Современные методы очистки жидких радиоактивных отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Современные методы очистки жидких радиоактивных отходов

Красова К.С.,

Студентка 4 курса Факультета инженерных систем

и сооружений Кафедры Гидравлики водоснабжения и водоотведения

Аннотация

В статье автором рассматриваются методы современной очистки загрязнённыхприродных вод радиоактивными отходами.

Ключевые слова: радионуклиды, жидкие радиационные отходы, сорбционные методы очистки, мембранныеи термические.

Keywords: radionuclides, liquid radiation waste, sorption, membrane and thermal cleaning methods.

В процессе производственной деятельности человека образуются значительные количества техногенных отходов, в частности сточные воды, содержащие различные токсичные примеси.

В окружающую среду поступают загрязняющие радиоактивные вещества, которые подразделяются на естественные и техногенные. В основном естественные радионуклиды поступают в результате добычи, обогащения и переработки урановых руд. Такие радионуклиды как торий, уран, радий, радон относятся к естественным. Техногенные радиоактивные отходы образуются в процессе работы предприятий ядерного цикла, при эксплуатации судов атомного флота, АЭС, при производстве и использовании радиоизотопной продукции, а также при авариях. Попадая радионуклиды в природную воду вызывают ее радиационное загрязнение.

Выбирая метод очистки растворов от радионуклидов основным показателем является форма их существования в растворах. Выделяется пять форм существования радионуклидов в воде и водных растворах [1]:

1. ионное (простые и комплексные положительно и отрицательно заряженные мономерные и полимерные ионы);

2. молекулярное (незаряженные комплексы и нейтральные молекулы);

3. псевдоколлоидное (радионуклид сорбирован на коллоидных частицах с размером 0,001-0,1 мкм);

4. коллоидное (истинные коллоиды);

5. грубодисперсное (радионуклид ассоциирован с частицами более 0,1 мкм).

Для радионуклидов, которые попали в природные воды, как правило, характерны ионное, псевдоколлоидное и грубодисперсное состояния.

В зависимости от формы нахождения радионуклидов в водных растворах, выбираются определенные способы очистки. Для удаления ионных форм радионуклидов выбираются сорбционные методы; для очистки от коллоидной и псевдоколлоидной, и грубодисперсной форме - методы осаждения и мембранные методы (микро- и ультрафильтрация) [2]. Также применяются термические методы: в настоящее время на их основе работают очистные сооружения, перерабатывающие отходы, которые образуются при эксплуатации ядерных реакторов различного назначения, установок регенерации ядерного топлива и других объектов, использующих радиоактивные вещества.

Сорбционные методы очистки основаны на избирательном поглощении загрязняющих веществ в поверхностном слое сорбента (адсорбция) или в его объеме (абсорбция). В частности, для очистки воды используется процесс адсорбции, который может носить физический и химический характер. Отличие заключается в способе удержания адсорбируемого загрязнителя: с помощью сил молекулярного взаимодействия (физическая адсорбция) или благодаря образованию химических связей (химическая адсорбция или хемосорбция).Сорбцию проводят в специальных аппаратах в динамических или в статических условиях на насыпных или намывных фильтрах. Установки, в которых происходит переработка загрязненных вод похожи на насыпные и намывные фильтры со специальными ионообменными смолами. Материалы, которые используются для загрузки аппаратов подразделяются по виду используемого сорбента:

• органические ионообменные смолы;

• неорганические сорбенты различного состава;

• угольные и биосорбенты.

Органические ионообменные смолы (иониты) - это твердые, гранулированные, порошкообразные или волокнистые материалы, содержащие в своем составе функциональные (ионогенные) группы, способные к обмену с катионами (катиониты) и анионами (аниониты) [1]. Применение ионообменных смол экономически целесообразно, если концентрация солей не превышает 1 г/л, поэтому он является основным методом переработки низкоактивных и среднеактивных отходов малой засоленности.

Неорганические сорбенты - природные и синтетические алюмосиликаты (цеолиты); оксигидратные сорбенты; соли поливалентных металлов и многоосновных кислот.

Угольные биосорбенты

Они представляют собой материалы, содержащие гумусовые соединения (торф); древесину и ее компоненты; материалы, включающие хиносодержащие соединения, которые получают в процессе переработки ракообразных организмов.

