Способ концентрирования жидких радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к области упаривания жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих щавелевую кислоту. Технический результат: сокращение объема радиоактивных концентратов и предотвращение загрязнения конденсата аммиаком. Способ включает упаривание щавелевокислых отходов при рН ≤ 4 до насыщения по оксалат-ионам, проведение электролиза щавелевокислого концентрата с разложением оксалат-ионов до СО₂, смешение концентрата с остальными ЖРО, не содержащими оксалаты, и упаривание при рН 10-11 до насыщения по солям.

Изобретение относится к области упаривания жидких радиоактивных отходов (ЖРО), содержащих щавелевую кислоту.

На отечественных АЭС применяют способ концентрирования методом упаривания в щелочной среде при рН 10-11 усредненных ЖРО до солесодержания 200-300 г/л с направлением образующегося кубового остатка на хранение и последующее отверждение /1/.

Недостатком данного способа является большой объем образующихся концентратов, дальнейшее упаривание которых невозможно из-за перевода содержащейся в ЖРО щавелевой кислоты при рН 10-11 в малорастворимый оксалат натрия.

Известен способ концентрирования ЖРО упариванием их в щелочной среде при рН 10-11 до солесодержания 130-150 г/л, а затем упариванием в азотнокислой среде при рН 3,5-4 до солесодержания 600-650 г/л /1/. Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

Усредненные ЖРО упаривают в щелочной среде при рН 10-11 до солесодержания 130-150 г/л. Затем в концентрат вводят азотную кислоту до рН 3,5-4,0 и проводят упаривание в кислой среде. При этом содержащаяся в ЖРО щавелевая кислота окисляется азотной кислотой с получением окислов азота и углекислого газа при каталитическом воздействии ионов марганца, присутствующих в отходах. В результате солесодержание ЖРО начинает определяться почти исключительно нитратом натрия, упаривание которого проводится до солесодержания 600-650 г/л.

Недостатком данного способа является значительный объем образующихся при упаривании концентратов, так как на подкисление ЖРО требуется значительный объем азотной кислоты, лишь часть которой расходуется на окисление щавелевой кислоты. Кроме того, аммиак, содержащийся в растворах дезактивации контура АЭС с РБМК, при начальном щелочном упаривании переходит в конденсат и очистка от него представляет на АЭС серьезную проблему.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в сокращении объема радиоактивных концентратов и предотвращении загрязнения конденсата аммиаком.

Это достигается тем, что в способе концентрирования ЖРО, включающем попеременное упаривание отходов в щелочной среде при рН 10-11 и в кислой среде при рН≤4 и разложение щавелевой кислоты до углекислого газа, щавелевокислые растворы сначала упаривают в кислой среде до насыщения по оксалат-ионам, а затем подвергают электролизу с разложением оксалат-ионов, смешивают с остальными ЖРО и упаривают в щелочной среде до насыщения по солям.

Способ осуществляется следующим способом.

Отработанные дезактивирующие щавелевокислые растворы упаривают в кислой среде при рН≤4 до насыщения по Н₂С₂O₄ (90-100 г/л). Щавелевый концентрат подвергают электрохимическому окислению с разложением оксалат-ионов до углекислого газа, а аммиака до окислов азота. Затем концентрат смешивают с ЖРО, не содержащими оксалатов, и упаривают в щелочной среде при рН 10-11 до насыщения по солям.

По сравнению с известными методами концентрирования с окислением оксалатов данный метод не требует расхода никаких реагентов, позволяет проводить кислотное упаривание в щадящем режиме до солесодержания менее 100 г/л в восстановительной среде Н₂С₂О₄ (без агрессивного окислителя HNО₃, вызывающего интенсивную коррозию выпарной аппаратуры), исключает загрязнение конденсата углекислым газом, окислами азота и аммиаком и обеспечивает снижение не только объемов, но и количества солей в кубовых остатках, что не следует явным образом из уровня техники, т.е. соответствует критерию изобретательского уровня.

Примеры конкретного исполнения Пример 1. Отработанный дезактивирующий раствор КМПЦ с АЭС РБМК, содержащий 5 г/л NH₄HC₂О₄, смешивали с отработанными регенерирующими растворами ионообменных фильтров, содержащими 40 г/л NаNО₃, и трапными водами в соотношении 1:1:9, подщелачивали до рН 10 и упаривали до солесодержания 250 г/л, т.е. кратность упаривания Ку составляла 55.

Пример 2 (прототип). Отличается от примера 1 тем, что упаривание усредненного раствора при рН 10 проводили до 130 г/л, затем добавляли НNО₃ до рН 3 и доупаривали до 600 г/л, суммарная кратность упаривания Ку составляла 100.

Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что отработанный дезактивирующий раствор упаривали при рН 3,5 отдельно от остальных ЖРО до солесодержания 50 г/л и подвергали электролизу в однокамерном электролизере при энергозатратах на процесс 30 кВт. ч/м³. После электролиза раствор смешивали с остальными ЖРО, подщелачивали до рН 10 и доупаривали до солесодержания 600 г/л, суммарная кратность упаривания Ку составляет 150.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить объем радиоактивных концентратов в 1,5 раза по сравнению с прототипом и в 2,7 раза по сравнению с промышленным способом. При этом количество солей в отходах в предлагаемом способе в 1,5 раза меньше чем в прототипе, а в конденсате отсутствуют загрязнения аммиаком, углекислым газом и окислами азота, т.к. разложение оксалат-ионов и NH⁺ ₄-ионов происходит в электролизере вне выпарного аппарата. Расходы же на электролиз, по сравнению с расходами на упаривание, невелики, так что способ промышленно применим.

Источники информации 1. Никифоров А.С. и др. Обезвреживание ЖРО. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 19-20.

2. Авторское свидетельство СССР 654010, кл. G 21 F 9/04, 1980.

Формула изобретения

Способ концентрирования жидких радиоактивных отходов, включающий попеременное упаривание отходов в щелочной среде при рН = 10-11 и в кислой среде при рН ≤ 4, разложение щавелевой кислоты в кислой среде до углекислого газа, отличающийся тем, что щавелевокислые растворы сначала упаривают в кислой среде до насыщения по оксалат-ионам отдельно от отходов, не содержащих оксалаты, и щавелевокислый концентрат подвергают электролизу с разложением оксалат-ионов, а затем смешивают с остальными ЖРО и упаривают в щелочной среде до насыщения по солям.