Способ переработки отработанной биомассы микроорганизмов, использованной для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов из растворов их солей

 

Использование: биологические методы очистки растворов от радионуклидов и тяжелых металлов, а также очистка сточных вод, жидких отходов производства, твердых и газообразных материалов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы. Сущность изобретения: отработанная биомасса микроорганизмов, использованная в качестве сорбента для извлечения из растворов радионуклидов и тяжелых металлов, подвергается термической обработке (сушке) при определенном термическом режиме: плавное нагревание путем повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2°С/мин, преимущественно 1,5 - 2°С/мин, доведение температуры воздуха до температуры не выше 95°С, преимущественно 9о - 95°С, и выдерживание биомассы в условиях естественной конвекции. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к биологическим методам очистки растворов от радионуклидов и тяжелых металлов и может быть использовано для очистки от них сточных вод, жидких отходов производств, а также твердых и газообразных материалов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы.

Известен способ очистки жидких радиоактивных отходов от радионуклидов, включающий извлечение радионуклидов с использованием ионообменных смол [1].

Недостаток известного способа состоит в использовании ионообменных смол в качестве средства для извлечения из очищаемого раствора pадионуклидов и тяжелых металлов, следствием чего является то, что утилизации (захоронению) подлежат большие объемы отработанных смол.

Известен способ утилизации отработанной биомассы микроорганизмов, использованной для извлечения тяжелых металлов из их растворов, включающий ее термическую обработку [2]. Термическая обработка биомассы по данному известному способу заключается в ее сжигании.

Недостатком данного известного способа являются большие потери сорбированных биомассой металлов в окружающую среду при ее сжигании.

Цель изобретения - повышение сохранности окружающей среды. Цель достигается тем, что в способе переработки отработанной биомассы микроорганизмов, используемой для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов из растворов их солей, включающем ее термическую обработку, отличительной особенностью является то, что термическую обработку биомассы осуществляют путем ее сушки в условиях естественной конвекции при температуре воздуха не выше 95^оС, преимущественно 90-95^оС, причем нагревание воздуха до температуры сушки биомассы осуществляют путем плавного повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2^оС/мин, преимущественно 1,5-2^оС/мин. Отличительной особенностью является также то, что высушенную биомассу подвергают захоронению.

Было установлено, что отработанная биомасса микроорганизмов, использованная в качестве сорбента для извлечения из растворов радионуклидов и тяжелых металлов, только при определенном термическом режиме ее обработки прочно удерживает сорбированные элементы, что исключает их поступление в окружающую среду в процессе этой обработки. Такими обязательными режимными параметрами термической обработки отработанной биомассы оказались следующие: плавное ее нагревание путем повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2^оС/мин, преимущественно 1,5-2^оС/мин, доведение температуры воздуха до температуры не выше 95^оС, преимущественно 90-95^оС, и выдерживание ее при этой температуре в условиях естественной конвекции. Высушенная биомасса имеет малые объемы и подлежит захоронению.

Ниже приведены примеры реализации нового способа.

П р и м е р 1. К жидким радиоактивным отходам, содержащим радионуклиды ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Рu (последний одновременно является представителем группы тяжелых металлов), добавляли для извлечения радионуклидов сырую отмытую биомассу грибов родов Реnicillum, Aspergillus, Rhizopus. Затем отработанную биомассу, подлежащую переработке, отделяли фильтрованием и после определения в пробе содержания радионуклидов подвергали сушке. Для этого температуру воздуха в сушильной камере, в которую помещали сырую биомассу, плавно поднимали со скоростью 1,5-2,0^оС/мин вплоть до 93^оС и затем в камере поддерживали температуру воздуха 93 ± 2^оС при естественной конвекции воздуха.

