Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 9
1.1. Основные типы жидких радиоактивных отходов, их химический и радионуклидный состав 9
1.2. Сорбционные методы очистки ЖРО 14
1.3. Мембранные методы очистки ЖРО 21
1.4. Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований ... 37
ГЛАВА 2. Экспериментальная часть 41
2.1. Методики проведения экспериментов 41
2.2. Методики проведения химического анализа растворов 43
ГЛАВА 3. Исследование сорбционных, мембранных и электрохимических методов переработки ЖРО 45
3.1. Общая характеристика методов очистки ЖРО от радионуклидов 45
3.2. Электромембранные методы очистки ЖРО 46
3.2.1.Определение электрохимических характеристик ионообменных мембран 46
3.2.2. Лабораторные испытания электродиализной очистки ЖРО МосНПО «Радон» 49
3.2.3. Оптимизация электродиализного метода очистки 56
3.2.4. Разработка и испытания электродиализного метода переработки высокосолевых радиоактивных регенератов 74
3.3. Баромембранные методы очистки ЖРО 79
3.3.1. Мембранные методы удаления легкогидролизующихся радионуклидов 79
3.3.2. Мембранные методы удаления радионуклидов цезия 81
3.3.3. Мембранные методы удаления радионуклидов стронция 83
3.3.4. Испытания мембранно-осадительного способа очистки ЖРО ФГУП ЦС «Звездочка» 86
3.4. Сорбционные методы очистки ЖРО 91
3.4.1. Перечень исследованных сорбентов 91
3.4.2. Сорбционные характеристики сорбентов по отношению к радионуклидам цезия 93
3.4.3. Сорбционные характеристики сорбентов по отношению к радионуклидам стронция 98
3.5. Электрохимические методы переработки ЖРО 107
ГЛАВА 4. Использование мембранных, сорбционных и электрохимических методов для очистки ЖРО различного состава 120
4.1. Использование мембранных методов очистки ЖРО 120
4.1.1. Очистка вод спецканализации завода РИ ПО «Маяк» 120
4.1.2. Очистка альфа-содержащих ЖРО химико-металургического завода ПО «Маяк» 127
4.1.3. Очистка вод спецканализации химико-металургического завода ПО «Маяк» 134
4.1.4. Электромембранная переработка кислых и щелочных регенерационных растворов ионообменной очистки 139
4.2. Использование сорбционных методов очистки ЖРО 150
4.2.1. Очистка ЖРО спецкомбинатов «Радон» 150
4.2.2. Очистка ЖРО хранилища ТРО объекта «Миронова гора» 152
4.3. Использование электрохимических методов очистки ЖРО 155
ГЛАВА 5. Внедрение комплексных технологий переработки жидких радиоактивных отходов 166
5.1. Электрохимический комплекс цеха спецводоочистки научно-промышленного комплекса ГУЛ МосНПО «Радон» (ОГЖО-5) 166
5.2. Передвижные модульные установки очистки жидких РАО «ЭКО-3» и «ЭКО-ЗМ» 178
5.2.1. Принципы создания модульных установок очистки жидких РАО 178
5.2.2. Передвижная модульная установка очистки жидких РАО «ЭКО-3» 180
5.2.3. Передвижная модульная установка очистки жидких РАО «ЭКО-ЗМ» 187
Выводы: 191
Список литературы: 192
- Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований
- Лабораторные испытания электродиализной очистки ЖРО МосНПО «Радон»
- Очистка вод спецканализации химико-металургического завода ПО «Маяк»
- Электрохимический комплекс цеха спецводоочистки научно-промышленного комплекса ГУЛ МосНПО «Радон» (ОГЖО-5)
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Развитие атомной энергетики и ядерной промышленности неразрывно связано с созданием современных технологий переработки радиоактивных отходов. На жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) низкого и среднего уровня активности приходится основной объем отходов, образующихся при работе предприятий ядерного топливного цикла, ядерных энергетических и транспортных установок, а также медицинских и научных центров. Низко- и среднеактивные ЖРО отличаются большим разнообразием химического, физико-химического и радионуклидного состава, что требует использования различных методов переработки ЖРО [1-Ю].
