СПОСОБ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАДИОАКТИВНОГО МАТЕРИАЛА В ОБЪЕКТЕ, СОДЕРЖАЩЕМ РАДИОАКТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ, ДО БЕЗОПАСНОГО ДЛЯ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ УРОВНЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G21F9/28 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня.

Уровень техники

Производство ядерной энергии и атомной бомбы, в которых используется твердое ядерное топливо, зависит от реакции деления ядер, при которой ядра урана-235 или плутония-239 искусственно разрушаются. Во время этого процесса ядра урана-235 или плутония-239 делятся на два и более продуктов ядерного превращения (нуклиды или элементы), и в это время генерируется энергия. Контролируемый процесс медленного выполнения деления представляет собой получение энергии, в то время как процесс незамедлительного высвобождения используется для атомной бомбы. Множество нуклидов, образующихся в результате деления (продукты деления), в общем, имеет дисбаланс между количеством протонов и количеством нейтронов; нуклиды становятся радионуклидами, имеющими радиоактивность. Форма этих радионуклидов (газ/жидкость/твердое) и уровень радиации изменяются согласно типу нуклида. Радионуклиды, в конечном счете, становятся другими стабильными нуклидами без какой-либо радиоактивности, когда радионуклиды высвобождают радиацию; однако время, необходимое для этого процесса, значительно варьируется в зависимости от типа нуклида. Интервал времени, необходимый для потери нуклидом половины радиоактивности именуется как период полураспада нуклида. Уровень радиоактивности нуклида с коротким периодом полураспада является высоким. Радиоактивный криптон и радиоактивный ксенон, которые являются продуктами деления, представляют собой газы при комнатной температуре. Радиоактивное облако, главным образом состоящее из вышеуказанных веществ, во время движения испускает излучение в разных направлениях. Однако после прохождения радиоактивного облака и его рассеивания не остается никакого радиоактивного излучения. Период полураспада газообразного йода составляет восемь дней, и практически весь газообразный радиоактивный йод будет улетучиваться в течение полугода.

Радиоактивный цезий превращается в газ при 678 градусах Цельсия. Таким образом, ядерная авария, вероятно, повлекла бы за собой выброс радиоактивного цезия, который легко распространяется в окружающей атмосфере. Кроме того, период полураспада цезия является длительным и составляет 30 лет. И, кроме того, цезий может легко связываться с частицами почвы и, таким образом, присутствовать на земной поверхности в течение длительного времени. Соответственно, цезий остается даже после того, как улетучиваются радионуклид с коротким периодом полураспада и радиоактивный йод; цезий продолжает излучать радиацию с земной поверхности и адсорбируется в сельскохозяйственные продукты, тем самым вызывая длительное воздействие. К концу 1960-х годов ядерные испытания в атмосфере привели к выбросу в атмосферу больших количеств продуктов деления или 105 миллионов умножить на 10 квадриллионов беккерелей, и загрязнения распространились по всему земному шару. Радиоактивный цезий, генерируемый при ядерных испытаниях, все еще присутствует в океане, на земной поверхности и в атмосфере. Ядерная авария в Чернобыле привела к образованию сильно загрязненных зон в диапазоне примерно 250 км. После ядерной аварии на Фукусиме радиоактивный цезий обнаруживали даже на чайных листьях в префектуре Сидзуока, расположенной далеко от атомной электростанции.

Период полураспада стронция составляет 28 лет, что создает те же проблемы, что и в отношении радиоактивного цезия. Однако радиоактивный стронций выбрасывается при испытаниях атомного оружия или авариях на атомных электростанциях, когда активная зона ядерного реактора полностью разрушается, как в случае ядерной аварии в Чернобыле. Следовательно, распространение радиоактивного стронция в окружающей атмосфере ограничивается по сравнению с радиоактивным цезием. Таким образом, с учетом загрязнения окружающей среды радиоактивными материалами очень важно принимать меры по защите от радиоактивного цезия.

Известным способом удаления радиоактивного цезия из вещества в окружающей среде, которая загрязнена цезием, и сбором цезия на отдельном участке является процесс, содержащий этапы погружения в воду вещества той поверхностью, на которой в окружающей среде осажден радиоактивный цезий, растворения в воде водорастворимого радиоактивного цезия, и растворения в воде ферроцианида, такого как ферроцианид железа или ферроцианид никеля, что обеспечивает адсорбцию в воде радиоактивного цезия в ферроцианид (непатентный Документ 1).

В соответствии с этим способом почва рассеивается в воде, и радиоактивный цезий, приставший к поверхности почвы, растворяется в воде. Однако этот процесс является недостаточным. Причина этого хорошо известна и состоит в том, что радиоактивный цезий легко улавливается минералами глины, содержащимися в почве. С учетом этого свойства делались пробные попытки использовать глину для очистки окружающей среды, загрязненной радиоактивным материалом. Другими словами, после того радиоактивный цезий попадает в глину, радиоактивный цезий не может быть легко извлечен. Наряду с различными видами глины, если цезий адсорбируется в минерал, носящий название иллит, который является одним из типов слюды, цезий не может усваиваться растениями и приставать к почве (непатентные Документы 2, 3); возможной причиной этого является то, что представляется маловероятным, чтобы ионы цезия выходили слоя иллита, когда ионы цезия захвачены этим слоем. Если маловероятно, что цезий перемещается из почвы в растения, также маловероятно, что цезий перемещается в растения, которые потребляются в пищу, что способствует уменьшению проблем. Если растения содержат достаточное количество калия, растениям будет сложно абсорбировать цезий. Известно, что если растения не содержат достаточное количество калия, растения могут захватывать цезий. Неясно, применим ли этот феномен также и к глине. Если дело обстоит именно так, постоянное поддержание избыточных количеств калийных удобрений фактически затруднено из-за высокой их стоимости. Кроме того, при высокой концентрации цезия сложно вести сельскохозяйственные работы. Кроме того, потребители испытывают опасения при покупке сельскохозяйственной продукции, выращенной на землях, где содержание цезия не поддерживается на незначительном уровне. Прежде всего, глина является существенным компонентом почвы для выращивания риса, с целью удержания воды. Даже если поверхностный слой загрязненной почвы удален и заменен незагрязненной почвой, сохраняется проблема, как обращаться с большими количествами загрязненной почвы. Следовательно, если цезий, адсорбированный в глину, не может быть извлечен, это будет оказывать значительное влияние на выращивание риса.

Существует хорошо известный способ удаления радиоактивного материала из почвы, загрязненной таким радиоактивным материалом, который имеет относительно длительный период полураспада и высокий уровень радиоактивности; Этот способ включает в себя использование злаков, таких как сахарное сорго или другие растения, такие как подсолнух, рапс, пастбищные травы или капуста, для адсорбции радиоактивного материала. Затем в качестве последующего процесса выполняется процесс захоронения растений в земле или сжигания растений. Однако в случае захоронения растений в земле, требуются большие площади и значительные трудозатраты. В случае процесса сжигания радиоактивный материал, адсорбированный в клетки растений, конденсируется во время процесса сжигания, и радиоактивный материал высокой концентрации может выбрасываться в атмосферу в виде газа даже после прохождения через фильтр.

Другой известный способ состоит в осуществлении способа ферментации растений и превращения полученных органических веществ в биотопливо (непатентный Документ 4).

Недостатки этого способа состоят в том, что в случае использования лигнина или целлюлозы процесс ферментации занимает много времени, поскольку они имеют высокий молекулярный вес, и что радиоактивный материал, содержащийся в оболочке клетки, не может быть извлечен. Кроме того, способ в целом, неэффективен для почвы.

Еще один известный способ состоит в использовании морских водорослей «Binos»: радиоактивный материал абсорбируется в клетки морских водорослей из воды, загрязненной радиоактивным материалом (непатентный Документ 5). Однако этот способ используется только для улавливания радиоактивного материала, растворенного в воде, и не может использоваться для извлечения радиоактивного материала из тела организма, как в случае с вышеописанным способом. Таким образом, сохраняется проблема, как обращаться с радиоактивным материалом, адсорбированным в морские водоросли.

В результате аварии на атомной электростанции и т.п. образуется большое количество загрязняющих веществ. Если уровень радиоактивного загрязнения не очень высок, используется способ сжигания загрязняющих веществ. После ядерной аварии в Фукусиме в 2011 г. было подвергнуто сжиганию большое количество загрязняющих веществ с учетом того, что уровень загрязнений не был высоким.

Однако радиоактивный материал в золе мусоросжигательной установки может быть концентрированным, например, вплоть 50000 Бк/кг в единицах уровня радиоактивности. Обычно для предотвращения генерирования диоксина зола мусоросжигательной установки с пористыми средами, имеющими высокую водопоглотительную способность, подвергается нагреву примерно до 900 градусов Цельсия. Радиоактивный материал определенно должен содержаться в порах пористой среды.

Конкретные данные о том, что радиоактивный материал был извлечен из золы мусоросжигательной установки и его содержание было уменьшено до безопасного для среды обитания уровня, отсутствуют. Таким образом, существует проблема, состоящая в том, что большие количества золы мусоросжигательных установок остаются необработанными.

Документы предшествующего уровня техники

Непатентные документы

[Непатентный документ 1] Mainichi Shimbun, «Процесс очистки воды, загрязненной цезием, с помощью пигмента, разработанный Токийским технологическим институтом», 15 апреля 2011 г., Mainichi Newspapers Co., Ltd.

[Непатентный документ 2] «Способ восстановления почвы на Фукусиме; безопасность пищевых продуктов; JBpress», [онлайн] [Исследования, 20 сентября 2011 г.], интернет <URL:http://jbpress.ismedia.jp/articles/-/5920>

[Непатентный документ 3] Masanori Arita, «Doc: Радиация/Минералы глины», [онлайн] [Исследования, 20 сентября 2011 г.], интернет <URL:http://metabolomics.jp/wiki/Doc:Radiation/Clay Minerilas>.

[Непатентный документ 4] «Формирование и очистка загрязненной почвы», [онлайн] [Исследования, 30 января 2012 г.], интернет <URL:http://www.j-aid.jp/flow ersforjapan>.

