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

Реферат: Запропонований спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, які входять у пилепригнічуючий розчин та РРВ, і урану, в якому використовують коагулянтфлокулянт типу "Сизол-2500" і спалюваний допоміжний фільтруючий матеріал - деревну муку або целюлозу, де для зменшення вмісту органічних речовин і активності трансуранових елементів (ТУЕ) застосовують окиснення пероксидом водню Н2О2 на каталізаторі: солі заліза 2+ двовалентного Fe при рН 4, мольним співвідношенням Н2С2 і органічні речовини (1-3): 1 та 2+ Н2О2 : Fe (50-100): 1, температурі 70-90 °С і часі окиснення 1-2 години. Запропонований спосіб має значні переваги порівняно з аналогом і прототипом по ефективності очищення від органічних речовин, у тому числі, і від полімерного продукту - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших речовин, що важко видаляються, (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших 3 сполук): ХПК фільтрату становить 30-40 мгО2/дм (ступінь очищення 90,0-92,7 %). Значною UA 98267 C2 (12) UA 98267 C2 238+239+240 перевагою запропонованого способу є ефективне очищення від ТУЕ Pu (на 95,7-99,8 24l 241 %), Am (на 94,8-95,8 %), Cm (94,6-95,7 %) при умові збереження 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 важковидалюваних полімерних та інших органічних сполук і від ТУЕ. UA 98267 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин і урану та може бути використаний для очищення РРВ від важковидалюваних полімерних речовин та інших органічних речовин, урану і трансуранових елементів - плутонію, америцію, кюрію. Існує спосіб очищення кубових залишків РРВ каталітичним окисненням пероксидом водню 2+ (Н2О2) на солі заліза Fe при рН приблизно 4 при різних концентраціях Н2О2, різному масовому співвідношенні органічних речовин і Н2О2 при температурі 70-80 °С протягом 1 години [1]. При каталітичному окисненні кубових залишків відбувалось зниження хімічної потреби в кисні (ХПК) [2] від 3300-4600 до 550-3200 мгОг/дм. Недоліком застосування цього методу при окисненні РРВ і кубових залишків РРВ було недостатньо повне очищення від полімерних і органічних речовин. Найближчим аналогом до винаходу за технічною сутністю та результатами, що досягаються, є спосіб очищення РРВ від органічних речовин, які входять у пилепригнічуючий розчин та РРВ, і урану, в якому використовують коагулянт-флокулянт типу "Сизол-2500".[3]. Недоліком застосування такого методу є недостатньо повне очищення від органічних і полімерних речовин. Задачею цього винаходу є створення ефективного способу очищення РРВ для підвищення ступеня очищення від органічних і полімерних речовин та трансуранових елементів (ТУЕ). Поставлена задача вирішується тим, що застосовують спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, які входять у пилепригнічуючий 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 температурі 5-30 °С при перемішуванні суміші після додавання коагулянту-флокулянту і витримуванні одержаного розчину протягом 0,5-3 годин, на другій стадії розчин розділяють на освітлений розчин і згущену суспензію, де освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром 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 2+ 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. 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 заліза 2+ 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 дозволяє значно зменшити вміст органічних (полімерних) речовин і активність трансуранових елементів (ТУЕ). Ця стадія дає 238+239+240 241 244 ефективне очищення від ТУЕ Pu (на 95,7-99,8 %), Am (на 94,8-95,8 %), Cm (94,695,7 %) та від полімерних продуктів - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших речовин, що важко видаляються, (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших сполук): ХПК фільтрату 3 становить 30 -40 мгO2 дм (ступінь очищення 98,3-99,6 %). Для підтвердження можливостей здійснення винаходу 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 1 UA 98267 C2 Приміщення 001/3 014/2 Св. Ю-9-Б Таблиця 1 Характеристика зразків