В процессе сушки биомассы из нее периодически отбирали пробы и определяли в них содержание радионуклидов. Результаты приведены в таблице 1 и свидетельствуют о том, что в пределах относительной погрешности (составляющей около 15% от измеряемой величины) отклонения, которые наблюдались относительно начального значения активности биомассы как в положительную, так и в отрицательную сторону, не превышают 10,4%. Усредненное отклонение активности, наблюдаемое для высушенной биомассы относительно ее начального значения, составило для ²³⁹ Рu - 7,3%, для ⁹⁰Sr - 4,3%, для ¹³⁷Cs - 6,3%. Отсутствие монотонности колебаний подтверждает их случайный характер. Проведенный анализ полученных данных свидетельствует о том, что выброс активности за пределы сухого остатка биомассы при ее сушке в условиях естественной конвекции при температуре 93 ± 2^оС не происходит. Нагревание воздуха со скоростью ниже 1,5^оС/мин привело к таким же результатам, но замедлило процесс сушки (см. табл. 1).

П р и м е р 2. Сырую, насыщенную радионуклидами биомассу, подвергли сушке, нагревая воздух в сушильной камере со скоростью 3-5^оС/мин или 5-7^оС/мин. При этом, по достижению температуры биомассы 95^оС, вследствие инерционности системы нагрева, наблюдался частичный местный перегрев и локальное вскипание сырой биомассы, что, как известно приводит к выбросу активности.

П р и м е р 3. Отработанную сырую биомассу грибов типа Реnicillum высушили до постоянного веса при температуре воздуха 45^о или 60^оС, или 80^оС предварительно нагревая воздух в сушильной камере со скоростью 1,5-2^оС/мин. Анализ содержания радионуклидов в высушенной биомассе показал, что выброс активности за пределы сухого остатка биомассы не происходил, но время ее сушки увеличилось по сравнению с оптимальной температурой сушки 90-95^оС (см. табл. 2).

П р и м е р 4. Отработанную сырую биомассу грибов рода Aspergillus высушили при температуре воздуха 100^оС, предварительно нагретого со скоростью 1,5-2^оС/мин. В процессе сушки наблюдали локальное вскипание жидкой фазы. Анализ содержания радионуклидов в высушенной биомассе показал, что при данном режиме сушки имел место частичный выброс активности за пределы сухого остатка биомассы (см. табл. 3).

П р и м е р 5. Отработанную сырую биомассу грибов типа Rhizopus в соответствии с известным способом (прототипом) сожгли. Анализ содержания радионуклидов в золе, полученной после сжигания биомассы, показал, что при утилизации отработанной биомассы известным способом имеет место выброс активности за пределы зоны (см, табл. 4).

П р и м е р 6. Отработанную сырую биомассу грибов типа Rhizopus высушили при температуре воздуха в сушильной камере 93 ± 2^оС, предварительно нагревая воздух со скоростью 1,5-2^оС/мин. При этом над слоем биомассы со скоростью около 1 м/с продувался сжатый воздух, в результате чего сушка проходила не в условиях естественной конвекции. В данных условиях сушки наблюдался разнос биомассы по сушильной камере, что свидетельствовало о выбросе активности за пределы сухого остатка.

П р и м е р 7. Отработанную сырую биомассу грибов рода Aspergillus высушили при температуре воздуха 93 ± 2^оС, предварительно нагретого со скоростью 1,5-2^оС/мин. В процессе сушки биомассу перемешивали. При этом, после потери биомассой значительной части воды и приобретения ею в результате этого определенной твердости и хрупкости, она диспергировалась в виде мелких чешуек по сушильной камере; таким образом, в данных условиях сушки имеет место выброс активности за пределы сухого остатка.

Таким образом, оптимальный режим сушки отработанной биомассы, согласно изобретению, позволяет сохранить активность в пределах сухого остатка, подлежащего захоронению, защитить окружающую среду от опасных выбросов радионуклидов и тяжелых металлов в окружающую среду.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОТРАБОТАННОЙ БИОМАССЫ МИКРООРГАНИЗМОВ, ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РАДИОНУКЛИДОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ ИХ СОЛЕЙ, включающий ее термическую обработку, отличающийся тем, что термическую обработку биомассы осуществляют путем ее сушки в условиях естественной конвекции при температуре воздуха не выше 95^oС, причем нагревание воздуха до температуры сушки осуществляют путем повышения ее температуры со скоростью не выше 2 град./мин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сушку осуществляют при 90 - 95^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух нагревают со скоростью 1,5 - 2 град./мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2