СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ВЫМОРАЖИВАНИЕМ С ПОЛУЧЕНИЕМ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G21F9/06 G21F9/04 

Изобретение относится к технике обращения с радиоактивными отходами, в частности к термическим способам переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) путем выделения концентрированного радиоактивного раствора из исходных ЖРО естественным замораживанием с получением очищенной воды, удовлетворяющей санитарным нормам.

В технике современного обращения с ЖРО, имеющими высокий солевой фон, применяются в основном термические методы их переработки.

Известен способ концентрирования ЖРО выпариванием, включающий нагревание исходных отходов в емкости, отделение воды из раствора ЖРО путем парообразования с последующей конденсацией пара с получением из него очищенной воды, и концентрированного раствора ЖРО в указанной емкости (А.С. Никифоров, В.В. Куличенко и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М.: Энергоиздат, 1985).

Однако способ концентрирования и очистки ЖРО выпариванием, получивший наибольшее распространение в практике обращения с ЖРО, имеет большие энергетические затраты, что делает его одним из наиболее дорогих методов переработки жидких отходов.

Известен и другой способ концентрирования ЖРО искусственным вымораживанием, заключающийся в намораживании льда на металлической стенке вращающегося цилиндра, охлаждаемого жидким хладагентом и помещенного в исходный раствор ЖРО, с последующим удалением с поверхности цилиндра намороженного льда, расплавлении последнего с одновременным отделением от него захваченного концентрированного раствора. Рассмотренные операции намораживания на стенке цилиндра льда и его расплавление со сбором очищенной воды и концентрированного раствора повторяются многократно до получения очищенной воды, удовлетворяющей санитарным нормам (Б.С. Колычев. Атомная энергия, 1967, т. 22, с. 393). Таким образом, при таком способе концентрирования и очистки ЖРО необходимо выполнять процедуру многократного "замораживания-оттаивания" с использованием искусственного охлаждения, что приводит в итоге к большим энергетическим затратам.

Известен также способ очистки ЖРО методом искусственного замораживания, заключающийся в заливке исходного раствора отходов в емкость, помещении ее в холодильную камеру с последующим разделением льда и незамерзшего концентрированного раствора ЖРО, расплавлением полученного льда и замораживанием талой воды опять-таки с последующим отделением незамерзшего концентрированного раствора в целях получения очищенной воды, удовлетворяющей заданным требованиям. При необходимости последние две операции повторяются многократно (П. Серре, Е. Местер. Доклад N 31/32 на симпозиуме экспертов МАГАТЭ", Вена, 1962, издательство МАГАТЭ, или см. Technical Reports Ser N 82 Treatment of low and intermediate - level radioactive waste consentrates. Vienn: IAEA, 1968) - прототип. Таким образом, при использовании этого способа приходится выполнять многократное последовательное "замораживание-оттаивание" раствора ЖРО, затрачивая при этом значительное количество энергии, соизмеримое, а чаще превосходящее по величине затраты энергии при очистке отходов термической дистилляцией.

Вследствие этого рассмотренные способы концентрации ЖРО с получением очищенной воды, основанные на использовании нескольких циклов "замораживания-оттаивания" искусственным холодом малоэффективны по энергетическим затратам. Поскольку стоимость переработки отходов искусственным вымораживанием превышала таковую по сравнению с традиционными способами обезвреживания сложных радиоактивных растворов, указанные способы не получили широкого распространения в практике обращения с ЖРО.

Известно устройство-льдоформа для вымораживания льда из сложных растворов естественным холодом (Авторское свидетельство СССР N 1097872, кл. F 25 C 1/00, 1984), включающее конусообразную металлическую емкость для получения в ней ледяного блока, причем стенки и дно емкости снабжены техническими средствами, исключающими возможность смерзания льда с материалом поверхности емкости, деформацию последней и обеспечивающие соизмеримые величины теплопроводностей стенок, дна и открытой поверхности ЖРО в емкости льдоформы, принятое в качестве прототипа.

