На ледоколе применена многоступенчатая, работающая по принципу самоиспарения ВОУ с испарителем - конденсатором, имеющем четыре камеры. Камеры сообщаются между собой через гидравлические запоры по дистилляту и рассолу. Кроме того, в состав ОУ входят паровой подогреватель питательной воды и насосы забортной воды, рассола, а также дистиллята со сборником дистиллята. Дистиллят, полученный в ВОУ, до его направления в системы ЯЭУ проходит дополнительную очистку в ИОФ.

В режиме стоянки при неработающем ЯППУ для получения пара предназначена вспомогательная парогенераторная установка ВПУ на органическом топливе. Она состоит из двух ПГ.

В состав электроэнергетической системы ЭЭС входит две основных и одна аварийная электростанции. Носовая электростанция состоит из двух АТГ и одного главного распределительного щита (ГРЩ), кормовая - из трёх АТГ, одного резервного дизель генератора (ДРДР) и одного ГРЩ. Источники ГРЩ двух независимых электростанций расположены в разных помещениях ледокола. РДГ установлено в помещении кормовой электростанции.

Два аварийных дизель генератора (АДГ) установлены в отдельном помещении на палубе бака вместе с аварийным распределительным щитом (АРЩ). Электроснабжение потребителей ЯЭУ осуществляется от двух щитов питания, расположенных в отдельных помещениях.

1.5 Тепловой расчет парогенератора

Исходные данные

№ п/п	Наименование величины	Обозначение величины	Численное значение	Размер-ность
1	Общая паропроизводительность	D	40	кг/с
2	Температура перегретого пара	tпе	300	°C
3	Температура питательной воды	tпв	40	°C
4	Температура теплоносителя на входе в ПГ	tтвх	318	°C
5	Температура теплоносителя на выходе из ПГ	tтвых	273	°C
6	Давление перегретого пара	Pпе	3	МПа
7	Давление теплоносителя на входе в ПГ	Pт	12,8	МПа
8	Гидравлическое сопротивление на перегревательном участке	Pпе	0,15	МПа
9	Гидравлическое сопротивление на испарительном участке	Pисп	0,30	МПа
10	Гидравлическое сопротивление на экономайзерном участке	Pэк	0,20	МПа
11	Количество реакторных установок		2	шт
12	Количество секций ПГ	n	4	шт
13	Расход через одну секцию ПГ	D	5	кг/с

Наименование величины	Формула или источник	Численное значение	Размерность
1. Расчет общих характеристик
Среднее давление на участках в тракте рабочего тела		3,08	МПа
		3,30	МПа
		3,55	МПа
Давление питательной воды		3,65	МПа
Температура насыщения		239,20	°C
Энтальпии	начала кипения i'(ts)	1033,70	кДж/кг
	конца кипения i''(ts)	2803,10	кДж/кг
		2994,30	кДж/кг
		170,60	кДж/кг
		1227,80	кДж/кг
		1447,07	кДж/кг
Коэф-т, учитывающий потери при передаче тепла от тепло-носителя к рабочему телу		0,98
Количества тепла, воспринимаемые рабочим телом на участках ПГ		4315,50	кДж
		8847,00	кДж
		956,00	кДж
		14118,50	кДж
Количества тепла, отдаваемые теплоносителем		4403,57	кДж
		9027,55	кДж
		975,51	кДж
		14406,63	кДж
Расход теплоносителя		65,70	кг/с
Расчет температурных напоров на участках		14,85	кДж/кг
		1432,22	кДж/кг
		316,47	°C
		137,40	кДж/кг
		1294,82	кДж/кг
		291,91	°C
		40,68	°C
		64,21	°C
		121,31	°C
Расчет средних температур на участках		317,24	°C
		276,55	°C
		303,41	°C
		239,20	°C
		282,45	°C
		161,15	°C
Физические параметры сред, как функции средних температур и давлений на участках. Определяются по [Ривкин], [21]
Наименование величины	Обозначение величины	Теплоноситель	Рабочее тело
		эк	исп	пе	эк	исп	пе
Удельный объем	v	1,324E-03	1,389E-03	1,456E-03	1,103E-03	---	7,611E-02
Кинематический коэф-т вязкости	n = m Ч v	1,250E-07	1,213E-07	1,187E-07	1,861E-07	---	1,438E-06
Коэф-т теплопроводности	l	588,845	557,002	527,445	681,394	---	47,604
Критерий Прандтля	Pr	0,8273	0,8712	0,9366	1,0716	---	1,0947
2. Компоновка проточных частей
Скорость питательной воды на входе в экономайзер	Wэк	1	м/с
Наружный диаметр трубок	dнар = 14…26 мм	0,016	м
Толщина стенки трубок	d = 2…3 мм	0,002	м
Уд. объем пит. воды	vэк	1,1026E-03	м3/кг
Число параллельно включенных труб		49	шт
Диаметр центрального вытеснителя	Dцв = (10…12)Чdн	0,180	м
Число труб первого слоя	n1	2	шт
Зазоры между трубами по вертикали и горизонтали	dв ? 2 мм	2,5E-03	м
	dг ? 2 мм	2,5E-03	м
Диаметр навивки	Di	(см. лист '1')	м
Число труб в слоях	ni	(см. лист '1')	шт
Уточнение скорости в трубах		0,903	м/с
		62,312	м/с
Количество слоев змеевика	i	13
Средний диаметр навивки		0,423	м
Коэффициент	е	0,9
Площадь проходного сечения межтрубного пространства при поперечном обтекании		0,039	м2
Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве на участках ПГ		2,461	м/с
		2,347	м/с
		2,238	м/с
3. Расчет теплоотдачи и поверхности теплообмена
Числа Рейнольдса для теплоносителя на участках ПГ		3,32E+05
		3,10E+05
		2,86E+05
Коэф-т критериального ур-я	c	0,02
Коэф-т критериального ур-я	m	0,84
Критериальные уравнения для теплоносителя на участках		849,24
		782,63
		720,70
Коэффициенты теплоотдачи для теплоносителя на участках		27,996	кВт/(м2?К)
		27,245	кВт/(м2?К)
		26,524	кВт/(м2?К)
Числа Рейнольдса для рабочего тела на участках ПГ		5,20E+05
		5,82E+04
Критериальные уравнения для рабочего тела на участках		693,275
		181,828
Коэффициенты теплоотдачи для рабочего тела на участках		2,750	кВт/(м2?К)
		10,325	кВт/(м2?К)
	q1?	1,E+05	Вт/м2
	q2?	2,E+05	Вт/м2
	q3?	4,E+05	Вт/м2
Коэффициент теплоотдачи		18,239	кВт/(м2?К)
		29,629	кВт/(м2?К)
		48,133	кВт/(м2?К)
Средняя температура стенки		277,662	°C
		269,959	°C
		262,409	°C
Коэффициент	А	12,5
Коэффициент	Б	0,015
Теплопроводность стенки		16,665	Вт/(м?К)
		16,549	Вт/(м?К)
		16,436	Вт/(м?К)
Коэффициенты теплопередачи		4,727	кВт/(м2?К)
		5,227	кВт/(м2?К)
		5,582	кВт/(м2?К)
	q1? = k1•Дtисп	3,04E+05	Вт/м2
	q2? = k2•Дtисп	3,36E+05	Вт/м2
	q3? = k3•Дtисп	3,58E+05	Вт/м2
	q? = q?(рис.5.1)	3,67E+05	Вт/м2
Коэффициент теплоотдачи для рабочего тела на испарительном участке		45,317	кВт/(м2?К)
Средние температуры стенки на участках		313,598	°C
		263,309	°C
		248,465	°C
Теплопроводность стенки на участках	лст(tпе) = А + Б•tпе	17,204	Вт/(м?К)
	лст(tисп) = А + Б•tисп	16,450	Вт/(м?К)
	лст(tэк) = А + Б•tэк	16,227	Вт/(м?К)
Коэффициенты теплоотдачи на участках		1,940	кВт/(м2?К)
		5,514	кВт/(м2?К)
		3,879	кВт/(м2?К)
Поправочный коэффициент		0,98
Поверхность теплообмена на участках		12,615	м2
		26,017	м2
		9,550	м2
Поверхность теплообмена ПГ		48,182	м2
Шаг навивки змеевика в вертикальном направлении	S1 = dнар + дв	0,0185	м
Высота поверхности теплообмена		1,173	м
Наружный диаметр змеевика	Dнар = Dmax+ 2•дг+ dнар	0,666	м
Проверка габаритного ограничения		1,761
Конструктивное оформление
Диаметр входного патрубка теплоносителя		0,222	м
Диаметр выходного патрубка теплоносителя		0,315	м
Диаметр входного патрубка рабочего тела		0,088	м
Диаметр выходного патрубка рабочего тела		0,088	м
Расчет прочности цилиндрических элементов
Коэффициент прочности стенки	ц	1
Номинальное допускаемое напряжение		117,407	МПа
Номинальный внутренний диаметр цилиндрической стенки	Dвн = Dmax+ 2•дг+ dнар	0,666	м
Толщина цилиндрической стенки ПГ		0,019	м
Толщина цилиндрической стенки ПГ	дк - принимаем	0,025	м
Коэффициент прочности днища	ц	1
Высота выпуклой части днища	h	0,2	м
Толщина стенки эллиптического днища ПГ		0,030	м
Толщина стенки эллиптического днища ПГ	ддн - принимаем	0,04	м
Коэф-т формы, зависящий от конструкции днища	k	0,6
Коэффициент	k0 = 1 - 0,43•( d / Dвн )	0,943
Толщина плоской крышки ПГ		0,140	м
Толщина крышки ПГ	дкр - принимаем	0,16	м

