Содержание к диссертации
Введение 4
1 Литературный обзор 9
1.1 Влияние фазово-дисперсного состояния загрязнений на выбор
метода очистки 9
Общая характеристика баромембранных методов разделения .... 16
Аппаратурное оформление мембранных процессов 21
Переработка жидких радиоактивных отходов ультрафильтрацией 27
Переработка жидких радиоактивных отходов
обратным осмосом 47
1.6 Использование баромембранных методов разделения для очистки
ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ отходов в промышленном масштабе 58
2 Экспериментальная часть 67
2.1 Методика измерения удельной активности 67
Методика определения химического состава 68
Описание лабораторных мембранных установок и методика проведения экспериментов 69
Методика отверждения вторичных отходов 72
3 Переработка растворов спецканализации радиохимического,
радиоизотопного и реакторного производств 75
Описание существующей технологии переработки растворов спецканализации радиохимического, радиоизотопного и реакторного производств 75
Лабораторные исследования по очистке растворов спецканализации радиохимического, радиоизотопного
и реакторного производств 79
3.3 Опытная проверка мембранно-сорбционной схемы
переработки растворов спецканализации 86
Описание опытного стенда и методика проведения испытаний.. 86
Результаты испытаний мембранно-сорбционной схемы. Первая серия испытаний 92
Результаты испытаний мембранно-сорбционной схемы. Вторая и третья серия испытаний 99
Результаты испытаний мембранно-сорбционной схемы. Четвёртая серия испытаний 106
Результаты испытаний мембранно-сорбционной схемы. Пятая серия испытаний 112
3.4 Результаты испытаний мембранно-сорбционной схемы
переработки спецканализации радиохимического,
радиоизотопного и реакторного производств 116
4 Переработка жидких радиоактивных отходов низкого уровня
активности химико-металлургического завода 121
Описание существующей технологии переработки растворов спецканализации химико-металлургического завода 121
Лабораторные опыты по ультрафильтрации растворов спецканализации химико-металлургического завода 123
Опытная проверка ультрафильтрации растворов спецканализации химико-металлургического завода 128
Результаты исследований по переработке растворов спецпрачечной и спецканализации химико-металлургического производства 137
5 Переработка жидких радиоактивных растворов спецпрачечной ... 139
Описание существующей схемы обращения с растворами спецпрачечной 139
Результаты лабораторных исследований по очистке
сточных вод спецпрачечной 140
5.3 Изучение радиационно-химического метода разрушения
поверхностно-активных веществ в растворах спецпрачечной 143
Изучение радиационного метода разрушения поверхностно-активных веществ в растворах спецпрачечной 143
Изучение влияния пероксида водорода на радиационное разрушение ПАВ ОП-10 145
Определение продуктов деструкции ПАВ ОП-10 149
5.4 Результаты исследований по переработки
растворов спецпрачечной 151
6 Иммобилизация вторичных отходов 153
Вторичные отходы и обращение с ними 153
Исследования по иммобилизации регенератов 154
Исследования по иммобилизации обратноосмотических концентратов 157
Исследования по иммобилизации гидратно-
шламовых пульп 163
6.5 Результаты исследований по иммобилизации
вторичных отходов 166
Заключение 168
Список использованных источников 170
Введение к работе
Производственное объединение "Маяк" - крупнейшее предприятие ядерного топливного цикла в России, имеющее в своём составе химическое, радиохимическое и реакторное производства. В результате производственной деятельности предприятия образуются твёрдые, жидкие и газообразные отходы. Жидкие радиоактивные отходы характеризуются широким разнообразием химических и радиоактивных компонентов, поэтому проблема их переработки окончательно не решена. Ежегодно на предприятии образуется около 1-2 тыс. м3 высокоактивных отходов, около 15-20 тыс. м3 среднеактивных отходов и 500-600 тыс.м3 низкоактивных отходов.
Жидкие низкоактивные отходы (НАО) производственного объединения "Маяк" формируются из следующих групп отходов:
Растворы спецканализации радиохимического, радиоизотопного и реакторного производств;
Отработанные регенерационные растворы установки химического обессоливания и очистки воды водоема-охладителя;
Хозяйственно-бытовые и ливневые воды промплощадки;
Сбросные растворы спецпрачечной;
Растворы спецканализации химико-металлургического завода;
6 Хозяйственно-бытовые воды химико-металлургического завода.
Схема обращения с жидкими НАО, которая сложилась на ПО "Маяк",
представлена на рисунке 1.
Растворы спецканализации радиохимического, радиоизотопного и реакторного производств имеют наиболее высокое содержание радионуклидов
«
(
о
Растворы спецканализации РХЗ, РИЗ, РП 400 тысм3/ год
Очищенная
вода
360 тысм3/ год
Водоем оборотного водоснабжения т (водоем №2)
Ионный обмен 2 ступени
Вода на очистку 1,2 млн.м3/ год
Очищенная вода 1,0млн.м3/год
Ионный обмен
Регенераты j—
40 тысм3/год регенер;
аты 240 тысм3/ год
Хоз-бытовые
ЛИВНеВЫе ЄТ OKI
2,4 млн.м3/ год
Водоем
№4
Растворы спецпрачечной 70 тысм3/год
— Растворы спецканализации ХМЗ 100 тысм3/ год
Коагуляция
1—
Очищенная вода
Пульпа 99 тысм3/год
1 тысм3/ год I
2,9 млн.м3/ год
Водоем
оборотного
.J
водоснабжения
(водоем № б)
>к1- Обращение с жидкими радиоактивными отходами низкого уровня активности на ФГУП "ПО "Маяк"
по сравнению с другими отходами данной категории. Очистка растворов этой группы осуществляется на участке переработки технологических сбросов (УПТС) по схеме, которая включает в себя следующие операции: усреднение сбросов, коагуляция сульфатом железа, отстаивание в течение 10-12 ч, фильтрование через песчано-кварцевые фильтры, сорбция на ионообменных смолах.
