Установка для очистки жидких радиоактивных отходов

Решение относится к области обращения с жидкими радиоактивными отходами ядерного топливно-энергетического цикла и может быть использовано для реализации процессов переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) для максимального сокращения их объемов и удаления радионуклидов с концентрированием их в твердой фазе и/или выделением радионуклидов в виде труднорастворимых соединений, при обработке которых существующими методами на используемом устройстве обеспечивается надежная локализация радиоактивных веществ от окружающей среды.

Предложенное техническое решение относится к области обращения с жидкими радиоактивными отходами ядерного топливно-энергетического цикла и может быть использовано для реализации процессов переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) для максимального сокращения их объемов и удаления радионуклидов с концентрированном их в твердой фазе и/или выделением радионуклидов в виде труднорастворимых соединений, при обработке которых существующими методами на используемом устройстве обеспечивается надежная локализация радиоактивных веществ от окружающей среды.

Переработка жидких радиоактивных отходов направлена на решение двух основных задач: очистка основной массы отходов от радионуклидов и концентрирование последних в минимальном объеме.

Известно решение по патенту RU 2066493, МПК G 21 F 9/08, 1995.11.13,

«СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АЭС»

- указанный способ при реализации в конструктивной схеме обеспечивает предварительное упаривание с получением конденсата и кубового остатка, озонирование кубового остатка, отделение образующегося радиоактивного шлама и концентрирование фильтрата глубоким упариванием на известном устройстве. При этом озонирование кубового остатка осуществляют непосредственно после предварительного упаривания при рН раствора от 12 до 13,5. После отделения радиоактивного шлама фильтрат пропускают через фильтр-контейнер с селективным к цезию неорганическим сорбентом, затем отработанный фильтр-контейнер направляют на хранение или захоронение.

Недостатками известного решения являются низкий коэффициент очистки солей, выделяющихся на стадии обработки кубового остатка, значительный и нерациональный расход, взаимодействующих с исходным раствором, а также с получаемыми в дальнейшем пермеатом и концентратом, реагентов, недостаточная эффективность использования оборудования.

Также известно техническое решение по патенту RU 2226726, MПК G 21 F 9/08, G 21 F 9/12, от 2002.04.27

«СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ»

- способ включает их предварительное упаривание с получением конденсата и кубового остатка, озонирование кубового остатка, отделение образующегося радиоактивного шлама и концентрирование фильтрата глубоким упариванием. При этом озонирование кубового остатка осуществляют непосредственно после предварительного упаривания раствора. После отделения радиоактивного шлама фильтрат пропускают через фильтр-контейнер с селективным к цезию неорганическим сорбентом, затем отработанный фильтр-контейнер направляют на хранение или захоронение также на известных устройствах по указанной технологии.

К недостаткам известного способа и соответствующих устройств относится низкий коэффициент очистки солей, выделяющихся на стадии обработки кубового остатка, значительный и нерациональный расход взаимодействующих с исходным раствором, а

также с получаемыми в дальнейшем пермеатом и концентратом, реагентов, незначительный к.п.д. установки.

Задача изобретения - сокращение объема радиоактивных отходов за счет глубокой очистки ЖРО с высоким солесодержанием от радионуклидов и выделение последних в компактной форме труднорастворимых соединений, при соответствующем повышении коэффициента очистки солей, выделяющихся на стадии обработки кубового остатка, снижение и оптимизация расхода, взаимодействующих с исходным раствором, а также с получаемыми в дальнейшем пермеатом и концентратом, реагентов, повышение эффективности использования оборудования и повышение к.п.д. установки.

Указанная задача решается с использованием необходимой и достаточной совокупности существенных признаков, а именно:

Установка для очистки жидких радиоактивных отходов, включающая средство их предварительного концентрирования, средство озонирования, средство микрофильтрации и средство ионоселективной очистки пермеата ионоселективным сорбентом, причем

средство микрофильтрации выполнено, по меньшей мере, из двух агрегатов, соединенных между собой трубопроводами с возможностью направления пермеата из агрегата каждой предыдущей стадии микрофильтрации на микрофильтрацию в качестве исходного раствора для агрегата последующей стадии микрофильтрации,

при этом

- агрегат заключительной стадии микрофильтрации снабжен средствами направления пермеата от микрофильтрации на утилизацию;

- установка снабжена средствами направления концентрата, полученного на агрегате каждой последующей стадии микрофильтрации для смешивания с исходным раствором в агрегате предыдущей стадии микрофильтрации;

- для концентрата, полученного в агрегате первой стадии микрофильтрации, агрегат первой стадии снабжен средствами для направления концентрата на кондиционирование и захоронение;

- средство для добавления ионоселективного сорбента в пермеат присоединено трубопроводами между агрегатом предыдущей стадии микрофильтрации и перед агрегатом окончательной стадией микрофильтрации.