№ п/п	Диаметр навивки, м	Число труб в слоях, шт	Целое число труб в слоях
Кол-во слоев змеевика	13
Общее число труб	54
1	0,201	2,000	2
2	0,238	2,368	2
3	0,275	2,736	3
4	0,312	3,104	3
5	0,349	3,473	3
6	0,386	3,841	4
7	0,423	4,209	4
8	0,460	4,577	5
9	0,497	4,945	5
10	0,534	5,313	5
11	0,571	5,682	6
12	0,608	6,050	6
13	0,645	6,418	6

Рис. 1.5 График q?=f(q?)



2. Специальная часть. Разработка технического проекта модульной мобильной установки переработки ЖРО на базе установки ЭКО-3

2.1 Обоснование проектирования мобильной модульной установки по переработке солевых ЖРО

2.1.1 Химический состав и количество ЖРО образующихся при утилизации АПЛ

ЖРО образующиеся при ремонте или утилизации АПЛ можно разделить по их химическому составу на три категории:

– бессолевые (малосолевые) ЖРО

– солевые ЖРО

– воды спецпрачечных

Бессолевые ЖРО представляют собой воду высокой чистоты, после использования ее в первом контуре ЯППУ для хранения АЗ или других технологических операций. Бессолевые ЖРО могут содержать консервирующие реагенты (гидрозин-гидрат - N2H4 и аммиак - NH3), имеют низкое солесодержание (< 5 мг/л).

Солевые ЖРО представляют собой воду с высоким солесодержанием (< 20 г/л) и существуют два основных источника их появления:

– дезактивационные растворы

– вода цистерны биологической защиты (ЦБЗ)

Воды спецпрачечных представляют собой моющие растворы, использованные для стирки и полоскания загрязненной спецодежды. Они имеют среднее солесодержание (< 0,6 г/л) и содержат поверхностно активные вещества (ПАВ) (< 5 г/л).



Ориентировочное количество ЖРО образующихся при утилизации одного АПЛ

№ п/п	Наименование	Количество, м3	Вид ЖРО
Малосолевые ЖРО
1.	Теплоноситель	20	Нейтральный дистиллат
2.	Воды выгрузки сорбентов ФА	4	-
3.	Воды хранения АЗ	20	Консервирующий раствор
малосолевых ЖРО = 44 м3
4.	Воды дезактивации реакторного помещения, СТО, металлолома	20	Кислые и щелочные растворы (в основном кислые)
5.	Наруж. ЦБЗ*	120	Морская вода
	Всего	184200
Примечание: На предприятии образуются воды спецпрачечных в количестве 5000 м3/год

Химический состав и активность ЖРО

Компоненты	единицы	Состав
		Средний диапазон	Набл. Максимум
Малосолевые ЖРО (за исключением аварийных АПЛ)
рН		9,0 10,5	10,6
Аммиак	мг/л	100	600
Гидразин	мг/л	50	600
Солесодержание	мг/л	5,0
Плотный остаток	мг/л	1,0	20,0
Окисляемость	мг О2/л	< 10
Хлориды	мг/л	0,1
Железо	мг/л	0,5
Фосфат-ионы	мг/л	250,0
Удельная объемная активность по сухому остатку по _излучению	Бк/кг	1,1*105	1,1*106
Тритий	Бк/кг	3,7*105	1,85*108
Воды участка дезактивации
Солесодержание	г/л	-	до 14
рН		около 2
Присутствуют соли тяжелых металлов, ПАВ, комплексоны, нефтепродукты, взвешенные вещества
Удельная объемная активность по сухому остатку по _излучению	Бк/кг	3,3*104	-
Вода ЦБЗ
Солесодержание	г/л	-	до 20
Соли морской воды, взвешенные вещества, нефтепродукты, органика
Удельная объемная активность по сухому остатку по _излучению	Бк/кг	3,7*103	-
Активность морской воды ЦБЗ обусловлена в основном активированной серой морской воды S35 кроме этого возможно наличие радионуклидов контурных вод из-за особенностей конструкции ЦБЗ утилизируемых кораблей, в настоящее время в ряде случаев нерадиоактивная
Воды спецпрачечной
Удельная объемная активность по сухому остатку по _излучению	Бк/кг		1,48*103

2.1.2 Технология обращения с ЖРО при утилизации и ремонте АПЛ

Переработка ЖРО направлена на решение двух главных задач: очистки основной массы отходов от радионуклидов и концентрирование последних в минимальном объеме.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.1.3 Обоснование проектирования мобильной модульной установки переработки солевых ЖРО

В настоящее время основной объем ЖРО перерабатывается в г. Мурманске на РТП "Атомфлот" и в г. Северодвинске на ФГУП МП "Звездочка".

