СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАДИОАКТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ И МАСЛА

СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАДИОАКТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ И МАСЛА


RU (11) 2305335 (13) C1

(51) МПК
G21F 9/00 (2006.01)
G21F 9/20 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005140826/06 
(22) Дата подачи заявки: 2005.12.26 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.12.26 
(45) Опубликовано: 2007.08.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: JP 6258494 А, 16.09.1994. RU 2214972 С1, 27.10.2003. FR 2433812 А1, 14.03.1980. RU 2200994 С2, 20.03.2003. 
(72) Автор(ы): Сыченко Владимир Михайлович (RU); Харушкин Виктор Леонидович (RU); Плешков Игорь Михайлович (RU); Коновалов Павел Витальевич (RU); Мочалов Анатолий Петрович (RU); Смирнов Алексей Леонидович (RU); Рычков Владимир Николаевич (RU); Зонов Алексей Леонидович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Комбинат "Электрохимприбор" (RU) 
Адрес для переписки: 624200, Свердловская обл., г. Лесной, ФГУП "Комбинат "Электрохимприбор", патентная служба 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАДИОАКТИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ И МАСЛА
Изобретение относится к области переработки и обезвреживания жидких радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ очистки сточных вод от радиоактивных компонентов, в состав которых входят растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада, путем концентрирования радиоактивных компонентов и минерального масла. При этом сточные воды перед переработкой подкисляют до величины рН 2,5-3,0. Далее вводят коагулянт на основе солей железа (III), затем катионоактивный флокулянт на основе модифицированного полиакриламида. После чего нейтрализуют щелочью до величины рН>7 с последующим центрифугированием смеси с получением после центрифугирования очищенной воды и концентрата, содержащего радиоактивные компоненты и минеральное масло. Осуществляют последующее отверждение и захоронение концентрата. Преимущества изобретения заключаются в сокращении расхода энергии и ускорении процесса. 5 табл.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ очистки сточных вод от минерального масла и радионуклидов относится к области переработки жидких отходов, в состав которых входит вода, растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада металлообрабатывающих предприятий и гальванических производств, а также может быть использовано в технологии производства урана и его соединений.

Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов [А.С.Копылов, Е.И.Верховский. Спецводоочистка на атомных электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1988] (прототип), заключающийся в использовании метода выпарки. Метод выпаривания (термическая переработка) радиоактивных растворов заключается в нагревании воды до кипения и упаривания ее. В получаемый при этом пар переходит минимальное количество примесей, включающих радиоактивные компоненты. Основная часть загрязняющих примесей остается в упаренной воде, что способствует существенному уменьшению объема жидких радиоактивных отходов. Этот метод используется для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкой и средней активности. При охлаждении пара получают конденсат, содержащий масло и радиоактивные компоненты с концентрацией, допустимой для его сброса на общезаводские очистные сооружения. Кубовый остаток (упаренный водный раствор ЖРО) содержит воду, масло и радиоактивные компоненты. Его помещают либо в хранилище жидких отходов, либо подвергают отверждению и направляют на захоронение в виде твердых радиоактивных отходов. Данный способ позволяет достаточно эффективно производить переработку низкоактивных жидких отходов, обеспечивает высокую степень очистки основной массы воды как от масла, так и от радиоактивных компонентов и достаточно эффективно снижает объем радиоактивных отходов.

Недостатки известного способа-прототипа, которые в определенной степени ограничивают его применение, заключаются в следующем. Во-первых, высокие энергетические затраты на переработку сточных вод. Метод выпарки - один из наиболее энергоемких процессов. Во-вторых, при высоком содержании масла в сточных водах происходит интенсивное пенообразование в процессе выпарки, что ведет к выносу с паром значительной массы воды с радиоактивными компонентами и маслом. Это приводит к необходимости проведения либо повторной очистки воды от радионуклидов методом выпарки, либо создания дополнительных технологий очистки конденсата от радионуклидов. Наконец, процесс выпарки - это продолжительная операция, что приводит к необходимости использования накопительных емкостей больших объемов. Кроме того, для предварительного нагрева воды требуются дополнительно теплообменники, а для получения конденсата из пара - использование холодильников.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение существенного сокращения расхода энергии на процесс очистки ЖРО от масла и радиоактивных компонентов, сокращение времени на очистку воды, что приведет к снижению объема и количества основного и вспомогательного оборудования, а также проведение очистки сточных вод от загрязняющих компонентов за одну операцию, при их содержании в широком диапазоне концентраций, что приведет к сокращению рабочего времени на обслуживание передела.

Технический результат достигается путем очистки сточных вод от радиоактивных компонентов, в состав которых входят растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада путем концентрирования радиоактивных компонентов и минерального масла с последующим отверждением и захоронением концентратов, при этом сточные воды перед переработкой подкисляют до величины рН 2,5-3,0, далее вводят коагулянт на основе солей железа (III), затем катионоактивный флокулянт на основе модифицированного полиакриламида, после чего нейтрализуют щелочью до величины рН>7 с последующим центрифугированием смеси с получением после центрифугирования очищенной воды и концентрата, содержащего радиоактивные компоненты и минеральное масло.

