СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1997 года по МПК G21F9/04 G21F9/06 

Изобретение относится к физико-технологическим процессам дезактивации и консервации жидких радиоактивных и токсичных отходов.

В настоящее время известны направления решения этой задачи, наиболее представительным из которых можно считать способ, в котором для дезактивации жидких радиоактивных отходов используют пористые материалы, включая уголь, поролон, ткани [1]
Существенными и очевидными недостатками этого способа являются низкая технологическая культура, при которой ведут статическое насыщение пор материала жидкими отходами и вместе с водой удаляют этот материал на консервацию, что приводит к низкой эффективности, длительности и высоким затратам на осуществление процесса.

Наиболее близким по физико-технологической сущности является способ дезактивации жидких радиоактивных отходов (ЖРО), включающий осуществление контакта жидких радиоактивных отходов с полимером и последующее нагревание, выделение радиоактивных отходов и их захоронение в региональном могильнике [2]
Существенными недостатками этого способа являются незначительная эффективность очистки ЖРО и низкая производительность ввиду пассивного метода контакта полимера и ЖРО, что требует использования значительного количества полимера, приводит к длительности процесса ввиду хаотичности процесса коагуляции, накопления и выделения из раствора радиоактивных отходов, что вызывает необходимость особого контроля процесса для исключения вредного воздействия на среду обитания.

Технический результат данного изобретения заключается в повышении экологической чистоты и эффективности процесса дезактивации ЖРО, улучшении технологической культуры очистки ЖРО при незначительных расходах энергии и используемого полимера.

Этот технический результат достигается в способе дезактивации жидких радиоактивных отходов, включающем осуществление контакта ЖРО с полимером и последующее нагревание, выделение радиоактивных отходов и их захоронение за счет наложения на реагентный объем одновременно акустических колебаний, воздействия слабым электрическим полем и излучением в инфракрасном диапазоне волн, при этом смесь подвергают разрежению и нагреву до температуры размягчения полимера, вращают обрабатываемую смесь вокруг оси объема, отделяют полимер с водой от осадка радиоактивных отходов и отделяют полимер от воды для последующего повторного использования его в этом цикле.

При этом в качестве акустических используют ультразвуковые колебания в диапазоне 25-50 кГц, разрежение в камере обработки смеси создают до ее вскипания при 45-60^oC, а слабое электрическое поле создают напряженностью 0,001-0,0001 А/м².

В процессе вращения смеси осуществляют первоначально вокруг горизонтальной оси с переводом направления вращения смеси вокруг вертикальной оси до насыщения полимера водой в пределах 1:(10³-10⁴) по весу.

На чертеже изображена принципиальная схема осуществления процесса дезактивации ЖРО с использованием известных в технике узлов, агрегатов и приборов для реализации такого процесса специальной обработки ЖРО.

Установка для осуществления процесса содержит корпус 1, преимущественно в виде шара или цилиндра, (в варианте исполнения), в котором имеется камера 2 обработки ЖРО в виде сетки с мелкими ячейками (перфорации от 0,1 до 2,0 мм диаметром); по геометрической оси камеры размещена шаровая втулка 3 с шаровым приводным шарниром 4 (привод шарнира 4 в виде крестовины и вала на чертеже не показан). На втулке 3 закреплены лопасти 5 и стержни 6 с иглами 7, предназначенные совместно для захвата, удержания в своем пространстве (камеры) и вращения заполняющего камеру полимерного материала 8, в качестве которого в данном процессе используют полимерный полиэлектролитный гидрогель (ППГ). Этот материал при наложении на него и на работающую с ним жидкость ЖРО совместно и одновременно акустических колебаний, инфракрасного излучения (по его поверхности), вакуумирования (разрежения), теплового воздействия и изменения его положения за счет его перемещения вращением сначала вокруг горизонтальной оси с помощью шарового привода 3-4, затем вокруг вертикальной оси тем же шаровым приводом (при этой совокупности воздействий на ППГ и омывающие его ЖРО) проявляет новые неожиданные свойства (не известные в науке и технологии). При наложении слабого электрического поля создается оболочка вокруг набухающего ППГ, по всей его поверхности в тонком переходном слое (ЖРО ППГ) за счет присоединения к его структурной сетке части ионов РАО, которые создают экран из этих частиц РАО по поверхности ППГ, образуя совместно с полимером барьерный слой, предупреждающий проникновение (за счет отталкивания частиц с одинаковым зарядом) радиоактивных загрязнений под оболочку внутрь объема ППГ, в то время как вода свободно проникает через указанный поверхностный слой и аккумулируется в объеме набухающего ППГ 8 в полости камеры 2, заполняя ее объем.