[Непатентный документ 5] Nihon Keizai Shimbun, «Использование водорослей «Binos» для очистки воды, загрязненной радиоактивными материалами», 15 июля, 2011 г., утренний выпуск Nikkei Inc.

Сущность изобретения

Проблемы, которые должны быть решены с помощью изобретения

Настоящее изобретение предназначено для решения вышеуказанных проблем.

Средства для решения проблем

Настоящее изобретение включает в себя: стадию нагрева/нагнетания давления/сброса давления, выбранную из группы, состоящей из этапа выполнения процесса нагрева объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре воды, водорастворимой жидкости или смеси воды и водорастворимой жидкости (далее «вода, водорастворимая жидкость или смесь воды и водорастворимой жидкости» именуются как «водосодержащая жидкость»), и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости, и последующего сброса давления, этапа размещения объекта для воздействия давления и резкого сброса давления, и этапа выполнения процесса нагрева водосодержащей жидкости и объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости, и последующего резкого сброса давления; и стадии разделения смеси объекта и водосодержащей жидкости на жидкую фракцию и твердую фракцию после стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления.

Преимущества изобретения

В соответствии с настоящим изобретением из объекта, содержащего радиоактивный материал, с помощью технологического процесса этот радиоактивный материал может быть удален или его содержание может быть уменьшено. После обработки объекта, содержащего радиоактивный материал, с помощью настоящего изобретения, объект может быть безопасным образом возвращен в среду обитания. В частности, если процесс нагрева выполняется для нагрева водосодержащей жидкости и объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара, и затем давление резко сбрасывается, уровень загрязнения может быть дополнительно уменьшен.

Кроме того, если водосодержащая жидкость добавляется к объекту перед стадией нагрева/нагнетания давления/сброса давления, предпочтительно объект погружают в водосодержащую жидкость так, чтобы объект был покрыт этой жидкостью или чтобы уровень загрязнения был значительно уменьшен.

В контексте настоящего изобретения термин «радиоактивный цезий» или «цезий» включает в себя соединения цезия.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - блок-схема варианта выполнения устройства настоящего изобретения;

фиг. 2 - блок-схема другого варианта выполнения устройства настоящего изобретения;

фиг. 3 - схематичный вид нагревательного обрабатывающего устройства 100, показанного на фиг. 1 и 2;

фиг. 4 - схематичный вид устройства 200 сброса давления, конденсационного устройства 300 и разделительного устройства 400 для разделения жидкой фракции и твердой фракции, которые показаны на фиг. 1 и 2;

фиг. 5 - блок-схема адсорбционного устройства 500.

Варианты осуществления изобретения

Прежде всего, будет приведено описание каждой из стадий способа изобретения.

Объект

По настоящему изобретению объект, содержащий радиоактивный материал, именуется как объект. Объект может быть любым материалом, например организмами, такими как микроорганизмы в осадке сточных вод, почве и золе мусоросжигательных установок. Организмы включают в себя организм, который специально предусмотрен для захватывания радиоактивных материалов в почве, океанах или реках, где распространены, радиоактивные материалы; и организм, который непреднамеренно захватывает радиоактивный материал.

Этап предпочтительного погружения объекта в водосодержащую жидкость так, чтобы жидкость покрывала объект или ее было больше.

В качестве предварительного процесса перед процессом нагрева по настоящему изобретению, предпочтительно в контейнере, где выполняется процесс нагрева, объект погружается в водосодержащую жидкость до такой степени, чтобы объект был покрыт жидкостью или жидкости было больше. «Покрытие» означает положение, где на следующем этапе объект покрывается водосодержащей жидкостью в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного водяного пара. Соответственно, нет необходимости предварительно погружать объект в водосодержащую жидкость; например, даже если для предварительного покрытия воды недостаточно, объект может быть покрыт жидкостью во время процесса нагрева, когда конденсируется пар, используемый для нагрева на следующем этапе, и добавляется вода. Если на следующем этапе нагрев не выполняется, предпочтительно, чтобы объект был покрыт жидкостью предварительно. «Степень, до которой объект покрывается жидкостью», варьируется в зависимости от уровня радиоактивности радиоактивного материала объекта. Однако если жидкостью покрыто 70% и более, или, предпочтительно, 80% и более, или, более предпочтительно, 90% и более объекта, во многих случаях можно ожидать эффекта инфильтрации водосодержащей жидкости. Однако в вышеуказанном случае контейнер является неподвижным. Если контейнер может вращаться, например, вокруг горизонтальной оси, объект имеет хорошую возможность погружения даже при меньшем количестве водосодержащей жидкости. Кроме того, с учетом количества водосодержащей жидкости, которое конденсируется, когда объект подвергается воздействию пара при нормальной температуре или температуре ниже нормальной, может быть погружен большой участок объекта. Когда объект полностью погружается, и когда поверхность водосодержащей жидкости становится выше поверхности объекта, количество водосодержащей жидкости увеличивается. В результате количество радиоактивного материала, растворяющегося в водосодержащей жидкости, возрастает, способствуя повышению эффекта очистки от загрязнения. Однако для повышения температуры требуется больше энергии. Оптимальные условия для обеспечения «степени, до которой покрывается объект» могут определяться таким образом, чтобы обеспечить баланс вышеуказанных факторов. Как приблизительное значение, если контейнер является неподвижным, водосодержащая жидкость составляет 1,5-5 объемов объекта или предпочтительно 2-4 объема. В качестве водосодержащей жидкости предпочтительно могут использоваться вода, метанол, этанол, ацетон и т.п. Кроме того, если объект имеет структуру с мелкими порами, использование водосодержащей жидкости, содержащей поверхностно-активную присадку, является более предпочтительным, поскольку водосодержащая жидкость может легко подвергаться инфильтрации.

Операция погружения объекта до такой степени, чтобы объект был покрыт водосодержащей жидкостью, или жидкости было больше, является предпочтительным способом, но необязательным. Необходимость покрытия жидкостью варьируется в зависимости от состояния объекта. Например, если объект является организмом, нет необходимости покрывать объект водосодержащей жидкостью, поскольку сам объект или организм содержат воду, которая является водосодержащей жидкостью, и нет необходимости использовать водосодержащую жидкость; все, что требуется, это лишь подвергать объект воздействию давления при нормальной температуре. Однако если объект является почвой или золой мусоросжигательной установки, объект предпочтительно погружается до такой степени, чтобы водосодержащая жидкость покрывала объект или ее было больше.

Этап нагрева/повышения давления

Затем объект и водосодержащая жидкость подвергаются процессу нагрева (процессу нагрева и повышения давления) в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара; или объект подвергается воздействию давления (процессу повышения давления). Каждый из процессов будет описан ниже.

Процесс нагрева и повышения давления

Контейнер герметично закрывается, и водосодержащая жидкость подвергается нагреву. Таким образом, процесс нагрева выполняется в состоянии, когда температура объекта меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара. В качестве способа нагрева и повышения давления могут использоваться три способа, описанные ниже; в любом случае способ нагрева и повышения давления выполняется посредством нагрева водосодержащей жидкости. Первый способ состоит в размещении смеси водосодержащей жидкости и радиоактивного материала в контейнере и нагреве водосодержащей жидкости снаружи, тем самым, повышая давление посредством использования давления пара при испарении жидкости. Другой способ состоит в заблаговременном размещении смеси водосодержащей жидкости и радиоактивного материала в контейнере, введении насыщенного пара такого же вещества, как и водосодержащая жидкость, в контейнер, и нагреве и повышении давления содержимого контейнера посредством использования тепла и давления. Еще один способ состоит в комбинации двух вышеуказанных способов. Другими словами, этот способ использует как наружный нагрев, так и тепло насыщенного пара; поскольку давление добавляется снаружи независимо от давления или тепла, генерируемых посредством нагрева водосодержащей жидкости, и весь объект погружается в водосодержащую жидкость и подвергается воздействию давления. В результате, к примеру, если объект является объектом, имеющим проницаемые поры, например, почвой или золой мусоросжигательной установки, водосодержащая жидкость попадает в проницаемые поры. В то же время, если процесс нагрева выполняется в ситуации, когда заблаговременная подача воды не предусмотрена, как в случае обработки паром, пар для обработки паром может частично конденсироваться, но его количество будет очень незначительным, и пар не сможет попадать в поры золы мусоросжигательной установки или почвы. Эффекты попадания водосодержащей жидкости в поры описаны ниже.

