Атомная наука и промышленность

Вид материала

Документы

Содержание Сорбционно-мембранная технология кондиционирования жро аэс с применением природных сорбентов Результаты испытаний сорбционно-мембранной технологии переработки реальных ЖРО ГНЦ РФ-ФЭИ с иммобилизацией сорбента в цементный Исходные данные Введение сорбента и реагентов в адсорбер (последовательно порциями) Цементирование сорбента в контейнере для хранения Раствор после доочистки ЖРО Предложение по доочистке раствора от неорганических и органических соединений

Подобный материал:

• 4. Атомная энергетика, 5.38kb.
• О конкурсе рефератов «Атомная наука и техника» для учащихся средних общеобразовательных, 126.39kb.
• Программа вступительного экзамена для поступления в магистратуру по профессионально-образовательной, 39.27kb.
• Паспорт инвестиционного проекта, 27.34kb.
• Всероссийская научно техническая конференция «сибирь атомная. XXI век», 28.4kb.
• Рекомендации по повышению конкурентоспособности малого и среднего бизнеса в россии, 67.45kb.
• ««наука и промышленность вот мои мечты», 79.34kb.
• Социальная программа «Шаг в будущее, Электросталь», городская тематическая конференция, 600.58kb.
• Урок класс 10 Тема «Топливно-энергетическая промышленность мира. Топливная промышленность», 16.12kb.
• Атомная физика это наука об электронном строении вещества. Она призвана объяснить его, 16.7kb.

СОРБЦИОННО-МЕМБРАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЖРО АЭС С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ

Мартынов П.Н., Болтоев Ю.Д., Богданович Н.Г., Григорьев Г.В., Коновалов Э.Е., Ягодкин И.В., Емельянов В.П., Грушичева Е.А., Игнатова Е.В., ГНЦ РФ-ФЭИ им. А.И.Лейпунского


В ядерных технологиях образуется значительное количество жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Их обезвреживание и кондиционирование является одним из актуальных направлений обеспечения безопасности АЭС и ядерных центров. Для сокращения объемов ЖРО принято их концентрирование упариванием. Конечная стадия переработки ЖРО – перевод жидких концентратов в твердое состояние для последующего длительного хранения.

Технологии упаривания не обеспечивают в должной мере экологическую безопасность и эффективность изоляции от окружающей среды биологически значимых радионуклидов, содержащихся в ЖРО, являются материало- и энергоемкими.

В ГНЦ РФ–ФЭИ проведены экспериментальные исследования нового экологически эффективного метода обезвреживания первичных ЖРО с иммобилизацией в устойчивые минералоподобные матрицы. Отличительной особенностью и новизной этого метода является использование специального сорбционно-мембранного извлечения радионуклидов из ЖРО, позволяющего значительно сократить объем конечных твердых отходов, и обеспечение формирования в конечном матричном продукте аналогов породообразующих минералов, в структуру которых входят наиболее значимые радионуклиды ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr [1].

Преимуществом разрабатываемой технологии кондиционирования ЖРО являются следующие технико-экономические показатели: использование дешевых и доступных природных силикатных сорбентов, извлекающих радионуклиды из ЖРО и одновременно участвующих в синтезе минералоподобных матричных новообразований; очистка основной массы вновь образующихся жидких отходов без их концентрирования выпариванием; комплексное решение проблемы кондиционирования первичных ЖРО с охватом полного цикла от переработки до окончательной изоляции всех радионуклидов от биосферы; использование типового оборудования для реализации процессов сорбции и цементирования. Разработанная технология открывает возможность прекращения дальнейшего накопления высокосолевых ЖРО, для которых требуется контролируемое хранение и последующее отверждение.

Процесс кондиционирования первичных ЖРО основан на извлечении радионуклидов из низко- и среднеактивных ЖРО тонкодисперсными природными сорбентами (месторождение одного из них расположено в Калужской области), коагуляции и седиментации сорбентов, отделении радиоактивного сорбента из осветленных растворов специальными мембранными фильтрами разработки ГНЦ РФ-ФЭИ и иммобилизации радиоактивного сорбента в водоустойчивый механически прочный цементный компаунд [2].

Технология предназначена для переработки жидких отходов с объемной радиоактивностью до 10⁶ Бк/л; солесодержанием до 10 г/л.

Технология оптимизирована для растворов широкого радиохимического состава благодаря использованию сорбционно-реакционного метода, обеспечивающего повышение эффективности извлечения радионуклидов за счет сорбционно-активных нанообразований гидроксидов переходных металлов. Суммарный расход сорбирующих материалов 6 – 10 г/л.

Для финишной очистки растворов разработаны модифицированные формы природных сорбентов, используемых в сочетании с высокоемкими синтетическими сорбентами.

