Способ и оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций



Способ и оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций
Способ и оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций
Способ и оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций
Способ и оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций

 


Владельцы патента RU 2632213:

ОЦУКА КЕМИКАЛ КО., ЛТД. (JP)
КУРИТА УОТЕР ИНДАСТРИЗ ЛТД. (JP)

Группа изобретений относится к способу и оборудованию для удаления радиоактивного стронция из сточных вод. Способ обработки сточных вод включает смешение сточных вод с порошкообразным титанатом щелочного металла в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, для твердо-жидкого разделения порошкообразного титаната щелочного металла, на котором адсорбирован радиоактивный стронций, щелочную агрегацию для осаждения стронция в сточных водах, где карбонат-ионы добавляют в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз к количеству стронция. В сточные воды дополнительно добавляют щелочь в таком количестве, чтобы рН смеси составлял от 9,0 до 13,5. Порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в ходе стадии щелочной агрегации или после стадии щелочной агрегации. Имеется также вариант выполнения способа, а также оборудование для обработки сточных вод. Группа изобретений позволяет эффективно удалять радиоактивный стронций из сточных вод. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл., 8 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и оборудованию для эффективного удаления радиоактивного стронция из сточных вод, содержащих радиоактивный стронций.

Уровень техники

Радиоактивный стронций 90Sr, а также радиоактивный цезий, имеет большой период полураспада и является продуктом деления с очень высокой способностью диффундирования в воду, исходя из этого желательно улучшить технологию эффективного удаления радиоактивного стронция из загрязненной им воды.

Способ удаления радиоактивного стронция с помощью адсорбции с использованием адсорбента, содержащего ортотитановую кислоту, известен как способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций (непатентная литература 1).

Предложен способ, в котором используется титанат натрия в форме гранул в качестве адсорбента (патентная литература 1).

Список литературы

Патентная литература

Патентная литература 1: патентный документ Japanese Patent 4428541

Непатентная литература

Непатентная литература 1: Masumitsu Kubota et al., Development of group separation method: Development of treating method of liquid waste containing 90Sr and 134Cs by inorganic ion exchange column), JAERI-M 82-144 (1982).

Задача и сущность настоящего изобретения

Задача изобретения

Как описано в патентной литературе 1, трудно гарантировать достаточное сопротивление раздавливанию только в случае гранулированного титаната щелочного металла. Поэтому, в случае удаления стронция с помощью адсорбции таким способом, когда сточные воды проходят через адсорбционную колонну, заполненную гранулами титаната щелочного металла, высокодисперсные частицы, образованные в результате измельчения поверхности гранул, вытекают из выпускного отверстия адсорбционной колонны, и в результате трудно обеспечить стабильное значение DF (коэффициент очистки) для радиоактивного стронция в очищенной воде.

Поддержка титаната щелочного металла на носителях, имеющих достаточную прочность и являющихся наполнителем, увеличивает количество радиоактивных отходов на величину, равную количеству носителя, который является инертным. Кроме того, необходимо получение поддерживающих гранул титаната щелочного металла, что увеличивает стоимость очистки.

В случае обработки сточных вод, содержащих высокую концентрацию стронция, необходимо использование большого количества титаната щелочного металла, который является дорогостоящим функциональным материалом. В случае, когда морская вода заражена радиоактивным стронцием, в которой щелочноземельные металлы кальций и магний также присутствуют вместе со стронцием, требуется использование большего количества титаната щелочного металла, потому что титанат щелочного металла адсорбирует кальций и магний совместно со стронцием.

В способе, в котором стронций в сточных водах осаждают в форме карбоната и затем удаляют путем твердо-жидкого разделения, не нужно использовать какой-либо функциональный материал, потому что этот способ является эффективным при удалении стронция, присутствующего в высокой концентрации, и существует проблема, что стронций не может быть удален до уровня не выше, чем его растворимость.

Первой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа обработки и оборудования для технологической обработки для эффективного удаления радиоактивного стронция из сточных вод, содержащих радиоактивный стронций.