В указанном оборудовании льдоформы отсутствуют безопасные технические средства удаления из емкости ледяного блока и концентрированного ЖРО, а значения теплопроводности стенок и дна, соизмеримые с теплопроводностью открытой поверхности ЖРО, в емкости при замораживании обеспечивают формирование ледяного блока, в центральной части которого собирается незамерзший концентрированный раствор отходов, что затрудняет разделение льда и концентрированного раствора отходов. Здесь также возникает проблема обеспечения радиационной безопасности при извлечении из центральной части ледяного блока незамерзшего радиоактивного концентрированного раствора.

Кроме того, при концентрировании ЖРО в льдоформе, после формирования ледяного блока, не предусмотрены дополнительные меры по выделению захваченного радиоактивного раствора, что создает дополнительные материальные и энергетические затраты по очистке полученной из льда воды.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности и эффективности термической переработки жидких радиоактивных отходов путем сокращения энергозатрат и трудоемкости в процессе преобразования содержащейся в них воды в лед вымораживанием с получением очищенной воды, удовлетворяющей санитарным нормам, и незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе термической переработки ЖРО вымораживанием, включающем операции заливки исходных ЖРО в емкость, замораживания отходов в емкости, отделение полученного льда от незамерзшего концентрированного раствора ЖРО и сбора льда, последующего оттаивания этого льда нагревом с одновременным отделением от льда захваченного им концентрированного раствора ЖРО и получением из льда очищенной воды, операцию замораживания исходных ЖРО выполняют при одновременным их перемешивании с линейной скоростью не более 0,8 м/с и нагреванием теплом дна этой емкости с поддержанием его температуры в интервале +0,5 - +1^oC, причем замораживание указанных отходов начинают осуществлять при достижении среднесуточной отрицательной температуры -3^oC в течение не менее 48 часов, после отделения от льда незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора в сборную емкость, сбор льда производят в очистной емкости и в этой же емкости выполняют оттаивание этого льда в медленном режиме с подводом тепла при температуре не выше +20^oC, при этом на стадии медленного оттаивания льда производят его обмыв кратковременным душированием спустя 0,5 - 1 час времени от начала процесса оттаивания и после этого удаляют со дна очистной емкости захваченный льдом концентрированный радиоактивный раствор, который присоединяют к ранее отделенному и собранному в сборной емкости незамерзшему концентрированному раствору ЖРО, причем в очистной же емкости при дальнейшем плавлении льда получают очищенную воду. При этом замораживание исходных ЖРО осуществляют преимущественно естественным охлаждением.

Устройство термической переработки ЖРО вымораживанием, содержащее льдоформу, представляющую собой металлическую емкость, выполненную в виде перевернутого усеченного конуса, внутренние стенки которой покрыты слоем гибкого пористого материала с проницаемой для жидкости структурой и прикрепленной к этому материалу гибкой пленки из гидрофобного материала, а к металлической стенке емкости и к пленке в верхней части льдоформы прикреплена эластичная оболочка с образованием между стенкой и пленкой герметичной камеры, заполненной антифризом и снабженной установленными внутри камеры электронагревателями, а пространство в верхней части камеры под эластичной оболочкой заполнено воздухом, причем вокруг льдоформы в ее верхней части смонтирован металлический короб, внутри которого размещена эластичная оболочка, снабженная контактной группой, а на внутренней стенке короба установлена ответная контактная группа реле управления электронагревателями, снабжено дополнительным оборудованием, включающим узел дозированного розлива, содержащий блок фильтров предварительной очистки, насос-дозатор с вентилем и дозировочный механизм розлива ЖРО, транспортную платформу, оборудованную обоймой для установки группы льдоформ, их подъема и перемещения, подъемно-перегрузочный узел, сборную емкость незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора, снабженную трубопроводом с вентилем для соединения со входом узла дозированного розлива и датчиком-солемером, связанным с насосом-дозатором и дозировочным механизмом розлива ЖРО, и очистную емкость с установкой душирования льда, оборудованную магистралями подвода к ней тепла, подвода чистой воды для установки душирования, удаления в сборную емкость захваченного льдом концентрированного радиоактивного раствора с помощью насоса через вентиль, удаления очищенной воды, включающей блок доочистки воды с насосом, вентилем и ионитовым фильтром, и магистралью подвода очищенной воды из очистной емкости ко входу узла дозированного розлива при повторном вымораживании ранее очищенной воды, причем очистная емкость оборудована датчиком радиоактивности, связанным с насосом-дозатором и дозировочным механизмом розлива ЖРО, при этом устройство снабжено также емкостью-накопителем очищенной воды с датчиком радиоактивности, сообщенную трубопроводами через вентили с выходом очистной емкости, с входом узла дозированного розлива ЖРО и с потребителями очищенной воды, и емкость-накопитель концентрированного радиоактивного раствора ЖРО с датчиком радиоактивности, сообщенную трубопроводами через вентили с выходом сборной емкости незамерзшего концентрированного раствора и средствами утилизации полученного концентрированного ЖРО.

