Спосіб очистки води від радіонуклідів

МПК 6 С 0 2 F 3/32 G 21 F 9/04 СПОСІБ ОЧИСТКИ ВОДИ ВІД РАДІОНУКЛІДІВ Винахід ВІДНОСИТЬСЯ ДО способів ОЧИСТКИ сорбційними ВОДИ методами, в яких передбачено використання сорбентів, модифікованих добавками речовин, підвищуючих селективність сорбції. Спосіб може використовуватися в схемі дезактивації рідких радіоактивних відходів АЕС. Відомий спосіб очистки стічної води від радіонуклідів, що передбачає протік води через зарослі рослинності, де використовують рослину Arundo donoks [1]. Недоліком цього способу є недостатня поглинальна здатність цієї рослини по відношенню до радіонуклідів, а також довга тривалість процесу очистки. Відомий спосіб очистки водних розчинів від радіоактивних речовин і іонів заліза з використанням адсорбенту на основі таніну. За цим способом процес очистки проводять шляхом розчинення таніну у вихідному розчині, що містить речовину, яку необхідно адсорбувати, з подальшим добавленням у вказаний розчин спочатку альдегіду, а потім аміаку [2]. В результаті цього отримують осад, який складається з таніну і адсорбованої речовини. Недоліком цього способу є складність технологічного оформлення, використання дорогих реагентів для очистки, а також недостатній ступінь очищення. Відомий також спосіб спеціальної фільтраційної водоочистки з використанням водоочисних очерету звичайного, шляхом створення на його основі смуг на намивних підводних гребнях, що йдуть перпендикулярно руслу річки на відстані 3 - 5 км один від одного, а також будівництва фітофільтраційних споруд стаціонарного типу довжиною 0,5 1,0 км, які складаються з утвореного каналу, в якому на спеціально підготовленій основі висаджені повітряно-водні рослини, що служать -2 біологічним фільтром для забруднюючих речовин [3]. Недоліком цього способу є складність технологічного оформлення, необхідність проведення великої фітофільтраційних кількості споруд, а намивних також робіт невисокий при ступінь створенні очистки, зумовлений низькою радіоакумулюючою здатністю очерету. Відомий також спосіб очистки води від радіонуклідів з допомогою водних рослин шляхом затвердження природного шару мулу, насипки на нього шару піску і висаджування в цей шар радіоакумулюючих рослин [4]. Висока вартість способу, а також складність використання обмежують його застосування. Недоліком даного способу є також необхідність створення водонакопичувача, який забезпечує нормальне функціонування водних рослин, а також певні витрати на затвердження шару мулу, насипку піску і аерацію водоймища, що ускладнює і робить дорожчим його використання для очистки періодичного промислового стоку. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що заявляється, є спосіб очистки стічних вод від радіонуклідів та інших забруднюючих речовин, який включає вирощування напівводних радіоакумулюючих рослин на шляху переміщення забрудненого радіонуклідами потоку та примусове транспортування води через зарослі вирощеної напівводної рослини Zizania Latifolia з наступним вилученням радіозабруднених рослин /5/. Недоліками цього способу є низька якість очищеної води при надходженні її в водоймище або водотік (від 20,8 до 38,8%), низька продуктивність використання рослинності, складність технічного рішення способу, а також неможливість проведення процесу очистки на протязі всього року. Задачею, на вирішення якої спрямований винахід, являється розробка простого, ефективного та економічного способу якісної очистки води від радіонуклідів. Заявлений спосіб очистки води від радіонуклідів, створений для вирішення поставленої задачі, дозволяє досягнути -3 технічного результату, який полягає в підвищенні продуктивності