Условие для выполнения процесса нагрева является первым типом докритического состояния. Если водосодержащая жидкость является водой, докритическое состояние, в общем, означает состояние водяного пара, имеющего высокую температуру и среднее давление, при этом температура выше или равна критической температуре воды, и давление меньше или равно критическому давлению воды (критическая температура воды равна 374 градусам Цельсия, и критическое давление воды равно 22,1 МПа), и состояние водосодержащей жидкости, имеющей среднюю температуру и среднее давление, при этом температура меньше или равна критической температуре воды, и давление больше или равно давлению насыщенного пара. По настоящему изобретению процесс выполняется как в последнем случае или в докритическом состоянии жидкости, имеющей среднюю температуру и среднее давление, при этом температура меньше или равна критической температуре воды, и давление больше или равно давлению насыщенного пара. Нагрев воды в критическом состоянии также именуется как гидротермический. В этом состоянии количество продукта ионного обмена воды значительно превышает его количество при комнатной температуре и при атмосферном давлении. Количество продукта ионного обмена при комнатной температуре и при атмосферном давлении составляет 10^-14 молей²/кг², в то время как количество продукта ионного обмена в докритическом состоянии составляет от 10^-12 до 10^-11 молей²/кг², или в 100-1000 раз больше количества продукта ионного обмена при комнатной температуре и при атмосферном давлении; концентрация H⁺ и ОН^- примерно в 3-30 раз больше концентрации при комнатной температуре. Таким образом, энергия гидролиза является очень большой, и возможное воздействие на участок связывания, где имеет место гидролиз, может быть весьма значительным. То же самое относится к любой водорастворимой жидкости, которая не является водой. В случае смеси воды и водорастворимой жидкости на основе энергии гидролиза, которую имеет каждый компонент, и соотношения компонентов процесс выполняется в состоянии жидкости, имеющей среднюю температуру и среднее давление, при этом температура меньше или равна критической температуре одного из компонентов, и давление больше или равно давлению насыщенного пара одного из компонентов. С учетом такой сильной энергии гидролиза считается, что радиоактивные материалы, в частности, цезий, легче растворяются в водосодержащей жидкости. Если температура поднимается выше 330 градусов Цельсия, продукт ионного обмена воды быстро убывает с увеличением температуры, что ведет к быстрому снижению энергии гидролиза; поскольку энергия гидролиза будет теряться после превышения критической точки, процесс должен выполняться при температуре, которая меньше или равна критической точке. Кроме того, даже когда температура меньше 130 градусов Цельсия, энергия гидролиза постепенно ослабевает. Следовательно, процесс предпочтительно выполняется при 130-330 градусах Цельсия или более предпочтительно 180-300 градусах Цельсия или даже более предпочтительно при 230-280 градусах Цельсия или еще более предпочтительно 240-270 градусах Цельсия. Реакция может происходить без катализатора; использование катализатора является более эффективным. В качестве катализатора предпочтительно используется железный материал, например, железный порошок. Объект предпочтительно покрывается водосодержащей жидкостью и обрабатывается при вышеуказанных условиях; объект подвергается воздействию сильной энергии гидролиза. Если объект является почвой или золой мусоросжигательной установки, радиоактивный цезий, который, вероятно, существует в пористой среде, подвергается сильной энергии гидролиза. Как следствие, считается, что радиоактивный цезий легче растворяется в водосодержащей жидкости. Даже в случае радиоактивного материала, абсорбируемого в сотовые мембраны, такие как мембраны биологических организмов, содержащихся в почвенной смеси (компосте), которая содержится в глине, или органических микробов, содержащихся не в компосте, а в почве, после резкого сброса давления и разрушения сотовых мембран радиоактивный материал высвобождается из сотовых мембран. Кроме того, например, если объект является растением или микроорганизмом, сотовые мембраны подвергаются воздействию сильной энергии гидролиза; сотовые мембраны физически и химически разрушаются, и жидкостная среда внутри сотовых мембран вытекает из сотовых мембран. Как следствие, имеется возможность разложения твердых органических веществ, образующих сотовые мембраны, на органические вещества с низкой молекулярной массой в течение короткого периода времени, а также разложения веществ с высокой молекулярной массой, таких как лигнин и целлюлоза. Как следствие, считается, что радиоактивный цезий может легче растворяться в водосодержащей жидкости. Вместе с тем, в случае парообразования количество водосодержащей жидкости является недостаточным для инфильтрации в пористые среды или сотовые мембраны, и пористые среды только контактируют с паром. Таким образом, маловероятно, что радиоактивный цезий будет растворяться в водосодержащей жидкости и подвергаться воздействию энергии гидролиза; или, даже если радиоактивный цезий мог бы растворяться в водосодержащей жидкости и подвергаться воздействию энергии гидролиза, этой энергии гидролиза будет недостаточно.

Объект занимает в контейнере 60-90 процентов по объему или предпочтительно 70-90 процентов по объему или более предпочтительно 80-85 процентов по объему контейнера, и давление в контейнере повышается до более высокого уровня. При повышении давления в случае, когда объект является золой мусоросжигательной установки или почвой, водосодержащая жидкость, вероятно, проходит в поры. В случае организмов высокое давление является желательным, поскольку на организмы оказывается значительное физическое и химическое влияние. Давление превышает или равно 3 стандартным атмосферным давлениям (0,3 МПа) или предпочтительно равно 5 стандартным атмосферным давлениям (0,5 МПа) или предпочтительно равно 10 стандартным атмосферным давлениям (1,0 МПа). Что касается процесса нагрева, то, как описано выше, могут использоваться способ нагрева герметично закрытого пространства снаружи или способ добавления нагревательной среды, например, нагнетание пара в герметично закрытое пространство. Однако в последнем случае только одного пара недостаточно для обеспечения достаточного количества воды; определенное количество воды требуется обеспечить предварительно. С этой целью объект может быть погружен в водосодержащую жидкость. Таким образом, если количество объекта, занимающего контейнер, меньше вышеуказанного предпочтительного диапазона, единственной проблемой является низкая эффективность обработки.

Если контейнер имеет большой размер, температура внутри контейнера, вероятно, не будет равномерной. Таким образом, желательно, чтобы контейнер был небольшим по размеру, или чтобы можно было выполнять перемешивание. В предыдущем случае можно использовать небольшой контейнер объемом примерно 30-200 литров или предпочтительно объемом примерно 30-100 литров. Время обработки варьируется в зависимости от температуры. Если задана предпочтительная температура, достаточно нескольких секунд. Если предпочтительная температура не может быть достигнута в устройстве, достаточным является время обработки от нескольких секунд до 60 минут или, во многих случаях, от 2 до 30 минут. Если требуется большое количество объекта, подготавливается некоторое количество таких малогабаритных контейнеров. Когда некоторое количество небольших контейнеров функционируют совместно или рядом друг с другом, заданная температура может быть достигнута в течение более короткого периода времени, чем время нагрева, необходимое для того, чтобы большой контейнер достиг заданной температуры; распределение температур в контейнерах может быть равномерным, и может обрабатываться большее количество объекта по сравнению с использованием большого контейнера во время обработки. Например, когда объект помещен на транспортер, этот объект направляется концевым выключателем на весы, которые открываются с помощью клапана, и клапан закрывается, когда оптический датчик обнаруживает сигнал, что заданное количество объекта измерено. Затем заданное количество объекта подается в контейнер. Впуски и выпуски для объекта и пара между контейнерами открываются и закрываются концевым выключателем, когда обеспечивается заданное состояние, и затем последовательно выполняется обработка нагревом.

В состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара, маловероятно, что в отличие от сверхкритической воды энергия окислительно-восстановительной реакции будет недостаточной. По сравнению с устройством для сверхкритической воды контейнер для субкритической реакции не будет подвергаться коррозии. Однако присутствие воды и кислорода являются фактором ускорения коррозии. За счет удаления кислорода из процесса нагрева возможно предотвратить в значительной степени коррозию. Кроме того, при быстром сбросе давления воздух (кислород, азот и т.п.) в контейнерах не превращается в жидкость в отличие от водяного пара. Следовательно, для уменьшения размеров устройства желательно поддерживать количество воздуха на минимально возможном уровне. В качестве средства, исключающего присутствие кислорода, будь то вода, используемая для пара, или предварительно предусмотренная вода, используется чистая вода. Кроме того, предпочтительно, чтобы температура чистой воды увеличивалась примерно до 80 градусов Цельсия для исключения растворенного в ней кислорода. Другое предпочтительное средство состоит в том, что воздух, адсорбируемый в объект, выводится из продувного бака или системы с помощью водяного пара, например, давлением 0,5-0,8 МПа, так чтобы единственным газом внутри системы был водяной пар. Еще одно предпочтительное средство состоит в отсутствии неорганического фосфора. После принятия вышеуказанных мер на последующем этапе сброса давления, если сброс давления выполняется после процесса нагрева таким образом, чтобы было предусмотрено резкое падение давления, выдувается все содержимое контейнера. Следовательно, внутренняя сторона контейнеров очищается; таким образом, имеется возможность использования контейнера в течение относительно длительного периода времени. Вышеуказанная конфигурация является предпочтительной с учетом долговечности, если контейнеры используются в течение длительного времени. Контейнеры, используемые в настоящем изобретении, предпочтительно изготавливаются из нержавеющей стали, например, из аустенитного, мартенситного или двухслойного сплава, или высоколегированной стали; также может использоваться низкоуглеродистая сталь и т.п. Однако в процессе реакции образуется гидроокись цезия. Следовательно, при высокой концентрации цезия следует обратить внимание на сильную щелочную реакцию.

Этап сброса давления

Давление объекта и водосодержащей жидкости сбрасывается в герметично закрытое пространство. Если вышеуказанный процесс нагрева и повышения давления выполнялся с нагревом посредством использования давления пара при испарении жидкости, давление возвращается к нормальному давлению после процесса сброса давления. Сброс давления может выполняться быстро или постепенно. Однако предпочтительным является быстрый сброс давления. Если давление не сбрасывается быстро, и вместо этого давление сбрасывается постепенно, ионы радиоактивного материала, такого как цезий, который активируется в условиях нагрева, медленно охлаждаются при высоком давлении, даже когда ионы становятся диссоциированными. Таким образом, по всей вероятности, ионы снова связываются с теми ионами, с которыми ионы были связаны перед диссоциацией. Для предотвращения повторного связывания в максимально возможной степени предпочтительно используется способ, позволяющий адсорбенту адсорбировать радиоактивный материал во время процесса нагрева. Даже когда давление сбрасывается быстро, также может быть предусмотрен абсорбент для адсорбции радиоактивного материала во время процесса нагрева. Адсорбирующие вещества, которые могут выдерживать высокую температуру меньше или равную критической температуре, включают в себя неорганические адсорбенты, такие как глина и цеолит. Адсорбенты будут описаны ниже.

Этап размещения объекта для воздействия на него давления и быстрого сброса давления является операцией разрушения объекта посредством резкого изменения давления. Эта операция также именуется как продувка. «Резкий сброс давления» означает отношение площади отверстия (см²) для одновременного сброса давления к объему герметично закрытого пространства (см³), которое подвергалось процессу нагрева; это отношение превышает или равно 0,0002/см. Более высокое отношение является предпочтительным. Отношение предпочтительно больше или равно 0,0005/см, или более предпочтительно больше или равно 0,001/см или даже более предпочтительно больше или равно 0,005/см или еще более предпочтительно больше или равно 0,01/см. Вышеуказанное определяется для случая, когда одновременно сбрасывается давление при атмосферном давлении и открывается отверстие. При других условиях разность давлений и скорость перемещения соответственно преобразуются. В этом отношении предпочтительно, чтобы объект превращался в мелкий порошок перед процессом нагрева.

