СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ И ЗАХОРОНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ФИЛЬТРОВ Российский патент 2001 года по МПК G21F9/00 

Предлагаемый способ относится к области техники обработки промышленных отходов, подлежащих захоронению, загрязненных радионуклидами и прочими, опасными для человека и окружающей среды, веществами, и преследует цель их компактирования для уменьшения объемов при захоронении, в частности может быть использован в области техники защиты от излучений, исключения или уменьшения опасности радиоактивного заражения, техники ликвидации отработавших фильтров, переработки фильтров с радиоактивным загрязнением применяемых для индивидуальной защиты и в системах вентиляции радиационно-опасных производств.

Известен способ ликвидации использованных фильтров, загрязненных радиоактивными осадками (JP N 53-1440, с приоритетом от 06.09.74, G 21 F 9/30) с целью уменьшения объемов перерабатываемых отходов, заключающийся в разрушении корпуса фильтра в специальном приспособлении, отделении конструктивных элементов и последующей обработке фильтрующих материалов, значительно уменьшенных в объеме.

Недостатком данного способа является то, что он не предполагает предварительной обработки загрязненного фильтра в сборе в вентиляционном канале (на рабочем месте) для объемной, внутренней фиксации радионуклидов в фильтрующем материале с целью исключения распыления радионуклидов в процессе демонтажа фильтра из вентиляционного канала, транспортировки к месту разрушения корпуса фильтра, в процессе разрушения корпуса и отделения фильтрующего материала от конструктивных элементов и последующей обработки.

Кроме того существенным недостатком данного способа является то, что выделение из отработавшего фильтра наиболее загрязненной части - фильтрующего материала существенно снижает объемы утилизируемых отходов, но не обеспечивает максимально возможного их уменьшения за счет дополнительной обработки.

В связи с чем данный способ недостаточно эффективен и не позволяет значительно сократить загруженность могильников, не обеспечивает радиационной безопасности при проведении работ по демонтажу фильтров, разрушению корпусов, отделению фильтрующих материалов и не исключает утечек радиоактивных загрязнений при долговременном хранении.

Известен другой способ уменьшения объема утилизируемых отходов (патент JP 5058160, G 21 F 9/30 с приоритетом от 23.04.85 г.), предполагающий способ и устройство для укладки отработавших рамных фильтров в контейнеры после компактирования. В данном способе фильтр укладывают на рабочую плиту пресса и сдавливают с боков с помощью раздвижной матрицы, сплющивают сверху цилиндрическим пуансоном, в результате чего фильтр приобретает форму диска, который помещается в контейнер.

К недостаткам данного способа относятся все те, которые отмечены в критике предыдущего аналога, кроме того, способ применим только для переработки специфических фильтров (рамных).

Наиболее близким к заявляемому способу по наличию совокупности существенных признаков является решение, выбранное в качестве прототипа WO 9534900, G 21 F 9/06 с приоритетом от 2.06.95 (з-ка PCT/D 95/00724, Изобретение стран мира N 11/96, стр. 11), в котором для уменьшения объема фильтрующего материала (совокупность фильтрующих волокон и подкладки, на которой располагаются фильтрующие волокна) добавляют растворитель, который растворяет фильтрующие синтетические волокна.

Недостатком данного способа является то, что он не исключает распыления загрязнений в процессе подготовительных работ (извлечения фильтрующего материала из фильтра или фильтрующего устройства, его сбора и транспортировки) и обработки фильтрующего материала растворителем, кроме того не обеспечивается максимальное компактирование обработанного растворителем фильтрующего материала (подкладки, пропитанной растворенным на ней фильтрующим волокном), которые возможно достичь дополнительными мерами.

Существуют и другие запатентованные или приведенные в технической литературе способы обработки фильтров, загрязненных радионуклидами перед захоронением с целью фиксации радионуклидов в фильтрующем материале. Однако, несмотря на многообразие существующих способов, вопрос надежной внутренней (объемной) фиксации (закрепления) радионуклидов в фильтрующем материале отработавших фильтров, к тому же еще - на рабочем месте, до замены фильтра, например, в вентиляционном канале, остается нерешенным, что делает радиационно-опасным проведение работ по замене фильтров и не исключает вероятности распыления (утечки) радионуклидов, облучения персонала и заражения окружающей среды.

Промышленные фильтры, устанавливаемые в вытяжных устройствах или вентиляционных системах предприятий, представляет собой герметичный ящик (деревянный или пластмассовый), имеющий входное и выходное отверстия, содержащий в качестве фильтрующего элемента полотно определенной длины из ткани Петрянова, которая с помощью пластмассовой арматуры располагается в ящике специальным образом (в виде своеобразного лабиринта) с целью получения максимальной площади фильтрующей поверхности, в данном объеме фильтра. Фильтрующий материал может быть как однослойным, так и многослойным. Воздушный поток, проходя через фильтр, его входное и выходное отверстия, просасывается через фильтрующий материал, в которой абсорбируются загрязнения, в том числе и радионуклиды.

