Сорбційні методи - переробка та утилізація рідких і твердих радіоактивних відходів аес

сорбційні методи

Сорбційні методи ґрунтуються на поглинанні радіонуклідів твердої фази за механізмами іонного обміну, адсорбції, кристалізації та інші [2].

Сорбція проводиться в динамічних і статистичних умовах. При динамічної сорбції фільтрування вихідних рідких відходів проводиться безперервно через сорбент, а при статичної сорбції проводиться тимчасовий контакт двох фаз при перемішуванні з подальшим поділом [2].

Динамічна сорбція проводиться в намивних або насипних фільтрах. Відмінність полягає в тому, що в насипних фільтрах застосовують сорбенти у вигляді зернистого міцного матеріалу; в намивних фільтрах ж в якості сорбенту застосовують неорганічні і органічні матеріали штучного і органічного походження [24].

Для очищення рідких радіоактивних відходів від радіонуклідів застосовують сорбенти (іоніти) таких типів, як КБ-51-7, КУ-2-8 (сильнокислая катионит), АВ-17-8 (сільноосновним анионит), АН-31 і АН-2ФН ( слабоосновние аніоніти), вермикуліт. Сорбенти випускають у вигляді гранул, які пере застосуванням замочують у спеціальному розчині для активації. Всі перераховані сорбенти мають високими коефіцієнтами очищення і хорошими фільтруючими властивостями [24].

Іонообмінні гетерогенні реакції оборотні, що дозволяє здійснювати регенерацію сорбенту, але обумовлює створення умов для вимивання радіонуклідів при зберіганні відпрацьованого сорбенту. Обмінна ємність сорбенту майже вся використовується на сорбцію макрокомпонентів - солей, через їх схожості з властивостями мікрокомпонентів. Тоді для того, щоб протікала сорбція мікрокомпонентів (радіонуклідів), необхідно проводити попереднє знесолення. Інакше це буде призводити до частих регенерації сорбенту і, отже, підвищенням вартості очищення [24].

Рідкі радіоактивні відходи з високою засолених невигідно очищати органічними сорбентами через те, що при регенерації сорбенту потрібно 2-2,5 кратний надлишок лугу і кислоти (йде подорожчання очищення) [24].

Ситуація постає зворотна для радіонуклідів, у яких властивості відмінні від властивостей макрокомпонентів. Многовалентние радіонукліди добре сорбуються на катионите в присутності натрій-іонів. Тому що знаходяться в рідких радіоактивних відходах натрій-іони НЕ сорбуються, що призводить до помітного зниження обсягів регенератора, вторинних відходів і частоти регенерації [24].

Застосування синтетичних органічних сорбентів дозволяє видалити з рідких радіоактивних відходів все радіонукліди в іонної формі. Але такі сорбенти мають деякі обмеження щодо застосування, які переростають в серйозні недоліки. При використанні таких сорбентів радіонукліди в молекулярної і колоїдної формі з рідких радіоактивних відходів не видаляються. Також якщо в рідких радіоактивних відходах є колоїди або органічні речовини з великими молекулами, то сорбент втрачає свої властивості і виходить з ладу через забивання пор [2].

На практиці перед проведенням іонного обміну для видалення колоїдних частинок застосовують фільтрування на намивних фільтрах. Застосування ж методу коагуляції замість фільтрування призводить до утворення великих обсягів відходів. Органічні сполуки з рідких радіоактивних відходів видаляються ультрафильтрацией. Помітний один з головних недоліків застосування іонного обміну для очищення рідких радіоактивних відходів - це необхідність проведення попередньої підготовки таких відходів [24].

Для очищення високоактивних рідких відходів синтетичні органічні сорбенти не застосовують під виглядом їх нестійкості до впливу високоактивного випромінювання. Такий вплив призводить до руйнування сорбенту [24].

