Способ очистки от радиоактивных примесей воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций

 

Изобретение относится к ионообменной технологии очистки воды и может быть использовано для рециркуляционной очистки засоленных высокоактивных жидких радиоактивных отходов, в частности воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций. Целью изобретения является повышение степени очистки от радиоактивных примесей воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций. Ионообменную очистку воды от радиоактивных примесей проводят в рециркуляционном режиме на фильтре, загруженном смесью катионита типа Ку-2 в Н⁺-форме и анионита типа АВ-17 в OH^--форме. При этом 10 - 20% смеси ионитов перед загрузкой фильтра последовательно обрабатывают растворами ферроцианида калия и сульфата никеля с избыточным суммарным содержанием каждого реагента по отношению к обменной емкости смеси ионитов. 3 табл.

Изобретение относится к ионообменной технологии очистки воды и может быть использовано для рециркуляционной очистки засоленных высокоактивных жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций. Цель изобретения повышение степени очистки от радиоактивных примесей воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций. Способ осуществляют следующим образом. Рециркуляционную очистку воды проводят на фильтре, загруженном смесью катионита типа Ку-2 в H⁺-форме и анионита типа АВ-17 в OH^--форме. При этом часть смеси (10 20%) перед загрузкой обрабатывают последовательно растворами ферроцианида калия и сульфата никеля с избыточным суммарным молярным содержанием каждого реагента по отношению к обменной емкости смеси ионитов. Такая обработка ионообменной шихты повышает эффективность очистки и позволяет проводить избирательное извлечение цезия-137 при высоком солесодержании (до 30 г/л). Сорбционная способность смеси ионитов, подвергнутых обработке ферроцианидом калия и сульфатом никеля, значительно выше по сравнению со смесью ионитов, получаемой смешиванием катионита и анионита, подвергнутых раздельной предварительной обработке ферроцианидом калия и сульфатом никеля. В табл. 1 представлены значения коэффициентов очистки (K₀₄) жидких радиоактивных отходов от цезия-137. Определение проводят при следующих условиях: состав ЖРО 0,5 моль/дм³ NaCl, содержащего цезий-137; объем колонки 5 см³; диаметр колонки 12 мм; высота колонки 45 50 мм; скорость фильтрации 7 см/мин; фактор концентрирования (отношение объема ЖРО к объему смолы) 150 500. Методики модифицирования ионообменных смол приведены ниже. 1. Методика модифицирования катионита Ку-2 ферроцианидом калия, никеля. Катионит Ку-2 в H⁺-форме обрабатывают в статистических условиях 0,5 моль/дм³ раствор сульфата никеля в течение 1 сут при соотношении объема раствора и объема смолы, равном 2 1. Избыток сульфата никеля отмывают водой, а затем обрабатывают 0,5 моль/дм³ раствор ферроцианида калия при аналогичном соотношении объема раствора и объема смолы, выдерживают 1 сут и отмывают смолу от избытка ферроцианида. 2. Методика модифицирования анионита ферроцианидом никеля. Анионит АВ-17 обрабатывают 0,5 моль/дм³ раствор ферроцианида калия при соотношении объемов раствора и смолы 2 1 в течение 1 сут. Отмывают от избытка ферроцианида дистиллированной водой и затем обрабатывают раствором сульфата никеля. После промывки ионита дистиллированной водой его обрабатывают 0,5 моль/дм³ раствор сульфата никеля. Заканчивают приготовление ионита промывкой дистиллированной водой. 3. Методика приготовления шихты (смеси Ку-2 и АВ-17 при соотношении 1 1) в ферроцианидной форме. Для определения по цезию-137 берут Ку-2 в ферроцианидной форме, полученной по методике 1, и смешивают с АВ-17 в ферроцианидной форме, полученной по методике 2. 4. Методика модифицирования шихты ферроцианидом никеля. Для эксперимента берут катионит Ку-2 в H⁺-форме и смешивают с равным количеством анионита АВ-17 в OH^--форме, затем обрабатывают ферроцианидом калия и сульфатом никеля по методике 2. По имеющимся данным активность воды бассейнов выдержки отработавшего топлива АЗС определяется цезием-137 и стронцием-90, причем на долю первого приходится 80 90% всей активности. При выборе соотношения и состава ингредиентов фильтров ионообменной очистки исходят из следующих условий. Работа фильтра ионообменной очистки должна быть наиболее эффективной по радионуклидам цезия-137 и стронция-80 и практически независимой от солесодержания, чтобы коэффициенты очистки по данным