очистка радиоактивный отход

Мембранные методы очистки

Мембранный метод основан на принципе проницаемости через разделительную перегородку-мембрану, которые подразделяются в зависимости от размеров пор на мембране, и, соответственно, размера задерживаемых частиц.В отличие от других методов разделение происходит на молекулярном уровне и поэтому не сопровождается образованием новых фаз.Известно четыре вида мембранных процессов: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос [3].

Микрофильтрация - это процесс отделения из фильтруемой среды крупных коллоидных частиц или взвешенных микрочастиц размером 0,0225мкм.

Ультрафильтрация - процесс мембранного разделения под давлением 0,1-1,0 МПа на тонкопористых мембранах с размером пор от 0,01 до 0,1 мкм. Этот метод целесообразно использовать для очистки отходов, содержащих много коллоидов, например в щелочной среде, когда тяжелые металлы склонны к образованию коллоидных полимеров [4].

Нанофильтрация - процесс мембранного разделения под давлением 1 - 1,5 Мпа на тонкопористных мембранах с размером пор от 0,001 до 0,01 мкм.

Обратный осмос - основан на явлении разделения растворов различной концентрации через полупроницаемую мембрану. Обратный осмос обычно используют для переработки отходов с солесодержанием от 0,5 до 5 г/л.

Микро- и ультрафильтрационные мембраны изготавливаются как из органических полимеров (полисульфоны, полиимиды), так и из неорганических материалов (нанокерамика, графиты, металлы). Для переработки радиоактивных отходов наиболее приемлемы неорганические мембраны, так как использование данных материалов экономически более выгодно.

Термические методы

Термические методы основаны на переводе воды - в пар. Поэтому в результате термической обработки требуется большое количество энергии для поддержания высоких температур.

Основные термические методы - дистилляция (упаривание) и сушка. Сушка обычно используется для подготовки (обезвоживания) концентратов радиоактивных отходов к отверждению.

Дистилляция (упаривание)классифицируется типом парообразования (кипение в объеме или испарение с поверхности), видом теплоносителя (пар, горячие газы, электричество, органические продукты) и способом подвода тепла (непосредственный контакт с теплоносителем или передача тепла через стенку аппарата). В практике процесс дистилляции идет через стенку выпарного аппарата, что не допускает смешения зараженной воды радионуклидами и чистой, нагреваемой.

Выпаривание может применяться при любом количестве радиоактивных отходов и практически при любом составе инертных и радиоактивных примесей. Не рекомендуется упаривать отходы, в состав которых входят радиоактивные вещества в летучей форме, так как они будут удаляться из выпарного аппарата с парами растворителя и загрязнять конденсат.

Ещё одним термическим методом является вымораживание. Лед не сокристаллизуется ни с какими солями, не дает смешанных фаз, будучи всегда пресным. Были разработаны различные конструкции установок для вымораживания. Например, пульпу медленно охлаждали до -10°С, затем размораживали, при этом происходило десяти-кратное уплотнение осадка, а дополнительное центрифугирование позволяло сократить его объем еще в 35 раз. Метод вымораживания имеет определенную теоретическую ценность, но на практике он оказался дороже, чем упаривание, и технически более сложен.

После очистки вода должна в дальнейшем быть пригодна для повторного использования или сброса в открытый водный источник. Концентрат радионуклидов, полученный в минимальном объеме, поступает на хранение.

Как правило, схемы переработки отходов вследствие сложности химического и радионуклидного состава отходов включают много ступеней и получают название по основному методу переработки, лежащему в их основе. Другие методы выполняют вспомогательные функции.

Использованные источники

1. Рябчиков Б.Е. Очистка жидких радиоактивных отходов. - М.: ДеЛи принт, 2008. 515 с.

2. Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами (СПОРО-2002). СП 2.6.6.1168-02.-СПб: Деан. 2003. 64 с.

3. Первов А.Г. Современные высокоэффективные технологии очистки питьевой и технической воды с применением мембран: обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация. - М.: АСВ, 2009. 231 с.

4. Живов А.А. Ядерная и радиационная опасность объекта "Укрытие" / Теоретические и прикладные вопросы науки и образования: сборник научных трудов по материалам Международной научно -практической конференции 31 августа 2013 г.: в 5 частях. Часть 4; Минобрнауки РФ. Тамбов: Изд-во ТРОО "Бизнес-Наука-Общество", 2013. С. 35-36.

Размещено на Allbest.ru