Выполнение перемешивания исходных ЖРО с линейной скоростью не более 0,8 м/с при их замораживании обеспечивает формирование игольчатого пресного льда с вертикальным расположением капилляров, заполненных захваченным концентрированным радиоактивным раствором, который по мере увеличения концентрации при замораживании перемещается вдоль капилляра по направлению вниз, что способствует хорошему отделению захваченного концентрированного раствора ЖРО от льда. При этом достигается высокая степень очистки полученного льда от радиоактивных компонентов.

Одновременное в процессе замораживания нагревание днища емкости льдоформы с поддержанием его температуры в интервале +0,5 - +1^oC позволяет минимизировать теплоотвод через дно емкости и тем самым обеспечить концентрацию незамерзшего раствора ЖРО именно на дне льдоформы, исключив его образование в центральной части ледяного блока.

Процесс замораживания исходного ЖРО надежно осуществляется при достижении среднесуточной отрицательной температуры по крайней мере -3^oC в течение не менее 48 часов в целях получения в льдоформе качественного ледяного блока.

Оттаивание собранного льда в очистной емкости в медленном режиме подводом тепла с температурой не выше +20^oC способствует выходу захваченного концентрированного раствора ЖРО из льда несколько раньше начала таяния самих ледяных кристаллов с превращением их в воду и позволяет достичь существенной экономии энергии путем использования для оттаивания льда дешевого низкопотенциального тепла, а обмыв кратковременным душированием ледяного блока спустя 0,5 - 1 час времени от начала процесса оттаивания обеспечивает надежное отделение захваченных радиоактивных компонентов ЖРО от полученного льда. Выполнение рассмотренной операции по обмыву льда и удаление со дна очистной емкости захваченного льдом концентрированного раствора ЖРО позволяет из отмытого льда получать в этой же емкости очищенную воду.

Замораживание в льдоформе исходных ЖРО естественным холодом повышает эффективность переработки отходов, существенно снижая энергозатраты по сравнению с таковыми при выполнении процессов очистки и концентрирования ЖРО дистилляцией и искусственным вымораживанием.

Дополнение устройства термической переработки ЖРО узлом дозированного розлива с блоком фильтров механической очистки обеспечивает предварительную очистку исходных отходов от грубодисперсных и органических примесей, повышая в итоге степень очистки получаемого льда и соответственно - очищенной воды.

Дооборудование устройства транспортной платформой с обоймой для установки, одновременного подъема и перемещения группы льдоформ позволяет увеличить количество одновременно замораживаемых отходов, повышая в целом производительность устройства переработки ЖРО.

Наличие очистной емкости с установкой душирования и магистралью удаления очищенной воды, включающий блок доочистки воды с насосом и ионитовым фильтром, обеспечивает дополнительную очистку полученного льда кратковременным душированием при его оттаивании от захваченного концентрированного раствора ЖРО и доочистку ионным обменом полученной из льда воды от проскочивших радионуклидов, резко повышая в итоге степень очистки полученной воды в процессе переработки ЖРО.

Соединение трубопроводами с вентилями выходов сборной и очистной емкостей со входом узла дозированного розлива позволяет осуществлять повторное вымораживание как концентрированного радиоактивного раствора ЖРО, так и очищенной воды, повышая тем самым эффективность концентрирования и очистки исходных ЖРО.

Емкость-накопитель очищенной воды, соединенная трубопроводом с вентилем со входом узла дозированного розлива, обеспечивает при необходимости повторное вымораживание окончательно очищенной воды в целях исключения проскока в нее радионуклидов и получения воды с высокой степенью очистки.