Такое уникальное свойство ППГ при указанном комплексе воздействий на его объем в камере обработки, при омывании его поверхности ЖРО позволяет осуществить оригинальную технологию дезактивации ЖРО. Для этого камера 2 и корпус 1 оснащены раскрывающимся днищем 9 для выгрузки ППГ, насыщенного водой и его регенерации за счет совместного наложения акустического и электрического полей. Камера имеет также систему подводящих магистралей с патрубками 10 для подачи ЖРО, дополнительным патрубком 11 для подачи оборотного ЖРО, патрубками 12 и 13 для подачи рабочих компонент в камеру обработки 2 установки 1. В качестве компонент, подаваемых через патрубки 12, 13, используют промывные жидкости на основе слабых кислотных растворов для промывки камеры после очередного цикла работ с окончательной промывкой водой.

Камера оснащена патрубком 14 для вытяжки из нее газов и создания в ее полости разрежения, ниже атмосферного давления на 10-20% В нижней части камера имеет патрубок 15 для удаления осадка РАО из камеры.

Управление процессом дезактивации ведется от пульта 16 прямой и обратной связью посредством блоков, в состав которых (в схему) входит узел подачи ЖРО
17; узел 18 подачи смывной жидкости (после процесса); узел 19 контроля состояния насыщения водой ППГ 8; блок 20 управления положением днища 9 ("Открыто", "Закрыто") и контроля наполнения контейнера 26 РАО; вакуум-камеру 21 для откачивания газов из камеры 2; узел 22 для подачи возвратного ЖРО, не прошедшего полную очистку от РАО; узел 23 подачи дополнительного промывочного компонента (после процесса); блок 24 подачи электрического тока на сетчатый корпус камеры 2 и на вал 4 для создания в камере электрического поля слабой напряженности 0,01-0,001 А/м², и блок 25 контроля состояния донного осадка перед выгрузкой его из камеры в бункер 26 приема выделенного РАО из ЖРО.

Камера обработки также оснащена монометром 27, термометром 28, излучателями 29 света инфракрасного диапазона волн, и излучателями 30 акустических колебаний ультразвукового диапазона волн.

Способ дезактивации ЖРО с использованием описанной установки осуществляют следующим образом. С помощью пульта управления 16 первоначально проверяют готовность к работе всех узлов и блоков схемы объвязки установки 1, проверяют функционирование дозиметрической аппаратуры (приборы контроля фоновых характеристик на чертеже не показаны, как известное и тривиальное решение). После этого в камере 2 ее внутреннее пространство (между втулкой 3 и сеткой) размещают ППГ 8 из расчета 1:1000 по отношению к объему камеры и 1: 1000 к весу подаваемого в камеру ЖРО через патрубок 10. Смесь вращают первоначально вокруг горизонтальной оси (шаровым приводом 4) до заполнения около 1/3 объема камеры 2, затем переводят (за счет удобного для этой операции шарового приводного шарнира 4) вращение вокруг вертикальной оси, доводя заполнение камеры 2 до полного ее объема. Всю эту операцию: от начала вращения вокруг горизонтальной оси до окончания вращения вокруг вертикальной оси на обрабатываемый объем ЖРО-ППГ накладывают электрическое поле напряженностью 0,001-0,0001 А/м² и одновременно создают разрежение в камере с наложением акустических колебаний и облучением инфракрасным излучением, поддерживая температуру до 60^oC, что приводит при вакуумировании камеры к вскипанию раствора и выделению газов из обрабатываемого объема, в интервале температур 45-60^oC. Обезвоженный ЖРО при вертикальном вращении смеси оседает вниз и отводится в бункер 26. После заполнения камеры набухающим ППГ 8 его извлекают из камеры и создают условия, при которых он должен коллапсировать, воздействуя на его объем акустическими колебаниями и электрополем.

