Фиксирование солей из кубовых остатков дистилляционной переработки жидких радиоактивных отходов Ленинградской АЭС отработавшими фильтроматериалами Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.039

Л.В.Шмаков1, В.И.Черемискин2, В.И.Перегуда3, С.В.Черемискин4, А.В.Черникин5, В.А.Доилыницынн6

На Ленинградской АЭС с 2001 года проводится работа по использованию накопленных отработавших фильтроматериалов (Ф/М), включающих в себя выгруженные из различных фильтров ионообменные смолы (ИОС) КУ-2-8, КУ-2-8ЧС, АВ-17-8, АВ-17-8 ЧС и фильтро-перлит (ФП) для поглощения солей из кубовых остатков выпарных аппаратов установок переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Для этого в ёмкости хранения отработавших Ф/М А-02/2,4 рабочим объемом по 3200 м3 и А-01/1,2 рабочим объемом по 500 м3 периодически порциями подают горячий кубовый остаток (КО) выпарных установок с солесодержанием 150-250 г-дм . По истечении 3-15 суток отстоя смеси ФМ и КО, декантат удаляют из емкостей и направляют после смешивания с первичными ЖРО (трапными водами) на повторную выпарку. Приём пульп фильтроматериалов в ёмкости производится после удаления очередной порции декантата до начала приема новой порции кубового остатка. Отработавшие Ф/М поступают по пульпопроводу в центр емкостей А-01/1,2, на расстоянии 5 м от стенки в ёмкость А-02/2 и непосредственно у стенки в ёмкость А-02/4. Трубопроводы подачи КО оканчиваются у облицовки стенки емкостей.

ФИКСИРОВАНИЕ СОЛЕЙ ИЗ КУБОВЫХ ОСТАТКОВ ДИСТИЛЛЯЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ЛЕНИНГРАДСКОЙ АЭС ОТРАБОТАВШИМИ ФИЛЬТРОМАТЕРИАЛАМИ

Ленинградская атомная станция

188544, г. Сосновый Бор, Ленинградская обл.

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26

На основе анализа данных по эксплуатации хранилищ радиоактивных отходов Ленинградской АЭС и проведения серии экспериментальных исследований установлена возможность осуществления сверхстехио-метрической сорбции (удержания) солевых компонентов отходов смесью твердофазных фильтрующих материалов, представляющих собой отработавшие загрузки перлитных и ионитных фильтров. Эффект сверхстехиометрической сорбции (удержания) солей использован в промышленном масштабе для концентрирования жидких радиоактивных отходов, что позволило существенно увеличить объемы принимаемых на хранение и переработку отходов.

Ключевые слова: жидкие радиоактивные отходы, фильтрующие материалы, иониты, перлит, концентрирование отходов, сверхстехиомет-рическая сорбция

Целесообразность объединения гомогенных жидких высокосолевых радиоактивных отходов и пульп филь-троматериалов определяется тем, что ионообменные материалы, выгружаемые из фильтров очистки различных водных технологических потоков АЭС, лишь частично используют свою обменную емкость. Оставшаяся емкость может быть использована для поглощения солей, находящихся в гомогенных высокосолевых ЖРО, в частности, в кубовых остатках, образующихся при выпарке малосолевых ЖРО.

В 2010 году проведено исследование реального объема заполнения емкостей хранения отработавших Ф/М. Исследование проводилось ультразвуковым методом при помощи эхолота и прямыми замерами через технологические отверстия (№ 1, 2, 3, 4) в перекрытиях емкостей. В результате выполненной работы определены профили расположения уровня гетерогенных ЖРО (твердофазных фильтроматериалов) в емкостях. В емкостях большого объёма А-02/2,4 уровень пульпы неравномерный (рисунок 1), уровень пульпы в емкостях А-01/1,2 достаточно равномерный - перепады высот не превышают 10 см.

1 Шмаков Леонид Васильевич, д-р. техн. наук, нач. патентно-лицензионного отдела ЛАЭС, e-mail: ciso@laes.ru

2 Черемискин Владимир Иванович, канд. техн. наук, вед. инженер ЛАЭС, e-mail: ciso@laes.ru

3 Перегуда Владимир Иванович, директор ЛАЭС, e-mail: ciso@laes.ru

4 Черемискин Сергей Владимирович, вед. инженер ЛАЭС, e-mail: cheremiskin@gmail.com

5 Черникин Анатолий Васильевич, зам. нач. химического цеха ЛАЭС, e-mail: ciso@laes.ru