В настоящее время для переработки ЖРО используются сорбционные, электромембранные и баромембранные методы. Раздельное использование вышеперечисленных методов, в ряде случаев, не позволяет достичь требуемой степени очистки ЖРО сложного химического и радионуклидного состава. Данная проблема может быть решена путем разработки современных мембранных и сорбционных технологий и создания комплексных схем переработки ЖРО, направленных на их глубокую очистку, а также на минимизацию объема вторичных отходов, направляемых на длительное хранение. В связи с этим, создание эффективных комплексных схем переработки жидких радиоактивных отходов является весьма важной и актуальной задачей.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка мембранных и сорбционных технологий и создание эффективных комплексных схем переработки жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ:
Создать современное электродиализное оборудование для процессов
переработки ЖРО и определить его основные технологические характеристики.
Определить условия удаления нерастворимых форм радионуклидов методом ультрафильтрации с использованием наноструктурированных мембран.
Разработать метод удаления органических комплексообразующих и поверхностно-активных веществ, а также аммиака, основанный на электрохимической деструкции.
Создать универсальную установку синтеза сорбентов, селективных к радионуклидам цезия и стронция.
Разработать и испытать комплексные технологии переработки жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
Выявлены зависимости основных электрохимических характеристик процесса электродиализа от условий проведения процесса с использованием электродиализатора оригинальной конструкции.
Показана возможность использования метода электродиализа для получения растворов кислоты и щелочи из отработанных регенерационных растворов ионообменной очистки ЖРО.
Впервые разработан метод электрохимической деструкции органических комплексообразующих и поверхностно-активных веществ, а также аммиака из ЖРО с использованием диафрагменного электролизера.
Впервые показана возможность извлечения из жидких РАО альфа-содержащих радионуклидов с использованием ультрафильтрационных наноструктурированных керамических мембран.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ
1. Разработаны и созданы мобильные установки «ЭКО-3» и «ЭКО-ЗМ»,
состоящие из блоков ультрафильтрации, сорбционной очистки, электродиализного обессоливания и концентрирования, обратного осмоса. С использованием данных установок переработано более 3000 м3 жидких РАО на
ОАО «ЦС «Звездочка» и ФГУП «ПО «Севмаш» в Государственном Российском центре атомного судостроения, г. Северодвинск.
В НІЖ ГУП МосНПО «Радон» создана и прошла промышленные испытания электродиализная установка по очистке жидких РАО цеха спецводоочистки.
Создана электромембранная установка переработки отработанных регенерационных растворов ионообменной очистки ЖРО с получением растворов кислоты и щелочи.
Проведены успешные опытно-промышленные испытания мембранных методов для очистки вод спецканализации и альфа-содержащих ЖРО химико-металлургического завода ФГУП ПО «Маяк». Технология очистки ЖРО с использованием ультрафильтрационных керамических мембран заложена в проект строящегося объекта «Сооружение установки очистки вод спецканализации и вод, содержащих САО химико-металлургического производства ФГУП ПО «Маяк».
Проведены пилотные испытания электрохимической установки «Окситрон» для удаления аммиака из емкости хранилища жидких отходов Курской АЭС.
Создана установка по синтезу селективных неорганических сорбентов марок ФНС и МДМ для извлечения радионуклидов цезия и стронция; разработаны и утверждены ТУ на сорбенты; проведен выпуск опытных партий.
7 НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
Результаты исследований использования метода электродиализа для переработки ЖРО на аппарате оригинальной конструкции.
Результаты использования метода ультрафильтрации с применением наноструктурированных керамических мембран для извлечения нерастворимых форм радионуклидов цезия, стронция, кобальта, циркония, плутония, америция и др.
