 |
Основы очистки от радиоактивных загрязнений
|
|
|
|
Развитие ядерной энергетики и расширение области применения радиоактивных изотопов в различных отраслях промышленности, нау- ки, техники, медицины сопряжено с вероятностью загрязнения при- родных вод радиоактивными отходами.
Практическое решение задач по использованию ядерной энергии и нормальная эксплуатация любого предприятия, связанного с радио- активными изотопами и ионизирующими излучениями, зависит от ус- пешного решения проблемы обезвреживания радиоактивных отходов, которые неизбежно образуются при использовании атомной энергии.
Основное количество радиоактвных отходов в виде жидких, твер- дых и газообразных веществ образуется в радиохимических лаборато- риях, работающих с радиоактивными веществами, и на ядерных реак- торах - энергетических, экспериментальных и исследовательских. Два последних вида предназначены для уточнения физических параметров и инженерных систем самих реакторов, а также получения источников нейтронного и g-излучения для исследовательских работ и испытания ТВЭЛов; так как оба они предназначены для различного рода исследо- ваний, то их можно объединять в одну группу.
Наиболее опасными для человека и животных являются изотопы стронций-90, цезий-137, йод-131.
Активность радиоактивных отходов уменьшается только в ре- зультате естественного распада, что в случае изотопов, обладающих длительным периодом полураспада, связано с необходимостью осуще- ствления контроля над радиоактивными отходами иногда в течение не- скольких сот лет.
Радиоактивные сточные воды отличаются большим разнообрази- ем содержащихся в них радиоактвных элеметов. Каждый из этих эле- ментов характеризуется двумя основными величинами: энергией ра- диоактивного излучения a-, b-, g-лучей и периодом полураспада, т.е. промежутком времени, в течение которого распадается половина на-
|
|
|
чального количества атомов. Источником загрязнения воды наиболее часто являются продукты деления урана U235.
Высокоактивные сточные воды образуются в первой стадии про- цесса переработки используемого ядерного топлива, количество их не- велико (2-20 л на 1 г получаемого U235). Высокоактивные сточные воды содержат большое количество нерадиоактивных солей (свыше 10 г/л), азотную кислоту, органические растворители и др.
Радиоактивные отходы можно классифицировать на три вида: низкого, среднего и высокого уровня активности.
Поскольку распад радиоактивных веществ, находящиеся в воде, ускорить или замедлить практически невозможно, дезактивируют воду лишь двумя методами: выдерживанием ее перед подачей потребителю в течение определенного времени и удалением из нее взвешенных или растворенных радиоактивных веществ. Первый метод применим толь- ко в тех случаях, когда вода загрязнена изотопами, имеющими малый период полураспада.
Радиоактивные сточные воды низкой активности образуются при переработке руды, стирке одежды, удалении радиоактивных загрязне- ний из помещений, эксплуатации реакторов, лабораторных исследова- ниях, использовании радиоактивных изотопов в лечебных целях.
Отходы высокого и частично среднего уровня активности соби- раются в специальные сборники-контейнера и удаляются на пункты захоронения, отходы низкого и частично среднего уровня активности по специальной канализации направляются на очистные сооружения - установки для обезвреживания.
Контейнера-сборники жидких радиоактвных отходов выпускают- ся различной емкости для отходов высокого и низкого уровня активо- сти. Они имеют внешнюю стальную защитную оболочку; части, со- прикасающиеся с высокоактивной жидкостью изготовлены из нержа- веющей стали; в зависимости от емкости контейнера защитный слой свинца составляет 15-30 см. Инертность по отношению к радиоактив- ным веществам придают парафин, воск и другие соединения, нанесен- ные тонким слоем на поверхность с целью ее гидрофобизации. Все контейнеры выполняются в виде герметических сосудов.
|
|
|
Радиоактивные изотопы, вступая в химические реакции с други- ми веществами, всегда остаются радиоактивными. Поэтому дезактива- ция поверхности может осуществляться путем удаления радиоактив- ных загрязнений или за счет их естественного распада.
Различают следующие способы дезактивации: физические (ваку- умная обработка, обмывание струей воды, обработка водяным паром, пескоструйная обработка, чистка щетками, обработка шлифовальными
средствами, обработка хорошо сорбируемыми веществами, удаление покрытий); химические (обработка дезактивирующими растворами); механические (отстаивание, фильтрование), физико-химические (дис- тилляция, коагуляция, флотация, сорбция, ионный обмен, экстрагиро- вание), электродиализ, выпаривание, биологические методы или соче- тание перечисленных способов.
Особняком стоят методы перевода жидких отходов в твердые пу- тем цементирования, включения в битум, асфальт или пластики с по- следующим захоронением.