Для забезпечення високого ступеня очищення процес іонообмінного очищення проводять в два етапи. На першому етапі з рідких відходів видаляють солі і невеликі кількості радіонуклідів, а вже на другому етапі проводять безпосереднє видалення нуклідів з обессоленную рідких відходів. Регенерацію сорбенту проводять противотоком. Щоб підвищити продуктивність фільтрів швидкість на початку циклу встановлюється в (90ч100) м / ч, а в кінці циклу знижується до значень в (10ч20) м / ч [24].

Очищення обессоленную відходів дає можливість застосовувати ефективні фільтри змішаної дії (їх регенерація утруднена) і намивні фільтри на увазі того, що при очищенні таких відходів необхідність в регенерації мінімальна. Завдяки смешенной завантаженні анионитов і катионитов в формах Н + і ОН-, усувається протівоіони ефект, і це призводить до підвищення ступеня очищення і можливості збільшення швидкості фільтрування до 100 м / год [24].

Всі рідкі радіоактивні відходи містять в тій або іншій кількості суспензії, які мають схильність до молекулярної і ионообменной сорбції. Також продукти корозії з гідратованими оксидами заліза, марганцю, кобальту та нікелю можуть сорбувати мікрокомпоненти. У зв'язку з цим пропонується відокремлювати суспензії для помітного поліпшення ступеня очищення рідких відходів [21].

Для видалення з відходів таких компонентів, як 137 Cs, 99 Sr, 60 Co, використовують додавання селективних сорбенту, в даному випадку - наногліни (монтморилоніт), що забезпечує 98% очищення від даних компонентів. Сорбцію на селективних компонентах проводять в поєднанні з коагуляцією [24].

Хімічне осадження є одним з ефективних варіантів статичної сорбції. До переваг хімічних методів можна віднести низьку вартість, доступність реагентів, можливість видалення радіоактивних мікрокомпонентів в іонної і колоїдної формах, а також переробки засолених рідких відходів [2].

Головною особливістю хімічного осадження є селективність до різних мікрокомпонентів, особливо до 137 Cs, 106 Ru, 60 Co, 131 I, 90 Sr. Коагуляція і пом'якшення є методами хімічного осадження; при застосуванні цих методів йде очищення від радіонуклідів в колоїдної, іонної і молекулярної формах [24].

При застосуванні содово-вапняного пом'якшення CaCO3 і MgOH2 випадають в осад і служать колекторами для 90 Sr, який видаляється кристалізацією з CaCO3. Також використання даного методу дозволяє видаляти 95 Zr і 95 Nb [24].

Цезій (137 Cs) видаляють за допомогою осадження фероціанідів заліза, нікелю (найефективніший), міді і цинку, при цьому коефіцієнт очищення становить 100 [24].

Рутеній (106 Ru) і кобальт (60 Co) погано концентруються в опадах через великої кількості їх хімічних форм. Видалення рутенію проводиться такими сорбентами, як сульфід кадмію, сульфід заліза, сульфід свинцю. Очищення від кобальту ефективна на оксигидрати хрому і марганцю. Радіоактивний йод 131 I проводиться соосаждением йодидом міді або срібла [24].

Хімічне осадження завершується процедурами поділу фаз. При поділі фаз йде освітлення здебільшого рідких відходів і концентрування шламів. Поділ фаз виробляється фільтруванням або впливом на систему силовим полем, яке може бути гравітаційним (відстійники й освітлювачі) і інерційним (центрифуги). Через утворення великих обсягів пульп дуже високої вологості відстійники застосовують вкрай рідко, використовуючи для цього освітлювачі. Освітлення в таких апаратах йде з великими швидкостями і забезпечує високу ступінь очищення [24].

Для подальшого освітлення рідини проводять фільтрування. Застосування насипних фільтрів забезпечує більш тонке фільтрування, такі фільтри мають велику продуктивність, а при їх регенерації утворюється невелика кількість відходів. Насипні фільтри набули більшого поширення через простоту і надійності, не дивлячись на утворення великої кількості вторинних відходів при регенерації [24].