Аппаратурно-технологическая схема установки синтеза селективных неорганических сорбентов.
Метод электрохимической деструкции для удаления органических комплексообразующих и поверхностно-активных веществ и аммиака с использованием диафрагменного электролизера.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались на втором и третьем Международном конгрессе «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК, Москва, 1996 и 1998гг.; на конференции «Радиационная безопасность: радиоактивные отходы и экология», г. Санкт-Петербург, 1999г.; на четвертой Международной научно-технической конференции «Обращение с радиоактивными отходами» г. Москва,2001г.; на Международной научно-технической конференции «Экологические проблемы утилизации АЛЛ и развитие ядерной энергетики в регионе» (Экофлот-2002), г. Владивосток, 2002г.; на шестом Международном конгрессе: «Вода: Экология и технология «ЭКВАТЭК-2004», Москва, 2004 г.; на пятой Российской конференции по радиохимии, г. Дубна, 2006г.; International Conference Waste Management (Tucson, USA 1998-2001;2003, 2005, 2006 r.r.), International Conference on Nuclear Waste Management and Environmental Remediation (Nagoya, Japan, 1997г.), на конференции Международной водной ассоциации (IWA) «Мембранные технологии в водоподготовке и очистке сточных вод», г. Москва, 2008 г., 35th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering (Tartans Matliare, Slovakia, 2008r.), 9th International Symposium „Conditioning of
8 Radioactive Operational & Decommissioning Wastes" including 9th Status Report of BMBF „Decommissioning and Dismantling of Nuclear Facilities" (Dresden, Germany,2009r.)
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 21 печатная работа (5 статей (3 в ВАКовских журналах) и 16 докладов на конференциях), 8 тезисов докладов на российских и международных конференциях, получено 7 патентов РФ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 177 наименований и приложений. Работа изложена на 202 страницах печатного текста, включает 67 рисунков и 71 таблицу.
Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследований
Проведенный обзор научно-технической и патентной литературы показал, что в настоящее время для очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкого и среднего уровня активности, в основном, используются сорбционные и мембранные методы, а также их различные сочетания. Выбор того или иного метода очистки зависит от химического и радионуклидного состава ЖРО, и в первую очередь определяется состоянием удаляемых радионуклидов в растворе. Наиболее актуальной задачей при переработке ЖРО является удаление долгоживущих и радиотоксичных радионуклидов цезия, стронция, кобальта, плутония и др.
Для удаления радионуклидов цезия и стронция, находящихся в растворах в основном, в ионном состоянии применяются сорбционные методы с использованием органических ионообменных смол и неорганических сорбентов различных типов. Использование последних, более перспективно, в связи с возможностью получения сорбентов с повышенной селективностью к ионам цезия и стронция, а также высокой химической, термической и радиационной стойкостью.
Для очистки растворов от цезия в настоящее время используют, как правило, различные природные и синтетические цеолиты, а также сорбенты на основе ферроцианидов переходных металлов, проявляющих повышенную селективность к цезию в присутствии макроколичеств посторонних катионов.
Круг сорбентов, пригодных для селективного извлечения радионуклидов стронция, особенно в присутствии ионов кальция, значительно уже. В первую очередь, это синтетические цеолиты и сорбенты на основе оксигидратов марганца, титана, циркония которые, вследствие особенностей своей структуры, обладают более высокой, по сравнению с органическими ионитами, селективностью по отношению к стронцию. Однако сорбционные характеристики неорганических сорбентов были определены для ограниченного круга сорбционных материалов при различных условиях проведения экспериментов, что не позволяет провести объективное сравнение их свойств и осуществить целенаправленный выбор наиболее перспективных сорбентов для очистки растворов сложного солевого состава.