6 Доильницын Валерий Афанасьевич, канд. хим. наук, доцент каф. инженерной радиоэкологии и радиохимической технологии СПбГТИ(ТУ), e-mail: doilnitsyn@mail.ru

Дата поступления - 3 сентября 2013 года

Расчетным путем определили объем пульпы в емкостях с учетом неравномерности распределения уровня хранящихся фильтроматериалов. Объем, занимаемый отходами, можно представить как объем пространства, ограниченный цилиндром, горизонтальной плоскостью и поверхностью Г(х,у). Тогда объем пространства определяется как:

(1)

К, = \\ / (х, У

где: Г(х,у) - функция, определяющая поверхность ФМ в емкостях хранения, подобранная параболоидом вращения вокруг вертикальной оси с вершиной в точке подачи пульпы; в - область в горизонтальной плоскости, представляющая собой круг с радиусом Я - основание емкости.

Функцией поверхности Г(х,у), близко повторяющей фактическое распределение уровня ЖРО в емкостях хранения и не создающей трудности при интегрировании, является параболоид вращения вокруг оси OZ. Учитывая граничные условия, уравнение поверхности ЖРО можно записать в виде:

(Х2 - X К У2 , Н ; 2 + )2

+ н

' а =-

(2)

а- Н - к

где: Н - высота уровня отходов в точке ее подачи; к -высота уровня отходов на расстоянии Я+Хц от точки ее подачи; Я - радиус емкости; Хц - расстояние от центра ёмкости до точки подачи отходов.

После подстановки выражений (2) в формулу (1), перехода в полярные координаты и проведения интегрирования, объем, занимаемый отходами, в зависимости от геометрических характеристик определяется по формуле:

2 пЯ2 X Ц пЯ4 V, = пЯ2 Н---ц

а

2а2

(3)

АА

АА

№ Наименование Обозначение Емкость

п/п А-02/2 А-02/4

1 Радиус емкости Я, м 12,5 12,5

Максимальная высо-

2 та уровня отходов (в точке подачи) Н, м 6 6,2

3 Минимальная высота Л, м 3 3,3

уровня отходов

Расстояние от оси

4 емкости до точки подачи отходов Хц, м 7,5 12,5

№ п/п Наименование Обозначение Емк А-02/2 ость А-02/4

5 Коэффициент в уравнении поверхности отходов а, м 133 216

6 Рабочий объем емкости хранения V, м3 3200 3200

7 Объем накопленных Ф/М V, м3 2449 2508

8 Объём жидкости до уровня декантации V, м3 494 534

Объем Ф/М, накопленных в ёмкости А-01/1, составляет 465 м3, а в емкости А-01/2 460 м3. Суммарный объем накопленных Ф/М в емкостях А-01/1,2 и А-02/2,4 составляет 5882 м3. Незаполненное фильтроматериалами пространство емкостей, образованное за счет неравномерности их уровня, заполнено водной средой. Расчетный объем неудаляемой декантацией водной среды (КВ), определенный как разность объема емкости с высотой (Н) и расчетного объёма накопленных ЖРО (К,), составляет в ёмкости А-02/2 Ув(а-02/2) = 494 м3 и в ёмкости А-02/4 Ув(а-02/4) = 534 м3. Поэтому при работе емкостей в штатном режиме по приёму отработавших Ф/М солевой раствор будет разбавляться транспортной водой и часть оставшихся в растворе солей будет выводиться из ёмкости с декантируемой транспортной водой. Для точного определения количества солей из КО, фиксированных в емкостях с отработавшими Ф/М, необходимо учесть количество солей выводимых с декантатом воды гидротранспорта Ф/М. Масса солей, выводимая за один день эксплуатации в штатном режиме с декантированной водой гидротранспорта, определяется уравнением:

М + тТ

V + V

в тр

' Ктр ^т тр

М •

Кт>

тт

'Vв

(4)

V + V

v в ~ у тр

V + V

v в ~ у тр

Рисунок 1. Профиль распределение пульп фильтроматериалов в емкостях А-02/2,4

Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Объем отработавших фильтроматериалов, находящихся в емкостях временного хранения жидких радиоактивных отходов А-

02/2,4

где: тУ - масса солей, выводимая за один день эксплуатации в штатном режиме с декантированной водой гидротранспорта; тСв - масса солей, выведенных с объемом транспортной воды после смешения с объемом жидкости в ёмкости VВ; тТР - масса солей вносимых с объёмом транспортной воды VТР во время подачи Ф/М на хранение; VВ -объём водной среды в ёмкости хранения Ф/М; VТР - объём транспортной воды; М - масса солей в объеме VВ, определяемая по разнице концентраций во вводимом кубовом остатке и в декантате после отстаивания введённой в ёмкость порции КО.