Второй задачей настоящего изобретения является обеспечение способа обработки и оборудования для технологической обработки для эффективного удаления радиоактивного стронция из сточных вод, содержащих щелочноземельный металл в дополнение к радиоактивному стронцию, подобно удалению радиоактивного стронция в высоких концентрациях, содержащегося в сточных водах и в морской воде, загрязненной радиоактивным стронцием.

Решение проблемы

Авторы изобретения провели интенсивные исследования для решения вышеупомянутых проблем и в результате обнаружили, что радиационная доза обработанной воды может быть эффективно понижена путем применения технологии, в которой порошок титаната щелочного металла добавляется непосредственно к сточным водам, содержащим радиоактивный стронций, и диспергируется в них, вследствие этого радиоактивный стронций эффективно удаляется путем адсорбции.

Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что стронций и другие щелочноземельные металлы в сточных водах могут вступать в реакцию с карбонат-ионами в щелочной среде до или параллельно с их обработкой, тем самым образовывая осадки, которые могут быть легко удалены путем жидко-твердого разделения.

Настоящее изобретение было выполнено на основе этих полученных результатов и изложено ниже.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включает: стадию смешивания сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, с порошкообразным титанатом щелочного металла в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, для осуществления адсорбции порошкообразным титанатом щелочного металла радиоактивного стронция из сточных вод; и стадию твердо-жидкого разделения порошкообразного титаната щелочного металла, на котором адсорбирован радиоактивный стронций.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с [1], в котором щелочным металлом порошкообразного титаната щелочного металла является натрий и/или калий.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с пунктом [1] или [2], в котором частицы порошкообразного титаната щелочного металла имеют средний размер в пределах от 1 мкм до 1000 мкм, являются неволокнистыми и имеют множество выпуклостей с закругленными вершинами, которые простираются в беспорядочных направлениях.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с любым из [1]-[3], в котором порошкообразный титанат щелочного металла используется в форме суспензии.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с любым из пунктов [1]-[4], отличающийся тем, что способ дополнительно включает стадию щелочного агрегирования для осаждения стронция в сточных водах таким образом, что карбонат-ионы добавляют в сточные воды в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз количеству стронция, содержащемуся в сточных водах, где щелочь затем дополнительно добавляют в сточные воды в таком количестве, чтобы рН смеси составлял от 9,0 до 13,5; и где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют во время стадии щелочного агрегирования или после стадии агрегирования щелочью.

Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с любым из пунктов [1]-[4], отличающийся тем, что сточные воды содержат отличный от стронция щелочноземельный металл, где способ дополнительно включает стадию щелочного агрегирования для осаждения в сточных водах стронция и щелочноземельного металла, отличного от стронция, в форме карбонатов или гидроксидов, таким образом, что карбонат-ионы добавляют в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз количеству всех щелочноземельных металлов, содержащихся в сточных водах, где щелочь затем дополнительно добавляют в сточные воды в таком количестве, чтобы рН смеси составлял от 9,0 до 13,5; и где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют во время стадии щелочной агрегации или после стадии агрегации щелочью.

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включает: реакционный резервуар, снабженный мешалкой; устройство для введения сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в реакционный резервуар; устройство для добавления порошкообразного титаната щелочного металла в реакционный резервуар; и устройство жидко-твердого разделения для проведения разделения на твердую и жидкую фазы реакционного раствора, поступающего из реакционного резервуара, где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в сточные воды, содержащие радиоактивный стронций, и где радиоактивный стронций из сточных водах адсорбируют на порошкообразном титанате щелочного металла, и порошкообразный титанат щелочного металла с адсорбированным на нем радиоактивным стронцием затем отделяют с помощью устройства жидко-твердого разделения.

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с пунктом [7], где оборудование дополнительно содержит устройство для добавления карбоната в реакционный резервуар и устройство для регулирования рН в реакционном резервуаре.