Широкое использование селективных неорганических сорбентов для очистки ЖРО сдерживает также отсутствие их промышленного производства, как в России, так и за рубежом. Единственным видом неорганических сорбентов, доступным в промышленных масштабах являются синтетические цеолиты различных типов, а также природные цеолиты, в частности, клиноптилолит. Однако данные сорбенты не всегда являются эффективными для очистки ЖРО, особенно с повышенным содержанием солей.
В настоящее время в России выпуск селективных неорганических сорбентов небольшими партиями осуществляется на ПО «Маяк» (Челябинская область), экспериментальном производстве неорганических сорбентов при Пермском государственном техническом университете, в Институте химии ДВО РАН, г. Владивосток и в МосНПО «Радон», г. Сергиев Посад Московской области. Ассортимент выпускаемых сорбентов на вышеперечисленных предприятиях не превышает 2-3 наименований, а их общее количество -нескольких сотен килограммов в год. Единственным предприятием, выпускающим селективные неорганические сорбенты на основе оксигидратов, фосфатов, ферроцианидов титана и циркония в опытно-промышленном масштабе является научно-производственная фирма «Термоксид» в г. Заречный, Свердловской области. Несмотря на высокие сорбционные и эксплуатационные характеристики данных сорбентов их использование ограничено, в первую очередь, в связи с их высокой стоимостью. Сложившиеся ситуация с выпуском селективных неорганических сорбентов связана, в основном, с отсутствием технологии промышленного получения широкого ассортимента сорбентов с высокими сорбционными и эксплуатационными характеристиками.
Для удаления ионных форм радионуклидов, что характерно, в первую очередь, для цезия и стронция могут быть использованы селективные и неселективные методы очистки. К селективным относится сорбционный метод с использованием специфических неорганических сорбентов, позволяющий извлекать отдельные радионуклиды из сложных по составу растворов. Неселективными методами являются: ионообменный метод с использованием органических ионообменных смол; обратный осмос и электродиализ. Два последних метода являются более перспективными, т.к. они относятся к безреагентным способам, т.е. при их реализации не используются дополнительные химические реагенты.
Для очистки растворов от легкогидролизующихся радионуклидов РЗЭ, циркония, ниобия, кобальта, плутония и др. наиболее целесообразно использовать мембранные методы, в частности, микро- и ультрафильтрацию. Данные методы, в отличие от обратного осмоса и электродиализа, позволяют отделить радионуклиды в коллоидном и взвешенном состоянии от основной массы неактивных растворимых солей. В последние 15-20 лет мембранные методы все более широко используются для водоподготовки энергетических установок, опреснения морской воды, в пищевой промышленности. Применение мембранных методов для переработки ЖРО в России пока не вышло за рамки пилотных испытаний. Данное положение вещей связано с целым рядом факторов: мембраны в процессе эксплуатации подвержены загрязнению, периодическая промывка или замена мембран увеличивает объем вторичных отходов; мембраны на основе полимерных материалов обладают невысокой термической и химической стойкостью; сложность аппаратурного оформления мембранной технологии, дороговизна мембранных материалов; высокие требования к обслуживающему персоналу. Для очистки ЖРО наиболее перспективны неорганические микро- и ультрафильтрационные мембраны на основе керамики и металлокерамики, обладающие высокой термической, химической и радиационной устойчивостью, что позволяет использовать их в агрессивных средах: и при повышенной температуре. Неорганические мембраны и установки на их основе в настоящее время производятся в России ассоциацией «Аспект» (металлокерамические мембраны «Трумем») и НПО «Керамикфильтр».
Лабораторные испытания электродиализной очистки ЖРО МосНПО «Радон»
При выборе специфического коллектора для извлечения радионуклидов стронция мембранными методами использовали способность смешанных оксидов марганца(Ш,1У) к селективной сорбции стронция [30, 31]. Данные соединения образуются при взаимодействии соединений двухвалентного марганца и перманганата калия в щелочной среде
Осадок смешанного оксида марганца(Ш, IV) получали путем внесения в очищаемый раствор сульфата марганца(П) и перманганата калия. Полученный осадок перемешивали в течение 1-2 часов и отделяли от раствора путем фильтрации через фильтрующие материалы с различным размером пор.
