Способ переработки жидких радиоактивных отходов Российский патент 2023 года по МПК G21F9/06 

Описание патента на изобретение RU2809345C1

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов. Наиболее эффективно заявляемый способ может быть использован для переработки мало- и среднеминерализованных жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Известен способ комплексной переработки жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления, (патент RU 2101235, МПК G21F 9/12, опубликован 10.01.1998), включающий стадии пред очистки, обессоливания и концентрирования с разделением потоков на фильтрат с солесодержанием менее 0,5 г/дм3 и рассол с последующим его концентрированием до получения солей, перед получением солей проводят удаление радионуклидов из жидких радиоактивных отходов с помощью селективного неорганического сорбента, перед утилизацией отработанные сорбенты в колонне осушают, а утилизацию ведут путем помещения колонн вместе с осушенными сорбентами вертикально в контейнер.

Недостатком известного способа является высокая избирательность перерабатываемых ЖРО, а именно, что на переработку направляются растворы с концентрацией солей не более 0,5 г/дм3. Это значительно снижает область и эффективность применения предложенного способа.

Известен способ переработки нитратсодержащих жидких радиоактивных отходов (патент RU 2552845, МПК G21F 9/00, опубликован 10.06.2015), включающий в начальный период жидкие нитратсодержащие радиоактивные отходы с содержанием нитрат-ионов до 12 г/л подвергают биодеструкции за счет ферментативных процессов консорциумами денитрифицирующих микроорганизмов в течение не менее 2 суток при температуре от 20 до 30°С с добавлением в качестве источника углерода сахарозы в соотношении сахароза : нитрат = 1:1 в герметичной емкости, обеспечивающей анаэробные условия, при этом микроорганизмы восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного нерадиоактивного азота, который сбрасывается в атмосферу, и сорбируют радионуклиды, а также протекает биовосстановление радиоактивных трансвалентных металлов, после чего образовавшийся шлак биомассы отверждают неорганическим или полимерным матричным материалом.

Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса переработки ЖРО, значительные объемы получаемых конечных продуктов кондиционирования РАО и наличие в их объеме органической составляющей, что не соответствует установленным критерием приемлемости.

Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов (патент RU 2273066, МПК G21F 9/06, опубликован 27.03.2006), включающий выполнение предварительного отстаивания исходного потока жидких радиоактивных отходов с образованием надосадочной жидкости и шлама, надосадочную жидкость осветляют на механическом фильтре с образованием фильтрата, фильтрат разделяют ультрафильтрацией с образованием концентрата, при этом фильтрат перед ультрафильтрацией подвергают ионо-селективной сорбции, затем в него вводят ассоциирующие добавки, переводящие молекулярные и ионные формы оставшихся радионуклидов в коллоидные и агрегативные формы, при этом ультрафильтрацию осуществляют в принудительно-турбулентном режиме, а глубокое обессоливание диализата проводят в две стадии: на первой обратным осмосом с образованием потока промежуточного концентрата, который смешивают с рассолом, и дезактивированного раствора, а на второй стадии дезактивированный раствор подвергают электродеионированию.

Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса переработки ЖРО, что ведет к значительному увеличению капитальных и эксплуатационных затрат.

Наиболее близким прототипом по технической сущности к заявляемому способу переработки жидких радиоактивных отходов является способ очистки низкоактивных жидких радиоактивных отходов от радионуклидов (патент RU 2172032, МПК G21F 9/04, опубликован 10.08.2001), включающий стадии предочистки исходного раствора от посторонних примесей и их отделение от образующегося фильтрата с последующей доочисткой фильтрата отделением исходного раствора от примесей путем его пропускания через мембранный фильтрующий аппарат с вращающимися дисками, снабженными с двух сторон полупроницаемыми мембранами, выполненными в виде двухслойной пластины, в которой нижний слой изготовлен из пористого металла, имеющего толщину металлического слоя не более 0,2 мм и размер пор не менее 1,5 мкм, а верхний слой изготовлен из пористой керамики, в качестве которой использованы оксиды, нитриды, карбиды бориды металлов из ряда Ti, Zr, Mg или их смеси, с размером пор в ней не более 0,5 мкм и толщиной керамического слоя не более 10 мкм.

Недостатками известного способа являются:

- высокая стоимость переработки из-за использования в процессе сложно изготавливаемой полупроницаемой мембраны, выполненной из пористого металла, сопряженного с пористой керамикой сложного состава с высокими требованиями по величине формируемых пор и толщины керамического слоя;

- высокие капитальные и эксплуатационных затраты на переработку ЖРО ввиду сложности изготовления мембран и значительной стоимости используемых расходных материалов;

- сложность использования мембранного фильтрующего аппарата с вращающимися дисками в виду возможного быстрого закупоривание пор фильтрующего элемента.