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с пунктом [7], где оборудование дополнительно содержит первый реакционный резервуар, в котором карбонат и щелочь добавляют в сточные воды, причем первый реакционный резервуар расположен выше по потоку от реакционного резервуара, снабженного мешалкой, так, чтобы выходной поток из первого реакционного резервуара поступал в реакционный резервуар, снабженный мешалкой.

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с любым из пунктов [7]-[9], где устройство для жидко-твердого разделения представляет собой бак-отстойник или ультрафильтрационный мембранный сепаратор.

В соответствии с настоящим изобретением радиационная доза обработанной воды может быть эффективно снижена таким образом, что порошок титаната щелочного металла непосредственно добавляется в сточные воды, содержащие радиоактивный стронций, и диспергируется в них, в результате чего радиоактивный стронций эффективно удаляется с помощью адсорбции.

В случае, когда концентрация радиоактивного стронция в сточных водах высока или когда сточные воды содержат щелочноземельный металл, отличный от радиоактивного стронция, как, например, морская вода, загрязненная радиоактивным стронцием, стронцию и щелочноземельному металлу, содержащимся в сточных водах, обеспечивают взаимодействие с карбонат-ионами в щелочной среде до или одновременно с обработкой с использованием порошка титаната щелочного металла и последующее их осаждение, и, таким образом, уменьшают концентрацию радиоактивного стронция в сточных водах. После этого или в сочетании с этим выполняется адсорбционная обработка с использованием порошкообразного титаната щелочного металла, в результате чего эффективная обработка может быть выполнена с использованием небольшого количества порошкообразного титаната щелочного металла, даже если обрабатываются сточные воды с высокой концентрацией радиоактивного стронция, или морская вода, загрязненная радиоактивным стронцием и другими щелочноземельные металлами, или тому подобное.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена блок-схема, показывающая вариант осуществления оборудования для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 представлена блок-схема, показывающая другой вариант осуществления оборудования для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 представлена блок-схема, показывающая еще один вариант осуществления оборудования для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 представлена блок-схема, показывающая еще один вариант осуществления оборудования для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 представлена полученная с помощью SEM (сканирующего электронного микроскопа) фотография дититаната калия.

Описание вариантов осуществления

Варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже. Варианты осуществления настоящего изобретения, описанные ниже, предназначены для облегчения понимания настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Настоящее изобретение может быть осуществлено таким образом, что элементы, описанные в приведенных ниже вариантах осуществления, могут быть изменены, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.

В настоящем изобретении порошкообразный титанат щелочного металла добавляется в сточные воды (в дальнейшем именуемые в некоторых случаях как "неочищенная вода"), содержащие радиоактивный стронций, и смешивается в реакционном резервуаре путем перемешивания таким образом, что сточные воды и порошкообразный титанат щелочного металла входят в твердо-жидкий контакт, в соответствии с чем радиоактивный стронций в сточных водах адсорбируется на порошкообразном титанате щелочного металла и удаляется. После этого порошкообразный титанат щелочного металла с адсорбированным на нем радиоактивным стронцием подвергается твердо-жидкому разделению, в результате чего может быть получена очищенная вода, из которой радиоактивный стронций был в высшей степени удален.

Щелочной металл титаната щелочного металла, используемый в настоящем изобретении, является предпочтительно натрием и/или калием, исходя из способности к адсорбции стронция, и особенно предпочтительны дититанат калия и тетратитанат калия с точки зрения скорости адсорбции и адсорбционной способности. При этом в случае синтеза дититаната калия или тетратитаната калия путем обычного процесса плавления получен продукт нитевидной кристаллической формы. Более того, продукт, имеющий такую форму, где множество выпуклостей с закругленными вершинами, простирающихся в беспорядочных направлениях, получают таким способом, в котором после смешивания источника титана и источника калия их механохимически дробят, измельченную смесь прокаливают при температуре от 650°C до 1000°C, как описано в WO 2008/123046 (фиг. 5). Титанат калия с такой формой совсем не повреждает фильтрационную мембрану по сравнению с волокнистым продуктом и является предпочтительным с точки зрения фильтрационных свойств.

