способ очистки сточных вод от радиоактивных компонентов и масла

Формула изобретения

Способ очистки сточных вод от радиоактивных компонентов, в состав которых входят растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада, путем концентрирования радиоактивных компонентов и минерального масла с последующим отверждением и захоронением концентратов, отличающийся тем, что сточные воды перед переработкой подкисляют до величины рН 2,5-3,0, далее вводят коагулянт на основе солей железа (III), затем катионоактивный флокулянт на основе модифицированного полиакриламида, после чего нейтрализуют щелочью до величины рН>7 с последующим центрифугированием смеси с получением после центрифугирования очищенной воды и концентрата, содержащего радиоактивные компоненты и минеральное масло.

Описание изобретения к патенту

Способ очистки сточных вод от минерального масла и радионуклидов относится к области переработки жидких отходов, в состав которых входит вода, растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада металлообрабатывающих предприятий и гальванических производств, а также может быть использовано в технологии производства урана и его соединений.

Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов [А.С.Копылов, Е.И.Верховский. Спецводоочистка на атомных электростанциях. М.: Энергоатомиздат, 1988] (прототип), заключающийся в использовании метода выпарки. Метод выпаривания (термическая переработка) радиоактивных растворов заключается в нагревании воды до кипения и упаривания ее. В получаемый при этом пар переходит минимальное количество примесей, включающих радиоактивные компоненты. Основная часть загрязняющих примесей остается в упаренной воде, что способствует существенному уменьшению объема жидких радиоактивных отходов. Этот метод используется для переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкой и средней активности. При охлаждении пара получают конденсат, содержащий масло и радиоактивные компоненты с концентрацией, допустимой для его сброса на общезаводские очистные сооружения. Кубовый остаток (упаренный водный раствор ЖРО) содержит воду, масло и радиоактивные компоненты. Его помещают либо в хранилище жидких отходов, либо подвергают отверждению и направляют на захоронение в виде твердых радиоактивных отходов. Данный способ позволяет достаточно эффективно производить переработку низкоактивных жидких отходов, обеспечивает высокую степень очистки основной массы воды как от масла, так и от радиоактивных компонентов и достаточно эффективно снижает объем радиоактивных отходов.

Недостатки известного способа-прототипа, которые в определенной степени ограничивают его применение, заключаются в следующем. Во-первых, высокие энергетические затраты на переработку сточных вод. Метод выпарки - один из наиболее энергоемких процессов. Во-вторых, при высоком содержании масла в сточных водах происходит интенсивное пенообразование в процессе выпарки, что ведет к выносу с паром значительной массы воды с радиоактивными компонентами и маслом. Это приводит к необходимости проведения либо повторной очистки воды от радионуклидов методом выпарки, либо создания дополнительных технологий очистки конденсата от радионуклидов. Наконец, процесс выпарки - это продолжительная операция, что приводит к необходимости использования накопительных емкостей больших объемов. Кроме того, для предварительного нагрева воды требуются дополнительно теплообменники, а для получения конденсата из пара - использование холодильников.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение существенного сокращения расхода энергии на процесс очистки ЖРО от масла и радиоактивных компонентов, сокращение времени на очистку воды, что приведет к снижению объема и количества основного и вспомогательного оборудования, а также проведение очистки сточных вод от загрязняющих компонентов за одну операцию, при их содержании в широком диапазоне концентраций, что приведет к сокращению рабочего времени на обслуживание передела.

Технический результат достигается путем очистки сточных вод от радиоактивных компонентов, в состав которых входят растворенное и/или в виде эмульсии минеральное масло, растворенные и твердые частицы радиоактивных компонентов урана и продуктов его распада путем концентрирования радиоактивных компонентов и минерального масла с последующим отверждением и захоронением концентратов, при этом сточные воды перед переработкой подкисляют до величины рН 2,5-3,0, далее вводят коагулянт на основе солей железа (III), затем катионоактивный флокулянт на основе модифицированного полиакриламида, после чего нейтрализуют щелочью до величины рН>7 с последующим центрифугированием смеси с получением после центрифугирования очищенной воды и концентрата, содержащего радиоактивные компоненты и минеральное масло.

Выбор указанных параметров подкисления и нейтрализации, реагентов и метода последующей переработки жидких радиоактивных сточных вод, содержащих минеральное масло, обусловлен тем, что в этих условиях обеспечивается высокая степень очистки воды как от радиоактивных компонентов, так и от минерального масла до нормативных показателей.