В обоснование технологии исследованы режимы сорбционно-мембранной технологии кондиционирования жидких радиоактивных отходов:

• влияние параметров статической сорбции (вид сорбента, продолжительность сорбции, рН среды, дисперсность сорбента, содержание сорбента в жидкой среде, способ модифицирования сорбента) на эффективность извлечения трепелом и клиноптилолитом радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr из жидких радиоактивных отходов;
  
• влияние коагуляции и седиментации тонкодисперсных сорбентов на процессы статической сорбции;
  
• отделение тонкодисперсных материалов от раствора микропористым мембранным фильтром;
  
• иммобилизация радиоактивных сорбентов в цементные камни;
  
• испытания на существующих моделях установок (включая демонстрационную на 300 л ЖРО) отдельных стадий технологии и техно­логии в целом на модельных и реальных радиоактивных отходах.
  

Демонстрационная установка предназначена для переработки водных растворов следующего состава: радиоактивность до ~ 10⁶ Бк/л; основной радионуклидный состав исходных жидких радиоактивных отходов – ^137,134Cs; ⁹⁰Sr; ^56-60Со; химический состав исходных жидких радиоактивных отходов - рН 8,6–11,5; солесодержание - до 10 г/л; ХПК (химическое потребление кислорода – показатель содержания органических веществ) - до 0,5 гО₂/л.

Крупномасштабными экспериментами на созданной опытной демонстрационной установке подтверждено, что разработанная сорбционно-мембранная технология кондиционирования жидких радиоактивных отходов обеспечивает их очистку от радионуклидов ^137,134Cs, ⁹⁰Sr и ^{56– 60}Со ниже уровня вмешательства норм радиационной безопас­ности НРБ-99. Суммарный коэффициент очистки составляет по цезию до 10⁵; по стронцию  10⁴; по кобальту – до ~ 300.

Успешные испытания сорбционно-мембранной технологии обезвреживания ЖРО с иммобилизацией сорбента в цементный камень показали реализуемость предложенных технологических процессов и конструктивных решений, их перспективность в силу простоты, малой материало- и энергоемкости, повышенной экологической безопасности.

Разработанная технология и созданный комплекс оборудования относятся к ресурсосберегающим технологическим процессам. Высокий коэффициент очистки ЖРО достигается при малом удельном расходе доступных неорганических сорбентов. Как показала разработка кадастра, природные сорбенты практически есть во всех регионах России.

Сорбционно-фильтрационная технология является экологически безопасной. В эксплуатационном режиме не создает дополнительных вредных отходов, а широкая практика в атомной и химической промышленности доказала высокую надежность безаварийной работы фильтрационных и сорбционных устройств и технологичность процесса. Технология оптимизирована для растворов низкоактивных и среднеактивных ЖРО широкого радиохимического состава. Сорбционная технология позволяет сократить объем отвержденных РАО для последующего захоронения.

Заключительным этапом разработанной технологии является иммобилизация радиоактивного сорбента в минералоподобные геоцементные матрицы, что не создает дополнительных экологических проблем для будущих поколений.


Результаты испытаний сорбционно-мембранной технологии переработки реальных ЖРО ГНЦ РФ-ФЭИ с иммобилизацией сорбента в цементный камень

Процедуры и показатели	Данные экспериментальных испытаний
	2003 г.	2004 г.
Исходные данные: Объем переработанных ЖРО, м3 Объемная активность ЖРО, Бк/л Радионуклиды Химический состав ЖРО: сухой остаток, г/л ХПК*, г 02/л	1,95 1,2.105 137Cs, 90Sr, 60Co 1,4 0,1	1,7 1,1.105 137Cs, 90Sr, 60Co 3,6 0,2
Введение ЖРО в адсорбер (последовательное): Количество порций ЖРО Объем порции ЖРО, л Активность порции ЖРО, Бк	7 290 3,5.107	6 290 3,2.107
Введение сорбента и реагентов в адсорбер (последовательно порциями): Сорбент Масса порции сорбента, кг	Трепел 5,8	Трепел-Fe(OH)3 1,8
Цементирование сорбента в контейнере для хранения: Общий объем суспензии, л Общая активность суспензии, Бк Объем цементного блока, л Удельная активность цементного блока, Бк/кг	87 2,2.108 105 9.105	117 1,8.108 140 8.105
Образцы цементного камня с отработанным радиоактивным сорбентом: Предел прочности на сжатие, МПа Скорость выщелачивания 137Cs, г/см2.сут.	11 – 14 10-4 – 10-6	11 – 14 10-4 – 10-6
Раствор после доочистки ЖРО: Содержание радионуклидов - 137Cs, Бк/л 90Sr, Бк/л 60Co, Бк/л Химический состав: сухой остаток, г/л ХПК, г 02/л	 1  5 1,3.103 1,2  0,03	 5  5 24 4,8  0,1
Предложение по доочистке раствора от неорганических и органических соединений: Очистка на ионообменных и угольном фильтрах

Литература:

1. Мартынов П.Н., Богданович Н.Г., Болтоев Ю.Д. и др. Сорбционно-мембранная технология обезвреживания жидких радиоактивных отходов с иммобилизацией радионуклидов в цементный камень// «Новые промышленные технологии». – 2004. - №3.- С. 49-53.

2. Мартынов П.Н., Григорьев Г.В., Богданович Н.Г. Способ обезвреживания жидких радиоактивных отходов. Патент на изобретение РФ №2189650// БИПМ. – 2002 г. - №26 (I ч).