Задачей изобретения является разработка способа дезактивации радиоактивных отходов, позволяющего очистить жидкие радиоактивные растворы от радионуклидов для дальнейшего использования жидкой фазы и снижения объемов, кондиционированных РАО, отправляемых на хранение/захоронение.

Поставленная задача решается за счет того, что жидкие радиоактивные отходы также, как и в прототипе, подвергают предварительной очистке на фильтрах грубой и тонкой очистки с получением фильтрата и твердых примесей (шлама). После чего примеси (шламы) отправляются на кондиционирование - цементирование или полимеризацию, а фильтрат подается в накопительную емкость. При необходимости величину рН фильтрата доводят до значения ниже 6 за счет добавления в него кислоты (например, азотной или соляной). Из накопительной емкости жидкая фаза направляется в установку прямого осмоса. Процесс прямого осмоса проводят при начальном значении рН раствора ниже бис начальным солесодержанием не более 16 г/л, при проницаемости мембраны в пределах от 0,2 до 0,5 м32⋅ч. Переработку одной порции фильтрата выполняют в течении не более 14 часов до момента достижения концентрации радионуклидов в пермеате менее 100 Бк/л. После чего «чистый» пермеат возвращают обратно в технологический процесс для дальнейшего использования, а концентрат направляют на кондиционирование.

Применение прямого осмоса для переработки радиоактивных отходов с указанными технологическими параметрами повышает эффективность очистки РАО по сравнению с прототипом, снижает образование вторичных радиоактивных отходов, упрощает внедрение процесса переработки ЖРО.

В предлагаемом способе возможно выполнение процесса прямого осмоса при переработке радиоактивных растворов с величиной рН не выше 4 и с начальным солесодержанием не более 8 г/л, при проницаемости мембраны в пределах от 0,3 до 0,6 м32⋅ч. Это позволяет активировать процесс переработки ЖРО. Это позволяет снизить время переработки до 12 часов при достижении концентрации радионуклидов в пермеате менее 100 Бк/л и сокращении объемов ЖРО в 10 раз.

Преимуществами заявляемого способа дезактивации радиоактивных отходов являются:

- повышенная эксплуатационная и экономическая эффективность переработки за счет снижения образования объемов вторичных радиоактивных отходов;

- техническая и технологическая простата применения способа очистки ЖРО, обеспечиваемые применением стандартизованного оборудования;

- расширение рамок перерабатываемых радиоактивных растворов по их солесодержанию и величине рН.

Указанные преимущества обеспечиваются тем, что процесс переработки ЖРО выполняется:

- при оптимальных начальных показателях очищаемых радиоактивных растворов при величине рН не выше 6 и солесодержании не более 16 г/л, что позволяет менее чем за 14 часов получить пермеат с удельной активностью не более 100 Бк/л;

- оптимальные параметры процесса прямого осмоса при проницаемости мембраны в пределах от 0,2 до 0,5 м32⋅ч позволяет значительно снизить объем вторичных РАО в 10 раз и материальных затрат на их окончательную локализацию.

Пример осуществления изобретения приведен ниже.

В качестве объекта переработки выполнялась очистка малосолевых ЖРО (солесодержание от 1,6 до 16 г/л) методом прямого осмоса. Начальная удельная активность ЖРО была на уровне ≈2000 Бк/л по 137Cs. Начальная величина рН ЖРО находилась в пределах от 6 до 8. Суммарный объем перерабатываемого радиоактивного раствора составлял 75 м3. Объем порций очищаемого ЖРО с различными показателями рН равнялся 25 м3.

Предварительно ЖРО подвергались очистке от примесей на дисковом фильтре с отделением шламов, которые направлялись на цементирование. Полученный фильтрат собирался в накопительной емкости. В объеме накопительной емкости значение рН направляемых на переработку радиоактивных растворов доводилось до требуемого технологического показателя. При этом на прямой осмос направляли низко солевые радиоактивные растворы с величиной рН:

- раствор ниже 6;

- ниже 4;

- с начальными показателями рН от 6-8 без подкисления.

После чего, растворы направлялись на установку обратного осмоса. Очистка трех различных по значению рН радиоактивных растворов выполняли при проницаемости мембраны в пределах от 0,2 до 0,6 м32⋅ч до момента достижения величины удельной активности в пермеате не более 100 Бк/л. Время переработки различных типов ЖРО составляло от 12 до 20 часов. Результаты выполненной переработки ЖРО представлены в таблице.

Очищенный пермеат возвращается в технологический процесс переработки РАО. А радиоактивный концентрат подвергается кондиционированию (например, включение в цементную матрицу) с получением конечного продукта, отвечающим критериям приемлемости для последующего долговременного хранения/захоронения.

