3 Вміст загального заліза, г/дм 35 40 концентрат 2 1,3 1,57 1,65 159,80 144,40 170-180 70 Визначення органічних і полімерних речовин у вихідному розчині і у фільтраті знаходять по методу біхроматного окиснення (ХПК) [2]. Запропонований спосіб очищення здійснюється таким чином. Приклад 1. Визначають можливість очищення модельного розчину ППР (0,05 % мас) з ХПК 3 919 мгО2/дм розчином ТЗК. Для дослідів по очищенню беруть розбавлений розчин 1 ТЗК: 1 частину концентрату 1 ТЗК розчиняють у 200 частинах води. ППР при температурі 15-20 °C доводять до рН 4-12, а потім додають 25-50 мл розбавленого 3 розчину 1 ТЗК на 1 дм ППР і витримують 12 годин. При відстоюванні отриманої рідини відбувається розділення ППР на осад і освітлену рідину. На наступному етапі освітлену рідину фільтрують на мембрані з розміром пор більше 3 мкм. В таблиці 2 показано вплив доданого розчину ТЗК при різних значеннях рН на величину ХПК отриманого фільтрату. 45 1 UA 104934 C2 Таблиця 2 3 Вплив кількості доданого розчину 1 ТЗК на 1 дм ППР при різних значеннях рН на величину ХПК отриманого фільтрату Кількість доданого розчину ТЗК, мл 3 на 1 дм ППР 50 25 50 25 50 25 50 25 рН розчину ППР ХПК фільтрату, мгО2/дм (ступінь очищення, %) 4 4 7 7 9 9 12 12 3 81-95(89,7-91,2) 33 (96,4) 48-93 (89,9-94,8) 230 (75) 86-121 (86,8-90,6) 362-365 (60,3-60,6) 81-93(89,9-91,2) 56 (93,9) 3 5 При pΗ 4-12 і кількості доданого розчину 1 ТЗК 25-50 мл на 1 дм ППР ХПК фільтрату 3 зменшується від 919 до 33-365 мгО2/дм (ступінь очищення 60,3-96,4 %). Приклад 2. Очищення РРВ з об'єкта "Укриття" Чорнобильської АЕС з внутрішніх приміщень 001/3 (точка відбору 30) і 012/16 (точка відбору 6). Схема внутрішніх приміщень і точок відбору проб наведено в статті [3]. Характеристики зразків РРВ приведені в таблиці 3. Таблиця 3 Характеристика зразків РРВ Приміщення 001/3 012/16 10 15 20 25 рН 9,07 8,96 ХПК, 3 мгО2/дм * 1487 991 Концентрація 3 урану, мг/дм 8 24 3 137 Cs 6 9,4-10 7 3,2-10 Активність, Бк/дм Pu 241 Sr Σ Am 6 3 4 2,5·10 3,2·10 2,5·10 6 3 4 4,1·10 3,2·10 2,2·10 90 244 Сm 2 8,9·10 2 8,8·10 Для очищення РРВ з приміщення 001/3 беруть водний розчин концентрату 1 (таблиця 1), розведений водою у співвідношенні: 1 частина концентрату і 200 частин води. Очищення РРВ з приміщення 012/16 проводять водним розчином концентрату 2, де вміст титану складав 170-180 3 3 г/дм , а вміст загального заліза 70 г/дм . Концентрат 2, як і раніше, розбавляють водою: на 1 частину концентрату беруть 200 частин води. 3 До 1 дм РРВ з приміщення 001/3 добавляють азотну кислоту для досягнення рН розчину 4,6-4,8 (таблиця 4). Потім при температурі 15 °C додають 50 мл водного розчину концентрату 1 ТЗК (таблиця 4, пункт 1). Отриманий розчин перемішують і витримують 5 годин. Після додавання розчину ТЗК на дні ємності з'являється осад. Потім цю суспензію поміщають у друкфільтр і фільтрують на мембрані з розміром пор 0,2-0,3 мкм. В фільтраті визначають ХПК, 137 90 Pu 241 244 концентрацію урану і активність Cs, Sr, Σ , Am, Cm (таблиця 5, пункт 1). 3 До 1 дм РРВ з приміщення 012/16 добавляють азотну кислоту для досягнення рН 4,6-4,8 (таблиця 4). Потім при температурі 10 °C додають 25 мл водного розчину концентрату 2 ТЗК (таблиця 4, пункт 2). Отриманий розчин перемішують і витримують 12 годин. Після додавання розчину ТЗК на дні ємності з'являється осад. Потім цю суспензію фільтрують на мембрані 0,2 137 90 Pu 241 244 мкм. Визначають ХПК фільтрату, концентрацію урану і активність Cs, Sr, Σ , Am, Cm (таблиця 5, пункт 2). 