Спосіб очистки води від радіонуклідів

МПК 6 C02F 1/469 СПОСІБ ОЧИСТКИ ВОДИ ВЩ РДДЮНУКГЩВ Винахід відноситься до області обробки води, зокрема, до обробки води електродіалізом, і може бути використаний для очистки маломінералізованих вод від радіоактивних забруднень у хімічній, атомній та інших галузях промисловості Відомий спосіб дезактивації маломінералізованих вод способом електродіалізу з використанням трикамерної комірки [Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений.- М : Атомиздат, 1974, 360 с] [1]. Трикамерна електродіалЬна комірка складається з ємкості, розділеної на три камери напівпроникними мембранами, які пропускають певний вид іонів (катіони чи аніони) та погіршують дифузію з однієї камери в іншу В бокових камерах розміщені електроди, при допомозі яких через систему пропускають електричний струм. Камери комірки заповнюють водою, забрудненою радіонуклідами. У процесі електродіалізу в середній камері комірки вода очищається від радіонуклідів шляхом переносу радіоактивних іонів через мембрани в сусідні камери. Спосіб передбачає очистку від радіонуклідів до значень ГДК (для 137 Cs 2,0- 10 "9 Ки/дм3, для ^Sr - 1,0 10"10 Ки/дм3 ) [ Допустимі рівні вмісту радіонуклідів 137 Cs і ^Sr у продуктах харчування та питній воді (ДР-97) Державні гігієнічні нормативи, Київ, 1997, 8 с] [2]. Нашими дослідженнями показано, що при очистці води, яка містить 2,0 - 10"? Ku/дм3 ^Sr 1,0 10*7 Ки/дм3 137 Cs, способом [1] потрібна ступінь ОЧИСТКИ досягається за 9 годин. Недоліком відомого способу [1] є те, що його реалізація не забезпечує концентрування радіонуклідів в процесі очистки води, а для отримання води необхідного ступеня очистки потрібно досить багато часу, та це призводить до збільшення затрат електроенергії". Окрім цього, спосіб [1] характеризується малою продуктивністю. Найбільш близьким до винаходу за технічною суттю та результатом, який досягається, є спосіб очистки активних маломінералізованих вод, що містять солі до 1 г/дм3. [Криворучко А.П., Пономарёв М.И., Корнилович Б.Ю , Масько АН. Дезактивация маломинерализованных радиоактивно загрязнённых вод методом электродиализа, Химия и технология воды, 1996, т.18, N 3, С.30&312] [3]. Спосіб реалізується в &-ти камерному електродіалізаторі, у якому катіонота аніонообмінні мембрани розміщені почергово, утворюючи камеру концентрування, дві електродні камери та дві камери знесолення. Очищали модельну воду солевмістом 1 г/дм3, забруднену ^Sr {2,0 -1Q7 Ku/дм3) 1157Cs (1,0 -10"7 Ku/дм3). Очистка води відбувається в камерах знесолення шляхом її циркулювання через вказані камери при густині струму 2,5 мА/см2 та швидкості потоку досліджуваного розчину через камери знесолення 60 см3&в. Очистка води від іонів ^Зг і 137Cs до рівня ГДК досягається за 5 годин. Головним недоліком способу [3] є достатньо велика тривалість процесу очистки, що забезпечує ефективне видалення з води радіонуклідів ^Sr та 137 Cs, а це робить процес достатньо енергоємким. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб очистки радіоактивно забрудненої маломінералізованої води електродіалізом шляхом попереднього введення у воду мінеральної добавки, забезпечуючої глибоку очистку води в& радіонуклідів в процесі елекгродіалізу, що приводить до різкого зниження гривалості процесу для досягнення залишкової концентрації радіонуклідів рівня ГДК та нижче. Поставлена задача вирішується способом, включаючим обробку води в електродіалшторі з почергово розміщеними катіоно- і аніонообмінними мембранами, у котрому, згідно винаходу, в очищувану воду попередньо вводять глинистий мінерал в кількості 0,5 - 1,5 г/дм3, з розміром часток не більше 0,5 мм. Нами встановлено, що поєднання електродіалізу та сорбції на мінеральному сорбенгі забезпечує більш ефективну очистку води вщ радіонукпщів і скорочує тривалість процесу до 2-4 годин. Цей ефект є нежданим. Відомо, що введення завислих добавок призводить до негативного результату при електродіалізній очистці води [Lindsten D.C. е.а. "Military Enging.", 1961, v.53, P.368] [4]. А нами показано, що введення глинистого мінералу (монтморилоніту), на противагу відомим даним, суттєво прискорює процес очистки води від стронцікь 90 і цєзію-137 при досягненні їх глибокого видалення, що підтверджується даними таблиці 1. Таблиця 1. Спосіб п/п Залишкова активність очищено» води за:, Ки/дм" очистки води Електродіаліз [3] Глинистий мінерал Сз-137 МО (за 5 гад. роботи) 2,0 - 10" Sr-90 3,5 10 «1-10 (за 5 год. роботи) (монтморилоніт) :М0"1и(за 2 год. роботи) Електродіаліз + глинистий мінерал (монтморилоніт) 10'10(за 2,5 год. Роботи) Таким чином, сукупність суттєвих лризнаків, які заявляються, є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату - значного скорочення тривалості процесу