способ очистки воды водоема, загрязненного радиоактивными и вредными химическими веществами

Формула изобретения

1. Способ очистки воды естественного или искусственного водоема от радиоактивных изотопов и вредных химических веществ, включающий забор исходной воды, ее предварительную очистку и основную очистку двухступенчатым обратным осмосом с получением фильтрата, направляемого потребителю в качестве очищенной воды и концентрата, возвращаемого в водоем, отличающийся тем, что в водоем возвращают объединенный концентрат, полученный на стадии предварительной очистки и первой ступени обратного осмоса, а концентрат, полученный на второй ступени обратного осмоса, подают на первую ступень обратного осмоса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стадии предварительной фильтрации используется механическая фильтрация.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стадии предварительной фильтрации используется флотация.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стадии предварительной фильтрации используется микрофильтрация.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стадии предварительной фильтрации используется ультрафильтрация.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что ультрафильтрация проводится с применением коагулянтов с дозировкой от 1 до 5 мг/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) низкого уровня активности, а более конкретно к очистке воды естественного или искусственного водоема от радиоактивных изотопов и вредных химических веществ. Изобретение может быть использовано для дезактивации воды различных водных систем (рек, прудов, озер, водохранилищ), загрязненной радионуклидами и образующейся при эксплуатации АЭС и предприятий атомной промышленности.

Известен способ очистки водоема от радиоактивных изотопов Sr-90 и Cs-137, включающий внесение на поверхность водоема природного сорбента в период ледостава. В качестве сорбента предлагается использовать глауконитовый песок. По мере таяния льда сорбент поступает в водоем и происходит его сорбционная очистка. Затем в последующий период ледостава поверхность водоема покрывается слоем глины, которая также в результате таяния льда поступает в водоем и производит его сорбционную очистку. Операции повторяются до достижения степени очистки воды в водоеме, соответствующей предельно допустимой концентрации (Патент РФ № 2203511, МПК G21F 9/12, бюл. № 12, 2003 г.). Недостатком данного способа является то, что предложенные материалы будут сорбировать преимущественно цезий - 137, а стронций - 90 будет оставаться в растворе. Кроме того, сезонность и длительность таких процедур очистки не позволяет использовать воду такого водоема в каких-либо промышленных или иных нуждах.

Известен способ комплексной переработки ЖРО, описанный в патенте РФ № 2118945 (МПК C02F 1/28, 1998), заключающийся в предочистке исходных ЖРО, включающей фильтрацию от механических примесей и взвешенных веществ последующей ультрафильтрации, подаче фильтрата на основную очистку обратным осмосом и на доочистку на цеолитах. Полученные после доочистки растворы, содержащие <10^-10 Ки/л -активных радионуклидов, могут быть сброшены в открытые водоемы. Из концентрата со стадии очистки обратным осмосом осаждают соли жесткости, фильтраты после осаждения направляют на заключительное концентрирование с помощью обратного осмоса, пермеат подвергают доочистке на ионообменных смолах. Фильтраты, имеющие активность <10^-10 Ки/л, могут быть сброшены в открытые водоемы, а концентрат направляют на цементирование и захоронение.

К недостаткам способа, прежде всего, относится большой объем вторичных отходов. Образующиеся в процессе очистки радиоактивные осадки будут относиться к среднеактивным отходам и потребуют соответствующей локализации. Строительство комплекса по переработке и хранилища для этих отходов по стоимости будет превышать стоимость очистных сооружений. Использование ионообменных смол потребует резервирования мощностей сорбционной очистки или остановки процесса на регенерацию. Схема предполагает создание развитого реагентного хозяйства, больших отстойников, отдельного узла по доставке реагентов и вывозу радиоактивных шламов.

Известен способ очистки низкоактивных ЖРО от радионуклидов, описанный в патенте РФ № 2172032 (МПК G21F 9/04, 2001), в котором исходные ЖРО сначала очищают фильтрацией и сорбцией, полученный фильтрат направляют на очистку обратным осмосом, с последующей переработкой концентрата в твердые отходы. Фильтрат после обратного осмоса подвергают доочистке на цеолитах и сорбентах. В результате получают растворы, не содержащие вредные химические вещества с активностью <10 ^-10 Ки/л для -излучающих нуклидов, что позволяет сбросить их в открытые водоемы.

Этому способу присущи те же недостатки, что и предыдущим способам.

Наиболее близким к заявленному является способ очистки воды водоема, загрязненного радиоактивными изотопами и вредными химическими веществами, описанный в статье Русакова Б.В. и др. Решение экологических проблем Теченского каскада водоемов на ПО «Маяк», 19.12.2006, размещенной на сайте www.PRoAtom.ru. Этот способ заключается в отборе загрязненной воды из водоема, ее предварительной последовательной очистке на сетчатых и намывных патронных фильтрах с последующей двухступенчатой обработкой обратным осмосом. В результате очистки получается чистая вода, которая может быть сброшена в открытую гидросеть, и концентрат, который возвращается в водоем. Для предотвращения осадкообразования на поверхности мембранных элементов в фильтрат перед первой ступенью обратного осмоса вводят кислоту или ингибитор.