Пример. Способ дезактивации ЖРО монжюса, имеющих радиоактивный фон 10^-3Ки/кг 10^-4Ки/кг подвергают дезактивации в камере 2 установки 1. При весе ЖРО, подлежащего заполнению объема камеры, равном (для примера) 1000 кг, в камеру 2 помещают 1-2 кг ППГ 8. После заполнения камеры 1-2 кг ППГ 8 (сухим ППГ) в нее подают ЖРО, камеру подвергают вакуумированию до 0,8-0,9 атм, смесь вращают вокруг горизонтальной оси до заполнения набухающим ППГ примерно 1/3 объема камеры 2, затем переводят смесь в вертикальное вращение для ориентирования выпадения твердых частиц вниз. Весь этот процесс сопровождают наложением одновременно на объем смеси (ППГ+ЖРО) УЗК-волн, инфракрасного облучения (для выпадения аэрозолей в виде осадка вниз), и электрического поля напряженностью 0,001-0,0001 А/м² при вакуумировании полости камеры (по технологической схеме процесса чертеж).

Процесс ведут до заполнения ППГ всей полости камеры, около 30 мин, после этого отводят разделенные вещества: РАО в осадок, в бункер 26; ППГ с водой - на регенерацию методом коллапсирования.

Освобожденный от воды ППГ используют вновь до 30-50 циклов, т.е. до насыщения его поверхностной структуры радионуклидами сверх норм, предупреждающих его использование, после этого, после последней коллапсации ППГ помещают в спец. контейнер и захоранивают как РАВ в региональном могильнике наряду с выделенными РАО из ЖРО.

Таким образом, как показано выше, разработанный заявителем способ дезактивации ЖРО высокоэффективен, производителен по времени и объему, экологически приемлем, т.к. доводит активность очищенной воды до 10^-8Ки/кг, т.е. до норм ПДК, при которых возможен свободный сброс вод в водоем или использование в оборотном водоснабжении.

Экономические показатели разработанного способа оценены как высокие по сравнению с существующим базовым способом ВНИПИЭТ.

При необходимости заявитель может изложить более полные технологические и технико-экономические показатели данного способа.

Использование: изобретение относится к процессам дезактивации и консервации жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ предусматривает осуществление контакта жидких радиоактивных отходов с полимером, одновременное воздействие на реагентный объем акустическими колебаниями, слабым электрическим полем и излучением в инфракрасном диапазоне волн. Смесь подвергают разрежению и нагреву до температуры размягчения полимера. Обрабатываемую смесь вращают вокруг оси объема. Полимер с водой отделяют от осадка радиоактивных отходов и отделяют полимер от воды для последующего повторного использования. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ дезактивации жидких радиоактивных отходов, включающий осуществление контакта жидких радиоактивных отходов с полимером и последующее нагревание, выделение радиоактивных отходов и их захоронение, отличающийся тем, что на реагентный объем одновременно воздействуют акустическими колебаниями, слабым электрическим полем и излучением в инфракрасном диапазоне волн, подвергают разрежению и нагреву смесь до температуры размягчения полимера, вращают обрабатываемую смесь вокруг оси объема, отделяют полимер с водой от осадка радиоактивных отходов и отделяют полимер от воды для последующего повторного использования в этом цикле. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве акустических используют ультразвуковые колебания в диапазоне 25 50 кГц, разрежение в камере обработки смеси создают до ее вскипания при температуре 45 60^oС, а слабое электрическое поле создают напряженностью 0,001 0,0001 A/м². 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращение смеси первоначально осуществляют вокруг горизонтальной оси с переводом направления вращения смеси вокруг вертикальной оси до насыщения полимера водой в пределах 1 10³ 10⁴ по массе.