СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ГОМОГЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2001 года по МПК G21F9/06 

Изобретение относится к области переработки гомогенных и гетерогенных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности, радиоактивных пульп отработанных ионообменных смол (ИОС) и фильтр перлита (гетерогенные ЖРО) и может быть использовано в процессе переработки с гомогенными жидкими радиоактивными отходами.

При нормальной эксплуатации АЭС образуются жидкие гомогенные радиоактивные отходы в виде отработавших ионообменных смол и фильтр перлита. Данный тип отходов образуется при работе спецводоочисток (СВО):
- байпасная очистка КМПЦ;
- байпасная очистка СУЗ;
- конденсатоочистка;
- очистка замасленного конденсата;
- очистка малосолевых вод;
- очистка вод бассейнов выдержки и хранилища отработанного ядерного топлива;
- очистка конденсата выпарных аппаратов системы переработки трапных вод.

На АЭС отработанные ионообменные смолы и фильтр перлит гидротранспортом передают по трубопроводу в рабочую емкость большого объема и хранят совместно. Влажность хранящейся пульпы составляет 60 - 80 вес.%, причем до 50% влаги находится в связанном виде внутри зерна набухшего ионита, а также внутри фильтр перлита, представляющего собой порошок (с размерами частиц около 80 мкм) вспученного вулканического стекла и имеющего удельную поверхность до 5•10⁶ см²/г. Фильтр перлит, как устойчивый материал, не претерпевает изменений в процессе хранения. Ионообменные смолы могут со временем деструктурироваться и переходить в мелкодисперсную и коллоидную форму. Массовое соотношение ионообменных смол и фильтр перлита составляет 1:3,5-2:1. Гомогенные ЖРО 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 5-30% общего объема ЖРО АЭС и содержат как синтетические ПАВ (сульфонол и др.), так и мыла.

В уровне техники представлено большое количество патентов, в которых предлагается раздельная переработка гомогенных и гетерогенных ЖРО [1,2,3], ориентированных на сложившуюся практику раздельной переработки гомогенных и гетерогенных ЖРО. При этом совершенно не используется тот факт, что ионообменные смолы и после окончания использования их в основных технологических процессах АЭС, даже после неоднократной регенерации ионообменных смол, сохраняют в значительном объеме свои ионообменные и сорбционные свойства.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является способ, приведенный в патенте РФ [4]. Согласно описанию к патентам способ заключается в том, что ЖРО концентрируют многократным упариванием, а затем смешивают с неорганическим связующим.

Недостатком ближайшего аналога является большой расход связующего и необходимость в дополнительном оборудовании для отвержденных радиоактивных отходов, требующих расхода контейнеров и объемов хранилищ ЖРО.

Задача, решаемая изобретением, заключается в снижении расхода связующего, в уменьшении количества отвержденных радиоактивных отходов и требуемого оборудования.

Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в способе переработки гомогенных радиоактивных отходов концентрированием и последующим смешиванием со связующим предложено перед смешиванием со связующим часть гомогенных радиоактивных отходов смешивать с гетерогенными отходами системы спецводоочистки, а образующийся при этом декантат концентрировать совместно с гомогенными жидкими отходами. Кроме того, предложено с гетерогенными отходами смешивать солесодержащие гомогенные отходы, или гомогенные отходы с повышенной радиоактивностью.

В предложенном способе используется остаточная обменная емкость ионообменных смол, содержащихся в гетерогенных ЖРО для сорбирования избыточного солесодержания или снижения радиоактивности гомогенных растворов.

Технологическая последовательность операций по осуществлению способа переработки гомогенных радиоактивных отходов представлена на схеме (см. чертеж), где цифровыми обозначениями 1а, 2а, 3а обозначены этапы обращения с гетерогенными отходами, а цифровыми обозначениями 1б...12б - этапы обращения с гомогенными отходами.

Как видно из схемы, гомогенные ЖРО (поз. 1б) направляют на выпаривание (поз. 2б) в выпарных аппаратах. Получают промежуточный кубовый остаток (поз. 3б) с солесодержанием 30-150 г/л и конденсат (поз. 12б). Далее этот промежуточный кубовый остаток (поз. 3б) направляют на окончательное выпаривание (поз. 4б) в выпарных с доупаривателем и получением окончательного кубового остатка (поз. 5б) с солесодержанием 300-350 г/л и конденсата (поз. 11б). После этого окончательный кубовый остаток (поз. 5б), с добавкой битума (10б), направляют на битумирование (поз. 6б) в битуматор, после которого получают битумный компаунд (поз. 7б) и конденсат (поз. 9б). Битумный компаунд (поз. 7б) направляют на хранение (поз. 8б). Гетерогенные ЖРО (поз. 1а), обезвоживают и цементируют (поз. 2а), а транспортную воду - декантат (поз. 3а) смешивают с гомогенными ЖРО.

По предлагаемому способу гомогенные ЖРО с повышенным солесодержанием или радиоактивностью, например промежуточный кубовый остаток (поз. 3б), смешивают с гетерогенными ЖРО (либо в процесс транспортировки ионообменных смол и фильтр перлита, либо в емкостях для хранения).

Отработанные ионообменные смолы (гетерогенные ЖРО) обладают остаточной обменной емкостью 1,3-1,5 мг-экв./г, благодаря чему они могут сорбировать порядка 85 мг солей на 1 грамм смолы, т.е. 85 кг солей на 1 тонну смолы. В год АЭС образуется около 100 тонн подобных гетерогенных ЖРО. Таким образом, реализовав, предложенный способ, можно поглотить около 10 тонн солей, что уменьшит необходимое количество битумного компаунда на 30 м³ и сократит расходы на его хранение и захоронение.

Список использованной литературы
1. Авторское свидетельство СССР N 1403431, МКИ: C 01 B 21/26
2. Патент России N 2068208, МКИ: G 21 F 9/32
3. Авторское свидетельство N 1826801, МКИ: G 21 F 9/16
4. Патент России N 2136065, МКИ: G 21 F 9/16 (ближайший аналог).

Сущность изобретения: для сорбирования избыточного солесодержания или снижения радиоактивности часть гомогенных ЖРО перед смешиванием со связующим смешивают с гетерогенными ЖРО системы спецводоочистки, которые обладают остаточной обменной емкостью. Затем образующийся декантат концентрируют совместно с гомогенными ЖРО, битумируют и направляют на хранение. Преимуществами способа являются: уменьшение количества отвержденных радиоактивных отходов и сокращение расходов на их хранение и захоронение. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки гомогенных радиоактивных отходов концентрированием и последующим смешиванием со связующим, отличающийся тем, что перед смешиванием со связующим часть гомогенных радиоактивных отходов смешивают с гетерогенными отходами системы спецводоочистки, а образующийся при этом декантат концентрируют совместно с гомогенными жидкими отходами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с гетерогенными отходами смешивают солесодержащие гомогенные отходы. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что с гетерогенными отходами смешивают гомогенные отходы с повышенной радиоактивностью.