Для определения массы солей, из введённых в ёмкости хранения Ф/М с промежуточным КО, и выведенных с декантируемой водой гидротранспорта за I дней эксплуатации в штатном режиме, уравнение (4) преобразуется в следующий вид:

М у

Е ту = Е

М - Е

т

У (-1)

V + V

у в ~ г тр

V + V

" в тр у

(5)

где: МУ - масса солей (т), из количества введённых в ёмкость хранения Ф/М с порцией КО, выведенная с декантированной водой гидротранспорта из емкостей хранения ЖРО гетерогенного состава за I дней; тУ-1 и ту - масса солей (т), из количества введённых в ёмкость хранения Ф/М с порцией КО, выведенная с декантированной водой гидротранспорта из емкостей хранения ЖРО гетерогенного состава за (¡-1) день и 1-й день.

С учётом удаления солей с декантируемой транспортной водой, определили реальное количество солей

о

ту = тСв - ттр =

т

тр

тр

в

фиксированных из КО в емкостях с отработавшими Ф/М. Результаты за 9 лет работы представлены в таблице 2 и графически на рисунке 2.

Таблица 2. Результаты фиксации солей в ЖРО гетерогенного состава

№ п/п Год Масса фиксированных солей, т Объем поданного КО, м3

1 2001 65,2 400

2 2002 65,2 450

3 2003 247,2 1440

4 2004 130,7 860

5 2005 133,6 750

6 2006 125,1 750

7 2007 115,2 740

8 2008 171,2 930

9 2009 143,8 780

Итого: 1197,1 7100

Масса фиксированных солей, т 250-г

Масса фик-

А-01/1 А-01/2 А-02/2 А-02/4

Наименование ёмкости

Рисунок 2. Результаты фиксации солей из кубового остатка отработавшими фильтроматериалами в разные годы (а) и в разных емкостях

(б)

С 2001 г. по 2010 г., в емкости с отработавшими Ф/М подали 77100 м3 кубового остатка с солесодержанием 150-250 г-дм-3 и зафиксировали в них 1197,1 тонн солей, находящихся, в основном, в пульпе твердофазных фильтрующих материалов.

Используя уточненные данные по количеству накопленных отработавших Ф/М в емкостях, где производится фиксация солей из кубовых остатков, определена фактическая удельная масса солей (солесодержание) в накопленных Ф/М. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3. Распределение накопленных солей по емкостям хранения,

№ п/ п Обозначение ёмкости Масса солей, фиксированных в емкостях хранения ФМ, т Объем накопленных отработавших ФМ, м3 Фактическое солесодержание в накопленных отработавших ФМ, г-дм"3

1 2 3 4 5

1 А-01/1 45,1 465 97

2 А-01/2 43,5 460 94

3 А-02/2 556,1 2449 227

4 А-02/4 552,5 2508 220

Итого: 1197,1 5882 204

пульпами фильтрационных загрузок, направляемых из фильтров очистки водных технологических сред (теплоноситель, воды взрыхления, ЖРО и др.) атомной электростанции в емкости хранения жидких радиоактивных отходов, происходит перераспределение солей между водной фазой и твердой фазой фильтроматериалов - дополнительное поглощение (фиксирование) солей фильтроматериалами. При этом количество выведенных из раствора солей значительно превышает емкостные возможности ионитов (суммарную остаточную емкость отработавших ионитов) и, тем более, перлита. Емкость последнего по солям обычно невелика и, как показали наши сорбцион-ные эксперименты с использованием реальных кубовых остатков, не превышает 0,03-0,08 г солей / г перлита. Сорбционные лабораторные эксперименты с использованием реальных ЖРО и реальных отработавших ионитов и перлита, проведенные при температуре 20-23 °С не выявили поглощения солей сверх ожидаемых количеств, определяемых величиной остаточной (свободной) обменной емкости ионитов. Однако, сам факт значительно большего, по сравнению с ожидаемым, поглощения солей твердофазной смешанной пульпой фильтроматериалов в емкостях хранения ЖРО является достаточно надежно установленным. Явление сверхвысокой сорбции (удержания) солей смешанной ионитно-перлитной пульпой из высокосолевых растворов легло в основу открытия [1] и патентов [2, 3]. В настоящее время проводятся исследования по выяснению механизма данного явления.