Датчики радиоактивности, установленные в очистной емкости полученного льда и емкости-накопителе очищенной воды, позволяют управлять работой устройства дистанционно, отслеживая допустимую величину концентрации радиоактивности в очищаемой воде, управляют работой насоса-дозатора и дозировочного механизма розлива, связаны с органами дистанционного управления узла дозированного розлива в целях повторного вымораживания ранее полученной воды.

Датчик-солемер в сборной емкости незамерзшего концентрированного раствора ЖРО связан с узлом дозированного розлива для управления его работой.

Выполнение льдоформы с двойным дном позволяет практически исключить теплоотвод через ее дно путем поддержания температуры в полости двойного дна в интервале +0,5 - +1^oC и тем самым обеспечить получение на дне льдоформы незамерзшего концентрированного раствора ЖРО, облегчая и одновременно повышая радиационную безопасность процесса удаления раствора с высокой степенью радиоактивности в сборную емкость через вентиль, вмонтированный в дно льдоформы.

Наличие в емкости льдоформы лопастной мешалки, установленной над ее внутренним дном, позволяет выполнять непрерывное перемешивание исходного раствора ЖРО при замораживании в целях достижения высокой степени очистки полученного льда, а установка внутри емкости льдоформы вертикальной металлической штанги с рымом, на которую намораживается ледяной блок при замораживании, облегчает процесс удаления полученного ледяного блока из льдоформы в очистную емкость путем стропания за рым.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для осуществления способа термической переработки жидких радиоактивных отходов вымораживанием с получением очищенной воды; на фиг. 2 - общий вид льдоформы в разрезе.

Устройство термической переработки ЖРО вымораживанием на ВХОДЕ процесса в помещении обработки отходов имеет узел дозированного розлива, включающий насос-дозатор 1, связанный с блоком фильтров 2 предварительной очистки исходных ЖРО от дисперсных и органических примесей и собственно дозировочным механизмом розлива 3 ЖРО, вход узла дозированного розлива через вентили соединен трубопроводами (магистралями) с выходами ряда рабочих емкостей процесса: внешней магистралью через вход устройства - с хранилищем ЖРО; магистралью 4 - со сборной емкостью 5 незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора ЖРО; магистралью 6 - с очистной емкостью 7 полученного льда и магистралью 8 - с емкостью-накопителем 9 очищенной воды, на выходе узла дозированного розлива смонтирован дозировочный механизм 3, управляемый дистанционно, для одновременного розлива исходных ЖРО в группу льдоформ 10, установленных в обойму 11, выполненную в виде металлической плиты, для закрепления на ней льдоформ 10 и приспособлениями для подъема и перемещения обоймы 11 (на чертеже не показаны). Группа льдоформ 10 в обойме 11 помещена на транспортную платформу 12, необходимую для доставки льдоформ 10 к месту замораживания и выполненную, например, в виде передвижного шасси, снабженного средствами дистанционного управления и крепления на нем обоймы 11 с льдоформами 10.

В составе устройства под открытым небом размещена закрытая навесом и радиационно защищенная площадка 13 для замораживания ЖРО в льдоформах 10 на платформе 12 естественным холодом. Площадка 13 снабжена подъездными путями, коммуникациями дистанционного управления и стоянками (на чертеже не показаны) для платформ 12 с установленными на них льдоформами 10 с ЖРО.