Сорбционная стационарная установка на РТП "Атомфлот" была модернизирована в рамках международной программы "Мурманская инициатива" путем дополнения ее электродиализным и другим водоочистным оборудованием. Производительность установки была увеличена до 5000 м³ жидких радиоактивных отходов в год. Установка была дооборудована узлом цементирования вторичных радиоактивных отходов. В работах по модернизации установки участвовали такие организации как МКЦ "Нуклид", Ассоциация "Аспект", ГИ ВНИПИЭТ, СвердНИИхиммаш, ИФХ РАН, МосНПО "Радон".

Вторая установка была изготовлена на ФГУП МП "Звездочка" в рамках тендера, объявленного американским агентством по безопасности DSWA. Финансирование работ осуществляло американское правительство. Головным исполнителем работ являлась корпорация "Локхид Мартин". С российской стороны в работе приняли участие Ассоциация "Аспект", ГИ ВНИПИЭТ, НИПТБ «Онега», РНЦ "Курчатовский институт", ВНИИХТ, ФДГУП "Экология Прометей", НПП "Биотехпрогресс", СНИИП "Сервис". Установка является комбинированной и включает в себя фильтрационные, баромембранные, сорбционные, осадительные, выпарные и некоторые другие технологии. Конечным продуктом является очищенная вода, бочки с сухими солями, фильтры - контейнеры с отработанными селективными неорганическими сорбентами. Производительность установки 800 м³ в год малосолевых растворов 1-го контура, дезактивационных и смешанных растворов; 700 м³ в год растворов цистерн биологической защиты реактора и 2500 м³ в год сточных вод спецпрачечной ФГУП МП "Звездочка". Особенностью установки на ФГУП МП "Звездочка" является то, что, она предназначена исключительно для переработки жидких радиоактивных отходов, накапливающихся при утилизации атомных подводных лодок. В составе установки широко используется импортное оборудование, поэтому ее работоспособность в значительной степени зависит от финансирования американской стороны.

С учетом объемов и скорости накопления жидких радиоактивных отходов в Баренц-регионе можно ожидать, что ввод указанных установок в эксплуатацию позволит окончательно решить региональную проблему переработки ЖРО. В связи с этим, возникает вопрос - какую роль будет играть мобильная модульная установка переработки солевых ЖРО.

Для того чтобы ответить на этот вопрос следует отметить следующие моменты:

– кроме жидких радиоактивных отходов, образующихся на крупных судоремонтных заводах, существуют значительные количества ЖРО сложного физико-химического состава, перевозка которых затруднена или дорогостояща, на удаленных от г. Северодвинска и г. Мурманска, базах ВМФ Северного флота;

– установка ММУ ЖРО является единственной в северном регионе установкой для очистки ЖРО, которая может быть доставлена на место проведения работ не только морским, но также другим видом транспорта;

– только передвижные установки могут относиться к аварийным средствам решения проблем очистки жидких радиоактивных отходов, их наличие в Баренц-регионе позволяет сформировать гибкие стратегии вывода ядерных объектов из эксплуатации, ремонта транспортных средств, дезактивации аварийных объектов и других работ.

2.2 Методы переработки средне- и низкоактивных ЖРО

Переработка ЖРО направлена на решение двух главных задач: очистки основной массы отходов от радионуклидов и концентрирование последних в минимальном объеме. Для этого используют три группы методов: термические, сорбционные, мембранные.

Термические и сорбционные методы достаточно хорошо разработаны и широко применяются на практике: в настоящее время на их основе разработаны промышленные установки для очистки отходов АЭС, радиохимических производств.

Переработка отходов этими методами включает следующие операции: образование (или введение в систему) новой фазы: в термических методах - газовой, а в сорбционных - твердой; распределение фаз в гравитационном, инерционном или электрическом полях, а также фильтрованием.

Мембранные методы - это сравнительно новые методы, находящиеся на стадии научной и инженерной разработки. На их основе созданы опытно-промышленные установки и вследствие их новизны не получили пока широкого распространения.

Все указанные методы не оригинальны и не специфичны для переработки радиоактивных отходов, а заимствованы из различных производств и модифицированы. В основном это методы, применяемые в области очистки, подготовки и опреснения воды, переработки горючих отходов различных производств.

2.2.1 Термические методы

Термические методы предполагают использование тепла для очистки и концентрирования отходов переводом основного компонента отходов в пар или газ.

Основные термические методы - дистилляция (упаривание) и сжигание.

2.2.1.1 Сжигание

Сжиганию могут быть подвержены только горючие отходы с малым содержанием негорючих примесей. К этой категории отходов относятся загрязненные масла, растворители и т.д. Жидкие горючие отходы сжигают в специализированных установках с однократной печью, или в установках для сжигания твердых горючих отходов впрыскиванием в камеру сгорания. Образующуюся после сжигания золу собирают и отправляют на дальнейшую переработку и захоронение. Газы выходящие из печи охлаждаются, в струйных скрубберах или скрубберах Вентури производится их первичная очистка, после чего газ удаляется в окружающую среду через фильтры окончательной очистки.

В отечественной практике ЖРО такого типа отдельно не перерабатывают. Их либо хранят и захоранивают без переработки, либо подвергают сжиганию вместе с твердыми горючими отходами.

В зарубежной практике такие установки для сжигания горючих ЖРО находят применение на АЭС и заводах по регенерации ОЯТ Франции и Германии.

Характерным примером является установка, производимая компанией NUKEM (Германия) по лицензии фирмы Verainigte Eddstahl Werke (VEW) [2].

Установка состоит из однокамерной печи, огнегасителя, струйного скруббера. Упрощенная схема установки приведена на рис.2.1.1.

Установка имеет следующие характеристики:

Производительность 20-40л/час

Исходная активность максимальная (б) 5Ч10⁹ Бк/м³, 1,4Ч10^-4 Ки/л

Температура сжигания 1200-1300^оС

Коэффициент очистки 1Ч10⁴

Коэффициент уменьшения объема 10

Режим работы 5 дней/ неделю, 24 часа/ сутки

Коэффициент уменьшения объема приведен с учетом образования при очистке газа радиоактивных вод, которые в дальнейшем также перерабатываются.



Рис. 2.1.1 Схема установки сжигания ЖРО фирмы NUKEM (Германия)

Сжигание является в настоящее время единственным методом переработки горючих ЖРО и имеет ряд достоинств:

– Решает главную задачу переработки ЖРО, т.е. уменьшает объем отходов.

– Преобразуют ЖРО в удобный для последующего компактирования (цементации), хранения и захоронения ТРО (зону).