Ионообменная очистка проводится по одно- или двухступенчатой схеме ионирования в зависимости от состава ЖРО, поступающих на очистку. В настоящее время на переработку поступает ~ 400 тыс. м3/год жидких НАО. На проведение ионообменной очистки ежегодно расходуется ~ 290 т азотной кислоты и 120 т гидроксида натрия.
Очищенная от солей и радионуклидов вода сбрасывается в водоем оборотного водоснабжения, а образовавшиеся вторичные отходы (регенераты и суспензия) поступают в специальный водоем-хранилище. Объем вторичных отходов составляет ~ 10 % от объема поступивших на переработку ЖРО.
Вторую группу отходов составляют регенераты установки очистки и обессоливания воды водоема-охладителя. Очистка воды водоема-охладителя проводится на заводе водоподготовки на ионитах КУ-2-8, сульфоуголь и АН-31 по схеме последовательного одноступенчатого Н-ОН-ионирования. Очищенная вода поступает на охлаждение емкостей с радиоактивными отходами, а затем возвращается в водоем-охладитель. Регенерационные растворы направляются в водоем-хранилище.
Хозяйственно-бытовые и ливневые воды промплощадки радиохимического, радиоизотопного и реакторного производств формируются за счет сточных вод душевых, санузлов и ливневых вод. Объем этой группы отходов составляет около 5 млн.м3/год. Половина из них сбрасывается в водоем-охладитель, а вторая половина в один из водоемов-хранилищ. Очистка отходов данной категории в настоящее время не производится, хотя кроме химических компонентов они содержат и радионуклиды. На ПО «Маяк» разработан проект очистных сооружений для хозбытовых и ливневых вод промплощадки с применением процессов биологической очистки, коагуляции и фильтрации.
Растворы спецпрачечной являются наиболее сложной в смысле химического состава группой НАО. В данной категории растворов содержится
значительное количество поверхностно-активных (ПАВ) и моющих веществ (сульфонол, триполифосфат, ОП-10 и т.д.), затрудняющих их переработку. Поэтому в настоящее время эти растворы без очистки сбрасываются в водоем-охладитель. Ежегодно образуется около 70 тыс. м3 отходов этой группы. В водоем-охладитель с растворами спецпрачечной поступает до 20 т/год ПАВ и моющих веществ, до 20 Ки/год бета-излучающих нуклидов и 2 Ки/год альфа-излучающих нуклидов.
Отдельной группой НАО ПО «Маяк» являются растворы спецканализации и хозбытовые стоки химико-металлургического завода.
Сточные воды спецканализации (~ 110 тыс. м3/год) перерабатываются на очистных сооружениях химико-металлургического завода по технологической схеме, включающей коагуляцию двухвалентным сернокислым железом и фильтрование через древесные опилочные фильтры. Очищенная вода после фильтров сбрасывается в водоем промышленного водоснабжения, а образовавшаяся гидратно-шламовая пульпа передается в емкости для промежуточного хранения, а затем вывозится в водоем-хранилище отходов.
Хозбытовые воды промплощадки (~ 170 тыс. м3/год) подвергаются очистке по технологической схеме, включающей двухстадийное отстаивание, фильтрование через биофильтры и обеззараживание. Очищенная от радионуклидов вода поступает в водоем промышленного водоснабжения химико-металлургического завода, а суспензия после отстойников - на иловые поля, расположенные на территории завода.
С точки зрения современной концепции обращения с НАО технологические схемы переработки отходов, используемых на ПО «Маяк» имеют ряд существенных недостатков:
значительное превышение в очищенной воде нормативных показателей
для ряда радионуклидов;
образование большого объема вторичных отходов, которые
локализуются в водоемах-хранилищах, то есть, по сути, оказываются в
окружающей среде;
высокие удельные расходы реагентов.
Со вторичными отходами ежегодно в водоемы-хранилища поступает ~ 4500 т солей и до 1500 Ки радионуклидов, что приводит к ухудшению химического, радиохимического и биологического состояния промышленных водоемов.
Дальнейшее развитие как всей отрасли в целом, так и «ПО «Маяк» в частности, поставлено в зависимость от кардинального решения проблем переработки и надёжной локализации радиоактивных отходов. Применяемые в настоящее время способы обращения с ЖРО предполагают поступление значительного количества отходов в открытые водоёмы-хранилища Теченского каскада водоёмов (ТКВ). Существование таких водоёмов-хранилищ является угрозой экологической безопасности населения, проживающего в зоне действия предприятий ядерно-топливного комплекса.
Для коренного улучшения ситуации требуется пересмотр всей сложившейся схемы обращения с ЖРО, использование новых технологических решений. Поэтому разработка и внедрение новых схем переработки ЖРО является одним из приоритетных направлений в области природоохранных мероприятий, проводимых на ПО "Маяк". Среди перспективных методов разделения и очистки растворов одними из наиболее эффективных являются мембранные технологии. Интерес к этим способам переработки значительно вырос в последнее время благодаря относительно простой технологии, разработкам надёжного оборудования, прогрессу в области производства мембран и низким удельным энергозатратам, необходимым для реализации этих технологий.