В процессе сброса давления в отличие от процесса нагрева преобладающим является физическое действие. Если во время процесса нагрева/повышения давления процесс является процессом нагрева и повышения давления, и давление резко сбрасывается после процесса нагрева в случае, когда объект является организмом, давление снаружи сотовых мембран возвращается к нормальному давлению из-за резкого сброса давления, в то время как давление внутри сотовых мембран остается высоким. Если разница давлений является большой, сотовые мембраны разрушаются, и радиоактивные материалы, адсорбируемые в сотовые мембраны, подвергаются внешнему воздействию. В случае, когда объект является золой мусоросжигательной установки или почвой, резкое расширение объема вызывается не только термическим расширением водосодержащей жидкости, попадающей в поры пористых сред почвы или мусора мусоросжигательных установок, в которые, как считается, адсорбируется радиоактивный материал вплоть до этого момента, но также и расширением. Поры подвергаются резкому воздействию давления и последующему расширению. Как следствие, радиоактивный материал может выходить вместе с водосодержащей жидкостью. По сравнению со случаем, когда имеется только небольшое количество жидкости, что вызвано конденсацией, как в случае с парообразованием, намного большее количество жидкости попадает в поры пористых сред. Таким образом, резкий сброс давления может вызвать резкое расширение объема во многих порах золы мусоросжигательной установки или почвы.

Резкий сброс давления происходит с другим преимущественным эффектом. Если давление не сбрасывается быстро, а сбрасывается постепенно, ионы радиоактивного материала, такого как цезий, который активируется в условиях нагрева, медленно охлаждаются при высоком давлении, даже когда ионы становятся диссоциированными. Таким образом, по всей вероятности, ионы снова связываются с теми ионами, с которыми ионы были связаны перед диссоциацией. Однако, если давление резко сбрасывается после процесса нагрева, имеет место переход из положения, когда гидролиз может происходить быстро, в положение, когда гидролиз маловероятен, что снижает возможность повторного связывания. Существует вероятность того, что радиоактивный материал будет выпускаться вместе с жидкостью или с испарением жидкости. В этом отношении резкий сброс давлении является предпочтительным.

Если давление резко сбрасывается, то в зависимости от величины давления перед сбросом требуется большее пространство для сброса. Если достаточно большое пространство не может быть обеспечено, снижение давления может быть выполнено альтернативным способом. В описании и приложенной формуле изобретения словосочетание «сброс давления выполняется в герметично закрытом пространстве с возможностью его сброса до нормального давления» используется в этом значении. Если давление все еще не может быть сброшено до нормального давления, газообразная водосодержащая жидкость, такая как водяной пар в газе, конденсируется следующим образом.

Когда температура и давление на этапе нагрева/повышения давления являются приемлемыми, большая часть радиоактивного материала смещается в сторону жидкости, и только небольшое количество радиоактивного материала остается в твердом состоянии.

Этап повышения давления/сброса давления

В соответствии с настоящим изобретением вместо вышеуказанного этапа может выполняться этап повышения давления/сброса давления, состоящий из размещения объекта для воздействия на него давления и резкого сброса давления. В этом случае во время повышения давления температура может быть нормальной температурой. Во время этого процесса преобладающим является физическое действие. Операция, эффекты и условия в случае, когда давление резко сбрасывается после процесса нагрева, описаны выше.

Этап удаления радиоактивного материала, содержащегося в газе, выполняемый при необходимости

Если объект подвергается процессу нагрева, например, процессу нагрева в герметично закрытом контейнере, и затем подвергается естественному охлаждению, большая часть радиоактивного материала растворяется в водосодержащей жидкости и только небольшое количество радиоактивного материала остается в газе. Таким образом, во многих случаях необязательно удалять радиоактивный материал, содержащийся в газе. Однако в случае, когда давление быстро сбрасывается, в то время как определенное количество радиоактивного материала превращается в жидкость, температура является высокой, и поэтому вероятно, что радиоактивный материал присутствует в газе. Если количество радиоактивного материала превышает безопасный уровень, радиоактивный материал не может выбрасываться в атмосферу без обработки. Следовательно, для предотвращения выпуска в атмосферу радиоактивного материала, который присутствует в испаряющемся водяном газе, процесс по настоящему изобретению выполняется в герметично закрытой системе, при этом требуется восстановить радиоактивный материал. В качестве способов могут использоваться хорошо известные способы, включающие в себя способ охлаждения газа, использующий хорошо известное средство теплообмена, такое как конденсатор с распылением, для конденсации газа в водосодержащую жидкость, способ перемещения газа через адсорбционное средство, такое как адсорбционная колонна, для адсорбции радиоактивного материала, и способ перемещения газа через водосодержащую жидкость для растворения радиоактивного материала в водосодержащей жидкости. Таким образом, газ, который был подвергнут процессу нагрева, может безопасно выбрасываться в атмосферу.

Стадия разделения на жидкую фракцию и твердую фракцию

Затем смесь объекта и водосодержащей жидкости разделяется на жидкую фракцию и твердую фракцию. В качестве средств для разделения на твердую фракцию и жидкую фракцию могут использоваться хорошо известные средства сепарации жидкой и твердой фракций, включающие в себя фильтр, отжимной пресс, винтовой пресс и центрифугу. Твердая фракция включает в себя не только объект, из которого радиоактивный материал выводится наружу с помощью вышеуказанного процесса, но также и адсорбент для случая, когда адсорбент используется во время процесса нагрева и процесса сброса давления. В предыдущем случае, даже если радиоактивный материал, который выводится наружу, может присоединяться к поверхности, количество радиоактивного материала, который адсорбируется во внутренний участок, значительно уменьшается с помощью вышеуказанного процесса; безопасный уровень может быть достигнут посредством промывки. В этом случае объект возвращается в среду обитания. Если адсорбент смешивается во время процесса нагрева и процесса сброса давления, адсорбент, в который адсорбируется радиоактивный материал, должен легко отделяться от твердой фракции, очищенной от загрязнений. Способ является способом, который использует различие в плотности. Плотность некоторых видов объекта превышает 1, в то время как плотность адсорбента меньше 1. Если плотность объекта больше 1, выбирается адсорбент плотностью меньше 1. Если плотность объекта меньше или равна 1, выбирается адсорбент плотностью больше 1. В результате имеется возможность разделения. Однако настоящее изобретение этим не ограничивается. Если плотность объекта меньше 1, может быть выбран адсорбент плотностью меньше 1; только адсорбент, который адсорбировал радиоактивный материал, может затем осаждаться коагулянтом, тем самым отделяя очищенный от загрязнений объект от адсорбента, который адсорбировал радиоактивный материал.

В твердой фракции во многих случаях излом бывает мелким в результате размельчения посредством резкого сброса давления и выполнения процесса нагрева. В таких случаях твердую фракцию сложно распознать по внешнему виду. Твердая фракция может быть представлена в виде кашеобразной жидкости, а не твердой фракции, из-за присутствия водосодержащей жидкости. В зависимости от средства разделения твердой и жидкой фракций вещества, которые являются твердой фракцией, а не мелкими частицами, будут превращаться в жидкость. Однако многие из этих веществ соответствуют безопасному уровню после промывки веществ при необходимости. Однако в некоторых случаях часть таких веществ может иметь высокую адсорбирующую способность к радиоактивному материалу и, таким образом, иметь высокий уровень радиоактивности. В этом случае вещества коагулируются и осаждаются с помощью коагулянта.

Если сама твердая фракция превышает безопасный уровень из-за того, что радиоактивный материал все еще присутствует на поверхности объекта, этот объект промывается водой. Что касается промывки водой, воздействие вибрации на твердую фракцию также является эффективным средством. Если твердая фракция все еще превышает безопасный уровень, промывка водой выполняется повторно, и безопасный уровень достигается с большей вероятностью. Если безопасный уровень все еще не может быть достигнут, вышеуказанные этап нагрева повышения давления и этап сброса давления повторяются, после чего может быть достигнут безопасный уровень. Во время промывки водой радиоактивный материал растворяется. Перед выполнением следующего процесса промывочная вода объединяется с жидкостью.

Как альтернативный вариант на этапе разделения может выполняться отжатие на фильтр-прессе.

В этом случае этап отжатия на фильтр-прессе может незамедлительно выполняться для разделения на твердую фракцию и жидкую фракцию. Однако этот процесс занимает много времени. Предпочтительно, чтобы после того, как вещества были разделены на крупнозернистые фракции и другие вещества, и крупнозернистые фракции были промыты водой для достижения безопасного уровня, вещества, которые не относятся к крупнозернистым фракциям, и вода, используемая для промывки крупнозернистых фракций, поступали на этап отжатия на фильтр-прессе. Поскольку крупнозернистые фракции соответствуют безопасному уровню, крупнозернистые фракции могут возвращаться в среду обитания. Предпочтительный способ отделения крупнозернистых фракций от других веществ представляет собой способ заливания жидкой массы, которая представляет собой смесь жидкой фракции и твердой фракции, в роликовый фильтр таким образом, чтобы крупнозернистые фракции оставались на роликовом фильтре, а другие вещества проходили через роликовый фильтр и попадали в фильтр-пресс, при этом будут выполняться центрифугирование крупнозернистых фракций, оставшихся на роликовом фильтре, и подача полученной жидкости в фильтр-пресс. Вода, используемая для промывки водой, предпочтительно является горячей водой, которая может легко удалять радиоактивный материал.

На этапе отжатия на фильтр-прессе жидкая масса, транспортируемая с предыдущего этапа, подвергается отжатию на фильтр прессе и затем промывается водой. Фильтр-пресс разделяет жидкую массу на жидкую фракцию и твердую фракцию, и содержание твердой фракции становится брикетообразным. По настоящему изобретению, когда жидкая масса не может транспортироваться из-за засорения, для устранения засорения может нагнетаться вода. Промывка водой выполняется для вымывания радиоактивного материала, приставшего к поверхности твердой фракции. Было установлено, что промывка водой этого типа может использоваться для обработки массы твердой фракции, которая воздействовала на фильтр-пресс. Размер отверстий фильтра в фильтр-прессе является размером отверстий, который позволяет плавающему содержимому, известному как «ss» (взвешенные твердые частицы), оставаться на стороне твердой фракции. Если объект представляет собой организм, и период гидротермической обработки является продолжительным, продолжается гидролиз, и объект становится растворимым до такой степени, что может произойти засорение, при этом промывка занимает много времени. Таким образом, соответствующий период гидротермической обработки задается таким образом, чтобы препятствовать засорению и обеспечить получение твердого материала, который может быть легко промыт водой. При выполнении промывки водой использование горячей воды является предпочтительным, поскольку растворимость радиоактивного материала является высокой. Благодаря вышеуказанному процессу твердая фракция в жидкой массе становится брикетообразной, и содержание в ней радиоактивного материала может быть уменьшено до безопасного уровня.