Сопоставление эффективности предложенного и ранее известного способа-прототипа приведено в примерах.

Пример 1. Радиоактивные сточные воды подкисляли до величины рН около 3. Далее в подкисленные сточные воды в количестве 1 л с общей исходной удельной активностью 950 Бк/кг вводили коагулянт и флокулянт. В качестве коагулянта использовалась соль хлорида железа (III) в качестве флокулянтов - катионоактивный, анионоактивный или нейтральный модифицированный полиакриламид. Коагулянт вводили в количестве из расчета 100 мг/кг по Fe³⁺ . Количество введенного флокулянта 15 мг. После введения реагентов проводили нейтрализацию щелочью до величины рН более 7. Осадок полученной пульпы после нейтрализации отделяли от раствора различными методами: отстаиванием, фильтрацией и центрифугированием. Центрифугирование проводили в течение 15 мин при скорости вращения 10000 об/мин. Очищенную от осадка воду подвергали радиохимическому анализу. Результаты испытаний представлены в табл.1. Для сравнения в табл.1 даны результаты по очистке воды, содержащей радиоактивные компоненты без добавления реагентов или с добавлением одного из них. В табл.2 приведены данные по скорости отстаивания осадка с использованием различных флокулянтов после введения коагулянта, которые характеризуют эффективность действия флокулянта при очистке воды от взвешенных веществ.

Таблица 1 Влияние коагулянта и флокулянтов на очистку воды от радиоактивных компонентов различными методами
Способ отделения взвешенных веществ от раствора	Остаточная удельная активность воды (Бк/кг) при использовании различных типов модифицированного полиакриамида
	Катионоактивный	Анионоактивный	Нейтральный	Без добавления коагулянта и флокулянта	Без добавления флокулянта	Без добавления коагулянта с катионоактивным флокулянтом
Центрифугирование	0,3	126	94	110	70	115
Фильтрация	5,0	156	108	125	75	120
Отстаивание	35	184	165	170	90	190

Скорость отстаивания определяли в мерном цилиндре. Время отстаивания фиксировали при прекращении изменения высоты слоя осадка.

При сопоставлении полученных данных видно, что наиболее эффективным флокулянтом является модифицированный полиакриламид катионного типа, а метод центрифугирования обеспечивает наиболее полную очистку воды от радиоактивных компонентов.

Таблица 2
Скорость отстаивания осадка при добавлении в радиоактивные сточные воды коагулянта и модифицированного полиакриламида различного типа
Скорость отстаивания осадка (час) при использовании различных типов модифицированного полиакриамида
Катионоактивный	Анионоактивный	Нейтральный
0,25	24	6

Пример 2. По экспериментальным результатам данного примера определено оптимальное количество реагентов, требующееся для очистки воды от радиоактивных компонентов. В подкисленные сточные воды объемом 1 л вводился коагулянт в виде соли сульфата железа (III) и катионоактивный флокулянт в различных соотношениях, после этого проводилась нейтрализация воды до значения рН 8,5 и далее производилось центрифугирование пульпы. Полученные данные сведены в табл.3.

Таблица 3
Удельная активность очищенной воды (Бк/кг) в зависимости от количества введенных реагентов перед центрифугированием
Концентрация железа (III), добавленного в сточную воду, мг/л	Количество введенного катионоактивного флокулянта, мг/л
	5	10	15	20	30	40
50	55	28	28	30	33	44
75	18	7	8	9	26	34
100	3	0,3	<0,3	1,5	6	15
150	3	<0,3	<0,3	0.8	4,5	12
200	2	<0,3	<0,3	0,6	5,8	10

Удельная активность исходной воды 930 Бк/кг.

Из полученных результатов следует, что при низкой концентрации флокулянта и коагулянта (50 мг/л Fe ³⁺ и флокулянта 5 мг/л) наблюдается неполная очистка воды от радиоактивных компонентов. При дозе флокулянта свыше 20 мг/л степень очистки воды от радионуклидов начинает снижаться. При увеличении концентрации коагулянта свыше 100-150 мг/л степень очистки фактически не изменяется. Увеличение концентрации железа приводит лишь к дополнительному расходу реагента. Таким образом, оптимальный расход реагентов составляет: соль железа в перерасчете на Fe³⁺ 100-150 мг/л, расход флокулянта - 10-20 мг/л.