– Обеспечивает допустимые уровни загрязненности возвращенного в окружающую среду газа.

– Однако этот метод имеет также и ряд недостатков:

– Требует значительного количества сжатого воздуха и топлива для сжигания ЖРО.

– Образует вторичный отход (радиоактивную воду), который требует дополнительной переработки.

2.2.1.2 Дистилляция

Дистилляция (упаривание) - широко распространенный метод переработки ЖРО. Дистилляция в основном различается характером парообразования (кипение в объеме или испарение с поверхности, видом теплоносителя (пар, горячие пары, электричество, органические продукты) и способом подвода тепла (непосредственный контакт с теплоносителем или передача тепла через стенку аппарата)).

В практике переработки отходов наиболее широко применяют дистилляцию парообразованием при кипении с подводом тепла водяным паром через стенку выпарного аппарата, или в аппаратах мгновенного вскипания (бесповерхностных).

Установки, использующие дистилляцию, применяются на большинстве отечественных АЭС для переработки всех видов ЖРО. Типичная схема такой установки изображена на рис.2.1.2 [1]. ЖРО через механические фильтры собираются в приемные баки, затем после введения добавок препятствующих накипеобразованию подаются в выпарной аппарат, где упариваются до определенной степени. Окончательное упаривание до рассола производится в доупаривателе. Конденсат подается на обессоливающие фильтры, а затем на фильтры с ИОС. Для восстановления свойств ИОС используется регенерация. Данная схема позволяет очищать ЖРО со значительным солесодержанием и ПАВ.

Достоинством схемы является ее универсальность.

Недостатки:

– Недостаточная степень очистки при выпаривании, что требует доочистки на ИОС.

– Сложность аппаратного оформления.

– Образование накипи на поверхности теплообмена, затрудненный ремонт установки.



Рис. 2.1.2 Схема переработки ЖРО на АЭС с ВВР

В зарубежной практике дистилляция также находит широкое применение. Основными направлениями ее развития являются:

· Дальнейшее повышение коэффициентов очистки за счет совершенствования паросепарирующих устройств.

· Предотвращение накипеобразование применением бесповерхностных выпарных аппаратов мгновенного вскипания. В этом плане интересен опыт компании NUKEM (Германия), по лицензии фирмы VEW [2] выпускающей установки для переработки ЖРО со значительным солесодержанием. Установку отличает (см. рис.2.1.3) применение бесповерхностного испарения и сепарирующих устройств, использующих электростатическую и центробежную сепарацию.

Установка имеет следующие технические характеристики:

Производительность 0,5-10 (м³/час)

Коэффициент очистки:

1 - ступенчатая установка 10⁵

2 - ступенчатая установка 10⁸

Энергозатраты для 2 - ступенчатой установки на 1 м³ переработанных ЖРО.

Греющий пар:

Давление 0,6мПа

Температура159^оС

Расход 1200кг

Охлаждающая вода:

Давление 0,4мПа

Температура10^оС

Расход 68*10³кг

Электроэнергия для искровых камер 18 кВт*час

Габариты (L*B*H) для установок паропроизводительностью:

0,5 м³/час 4*2,5*6,5 (м)

10 м³/час 5*7*9 (м)

Показатели качества очистки ЖРО на GKN1 по некоторым нуклидам в табл. 2.1

Таблица 2.1

Качество очистки ЖРО на GRN1

Нуклид	Исходная активность	Активность дистиллята
	Бк/м3	Ки/л	Бк/м3	Ки/л
134Cs	1,1*108	2,97*10-6	740	2*10-11
137Cs	7,4*107	2*10-6	1110	3*10-11
58Co	1,7*1010	4,6*10-4	740	2*10-11
54Mn	2,1*109	5,7*10-5	1480	4*10-11

Рис. 2.1.3 схема установки переработки солевых ЖРО фирмы NUKEM (Германия)



Дистилляция в настоящее время являются наиболее распространенным методом переработки ЖРО и имеют следующие достоинства:

– Высокий коэффициент отчистки (до 10⁸).

– Универсальность (т.е. могут быть переработаны любые ЖРО).

– Является наиболее изученным методом.

Однако имеет и ряд недостатков:

– Самый энергоемкий метод.

– Имеет сложное аппаратное выполнение, а следовательно высокую стоимость установок.

2.2.2 Сорбционные методы

Сорбционные методы предполагают поглощение радионуклидов твердой фазой по любому механизму: адсорбция, ионный обмен, сокристаллизация и др.

Сорбция проводится как в динамических, так и в статических условиях. Динамическая сорбция предполагает осуществление ее путем непрерывного фильтрования очищаемого раствора через слой сорбента. Статическая сорбция исключает направленное движение сорбента и очищаемого раствора относительно друг друга, а предполагает временный разовый контакт фаз (при перемешивании) с последующим их разделением.

2.2.2.1 Статическая сорбция

Для осуществления сорбционного извлечения радионуклидов необходимо наличие твердой фазы, происхождение которой при сорбции может быть в статических условиях различным:

– Она может присутствовать в отходах (что обычно имеет место).

– Может вводится в виде готовых сорбентов.

– Образовываться в виде результатов химических реакций.

Наиболее эффективный и распространенный вариант статической сорбции - химическое осаждение. Из области водоподготовки для очистки ЖРО позаимствованы такие методы химического осаждения, как коагуляция и умягчение. Первый метод предназначается для выведения из растворов коллоидов, второй солей жесткости.

В практике очистки ЖРО коагуляцию обычно проводят солями железа, образующих в качестве коллектора гидроокись.

При содово-известковом умягчении в осадок выпадают карбонат кальция и гидроокись магния, которые служат коллекторами в основном для ⁹⁰Sr.

Схема аппарата для химического осаждения на рис. 2.2.1 (а) [1].

В настоящее время довольно широко стали применяться электрокоагуляционные аппараты, в которых наряду с гравитационным отделением коллоидов от жидкой фазы используется отделение в электрическом поле (рис. 2.2.1 (б).

Методы статической сорбции широко используются в переработке ЖРО, особенно низкоактивных, со значительным солесодержанием и имеют следующие достоинства:

– Низкая стоимость реактивов и поэтому дешевизна метода.

– Наиболее простое аппаратное оформление процессов.

Недостатки метода таковы:

– Большое количество осадков, а, следовательно, и вторичных отходов.

– Низкие коэффициенты очистки.

– Из-за последнего недостатка переработка с использованием статической сорбции проводится как предварительный этап для дальнейшей переработки.



Рис. 2.2.1 Схема (а) - коагулятора, (б) - электрокоагулятора

2.2.2.2 Динамическая сорбция

Динамическую сорбцию при переработки ЖРО осуществляют в песчаных или наливных фильтрах. В первом случае в качестве загрузки фильтра применяют в виде механически прочного зернистого материала. В наливных фильтрах загрузкой служит сорбент в виде порошка. В качестве сорбента используют органические и не органические материалы природного или искусственного происхождения.