Накопленные в емкостях фильтроматериалы с содержащимися в них солями планируется извлекать из емкостей хранения и цементировать. При этом Ф/М необходимо привести в ожиженное состояние путем добавления воды размыва пульп в емкостях хранения и дозированием необходимого дополнительного количества транспортной воды перед бустерным перекачивающим насосом для транспортирования пульп в промежуточные емкости. Далее пульпа усредняется, анализируется на водосодер-жание, направляется на сепарирование от избыточной транспортной воды и цементируется. Для эффективной организации процесса цементирования необходимо оценить возможность и глубину прохождения обратного процесса десорбции и растворения солей и их перехода из твердой фазы пульпы в равновесную водную фазу. Необходимо также оценить количество солей, выводимое при этом из пульпы и направляемое с избыточной водой на ее последующее выпаривание. Для этого были выполнены лабораторные исследования процессов разделения водой пульп, содержащих ионообменные смолы, перлит и твердофазный мелкодисперсный шлам. Пробы пульпы были отобраны в различных точках с различной глубины емкостей хранения в период 2009+2010 г.г. Для разделения ИОС и мелкодисперсной фракции (ФП + шлам) методом отмучивания использовали химобессоленную воду. Соотношение объем пульпы : объем обессоленной воды составлял от 1 : 5 до 1 : 20. Суммарное время разделения и отмывки ИОС и ФП составляло 8-12 часов, что сравнимо со временем извлечения, транспортирования, усреднения и выдачи на цементирование смешанных пульп Ф/М при их переработке. Поэтому результаты вымывания солей при разделении компонентов пульпы в процессе лабораторного анализа Ф/М можно считать достаточно точно применимыми к процессу цементирования пульповых ЖРО. В таблице 4 приведены данные по содержанию солей в водном растворе, образующемся при разделении ИОС и ФП в пробах пульп отработавших Ф/М.

Приведенные в таблице 3 данные свидетельствуют о том, что при смешивании жидких высокосолевых радиоактивных растворов с ионитными и перлитными

Таблица 4 - Количество солей, вымываемых водой из пульп отработавших фильтроматериалов, находящихся в емкостях хранения (конец _2009 г. -начало 2010 г.)

№ емкости, точка отбора проб Глубина отбора пробы, м Объем пробы пульпы, см3 Объем отмывочного раствора, см3 Солесодержание в отмы-вочном растворе, с/сфАКТ, г-дм-3 Масса солей в отмывоч-ном растворе, г Содержание солеи в пульпе, удалённой с от-мывочным раствором, г-дм-3 Доля вымытых солей от удельного содержания в пульпе,%

А- 0,5 520 192 0 1,03 1,98 3,8 4,2

01/1 отв. 2,5 160 115 0 0,48 0,56 3,5 3,8

№3 4,5 260 101 8 1,18 1,20 4,6 5,0

6 200 262 6,24 1,63 8,2 8,9

0,5 296 832 0,68 0,57 1,9 1,9

А- 2,3 246 980 0,96 0,94 3,8 3,7

01/2 отв. 4 320 133 9 1,15 1,54 4,8 4,7

№4 6 336 130 5 1,18 1,54 4,6 4,5

А- 0,5 140 790 1,2 0,95 6,8 3,0

02/2 2 160 752 1,8 1,35 8,5 3,7

отв. 3,6 152 586 1,7 1,0 6,6 2,9

№1 5,1 142 730 1,6 1,17 8,2 3,6

6 146 534 1,9 1,01 6,9 3,0

А- 0,5 100 127 3 1,25 1,59 15,9 7,0

02/2 отв. 2 105 236 4 0,78 1,84 17,6 7,8

№2 3,6 148 231 6 0,86 1,99 13,5 5,9

5,1 95 201 0 1,33 2,67 28,1 12,4

6 250 248 0 2,05 5,08 20,3 8,9

А-02/2 3,5 232 105 6 3,90 4,12 17,8 7,8

отв. №3 6 224 104 8 3,90 4,09 18,2 8,0

0,5 128 614 0,72 0,44 3,4 1,5

А- 2 156 922 1,3 1,2 7,7 3,5

02/4 отв. 3,6 134 124 4 0,8 1,0 7,5 3,4

№1 5,1 132 836 1,02 0,85 6,4 2,9

6 144 950 2,4 2,28 15,8 7,2

А- 0,5 83 113 1 0,50 0,57 6,8 3,1

02/4 2 85 842 0,46 0,39 4,6 2,1

отв. №2 3,6 75 117 0 0,45 0,53 7,0 3,2

5,1 85 115 8 0,78 0,90 10,6 4,8

6 226 290 1 0,45 1,31 5,8 2,6

А- 02/4 3,5 216 153 2 2,63 4,03 18,7 8,5

отв. №3 6 172 127 0 2,68 3,37 19,6 8,9

Примечания: 1 Фактические значения солесодержания в воде определяли по сухому остатку (с/о).