Дезактивирующие растворы подразделяются на группы: щелоч- ные окислительные, кислотные восстановительные, содержащие ком- плексообразователи. Могут применяться 10 % растворы азотной, ли- монной, щавелевой кислот, 2,5 % винная кислота, 0,003 М йодная ки- слота, 10 % раствор щелочи; раствор, содержащий 3 % NaF и 20 % HNO3. Используются смеси азотной кислоты с KMnO4 и NaNO2. К де- зактивирующим растворам добавляют поверхностно-активные или комплексообразующие вещества.
При очистке стоков от радиоактивных изотопов способом осаж- дения в очищаемую воду добавляют в достаточном количестве неак- тивный изотоп того же элемента или другой элемент, являющийся изо- аморфным с радиоактивными микрокомпонентами. Так, например, удаляют радиоактивный J131, Sr89 и Sr90. Метод называется еще соосаж- дением.
Радиоактивные вещества, находящиеся в воде, способны образо- вывать коллоиды, их удаление возможно при добавлении в воду коагу- лянтов - солей алюминия или железа. Так извлекают из воды радиоак- тивный Р32.
|
|
|
Способ ионного обмена является наиболее эффективным методом очистки слабоактивных маломинерализованных вод, предварительно освобожденных от растворенных органических веществ. Его рекомен- дуется применять на небольших передвижных и индивидуальных ус- тановках.
Извлечение из воды радиоизотопов сорбентами является одним из самых распространенных методов ее дезактивации. В качестве сорбен- тов используют активированный уголь, природные и синтетические цеолиты, бентонит, клиноптилолит, силикагель, древесина, целлюлоза, торф, почвы и др.
Церий Се144 и плутоний Pu239 извлекают из воды сорбцией на ак-
тивированном угле с последующим осаждением. Эффективность про- цесса 99 %. Стронций Sr89 и Sr90 можно извлечь методом ионного об- мена.
Выпаривание (дистилляция) сточных вод, загрязненных радиоак- тивными изотопами, производится в выпарных аппаратах обычных ти- пов, но имеющих специальные устройства для очистки паро-газовой смеси. При этом активность образующегося дистиллата на 4-6 поряд- ков ниже, чем исходной воды.
Испробован метод вымораживания, который позволяет получить высокий коэффициент очистки, хотя и имеет высокую стоимость.
При совместном присутствии в воде радиоактивных и поверхно- стно-активных веществ может быть использована пенная флотация, при которой значительно сокращается время осветления. Она может быть использована для предварительной очистки радиоактивно- загрязненных сточных вод.
Электрохимические методы находят применение для удаления из раствора некоторых продуктов деления урана в ионной форме.
Биологическая очистка используется для обработки сточных вод, содержащих небольшое количество радиоактивных веществ. Этот спо- соб основан на том, что микроорганизмы, поглотившие радиоактивные частицы, постепенно погибают и падают на дно водоема. В результате образуется ил, в котором и концентрируются радиоактивные загрязне- ния. Биологическую очистку лучше проводить в две ступени, сооруже- ния должны быть полностью автоматизированы и герметизированы.
|
|
|
Стоимость очистки радиоактивных сточных вод существенно за- висит от ее производительности. Кроме того существует определенная взаимосвязь между солесодержанием, удельной активностью сточных вод, способом обезвреживания. При подземном захоронении основные затраты падают на амортизационные отчисления, но при производи- тельности более 15 тыс. м3/год наиболее экономичен метод подземного захоронения. При сравнении процессов концентрирования и отвержде- ния жидких радиоактивных отходов предпочтение должно быть отдано битумированию, в том числе по сравнению с цементированием. Это обусловлено меньшим объемом битумных блоков, большей химиче- ской и механической стойкостью, упрощением хранилищ для битум- ных блоков.
ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ I
1. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. - М.: Химия, 1991. - 251 с.
2. Белоусов В.В. Теоретические основы процеессов газоочистки. -
М.: Металлургия, 1988. - 256 с.
3. Бретшнайдер Б., Курфюст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. - Л.: Химия, 1989. - 288 с.
4. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справоч- ник. /Под ред. С.Калверта и Г.М.Инглунда, т.1-2. - М.: Металлургия, 1988. - 760 с.
5. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984. - 592 с.
6. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. - М.: Химия, 1979. - 344 с.
7. Лукин В.Д., Курочкина М.И. Очистка вентиляционных выбро- сов в химической промышленности. - Л.: Химия, 1980. - 232 с.
8. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воз- духе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.
9. Очистка промышленных газов от пыли /В.Н.Ужов,
А.Ю.Вальдберг, Б.И.Мягков. - М.: Химия, 1981. - 392 с.
10. Пирумов А.И. Обеспыливание воздуха. - М.: Стройиздат, 1981. - 296 с.
11. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин И.В. Охрана окру- жающей среды. - М.: Химия, 1991. - 224 с.