Искусственные материалы органического происхождения называют ионообменными смолами (ИОС). Сорбция на ИОС в качестве метода переработки ЖРО довольно широко применяется как в России, так и за рубежом. При этом существует два подхода к осуществлению такой переработки:

· Сорбция на ИОС с последующей их регенерацией.

· Сорбция на ИОС без их регенерации, т.е. одноразовое использование ИОС с их последующей заменой.

Первый метод применяется в отечественной практике и примером может служить установка на Московской станции очистки (МСО), которая перерабатывает низкоактивные отходы исследовательских институтов и лабораторий. ЖРО на первой ступени подвергается коагуляции с использованием солей железа. Затем на второй ступени очистки фильтруются на ИОС. Регенераты после восстановления свойств ИОС подвергаются выпариванию, причем кислый и щелочной регенерат перерабатывается отдельно, что предотвращает интенсивное накипеобразование и позволяет отогнать азотную кислоту из кислых регенератов, используемую повторно. Принципиальная схема МСО изображена на рис.2.2.2

Технические характеристики МСО следующие: [1]

Производительность 29м³/час

Коэффициент очистки ~10⁵

Используемые ИОС КУ-2-8 - католит

АН-29, АН-31 - анолит

Рис. 2.2.2 Схема установки переработки ЖРО на МСО

Исходная активность максимальная:

б 2*10⁵-2*10⁶ Бк/м³ (5,4*10^-9-5,4*10^-8 Ки/л)

в 4*10⁶-4*10⁷ Бк/м³ (10^-7-10^-6 Ки/л)

Количество вторичных отходов ~0,2 % от исходных ЖРО.

Показатели качества очистки ЖРО по некоторым нуклидам в табл.2.2.

судовой реактор радиоактивный ультрафильтрация

Таблица 2.2

Качество очистки ЖРО на МСО

Нуклид	Исходная активность	Активность дистиллята
	Бк/м3	Ки/л	Бк/м3	Ки/л
137Cs	1,9*108	5,13*10-6	700	1,9*10-11
90Sr	1,9*108	5,13*10-6	200	5,1*10-12
131I	1,9*108	5,13*10-6	700	1,9*10-11

Сорбцию на ИОС без их регенерации использует в своих установках компания Babcock & Wilcox (США). Установки этой компании по переработке ЖРО установлены количества АЭС США, а также используются при утилизации АПЛ США.

Принципиальная схема такой установки, предлагаемой компанией для переработки ЖРО, изображена на рис. 2.2.3 [4]. По этой схеме предлагается перерабатывать отходы любого состава (солевые и бессолевые). Активность таких отходов (в) до 3,7*0⁸ Бк/м³ с солесодержанием до 20 г/л.

Сорбция на ИОС имеет следующие достоинства:

– Является широко применяемым и хорошо изученным методом для осуществления, которого имеется широкий выбор промышленно производимых ИОС.

– Имеет простое аппаратное оформление (в случае одноразового использования ИОС).

– Высокие коэффициенты очистки.

– Имеет низкую энергоемкость по сравнению с дистилляцией.

– Но существуют и определенные недостатки:

– Высокая стоимость ИОС.

– Сложное аппаратное оформление процессов регенерации ИОС.

– Необходимость замены ИОС, что является радиационно-опасной операцией.

Эффективным дополнением сорбции на ИОС, а в некоторых случаях и альтернативой является сорбция на неорганических селективных сорбентах естественного или искусственного происхождения на основе цеолитов. Этот тип сорбентов обладает свойством селективности (сорбции в большей степени подвергаются определенные ионы), высокой емкостью, прочностью связывания ионов в сорбенте, сравнительно низкой стоимостью. Даже искусственные неорганические сорбенты в 1,5-2 раза дешевле ИОС.

Сорбция на неорганических селективных сорбентах (НС) в настоящее время находятся на стадии научных и инженерных разработок. В Финляндии на АЭС Loviisa с реактором типа ВВЭР - 440 селективные неорганические сорбенты по ¹³⁷Cs и ¹³⁴Cs были применены для переработки контурных вод, которые ранее перерабатывались на ИОС. Опытную установку для АЭС Loviisa спроектировала и изготовила фирма IVO International Ltd [5].

Рис. 2.2.3 Принципиальная схема установки для переработки ЖРО на ИОС

В России высокоэффективные НС разработаны ВНИИХТ «Химтехномет» [6]. Сорбенты позволяют очищать ЖРО до 3,7(10²-10³) Бк/м³, с исходной активностью (в) 3,7(10⁹-10⁷) Бк/м³.

На основе сорбции на НС и ИОС ВНИИХТ «Химтехномет» и РНЦ «Курчатовский институт» разработали технологию переработки бессолевых ЖРО (вода 1 контура ЯППУ АПЛ), позволяющая использовать очищенную воду высокой чистоты (ВВЧ) для заполнения контура [7]. По этой технологии в НИПТБ «Онега» была разработана и изготовлена опытная установка производительностью 20л/ч.

Схема опытной установки НИПТБ «Онега» (рис. 2.2.4) включает в себя 3 блока:

– Нейтрализации гидразина-гидрата (N₂H₄) введением раствора пероксида водорода (H₂O₄)

– Десорбции аммиака на ректификационной колонне.

– Фильтрования.

Достоинством сорбции на НС является их низкая стоимость по сравнению с ИОС. В остальном на этот метод распространяется все сказанное о сорбции на ИОС с их одноразовым использованием.

Рис. 2.2.4 Схема опытной установки НИПТБ «Онега»

2.2.3 Мембранные методы

Из мембранных методов для переработки ЖРО нашли применение ультрафильтрация, электродиализ и обратный осмос. Эти методы заимствованы из практики опреснения засоленных вод, где основная задача сводится к разделению воды и соли. Такое разделение достигается избирательным прохождением через мембраны ионов или воды под воздействием электрических потенциалов или перепада давления.

В отличие от рассмотренных выше методов, при использовании мембранных методов разделение происходит на молекулярном уровне и не сопровождается образованием новых фаз, от полноты разделения которых существенно зависит эффективность очистки.

Конечные продукты мембранных методов - концентраты, обессоленные или осветленные фильтраты (диализаты).

2.2.3.1 Ультрафильтрация

Ультрафильтрация является наиболее простым и дешевым мембранным методом. Ее принцип заключается в продавливании загрязненной воды через мембрану, которая удерживает коллоиды, органические молекулы. В настоящее время ультрафильтрация находит применение в переработке вод спецпрачечных, содержащих большое количество коллоидов и ПАВ. Примером может служить установка на Московской фабрике «Спецпрачечная» (рис. 2.3.1).

В этой установке на ультрафильтрационный аппарат подавался раствор (воды стирки и полоскания) в который вводили связывающие реагенты. После ультрафильтрации очищенный раствор собирался в бак и повторно использовался [10]. Раствор циркулировал через аппарат, пока он не достигал 0,5-1% от исходного объема.