В процессе исследований было установлено, что максимальное извлечение стронция достигается при мольном отношении Мп2+/Мп04 в диапазоне 1,55- 1,75 и рН в диапазоне 9,5- -11,5. В данных условиях образуется осадок, обладающий максимальной сорбционной емкостью по отношению к стронцию. коэффициентов очистки (Коч) раствора от микроколичеств радионуклида Sr. В качестве жидкой фазы использовали модельный раствор с общей жесткостью 9,6 мг-экв/дм и общим солесодержанием - 1,26 г/ дм ; рН=8,5; удельная активность радионуклида 85Sr - 1,1-105 Бк/дм3. Для отделения осадка использовали бумажный фильтр «синяя лента», металлокерамическую мембрану «Трумем» с размером пор 200 нм и керамическую мембрану с размером пор 50 нм. Концентрация осадка в растворе — 200 мг/дм (в пересчете на Мп02).
Представленные в таблице результаты показывают, что степень задержания осадка диоксида марганца мало зависит от размера пор фильтрующего материала, что свидетельствует о том, что размер частиц осадка составляет не менее 5000 нм.
Проведенные исследования показали, что в присутствии ионов кальция эффективность осаждения стронция резко снижается, что связано с низкой селективностью сорбции стронция на осадке. Присутствие ионов натрия в количестве до 1 моль/дм3 практически не влияет на процесс соосаждения стронция.
Для извлечения радионуклидов стронция из растворов также использовали метод соосаждения с осадком сульфата бария. Эксперименты проводили путем внесения в модельный раствор приведенного выше состава хлорида бария и сульфата натрия. Для обеспечения полного осаждения бария в раствор добавляли 1,5-кратный избыток сульфат-ионов. После внесения реагентов раствор с осадком перемешивали в течение 1-2 часов и отделяли осадок путем фильтрации через фильтрующие материалы с различным размером пор. Концентрация осадка в растворе — 2,0 г/дм (в пересчете на BaSC 4). Полученные результаты приведены в табл.3.3.3.2. Представленные в таблице результаты показывают, что степень задержания осадка сульфата бария, как и в случае с осадком смешанного оксида марганца, мало зависит от размера пор фильтрующего материала, что свидетельствует об образовании частиц с размером не менее 5000 нм. Метод осаждения с осадком оксида марганца(ШДУ) наиболее целесообразно использовать для удаления стронция из растворов с относительно низкой концентрацией ионов кальция. Осаждение стронция с осадком сульфата бария наиболее эффективно использовать для очистки растворов с высокой концентрацией ионов кальция и сульфат-ионов. Дополнительным преимуществом данных осадков является то, что они образуют хорошо сформированные фазы, легко отделяемые от раствора механической фильтрацией или отстаиванием. Мембранно-осадительный метод был испытан для очистки от радионуклидов цезия и стронция жидких радиоактивных отходов (ЖРО) объекта 159 ФГУП ЦС «Звездочка». Для очистки использовали метод совместного селективного соосаждения цезия с осадком ферроцианида калия-никеля и осаждения стронция с осадком сульфата бария. Испытания проводили в помещении радиометрической лаборатории отдела ЯРБ ФГУП ЦС «Звездочка». Осаждение радионуклидов 137Cs и 90Sr проводили путем последовательного внесения в очищаемые ЖРО растворов желтой кровяной соли, сульфата никеля, сульфата натрия и хлорида бария. Полученный смешанный осадок ферроцианида никеля-калия и сульфата бария перемешивали с раствором в течение около 1 часа и отделяли от раствора путем фильтрации через бумажный фильтр «синяя