Этап адсорбции радиоактивного материала в жидкости и испарения водосодержащей воды

Радиоактивный материал растворяется в жидкости, поэтому жидкость не может возвращаться в среду обитания без обработки. Жидкость обрабатывается с помощью одного из следующих двух этапов: этапа адсорбции радиоактивного материала в жидкости и этапа испарения водосодержащей жидкости.

Этап адсорбции радиоактивного материала в жидкости

Сначала будет описан этап адсорбции радиоактивного материала в жидкости. Водорастворимый радиоактивный материал, такой как цезий, растворяется в жидкости. Для удаления радиоактивного материала из жидкости в жидкость помещают адсорбент. В этом случае адсорбент некоторого вида может находиться в суспендированном состоянии, когда адсорбируется радиоактивный материал. В таком случае коагулирующий реагент для коагуляции суспендирующих адсорбентов, коагулянт для коагуляции эти веществ и т.п. помещаются в жидкость для осаждения адсорбента. В результате жидкость, состоящая из водосодержащей жидкости, которая не содержит, практически, никакого радиоактивного материала, отделяется от осадка, содержащего радиоактивный материал. Операция адсорбции радиоактивного материала может быть химической адсорбцией или физической адсорбцией. Адсорбент может быть, к примеру, ферроцианидом, цеолитом, активированным углем, силикагелем, активированным глиноземом и взвешенными твердыми частицами, полученными из минерала глины. Некоторые из адсорбентов плавают в жидкости благодаря кажущейся плотности, в то время как другие осаждаются; эти адсорбенты соответствующим образом описаны ниже. Адсорбенты могут наполнять колонну, так чтобы жидкость проходила через адсорбенты в колонне; или требуемые количества адсорбентов могут загружаться в жидкость и перемешиваться. В случае перемешивания это перемешивание может выполняться как часть вышеуказанного этапа промывки. В предыдущем случае или случае, когда колонна наполнена адсорбентами, и жидкость проходит через адсорбенты, размер частиц адсорбента должен быть таким, чтобы адсорбенты могли наполнять колонну и не вытекать. В последнем случае, когда адсорбенты загружаются в жидкость, адсорбенты, плавающие в жидкости, могут становиться причиной неисправностей. Реагент для коагулирования примесей с их последующим осаждением может коагулировать и осаждать только адсорбенты, необходимые для использования. Например, ферроцианид является мелким порошком, если он специально не гранулирован. По этой причине выполнятся гранулирование ферроцианида. Если используется мелкий порошок, то используется коагулянт. В случае магнитного материала, такого как ферроцианид, могут использоваться средства агломерации, например, средства, использующие магнит для притягивания. Интенсивность радиации жидкости, которая подвергается адсорбции адсорбентом, если выбираются соответствующий адсорбент и соответствующее количество жидкости, может быть доведена до безопасного для среды обитания уровня без последующей обработки. Адсорбент и коагулянт, который используется при необходимости, отделяются от жидкости.

Смесь жидкости и адсорбента, которая адсорбирует радиоактивный материал, может транспортироваться без какой-либо обработки на место захоронения, где вода может испаряться естественным образом. Однако, поскольку количество радиоактивного материала в жидкости является ничтожно малым, адсорбент может быть отделен от жидкости, и только адсорбент может транспортироваться на окончательное место захоронения; окружающей среде не будет нанесено никакого ущерба, даже если жидкость выпускается или используется повторно без какой-либо обработки

Адсорбент, который адсорбировал радиоактивный материал, хранится в закрытом контейнере с контролем уровня радиации. Контейнер изготавливается из бетона, свинца или какого-либо другого материала, который может значительно уменьшить степень радиации высвобождаемой наружу. Использование бетона является предпочтительным. В этом случае контейнер представляет собой контейнер для хранения отходов на конечном месте захоронения отходов, если доза радиации адсорбента, который адсорбировал радиацию, является высокой. Если доза радиации адсорбента является низкой, адсорбент, который адсорбировал радиацию, может смешиваться с бетоном; например, такой бетон может использоваться в жилищно-гражданском строительстве и производстве строительных материалов, где бетон использовался изначально.

Процесс ферментации, выполняемый при необходимости

Если объект является растением, то в жидкости, которая была отделена от адсорбента, растворяется сахар. Процесс ферментации может выполняться за счет использования энзима. Энзимы, используемые для ферментации, могут быть, к примеру, дрожжами и метаногеном. Ферментация превращает объект в смесь продуктов ферментации, таких как спирт, альдегид и метан, сахара, вода и т.п. После продолжения ферментации до определенной степени ферментация может в дальнейшем не продолжаться, даже если имеется еще достаточное количество сахара. В этом случае продукты ферментации удаляются, и процесс ферментации выполняется далее. После процесса ферментации вода отделяется от продуктов ферментации. Способ отделения может варьироваться в зависимости от природы продуктов ферментации; например, в случае спирта выполняется дистилляция для получения спирта и воды. Вышеуказанный процесс может уменьшать молекулярные веса целлюлозы и лигнина за короткий промежуток времени и превращать вещества в отдельные клетки и моносахариды. Таким образом, может быть уменьшено время ферментации. В частности, в случае, когда процесс нагрева выполняется в докритическом состоянии воды, и затем выполняется процесс быстрого сброса давления, можно получить значительные эффекты. Полученные продукты ферментации соответствуют безопасному уровню и, следовательно, могут использоваться безопасным образом. Примеры применения включают в себя биотопливо, которое используется для производства энергии и т.п.

Этап испарения жидкости, в которой растворен радиоактивный материал

Ниже приводится описание этапа испарения водосодержащей жидкости вместо адсорбции радиоактивного материала в жидкости. В жидкости, которая была получена на этапе разделения на жидкую фракцию и твердую фракцию, растворен радиоактивный материал. Радиоактивный материал может конденсироваться посредством испарения жидкости. В качестве средства испарения используются хорошо известные средства, такие как нагрев, испарение при нормальной температуре или сушка при пониженном давлении. В этом случае может использоваться отработанное тепло теплоэлектростанции, атомной электростанции, мусоросжигательной установки и т.п. Что касается сушки при пониженном давлении, предпочтительно используется сублимационная сушка при пониженном давлении. Давление пара цезия ниже давления паров воды. Таким образом, жидкость замерзает и подвергается сушке при пониженном давлении. Если интенсивность радиации пара находится на безопасном уровне, пар может сбрасываться в атмосферу без обработки. Если интенсивность радиации пара не находится на безопасном уровне, пар собирается и замораживается, и повторно выполняется этап испарения при пониженном давлении. В результате интенсивность радиации пара может быть уменьшена до безопасного уровня. После испарения жидкости, оставшийся радиоактивный материал затвердевает, например, с резиной или бетоном, и подвергается агрегации. На этом этапе концентрирования не используются никакие адсорбенты; радиоактивный материал может агрегироваться в малом количестве, что ведет к улучшению характеристик агрегации.

Ниже приводится описание обрабатывающего устройства по другому варианту выполнения настоящего изобретения на основе приложенных чертежей.

На фиг. 1 показан первый вариант выполнения обрабатывающего устройства по настоящему изобретению. Настоящий вариант выполнения включает в себя: нагревательное обрабатывающее устройство 100, которое обрабатывает водосодержащую жидкость и объект, в который абсорбируется радиоактивный материал в состоянии, когда температура меньше критической температуре или равна критической температуре, и давление выше давления насыщенного пара водосодержащей жидкости или равно этому давлению;

устройство 200 сброса давления, которое сообщается с обрабатывающим устройством 100 и имеет пространство, которое позволяет сбрасывать давление до нормального давления, или устройство 200 сброса давления и конденсационные устройства 300, которые конденсируют дополнительное количество парообразной водосодержащей жидкости, если давление не может быть сброшено до нормального давления;

разделительное устройство 400, которое разделяет смесь объекта и водосодержащей жидкости на жидкую фракцию и твердую фракцию; и

адсорбционное устройство 500, которое добавляет адсорбент, поглощающий радиоактивный материал, в отделяемую жидкость, так чтобы радиоактивный материал адсорбировался в адсорбент для отделения радиоактивного материала от жидкости.

Нагревательное обрабатывающее устройство 100

Как показано на фиг. 3, нагревательное обрабатывающее устройство 100 включает в себя герметично закрытый контейнер 101, в котором выполняется процесс; нагреватель 102, который нагревает контейнер 101; приемный бункер 103, через который объект и водосодержащая жидкость поступают в контейнер 101; клапан 104, который расположен между впускным бункером 103 и контейнером 101; и шаровой клапан 105, который открывается и закрывается между контейнером 101 и устройством 200 сброса давления. Нагреватель 102 нагревает теплоноситель и нагревает контейнер с помощью рубашки, прикрепленной к наружной стороне контейнера. Если способ нагрева отличается от способа, показанного на схеме, предусматривается способ установки нагревателя внутри контейнера, так чтобы обеспечить непосредственный нагрев веществ внутри контейнера. Другой способ предусматривает непосредственный нагрев снаружи контейнера, используя нагреватель, прикрепленный с наружной стороны контейнера 101. Еще один способ предусматривает нагрев теплоносителя с помощью нагревателя и непосредственный нагрев веществ внутри контейнера с помощью нагревательной трубы или нагревательной панели, установленной внутри контейнера. Другой способ нагрева предусматривает способ использования сопла для нагнетания насыщенного пара водосодержащей жидкости в контейнер 101 и нагнетание насыщенного пара водосодержащей жидкости через сопло и нагрев и нагнетание давления до тех пор, пока не будут достигнуты заданные температура и давление. Кроме того, может использоваться комбинация нагрева с помощью нагревателя, теплоносителя и т.п. с наружной стороны и нагрева посредством нагнетания насыщенного пара водосодержащей жидкости. Быстрый сброс давления служит причиной возникновения высвобождающейся инерционной силы веществ внутри контейнера при быстрой выгрузке веществ, и внутреннее давление может временно становиться близким к вакууму. В этом случае, конкретно в случае со способом непосредственного нагрева веществ в контейнере, к внутреннему нагревателю, внутреннему трубчатому нагревателю или нагревательной панели может прикладываться резкое значительное усилие. Соответственно, существует необходимость принятия достаточных мер для удерживания внутренних компонентов в условиях вакуума и образования потока веществ. К примеру, для усиления крепления компонентов эти компоненты могут быть непосредственно приварены к внутренней поверхности контейнера; или внутри контейнера могут быть приварены установочные кронштейны, и компоненты могут быть прикреплены усиленными болтами и гайками; или может быть предусмотрена форма, которая не препятствует течению веществ, выгружаемых из контейнера, например, обтекаемая форма; или должна быть предусмотрена траектория течения выгружаемых веществ, исключающая накапливание давления. Такие меры являются необходимыми.

