CC BY
207
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2008, том 51, №3___________________________________
ТЕХНИКА
УДК 658.567
Д.А.Абдушукуров, Д.В.Бондаренко, Н.Т.Буриев, А.А.Джураев МЕТОДИКА И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
(Представлено членом-корреспондентом АН Республики Таджикистан Х.Х.Муминовым 11.01.2008 г.)
Жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), в отличие от твердых, имеют нестабильную структуру и занимают больший объём, требуют к себе серьёзного внимания и сравнительно больших материальных затрат при организации их хранения, транспортировки и захоронения. Из-за своей нестабильности ЖРО представляют наибольшую опасность для окружающей среды и человека [1]. Предварительные исследования ёмкости ЖРО Республиканского пункта захоронения радиоактивных отходов (РПЗРО), представленные в таблице, позволяют сделать ряд выводов.
Таблица
Показатели активности жидкости в ёмкости ЖРО
Показатель Удельная радиоактивность (Бк/л) Суммарная активность (Бк) Уровень изъятия (Бк) [2]
I а 30 6 О 'ч°. СО -
I в 2100 25.2 • 107 -
137С8 670 804 • 105 1 • 104
226Яа 30 6 0 'ч°. СО 1 • 104
908г 1700 2.0 • 107 1 • 104
60 Со 5.2 6.24 • 105 1 • 105
3Н 0 0 оо 1 • 109
40К 1.6 1.92 • 105 1 • 106
В процессе длительного хранения произошло гравитационное расслоение в емкости, отходы расслоились на жидкость, придонные гели и твердые (донные) осадки; донные осадки содержат в себе как крупные частицы (более 0.5 мм), так и мелкие частицы (менее 0.5 мм).
Радиоактивные вещества могут находиться в виде растворенных в воде ионов, в составе гелей и твердых частиц. Газовая прослойка над жидкостью может содержать значительное количество радона.
По удельной активности жидкость может быть отнесена к классу низкоактивных радиоактивных веществ. В то же время гели и донные осадки могут содержать значительное количество радиоактивности.
Дальнейшее хранение ЖРО небезопасно, требуется очистка ёмкости ЖРО. В процессе очистки ёмкости необходимо извлечь крупные радиоактивные фракции, находящиеся в дон-
ных осадках, собрать присутствующие в ёмкости радиоактивные гели и перевести радиоактивность, присутствующую в жидкости, в стабильную и компактную форму. Все полученные вещества необходимо перевести в твёрдую фазу и подготовить для захоронения.
В основу работы установки заложен метод непрерывного перемешивания жидкости для поднятия донных осадков и гелей со дна ёмкости и получения однородной структуры. Очистка ЖРО производится комплексно: нерастворенных в воде крупных фракций - методом сепарации в фильтре грубой очистки, а от гелей и растворённых в воде радиоактивных веществ - в комбинированном фильтре тонкой очистки [3]. Схема размещения основных узлов установки на поверхности ёмкости представлена на рис. 1. Сепарация жидкости осуществляется гидроциклоном, позволяющим выводить из раствора частицы размером от 0.2
3 „
до 3 мм при их плотности более 2 г/см . Дальнейшая очистка осуществляется комбинированным фильтром тонкой очистки, с непосредственным выделением мелких частиц и гелей из жидкости на металлической стружке. Растворенные в воде соли и ионы осаждаются в ионообменной колонке. В фильтре тонкой очистки предусмотрена механическая фильтрация для удаления взвесей, что способствует увеличению ресурса использования ионообменной колонки, которая представляет собой намытый на керамзит фильтр в смеси 2/1 анионита АН-18-8 и катионита КУ-2-8 [4].
Рис.1. Схема размещения узлов установки на емкости.
На установке осуществляют следующие операции: интенсивная прокачка жидкости с помощью погружного насоса для перемешивания гелей и донных частиц;
выделение крупных, твердых частиц на напорном гидроциклоне и осаживание их фильтром грубой очистки;
выделение мелких частиц, гелей и растворенных в жидкости солей фильтром тонкой очистки с ионообменной колонкой.
Рис.2. Схема установки по очистке ЖРО.
Схематично установка изображена на рис.2. Перемешивание ЖРО начинается при закрытых вентилях (11) и (12); в процессе работы погружного насоса (1) из емкости поднимается жидкость со скоростью 10 м /ч, проходя через коллектор-распределитель (2) и канал возврата (4), она попадает обратно в емкость, при этом происходит перемешивание жидкости, гелей и донных осадков. Процесс перемешивания необходимо продолжать до получения максимального значения активности жидкости, которая определяется путем отбора проб через вентиль (12). После тщательного перемешивания жидкости в емкости открывается вентиль (11) и начинается процесс очистки жидкости от радиоактивных веществ. При этом 25% жидкости поступает на напорный гидроциклон (5), там крупные фракции выпадают в фильтр грубой очистки (6). Вентилями (11) и (10) регулируют оптимальное давление для высаживания крупных частиц на гидроциклоне, которое контролируется визуально через прозрачный патрубок. При этом 75% жидкости возвращается через канал возврата (4) обратно в емкость для постоянного перемешивания. Процентное распределение жидкости в установке обеспечивается разностью диаметра трубопроводов, ведущих на фильтрацию и на перемешивание ^фильтр= 0.15 мм и Dперем =0.25 мм). В то же время очищенная на гидроциклоне от крупной
фракции жидкость поступает в фильтр тонкой очистки с ионообменной колонкой (7). В ионообменной колонке происходит очищение жидкости от мелких частиц, гелей и солей, после чего жидкость возвращается обратно в ёмкость. Процесс выделения радиоактивных веществ из жидкости проводится до достижения допустимого уровня радионуклидов в жидкости, который определяется при отборе проб через канал (3). Замену фильтрующего элемента нужно производить по мере накопления радиоактивности на фильтрах (10 мР/ч) или при их непосредственном заполнении. Заменённые (загрязнённые или радиоактивные) фильтрующие элементы должны быть захоронены как твердые радиоактивные отходы. При работе установки, для соблюдения радиационной безопасности, необходимо каждый час производить радиометрический контроль узлов установки.