лента». Для более полного удаления 90Sr проводили повторное осаждение стронция с осадком сульфата бария путем внесения растворов сульфата натрия и хлорида бария в фильтрат после первого осаждения. В полученных фильтратах определяли удельную активность радионуклидов 137Cs, 90Sr, б0Со, а также суммарную бета-активность. По результатам испытаний рассчитывали значения коэффициентов распределения () и коэффициентов очистки (Коч) соответствующих радионуклидов. Удельную активность гамма-излучаюших радионуклидов 137Cs и Со определяли на гамма-спектрометре «Гамма-1П» с ППД с диапазоном энергий 3- 2800 кэВ, ПО - «ANGAMMA». Удельную активность радионуклида 90Sr без его химического выделения определяли на бета-спектрометре «Прогресс-Б» с программой расчёта «SpectraDec». Суммарную бета-активность растворов определяли на низкофоновом альфа-бета-радиометре Lb-770. Относительная погрешность определения удельной активности радионуклидов не превышала 15-30%. В качестве объектов испытаний были выбраны ЖРО емкостей А02/1, А02/2 и АОЗ объекта 159 ФГУП ЦС «Звездочка». Химический и радионуклидный состав ЖРО приведен в таблице 3.3.4.1. Очистку проводили путем последовательного внесения в ЖРО растворов желтой кровяной соли, сульфата никеля, сульфата натрия и хлорида бария.
Очистка вод спецканализации химико-металургического завода ПО «Маяк»
В составе жидких радиоактивных отходов (ЖРО), наряду с неорганическими соединениями, часто встречаются различные органические соединения, в частности, органические комплексообразующие и поверхностно-активные вещества (ПАВ). В качестве комплексообразующих веществ, как правило, используют щавелевую и лимонную кислоты, Трилон Б (динатриевая этилендиаминтетрауксусной кислоты). В качестве ПАВ используют соли сульфокислот (сульфонол), алкилбензосульфонаты, соли высших жирных кислот (мыла), полиэтиленгликолиевые эфиры алкилфенолов (ОП-7, ОП-10) и др. Отдельной проблемой при обращении с ЖРО атомных станций является удаление аммиака из трапных вод. При принятой на АЭС технологии переработки трапных вод методом выпаривания практически весь аммиак переходит вместе с водяным паром в конденсат. При дальнейшей очистке конденсата на ионообменных смолах он полностью поглощается катионитом, что приводит к резкому сокращению времени фильтроцикла, и соответственно к увеличению количества регенерационных растворов.
Как было показано в разделах 3.1-3.4 присутствие органических веществ негативно сказывается на очистку ЖРО сорбционными, осадительными или мембранными методами. Наиболее перспективными для удаления органических соединений из состава ЖРО являются способы, основанные на их деструкции или окислении с образованием газообразных или низкомолекулярных продуктов реакции. К ним относятся методы озонирования, фото- и радиационно-химической деструкции или окисления, электрохимическая деструкция.
Метод электрохимической деструкции основан на окислении вещества, как непосредственно на поверхности анода, так и за счет протекания вторичных электродных реакций. Данный метод давно используется для удаления различных органических соединений из растворов, однако его использование применительно к переработке ЖРО изучено недостаточно широко.
В связи с этим в данном разделе приведены результаты испытаний электрохимического способа удаления аммиака и различных органических веществ, наиболее часто присутствующих в составе жидких радиоактивных отходов: щавелевой кислоты, Трилона Б, ПАВ (сульфонола).