Для практической реализации указанная выше совокупность существенных признаков может быть функционально конкретизирована, а именно:

Установка для очистки жидких радиоактивных отходов, включающая средство их предварительного концентрирования с получением конденсата и кубового остатка, средство озонирования, средство микрофильтрации кубового остатка с разделением на фракции пермеата и концентрата и средство ионоселективной очистки пермеата ионоселективным сорбентом, причем

средство микрофильтрации выполнено, по меньшей мере, из двух агрегатов, соединенных между собой трубопроводами с возможностью направления пермеата из агрегата каждой предыдущей стадии микрофильтрации на микрофильтрацию в качестве исходного раствора для агрегата последующей стадии микрофильтрации, при этом агрегат заключительной стадии микрофильтрации снабжен средствами направления пермеата от микрофильтрации на утилизацию, а также снабжено средствами направления концентрата, полученного на агрегате каждой последующей стадии микрофильтрации для смешивания с исходным раствором в агрегате предыдущей стадии микрофильтрации, причем для концентрата, полученного в агрегате первой стадии микрофильтрации, агрегат первой стадии снабжен средствами для направления концентрата на кондиционирование и захоронение, а средство для добавления ионоселективного сорбента

в пермеат присоединено трубопроводами между агрегатом предыдущей стадии микрофильтрации и перед агрегатом окончательной стадией микрофильтрации.

Предложение поясняется графически, где позициями обозначены:

1/1 и 1\2 - баки исходных растворов 1-й стадии, 2 - микрофильтр первой стадии, 3 - бак исходных растворов 2-й стадии,4 - микрофильтр 2-й стадии, 5 - бак исходных растворов 3-й стадии,6 - микрофильтр 3-й стадии,7/1 и 7/2 - накопительные баки очищенного раствора, 8, 9, 10, 11 - насосы, 12 - линия подачи исходного раствора, 13 - линия подачи сорбента, 14 - линия сброса концентрата, 15 - линия отвода очищенного раствора, 16, 17, 18, 19 - соединительные линии трубопроводов между агрегатами.

Установка предназначена для очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) АЭС и других объектов атомной энергетики от радионуклидов Со, Cs и других до уровня меньшего нормируемого действующим законодательством с использованием методов окисления (озонирования) для разрушения органических комплексов, содержащих радионуклиды Со, ионоселективной сорбции радионуклидов Cs и микрофильтрации для отделения насыщенного Cs сорбентов, а также механических и коллоидных частиц, содержащих радионуклиды Со и других продуктов коррозии. В результате процесса переработки ЖРО образуются подлежащие кондиционированию (например цементированию) концентраты, содержащие радионуклиды Co, Cs и другие, а также солевые растворы, суммарная радиоактивность которых меньше нормируемой действующим законодательством в области атомной энергетики. Полученные солевые растворы могут быть сконцентрированы до состояния сухих солей и направлены на промполигоны в качестве химических отходов.

Установка включает в себя средство предварительного концентрирования ЖРО с получением конденсата и кубового остатка, средство озонирования, средство микрофильтрации кубового остатка с разделением на фракции пермеата и концентрата и средство ионоселективной очистки пермеата ионоселективным сорбентом, выполненные в виде раздельно установленных агрегатов, представляющих собой, в частности: блок концентрирования ЖРО, блок окисления (на схеме не показаны) бак исходных растворов 1-й стадии 1, микрофильтр первой стадии 2, бак исходных растворов 2-й стадии 3, микрофильтр 2-й стадии 4, бак исходных растворов 3-й стадии 5 и микрофильтр 3-й стадии 6, а также соединительные линии, насосы и арматуру, в частности: 7/1 и 7/2 - накопительные баки очищенного раствора, 8, 9, 10, 11 - насосы, 12 - линия подачи исходного раствора, 13 - линия подачи сорбента, 14 - линия сброса концентрата, 15 - линия отвода очищенного раствора, 16, 17, 18, 19 - соединительные линии трубопроводов между агрегатами.

