СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АЭС Российский патент 1999 года по МПК G21F9/08 

Изобретение относится к технологии переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) АЭС, содержащих поверхностноактивные вещества (ПАВ) методом упаривания.

ЖРО АЭС представляют собой смесь трапных вод, отработавших дезактивирующих растворов, регенерационных растворов ИОС, вод душевых и спецпрачечных и других удельной активностью от 10² до 10⁶ Бк/л. Основным методом их переработки является упаривание, обеспечивающее очистку конденсата от радионуклидов в среднем на четыре порядка. Наибольшее загрязнение конденсата вызывает при этом вспенивание, обусловленное наличием в ЖРО ПАВ, основными поставщиками которых являются воды спецпрачечных. При малой засоленности и небольшой активности они составляют до 30% общего объема ЖРО АЭС и содержат как синтетические ПАВ (сульфонол и др.), так и мыла. Известен способ переработки ЖРО, включающий усреднение всех жидких отходов АЭС и упаривание в щелочной среде до насыщения по солям. При всей простоте этого метода основным его недостатком является сложность упаривания до солесодержания свыше 200 г/л из-за ограниченной растворимости основных солей и значительное загрязнение конденсата радионуклидами из-за вспенивания усредненных ЖРО, хотя удельная активность самих ПАВ-содержащих отходов невелика [1].

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является способ переработки ЖРО АЭС, включающий раздельное упаривание вод спецпрачечных и технологических ЖРО АЭС (дезактивирующих и регенерационных растворов, трапных вод и др.) до насыщения по солям [2].

Недостатком данного способа является то, что, если при отдельном упаривании ЖРО, не содержащих ПАВ, вспениваемость и, соответственно, загрязненность конденсата падают, то для ПАВ - содержащих ЖРО, упариваемых отдельно, они, соответственно, значительно возрастают, что приводит к "захлебыванию" (захлестыванию пеной) выпарных аппаратов. Кроме того, солесодержание в 200 г/л и в этих условиях обычно является пределом концентрирования ЖРО по солям, так как при более высоком солесодержании в концентрате технологических ЖРО происходит выпадение в осадок кристаллических солей типа оксалата и нитрата натрия, образующих в хранилище жидких отходов (ХЖО) на дне монолитных слой, являющийся потенциально опасным и препятствующий последующей раскачке ХЖО для окончательного захоронения отходов [3].

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в снижении пенистости упариваемых ЖРО АЭС и повышения пределов их концентрирования по солям без выделения кристаллических осадков, образующих при хранении потенциально опасный монолитный слой в хранилищах ЖРО.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе переработки ЖРО, включающем упаривание технологических ЖРО АЭС и отходов спецпрачечных АЭС до насыщения по солям, концентрат после упаривания технологических ЖРО отстаивают с отделением взвесей гидроокисей продуктов коррозии и солей жесткости, смешивают с отходами спецпрачечных и доупаривают смесь до насыщения по солям.

Новизной по сравнению с ближайшим аналогом, является отдельное упаривание только технологических ЖРО, а затем после отделение аморфных взвесей гидроокисей продуктов коррозии и солей жесткости, смешение их концентрата с водами спецпрачечных и доупаривание смеси до насыщения по солям, что позволило повысить предел концентрирования ЖРО свыше 200 г/л и снизить вспениваемость вод спецпрачечных в 10 раз. По сравнению с известным способом упаривания ЖРО АЭС предварительное упаривание ЖРО, не содержащих ПАВ, до насыщения по солям и последующее доупаривание с водами спецпрачечных, содержащих основное количество ПАВ, с промежуточным выделением аморфных взвесей позволяет без выделения кристаллических осадков повысить предел концентрирования в 1,5 раз и снизить вспениваемость в 2 - 4 раза.

Способ осуществления следующим образом. Основная часть ЖРО, включая трапные воды, отработавшие дезактивирующие и регенерационные растворы и т.д., кроме вод спецпрачечных, содержащих основную долю ПАВ, усредняют и упаривают в щелочной среде до насыщения по солям, что обычно соответствует солесодержанию около 200 г/л. Полученный концентрат (кубовый остаток) поступает в ХЖО на отстаивание, где происходит оседание взвесей гидроокисей продуктов коррозии, солей жесткости и др., не образующих при слеживании монолитного слоя (кристаллические осадки оксалата и нитрата натрия отсутствуют). При этом в осадке концентрируется более 90% активности отходов ( в основном за счет стронция-90, церия-144, кобальта-60), что приводит к снижению активности декантата на порядок и более. Затем декантат из ХЖО, отделенный от осадков, направляют на смешение водами спецпрачечных АЭС и последующее доупаривание смеси до насыщения по солям. При этом вспенивание упариваемой смеси в 10 раз меньше, чем самих вод спецпрачечных, а конечная концентрация кубового остатка смеси достигает в среднем 300 г/л без выделения кристаллических осадков. Кроме того, наиболее тяжелая часть процесса - доупаривания ЖРО до солесодержания свыше 200 г/л - производится после отделения значительной части солей жесткости, взвесей и радионуклидов, что снижает загрязненность конденсата и зарастание поверхностей выпарных аппаратов.