Бесспорным и не требующим особых доказательств является тот факт, что фильтры, работающие в вентиляционных системах радиационно-опасных производств, являются объектами повышенной радиационной опасности. Работы по их замене, транспортировке и переработке (захоронению в могильники и долговременному хранению их там) связаны с риском заражения окружающей среды и облучения персонала вследствие утечки (распыления) радионуклидов. Перечисленные факторы имеют место вследствие того, что абсорбированные в фильтрах продукты являются легко летучими мельчайшими частицами (аэрозолями) особо вредных радиоактивных материалов, ничем не связанными и не зафиксированными в объеме фильтрующих материалов и удерживающимися там лишь за счет физических свойств материала, чего крайне недостаточно для предотвращения утечек радиоактивных загрязнений (вытряхивания, выветривания, вымывания и т.д.) в случае повреждения консервирующей тары. Поэтому вопросы надежной, именно объемной фиксации радиоактивных загрязнений внутри фильтрующего материала (т. к. поверхностная фиксация - обволакивание фильтрующего материала любым веществом {"коконная" система} не исключает механического растрескивания, локального разрушения оболочки "кокона" и последующего распыления загрязнений) является особенно актуальными.

Данное изобретение направлено на решение этих вопросов и предлагает способ переработки отработавших фильтров, который, за счет предварительного просасывания паров растворителя через фильтр до его замены, последующее помещение фильтрующего материала, извлеченного из отработавшего фильтра, в атмосферу насыщенных паров растворителя (в автоклав) и консервации заваркой в контейнеры брикетов, скомпактированных прессованием, обеспечивает:
- безопасное проведение работ (по замене фильтров, извлечению фильтрующего материала из отработавшего фильтра и его переработке) за счет объемной фиксации загрязнений в фильтрующем материале;
- максимальное сокращение объемов перерабатываемого загрязненного фильтрующего материала за счет растворения фильтрующих волокон и превращения их в сплошную массу смеси раствора с загрязнениями, затвердевающую при просушивании, исключающую вымывание или прочие виды утечек загрязнений;
- безопасность при хранении переработанных отходов за счет надежной консервации их в контейнерах.

Технический результат, который достигается при реализации предлагаемого изобретения, заключается в:
- получении прочного и надежного связывания любых вредных частиц, в том числе радионуклидов в фильтрующем материале,
- предотвращении утечки загрязнений из фильтрующего материала отработавших фильтров при его переработке;
- сокращении объемов переработанных отходов;
- повышении надежности безопасного хранения переработанных отходов.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе переработки отработавших фильтров, включающем уменьшение объема фильтрующего материала посредством добавления растворителя, который растворяет синтетические волокна фильтрующего материала, и последующую его сушку, перед сушкой образующейся смеси добавление растворителя проводят, воздействуя на фильтр парами растворителя синтетических волокон фильтрующего материала по месту работы фильтра для объемной фиксации загрязнений, затем извлекают материал из фильтра и обрабатывают его насыщенными парами растворителя до полного растворения фильтрующих волокон, после сушки полученное образование прессуют и укладывают в контейнеры для захоронения.

В способе переработки контейнеры со спрессованным фильтрующим материалом герметизируют, например с помощью сварки, и осуществляют их захоронение в могильниках.

Технологически возможно (с целью связывания загрязнений) обработать отработавший фильтр в вентиляционной системе только просасыванием летучей фракции какого-нибудь склеивающего вещества с тем, чтобы не растрясти содержимое фильтра при замене. Склеивающее вещество должно распыляться и быть достаточно мелкодисперсным, способным обеспечить проникновение его между фильтрующими волокнами, оседание на них и приклеивание к ним, находящихся между фильтрующими волокнами, частиц загрязнений. Наиболее оптимальным в данном случае является просасывание пара растворителя фильтрующих волокон, который оседая на них и растворяя их поверхность, делает их взаимно липкими. Слипающиеся волокна уменьшают объем фильтрующего материала, образуя локальные миниатюрные кляксообразные зоны раствора фильтрующих волокон, в которых связаны частицы загрязнений.

При этом происходит частичная реструктуризация фильтрующей ткани - превращение ее из "ваты" в стекловидную массу раствора. В конечном итоге, объем фильтрующего материала "ваты" уменьшается настолько, во сколько удельная плотность раствора фильтрующих волокон выше удельной плотности фильтрующего материала "ваты".

Оптимальные условия по прочности связывания, по устойчивости к старению при долговременном хранении и уменьшению объема фильтрующего материала обеспечит только высохший раствор фильтрующих синтетических волокон (однородный материал). Всевозможные смеси фильтрующих волокон с любыми клеящими веществами будут уступать этому раствору по всем параметрам.

Однако, при просасывании паров растворителя через фильтр в фильтрующем материале (за счет образования локальных зон раствора фильтрующих волокон и значительного уменьшения их объема) образуются "туннельные прожоги" (отверстия), через которые проходит возрастающий поток паров растворителя, не воздействуя на фильтрующую ткань. В связи с этим уменьшается эффективность обработки фильтра просасыванием пара растворителя и первый этап должен быть завершен.