2 Среднее солесодержание (с/с) в пульпе фильтроматериалов: ёмкость А-01/1 -91,3 гдм-3; ёмкость А-01/2 -101,9гдм-3; ёмкость А-02/2 - 227,1 гдм-3; ёмкость А-02/4 - 220,3 гдм-3.

Доля вымытых водой солей невелика и составляет 1,5^9 % от солесодержания в пульпе Ф/М. Выведение солей из проб ЖРО гетерогенного состава может происходить преимущественно за счет разбавления растворённых солей в межзерновой воде в пульпе фильтроматериалов. Для пульп с низким и средним содержанием фильтропер-лита и шламов влажность составляет 60^65 % мас. При увеличении содержания фильтроперлита и шламов до 70-

90 % влажность пульпы увеличивается и достигает величины 77^81,6 % мас.. Анализ количества и механизма вымывания солей из пульп фильтроматериалов при извлечении их из емкостей хранения и транспортировании на установку цементирования можно провести, сравнив фактическое и расчётное солесодержание в отмывочной воде. Исходя из предположения, что вымывание солей из пульп Ф/М происходит в основном за счёт разбавления межзерновой влаги, расчётное солесодержание в отмывочной воде определяется исходя из уравнения: с/ср ■ Увода = с/сд ■ [Уп ■ Рп ■ (Вл.п.%/100%)] : Рд (6) В результате преобразований получаем формулу для определения величины расчётного солесодержания: с/ср = с/ся ■ (Уп / Увода) ■ (Рп /Рд) ■ (Вл. п. % /100%) = (7) = с/сд ■ (Уп / Увода) ■ Рп ' Вл.п где: с/сР - расчётное солесодержание в отмывочной воде, г-дм"3; с/сд - солесодержание (сухой остаток) в декантате воды из отобранных проб пульп фильтроматериалов, г-дм-3; рП - плотность пульпы (лабораторным анализом определено: для пульп с влажностью 60-65% рП ~1,28 г-см-3, для пульп с повышенным содержанием шламов и влажностью 77^82% рП ~1,07 г-см-3); рд - плотность декантата, для расчётов принимаем рд = 1 г-см-3; УП/УВОдА - отношение объёма пульпы разделяемых фильтроматериалов к объёму отмывочной воды; Вл.п % - аналитически определяемая влажность пульпы, % мас.; Вл.п. = Вл.п. % /100 % - влажность пульпы, в долях от массы пульпы.

В приведённом расчёте в величину влажности пульпы, определяемой весовым методом при высушивании проб пульпы, входит также вода в зернах ИОС, которая присутствует в ионитах (КУ-2-8, КУ-2-8чс, АВ-17-8, АВ-17-8чс) в количестве 35^60 %. Это приводит к повышению величины расчётного солесодержания в отмывочной воде. Вода, находящаяся в зернах ионитов, должна быть учтена введением соответствующих поправок в расчетные уравнения. Количество пульповой воды, участвующей в процессе обмена с внешней средой, которую можно назвать расчётной влажностью, с минимальной погрешностью можно оценить выражением:

Вл.п.р = Вл.п. ■ {1 -[Уиос/(Уиос+Уфп )] • 0,5} (8) где: Вл.п.Р - расчётная влажность пульпы, в массовых долях; УИОС/(УИОС+УФп) - отношение объёма ИОС к сумме объёмов ИОС и ФП; 0,5 - условно принятая усреднённая по справочным данным влажность набухших ионитов, в массовых долях.

Учитывая принятую поправку, получаем скорректированную формулу для расчёта солесодержания в отмывочной воде с/сР1:

с/ср1 = с/сд ■ (Уп/Увода) ■ Рп ■ Вл.п.р = = с/сд. ■ ^пМюда) ■ рп ■ Вл.п. ■ {1 - 0,5 -Уиос/^и^фп )} (9) В таблице 5 приведены фактически полученные значения солесодержания в декантате воды из проб отобранной пульпы, солесодержание в отмывочной воде и расчётные значения солесодержания в отмывочной воде, полученные с применением формулы (9). При проведении расчетов использовали значения влажности и плотности, определенные в лабораторных условиях для реальных пульп, отобранных из раличных точек в оемкостях хранения ЖРО.