Выбор указанных параметров подкисления и нейтрализации, реагентов и метода последующей переработки жидких радиоактивных сточных вод, содержащих минеральное масло, обусловлен тем, что в этих условиях обеспечивается высокая степень очистки воды как от радиоактивных компонентов, так и от минерального масла до нормативных показателей.

Сопоставление эффективности предложенного и ранее известного способа-прототипа приведено в примерах.

Пример 1. Радиоактивные сточные воды подкисляли до величины рН около 3. Далее в подкисленные сточные воды в количестве 1 л с общей исходной удельной активностью 950 Бк/кг вводили коагулянт и флокулянт. В качестве коагулянта использовалась соль хлорида железа (III) в качестве флокулянтов - катионоактивный, анионоактивный или нейтральный модифицированный полиакриламид. Коагулянт вводили в количестве из расчета 100 мг/кг по Fe3+ . Количество введенного флокулянта 15 мг. После введения реагентов проводили нейтрализацию щелочью до величины рН более 7. Осадок полученной пульпы после нейтрализации отделяли от раствора различными методами: отстаиванием, фильтрацией и центрифугированием. Центрифугирование проводили в течение 15 мин при скорости вращения 10000 об/мин. Очищенную от осадка воду подвергали радиохимическому анализу. Результаты испытаний представлены в табл.1. Для сравнения в табл.1 даны результаты по очистке воды, содержащей радиоактивные компоненты без добавления реагентов или с добавлением одного из них. В табл.2 приведены данные по скорости отстаивания осадка с использованием различных флокулянтов после введения коагулянта, которые характеризуют эффективность действия флокулянта при очистке воды от взвешенных веществ.

Таблица 1

Влияние коагулянта и флокулянтов на очистку воды от радиоактивных компонентов различными методами 
Способ отделения взвешенных веществ от раствора Остаточная удельная активность воды (Бк/кг) при использовании различных типов модифицированного полиакриамида 
Катионоактивный Анионоактивный Нейтральный Без добавления коагулянта и флокулянта Без добавления флокулянта Без добавления коагулянта с катионоактивным флокулянтом 
Центрифугирование 

0,3 

126 

94 

110 

70 

115 
Фильтрация 5,0 156 108 125 75 120 
Отстаивание 35 184 165 170 90 190 


Скорость отстаивания определяли в мерном цилиндре. Время отстаивания фиксировали при прекращении изменения высоты слоя осадка.

При сопоставлении полученных данных видно, что наиболее эффективным флокулянтом является модифицированный полиакриламид катионного типа, а метод центрифугирования обеспечивает наиболее полную очистку воды от радиоактивных компонентов.

Таблица 2 
Скорость отстаивания осадка при добавлении в радиоактивные сточные воды коагулянта и модифицированного полиакриламида различного типа 
Скорость отстаивания осадка (час) при использовании различных типов модифицированного полиакриамида 
Катионоактивный Анионоактивный Нейтральный 
0,25 24 6 


Пример 2. По экспериментальным результатам данного примера определено оптимальное количество реагентов, требующееся для очистки воды от радиоактивных компонентов. В подкисленные сточные воды объемом 1 л вводился коагулянт в виде соли сульфата железа (III) и катионоактивный флокулянт в различных соотношениях, после этого проводилась нейтрализация воды до значения рН 8,5 и далее производилось центрифугирование пульпы. Полученные данные сведены в табл.3.

Таблица 3 
Удельная активность очищенной воды (Бк/кг) в зависимости от количества введенных реагентов перед центрифугированием 
Концентрация железа (III), добавленного в сточную воду, мг/л Количество введенного катионоактивного флокулянта, мг/л 
5 10 15 20 30 40 
50 55 28 28 30 33 44 
75 18 7 8 9 26 34 
100 3 0,3 <0,3 1,5 6 15 
150 3 <0,3 <0,3 0.8 4,5 12 
200 2 <0,3 <0,3 0,6 5,8 10 


Удельная активность исходной воды 930 Бк/кг.

Из полученных результатов следует, что при низкой концентрации флокулянта и коагулянта (50 мг/л Fe 3+ и флокулянта 5 мг/л) наблюдается неполная очистка воды от радиоактивных компонентов. При дозе флокулянта свыше 20 мг/л степень очистки воды от радионуклидов начинает снижаться. При увеличении концентрации коагулянта свыше 100-150 мг/л степень очистки фактически не изменяется. Увеличение концентрации железа приводит лишь к дополнительному расходу реагента. Таким образом, оптимальный расход реагентов составляет: соль железа в перерасчете на Fe3+ 100-150 мг/л, расход флокулянта - 10-20 мг/л.