Примеры конкретного исполнения
Пример 1 (аналог). Модельный раствор усредненных ЖРО АЭС с реактором РБМК, содержащий 3,0 г/л NaNO₃, 0,7 г/л Na₂SO₄, 0,2 г/л Na₂C₂O₄, 0,3 г/л Na₂CO₃, 0,5 г/л ПАВ, 2,0 мг-экв/л жесткости, упаривают до насыщения по солям. Характеристики процесса приведены в таблице (см. таблицу в конце описания)
Пример 2 (ближайший аналог-прототип). Модельный раствор вод спецпрачечных АЭС состава: 0,5 г/л сульфонола, 0,8 г/л мыла, 1,0 г/л NaPO₃, 0,9 г/л Na₂CO₃, 2,0 г/л Na₂C₂O₄, 2,0 мг-экв/л жесткости отдельно упаривают до насыщения по солям. Модельный усредненный раствор технологических ЖРО АЭС, содержащий 4,3 г/л NaNO₃, 1,0 г/л Na₂SO₄, 0,2 г/л Na₂C₂O₄, 0,15 г/л ПАВ, 2,0 мг-экв/л жесткости упаривают до насыщения по солям. Характеристики процесса приведены в таблице.

Пример 3 (заявляемый). Модельный раствор усредненных технологических ЖРО АЭС, содержащий 4,3 г/л NaNO₃, 1,0 г/л Na₂SO₄, 0,2 г/л Na₂C₂O₄, 0,15 г/л ПАВ, 2,0 мг-экв/л жесткости упаривают до насыщения по солям. Концентрат отстаивают, отделяют осадок солей жесткости и других взвесей, а затем смешивают с модельным раствором вод спецпрачечных АЭС, содержащим 0,5 г/л сульфонола, 0,8 г/л мыла, 1,0 г/л NaPO₃, 0,9 г/л Na₂CO₃, 0,2 г/л Na₂C₂O₄, 2,0 мг-экв/л жесткости (соотношение объема исходного усредненного раствора технологических ЖРО и вод спецпрачечных 7 : 3). Смесь доупаривают до насыщения по солям. Характеристики процесса приведены в таблице.

Пример 4. Отличается от примера 3 тем, что отделение осадков из технологических ЖРО производят после их предварительного упаривания до солесодержания 50 - 60 г/л с последующим доупариванием декантата до насыщения по солям, смешением с водами спецпрачечных и доупариванием до насыщения по солям. При этом по сравнению с примером 3 в большей степени снижается зарастание греющих поверхностей солями жесткости и повышается эффективность работы выпарных аппаратов, хотя и требуется двухстадийная выпарка технологических ЖРО.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что предлагаемый способ позволяет без выделения кристаллических осадков повысить концентрирование ЖРО АЭС по солям с 200 до 300 г/л и при этом понизить вспениваемость в 2 раза по сравнению с упариванием усредненных ЖРО и на порядок по сравнению с отдельным упариванием вод спецпрачечных. Кроме того, предварительное удаление осадков с 90% активности перед упариванием снижает загрязнение радионуклидами конденсата. Таким образом, значительно повышается эффективность переработки ЖРО АЭС и отходов спецпрачечных в особенности. Положительным эффектом, по сравнению с ближайшим аналогом, является повышение предела концентрирования ЖРО в 1,5 раза при отсутствии выпадения в осадок кристаллических солей (в первую очередь малорастворимых оксалатов натрия), образующих при слеживании в ХЖО монолитный слой органических осадков, что затрудняет эксплуатацию и раскачку ХЖО, а также представляет собой потенциальную опасность (радиационный разогрев осадков и выделении взрывоопасных продуктов радиолиза). Снижение вспениваемости облегчает эксплуатацию выпарных аппаратов при упаривании вод спецпрачечных, а предварительное удаление осадков солей жесткости позволяет и при доупаривании до 300 г/л не увеличивать их отложений на греющих поверхностях, а при промежуточном их удалении из растворов с солесодержанием 50 - 60 г/л даже подавлять этот процесс.

Данный способ может осуществляться на штатных выпарных установках АЭС, предназначенных для упаривания как трапных вод, так и вод спецпрачечных с использованием для промежуточного отстаивания типовых ХЖО АЭС, т.е. является промышленно применимым.

Источники информации
1. Никифоров А.С. и др. Обезвреживание ЖРО. М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 14 - 20.

2. Коростылев Д.П. Водный режим и обработка радиоактивных вод АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 179 - 185.

3. Соболев И.А. и др. К вопросу о длительном хранении высококонцентрированных ЖРО в специальных резервуарах. - В сборнике: Исследования в области обезвреживания жидких, твердых и газообразных РАО и дезактивации загрязненных поверхностей. Материалы IV научно-технической конференции СЭВ, Москва, 22 - 23 декабря 1976 г., вып. I, Атомиздат, 1978, с. 100 - 103.

Изобретение относится к технологии переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих поверхностно-активные вещества, методом упаривания. Способ включает отдельное упаривание ЖРО АЭС, не содержащих ПАВ, до насыщения по солям, отделение образующихся аморфных взвесей, смешение концентрата с ПАВ-содержащими ЖРО АЭС и доупаривание смеси до насыщения по солям. Изобретение позволяет в 2-4 раза снизить вспениваемость ЖРО и в 1,5 раза повысить предел концентрирования по солям при отсутствии выпадения в осадок кристаллических солей, образующих при хранении потенциально опасный монолитный слой. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов АЭС, включающий упаривание технологических отходов АЭС и отходов спецпрачечных до насыщения по солям, отличающийся тем, что концентрат после упаривания технологических отходов отстаивают с отделением взвесей гидроокисей продуктов коррозии и солей жесткости, смешивают с отходами спецпрачечных и доупаривают до насыщения по солям. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение взвесей от технологических отходов производят после их предварительного упаривания до солесодержания 50 - 60 г/л с последующим доупариванием декантата до насыщения по солям, смешиванием с отходами спецпрачечных и доупариванием смеси до насыщения по солям.