РРВ 3 Активність, Бк/дм 3 Концентрація рН ХПК,мгО2/дм 3 137 90 238+239+240 241 244 урану, мг/дм Cs Sr Pu Аm Сm 6 6 3 4 3 9,0 2400 9,0 9,710 9,710 3,310 3,410 1,110 6 6 3 3 2 8,8 7000 2,1 2,210 2,210 2,210 6,210 1,810 7 7 4 5 4 8,0 5200 180 3,610 3,610 1,610 5,510 2,010 3 5 10 15 20 25 30 35 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 друкфільтрі на мембрані з розміром пор 0,2 мкм. Згущену суспензію фільтрують на друк-фільтрі 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) FeSOWFO 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 мольне співвідношення Н 2О2 і Fe 50 : 1. Час окиснення 1 година. У фільтраті після окиснення Н 2О2 і після фільтрування на мембрані 0,2 мкм визначають ХПК, концентрацію урану і активність ТУЕ. 3 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) FeSO47H2O в кількості 0,534 г і пероксид водню Н2О2 3,24 г (табл. 2, пункт 2). Мольне співвідношення 2+ Н2О2 і органічні речовини становило 3 : 1, а 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 кислоту 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 Solka-Floc (фірма Dicalite). Потім 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 0,311 г і пероксид водню Н2О2 1,904 г (табл. 2, пункт 3). Мольне + співвідношення Н2О2 і органічні речовини становило 2 : 1, а 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. 40 2 UA 98267 C2 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 3 ХПК фільтрату, Концентрація урану в Активність ТУЕ, Бк/дм (ступінь 3 № Приміщення мгО2/дм (ступінь фільтраті, мгО2/дм очищення %) 238+239+240 241 244 очищення %) (ступінь очищення %) Pu Аm Ст Запропонований спосіб 3 1,610 2 1 001/3 40 (98,3) 2,8 (68,9) 59 (54,6) 1,310 (96,1) (95,3) 2 9,1 3,210 2 014/2 30 (99,6) 0,13(93,8) 94 (95,7) (94,9) (94,8) 8,6 3 св. Ю-9-Б 40 (99,2) 33(81,7) 37 (99,8) (95,8) (95,7) Прототип 4 001/3 240 (90,0) 2,1(76,7) 5 014/2 510(92,7) 0,5(76,2) 3 5 10 15 20 25 30 35 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 друкфільтрі 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 аналогом і прототипом по ефективності очищення від органічних речовин, у тому числі, і від полімерного продукту - силаксинакрилатного зв'язуючого та інших речовин, що важко видаляються, (йоногенних ПАР, мінеральних мастил та інших сполук): ХПК фільтрату становить 30-40 мгО2/дм (ступінь очищення 98,3-99,6 %) і за прототипом ХПК 3 фільтрату - 240-510 мгО2/дм (ступінь очищення 90,0-92,7 %). Значною перевагою 238+239+240 241 запропонованого способу є ефективне очищення від ТУЕ Pu (на 95,7-99,8 %), Аm 244 (на 94,8-95,8 %), Сm (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 важковидалюваних полімерних та інших органічних сполук і від ТУЕ. Джерела інформації: 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. 376с. 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. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 Спосіб очищення рідких радіоактивних відходів (РРВ) від органічних речовин, які входять у пилепригнічуючий розчин та РРВ, і урану, трансуранових елементів, в якому на першій стадії 3 UA 98267 C2 5 10 очищення застосовують кремній-алюмовмісний коагулянт-флокулянт типу "Сизол-2500" при рН 6-7 і температурі 5-30 °С при перемішуванні суміші після додавання коагулянту-флокулянту і витримуванні одержаного розчину протягом 0,5-3 годин, на другій стадії розчин розділяють на освітлений розчин і згущену суспензію, де освітлений розчин фільтрують на друк-фільтрі на мембрані з розміром пор 0,2-3,0 мкм, а при фільтруванні згущеної суспензії застосовують на друк-фільтрі спалюваний допоміжний фільтруючий матеріал - деревну муку або целюлозу, а на третій стадії для зменшення вмісту органічних речовин і активності трансуранових елементів фільтрат каталітично окиснюють пероксидом водню Н2О2 на каталізаторі: солі заліза 2+ двовалентного Fe при рН 4, мольним співвідношенням Н 2О2 і органічні речовини (1-3) : 1 та 2+ Н2О2 : Fe (50-100) : 1, за температури 70-90 °С і часу окиснення 1-2 години. Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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