Технические характеристики этой установки следующие:

Производительность 1,5 м³/час

Коэффициент уменьшения объема 50

Тип мембраны УПМ-450

Площадь мембраны 7 м³

Показатели качества очистки в табл. 2.3

Рис. 2.3.1 Схема установки переработки вод спецпрачечных

Таблица 2.3

Качество очистки вод фабрики «Спецпрачечная»

Нуклид	Исходная активность	Активность дистиллята
	Бк/м3	Ки/л	Бк/м3	Ки/л
?в	1*106	2,7*10-8	3*104	8,1*10-10
137+134Cs	4*105	1,08*10-8	3*103	8,1*10-11
60Co	4*105	1,08*10-8	5*103	1,35*10-10
54Mn	4*105	1,08*10-8	1*104	2,7*10-10
ПАВ, г/л	4-5	3-4
Взвесь, мг/л	103	0,1

2.2.3.2 Электродиализ и обратный осмос

Электродиализ и обратный осмос заключается в разделении компонентов раствора через мембрану в электрическом поле, причем в электродиализе через мембрану проходят ионы, в обратном осмосе вода. При осуществлении этих методов затраты энергии значительно меньше чем при дистилляции [1], в то же время их использование имеет ряд ограничений по солесодержанию перерабатываемых ЖРО. При низком солесодержании (< 0,5 г/л) целесообразнее использовать динамическую сорбцию, обеспечивающую более качественное обессоливание, а при высоком - коагуляцию и дистилляцию. Верхним уровнем солесодержания, который ограничивается экономическим фактором, является солесодержание 20 г/л, т.к. затрачиваемая в процессе электроэнергия пропорциональна количеству удаляемых ионов и при повышении солесодержания раствора от 5 до 15 г/л, расход электроэнергии увеличивается от 5 до 17,4 кВтч/м³.

На основе электродиализа в комплексе с ультрафильтрацией и динамической сорбцией, с использованием в качестве предварительной переработки электрокоагуляцию, является установка Московского комбината «Радон». Ее принципиальная схема изображена на рис. 2.3.2 [9]

Рис. 2.3.2 Схема передвижной установки переработки ЖРО «Радон»

Установка состоит из трех модулей:

– Ультрафильтрационный.

– Электродиализный.

– Фильтрационный.

Исходные ЖРО (солесодержание до 0,5 г/л) подаются на механический фильтр для очистки от взвесей, затем на ультрафильтрационный аппарат после предварительной обработки в электрокоагуляторе. Ультрафильтрационный аппарат в режиме частичной рециркуляции с возвращением части раствора содержащей коллоиды и органические молекулы в коагулятор. После ультрафильтрации раствор умягчается в фильтрах с ИОС КУ2-8 в Ne⁺ форме перед электродиализом. Электродиализный узел работает с использованием электродиализаторов:

– Проточного электродиализатора, где ионы из диэлюата переходят в рассол.

– Электродиализатора-концентратора, где рассол поддерживается на определенном уровне солесодержания удалением ионов из рассола в концентрат.

Диализат после окончательной очистки в фильтрах с ИОС КУ2-8 в Н⁺ удаляется в окружающую среду.

Технические характеристики установки следующие:

Производительность 1 м3/ч

Коэффициент уменьшения объема < 30

Энергопотребление 20 кВтч/м³

Активность исходная (?в) < 1*10⁷ Бк/м³

Активность после очистки (?в) < 8,4*10⁴ Бк/м³

Дальнейшим развитием этого метода является установка разработанная ВНИИХТ «Химтехномет» и НИПТБ «Онега» для очистки отходов Тихоокеанского флота России. Установка предполагает использование электрокоагуляции, электродиализа и динамической сорбции на НС и ИОС. В электродиализном блоке использовано концентрирование рассола на электроосмотическом аппарате.

Технические характеристики установки следующие:

Производительность 1,2-2 м³/час

Активность исходная (?в) 3,7*10⁹ Бк/м³

Активность после очистки (?в) 3,7*(10²-10³) Бк/м³

Исходное солесодержание до 20 г/л

Солесодержание после очистки 0,1 г/л

Энергопотребление 25 кВтч/м³

Мембранные методы в настоящее время находят более широкое использование для переработки ЖРО, особенно с высоким солесодержанием и имеют следующие достоинства:

– Малое энергопотребление.

– Довольно высокие коэффициенты.

Недостатками данного метода являются:

– Значительная стоимость мембран и электроаппаратов.

– Сложности при ремонте аппаратов (замена мембран).

2.2.4 Анализ существующих технологий переработки и выбор технологии переработки ЖРО

Под переработкой ЖРО понимается комплекс мероприятий направленных на очистку воды от радионуклидов и химических токсичных примесей, с концентрированием радионуклидов и токсичных примесей в минимальном объеме, в виде обеспечивающем их безопасные хранение, транспортировку и захоронение.

В настоящее время при переработке ЖРО находят применение разнообразные технологии очистки воды, в основном, нашедшие широкое применение при водоподготовке и очистки токсичных стоков.

Основные направления в технологии переработки ЖРО

Можно выделить два направления в переработке средне и низкоактивных ЖРО.

Первый подход заключается в выделении из ЖРО отдельных радионуклидов, что реализуется следующими технологиями переработки [1], [3], [8].

– осаждение, гравитационное разделение и отверждение осадков (при производительности не менее 3 м3/час);

– осаждение, разделение ультрафильтрацией [15], [10] и отверждение осадков;

– селективная сорбция на природных и синтетических неорганических сорбентах и ионообменных смолах захоронение сорбентов.

По технологии химического осаждения перерабатывается наибольшее в мире количество солевых, низкоактивных ЖРО.

Второй подход заключается в выделении из ЖРО всех радионуклидов (кроме растворенных благородных газов и трития) и токсичных химических загрязнений, и получения очищенной дистиллированной воды, при этом не исключается использование технологий по п.2.4.1. При этом в зависимости от химико-физического состава ЖРО применяются следующие технологии переработки:

– выпаривание, отверждение рассола [1], [12];

– очистка на ионообменных смолах, выпаривание регенерационных растворов, отверждение рассолов [13];

– очистка на ионообменных смолах, отверждение пульпы смол и захоронение [14];

– обессоливание электродиализом с концентрированием рассола на электроосмотическом аппарате, с отверждением рассола [12].

– обессоливание на обратном осмосе с доупариванием рассола, отверждение рассола.

В последние 10 лет на зарубежных АЭС и станциях переработки ЖРО народного хозяйства при переработке низкоактивных ЖРО находит широкое применение очистка обратным осмосом и доупариванием рассола.

Особенностью обратного осмоса и электродиализа является обязательная предварительная подготовка растворов, обусловленная особенностью используемых процессов. Растворы необходимо очищать от взвешенных частиц, нефтепродуктов, солей жесткости, что осуществляется использованием коагуляции, фильтрации на насыпных фильтрах, ультрафильтрации. Необходимо удаление из растворов солей жесткости которые могут выпадать на поверхности мембран, нарушая их работоспособность.