Недостатком данного способа является использование патронных намывных фильтров. Данные фильтры характеризуются высокой металлоемкостью и малой удельной фильтрующей поверхностью. Фильтроцикл данного оборудования включает в себя приготовление суспензии фильтрующей (намывной) среды, нанесение покрытия из фильтрующей среды на патронный фильтр в количестве до 0,5 кг/м² , собственно процесс фильтрования, обратную промывку фильтров со сбросом фильтрующей среды с накопленными загрязнениями и ее удаление. В результате многостадийной периодической работы удельная производительность этого оборудования низкая, что требует применения значительного резерва по площади фильтрации. Качество нанесения фильтрующих сред невозможно проконтролировать, в результате не исключается проскок загрязнений на стадию обратного осмоса с последующим снижением его характеристик. Применение фильтрующих сред приводит к образованию значительных объемов вторичных отходов, которые будут поступать в водоем. Кроме того, для приготовления и нанесения фильтрующих сред на поверхность патронных фильтров потребуется использование осветленной воды, что приводит к дополнительному снижению производительности предварительной стадии очистки.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности технологии очистки, снижение количества вторичных отходов, обеспечение требуемого перед обратным осмосом качества воды и получение очищенной от радионуклидов и вредных химических веществ воды естественного или искусственного водоема, что позволяет использовать воду в хозяйственных целях.

Поставленная задача достигается описываемым, способом, включающим в себя предварительную очистку либо ультрафильтрацией (УФ), либо микрофильтрацией (МКФ), либо механической фильтрацией (МФ) или либо флотацией. В случае применения микро- и ультрафильтрации концентраты обратных промывок, содержащие взвешенные вещества и гидробионты, сбрасываются в общий поток оборотной воды. В случае механической фильтрации в поток оборотной воды сбрасываются воды взрыхления и промывные воды, содержащие взвешенные вещества и гидробионты. При использовании флотации в поток оборотной воды поступает флотационный шлам. Блок-схема технологии очистки воды водоема представлена на рисунке.

При использовании ультрафильтрации в качестве стадии предварительной очистки процесс проводится на половолоконных (или капиллярных) фильтрующих элементах в тупиковом режиме. Через определенные промежутки времени фильтрующие элементы регенерируют со сбросом накопленных на мембране загрязнений (взвешенных и коллоидных веществ, гидробионтов, фито- и зоопланктон) в концентрат. Ультрафильтрация может проводиться с применением коагулянтов с дозировкой от 1 до 5 мг/л.

Фильтрат со стадии ультрафильтрации направляется на I ступень обратного осмоса (ОО). В результате очистки на I ступени обратного осмоса происходит обессоливание исходной воды и снижение концентрации вредных химических веществ и активности радиоизотопов. Фильтрат после I ступени обратного осмоса направляется для дополнительной очистки на II ступень обратного осмоса, а концентрат в качестве оборотной воды возвращается в водоем. На II ступени обратного осмоса происходит окончательное обессоливание исходной воды, снижение концентрации вредных химических веществ и активности радиоизотопов. Фильтрат, полученный на II ступени обратного осмоса, является очищенной водой, которая имеет концентрацию вредных химических веществ и активность радиоизотопов ниже нормативных требований, что позволяет использовать ее для хозяйственных нужд. Концентрат со II ступени обратного осмоса возвращается на I ступень обратного осмоса для последующей очистки.

Основную очистку радиоактивно загрязненной воды осуществляют на двухступенчатом обратном осмосе с получением очищенной воды, которая направляется потребителю, и возвратом полученного концентрата в водоем. Для предотвращения осадкообразования на поверхности мембранных элементов в фильтрат после ультрафильтрации, т.е. перед первой ступенью обратного осмоса, вводят ингибитор. Согласно изобретению в водоем возвращают объединенный концентрат, полученный на стадиях предварительной очистки и первой ступени обратного осмоса, в котором локализованы взвешенные вещества, загрязнения химической и биологической природы, а также радионуклиды. Концентрат, полученный на второй ступени обратного осмоса, подают на первую ступень обратного осмоса с целью снижения солесодержания исходной воды и обеспечения наиболее оптимальных условий эксплуатации мембранного оборудования.

Такая организация процесса очистки воды водоема позволяет извлекать только очищенную воду, что позволяет уйти от возникновения большого объема вторичных отходов, которые образуются в традиционных схемах переработки.

Заявленный способ в сравнении прототипом имеет следующие существенные преимущества:

- в результате очистки образуется обессоленная вода, которая может использоваться в хозяйственных нуждах;

- в процессе эксплуатации не образуется радиоактивных осадков и шламов, требующих последующей иммобилизации;

- отсутствуют дополнительные химические реагенты, которые нуждались бы в дальнейшей переработке и утилизации;

- за счет отказа от намывных фильтров упрощается технология предварительной фильтрации, значительно сокращается время простоя оборудования, возрастает время фильтроцикла и, следовательно, сокращаются расходы на фильтрационное и дополнительное оборудование (узел приготовления суспензии, бункер для хранения намывной среды и т.д.);

- за счет перечисленных преимуществ технико-экономические показатели процесса заметно выше, чем у прототипа.

Пример 1

Вода промышленного водоема с объемной активностью бета-излучающих нуклидов 2600 Бк/дм³, которая определялась парой изотопов ⁹⁰Sr+⁹⁰Y, согласно нормативным документам по уровню своей активности относится к жидким радиоактивным отходам. Исходная вода поступала на ультрафильтрацию. Фильтрат после ультрафильтрации направляли на I ступень обратного осмоса, а концентрат возвращали в промышленный водоем.

В результате очистки на I ступени обратного осмоса из исходной воды получали концентрат, который возвращали в промышленный водоем, и фильтрат, который направляли на II ступень обратного осмоса.

После очистки на II ступени обратного осмоса получали очищенную воду и концентрат, который возвращали на I ступень обратноосмотической очистки. Усредненные результаты очистки представлены в таблице.

Таблица
Результаты очистки радиоактивно загрязненной воды
Продукт	Массовая концентрация , мг/дм3	Сухой остаток, мг/дм3	Объемная активность -излучающих нуклидов, Бк/дм3
Исходная вода	600	1100	2600
Фильтрат I ступени обратного осмоса	2	10-30	2-6
Фильтрат II ступени обратного осмоса	<0,1	3-7	0,2-0,6