Способ очистки водных радиоактивных отходов Советский патент 1992 года по МПК G21F9/08 

Изобретение относится к технологии обращения с водными радиоактивными отходами (ВРО) ядерно-топливного цикла и может быть использовано при очистке ВРО атомных электростанций.

Известен способ очистки ВРО упариванием с последующей ионообменной доочи- сткой конденсата и контролируемым хранением кубовых остатков. Сущность метода упаривания заключается в создании новой паро-газовой фазы путем испарения из отходов воды и в концентрировании радионуклидов в исходной жидкой фазе. Очищенный от радионуклидов водяной пар затем конденсируют, получая таким образом очищенную воду. Недостатком способа является загрязнение конденсата присутствующими в ВРО легкокипящими органическими и неорганическими веществами, большинство которых высокотоксичны, в результате чего снижается общая эффективность очистки воды. Кроме того, низкое качество конденсата уменьшает время кампании ионообменных фильтров, что соответственно увеличивает объем вторичных радиоактивных отходов, подлежащих переработке и контролируемому хранению. Известен способ очистки воды от токсичных, в том числе летучих примесей озонированием, заключающийся в барботи- ровании через воду о зон со держащего газа. При этом содержащийся в газе озон, диффундируя в водную фазу, окисляет примеси до более простых, нелетучих и нетоксичных веществ.

Недостатками этого способа являются ограниченная скорость процесса, обусловленная слабой растворимостьюозона, а также необходимость использования специального оборудования - контактного аппарата и дегазатора остаточного озона для

8

О

Ј

реализации процесса. Кроме того, невысока степень использования озона.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки гидразинсодержа- щих сточных вод атомных электростанций. Этот способ предназначен для обработки растворов из охлаждающих контуров АЭС с целью удаления гидразина из сточных вод перед их упариванием и заключается в пропускании через сточную воду озоновоздуш- ной смеси с концентрацией озона не менее 10 г/м3 в присутствии йодистого калия, хлорида или сульфата марганца. После озонирования сточные воды подвергают дистилляции (упариванию), а образующийся кубовый остаток захоранивают.

Недостатками этого способа являются использование вспомогательных химических реагентов - солей металлов, что может привести к усложнению состава и увеличению объема кубовых остатков, неполное расходование озона на реакцию, необходимость использования дополнительной аппаратуры - контактного аппарата и дегазатора остаточного озона.

Целью изобретения является упрощение аппаратурного и технологического оформления процесса.

Указанная цель достигается путем исключения использования дополнительных химических реагентов, необходимости дегазации остаточного озона, а также использования дополнительного оборудования, предназначенного для реализации процесса озонирования отходов, при одновременном поддержании высокого качества конденсата, обеспечивающего возможность его безопасного сброса в природную среду или использования в системах оборотного водоснабжения. Озонсодержащий газ вводят в парогазовую фазу, образующуюся в выпарном аппарате.

Новизна предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в совмещении операций озонирования и упаривания в одном аппарате, т.е. в сокращении числа операций и осуществления одновременной очистки отходов от примесей различной природы - микропримесей (радионуклидов) и макропримесей (растворенных и эмульгированных токсичных органических и неорганических веществ).

При этом предварительное сопоставление параметров процесса упаривания с физико-химическими свойствами озона не позволяет сделать однозначный вывод о возможной эффективности предлагаемого процесса очистки. Можно лишь предположить, что в условиях, при которых реализуется технология упаривания отходов,

параллельно протекают несколько процессов, а именно: деструкция озона, диффузия озона в водную (капельножидкую) фазу с последующим взаимодействием с растворенными в ней примесями и наконец деструктивное окисление примесей в парообразном состоянии. Наблюдаемый эффект очистки может быть результатом конкуренции этих процессов и зависит от

0 соотношения между их динамическими параметрами. Это соотношение, в свою очередь, определяется папаметоами процесса упаривания и физико-химическими свойствами обрабатываемой воды.