Устройство 200 сброса давления

Как показано на фиг. 4, устройство 200 сброса давления включает в себя клапан, предпочтительно, шаровой клапан 105, который открывается и закрывается между устройством 200 сброса давления и контейнером 101; выдувной резервуар 201, который представляет собой герметично закрытое пространство; и промывочное средство, которое крепится к внутренней стенке выдувного резервуара 201 и является, к примеру, распылительным разбрызгивателем 202. Помимо вышеуказанных компонентов выдувной резервуар 201 является пространством, в которое сбрасывается давление. Если обрабатываются большие количества веществ, и если подготовлено некоторое количество контейнеров, может использоваться общий выдувной бак 201; в этом случае объект в каждом контейнере направляется в общий выдувной бак 201. Во время этого процесса часть радиоактивного материала растворяется в водосодержащей жидкости, в то время как остальной материал может приставать к объекту, который размельчается в результате резкого сброса давления и пристает к стенке выдувного бака 201. В последнем случае радиоактивный материал может растворяться в воде, когда внутренняя сторона выдувного бака 201 иногда промывается водой, и направляться на следующий этап обработки. Когда выдувной бак 201 увеличивается в размере, происходит резкое расширение объема; поскольку расширение объема происходит адиабатически, температура объекта в выдувном баке уменьшается в достаточной степени, и давление приходит к нормальному давлению. Температура снижается еще больше, когда внутренняя сторона выдувного бака увеличивается в размере. Кроме того, если внутренняя сторона выдувного бака соединена с устройством 700 понижения давления (фиг. 1), и давление уменьшается, температура еще больше падает при увеличении степени понижения давления. Устройство 700 понижения давления может заблаговременно уменьшать давление в выдувном баке. В этом случае внутри выдувного бака обычно не содержится никаких радиоактивных материалов. Таким образом, воздух может выпускаться наружу. Если радиоактивный материал может приставать к внутренней стенке выдувного бака 201 и т.п. после повторного использования выдувного бака 201, в выпускном канале устройства понижения давления может быть предусмотрено устройство отделения влаги, такое как влагоуловитель или фильтр.

Конденсационные устройства 300

В качестве конденсационных устройств 300 используются широко известные конденсационные устройства, например, устройства с водяным охлаждением, испарительного типа и с воздушным охлаждением, и такие как кожухотрубный конденсатор, двухтрубный конденсатор и конденсатор из оребренных труб. Конденсаторы обеспечивают необходимое количество ступеней. На фиг. 1 показан пример трехступенчатого кожухотрубного конденсатора. На первой и второй ступенях используется хладагент с одинаковой температурой. На последнем третьем этапе используется низкотемпературный хладагент. Главный конденсатор работает на первой ступени, и небольшое количество жидкости, которая еще не конденсировалась, конденсируется на второй ступени. На третьей ступени используется низкотемпературный хладагент для обеспечения окончательной конденсации. Кроме того, обычно требуется глушитель для подавления шума, возникающего при ударном нагружении во время резкого сброса давления. Однако по настоящему изобретению, когда требуется конденсационное устройство, это конденсационное устройство служит в качестве глушителя. Таким образом, глушитель не является необходимым. Если существует необходимость сброса давления наружу, после конденсатора может быть установлен клапан сброса давления с влагоуловителем или фильтром, который удаляет водосодержащую жидкость, которая содержит радиоактивный материал.

Разделительное устройство 400, разделяющее смесь объекта и водосодержащей жидкости на жидкую фракцию и твердую фракцию

В качестве разделительного устройства для разделения твердой фракции и жидкой фракции может использоваться широко известное устройство для разделения твердой фракции и жидкой фракции, включая фильтр, отжимной пресс, шнековый пресс, центрифуга и фильтр-пресс.

Адсорбционное устройство 500, которое добавляет адсорбент, поглощающий радиоактивный материал, в жидкость, так чтобы радиоактивный материал адсорбировался в адсорбент

В качестве адсорбционного устройства 500, которое использует адсорбент для адсорбции радиоактивного материала, используются широко известные средства, включающие в себя: устройство, в котором жидкость проходит через колонну, наполненную адсорбентом; и устройство, которое направляет адсорбент в перемешивающее устройство для перемешивания. После процесса адсорбции выполняется процесс разделения жидкости и адсорбента посредством центрифугирования, фильтрации или какого-либо другого способа, в зависимости от физических свойств адсорбента. На фиг. 5 показан пример вышеуказанного процесса. Адсорбционное устройство 500 включает в себя смесительный бак 501, в котором поступают адсорбент, адсорбирующий радиоактивный материал, растворенный в жидкости, используемое при необходимости вещество для коагулирования примесей с их последующим осаждением и жидкость, и который включает в себя перемешивающее устройство для перемешивания и смешивания этих веществ; сепаратор 502 жидкой фракции и твердой фракции, который отделяет жидкую фракцию от твердой фракции, таких как адсорбент и коагулянт, которые используются при необходимости; и контейнеры 503 для хранения, в которых хранятся жидкая фракция и твердая фракция.

На фиг. 2 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. Некоторые компоненты являются такими же, как и компоненты фиг. 1. Это вариант выполнения отличается от варианта выполнения фиг. 1 тем, что вместо использования адсорбционного устройства 500 в конце процесса используется устройство 600 выпаривания (устройство концентрирования). Что касается конкретного устройства выпаривания, то используется широко известное устройство.

Пример 1

Стебли подсолнуха (Vincent Tangerine) были срезаны у основания стебля. Концы стеблей были погружены на четыре дня при нормальной температуре в 80 г воды, в которой было растворено 3,923 мг цезия-133. Затем был выполнен гидротермальный процесс (процесс нагрева). Гидротермальный процесс выполнялся при температуре 120 градусов Цельсия и давлении 0,2 МПа в течение 30 минут. В преддверии этого процесса температура и давление линейно повышались от нормального давления и нормальной температуры до температуры 120 градусов Цельсия и давления 0,2 МПа. После гидротермального процесса давление и температура были доведены до нормального давления и нормальной температуры. После этого к 10 мл гидротермально обработанной жидкости было добавлено 0,1 г ферроцианида двухвалентного железа (имеющегося в продаже пигмента «берлинская лазурь») и перемешано. После процесса перемешивания был использован коагулянт «Ion Reaction N» (имеющийся в продаже продукт, выпускаемый компанией Saiseisha), и ферроцианид двухвалентного железа был подвергнут коагулированию и осаждению. Затем для фильтрации был использован мембранный фильтр 0,20 мкм (RC15), и фильтрат был подвергнут центрифугированию при частоте вращения 10000 об/мин в течение 10 минут и был разбавлен водой, количество которой в 1000 раз превышало количество фильтрата. Затем для измерения содержания цезия в фильтрате был использован способ ICP-MS. Результаты приведены в таблице 1 (см. колонку «Жидкость» под заголовком «После гидротермального процесса»).

После вышеуказанного гидротермального процесса остатки были подвергнуты сушке при температуре 110 градусов Цельсия в течение 16 часов. Затем 0,1 г высушенных веществ было растворено в 5 мл концентрированной азотной кислоты, и для увеличения скорости растворения были использованы ультразвуковые волны. Затем вещества были разбавлены до 1000 мл, и для измерения содержания цезия в остатках был использован способ ICP-MS. Результаты приведены в таблице 1 (см. колонку «Твердая фракция» под заголовком «После гидротермального процесса»). В таблице 1 твердая фракция означает подсолнух или твердую фракцию после гидротермального процесса; жидкая фракция означает воду, используемую для погружения, или жидкость после гидротермического процесса.

Примеры 2-6

За исключением того, что температура и давление гидротермического процесса были изменены, как показано в таблице 1, примеры 2-6 были выполнены способом, аналогичным примеру 1. Результаты показаны в таблице 1. Согласно таблице гидротермальный процесс был выполнен на твердой фракции (стеблях подсолнуха) после того как твердая фракция была погружена в воду в течение четырех дней. Таким образом, содержание цезия в гидротермально обработанной твердой фракции вместе с содержанием цезия в гидротермально обработанной жидкости, по существу, равно количеству содержания цезия после погружения твердой фракции в течение четырех дней. Однако вследствие выполнения микроанализа и потерь на восстановление, результаты имели погрешность (примерно несколько десятых процента). Понятно, что когда температура гидротермического процесса приближается к 250 градусам Цельсия, что максимально увеличивает количество продукта ионного обмена, содержание цезия в твердой фракции уменьшается и переходит в жидкую фракцию.