Таблица 5. Фактическое и расчётное солесодержание в отмывочной воде фильтроматериалов при разделении ИОС

Емксть, технлогическое отверстие Глубина отбора пробы, м Значение с/с в деканта-те исх. пульпы, с/сД, г-дм"3 Фактичес-кое значение с/с в отмывочной воде, с/сфат, г-дм-3 е 11 x > о о С \ £ с; Расчётное значение с/с в отмывочной воде, с/ср1, г-дм-3

А-01/1 отв. №3 0,5 6,9 1,03 1 : 3,7 0,71 0,41 0,98

2,5 9,1 0,48 1 : 7,2 0,94 0,33 0,53

4,5 12,6 1,18 1 : 3,9 0,67 0,42 1,7

6 14 6,24 1 : 1,3 0,31 0,65 7,5

А-01/2 отв. №4 0,5 5,7 0,68 1 : 2,8 0,95 0,33 0.86

2,3 14,1 0,96 1 : 4,0 0,87 0,356 1,6

4 11,7 1,15 1 : 4,2 0,88 0,35 1,25

6 12,3 1,18 1 : 3,9 0,92 0,34 1,37

А-02/2 отв. №1 0,5 7,0 1,2 1 : 5,6 0,97 0,32 4 0,52

2 22,8 1,8 1 : 4,7 0,99 0,32 1,99

3,6 17,0 1,7 1 : 3,5 1 0,31 5 1,96

5,1 13,8 1,6 1 : 5,1 0,99 0,32 1,11

6 13,7 1,9 1 : 3,7 0,99 0,32 1,52

А-02/2 отв. №2 0,5 26,9 1,25 1 : 12,7 0,87 0,35 6 0,97

2 28,0 0,78 1 : 22,5 0,86 0,36 0,57

3,6 22,5 0,86 1 : 15,6 0,24 0,68 1,05

5,1 20,5 1,33 1 : 21,2 0,11 0,77 0,8

6 27,9 2,05 1 : 9,9 0,31 0,65 1,96

А-02/2 отв. №3 3,5 27,4 3,9 1 : 4,5 0,22 0,68 4,4

6 27,1 3,9 1 : 4,7 0,13 0,76 4,7

А- 02/4 отв. №1 0,5 7,7 0,72 1 : 4,8 0,97 0,32 4 0,66

2 16,4 1,3 1 : 5,9 0,96 0,33 1,17

3,6 15,8 0,8 1 : 9.1 0,95 0,33 0,73

5,1 20,6 1,02 1 : 6,3 1 0,31 5 1,32

6 35,2 2,4 1 : 6,6 0,9 0,35 2,39

А- 02/4 отв. №2 0,5 13,5 0,5 1 : 13,6 0,83 0,37 0,47

2 16,6 0,46 1 : 9,9 0,81 0,37 0,76

3,6 15,7 0,45 1 : 15,6 0,95 0,33 0,43

5,1 19,7 0,78 1 : 13,6 0,77 0,39 0,71

6 34,8 0,45 1 : 12,8 0,81 0,37 0,69

А- 02/4 отв. №3 3,5 31,5 2,63 1 : 7,1 0,24 0,68 3,23

6 47,2 2,68 1 : 7,4 0,39 0,62 4,23

Приведённые в таблице 5 расчётные значения со-лесодержания в отмывочной воде (с/с1), рассчитанные по формуле (9), достаточно близки к фактическому соле-содержанию в отмывочной воде, полученному в лабораторных условиях. Наибольшие расхождения в результатах фактического и расчётного солесодержания наблюдаются при отмывке пульп из отверстий № 3 и № 4 емкостей А-02/2,4. Здесь расчётная величина солесодержания в 1,2+1,6 раза больше фактического значения, что может быть связано с погрешностью при определении небольших объёмов ИОС в пульпе. Для сравнения и определения сходимости полученных результатов, фактические величины солесодержания в отмывочной воде (с/сФАКТ.), и значения солесодержания (с/сР1), рассчитанные по формуле (9), представлены в графическом виде на рисунке 3.

-♦"Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

-♦-Фактическое с/с ОРасчетное с/с

(а)

А-02/2 отв.№1

-♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

(б)

А-02/4 отв.№1

-♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

(В)

А-02/2 отв.№2

)

/

\

>

У V

►

-♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

(Г)

-♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

£1-

-♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

♦-Фактическое с/с -О-Расчетное с/с

(ж) (з)

Рисунок 3. Величина фактического и расчетного солесодержания в отмы/вочном растворе проб пульп из емкостей: А-01/1 - (а); А-01/2 -(б); А-02/2 - (в), (д) (ж); А-02/4 - (г), (е) (з).