Рабочие емкости процесса переработки отходов вымораживанием, включают: сборную емкость 5 незамерзшего концентрированного раствора ЖРО, оборудованную трубопроводом 14 с вентилем для слива концентрированного раствора ЖРО в емкость-накопитель 15, трубопроводом с вентилем для удаления из очистной емкости 7 с помощью насоса 16 захваченного льдом концентрированного раствора ЖРО и датчиком-солемером 17; очистную емкость 7 полученного льда, соединенную трубопроводами через вентили с выходом емкости-накопителя 9 очищенной воды в целях подачи чистой воды на установку душирования 18, с входом емкости-накопителя 9 для сбора очищенной воды посредством насоса 19 через ионитовый фильтр смешанного действия 20, предназначенный для доочистки воды от радио-нуклидов и присадок (например, аммиака), не удаленных вымораживанием, и связанную магистралью 21 через теплообменник с источником низкопотенциального тепла в целях реализации режима медленного оттаивания полученного льда, а также оборудованную датчиком радиоактивности 22; емкость-накопитель 9, связанную по ВЫХОДУ 1 трубопроводом через вентиль с потребителями чистой воды и оборудованную датчиком радиоактивности 23; емкость-накопитель 15 концентрированного раствора ЖРО, соединенную по ВЫХОДУ 2 трубопроводом через вентиль со средствами кондиционирования концентрированного раствора ЖРО, например, методом цементирования и оборудованную датчиком радиоактивности 24.

Датчик-солемер 17 и датчики радиоактивности 22 и 23 связаны через органы дистанционного управления (не показаны) с приводами насоса-дозатора 1 и дозировочным механизмом розлива 3 в целях осуществления повторного процесса вымораживания ранее полученных продуктов обработки ЖРО посредством магистрали 4, 6 и 8.

Устройство оборудовано также подъемно-перегрузочным узлом 25, включающим мостовой кран и тельфер с захватами (на чертеже не показаны), необходимыми для дистанционного подъема и перемещения обоймы 11 с группой льдоформ 10 к сборной и очистной емкостям 5 и 7, а также выгрузки из льдоформ 10 полученных ледяных блоков в очистную емкость 7.

Устройство имеет средства для формирования ледяных блоков из исходных ЖРО - льдоформы 10. Льдоформа 10 (см. фиг. 2) представляет собой металлическую емкость 26 в виде перевернутого усеченного конуса. Внутренняя поверхность стенок покрыта слоем гибкого пористого материала 27 с проницаемой для жидкости структурой, например поролона. Со стороны полости емкости 26 к слою 27 прикреплено прочное покрытие 28 из гидрофобного материала, например фторопласта.

Снаружи вокруг емкости 26 в ее верхней части смонтирован металлический короб 29, днище которого прикреплено к стенке емкости 26. Верхняя крышка короба 29 снаружи герметично соединена с покрытием 28. В коробе 29 размещены контакты реле 30, управляющего сигнализацией о готовности формирования ледяного блока и электронагревателями 31.

К металлической емкости 26 и к верхней части крышки короба 29 с внутренней стороны прикреплена эластичная оболочка 32 из морозоустойчивой резины с образованием между стенкой емкости 26 и покрытием 28 герметичной камеры 33, заполненной до верхнего края стенок емкости 26 незамерзающей жидкостью-антифризом, а пространство герметичной камеры 33 внутри эластичной оболочки 32 заполнено воздухом под давлением, превышающим атмосферное ориентировочно на 10%.

Толщина эластичной оболочки 32 в местах креплений к стенке емкости 26 и к металлическому коробу 29 превышает ее толщину в центральной части эластичной оболочки 32.

Внутри герметичной камеры 33 под уровнем незамерзающей жидкости установлены электронагреватели 31.

Целесообразно, чтобы объем герметичной камеры 33 при расширении составлял ориентировочно 1/10 объема металлической емкости 26 (предельная величина увеличения объема воды при замерзании в процессе фазового перехода ее в лед), это достигается построением короба 29 объемом не менее 1/10 объема металлической емкости 26 и установкой на эластичной оболочке 32 и стенке короба 29 группы контактов реле 30 для сигнализации окончания формирования ледяного блока.

Льдоформа выполнена с двойным дном, образующим герметичный отсек 34, в котором расположены: электродвигатель с редуктором 35, обеспечивающий функционирование двухлопастного перемешивающего устройства 36, установленного над внутренним дном емкости 26 и занимающего ориентировочно не более 1/20 части объема емкости 26; электронагреватель 37, ограничивающий величину теплоотвода через дно льдоформы по сравнению с теплоотводом через боковые стенки и открытую поверхность жидких радиоактивных отходов в емкости 26; электромагнитный вентиль 38, через который осуществляется слив из емкости 26 незамерзшего радиоактивного концентрированного раствора ЖРО.

