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.