процесу очистки за рахунок забезпечення безперервного циклу технологічного процесу очищення радіоактивно забруднених вод, підвищенні якості очистки шляхом використання радіоакумулюючих рослин з високою накопичувальною здатністю і вуглецьмінерального матеріалу змішаного типу, який складає основу гідропонного грунту і виступає в ролі транспортного депо рухомих форм радіонуклідів, здешевленні процесу очистки за рахунок його проведення цілорічно (в тепличних умовах). Суть запропонованого способу полягає в тому, що у відомому способі, який включає вирощування напівводних радіоакумулюючих рослин на шляху переміщення забрудненого радіонуклідами потоку очищення води примусовою фільтрацією шляхом та транспортування її через вищезгадані рослини з наступним вилученням радіозабруднених рослин, згідно заявленому винаходу, радіоакумулюючі рослини вирощують на гідропонному ґрунті з вмістом акумулюючого радіонукліди вуглець^мінерального сорбенту, через який пропускають частину потоку води, при цьому висаджування рослин і їх вилучення проводять частинами постадійно, через відповідні проміжки часу, які залежать від швидкості вегетації конкретної рослини. Як вуглецьмінеральний сорбент може бути використана суміш активованого вугілля та природного цеоліту (з вмістом не менше як 70% клиноптилоліту) при такому співвідношенні компонентів: активоване вугілля 40-60 мас. % і цеоліт 40-60 мас. %. Як рослини використовують амарант, гірчицю індійську або ріпак. Очистку води ведуть безперервно і цілорічно, причому висаджують і вилучають рослини приблизно через 7-10 днів. В зимовий період, при температурі повітря надворі нижче ніж 0 ° , радіоактивні стоки пропускають через теплицю, у якій висаджені радіоакумулюючі рослини. Технічний результат, досягнутий запропонованим винаходом, підтверджений експериментальними даними, одержаними в результаті -4відпрацювання основних параметрів процесу накопичення радіонуклідів в рослинній масі. В наведених на фіг. 1-3 даних видно, що на процес накопичення радіонуклідів впливають декілька факторів: 1) тип сорбенту, що вноситься в ґрунт; 2) співвідношення компонентів в композиційній суміші; 3) тип рослини, що акумулює (накопичує) радіонукліди. Із фіг.З видно, що радіоаккумулююча здатність рослин по відношенню до радіонуклідів різна. Найбільш суттєвим виявилось те, що в присутності сорбентів ефективність накопичення різко збільшується в порівнянні з контрольними дослідами(без сорбентів), при цьому для таких рослин, як амарант, гірчиця радіоакумулююча здатність збільшується по цезію в 2,5 рази, по стронцію - в 1,5 рази. При цьому застосування окремо вугілля або мінеральної складової композиційного сорбенту не покращує істотно радіоакумулюючу здатність рослин. Виявлений ефект накопичення радіонуклідів в найбільш радіоакумулюючих рослинах може мати місце тільки при умові перебудови структурного каркасу рослини, яка зумовлена радіаційно-хімічними та радіаційно-біологічними процесами в рослині під впливом іонізуючого випромінювання інкорпорованих радіонуклідів. І дійсно, як показали проведені досліди, під дією іонізуючого випромінювання в целюлозі протікають процеси, що приводять до структурно-сорбційних перетворень, а саме збільшення об'єму сорбційних пор (на 25-50 %), завдяки чому при протіканні радіаційно-стимулюючих процесів відбувається ефективне накопичення радіонуклідів в целюлозній структурі рослин. Встановлений ефект структурно-сорбційних перетворень в целюлозі під впливом іонізуючого випромінювання і одночасне збільшення самої рослинної маси на протязі вегетативного періоду були покладені в основу запропонованого винаходу. -5В процесі проведення експериментальних досліджень було виявлено, що внесення в гідропонний ґрунт сорбентів різної природи призводить до зміни характеру накопичення радіонуклідів рослиною (див.фіг.1-3). Крім того, при збільшенні вологості ґрунту рівень накопичених радіонуклідів рослинами збільшується на 30-40 % (табл. 1). Звідси випливає, що регулюючи вміст вологи в ґрунті, а також структуру ґрунту, можна управляти процесом переносу розчинних форм радіонуклідів в рослинну масу в процесі вегетаційного періоду. Підтвердженням цього є те, що в залежності від ступеню вологості ґрунту процес росту рослини змінюється як в плані збільшення висоти рослини, так і її товщини. Тому слід сподіватись, що в разі вирощування рослин на ґрунтах з високим ступенем зволоженості та використанням радіоакумулюючих рослин, таких, наприклад, як амарант, індійська гірчиця або ж ріпак, можна вилучати радіонукліди із зволоженого радіаційно забрудненого ґрунту, вологість якого в умовах тепличного ведення господарства можна регулювати шляхом примусової подачі стічної води в гідропонний ґрунт, основою якого є вуглецьмінеральний матеріал змішаного типу. І дійсно, як видно із даних, наведених в табл.1, ступінь виносу радіонуклідів із зволоженого ґрунту суттєво зростає в порівнянні з контрольними рослинами, які накопичували зелену масу в умовах зволоження шляхом поливу. Так, ступінь виносу радіонуклідів зеленою масою (амарантом) в умовах підвищеної вологості набагато більша при використанні композиційних сорбентів. Запропоновану очистку води від радіонуклідів з вищевказаними результатами можна здійснювати безперервно на протязі всього року. -6 Таблиця 1 Ділянка 1 - зволоженість ґрунту шляхом поливу Вид сорбенту Ділянка 2 - підвищена вологість шляхом пропускання забрудненої радіонуклідами води Вміст радіо цезію в радіоКоефіцієнт акумулюючих виносу рослинах, кБк/кг Вміст радіо цезію в радіоакумулюючих рослинах, кБк/кг Коефіцієнт виносу 1,8 0,9 1,3 1,4 1,03 1,19 2,9 0,5 1,5 1,6 1.8 1,1 2,4 1,9 1,2 2,6 Контроль (гравій, пісок) Вугілля Цеоліт Вугілля+цеоліт Рішень, що характеризують сукупність ознак заявленого винаходу, в доступних джерелах інформації не знайдено і порівняльний аналіз запропонованого способу з прототипом дозволяє зробити висновок про те, що він відрізняється від відомої технології очистки води від радіонуклідів наявністю нових суттєвих ознак, тобто про його відповідність критерію "н о в и з н а". При вивченні інших технічних рішень в даній галузі народного господарства не виявлено впливу сукупності відрізняючих ознак заявленого винаходу на підвищення ефективності і якості очистки води від радіонуклідів за рахунок спільного використання радіоакумулюючих рослин та вуглецьмінерального сорбційного матеріалу типу. Заявлене рішення суттєво підвищує радіонакопичувальну здатність зеленої маси, і збільшує її кількість. Це свідчить про творчий характер рішення, тобто про його відповідність критерію "винахідницький рівень". -7Таблиця 2 Тип рослини Накопичення кБк/кг Валова маса, ц/га Сума валового приросту активності в рослинній масі, (кБк/кг)/га 2,3 3000-4000 850000 8,5 1,3 1000 100000 1,0 Амарант в присутності сорбенту (вугілля+цеоліт) Амарант без сорбенту Сумарний коефіцієнт очистки Джерела інформації: 1.Патент України 3 8 9 3 . Бюл.№6-1, 1994р. 2.Патент України 2 5 9 1 7 . Бюл.№1, 1999р. 3.Кроткевич П.Г. К вопросу использования водоохранно-очистных свойств тростника обыкновенного. - "Водные ресурсы", 1976, 3. с. 191 -197. 4. Патент Японии 60-7955, кл. С 02 F 3/32, 1985р. 5. Патент Украины 20954 А, кл. С 02 F 3/32, Бюл.№1, 1998р. - прототип Від заявника: Заст. директора ІСПЕ НАН України чл.-кор. НАН України М.Т.Картель