Для удаления ледяного блока льдоформа снабжена рымом с вертикальной металлической штангой 39, имеющей горизонтальные металлические распорки, устанавливаемые в ограничительные пазы на верхней крышке металлического короба 29 в целях расположения вертикальной штанги 39 строго по осевой линии емкости 26 без контакта с мешалкой 36. Внутри штанги 39 смонтирован электронагреватель 40, обеспечивающий легкое отделение ледяного блока от вмороженной в него вертикальной штанги 39.

Устройство работает следующим образом.

С наступлением низких температур (когда среднесуточная отрицательная температура достигнет по крайней мере -3^oC) ЖРО из хранилища подаются по внешней магистрали на ВХОД устройства.

После очистки от грубодисперсных и органических примесей блоком механических фильтров 2 с помощью насоса-дозатора 1 и дозировочного механизма розлива 3 отходы дистанционно помещают в группу льдоформ 10, установленную в обойме 11 на платформе 12, и транспортируют из помещения обработки ЖРО на площадку 13 (если под открытым небом, то для замораживания ЖРО естественным холодом) (локальная биологическая защита показана на фиг. 1 штрихпунктирными линиями). Замораживание отходов выполняют в течение времени не менее 48 часов с одновременным перемешиванием радиоактивного раствора электромеханической мешалкой 36 с линейной скоростью не более 0,8 м/с в целях получения льда с высокой степенью очистки и нагреванием элементом 37 внутреннего дна платформы, путем поддержания в полости двойного дна 34 температуры в интервале +0,5 - +1^oC, для образования на нем незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора ЖРО. После формирования в льдоформах ледяных блоков с требуемыми характеристиками контактная группа реле 30 выдает сигнал об окончании процесса замораживания и обеспечивает легкое механическое отделение льда с помощью собственных нагревательных элементов 31. Платформа 12 с группой льдоформ 10 в обойме 11 дистанционно доставляется обратно в помещение обработки для разделения ледяных блоков и незамерзшего радиоактивного концентрированного раствора ЖРО. Обойма 11 льдоформ 10 с помощью захватов мостового крана подъемно-перегрузочного узла 25 дистанционно снимается с транспортной платформы 12 и фиксируется над сборной емкостью 5 незамерзшего жидкого концентрата. Незамерзший раствор из льдоформ 10 сливается в сборную емкость 5 путем включения электромагнитных вентилей 38, установленных на дне последних.

Далее мостовой кран подъемно-перегрузочного узла 25 устанавливает обойму 11 льдоформ 10 над очистной емкостью 7 и ледяные блоки из них выгружаются тельфером посредством стропания за рымы вмороженных в лед металлических штанг 39 в очистную емкость 7 для их медленного нагрева. Для отделения ледяного блока от штанги 39 включают нагреватель 40 внутри нее и после оттаивания тонкой прослойки льда на поверхности штанги 39 блок легко и надежно помещается в очистную емкость 7.

В очистной емкости 7 осуществляется режим медленного оттаивания ледяных блоков посредством подвода низкопотенциального тепла с температурой не выше +20^oC по магистрали 21, например, отходящих газов греющих котлов теплоснабжения производства переработки ЖРО. При неинтенсивном повышении температуры в очистной емкости 7 поверхность ледяных блоков нагревается и примесный захваченный раствор в капиллярах начинает таять и стекать с них в первую очередь. Стекающий со льда захваченный концентрированный раствор спустя 0,5 - 1 час времени от начала процесса медленного оттаивания с помощью обмыва кратковременным душированием установкой 18 собирается на дне очистной емкости 7. Указанный раствор откачивается по магистрали удаления захваченного раствора насосом 16 в сборную емкость 5. Концентрация радиоактивного раствора в сборной емкости 5 измеряется с помощью датчика-солемера 17. При необходимости повышения концентрации этого раствора процесс очистки вымораживанием из сборной емкости 5 повторяется по магистрали 4.