2 UA 104934 C2 Таблиця 4 3 Вплив кількості доданих розчинів ТЗК або реагентної обробки по прототипу на 1 дм РРВ на ХПК фільтрату № рН 1 2 4,6-4,8 4,6-4,8 а)приміщення 001/3 3 10-11 4 10-11 б)приміщення 012/16 Об'єм добавленого ХПК фільтрату, Реагентна обробка РРВ по 3 розчину ТЗК, мл на мгОг/дм (ступінь прототипу 3 1 дм РРВ очищення, %) Запропонований спосіб а)приміщення 001/3 50 89 (94,0 %) б)приміщення 012/16 23 99(90,1 %) Прототип Насичений розчин вапняного молока 7-8 мл, FeCl3-600 мг ПАА - 0,6 мг 890(40,1) Відстоювання суспензії - 1 доба Насичений розчин вапняного молока 7-8мл, FeCl3-600 мг ПАА - 0,6 мг 500 (49,5) Відстоювання суспензії - 1 доба Таблиця 5 Характеристика фільтрату зразків РРВ після очищення водними розчинами концентратів ТЗК 3 ХПК, Активність, Бк/дм (ступінь очищення) 3 мгО2/дм Концентрація Розчин ТЗК Приміщення (ступінь 3 137 90 Pu 241 244 урану, мг/дм Cs Sr Σ Am Сm очищення, %) 6 3 2 Концентрат 2,5·10 98 5,3·10 2,0·10 6 001/3 89 (94,0) 5,8 (27,5) 9,4·10 (0) 1 (0) (96,9) (78,8) (77,5) 6 2 3 2 Концентрат 4,1·10 1,2·10 5,0·10 1,9·10 7 012/16 99(90,1) 15,0(37,5) 3,2·10 (0) 2 (0) (96,3) (77,3) (78,4) 3 5 10 15 20 25 Приклад 3. До 1 дм РРВ з приміщення 001/3 (таблиця 4) додають насичений розчин вапняного молока до досягнення рН розчину 10-11, потім 600 мг FeCl3 і 0,6 мг поліакриламіду (ПАА) (таблиця 4, пункт 3) (прототип). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 добу. На дні рідини утворюється осад. Визначають ХПК фільтрату після розділення на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. 3 Приклад 4. До 1 дм РРВ з приміщення 012/16 (таблиця 4) додають насичений розчин вапняного молока до досягнення рН розчину 10-11, потім 600 мг FeCl3 і 0,6 мг поліакриламіду (ПАА) (таблиця 4, пункт 4) (прототип). Отриманий розчин перемішують і витримують 1 добу. На дні рідини утворюється осад. Визначають ХПК фільтрату після розділення на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Аналіз даних таблиці 4 свідчить, що запропонований спосіб очищення має значні переваги порівняно з прототипом. При значно менших витратах добавленого реагенту в порівнянні з прототипом досягається значно більший ефект очищення від органічних речовин, у тому числі, і від полімерного продукту - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших важковидалюваних речовин (іоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших сполук). Значною перевагою використання водних розчинів концентрату ТЗК є вагоме зниження активності трансуранових 3 3 елементів (ТУЕ). Активність ΣPu зменшується від 3,2·10 до 98 Бк/дм (ступінь очищення 241 4 3 3 96,9 %), активність Am падає від 2,5·10 до 5,3·10 Бк/дм (ступінь очищення 78,8 %), а 244 2 2 3 активність Сm знижується від 8,9·10 до 2,0·10 Бк/дм (ступінь очищення 77,5 %). Таким же чином, зменшується і активність ТУЕ при обробці зразка із приміщення 012/16. Запропонований спосіб очищення РРВ має суттєве значення для ДСП "Чорнобильська АЕС", тому що дозволяє одержати на об'єкті "Укриття" попереднє очищення РРВ від 3 UA 104934 C2 5 10 важковидалюваних полімерних та інших органічних речовин при вагомому зниженні активності ТУЕ. ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 1. Патент на винахід 91810 Україна. МПК (2009): C02F1/00, G21F9/04. /Л.І. Руденко, В.Є. - І. Хан, О.А. Гуменна, В.І. Кашковський, О.В. Джужа, В.М. Горбенко, О.В. Зубенко. - № а201000465. Заяв. 18.01.2010; Опубл. 25.08.2010, Бюл. № 16, 2010 р. 2. Унифицированные методы анализа/ Под ред. Ю.Ю. Лурье. - Москва: Химия, 1971. – 376 с. 3. Корнеев Α.Α., Криницын А.П., Стрихарь О.Α., Щербин В.Н. Жидкие радиоактивные отходы внутри обекта "Укрытие" / Радиохимия. - 2002. - 44, № 6. - С. 545-552. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, який відрізняється тим, що для очищення РРВ застосовують водний розчин титано-залізного коагулянта (ТЗК) при рН 4-12 од. рН і температурі 5-30 °C при перемішуванні суміші після додавання коагулянта та витримуванні одержаного розчину протягом від 0,5-3 до 12 годин і подальшим фільтруванням на мембрані з розміром пор 0,2-3,0 мкм. Комп’ютерна верстка О. Рябко 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 4