Похожие патенты RU2809345C1

название год авторы номер документа
Способ переработки жидких радиоактивных отходов 2023
  • Веселов Евгений Иванович
  • Федотов Денис Анатольевич
RU2817393C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2007
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Федоров Денис Анатольевич
  • Савкин Александр Евгеньевич
  • Карлин Юрий Викторович
RU2342720C1
Способ переработки жидких радиоактивных отходов 2018
  • Слюнчев Олег Михайлович
  • Бобров Павел Александрович
  • Стариков Евгений Николаевич
  • Кичик Валерий Анастасьевич
RU2686074C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ВОДОЕМА, ЗАГРЯЗНЕННОГО РАДИОАКТИВНЫМИ И ВРЕДНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ 2011
  • Слюнчев Олег Михайлович
  • Кичик Валерий Анастасьевич
  • Бобров Павел Александрович
  • Стариков Евгений Николаевич
  • Иванов Иван Александрович
RU2455716C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1996
  • Пензин Р.А.
  • Шептунов В.С.
  • Лесохин Б.М.
  • Булыгин В.К.
  • Петров С.В.
RU2112289C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ НИЗКОАКТИВНЫХ РАСТВОРОВ 2005
  • Баторшин Георгий Шамилевич
  • Рябов Борис Иванович
  • Елсуков Сергей Николаевич
  • Пристинский Юрий Евгеньевич
  • Гужавин Владимир Иванович
  • Ровный Сергей Иванович
  • Глаголенко Юрий Васильевич
  • Гелис Владимир Меерович
  • Милютин Виталий Витальевич
RU2301466C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2000
  • Мартынов П.Н.
  • Богданович Н.Г.
  • Григорьев Г.В.
RU2189650C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2005
  • Чечельницкий Геннадий Моисеевич
  • Тишков Виктор Михайлович
  • Черемискин Владимир Иванович
  • Мухин Николай Александрович
  • Немцова Анна Васильевна
RU2286612C1
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 2004
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Пантелеев Владимир Иванович
  • Демкин Вячеслав Иванович
  • Адамович Дмитрий Викторович
  • Свитцов Алексей Александрович
RU2273066C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1996
  • Пензин Р.А.
  • Беляков Е.А.
  • Шведов А.А.
  • Евдокимов О.В.
  • Пичугин С.Н.
RU2118945C1

Реферат патента 2023 года Способ переработки жидких радиоактивных отходов

Изобретение относится к атомной энергетике и может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов. Способ переработки жидких радиоактивных отходов включает предварительную очистку исходного радиоактивного раствора с получением фильтрата и выделением примесей. Последующую доочистку фильтрата проводят с применением мембранного аппарата. Для очистки радиоактивного фильтрата применяют технологию прямого осмоса, при этом на очистку направляют радиоактивные растворы с величиной рН не выше 6 и с начальным солесодержанием не более 16 г/л, при обеспечении проницаемости мембраны в пределах от 0,2 до 0,5 м3/м2*ч. Изобретение позволяет повысить эффективность очистки РАО. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 809 345 C1

1. Способ переработки жидких радиоактивных отходов, включающий предварительную очистку исходного радиоактивного раствора с получением фильтрата и выделением примесей, с последующей доочисткой фильтрата с применением мембранного аппарата, отличающийся тем, что для очистки радиоактивного фильтрата применяют технологию прямого осмоса, при этом на очистку направляют радиоактивные растворы с величиной рН не выше 6 и с начальным солесодержанием не более 16 г/л, при обеспечении проницаемости мембраны в пределах от 0,2 до 0,5 м32⋅ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на очистку методом прямого осмоса направляют радиоактивные растворы с величиной рН не выше 4 и с начальным солесодержанием не более 8 г/л, при обеспечении проницаемости мембраны в пределах от 0,3 до 0,5 м32⋅ч.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2809345C1

СПОСОБ ОЧИСТКИ НИЗКОАКТИВНЫХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ 2000
  • Пензин Р.А.
  • Гелис В.М.
  • Трусов Л.И.
  • Милютин В.В.
  • Беляков Е.А.
  • Тарасов В.П.
  • Охрименко Е.А.
  • Булыгин В.К.
RU2172032C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1996
  • Пензин Р.А.
  • Беляков Е.А.
  • Шведов А.А.
  • Евдокимов О.В.
  • Пичугин С.Н.
RU2118945C1
СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Пензин Р.А.
  • Шведов А.А.
  • Шептунов В.С.
RU2101235C1
CN 104021834 B, 28.09.2016
WO 2016010239 A1, 21.01.2016.

RU 2 809 345 C1

Авторы

Веселов Евгений Иванович

Федоров Денис Анатольевич

Даты

2023-12-11Публикация

2023-04-24Подача