Пример 7

В качестве объекта использовался осадок сточных вод, взятый на месте захоронения отходов в Хорикава, г. Фукусима. В 31,1 г осадка сточных вод содержался радиоактивный цезий с радиоактивностью 3110 Бк (примерно 100000 Бк на кг; 75% составляла вода при 6 г твердой фракции). Осадок сточных вод был смешан с 93,1 г воды и помещен в автоклав для выполнения гидротермального процесса. Что касается автоклава, то использовался микрореактор высокого давления 500 см³ (производства компании Omlabotech Co., Ltd.). Что касается гидротермального процесса, время, в течение которого температура поднималась от нормальной температуры до 260 градусов Цельсия, составляло 60 минут и при давлении 4 МПа, температура равнялась 260 градусам Цельсия; время выдержки составляло 30 минут; время охлаждения, необходимое для доведения температуры от 260 градусов Цельсия до нормальной температуры составляло 90 минут. После гидротермального процесса для фильтрации использовалась нейлоновая сетка (150 мкм). Фильтрат имел массу 94,2 г и радиоактивность 1680 Бк (примерно 1800 Бк на кг); остаток имел массу 16,3 г и радиоактивность 1077 Бк (примерно 66000 Бк на кг).

Как описано ниже, фильтрат был очищен фактически на 100%. Таким образом, если уровень удаления загрязнений был определен как (радиоактивность в беккерелях перед вышеуказанным процессом удаления загрязнений - радиоактивность в беккерелях в остатке после вышеуказанного процесса удаления) / радиоактивность в беккерелях перед вышеуказанным процессом удаления загрязнений, то на этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 66%.

Затем остаток был промыт водой. Промывка водой выполнялась как промывка с перемешиванием: к 16,3 г остатка за 30 раз было добавлено 438 г воды. Затем, как в вышеописанном случае, для фильтрации была использована нейлоновая сетка. Фильтрат имел массу 443 г и радиоактивность 600 Бк (примерно 1350 Бк на кг); остаток имел массу 7,5 г и радиоактивность 357 Бк (примерно 47600 Бк на кг). На этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 89%.

Затем два вышеуказанных фильтрата были смешаны, затем в фильтраты были добавлены 1% ферроцианид двухвалентного железа и 0,8% коагулянта «Ion Reaction P» (имеющегося в продаже продукта, выпускаемого компанией Saiseisha) и растворы были перемешаны. Затем как в вышеописанном случае, для фильтрации была использована нейлоновая сетка. Фильтрат имел массу 490 г и радиоактивность 50 Бк (примерно 102 Бк на кг); остаток имел массу 45 г и радиоактивность 1953 Бк (примерно 43400 Бк на кг). На этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 98%. Радиоактивность в фильтрате в итоге была уменьшена примерно до 100 Бк/кг.

Из 31,1 г осадка сточных вод на начальном этапе 75% были водой примерно с 6 г твердой фракции. Однако большая часть этой твердой фракции представляло собой микроорганизмы. С другой стороны, из 45 г конечного остатка 95% и более были водой с 2 г твердой фракции. Поскольку во время гидротермального процесса сотовые мембраны были разрушены, было принято, что большая часть этой твердой фракции является глиной.

Было установлено, что процесс по настоящему изобретению превращает 31,1 г осадка сточных вод в 2 г твердой фракции за счет удаления воды, и что радиоактивный материал также агрегируется.

Пример 8

В качестве объекта использовались 30,0 г почвы с интенсивностью радиации радиоактивного цезия, равной 1650 Бк (примерно 55000 Бк на кг); почва была взята в деревне Иидате, префектура Фукусима. Интенсивность радиации была измерена с помощью германиевого дозиметра. Почва была смешана с 90,1 г воды и была помещена в автоклав для выполнения (гидротермального) процесса нагрева. В качестве автоклава использовался микрореактор высокого давления 500 см³ (производства компании Omlabotech Co., Ltd.). Подробные характеристики гидротермического процесса приведены ниже; время, в течение которого температура поднималась от нормальной температуры до 260 градусов Цельсия, составляло 60 минут, при давлении 4 МПа, когда температура равнялась 260 градусам Цельсия; время выдержки составляло 30 минут; время охлаждения, необходимое для доведения температуры от 260 градусов Цельсия до нормальной температуры составляло 90 минут. После гидротермального процесса для фильтрации использовалась нейлоновая сетка (150 мкм). Фильтрат имел массу 68,6 г и радиоактивность 960 Бк (примерно 13990 Бк на кг); остаток (содержащий воду) имел массу 18,5 г и радиоактивность 690 Бк (примерно 37300 Бк на кг). Фильтрат был обработан фактически на 100%. Таким образом, если уровень удаления загрязнений был определен как (радиоактивность в беккерелях перед вышеуказанным процессом удаления загрязнений - радиоактивность в беккерелях в остатке после вышеуказанного процесса удаления) / радиоактивность в беккерелях перед вышеуказанным процессом удаления загрязнений, то на этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 58,2%.

Затем остаток был промыт водой. Промывка водой выполнялась как промывка с перемешиванием: к 18,5 г остатка за 20 раз и более было добавлено 400 г воды. Затем, как в вышеописанном случае, для фильтрации была использована нейлоновая сетка. Фильтрат имел массу 385,3 г и радиоактивность 380 Бк (примерно 986 Бк на кг); остаток (содержащий воду) имел массу 14,2 г и радиоактивность 340 Бк (примерно 23940 Бк на кг). На этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 79,4%. Таким образом, количество радиоактивного материала в остатке было уменьшено. Следовательно, остаток мог быть возвращен в среду обитания без какой-либо последующей обработки или после смешивания с небольшим количеством незагрязненной почвы.

Затем два вышеуказанных фильтрата были смешаны. Затем в фильтраты был добавлен 0,2% ферроцианид двухвалентного железа и 0,2% коагулянта «Ion Reaction P» (имеющегося в продаже продукта, выпускаемого компанией Saiseisha) и растворы перемешаны. Во время этого процесса радиоактивный цезий, растворенный в фильтратах, был адсорбирован ферроцианидом двухвалентного железа и был осажден коагулянтом. Затем как в вышеописанном случае, для фильтрации была использована нейлоновая сетка. Фильтрат имел массу 417 г и радиоактивность 40 Бк (примерно 96 Бк на кг); остаток коагулированного и осажденного фильтрата (содержащий воду) имел массу 32 г и радиоактивность 1210 Бк (примерно 37813 Бк на кг). На этом этапе уровень удаления загрязнений составлял 98%. Радиоактивность в фильтрате в итоге была уменьшена примерно до 100 Бк/кг.

Пример 9

Пример 9 отличался от примера 8 тем, что вместо 50,1 г воды использовались 150 г воды; и вместо автоклава использовалось машина для расширения зерна Yoshimura-типа (производства Puffed-cereal machine sales Co., Ltd.). Почва и вода помещались в бак (отверстие бака, закрытое крышкой, имело круглую форму диаметром 7 см, и объем бака составлял 600 см). С наружной стороны бак быстро нагревался пропаном, так чтобы температура поверхности бака равнялась 200 - 210 градусам Цельсия при давлении 2,0 - 2,4 МПа. Указанная температура поддерживалась в течение десяти и еще нескольких минут. Температура поверхности бака измерялась снаружи бака бесконтактным термометром. Затем для нанесения ударов по скобе фиксатора был использован деревянный молоток; скоба фиксатора была предназначена для жесткого крепления корпуса бака к крышке бака. В результате давление было сразу сброшено в короб, продолжающийся от отверстия машины для расширения зерна. Отношение площади отверстия примерно 50 см² к объему 600 см пространства для выполнения процесса нагрева бака машины для расширения зерна составляло примерно 0,08/см. Короб, выполненный из стали (толщиной 1,2 мм), представлял собой прямоугольный параллелепипед размерами 60х60х120 см и содержал пластиковый контейнер (выполненный из полистирола толщиной 5 мм), который представлял собой прямоугольный параллелепипед размерами 35×35×120 (глубина) см. Пластик был поврежден во время сброса давления; реактант, приставший к поверхности стенки короба, был протерт безворсовыми салфетками Kimwipes (зарегистрированная торговая марка) и восстановлен. Интенсивность радиации обрабатываемой почвы составляла 8700 Бк/кг. В этом примере фильтрат, соответствующий фильтрату из примера 8, был рассеян как водяной газ. Если бы водяной газ был охлажден и превращен в жидкость и был бы использован адсорбент, как в случае примера 8, можно было бы ожидать получения результатов, подобных результатам из примера 8. В этом примере интенсивностью радиации почвы 55000 Бк/кг была снижена до 9000 Бк/кг и менее или до одной шестой и менее интенсивности радиации перед выполнением процесса.

Пример 10

Количество почвы составляло 150 г, и количество воды составляло 150 г, как в случае примера 9. Поверхность воды в баке могла на 20% превышать поверхность почвы. В остальном процесс выполнялся как в примере 9. Интенсивность радиации после выполнения процесса составляла 20000 Бк/кг или примерно половину и более интенсивности радиации необработанной почвы.

Пример 11

Количество почвы составляло 200 г, и количество воды составляло 150 г, как в случае примера 9. Поверхность воды в баке могла немного превышать поверхность почвы. В остальном процесс выполнялся как в примере 9. Интенсивность радиации после выполнения процесса составляла 22500 Бк/кг или примерно половину интенсивности радиации необработанной почвы.

Сравнительный пример 1

Сравнительный пример 1 был выполнен таким же образом, как и пример 8, за тем исключением, что не выполнялся процесс нагрева. Интенсивность радиации в остатке (содержащем воду) после промывки водой составляла 720 Бк в 27,4 г (примерно 26280 Бк на кг). Уровень удаления загрязнений составлял 56,4%. По сравнению со случаем, когда был получен уровень удаления загрязнений 79,4% с выполнением процесса нагрева, уровень удаления загрязнений был пониженным.

Сравнительный пример 2

Сравнительный пример 2 отличался от примера 9 тем, что вместо 150 г воды было использовано 7 г воды; 7 г воды были количеством, эквивалентным количеству насыщенного водяного пара в баке емкостью 600 см при 200-210 градусах Цельсия. Вода, содержащаяся в системе, была только водой и водяным паром, содержащимися в почве. Количество воды было недостаточным для погружения почвы. Этот пример был квазиэкспериментом, который выполнялся при одинаковых условиях для образования пара. Остальная часть процесса выполнялась как в примере 9. Однако, поскольку нагрев фактически выполнялся посредством использования пропановой газовой горелки, температура не регулировалась; в результате температура повысилась до 297 градусов Цельсия. Интенсивность радиации обработанной почвы составляла 115000 Бк/кг. Причина, по которой интенсивность радиации была выше интенсивности радиации необработанной почвы, предположительно состояла в том, что могло иметь место испарение, поскольку в необработанной почве содержалась вода. По сравнению с вышеприведенными примерами понятно, что образование пара не может обеспечивать очистку от загрязнений, и большая часть почвы должна быть покрыта водосодержащей жидкостью.