Дальнейшее плавление низкопотенциальным теплом обмытых ледяных блоков в очистной емкости 7 может производиться как в течение периода времени замораживания ЖРО в очередной партии льдоформ на площадке 13, так и в более быстром режиме. Очищенная вода в емкости 7 после контроля концентрации радионуклидов датчиком радиоактивности 22 либо (при высокой концентрации) направляется на повторное вымораживание по магистрали циркуляции очищенной воды 6 к началу процесса, либо (при низкой концентрации) доочищается от радионуклидов до допустимых концентраций безопасности блоком доочистки в составе магистрали удаления очищенной воды путем включения насоса 19, связанного с ионитовым фильтром смешанного действия 20 и откачивается в емкость-накопитель очищенной воды 9, либо при концентрации ниже безопасной чистая вода непосредственно из емкости 7, минуя ионитовый фильтр 20, удаляется насосом 19 в емкость-накопитель 9. В емкости-накопителе 9 для комплексного контроля радиоактивности очищенной воды установлен датчик радиоактивности 23, выполняющий низкофоновый β- и γ-контроль. В результате в емкости-накопителе 9 собирается очищенная вода, которая после контроля датчиком 23 повторно используется с ВЫХОДА 1 для технических нужд (в частности, также для обмыва ледяных блоков). Фильтр 19 выполняет роль барьерного фильтра в случае проскока радионуклидов после очистки "замораживанием-оттаиванием". Кроме того, фильтр 19 необходим для очистки ЖРО от присадок, в частности, от растворенного аммиака. При наличии последнего в отходах при замораживании аммиак внедряется в кристаллическую решетку льда и не может быть извлечен из очищаемой воды.

В случае, если содержание радионуклидов в очищенной воде емкости 9 превышает уровень безопасности, очистка вымораживанием может быть повторена путем циркуляции очищенной воды из емкости 9 к началу процесса по магистрали 8.

При получении в сборной емкости 5 радиоактивного раствора с концентрацией солей выше 200 г/л, полученный концентрат ЖРО собирается в емкости-накопителе 15 концентрированного радиоактивного раствора для последующей локализации с ВЫХОДА 2, например, методом цементирования. Контроль уровня радиоактивности жидкого концентрата ЖРО выполняется датчиком радиоактивности 24.