В случае электродиализа необходимо учитывать сложность удаления радионуклидов находящихся в коллоидной форме (при переработке дезактивационных растворов), что касается и очистки ионным обменом.

Обоснование выбора технологии переработки ЖРО для установки

Первый подход имеет определенные преимущества по вторичным отходам в случае селективной сорбции осаждения (для солевых ЖРО), но возможен только в случае постоянного радионуклидного состава ЖРО.

Кроме этого необходимо чтобы он был выражен конкретными радионуклидами, т.к. подбор необходимых параметров осаждения радионуклидов из растворов или селективной сорбции для широкого спектра радионуклидов непостоянного состава сложен.

В ряде случаев использование осаждения затрудняется присутствием в ЖРО токсичных химических примесей. Солесодержание очищенной воде при использовании этих методов не уменьшается, что в ряде случаев представляет проблемы при сбросе очищенных вод в окружающую среду. Другим фактором является невозможность получения методами осаждения и/или селективной сорбции очищенной воды, пригодной для повторного использования.

Для переработки ЖРО судоремонтного предприятия, отличающихся значительным разбросом показателей химического состава и практически уникальным радионуклидным составом отходов от каждого ремонтируемого корабля применение технологии переработки основанной только на методах осаждения и/или селективной сорбции не гарантирует получение очищенной воды с заданными параметрами по активности и химическому загрязнению.

Второй подход с использованием технологии позволяющей извлечение радионуклидов, вносящих основной вклад в дозовую нагрузку персонала, в голове процесса, более предпочтителен, т.к. гарантирует получение очищенной воды с заданными показателями. Этот подход обеспечивает возможность повторного использования очищенной воды близкой к своим показателям к ВВЧ. Недостатком указанного подхода является больший объем вторичных отходов в виде отвержденных рассолов и шламов.

Для универсальной установки переработки ЖРО предназначенной для судоремонтного предприятия, необходимо обеспечить получение очищенной воды удовлетворяющим требованиям РБ. Вследствие этого единственно приемлемым является выбор технологии переработки по п. 2.4.2.

2.3 Разработка установки переработки солевых ЖРО

Наиболее подходящей является установка ЭКО-3 разрабатываемая НИПТБ «Онега», МосНПО «Радон» и НПП «Биотехпрогресс».

2.3.1 Описание технологической схемы установки

Фильтр-контейнер с сорбентом типа «Феникс-А». Фильтр-контейнер с сорбентом “Феникс-А”, рис. 2.3.1, предназначен для вывода из обрабатываемого радиоактивного водного раствора радионуклидов ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs. Во многих ЖРО изотопы цезия являются основными гамма-излучателями, поэтому извлечение их из раствора на первой стадии очистки способствует улучшению радиационной обстановке на всей водоочистной установке. Данная цель достигается путем сорбции ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs на сорбенте, избирательно сорбирующем ионы цезия из водных растворов. В качестве такого сорбента можно использовать природные цеолиты (например, клиноптилолит), но более эффективны синтетические сорбенты на основе осажденных или кристаллических ферроцианидных комплексов переходных металлов.

Рис. 2.3.1 Принципиальная схема расположения модулей модульной мобильной установки

I - патронные микрофильтры ФГС-32; II - фильтры - контейнеры; III -фильтрационные модули; IV - установка умягчения и концентрирования ЖРО; V - обратноосмотический модуль; VI - ультрафильтрационный модуль; VII - бочки с отвержденным рассолом; VIII - контрольные емкости.

2.3.2 Техническое описание блоков ММУ ЖРО

Патронные микрофильтры типа ФГС-32 - готовые изделия (ОСТ5.5314-76). Используют с утилизированных атомных подводных лодок (имеются в наличии на ФГУП ГМП «Звездочка»). Фильтрующим элементом в патронных микрофильтрах типа ФГС-32 является сетка, изготовленная, из нержавеющей стали, с размером ячейки около 16 мкм. В установке «ЭКО-3М» патронные микрофильтры ФГС-32 используют в виде каскада из двух параллельно соединенных микрофильтров на первой стадии для задержки крупных взвесей в подаваемых на очистку радиоактивных водах. Габаритные размеры, мм, не более 450 х 200. Масса - не более 15 кг.

Наибольшей известностью обладают следующие сорбенты:

– ФС-2 - гранулированный сорбент на основе ферроцианида меди (г. Пермь),

– НЖС или НЖА - сорбент на основе ферроцианида никеля (разработан во ВНИИАЭС и ИФХАН),

– «Феникс-А» - сорбент на основе ферроцианида никеля (изготовитель - МосНПО «Радон»),

– Термоксид-4 - сорбент на основе ферроцианида никеля, осажденного на гидроокись или фосфат титана (изготавливают в Свердловском филиале НИКИЭТ и Белоярской АЭС).

Рис. 2.3.2 Фильтр-контейнер с сорбентом типа «Феникс-А»

При очистке ЖРО пропускают через насыпной фильтр с гранулированным ферроцианидным сорбентом. Таким образом, реализуется динамическая сорбция в целях достижения большей глубины извлечения ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs. Коэффициент очистки ЖРО от цезия достигает значений от 100 до 10000, в зависимости от солесодержания, ионного состава и рН ЖРО.

С увеличением солесодержания ЖРО коэффициент очистки от цезия снижается, однако даже при солесодержании 500-700 г/л ресурс сорбента может достигать сотен колоночных объемов. С увеличением рН выше 10-12 ферроцианидный сорбент начинает растворяться, поэтому рН=12 является верхним пределом по рН. Нижний предел рН лежит в области менее рН=0. В некоторых случаях цезий извлекается из ЖРО даже при содержании кислоты от 1М до 2М. В данном случае лимитирует стойкость матрицы, так как она также может начать растворяться.

Поскольку при накапливании радионуклидов ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs на сорбенте в непосредственной близости от него повышается гамма-фон, то фильтр с сорбентом оборудуется биологической защитой. Критерием величины защитного слоя является мощность гамма-фона на поверхности фильтра-контейнера (до 10 мР/ч на расстоянии 1 м от внешней стенки).

Фильтр-контейнер, рис.3.2.2 состоит из цилиндрического фильтра с сорбентом, металлической бочки (объем 200 л) или сертифицированного контейнера, бандажа с проушинами для транспортировки фильтра-контейнера при помощи кран-балки или тельфера, фланцев с заглушками и трубопроводов для подачи очищаемых ЖРО в фильтр с сорбентом и для выхода очищенных ЖРО. По своему конструктивному исполнению фильтр-контейнер представляет полностью автономный водоочистной модуль. Он может эксплуатироваться как в составе водоочистной установки, так и самостоятельно.

Металлическая бочка изготовлена из обычной стали типа Ст.3 и является единственным стандартным оборудованием. Фильтр для сорбента (объем сорбента около 30 л) изготовлен из нержавеющей стали типа 12Х18Н10Т и в верхней части оборудован съемной линией сдувки накапливающегося воздуха. В нижней и верхней частях фильтра также находятся дренажные устройства для равномерного распределения потока ЖРО и предотвращения вымывания сорбента из фильтра. В транспортном состоянии фланцы заглушены заглушками. В рабочем состоянии заглушки снимают и на их место устанавливают стыковочной устройство (например, фланец с «елочкой» для соединения при помощи резинотканевых шлангов или фланец с трубопроводом в случае жесткого соединения с установкой).