Пример 3. Сточная вода перед очисткой имела следующие параметры: рН 8,3, активность 980 Бк/кг и содержание минерального масла 180 мг/л. В сточную воду, исходную и подкисленную до различных значений рН, вводили коагулянт и флокулянт. После подкисления воду нейтрализовали щелочью до различных значений рН. Далее проводили центрифугирование в одинаковых условиях. После очистки определяли удельную активность воды и концентрацию минерального масла. Полученные результаты приведены в табл. 4. Как следует из полученных результатов, предварительное подкисление сточной воды способствует повышению степени очистки воды как от радиоактивных компонентов, так и от минерального масла, если после подкисления воду нейтрализовать до величины рН более 7,0. Подкисление воды ниже величины рН 2,5-3,0 не приводит к изменению степени очистки сточных вод от радиоактивных компонентов и минерального масла, но ведет к необоснованному увеличению расхода реагентов. Если в сточную воду без предварительного подкисления вводится коагулянт, происходит его гидролиз и выпадение гидроксида железа (III), что ухудшает процесс формирования осадка и очистки воды.

Таблица 4
Удельная активность воды после очистки с предварительным ее подкислением и последующей нейтрализацией после введения коагулянта и флокулянта
Удельная активность воды (Бк/кг) и содержание минерального масла (мг/л) после очистки без предварительного подкисления	Величина рН после подкисления сточной воды	Удельная активность воды (Бк/кг) и минерального масла (мг/л) после очистки, предварительно нейтрализованная до различных значений рН
		6,0	7,0	7,5	8,0	9,0	10,0
26,6/43	2,0	5,5/26	0,3/18	0,3/19	<0,3/17	<0,3/18	<0,3/20
	2,5	4,8/22	0,3/21	0,3/19	<0,3/17	<0,3/19	<0,3/19
	3,0	8,4/26	0,4/18	0,5/18	0,3/19	0,3/17	<0,3/20
	4,5	18/28	15/25	21/25	24/26	19/24	21/26
	5,0	26/32	17/34	22/34	18/34	21/33	22/34

В числителе - активность воды, в знаменателе - концентрация масла.

Пример 4. После подкисления сточной воды, содержащей 180 мг/л минерального масла и удельной активностью 980 Бк/кг, после ее подкисления при оптимальных условиях вводились в качестве коагулянта хлорид, нитрат и сульфат железа (III). После добавления флокулянта вода подвергалась нейтрализации щелочью до величины рН 9,0 и центрифугировалась. В результате очистки практически получены одинаковые результаты. Удельная активность очищенной воды составила менее 0,3 Бк/кг, концентрация минерального масла - в переделах 18-20 мг/л.

Пример 5. В данном примере проведено сопоставление результатов промышленных испытаний очистки сточной воды.

Таблица 5 Сравнительные характеристики переработки радиоактивных сточных вод
Техническая характеристика	Метод переработки ЖРО
	Сепарирование	Выпарка
Число единиц оборудования	3	5
Расход энергии на переработку 50 м3 радиоактивных сточных вод (годовой расход)	8,8×10 2 кВт	3,1×106 кВт (2700 Гкал)
Время на подготовку установки к работе	15 мин	2 часа
Производительность установки	200 л/ч	90 л/ч
Удельная активность очищенной воды (допустимая норма 30 Бк/кг)	0,3 Бк/кг	около 30 Бк/кг
Содержание минерального масла в очищенной воде (мг/л)	18	22
Повторная переработка очищенной воды	Не требуется	Периодически требуется
Расход реагента на 1 м3 ЖРО	100 г хлорного железа	Не требуется
	10 г флокулянта
	800 г серной кислоты
	1600 г гидроксида натрия

По предлагаемому способу переработано около 50 м³ радиоактивных сточных вод. Причем 10 м³ из них не поддавались переработке методом выпарки из-за высокого содержания масла, что приводило к интенсивному ценообразованию и, как следствие, загрязнению конденсата радиоактивными компонентами и минеральным маслом.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет:

а) существенно повысить степень очистки сточных вод от радиоактивных загрязнений за одну стадию;

б) существенно снизить расходы энергии;

в) сократить число единиц оборудования;

г) обеспечить сокращение рабочего времени на обслуживание процесса очистки сточных вод от радиоактивных загрязнений.