способ переработки жидких радиоактивных отходов

Формула изобретения

Способ переработки жидких радиоактивных отходов, включающий их предварительное концентрирование с получением конденсата и кубового остатка, озонирование, микрофильтрацию кубового остатка с разделением на фракции пермеата и концентрата и ионоселективную очистку пермеата ионоселективным сорбентом, отличающийся тем, что микрофильтрацию проводят, по меньшей мере, в две стадии, пермеат каждой предыдущей стадии микрофильтрации 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.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии обращения с жидкими радиоактивными отходами ядерного топливно-энергетического цикла и может быть использовано в процессе 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 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, 13.11.1995, «СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ АЭС».

- 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 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.

Также известно техническое решение по патенту RU 2226726, МПК G 21 F 9/08, G 21 F 9/12, 27.04.2002. «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.

К недостаткам известного способа 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.

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 получаемым в дальнейшем пермеатом и концентратом реагентов. Указанная задача решается с использованием необходимой и достаточной совокупности существенных признаков, а именно:

способ переработки жидких радиоактивных отходов, включающий их предварительное концентрирование с получением конденсата и кубового остатка, озонирование, микрофильтрацию кубового остатка с разделением на фракции пермеата и концентрата и ионоселективную очистку пермеата ионоселективным сорбентом, причем микрофильтрацию проводят, по меньшей мере, в две стадии,

пермеат каждой предыдущей стадии микрофильтрации 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.

Практическая реализация заявленного способа переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) состоит в предварительном концентрировании 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 ионоселективным 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 и содержание 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.

Примеры реализации способа для использования, например, трех стадий очистки.

1. Активность исходных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) по Cs составляет 2.1×10⁵ Бк/литр. При пуске установки ионоселективный сорбент из расчета 2 г/литр вводят уже на первой стадии очистки, при этом активность пермеата первой стадии снижается до величины 6×10² Бк/литр. На второй стадии также вводят свежий сорбент из расчета 2 г/литр, при этом активность пермеата второй стадии снижается до величины 11 Бк/литр, что ниже нормируемой величины в соответствии с действующим законодательством, и он направляется на кондиционирование, например упаривание до сухих солей, и хранение в качестве химических отходов. Концентрат второй стадии микрофильтрации (приблизительно 10% исходного объема) смешивают с исходными ЖРО и проводят микрофильтрацию. Активность пермеата первой стадии составляет при этом 6×10 ² Бк/литр. Концентрат направляют на кондиционирование (например, цементирование) и захоронение. В пермеат вводят свежий сорбент и проводят микрофильтрацию. Активность пермеата второй стадии составляет 11 Бк/литр, далее процесс повторяется.

2. Активность исходных ЖРО по Cs составляет 2.1×10⁷ Бк/литр. При пуске установки ионоселективный сорбент из расчета 2 г/ литр вводят уже на первой стадии очистки, при этом активность пермеата первой стадии снижается до величины 3×10⁴ Бк/литр. На второй стадии также вводят свежий сорбент из расчета 2 г/литр, при этом активность пермеата второй стадии снижается до величины 2×10² Бк/литр. При введении свежего сорбента в пермеат второй стадии микрофильтрации активность пермеата третьей стадии снижается до величины 9 Бк/литр. Концентраты первой и второй стадий микрофильтрации направляют на кондиционирование и захоронение, концентрат третьей стадии смешивают с исходными ЖРО и направляют на первую стадию микрофильтрации. Активность пермеата первой стадии снижается до величины 3×10⁴ Бк/литр. Для продолжения процедуры пуска установки к пермеату второй стадии добавляют свежий сорбент, при этом активность пермеата второй стадии составляет величину 2×10² Бк/литр. Концентрат второй стадии смешивают с исходным раствором и направляют на первую стадию микрофильтрации. В пермеат второй стадии микрофильтрации добавляют свежий сорбент и направляют на третью стадию микрофильтрации. Активность пермеата третьей стадии составляет 9 Бк/литр. Концентрат третьей стадии микрофильтрации (приблизительно 10% объема) смешивают с пермеатом первой стадии и направляют на вторую стадию микрофильтрации. Активность пермеата второй стадии составляет 2х10² Бк/литр. Концентрат второй стадии микрофильтрации смешивают с исходными ЖРО, в пермеат добавляют свежий сорбент и направляют на третью стадию микрофильтрации. Активность пермеата третьей стадии составляет 9 Бк/литр, и он направляется на кондиционирование и захоронение в качестве химических отходов, концентрат третьей стадии микрофильтрации смешивают с пермеатом первой стадии микрофильтрации.

Далее процесс очистки повторяется, но свежий сорбент вводится только в пермеат второй стадии микрофильтрации.

В примерах указанные расходные данные по сорбенту имеют достаточно широкий диапазон возможностей, однако при последующей проработке для решения частных задач, возможна конкретизация упомянутых величин.