Представленные на рисунке 3 расчётные и фактически полученные значения солесодержания в отмывочной воде практически накладываются друг на друга, разница минимальна. Поэтому можно утверждать, что вынос солей при отмывке происходит в основном за счёт разбавления межзерновой воды. Вымывание солей из ИОС, ФП и шламов несущественно. Таким образом, по-

глощённые соли достаточно прочно зафиксированы в отработавших фильтроматериалах.

Для дополнительной проверки данного утверждения был проведён анализ содержания нитрат-ионов, хлорид-ионов и сульфат-ионов в декантате воды из проб отобранной пульпы и в отмывочной воде. Концентрацию нитрат-ионов, хлорид-ионов и сульфат-ионов определяли аналитическим методом с использованием ионожидкост-ного хроматографа «СТАЙЕР-А». В таблице 6 приведены полученные значения содержания нитрат-ионов, хлорид-ионов и сульфат-ионов в декантате воды из проб отобранной пульпы, в отмывочной воде, а также расчётные значения содержания анионов в отмывочной воде, полученные с применением формулы (9).

Таблица 6. Состав солей в декантате проб пульпы фильтроматериалов (межзерновая вода), в отмывочной воде при разделении ИОС и суммы фильтроперлит + шлам, а также расчётные значения содержания

анионов в отмывочной воде.

.о ю о С го Содержание в декантате пульпы, г-дм"3 Фактическое содержание в отмывочной воде пульпы, г-дм-3 Расчётное содержание в вочной воде, г-дм-3