12. Пылеулавливание в металлургии. Справочник /Под ред. А.А.Гурвица. - М.: Металлургия, 1984. - 336 с.
13. Рамм В.М. Абсорбция газов. - М.: Химия, 1976. - 656 с.
14. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989. - 512 с.
15. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Справочник. -
М.: Химия, 1991. - 368 с.
16. Федеральный закон “Об охране атмосферного воздуха”. - при- нят Госдумой 2.04.99.
17. Штокман Е.А. Очистка воздуха. - М.: Изд-во АСВ, 1999. – 319 с.
18. Эльтерман В.М. Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях. - М.: Химия, 1985. - 160 с.
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА К РАЗДЕЛУ П
1. Алферова Л.А., Нечаев А.П. Замкнутые системы водного хо- зяйства промышленных предприятий, комплексов и районов. - М.: Стойиздат, 1984. - 272 с.
2. Берне Ф. Кордонье Ж. Водоочистка. - М.: Химия, 1997. - 288 с.
3. Беличенко Ю.П., Гордеев Л.С., Комиссаров Ю.А. Замкнутые системы водообеспечения химических производств. М.:Химия,1996.- 272 с.
4. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые кон- центрации химических веществ в окружающей среде. Справочник. - Л.: Химия, 1985. - 454 с.
5. Водный кодекс РФ. Принят Государственной думой 18.10.95.
6. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная. - М.: Агар, 1999. - 424 с.
7. Водоотводящие системы промышленных предприятий
/С.В.Яковлев, Я.А.Карелин, Ю.М.Ласков, Ю.В.Воронов. - М.: Строй- издат, 1990. - 511 с.
8. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: справочные материалы. Под ред. Т.В.Гусевой. - М.: Социально- Экологический Союз, 2000. - 148 с.
9. Киевский М.И., Евстратов В.Н., Ратманов А.Г. Безотходные технологические схемы химических производств. - Киев.: Техника, 1987.-121 с.
10. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: Справочник проектировщика /Под ред. В.Н.Самохина. - М.: Стройиз- дат, 1981. - 639 с.
11. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. - Киев: Вища школа. - 1986. - 352 с.
12. Ласков Ю.М., Воронов В.В., Калицун В.И. Примеры расчетов канализационных сооружений. - М.: Стройиздат, 1987. - 255 с.
13. Николадзе Г.И. Технология очистки природных вод. - М.: Высш. шк., 1987. - 479 с.
14. Очистка природных и сточных вод: Справочник. - М.: Высш. шк., 1994. - 336 с.
15. Очистка производственных сточных вод /С.В.Яковлев,
Я.А.Карелин, Ю.М.Ласков, Ю.В.Воронов.- М.: Стройиздат,1985.-335 с.
16. Пушкарев В.В., Трофимов Д.И. Физико-химические особен- ности очистки сточных вод от ПАВ. - М.: Химия, 1975. - 144 с.
17. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в хими- ческой промышленности. - Л.: Химия, 1977. - 464 с.
18. Проектирование сооружений для очистки сточных вод: Спра- вочное пособие к СНиП. - М.: Стройиздат, 1990. - 192 с.
19. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей сре- ды в России. Учебное и справочное пособие, - М.: Финансы и стати- стика, 1999. - 672 с.
20. Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В. Оборудование и сооружения для защиты от промышленных выбросов. - М.: Химия, 1985. - 352 с.
21. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия. - 1989. - 512 с.
22. Роев Г.А., Юфин В.В. Очистка сточных вод и вторчное ис- пользование нефтепродуктов. - М.: Недра, 1987. - 224 с.
23. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. - М.: 1988. - 69 с.
24. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985.- 136 с.
25. СНиП 2.04.03-85. Канализация. М.: Стройиздат, 1986. - 72 с.
26. СанПиН 2.1.4.559-96. Питьевая вода. Гигиенические требова- ния к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабже- ния. Контроль качества. - М.: Госкомсанэпиднадзор России,1996.-111 с.
27. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. - М.: Стройиздат, 1982. - 528 с.
28. Фрог Б.Н., Левченко А.П. Водоподготовка. - М.: Изд. МГУ, 1996. - 680 с.
29. Хоникевич А.А. Очистка радиоактивно-загрязненных сточных вод. - М.: Атомиздат, 1974. - 312 с.
30. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация. - М.: Стройиздат, 1987. - 319 с.
Издание подготовлено к печати на кафедре химической техники и инженерной экологии АлтГТУ им. И.И. Ползунова
Компьютерный набор В.А. Батенкова
Компьютерная верстка и дизайн Т.Г. Шарикова
Компьютерная графика Е.М. Блинов
г. Барнаул, пер. Некрасова, 64, (3852) 24-55-19
|
|
|