Погружной насос ГНОМ 10-10 [5] предназначен для перекачивания загрязнённой жидкости, с плотностью до 1250 кг/м , при содержании твердых механических примесей до 10% по массе с максимальным размером до 5 мм включительно, производительностью 10 м /ч и напором 10 м.
Цельнометаллический поддон, размером 1240х800 мм , поверхностно перекрывает все соединения элементов системы очистки, локализуя возможные загрязнения из-за протечек на соединениях. Перепад высот плоскости поддона (40 мм) позволяет возвращать всю жидкость обратно в ёмкость по полиэтиленовой трубке. Высота борта поддона составляет 100 мм, ёмкость поддона, в случае заполнения жидкостью, равна 80 л.
Коллектор-распределитель имеет входной патрубок диаметром 60 мм для подсоединения погружного насоса и имеет три отвода с вентилями: вентиль (10) диаметром 25 мм -для подключения канала возврата жидкости (4); вентили (11) и (12) диаметром 15 мм - для подключения гидроциклона и для отбора проб. Полная длина коллектора составляет 1100 мм, внутренний диаметр - 60 мм.
Напорный гидроциклон, диаметр и высота цилиндрической части равны 50 мм. Полный угол конусной части равен 30о, диаметр конуса в нижней части равен 8 мм.
Фильтр грубой очистки (рис. 3) представляет из себя полый цилиндр (1), закрываемый крышкой с приваренным к ней патрубком входа (2) и диском с отверстиями (3). Полость между крышкой и диском заполняется металлической стружкой (4). Диаметр фильтра грубой очистки составляет 200 мм, а высота - 600 мм.
Фильтр тонкой очистки с ионообменной колонкой (рис. 4) состоит из входного патрубка (1), малого (2) и большого (5) стаканов, заполненных металлической стружкой (9) и керамзитом (10). Малый стакан (диаметром 100 мм и высотой 750 мм) не имеет дна и крышки и соединён сваркой с большим стаканом (диаметром 270 мм и высотой 750 мм) посредством штырей (6). Верхняя часть большого стакана закрыта сеткой (7), не пропускающей керамзит. Сетка закреплена хомутами (8) к внешним поверхностям малого и большого стака-
нов. При избыточном напоре перелив жидкости будет осуществляться по щиткам сброса (12) через верх малого стакана. Слив очищенной жидкости в емкость производится через сетку. Фильтр закреплён к опоре (3) шпильками (4). Для сброса остаточной жидкости после окончания работы дно большого стакана имеет несколько отверстий диаметром 4-5 мм. При вы*-* 3
бранных размерах фильтра тонкой очистки скорость фильтрации составляет - 3.5 м /ч, а коэффициент очистки равняется 104 в нейтральной среде [6].
Рис.3. Фильтр грубой очистки.
Рис.4. Фильтр тонкой очистки.
Очистка ЖРО от радиоактивных компонентов, перевод их в стабильную фазу (твердую) и захоронение в виде твердых радиоактивных отходов, несомненно, будет способствовать решению проблем, связанных с охраной природы и окружающей среды и с радиационной безопасностью человека. Принципы, заложенные в основу технологии и установки, позволяют использовать ее и для очистки других загрязненных вод, содержащих твердые фракции, гели и жидкость.
Физико-технический институт им. С.У. Умарова Поступило 11.01.2008 г.
АН Республики Таджикистан
ЛИТЕРАТУРА
1. Рекомендации международной комиссии по радиологической защите 1990 года. Публ. 60, МКРЗ, М.: Энергоатомиздат, 1994, 224 с.
2. Международные основные нормы безопасности для защиты от ионизирующих излучений и безопасного обращения с источниками излучения. МАГАТЭ, Вена: 1997, 356 с.
3. А.И.Жуков и др. Методы очистки производственных сточных вод. М.: Стройиздат, 1977, 204 с.
4. Ю.В.Кузнецов и др. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат, 1974, 360 с.
5. Электронасосы ГНОМ. Паспорт и инструкция по эксплуатации. ООО МСВ-Наско. http://www.msv-nasko.ru
6. В.П.Машкович. Защита от ионизирующих излучений. М.: Энергоатомиздат, 1982, 309 с.
Ч.А.Абдушукуров, Д.В.Бондаренко, Н.Т.Буриев, А.А.Ч,ураев УСУЛ ВА ДАСТГОХ, БАРОИ ТОЗАКУНИИ ПАРТОВ^ОИ МОЕЪИ РАДИОАКТИВЙ
Дар мак;ола усул, технология ва конструксияи дастгох, барои тозакунии партовх,ои моеъи радиоактивй дода шудааст. Асоси усул дар баровардани чузъи радиоактивй аз гунчоиши партовгохд моеъ, сахт намудан ва захира намудани онх,о иборат аст.
D.A.Abdushukurov, D.V.Bondarenko, N.T.Buriev, A.A.Juraev TECHNOLOGY AND INSTALLATION FOR CLEARING LIQUID RADIOACTIVE WASTES
The technique of clearing of liquid radioactive wastes is offered, the technology of process of clearing and a design of installation is described. The method is based on extraction of radioactive components from capacity, them transfer its to the solid phase and the subsequent burial.