Пример 12

30,6 г золы мусоросжигательной установки с радиоактивностью 1385 Бк (интенсивностью радиации 45300 Бк/кг), которые были объектом, и 160,4 г горячей воды были помещены в бак машины для расширения зерна Yoshimura-типа (производства Puffed-cereal machine sales Co., Ltd.). Отверстие бака имело круглую форму диаметром примерно 5 см; объем бака составлял 600 см³. Отверстие было закрыто крышкой. С наружной стороны бак быстро нагревался пропаном, так чтобы температура поверхности бака равнялась примерно 240 градусам Цельсия при давлении 2 МПа; это состояние поддерживалось в течение пяти минут. Температура поверхности бака измерялась снаружи бака бесконтактным термометром. Затем для нанесения ударов по скобе фиксатора был использован деревянный молоток; скоба фиксатора была предназначена для жесткого крепления корпуса бака к крышке бака. В результате давление было сразу сброшено в стальной короб, внутренняя сторона которого представляла собой контейнер из восстановленного полистирола с отверстием, обращенным к машине для расширения зерна. Отношение площади отверстия примерно 50 см² к объему 600 см³ пространства для выполнения процесса нагрева бака машины для расширения зерна составляло примерно 0,08/см. Полистироловый контейнер представлял собой прямоугольный параллелепипед толщиной 5 мм с размерами 55×55×120 (глубина) см. Стальной короб представлял собой прямоугольный параллелепипед толщиной 1,2 мм с размерами 60×60×120 см. Обработанная зола мусоросжигательной установки, приставшая к поверхности стенки короба была протерта безворсовыми салфетками Kimwipes (зарегистрированная торговая марка) и восстановлена; были получены 31,9 г золы мусоросжигательной установки, и интенсивность радиации составляла 8390 Бк/кг. В баке не было никакого остатка. Большая часть вылитой горячей воды была рассеяна в виде пара. В этом примере рассеянный пар не был охлажден и доведен до жидкого состояния с целью восстановления. Разумеется, если бы такая операция была выполнена, радиоактивный цезий, растворенный в воде, адсорбировался бы адсорбентом. 31,9 г восстановленного вещества были рассеяны в 301,2 г горячей воды и перемешаны; разделение на твердую фракцию и жидкую фракцию было выполнено с помощью фильтровальной бумаги (N 1). Фильтрат имел массу 251,2 г и радиоактивность 181 Бк, и его интенсивность радиации составляла 720 Бк/кг. Радиоактивный цезий, растворенный в фильтрате, был адсорбирован адсорбентом и восстановлен. Остаток фильтрата (твердая фракция) за счет содержащейся воды имел массу 72 г и интенсивность радиации 1340 Бк/кг. Интенсивность радиации исходной золы мусоросжигательной установки 45300 Бк/кг была снижена до 1340 Бк/кг, т.е. примерно 97% радиоактивного загрязнения, содержавшегося в золе мусоросжигательной установки, было удалено.

Пример 13

Тепловой процесс был выполнен как в примере 12; вещества были естественным образом охлаждены в течение суток, температура и давление были доведены до нормальной температуры и нормального давления. Фильтрация и промывка водой были выполнены, как в примере 12. В результате интенсивность радиации остатка фильтрата (содержания твердой фракции) составляло 2984 Бк/кг; примерно 93% радиоактивного загрязнения, содержавшегося в золе мусоросжигательной установки, было удалено.

Сравнительный пример 3

В отличие от примера 12 тепловой процесс не выполнялся; сравнительный пример 3 был выполнен с целью установить, насколько могло бы уменьшиться радиоактивное загрязнение только с помощью промывки водой. 30,6 г такой же золы мусоросжигательной установки, как в примере 12, были рассеяны в 74,9 г горячей воды и перемешаны; фильтрация выполнялась с помощью фильтровальной бумаги №1. 16,5 г горячей воды были в дальнейшем добавлены к остатку и аналогичным образом были перемешаны и отфильтрованы. Остаток имел радиоактивность 325 Бк и имел массу 46,0 г, содержащую воду, и интенсивность радиации 7065 Бк/кг. Из золы мусоросжигательной установки было удалено только примерно 85% радиоактивного загрязнения. Промытая водой зола мусоросжигательной установки снова была промыта водой подобным образом; было установлено, что интенсивность радиации не уменьшилась.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может использоваться для возврата окружающей среды, загрязненной радиоактивным материалом, к ее исходному состоянию.

Пояснение к ссылочным номерам

100: нагревательное обрабатывающее устройство

200: устройство сброса давления

300: конденсационное устройство

400: разделительное устройство

500: адсорбционное устройство, которое добавляет адсорбент для адсорбции радиоактивного материала

600: устройство выпаривания (устройство концентрирования).

Группа изобретений относится к способу и устройству для уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня. Способ уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня содержит объект, который является, по меньшей мере, объектом, выбранным из группы, состоящей из организма, осадка сточных вод, почвы и золы мусоросжигательных установок. Объект подвергают стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления, выбранной из группы, состоящей из этапа нагрева объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре воды, водорастворимой жидкости или смеси воды и водорастворимой жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости. Имеется также обрабатывающее устройство для уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте. Группа изобретений позволяет удалить радиоактивный материал из объекта, после обработки объект может быть возращен в среду обитания. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 13 пр.

1. Способ уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня, отличающийся тем, что он содержит:
объект, который является, по меньшей мере, объектом, выбранным из группы, состоящей из организма, осадка сточных вод, почвы и золы мусоросжигательных установок;
подвергают стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления, выбранной из группы, состоящей из этапа нагрева объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре воды, водорастворимой жидкости или смеси воды и водорастворимой жидкости (далее «вода, водорастворимая жидкость или смесь воды и водорастворимой жидкости» именуются как «водосодержащая жидкость») и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости, причем объект погружают в водосодержащую жидкость так, что водосодержащая жидкость покрывает объект или ее количество больше и затем сброса давления, этапа размещения объекта для воздействия давления и резкого сброса давления, причем объект погружают в водосодержащую жидкость так, что водосодержащая жидкость покрывает объект или ее количество больше, и этапа нагрева водосодержащей жидкости и объекта в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости, причем объект погружают в водосодержащую жидкость так, что водосодержащая жидкость покрывает объект или ее количество больше и последующего резкого сброса давления; и
стадии разделения смеси объекта и водосодержащей жидкости на жидкую фракцию и твердую фракцию после стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед стадией нагрева/нагнетания давления/сброса давления к объекту добавляют водосодержащую жидкость, и на стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления объект погружают в водосодержащую жидкость так, что водосодержащая жидкость покрывает объект или ее количество больше.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что водосодержащая жидкость является водой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этап адсорбции с использованием адсорбента для адсорбции радиоактивного материала в отделяемой жидкости.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в случае, когда объект является растением, дополнительно содержит этап ферментации для выполнения ферментации жидкости, из которой удален адсорбент.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этап концентрирования для концентрирования радиоактивного материала посредством испарения отделяемой жидкости.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на этапе концентрирования жидкость замораживают.

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что на этапе концентрирования жидкость испаряют под уменьшенным давлением.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления давление сбрасывают в герметично закрытое пространство до нормального давления.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадии нагрева/нагнетания давления/сброса давления, если давление не может быть сброшено до нормального давления, выполняют этап конденсации для конденсации газообразной водосодержащей жидкости, так чтобы отходящий газ не выпускался наружу.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап разделения включает в себя отжатие на фильтр-прессе, по меньшей мере, части твердой фракции объекта.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этап промывки водой твердой фракции, выполняемый с помощью отжатия на фильтр-прессе.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть твердой фракции объекта содержит мелкие частицы твердой фракции объекта.

14. Обрабатывающее устройство для уменьшения содержания радиоактивного материала в объекте, содержащем радиоактивный материал, до безопасного для среды обитания уровня, отличающееся тем, что оно содержит:
нагревательное обрабатывающее устройство, которое включает в себя контейнер, в котором выполняют процесс нагрева, нагреватель, который нагревает контейнер, приемный бункер, через который водосодержащая жидкость и объект, который представляет собой, по меньшей мере, один объект, выбранный из группы, состоящей из организма, осадка сточных вод, почвы и золы мусоросжигательных установок, поступают в контейнер, и клапан, который расположен между впускным бункером и контейнером;
устройство сброса давления, которое сообщается с контейнером и имеет пространство, которое позволяет сбрасывать давление;
клапан, который открывается и закрывается между устройством сброса давления и контейнером;
разделительное устройство, которое разделяет смесь объекта и водосодержащей жидкости на жидкую фракцию и твердую фракцию;
контейнер герметично уплотнен посредством закрывания клапана, расположенного между впускным бункером и контейнером, и закрывания клапана, который открывается и закрывается между устройством сброса давления и контейнером, и нагрев объекта и водосодержащей жидкости выполняют в состоянии, когда температура меньше или равна критической температуре водосодержащей жидкости, и давление больше или равно давлению насыщенного пара водосодержащей жидкости, когда водосодержащая жидкость покрывает объект или ее количество больше.

15. Обрабатывающее устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство концентрирования, которое концентрирует радиоактивный материал посредством испарения отделяемой жидкости.

16. Обрабатывающее устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство адсорбции, которое использует адсорбент для адсорбции радиоактивного материала.

17. Обрабатывающее устройство по п. 14, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит устройство конденсации, которое конденсирует оставшуюся водосодержащую жидкость после сброса давления в нагревательном обрабатывающем устройстве и/или устройстве сброса давления.

18. Обрабатывающее устройство по п. 14, отличающееся тем, что клапан, который открывается или закрывается между устройством сброса давления и контейнером, представляет собой шаровой клапан.