очистки води від радіонуклідів при одночасному досягненні активності очищеної води на рівні ГДК чи нижче та до зниження енергозатрат, що забезпечується винаходом. Спосіб реалізуєшся наступним чином. Досліди проводили у п'ятикамерному апараті (рис), який складається з електродних камер (1,5), камер очистки (знесолення) (2,4) та камери концентрування (3). Камери розділені між собою катїонітовими МК-40 (К) і аконітовими МА-40 (А) мембранами. Робоча поверхня однієї мембрани 10 см2, міжмембранна відстань - 5 мм. Катодом і анодом служить платина. Через електродні камери (1,5) циркулювало 1 дм3 розчину 0,5 моль/дм3 нітрату калію; 0,5 дне3 дистильованої води циркулювало через камеру концентрування (3). Воду (1 дм3), яку очищали, прокачували послідовно через камери знесолення (2,4). Очистці піддавали водопровідну воду, у котру додавали mSr до досягнення (2,0-6,87) - 10 7 KU/ДМ3 І 137 Cs (1,0 - 1,5) • 10"7 Ки/дм3. Перед подачею на епектродгалЬатор в очищувану воду додавали глинистий мінерал (монтморилоніт або палигорскіт) з розміром часток не більше 0,5 мм у кількості 0,5 - 1,5 г/дм3. Обидва мінерали Черкаського родовища. Установка працювала у гальваностатичному режимі (густина с груму - 2,5 мА/см2). Тривалість очистки води від радіонуклідів об'ємом 1 дм3 до рівнів активності нижчих чи таких, які рівні ГДК, склала 2 - 4 години. Проби діалізату і концентрату об'ємом 40 см3 відбирали з періодичністю 0,5 години роботи установки. Активність 130 Sr і 137 Cs в пробах діалізату і концентрату визначали за методикою [Ровинский Ф. Я, Иохильсон СБ., Юшкан Е.И. Метода анализа загрязнения окружающей среды- М.: Атомиздат, 1978,- 264 с] [5J на бетарадіометрі КРК-1 01 А. Приклад виконання за винаходом: Очистку здійснювали в електродіалізаторі, як описано вище. Очищали водопровідну воду м.Києва із вмістом основних катіонів, мг/дм3: Na+-19,8; K+4,4; Са2+ - 68,1; Мд2*- 11,2; Cs+ - 0,02; Sr2* - 0,02; рН - 7,0. У воду вводили ^Sr до досягнення активності 2,0-10' 7 Ku/дм3 і 1J7Cs -1,0 Iff7 Ки/дм3. Перед подачею в електродалізатор у воду ВВОДИЛИ черкаський монтморилоніт у кількості 1 г/дм3 з розміром часток 0,25 мм. Вода вищевказаного складу об'ємом 1 дм3 циркулювала через камери очистки (2,4) на протязі 2 годин до досягнення залишкової активності за стронфм-90 та цезїєм-137 до рівнів нижче ГДК (таблиця 2, приклад 2). Аналогічно прикладу виконання за винаходом були проведені досліди по очисщ радіоактивної води, яка містить 2,0 - 10'7 Кц/дм*3 ^Sr і 137Cs - 1,0 -10"7 Ku/да3 з використанням у якості глинистого мінералу монтморилоніту та палигорскіту із розміром часток» в кількості, що знаходяться в інтервалі, який заявляється, та поза його межами. Дані представлені у таблиці 2. Встановлено, що кількість введеного глинистого мінералу і розмір його часток, що заявляються, вибрані із умов, забезпечуючих швидку і глибоку очистку води від радіонуклідів (таблиця 2, приклади 1-0). При введенні в оброблювану воду глинистого мінералу у кількості, нижче межі, яка заявляється, наприклад 0,3 мм, необхідно біпьше часу для очистки води від радіонуклідів до рівня ГДК. Навіть тривалість поцесу буде перевищувати час очистки за прототипом (таблиця 2, приклади 10,11). При введенні в оброблювану воду глинистого мінералу у кількості, вище заявленої межі, наприклад 2,5 г/дм 3 , порушується режим роботи електродіалізатора, так як мінерал буде забивати канали апарату. Експериментально встановлено, що оптимальним розміром часток глинистого мінералу, який забезпечує ефективний процес очистки води вщ радіонуклідів, є розмір часток, не перевищуючий 0,5 мм. При введенні у воду глинистого мінералу з розміром часток вище межі, яка заявляється, відбувається збільшення часу, необхідного для очистки води від радюнуклщш до ріня ГДК (таблиця 2( приклад 12), що призводить до недоцільності процесу очистки. Перевага запропонованого способу очистки води від радіонуклідів порівняно з відомим технічним рішенням [З] підтверджуються даними таблиць 1 і 2. Запропонований спосіб забезпечує глибоку очистку води від радіонуклідів до досягнення залишкової активності очищеної води до рівня ГДК і навіть нижче при одночасному скороченні тривалості процесу очистки від 5 до 2-4 годин запежно від природи глинистого мінералу. Введення у вода монтморилоніту забезпечує найкращий ефект очистки, скорочуючи час процесу у 2,5 рази. Тим самим забезпечується суттєве зниження енергозатрат на очистку води. Таблиця 2 № п/п Обробка води глинистим мінералом Назва глинистого мінералу Кількість глинистог 0 мінералу, г/ДМ3 Залишкова активність досліджуваної води за:, Ки/дм3 Розмір часток глинистого мінералу, мм 90 137 Sr Св Час, необхідний для очистки, год. За винаходом 1 Монгморилонгт 0,5 0,25 4,2-1ff ia ЗД-1О-10 2,5 2 я 1>0 0,25