Внутренняя полость бочки залита цементным или бетонным раствором с цементом марки не ниже 500 (2,3 г/см³). Время выдержки бетона не менее 14 суток при температуре выше 10 ^оС. Слой бетона является биологической защитой. Толщина бетона в направлениях входной (выходной) фланец и перпендикулярно вертикальной оси фильтра - не менее 150 мм.

По достижении выработки ресурса сорбента трубопроводы отсоединяют от фильтра-контейнера, во входной и выходной трубопроводы заливают цементный раствор, устанавливают заглушки. Фильтр-контейнер направляют на захоронение.

Основные технические характеристики фильтра-контейнера

Тип сорбента Феникс-А»

Максимальное избыточное давление на входе, МПа, не более 0,7

Начальное гидравлическое сопротивление фильтра-контейнера, МПа, не более 0,1

Габаритные размеры фильтра-контейнера (диаметр х высота), мм 600 х 850

Масса фильтра-контейнера, кг, не более 350

Фильтрационные модули. Фильтрационные модули, рис.3.2.2, предназначены для использования в технологической схеме установки стадии очистки ЖРО от взвесей и нефтепродуктов путем фильтрации ЖРО через насыпные фильтры, а также стадии сорбции радионуклидов и растворенных органических веществ на гранулированных сорбентах (природных цеолитах, ионообменных смолах, синтетических неорганических сорбентах).

Каждый из двух фильтрационных модулей, рис.3.2.2, состоит из двух насыпных фильтров (поз.Б1-Б2 и поз.Б3-Б4), двух манометров (поз.М1-М2 и поз.М3-М4), поддона (поз.П1 и поз.П2), изготовленного из нержавеющей стали, предназначенного для сбора протечек и способного вмещать полный объем ЖРО, находящихся в аппаратах и оборудовании фильтрационного модуля, и опорной рамы, оборудованной для погрузки-разгрузки модуля в автомобиль (или транспортный контейнер). Фильтрационные модули обвязаны трубопроводами и вентилями (поз.К1-К40). На выходе очищенной воды из второго фильтрационного модуля расположен манометр (поз.М5).

Обвязка насыпных фильтров позволяет реализовать такие варианты работы фильтров, как:

– последовательное и параллельное соединение фильтров,

– взрыхление или обратная промывка любого из фильтров (вместе или порознь),

– использование только одного любого фильтра (в обход другого).

Рис. 2.3.2 Гидравлическая схема фильтрационных модулей

Основные технические характеристики фильтрационных модулей

Производительность по фильтрату, м³/ч, не менее 0,5

Полный объем одного насыпного фильтра, м³ 0,5

Рабочий объем одного насыпного фильтра, м³ 0,4

Внутренний диаметр фильтра, м 0,6

Максимальное давление на входе в насыпной фильтр, МПа, не более 0,4

Габаритные размеры одного фильтрационного модуля (длина х ширина х высота), мм 2100 х 1500 х 2200 (без верхних поручней)

Масса одного фильтрационного модуля (без загрузки и в незаполненном водой состоянии), кг не более 2000

Блок реагентного умягчения. Блок предназначен для приёма, реагентного умягчения и осветления обрабатываемых ЖРО, теплоотвода от обрабатываемых ЖРО.

В состав блока входят:

– бак;

– концентратор;

– осадкоуплотнитель;

– осветлительный фильтр;

– поддон;

– трубопроводы, запорная арматура;

– рама;

– приборы контроля.

Бак блока реагентного умягчения предназначен для приёма, хранения обрабатываемых ЖРО, отработанных моющих растворов, вод промывки.

Бак представляет собой сварную конструкцию, закреплённую на раме, разделённый перегородкой на две ёмкости Е1 и Е2. Ёмкости снабжены системой перелива. Объём каждой ёмкости до уровня перелива составляет 3,06 м³.Для доступа обслуживающего персонала в ёмкости, в крышке имеются два люка. Расположение трубопроводов внутри ёмкостей обеспечивает интенсивный теплообмен, за счёт циркуляции обрабатываемых ЖРО.

Для полного слива ЖРО из ёмкостей в днище имеются приёмные карманы.

Контроль уровня осуществляется датчиками уровня. Датчики защищены от касания стенок ёмкости из-за интенсивной циркуляции отбойниками, приваренными к стенкам.

На крышке ёмкости Е1 для удаления газов, образование которых возможно при переработке ЖРО, установлена газодувка Г1.

Концентратор блока реагентного умягчения представляет аппарат, в котором обеспечивается отделение умягчённых ЖРО от взвешенного осадка малорастворимых солей жёсткости образующегося в результате контактной коагуляции.

Концентратор представляет собой цилиндрический сосуд из нержавеющей стали с эллиптической крышкой и конической нижней частью, опирающийся на сварную раму. Для обеспечения транспортировки в морском контейнере в цилиндрической части имеется фланцевый разъём. Умягчённые ЖРО выводятся через патрубок в верхней части концентратора. Осадок малорастворимых солей жёсткости выводится в осадкоуплотнитель через воронку, расположенную на уровне фланцевого разъёма. Внизу конической части расположен смеситель, имеющий патрубки подвода исходных ЖРО, раствора фосфата натрия, сжатого воздуха и выгрузки осадка. В средине конической части концентратора расположен штуцер ввода флокулянта. Пробоотбор осуществляется на уровне воронки и верхнего патрубка. Пробоотборники и воздушник концентратора заведены в воронку, расположенную на опорной раме.

Исходных ЖРО с расходом 0,5 м³/ч подаются насосом Н3 в концентратор. Регулирование расхода исходных ЖРО осуществляется вентилями К15,К27 и дросселями Др1, Др2 по показанию ротаметра Р1. Тангенсальный ввод исходных ЖРО обеспечивает вращение восходящего потока и его эффективное перемешивание с фосфатом натрия и флокулянтом. Движение обрабатываемых ЖРО происходит через слой взвешенного осадка, что способствует интенсивному укрупнению коллоидных частиц и как следствие увеличению их скорости осаждения. Доза фосфата натрия и флокулянта должна подбираться на основании лабораторных анализов и по результатам визуального контроля проб, отбираемых регулярно обслуживающим персоналом во время эксплуатации. Скорость восходящего потока должна обеспечивать постоянный уровень осадка - не выше уровня воронки для отвода в осадкоуплотнитель, то есть скорость осаждения должна равняться скорости потока на уровне воронки. Часть потока (? 80%) умягчённых ЖРО, подаётся через верхний патрубок на дальнейшую очистку на осветлительном фильтре от не осевших взвешенных частиц, ? 20% потока с избытком осадка через воронку подаётся в осадкоуплотнитель.