Установка работает следующим образом.

В бак 5 добавляется ионоселективный сорбент который, вместе с обрабатываемым раствором, насосом 10 подается в микрофильтр 6, где происходит отделение твердой фазы (сорбента) от раствора. Пермеат микрофильтра 6 направляется через накопительные баки 7/1 и 7/2 очищенного раствора, а затем- на кондиционирование и захоронение как химический раствор, концентрат накапливается в корпусе микрофильтра 6.

После прекращения процесса микрофильтрации концентрат из корпуса микрофильтра 6 сбрасывается в бак 3, куда добавляется пермеат мембранного фильтра 1-й стадии 2.

Образовавшаяся суспензия насосом 10 подается на фильтрацию в микрофильтр 2-й стадии 4.

Пермеат направляется в бак 5, концентрат накапливается в корпусе микрофильтра 4, затем сбрасывается в бак исходного раствора 1 и, вместе с добавленным в бак исходным раствором, насосом 8 подается в микрофильтр 1-й стадии 2.

Озонирование исходного раствора проводится в баках 1 до подачи в него концентрата из микрофильтра 4.

Практическая реализация заявленного устройства для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) состоит в предварительном концентрирован ЖРО с получением конденсата и кубового остатка, проведении озонирования, микрофильтрации на мембранных фильтрах постадийно кубового остатка с разделением на фракции пермеата и концентрата, а также в проведении ионоселективной очистки пермеата ионоселективньм сорбентом.

При проведении указанных технологических операций оптимальным является проведение микрофильтрации, по меньшей мере, в две стадии, пермеат каждой предыдущей стадии микрофильтрации при этом направляют на микрофильтрацию в качестве исходного раствора для последующей стадии микрофильтрации, а на заключительной стадии микрофильтрации пермеат от микрофильтрации направляют на утилизацию.

Концентрат, полученный на каждой последующей стадии микрофильтрации смешивают с исходным раствором для предыдущей стадии микрофильтрации, а концентрат, полученный на первой стадии микрофильтрации направляют на кондиционирование и захоронение, ионоселективный сорбент добавляют в пермеат предыдущей стадии микрофильтрации перед окончательной стадией микрофильтрации.

Указанная последовательность конструктивных связей и функций используемых агрегатов для обеспечения технологических приемов позволяют обеспечить решение поставленной технической задачи и способствуют сокращению объема радиоактивных отходов за счет глубокой очистки ЖРО с высоким солесодержанием от радионуклидов, выделению последних в компактной форме труднорастворимых соединений, при соответствующем повышении коэффициента очистки солей, выделяющихся на стадии обработки кубового остатка, также обеспечиваются снижение и оптимизация расхода, взаимодействующих с исходным раствором, а также с получаемыми в дальнейшем пермеатом и концентратом, реагентов, повышение эффективности использования оборудования и повышение к.п.д. установки.

1. Установка для очистки жидких радиоактивных отходов, включающая средство их предварительного концентрирования, средство озонирования, средство микрофильтрации и средство ионоселективной очистки пермеата ионоселективным сорбентом, отличающаяся тем, что средство микрофильтрации выполнено, по меньшей мере, из двух агрегатов, соединенных между собой трубопроводами с возможностью направления пермеата из агрегата каждой предыдущей стадии микрофильтрации на микрофильтрацию в качестве исходного раствора для агрегата последующей стадии микрофильтрации.

2. Установка для очистки жидких радиоактивных отходов по п.1, отличающаяся тем, что агрегат заключительной стадии микрофильтрации снабжен средствами направления пермеата от микрофильтрации на утилизацию.

3. Установка для очистки жидких радиоактивных отходов по п.1, отличающаяся тем, что установка снабжена средствами направления концентрата, полученного на агрегате каждой последующей стадии микрофильтрации для смешивания с исходным раствором в агрегате предыдущей стадии микрофильтрации.

4. Установка для очистки жидких радиоактивных отходов по п.1, отличающаяся тем, что для концентрата, полученного в агрегате первой стадии микрофильтрации, агрегат первой стадии снабжен средствами для направления концентрата на кондиционирование и захоронение.

5. Установка для очистки жидких радиоактивных отходов по п.1, отличающаяся тем, что средство для добавления ионоселективного сорбента в пермеат присоединено трубопроводами между агрегатом предыдущей стадии микрофильтрации и перед агрегатом окончательной стадией микрофильтрации.