На втором этапе фильтрующий материал извлекается из корпуса фильтра и обрабатывается насыщенными парами того же растворителя фильтрующего волокна, например в автоклаве. При этом происходит полная реструктуризация фильтрующих волокон и превращение их в стекловидную массу раствора с включениями частиц загрязнений фильтра. После обработки фильтрующего материала остатки растворителя выветриваются, улетучиваются в процессе высыхания.

Наиболее известным типом автоклава является бытовая кастрюля "скороварка".

На третьем этапе обработки высохшая масса раствора фильтрующих волокон компактируется дополнительно прессованием (т.к. после обработки на втором этапе имеет произвольную форму) и подвергается консервации посредством заварки в контейнеры, чем обеспечивается гарантия долговременного безопасного хранения в могильниках.

В качестве фильтрующего материала может быть выбрана ткань Петрянова, а в качестве растворителя выбран метилен хлористый.

Наличие отличительных от прототипа признаков подтверждает соответствие предлагаемого способа критерию "новизна". Заявляемый способ соответствует и критерию "изобретательский уровень", т. к. не выявлено источников известности, где был бы описан технический результат, достигаемый предлагаемым способом.

В отличие от прототипа, где с целью уменьшения объемов утилизируемых отходов, фильтрующие волокна обрабатываются растворителем, предлагаемый метод обработки фильтрующего материала паром растворителя, а затем насыщенным паром осуществим технологически с полезным решением целого ряда дополнительных проблем (обеспечение безопасности работ по замене фильтра, его разборке, предотвращение утечки вредных загрязнений, повышения надежности долговременного безопасного хранения радиоактивных отходов производства).

Для осуществления предлагаемого изобретения не требуется каких-либо сложных конструктивных решений. В вентиляционном канале перед фильтром делается отверстие, которое в обычном состоянии закрыто. Через это отверстие при обработке фильтра подаются пары растворителя от испарителя. В качестве испарителя может быть металлический баллон низкого давления со змеевиком, через который пропускается горячая вода с температурой, превышающей температуру кипения растворителя (для метилена хлористого достаточно, чтобы температура была выше 50^oC). В баллон заливается растворитель, а через змеевик пропускается горячая вода. Производительность такого испарителя регулируется (при необходимости) температурой воды.

Интенсивность процесса фиксации (связывания) загрязнений в фильтрующем материале данным способом увеличивается с повышением концентрации паров растворителя в объеме фильтрующего материала в процессе просасывания, следовательно, для повышения концентрации паров и КПД способа скорость просасывания должна быть минимально возможной.

Для обработки фильтрующего материала насыщенным паром применимы автоклавы, используемые в пищевой промышленности.

Для компактирования применимы промышленные прессы.

Предложенный способ был смакетирован в лабораторных условиях и подтвердил технический результат.

Немаловажен предполагаемый результат использования предлагаемого способа в части, касающейся герметизации спрессованных остатков, обработанного парами растворителя фильтрующего материала, загрязненного радионуклидами, в контейнерах посредством заварки - консервации отходов. Это позволит применять стандартные контейнеры из нержавеющей стали и технологию консервации делящихся материалов, остающихся от разборки ядерных зарядов, чем унифицируется и оптимизируется процесс ликвидации отработавших фильтров, т.к. исключаются дополнительные расходы на разработку и изготовление тары (контейнеров), на разработку технологии герметизации радиоактивных отходов в этой таре и на ее испытания. Кроме того такой способ обеспечит наиболее надежное безопасное долговременное хранение радиоактивных отходов, достижимое в настоящее время, с использованием минимально возможного объема могильников. Значимость этой проблемы известна, она со временем непрерывно возрастает.

Изобретение относится к области переработки загрязненных радионуклидами промышленных отходов и преследует цель их компактирования для уменьшения объемов при захоронении. Сущность изобретения: для объемной фиксации загрязнений на фильтр воздействуют парами растворителя синтетических волокон фильтрующего материала по месту работы фильтра. Затем фильтрующий материал извлекается из корпуса фильтра, обрабатывается насыщенными парами растворителя и превращается в стекловидную массу раствора с включением частиц загрязнений. Далее высохшая масса раствора фильтрующих волокон компактируется прессованием и подвергается консервации посредством заварки в контейнеры. Преимуществами заявленного способа являются: безопасное проведение работ за счет объемной фиксации загрязнений в фильтрующем материале, максимальное сокращение объемов переработанных отходов, а также безопасность при хранении переработанных отходов за счет надежной консервации в контейнерах. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки и захоронения отработавших фильтров, включающий уменьшение объема фильтрующего материала посредством добавления растворителя, который растворяет синтетические волокна фильтрующего материала, и последующую его сушку, отличающийся тем, что добавление растворителя проводят, воздействуя на фильтр парами растворителя синтетических волокон фильтрующего материала по месту работы фильтра для объемной фиксации загрязнений, затем извлекают материал из фильтра, обрабатывают его насыщенными парами растворителя до полного растворения фильтрующих волокон, после сушки полученное образование прессуют и укладывают в контейнеры для захоронения. 2. Способ переработки по п.1, отличающийся тем, что контейнеры со спрессованным фильтрующим материалом герметизируют, например, с помощью сварки, и осуществляют их захоронение в могильниках.