Пример 3. Сточная вода перед очисткой имела следующие параметры: рН 8,3, активность 980 Бк/кг и содержание минерального масла 180 мг/л. В сточную воду, исходную и подкисленную до различных значений рН, вводили коагулянт и флокулянт. После подкисления воду нейтрализовали щелочью до различных значений рН. Далее проводили центрифугирование в одинаковых условиях. После очистки определяли удельную активность воды и концентрацию минерального масла. Полученные результаты приведены в табл. 4. Как следует из полученных результатов, предварительное подкисление сточной воды способствует повышению степени очистки воды как от радиоактивных компонентов, так и от минерального масла, если после подкисления воду нейтрализовать до величины рН более 7,0. Подкисление воды ниже величины рН 2,5-3,0 не приводит к изменению степени очистки сточных вод от радиоактивных компонентов и минерального масла, но ведет к необоснованному увеличению расхода реагентов. Если в сточную воду без предварительного подкисления вводится коагулянт, происходит его гидролиз и выпадение гидроксида железа (III), что ухудшает процесс формирования осадка и очистки воды.

Таблица 4 
Удельная активность воды после очистки с предварительным ее подкислением и последующей нейтрализацией после введения коагулянта и флокулянта 
Удельная активность воды (Бк/кг) и содержание минерального масла (мг/л) после очистки без предварительного подкисления Величина рН после подкисления сточной воды Удельная активность воды (Бк/кг) и минерального масла (мг/л) после очистки, предварительно нейтрализованная до различных значений рН 
6,0 7,0 7,5 8,0 9,0 10,0 
26,6/43 2,0 5,5/26 0,3/18 0,3/19 <0,3/17 <0,3/18 <0,3/20 
2,5 4,8/22 0,3/21 0,3/19 <0,3/17 <0,3/19 <0,3/19 
3,0 8,4/26 0,4/18 0,5/18 0,3/19 0,3/17 <0,3/20 
4,5 18/28 15/25 21/25 24/26 19/24 21/26 
5,0 26/32 17/34 22/34 18/34 21/33 22/34 


В числителе - активность воды, в знаменателе - концентрация масла.

Пример 4. После подкисления сточной воды, содержащей 180 мг/л минерального масла и удельной активностью 980 Бк/кг, после ее подкисления при оптимальных условиях вводились в качестве коагулянта хлорид, нитрат и сульфат железа (III). После добавления флокулянта вода подвергалась нейтрализации щелочью до величины рН 9,0 и центрифугировалась. В результате очистки практически получены одинаковые результаты. Удельная активность очищенной воды составила менее 0,3 Бк/кг, концентрация минерального масла - в переделах 18-20 мг/л.

Пример 5. В данном примере проведено сопоставление результатов промышленных испытаний очистки сточной воды.

Таблица 5

Сравнительные характеристики переработки радиоактивных сточных вод 
Техническая характеристика Метод переработки ЖРО 
Сепарирование Выпарка 
Число единиц оборудования 3 5 
Расход энергии на переработку 50 м3 радиоактивных сточных вод (годовой расход) 8,8×10 2 кВт 3,1×106 кВт (2700 Гкал) 
Время на подготовку установки к работе 15 мин 2 часа 
Производительность установки 200 л/ч 90 л/ч 
Удельная активность очищенной воды (допустимая норма 30 Бк/кг) 0,3 Бк/кг около 30 Бк/кг 
Содержание минерального масла в очищенной воде (мг/л) 18 22 
Повторная переработка очищенной воды Не требуется Периодически требуется 
Расход реагента на 1 м3 ЖРО 100 г хлорного железа Не требуется 
10 г флокулянта 
800 г серной кислоты 
1600 г гидроксида натрия 


По предлагаемому способу переработано около 50 м3 радиоактивных сточных вод. Причем 10 м3 из них не поддавались переработке методом выпарки из-за высокого содержания масла, что приводило к интенсивному ценообразованию и, как следствие, загрязнению конденсата радиоактивными компонентами и минеральным маслом.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет:

а) существенно повысить степень очистки сточных вод от радиоактивных загрязнений за одну стадию;

б) существенно снизить расходы энергии;

в) сократить число единиц оборудования;

г) обеспечить сокращение рабочего времени на обслуживание процесса очистки сточных вод от радиоактивных загрязнений.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ очистки сточных вод от радиоактивных компонентов, в состав которых входят растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада, путем концентрирования радиоактивных компонентов и минерального масла с последующим отверждением и захоронением концентратов, отличающийся тем, что сточные воды перед переработкой подкисляют до величины рН 2,5-3,0, далее вводят коагулянт на основе солей железа (III), затем катионоактивный флокулянт на основе модифицированного полиакриламида, после чего нейтрализуют щелочью до величины рН>7 с последующим центрифугированием смеси с получением после центрифугирования очищенной воды и концентрата, содержащего радиоактивные компоненты и минеральное масло.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru