УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕССОЛИВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И НЕРАДИОАКТИВНЫХ ВОДНЫХ СРЕД Российский патент 2000 года по МПК G21F9/04 

Заявляемое устройство относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), а также нерадиоактивных водных сред. Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при обессоливании ЖРО, промышленных сбросных нерадиоактивных вод, а также минерализованных вод, представляющем собой, в случае его применения к ЖРО и промышленным сбросным нерадиоактивным водам, очистку воды от радиоактивных и нерадиоактивных солевых компонентов, а в случае его применения к минерализованным водам - их опреснение.

Известно устройство для обессоливания ЖРО [1], состоящее из намывных фильтров, анионо- и катионообменных фильтров, бака намыва, насоса намыва фильтрующего порошка, насоса перекачки пульпы, бака приема отработавшей пульпы, насоса подпитки фильтрующего порошка и бака подпитки фильтрующего порошка.

Работа известного устройства заключается в том, что сначала ЖРО подают на намывной фильтр, где происходит их очистка от твердых нерастворимых в воде компонентов, после чего осветленные ЖРО поступают на ионообменные фильтры с получением после них очищенной от радиоактивных и нерадиоактивных солей (обессоленной) воды.

Недостатками известного устройства являются:
- повышенная сложность конструкции;
- периодичность работы, связанная с необходимостью периодической замены отработавших намывных фильтрующих материалов на намывных фильтрах на новые и периодической регенерации ионообменных смол в ионообменных фильтрах;
- пониженное качество получаемой обессоленной воды, обусловленное тем, что в ионообменных фильтрах возможен проскок как радиоактивных, так и нерадиоактивных солей.

Известно устройство для обессоливания (дистилляции) ЖРО [2], состоящее из циркуляционного насоса, греющей камеры, сепаратора, конденсатора смешения, охладителя газа, дегазатора, конденсатора и холодильника.

Работа известного устройства заключается в том, что сначала ЖРО подают в греющую камеру, где происходит их нагрев с отгонкой воды в виде парогазовой смеси, после чего парогазовую смесь последовательно пропускают через сепаратор, конденсатор смешения, охладитель газа, дегазатор, конденсатор и холодильник с получением на выходе из холодильника очищенной от радиоактивных и нерадиоактивных солей (обессоленной) воды.

Недостатками известного устройства являются:
- повышенная сложность конструкции;
- повышенная энергоемкость, связанная с повышенным расходом потребляемой известным устройством энергии, необходимой для обеспечения работы греющей камеры;
- пониженное качество получаемой обессоленной воды, обусловленное тем, что в процессе работы греющей камеры вместе с парогазовой смесью имеет место унос летучих форм солевых компонентов, присутствующих в ЖРО.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство обессоливания (очистки) ЖРО, состоящее из узла предварительной очистки, представляющего собой последовательно соединенные фильтр от нефтепродуктов, электрокоагулятор, отстойник-осветлитель, керамзитовые фильтры, фильтры БАУ (березового активированного угля), металлокерамические фильтры, а также сульфоугольный фильтр, промежуточных емкостей (питающего бака электродиализатора и бака диализата), электродиализатора, катионитовых фильтров и емкости-сборника рассола [3].

Узел предварительной очистки соединен со входом промежуточных емкостей, которые своим выходом подсоединены ко входу электродиализатора, причем электродиализатор своим выходом обессоленного продукта соединен с катионитовыми фильтрами, а выходом рассола - со входом промежуточных емкостей и емкостью-сборником рассола.

Работа известного устройства заключается в том, что сначала ЖРО подают на фильтр от нефтепродуктов, где происходит их очистка от нефтепродуктов, песка и грубодисперсных взвесей, затем ЖРО в электрокоагуляторе очищают от гидроокисей и в отстойнике-осветлителе - от остатка грубодисперсных взвесей. Очищенные от нефтепродуктов, песка, грубодисперсных взвесей и гидроокисей ЖРО доочищают на керамзитовых фильтрах, после которых они последовательно проходят через фильтры БАУ, металлокерамические фильтры и сульфоугольный фильтр, где происходит их очистка от растворенных в них органических веществ и тонкодисперсных взвесей. Прошедшие узел предварительной очистки ЖРО поступают сначала в промежуточные емкости, а затем в электродиализатор, где их очищают от радиоактивных и нерадиоактивных солей (обессоливают), причем для предотвращения образований плотных отложений солей жесткости на концентрирующей стороне мембран и на катоде электродиализатора в него подают кислоту для поддержания pH 2-4, а также осуществляют ручную переполюсовку электродов. Обессоленный продукт после электродиализатора доочищают на катионообменных фильтрах, а рассол направляют в промежуточные емкости, откуда его после смешения с поступающими из узла предварительной очистки ЖРО вновь подают в электродиализатор. После достижения необходимой степени концентрации рассол подают в емкость-сборник рассола.

Известное устройство может быть использовано также и при обессоливании промышленных сбросных нерадиоактивных вод, а также минерализованных вод [4], т.к. известно, что растворенные в воде нерадиоактивные соли участвуют в электродиализном процессе аналогично растворенным в воде радиоактивным солям ЖРО, в составе которых в качестве катионов присутствуют различные радиоактивные металлы [5].

Недостатками известного устройства являются:
- пониженная средняя производительность, связанная с замедлением, в процессе его работы, прохождения через мембраны электродиализатора компонентов растворенных солей ЖРО;
- повышенная удельная энергоемкость, связанная с необходимостью в процессе работы устройства (для обеспечения его функционирования в рабочем режиме) увеличения подаваемого на электроды электродиализатора напряжения;
- ненадежность работы, связанная с опасностью разрушения мембран и электродов электродиализатора, вследствие необходимости увеличения в процессе работы подаваемого на электроды электродиализатора напряжения.

Указанные недостатки обусловлены образованием плотных отложений солей жесткости и труднорастворимых соединений на концентрирующей стороне мембран и на катоде электродиализатора, вследствие отсутствия в составе известного устройства узла, обеспечивавшего бы автоматическое изменение полярности электродов (переполюсовку электродов) электродиализатора в процессе подачи на них напряжения постоянного тока.

Преимуществами заявляемого устройства являются повышение средней производительности и надежности работы, а также снижение его удельной энергоемкости.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что заявляемое устройство состоит из узла предварительной очистки, представляющего собой последовательно соединенные фильтр от нефтепродуктов, электрокоагулятор, отстойник-осветлитель, керамзитовые фильтры, фильтры БАУ, металлокерамические фильтры, а также сульфоугольный фильтр и обеспечивающие очистку ЖРО и нерадиоактивных водных сред от нефтепродуктов, песка, гидроокисей, грубо- и тонкодисперсных взвесей, а также от растворенных в воде органических веществ, промежуточных емкостей, электродиализатора, катионитовых фильтров, емкости-сборника рассола, выпрямителя, коммутирующего реле, а также из последовательно соединенных ждущего мультивибратора с регулируемой длительностью формирования импульсов (6), счетчика-делителя (7), генератора регулируемой частоты запускающих импульсов (7) и стабилизатора питающего напряжения, образующих таймерный блок запускающих импульсов.

Узел предварительной очистки своим сульфоугольным фильтром соединен со входом промежуточных емкостей, которые своим выходом подсоединены ко входу электродиализатора, причем электродиализатор своим выходом обессоленного продукта соединен с катионитовыми фильтрами, а выходом рассола - со входом промежуточных емкостей и емкостью-сборником рассола, а электроды электродиализатора последовательно соединены с выпрямителем, коммутирующим реле, ждущим мультивибратором с регулируемой длительностью формирования импульсов, счетчиком-делителем, генератором регулируемой частоты запускающих импульсов и стабилизатором питающего напряжения.

Отличительными признаками заявляемого устройства, обеспечивающими достижение вышеуказанных преимуществ, являются:
- наличие в составе заявляемого устройства последовательно соединенных с электродами электродиализатора выпрямителя, коммутирующего реле, ждущего мультивибратора с регулируемой длительностью формирования импульсов, счетчика-делителя, генератора регулируемой частоты запускавших импульсов и стабилизатора питающего напряжения;
Таймерный блок запускающих импульсов формирует импульсы, которые, поступая на коммутирующее реле, обеспечивают переключение (коммутацию) его контактов через определенные промежутки времени, что в свою очередь позволяет за счет связи коммутирующего реле с выпрямителем осуществлять через те же промежутки времени переполюсовку электродов электродиализатора.

Заявляемое устройство иллюстрируется чертежом.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство для обессоливания ЖРО и нерадиоактивных водных сред состоит из фильтра от нефтепродуктов 1, электрокоагулятора 2, отстойника-осветлителя 3, керамзитовых фильтров 4, фильтров БАУ 5, металлокерамических фильтров 6, сульфоугольного фильтра 7, промежуточных емкостей 8, электродиализатора 9, катионитовых фильтров 10, емкости-сборника рассола 11, выпрямителя 12, коммутирующего реле 13, ждущего мультивибратора 14 с регулируемой длительностью формирования импульсов, счетчика-делителя 15, генератора 16 регулируемой частоты запускающих импульсов и стабилизатора 17 питающего напряжения.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

ЖРО, промышленные сбросные нерадиоактивные воды или минерализованные воды сначала последовательно подают через фильтр от нефтепродуктов 1, электрокоагулятор 2, отстойник-осветлитель 3, керамзитовые фильтры 4, фильтры БАУ 5, металлокерамические фильтры 6, сульфоугольные фильтры 7, где их очищают от нефтепродуктов, песка, гидроокисей, грубо- и тонкодисперсных взвесей, а также от растворенных в воде органических веществ, после чего они поступают в промежуточные емкости 8. Из промежуточных емкостей 8 предварительно очищенные ЖРО, промышленные сбросные нерадиоактивные воды или минерализованные воды подают в электродиализатор 9, после заполнения которого на выпрямитель 12 подают переменное напряжение в 380 вольт, а на стабилизатор 17 питающего напряжения - переменное питающее напряжение в 220 вольт (50 Гц). Выпрямитель 12 преобразует переменный ток в постоянный и подает напряжение постоянного тока на электроды электродиализатора 9, а стабилизатор 17 питающего напряжения стабилизирует, преобразует подаваемое на него напряжение в напряжение в 12 вольт и запитывает им генератор 16 регулируемой частоты запускающих импульсов. Последний вырабатывает запускающие импульсы, поступающие на вход счетчика-делителя 15 и далее на ждущий мультивибратор 14 с регулируемой длительностью формирования импульсов, который обеспечивает регулировку их длительности, причем длительность запускающих импульсов устанавливается с помощью резистора ждущего мультивибратора 14 с регулируемой длительностью формирования импульсов в зависимости от конструкции используемого электродиализатора 9. Импульсы с выхода ждущего мультивибратора 14 с регулируемой длительностью формирования импульсов поступают на коммутирующее реле 13, которое своими контактами периодически с заданным интервалом времени (в зависимости от установленной длительности формирования импульсов) осуществляет коммутацию (изменение) полярности электродов электродиализатора 9 в процессе подачи на них постоянного напряжения с выпрямителя 12.

Благодаря наличию в составе заявляемого устройства выпрямителя, коммутирующего реле и таймерного блока запускающих импульсов в процессе работы устройства происходит автоматическое удаление с концентрирующей стороны мембран, а также с поверхности катода электродиализатора плотных отложений труднорастворимых солей и солей жесткости.

Сравнительные испытания (при одной и той же конструкции электродиализатора) показали, что:
- по своей средней производительности заявляемое устройство в 1,5-2 раза превосходит устройство наиболее близкого аналога;
- удельная энергоемкость заявляемого устройства в среднем в 1,3 раза ниже, чем удельная энергоемкость устройства наиболее близкого аналога;
- в заявляемом устройстве время нормального функционирования мембран и электродов электродиализатора в среднем в 5 раз выше, чем время нормального функционирования мембран и электродов электродиализатора устройства наиболее близкого аналога.

Литература
1. И. А. Соболев, И.П. Л.М.Хомчик. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. - М: Энергоатомиздат, 1983, стр. 60-61.

2. А. С. Никифоров, В. В.Куличенко, М.И.Жихарев. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М: Энергоатомиздат, 1985, стр. 14-17.

3. И.А.Соболев, И.П. Л.М.Хомчик. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 64-69.

4. И. Э.Апельцин, В.А.Клячко. Опреснение воды. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968, с. 140-159.

5. Мартынов Б.В., Смирнов В.В., Туголуков В.В., Филиппов М.Л., Беляков Е.Л. Электрохимический метод переработки жидких радиоактивных отходов. Атомная энергия, т. 78, вып.1, январь 1995, с. 37-41.

6. Димитрова М. , Пунджев В. "33 схемы с логическими элементами И-НЕ". Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1988, с. 62 - 67.

7. "Радио", N 2-3, 1992, с. 25.

Использование: для обессоливания жидких радиоактивных отходов, промышленных сбросных нерадиоактивных вод, а также минерализованных вод. Технический результат заключается в повышении средней производительности и надежности работы устройства, а также снижении его удельной энергоемкости. Сущность изобретения: устройство содержит фильтр от нефтепродуктов, электрокоагулятор, отстойник-осветлитель, керамзитовые фильтры, фильтры березового активированного угля, металлокерамические фильтры, сульфоугольный фильтр, промежуточные емкости, электродиализатор, катионитовые фильтры, емкость-сборник рассола, выпрямитель, коммутирующее реле, ждущий мультивибратор с регулируемой длительностью формирования импульсов, счетчик-делитель, генератор регулируемой частоты запускающих импульсов, а также стабилизатор питающего напряжения. 1 ил.

Устройство для обессоливания жидких радиоактивных отходов и нерадиоактивных водных сред, включающее последовательно соединенные фильтр от нефтепродуктов, электрокоагулятор, отстойник-осветлитель, керамзитовые фильтры, фильтры БАУ, металлокерамические фильтры и сульфоугольный фильтр, подсоединенный ко входу промежуточных емкостей, которые своим выходом подсоединены ко входу электродиализатора, причем электродиализатор своим выходом обессоленного продукта соединен с катионитовыми фильтрами, а выходом рассола - со входом промежуточных емкостей и емкостью-сборником рассола, отличающееся тем, что к электродам электродиализатора последовательно подсоединены выпрямитель, коммутирующее реле, ждущий мультивибратор с регулируемой длительностью формирования импульсов, счетчик-делитель, генератор регулируемой частоты запускающих импульсов и стабилизатор питающего напряжения.