5 Введение озона в парогазовую фазу обеспечивает эффективное окисление легкокипящих примесей непосредственно в этой фазе, в результате чего исключается диффузионная стадия процесса озонирова0 ния, которая из-за невысокой растворимости озона в воде обычно является стадией, ограничивающей скорость этого процесса. При этом исключается необходимость использования дополнительного оборудова5 ния для реализации процесса озонирования.

Образующиеся в результате взаимодействия озона с органическими примесями более простые и нетоксичные соединения

0 преимущественно органические кислоты различной основности имеют высокие температуры кипения и в силу этого наряду с радионуклидами попадают в кубовые остатки. Эти кубовые остатки - вторичные отходы

5 процесса упаривания имеют щелочную реакцию и, таким образом, органические кислоты в них связываются в соли. Технология обращения с остатками, ввиду их высокой радиоактивности, заключается в отвержде0 нии и контролируемом хранении.

Пример. Озоновоздушную смесь, содержащую 10 r/м3 озона, подавали в сепаратор выпарного аппарата при постоянной производительности последнего.

5 Упариванию подвергали 5 м3/ч водных радиоактивных отходов исследовательского реактора и радиохимических лабораторий, содержащих 80 г/м органических веществ, экстрагируемых хлороформом (ВЭХ), в том

0 числе 13 г/м3 нефтепродуктов, из них 10- 20% легкокипящих соединений, попадающих при упаривании в конденсат. В контрольных опытах в выпарной аппарат подавали сжатый воздух, не содержащий

5 озона, либо вообще не проводили наддув газа. Наряду с этим в дополнительных опытах проводили очистку отходов по технологии, описанной в прототипе: их сначала подвергали озонированию в контактном аппарате с высотой барботажного слоя 6 м, а

затем упаривали. Во всех опытах отбирали пробы конденсата сокового пара и определяли в них по стандартной методике содержание органических веществ. Результаты опытов представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы, введение озона в паро-газовую фазу, образующуюся в выпарном аппарате при упаривании водных радиоактивных отходов, приводит к такому же понижению концентрации нефтепродуктов в конденсате сокового пара до уровня ПДК (0,3 мг/л), какое наблюдается при использовании технологии очистки, описанной в прототипе.

Использование предлагаемого способа исключает необходимость использования дополнительного оборудования для реализации процесса озонирования; исключает необходимость очистки отходящих газов от остаточного непрореагировавшего озона; поддерживает высокую эффективность очистки ВРО от легкокипящих примесей упариванием без применения вспомогательных химических реагентов; обеспечивает практически полное расходование озона в про- цессе озонирования; увеличивает в 3 раза полезное использование озона; уменьшает

удельный расход озона на единицу массы окисляемых примесей в среднем в 10 раз; уменьшает удельный расход воздуха на единицу объема обрабатываемых отходов в 20- 50 раз; снижает пенообразование при упаривании радиоактивных отходов; обеспечивает полную локализацию органических примесей вместе с радионуклидами в кубовых остатках, образующихся в процессе упаривания отходов.

Предлагаемый способ не требует для своего осуществления сколько-нибудь существенных конструктивных изменений существующих серийных выпарных аппаратов и озонаторов. Он может найти применение в любых процессах очистки воды, осуществляемых с использованием упаривания, в частности при ее опреснении. Формула изобретения Способ очистки водных радиоактивных отходов, включающий озонирование и упаривание с получением конденсата и кубового остатка, отличающийся тем, что, с целью аппаратурного и технологичесхкого упрощения процесса, озонсодержащий газ вводят в паро-газовую фазу, образующуюся в выпарном аппарате.

Изобретение относится к способам переработки и очистки водных радиоактивных отходов. Целью изобретения является аппаратурное и технологическое упрощение процесса. Цель достигается тем, что озонсо- держащий газ вводят в парогазовую фазу, образующуюся в выпарном аппарате. Изобретение позволяет в 3 раза увеличить полезное использование озона, уменьшить его удельный расход на единицу массы окисляемых примесей в среднем в 10 раз, а удельный расход воздуха на единицу объема обрабатываемых отхрдов в 20-50 раз. 1 табл.