Эксперименты проводили на опытной лабораторной установке электрохимической деструкции состоящей из следующих основных частей: 1. Проточный электрохимический реактор типа РПЭ-8; 2. Стабилизированный источник питания типа СИП-35; 3. Циркуляционный насос анолита; 4. Циркуляционный насос католита; 5. Емкость очищаемого раствора; 6. Емкость католита. Проточный электрохимический реактор РПЭ-8 представляет собой систему из 8 гидравлически и электрически параллельно соединенных модульных электрохимических элементов ПЭМ-3 (рис.3.5.1). Элемент ПЭМ-3 представляет собой диафрагменный электрохимический реактор с вертикально установленными цилиндрическими внешним и внутренним электродами, между которыми размещена тонкостенная трубчатая пористая керамическая диафрагма, разделяющая межэлектродное пространство на две электродные камеры — анодную и катодную. Внешний электрод элемента ПЭМ-3 является катодом, изготавливается из титана. Аноды в элементе ПЭМ-3 изготавливаются из титана с покрытием из оксидов рутения, марганца, кобальта, железа. Геометрические размеры и основные технологические параметры различных моделей электрохимических реакторов приведены в табл. 3.5.1. Общая эффективная катодная и анодная площадь реактора РПЭ-8 составляет 650 и 368 см2. Стабилизированный источник питания типа СИП-35 представляет собой промышленный прибор для выработки стабилизированного постоянного напряжения в пределах СК-30 В и тока в пределах 0-Н20 А. Циркуляционные насосы анолита и католита представляют собой перистальтические насосы с возможностью плавной регулировки подачи растворов в диапазоне 0-Н50 л/час. Емкость очищаемого раствора (анолита) представляет собой пластиковую цилиндрическую емкость объемом 5 л. Емкость католита представляет собой стеклянный цилиндр объемом 1 л. Отдельные части установки соединяются между собой силиконовыми эластичными шлангами с внутренним диаметром 4 -6 мм. Общий вид электрохимической установки в сборе приведен на рис.3.5.2. Методика экспериментов заключалась в следующем: через анодную и катодную камеры при помощи двух перистальтических насосов, прокачивали в режиме циркуляции очищаемый раствор и раствор католита соответственно, скорость циркуляции растворов составляла около 12-15 л/час. После установления режима циркуляции на электроды реактора подавали постоянное напряжение от стабилизированного источника питания типа СИП-3 5. Циркулирующий анолит периодически анализировали на содержание разлагаемого вещества и рассчитывали значения степени удаления соответствующего вещества, удельное количество электричества (Ае) и удельный расход электроэнергии (We), а также значение выхода по току (ВПТ) по формулам: Ае =(1хт)/т; We = (UxIxT)/m; ВПТ = m F/( Іхт. хЭ) х 100%, где т — масса разложившегося вещества, г; I - сила тока, А; U - напряжение, В; г - время процесса, час; F - постоянная Фарадея (F =26,8 Ахчас); Э - электрохимический эквивалент: Э для аммиака равен 5,7 г.; Трилона Б (по этилендиаминацетат-иону) — 7,25 г; оксалат-иона - 44 г; ПАВ - 48. Электрохимическое удаление аммиака из растворов Удаление аммиака проводили из модельного раствора, имитирующего ЖРО емкости 01/3 хранилища жидких отходов (ХЖО) Курской АЭС. Химический состав модельного раствора, г/дм : нитрат натрия - 10; хлорид-ион - 0,05; аммиак- 0,27-0,35; рН=8,5-10,5. В таблице 3.5.2 приведены результаты электрохимического удаления аммиака из модельного раствора ХЖО при следующих условиях: объем очищаемого раствора (анолита) - 3,5 л, объем католита (1,5М раствор гидроксида натрия) - 1 л. Эксперимент проводили при постоянной силе тока равной 10 А, напряжение на электродах - 10,0-10,5 В. В течение всего процесса поддерживали значение рН в циркулирующем анолите на уровне 8-11, за счет частичного перетока католита в анолит.
Электрохимический комплекс цеха спецводоочистки научно-промышленного комплекса ГУЛ МосНПО «Радон» (ОГЖО-5)
В настоящее время переработка жидких радиоактивных отходов НПК ГУП МосНПО «Радон» производится в цехе спецводоочистки по технологии, включающей стадии механической очистки на сипроновых и керамзитовых фильтрах и сорбционной очистки на ионообменных смолах. Химический и радионуклидный состав поступающих жидких РАО приведен в табл.