радионуклидам были достаточно высокими при оптимальных скоростях фильтрации, создаваемых циркуляционными насосами (15 20 м³/ч). Пример 1. Ионообменную очистку воды бассейна выдержки ОТВС объемом 250 м³ от радиоактивных примесей проводят в рециркуляицонном режиме. Химический состав воды бассейна выдержки pH 4,3 8,0, солесодержание 400 мг/л. Фильтр загружают катионитом КУ-2 в H⁺-форме и анионитом АВ-17 в OH^--форме в соотношении 1 1. В состав ионообменного фильтра поочередно загружают 0, 10, 15, 20% шихты, последовательно обработанной по методике 4. Общий объем загрузки фильтра 300 л. Насосом создают расход 15 20 м³/ч. На основании экспериментальных данных определяют факторы концентрирования по цезию-137 и стронцию-90 компонентов шихты. Значения факторов концентрирования, определяемые по отношению объема очищенной воды до K₀₄ 10 к объему сорбента, приведены в табл. 2. Объем очищенной воды бассейна выдержки ОТВС по каждому радионуклиду (V₀₄) определяют по формуле: где n количество компонентов шихты фильтра смешанного действия; V_i объем загрузки i-го компоненты шихты, м³; f_ik фактор концентрирования k-го радионуклида на i-м компоненте шихты. Значения суммарного объема очищенной воды V₀₄, определяемые наименее эффективно извлекаемым радионуклидом при различных содержаниях шихты, модифицированной ферроцианидом никеля в фильтре смешанного действия, приведены в табл. 3. Оптимальным соотношением ингредиентов в фильтре является следующее (с учетом разброса значений емкости ионитов и солесодержания очищаемой воды содержание модифицированной шихты в фильтре может варьироваться от 10 до 20%). При содержании менее 10% процесс очистки будет лимитировать проскок цезия -137. При содержании более 20% становится лимитирующим проскок по стронцию-90): 85% смесь катионита Ку-2 в Н⁺-форме и анионита АВ-17 в OH^--форме, взятых в соотношении 1 1; 15% смесь Ку-2 и АВ-17 в ферроцианидной форме. При данном соотношении ингредиентов достигаются равные объемы очищенной воды по радионуклидам цезия-137 и стронция-90. Пример 2. Сравнение эффективности работы фильтров ионообменной очистки воды бассейнов выдержки ОТВС при солесодержании 400 мг/л и суммарной объемной бета-активности воды 1·10⁷ Бк/дм³. Очистку воды проводят в двух бассейнах. В первом бассейне очистку проводят на фильтре, содержащем 150 л Ку-2 в H⁺-форме и 150 л АВ-17 в OH^--форме. Очистку воды второго бассейна проводят на фильтре, содержащем 127 л КУ-2 в H⁺-форме. 127 л АВ-17 в OH^--форме и 45 л КУ-2 и АВ-17 в соотношении 1 1, предварительно последовательно обработанных ферроцианидом калия и сульфатом никеля. Скорости фильтрации, создаваемые насосами, равны 18 м³/ч. При использовании фильтра, в котором часть шихты обработана ферроцианидом калия и сульфатом никеля, степень сорбции практически не зависит от солесодержания. В то время, как на шихте, не обработанной ферроцианидом, степень сорбции существенно зависит от содержания солей. При высоком солесодержании (400 мг/л) происходит движение зоны сорбированных радионуклидов по слою сорбента в фильтре, что может привести к вымыванию сорбированных радионуклидов. Для исключения вымывания необходим постоянный контроль за движением зоны по длине фильтра. Мощность дозы γ-излучения характеризует сорбционный процесс, проходящий на фильтрах. На фильтре, загруженном ионообменной шихтой, проскок наступает после пропускания 50 80 м³, а на фильтре, где 15% шихты обработано ферроцианидом никеля, вымывания радиоактивности не наблюдается, даже при пропускании 1080 м³ воды. По сравнению с прототипом использование предлагаемого способа очистки воды бассейнов выдержки ОТВС позволит повысить эффективность очистки от радиоактивных примесей и сократить необходимое для очистки количество ионообменных смол. При этом не требуется изготовления новых селективных к цезию сорбентов и изменения технологии очистки.

Формула изобретения

Способ очистки от радиоактивных примесей воды бассейнов выдержки отработавшего топлива атомных электростанций на фильтре смешанного действия, работающего в рециркуляционном режиме, загруженном смесью катионита КУ-26 в Н⁺-форме и анионита типа АВ-17 в ОН^--форме в соотношении 1:1, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки, 10 20% смеси ионитов перед загрузкой фильтра последовательно обрабатывают растворами ферроцианида калия и сульфата никеля с избыточным суммарным полярным содержанием каждого реагента по отношению к обменной емкости смеси ионитов.

РИСУНКИ

Рисунок 1