ф Ф ^ О Н о Ю £ о го X X ю > £ §1 Ь - О еа Ш С? [1 О ез 1Л ^ §1 СГ г-дм~3 О ч Ш

А- 0,5 1,3 0,8 0,41 0,24 0,23 0,029 0,18 0,11 0,058

01/1 2,5 1,28 1,15 0,6 0,1 0,09 0,016 0,08 0,067 0,035

отв. 4,5 !.86 1,24 0,75 0,31 0,25 0,020 0,21 0,17 0,1

№3 6 - - - 1,00 1,14 0,036 - - -

А- 0,5 1,61 1,19 0,25 0,19 0,18 0,021 0,24 0,18 0,038

01/2 2,3 3,69 1,4 0,59 0,23 0,24 0,028 0,42 0,16 0,067

отв. 4 3,48 2,18 1,12 0,30 0,26 0,042 0,37 0,23 0,12

№4 6 3,54 2,17 1,22 0,34 0,24 0,046 0,40 0,24 0,14

0,5 2,21 1,065 0,24 0,4 0,27 0,004 0,16 0,079 0,014

А- 2 6,03 3,2 0,74 0,6 0,36 0,016 0,53 0,28 0,064

02/2 3,6 3,65 1,8 0,43 0,51 0,39 0,019 0,42 0,21 0,05

отв. 5,1 2,68 1,4 0,34 0,51 0,34 0,018 0,22 0,11 0,027

№1 6 3,39 1,06 0,49 0,49 0,39 0,031 0,38 0,12 0,054

0,5 8,19 3,55 0,93 0,34 0,24 0,036 0,29 0,13 0,033

А- 2 8,32 3,55 0,95 0,23 0,1 0,026 0,17 0,072 0,019

02/2 3,6 6,42 3,17 1,23 0,25 0,13 0,027 0,30 0,15 0,057

отв. 5,1 5,06 3,55 0,82 0,32 0,2 0,044 0,20 0,14 0,032

№2 6 8,15 3,9 1,66 0,57 0,38 0,061 0,57 0,32 0,12

А- 3,5 6,17 3,195 1,805 1,2 0,5 0,19 1,0 0,52 0,29

02/2 отв. №3 6 5,58 3,195 1,5 1,24 0,51 0,2 1,0 0,55 0,26

А- 0,5 1,76 1,07 0,26 0,24 0,14 0,02 0,15 0,092 0,022

02/4 2 3,34 2,49 0,38 0,31 0,18 0,035 0,24 0,18 0,027

отв. 3,6 4,73 2,49 0,7 0,26 0,16 0,031 0,22 0,12 0,032

№1 5,1 5,99 2,84 0,99 0,25 0,2 0,026 0,38 0,18 0,063

6 10,72 5,68 1,90 0,73 0,34 0,075 0,73 0,39 0,13

А- 0,5 4,0 3,55 0,77 0,15 0,1 0,014 0,14 0,12 0,027

02/4 2 4,05 3,2 0,91 0,13 0,09 0,013 0,19 0,15 0,044

отв. 3,6 4,19 2,84 0,85 0,14 0,07 0,013 0,11 0,077 0,023

№2 5,1 4,41 3,2 1,10 0,21 0,15 0,022 0,16 0,12 0,040

6 10,63 3,9 1,62 0,13 0,07 0,012 0,39 0,14 0,060

А- 3,5 7,35 2,84 0,86 0,58 0,34 0,08 0,75 0,29 0,088

02/4 отв. №3 6 11,61 4,26 1,34 0,68 0,3 0,068 1,04 0,38 0,12

Определенные в лабораторных условиях концентрации нитрат-ионов, хлорид-ионов и сульфат-ионов в декантате межзерновой воды, а также полученные расчётным методом значения концентраций анионов в отмывочной воде (таблица 6), представлены в графическом виде на рисунке 4.

А-01/1 отв.№3

А-01/2 отв.№4

►■Нитрат-ион факт. ОНитрат-ион расч. -^Нитрат-ион факт. ■ОНитрат-ион расч. ►•Хлорид-ион факт. -О-Хлорид-ион расч.__-»-Хлорид-ион факт. -О-Хлорид-ион расч.

(а)

А-02/2 отв.№1

О 0,2 0,4 0,

ННитрат-ион факт. »-Хлорид-ион факт.

-ОНитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(б)

А-02/4 отв.№1

►-Нитрат-ион факт. Хлорид-ион факт.

-О-Нитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(В)

А-02/2 отв.№2

1

7 ? . /

Ы /< у

V

\ Ъ >

I N А V

Ь

ОНитрат-ион факт. •-Хлорид-ион факт.

-ОНитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(г)

А-02/4 отв.№2

/ /' / /

(\

0,2 0,3 0,4 0,5

ННитрат-ион факт. ►-Хлорид-ион факт.

-ОНитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(д)

А-02/2 отв.№3

1,5 2

г/дм3

►-Нитрат-ион факт. »•Хлорид-ион факт.

-ОНитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(е)

А-02/4 отв.№3

►-Нитрат-ион факт. ►-Хлорид-ион факт.

-О-Нитрат-ион расч. -О-Хлорид-ион расч.

(Ж) (3)

Рисунок 4. Сравнение фактического и расчётного содержания нитрат-ионов, хлорид-ионов и сульфат-ионов в отмывочной воде проб пульп, отобранных из емкостей: А-01/1 - (а); А-01/2 - (б); А-02/2 - (в), (д), (ж); А-02/4 - (г), (е), (з);

Полученные результаты показывают хорошую сходимость фактических и расчётных величин содержания основных анионов, что подтверждает предположение о несущественности величины вымывания солей из ИОС, фильтроперлита и шламов при проведении операций отмывки пульп водой. Солесодержание в воде при отмывке, взрыхлении, гидротранспортировании определяется кратностью разбавления межзерновой воды пульпы фильтроматериалов.

Выводы

1. Зафиксировано ранее неизвестное явление сверхсте-хиометрической сорбции (удержания) солей из водных высокосолевых растворов - жидких радиоактивных отходов смешанными пульпами отработавших ионитно-перлитных фильтроматериалов.

2. Среднее солесодержание в гетерогенной среде отработавших фильтроматериалов составляет 204 г/дм3.

3. Накопленные в фильтроматериалах соли достаточно прочно фиксированы. Вымывание солей из фильтроматериалов может происходить, в основном, за счет выхода межзерновой воды из пульп.

4. За 9 лет работы Ленинградской АЭС (с 2001 г. по 2009 г.) в ёмкости с отработавшими фильтроматериа-лами подано 7100 м3 кубового остатка выпарных аппаратов установок переработки жидких радиоактивных отходов с солесодержанием 150-250 г/дм3. При этом выведено из гомогенных ЖРО и зафиксировано в объеме накопленных отработавших фильтроматериалов 1197,1 т солей, что позволило значительно сократить конечные объемы жидких радиоактивных отходов и освободить дополнительные объемы в емкостях хранения высокосолевых кубовых остатков Ленинградской АЭС.

Литература

1. Лебедев В.И., Шмаков Л.В., Черников О.Г., [и др.] Научное открытие: Явление ультрасорбции в водной гетерогенной системе, диплом № 360.

2. Способ переработки гомогенных радиоактивных отходов: пат. 2174723 Рос. Федерация. № 2000112424/06; заявл. 17.05.2000; опубл. 10.10.2001.

3. Способ переработки жидких радиоактивных отходов: пат. 2384903 Рос Федерация. № 2008118639/06; заявл. 12.05.2008; опубл. 20.03.2010.