С целью увеличения времени фильтроцикла ионообменных колонн, уменьшения числа регенераций и снижения количества образующихся вторичных отходов был разработан опытно-промышленный комплекс по электрохимическому обессоливанию и концентрированию жидких РАО (ОПКО-5). Комплекс предназначен для использования в системе водоочистки поверхностных, паводковых и дренажных вод в зоне строгого режима МосНГЮ «Радон». Схема модернизированной ! системы спецводоочистки на ГУЛ МосНПО «Радон» приведена на рис. 5.1.1.
Комплекс располагается в здании 14 НПК ГУП МосНПО «Радон». Размещение оборудования комплекса представлено на рис. 5.1.2. Общий вид и аппаратурно-технологическая схема электрохимического комплекса приведены нарис. 5.1.3 и 5.1.4 соответственно.
В центре комплекса у одной из стен здания установлен электродиализный аппарат ЭДШ-2500. У противоположной стены здания, симметрично по отношению к электродиализному аппарату, установлены баки рассола и дилюата, выполненные из листового винипласта. Между баками смонтирована сварная рама, на которой крепится большая часть вентилей, кранов и труб системы трубопроводов электродйализатора. В непосредственной близости от баков и каждый у своего бака, установлены на общей раме насосы рассола и дилюата. Рядом с электродиализным аппаратом установлен электродиализатор-концентратор ЭКДСП. Концентратор смонтирован на специальной площадке, позволяющей производить слив концентрата в стандартную 200-литровую бочку, в которой в дальнейшем производится цементирование концентрата. Вплотную к раме концентратора установлен на собственной сварной металлической раме бак для промывочного раствора. Он представляет собой прямоугольный резервуар из листового винипласта объемом 100 л. На дне бака свободно установлен погружной насос, который подает промывочный раствор в систему промывки приэлектродных камер концентратора. На стойках рамы концентратора закреплен теплообменник типа «труба в трубе». Он используется для уменьшения разогрева рассола и поддержания его температуры ниже допустимой для мембран. В качестве хладагента в теплообменнике используется, водопроводная вода. Электропитание электродиализного аппарата и электродиализатора-концентратора осуществляется от отдельных выпрямителей, расположенных напротив бака дилюата. Рядом с выпрямителями установлен щит управления электросистемой. Все трубопроводы комплекса и соединительные фитинги выполнены из полиэтилена (ПНД).
Комплекс ОПКО-5 включен в существующую схему комплекса очистки поверхностных стоков между угольными и ионообменными фильтрами. Очищаемая вода после очистки от органики, механических примесей и обезжелезивания в подается через краны КП2 и КП4 в баки рассола и дилюата. Из баков отдельными насосами рассол и дилюат прокачиваются через ячейки электродиализного аппарата, где дилюат обессоливается, рассол и дилюат возвращаются в баки. Если степень обессоливания дилюата достаточна, то он направляется на дальнейшую очистку в ионообменные фильтры. Переключение потока дилюата осуществляется кранами КПЗ и КП5 по сигналу реле времени. Настройка реле времени производится по результатам опытной эксплуатации комплекса. Солесодержание рассола и дилюата определяется переносным кондуктометром. Часть рассола из напорного трубопровода рассола направляется в электродиализатор-концентратор, где происходит его дальнейшее концентрирование. Прошедший через концентратор рассол возвращается в бак рассола. Концентратор имеет непроточные рассольные камеры, из которых концентрированный рассол стекает в поддон, а из него в бочку, устанавливаемую под площадкой концентратора. Рассол, подаваемый в концентратор, частично или полностью пропускается через теплообменник типа «труба в трубе», где охлаждается водопроводной водой.