Изобретение относится к технике обращения с радиоактивными отходами. Технический результат: повышение экономичности и эффективности обезвреживания жидких радиоактивных отходов (ЖРО) путем сокращения энергозатрат и трудоемкости в процессе преобразования содержащейся в них воды и в лед вымораживанием. Получение очищенной воды, удовлетворяющей санитарным нормам, и концентрированного раствора ЖРО, пригодного к утилизации, существующими методами кондиционирования. Сущность изобретения: процесс замораживания в емкости выполняют при одновременном перемешивании ЖРО с линейной скоростью не более 0,8 м/с и нагревании внутреннего дна этой емкости при поддержании температуры в интервале +0,5 - +1°С. Замораживание начинают осуществлять при достижении среднесуточной отрицательной температуры по крайней мере -3°С в течение не менее 48 ч. Сбор льда производят в очистной емкости. Замораживание исходного раствора ЖРО осуществляют преимущественно естественным охлаждением. Устройство включает узел дозированного розлива, содержащий блок фильтров предварительной очистки исходных ЖРО, насос-дозатор с вентилем и дозировочный механизм розлива, транспортную платформу, подъемно-перегрузочный узел, сборную емкость, снабженную датчиком-солемером, и очистную емкость с установкой душирования льда очистная емкость содержит блок доочистки воды с насосом, вентилем и ионитовым фильтром и магистраль подвода очищенной воды. Емкость оборудована датчиком радиоактивности. Также устройство имеет емкость-накопитель очищенной воды с датчиком радиоактивности и емкость-накопитель концентрированного радиоактивного раствора с датчиком радиоактивности. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ термической переработки жидких радиоактивных отходов вымораживанием с получением очищенной воды, включающий заливку исходных жидких отходов в емкость, замораживание их в емкости, отделение полученного льда от незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора и сбор льда, последующее оттаивание этого льда нагревом с одновременным отделением от льда захваченного им концентрированного радиоактивного раствора и получение из льда очищенной воды, отличающийся тем, что процесс замораживания исходных жидких радиоактивных отходов в емкости ведут при одновременном их перемешивании с линейной скоростью не более 0,8 м/с и нагревании дна этой емкости с поддержанием его температуры в интервале +0,5 - +1^oC, причем замораживание указанных отходов начинают осуществлять при достижении среднесуточной отрицательной температуры - 3^oC в течение не менее 48 ч, после отделения от льда незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора в сборную емкость сбор льда производят в очистной емкости и в этой же емкости выполняют оттаивание этого льда в медленном режиме с подводом тепла при температуре не выше +20^oC, при этом на стадии медленного оттаивания льда производят обмыв льда кратковременным душированием спустя 0,5 - 1 ч времени от начала процесса оттаивания, после этого удаляют со дна очистной емкости захваченный льдом концентрированный радиоактивный раствор, который присоединяют к ранее отделенному и собранному в сборной емкости незамерзшему концентрированному радиоактивному раствору, причем в очистной же емкости при дальнейшем плавлении льда получают очищенную воду. 2. Способ термической переработки жидких радиоактивных отходов вымораживанием с получением очищенной воды по п.1, отличающийся тем, что замораживание исходного раствора жидких радиоактивных отходов осуществляют преимущественно естественным охлаждением. 3. Устройство термической переработки жидких радиоактивных отходов вымораживанием с получением очищенной воды, включающее льдоформу, представляющую собой металлическую емкость, выполненную в виде перевернутого усеченного конуса, внутренние стенки которой покрыты слоем гибкого пористого материала с проницаемой для жидкости структурой и прикрепленной к этому материалу гибкой пленки из гидрофобного материала, а к металлической стенке емкости и к пленке в верхней части прикреплена эластичная оболочка с образованием между стенкой и пленкой герметичной камеры, заполненной антифризом и снабженной установленными внутри камеры электронагревателями, а пространство в верхней части камеры под эластичной оболочкой заполнено воздухом, причем вокруг льдоформы в ее верхней части смонтирован металлический короб, внутри которого размещена эластичная оболочка, снабженная контактной группой, а на внутренней стенке короба установлена ответная контактная группа реле управления электронагревателями, отличающееся тем, что оно дополнено оборудованием, включающим узел дозированного розлива, содержащий блок фильтров предварительной очистки исходных жидких радиоактивных отходов, насос-дозатор с вентилем и дозировочный механизм розлива, транспортную платформу, оборудованную обоймой для установки группы льдоформ, их подъема и перемещения, подъемно-перегрузочный узел, сборную емкость незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора, снабженную трубопроводом с вентилем для соединения со входом узла дозированного розлива и датчиком-солемером, связанным с насосом-дозатором и дозировочным механизмом розлива, и очистную емкость с установкой душирования льда, оборудованную магистралями подвода к ней тепла, подвода чистой воды для установки душирования, удаления в сборную емкость захваченного льдом концентрированного радиоактивного раствора с помощью насоса через вентиль, удаления очищенной воды, включающей блок доочистки воды с насосом, вентилем и ионитовым фильтром, и магистралью подвода очищенной воды из очистной емкости ко входу узла дозированного розлива при повторном вымораживании ранее очищенной воды, причем очистная емкость оборудована датчиком радиоактивности, связанным с насосом-дозатором и дозировочным механизмом розлива, при этом устройство имеет емкость-накопитель очищенной воды с датчиком радиоактивности, сообщенную трубопроводами через вентили с выходом очистной емкости, с входом установки душирования, с входом узла дозированного розлива жидких радиоактивных отходов и с потребителями очищенной воды, и емкость-накопитель концентрированного радиоактивного раствора с датчиком радиоактивности, сообщенную трубопроводами через вентили с выходом сборной емкости незамерзшего концентрированного радиоактивного раствора и средствами утилизации полученного концентрированного радиоактивного раствора, а льдоформа выполнена с двойным дном, снабжена лопастной мешалкой, размещенной над вторым дном льдоформы и установленной на валу электродвигателя с редуктором, расположенными в полости, образованной двойным дном, в котором вмонтирован вентиль, сообщающий рабочую полость льдоформы с внешней средой, при этом в рабочей полости льдоформы установлена на распорках вертикальная металлическая штанга с рымом на ее верхнем свободном конце, внутри которой вмонтирован электронагреватель.