Когда твердый титанат щелочного металла, например, дититанат калия, контактирует с ионами стронция в неочищенной воде, ионообменная реакция представлена ниже уравнением (1) и протекает в зависимости от различия в стабильности между солью калия и солью стронция. В результате этой реакции стронций удаляется из неочищенной воды.

K2O⋅2TiO2+Sr2+→SrO⋅2TiO2+2K+ (1)

Порошкообразный титанат щелочного металла, который добавляется в сточные воды, предпочтительно имеет средний размер частиц от 1 мкм до 1000 мкм, особенно предпочтительно от 1 мкм до 100 мкм и в особенности предпочтительно от 5 мкм до 50 мкм. Когда средний размер частиц порошкообразного титаната щелочного металла является слишком малым, то его пригодность для обработки становится плохой. Когда средний размер частиц слишком большой, то удельная площадь поверхности является чрезмерно малой, и способность адсорбировать радиоактивный стронций имеет тенденцию уменьшаться. Средний размер частиц можно измерить, например, с помощью лазерной дифракции с использованием анализатора распределения частиц по размеру.

Порошкообразный титанат щелочного металла, который используется в настоящем изобретении, предпочтительно представлен химической формулой M2Ti2O6 (M: ион щелочного металла), так как он имеет большую емкость катионного обмена, термически стабилен и является превосходным по устойчивости к химическим веществам, таким как кислоты и щелочи.

Может использоваться один тип титаната щелочного металла сам по себе или же могут быть использованы в комбинации два или более типов титаната щелочного металла, содержащих различные щелочные металлы или имеющие различные свойства.

Порошкообразный титанат щелочного металла может подаваться в неочищенную воду в сухом виде в форме порошка с использованием количественного порошкового питателя. Порошкообразный титанат щелочного металла может заранее храниться в резервуаре в виде суспензии и подаваться в таком виде в неочищенную воду при помощи насоса. В случае суспензии, предпочтительно используется следующий способ: способ, где суспензию получают и циркулируют с использованием мешалки или где циркуляционный трубопровод соединен с напорной линией подающего насоса таким образом, что осаждение в резервуаре для хранения не происходит. В качестве разбавителя для суспензии могут использоваться вода или водный раствор, содержащий ионы щелочного металла, причем предпочтительнее использовать водный раствор, содержащий ионы щелочного металла, потому что необходимо препятствовать превращению порошкообразного титаната щелочного металла в H-тип, который имеет низкую способность адсорбировать стронций. В случае подачи порошкообразного титаната щелочного металла в виде суспензии, концентрация порошкообразного титаната щелочного металла в суспензии составляет предпочтительно приблизительно от 1% до 50% по массе, исходя из обработки.

Порошкообразный титанат щелочного металла может быть добавлен в виде гранулированных агрегатов, как описано в патентной литературе 1. В этом случае агрегаты предпочтительно имеют средний размер частиц приблизительно от 10 мкм до 1000 мкм и более предпочтительно приблизительно от 10 мкм до 250 мкм.

Количество порошкообразного титаната щелочного металла, добавляемого в неочищенную воду, варьируется в зависимости от свойств неочищенной воды и в зависимости от того, выполняется ли обработка с использованием карбоната, и предпочтительно находится в диапазоне от 50 мг до 5000 мг на литр неочищенной воды. Когда количество добавленного порошкообразного титаната щелочного металла является чрезмерно малым, то радиоактивный стронций не может быть удален в достаточной мере из неочищенной воды. Когда количество добавленного порошкообразного титаната щелочного металла является чрезмерно большим, то не стоит ожидать более высокого эффекта удаления, и количество использованного порошкообразного титаната щелочного металла считается излишне большим, когда это приводит к экономическим потерям.

Обычно, адсорбционная обработка радиоактивного стронция порошкообразным титанатом щелочного металла предпочтительно проводится при рН приблизительно от 7 до 13. Таким образом, когда рН неочищенной воды находится вне указанного выше диапазона, то его соответствующим образом регулируют, добавляя кислоту или щелочь.

После добавления порошкообразного титаната щелочного металла к неочищенной воде, перемешивание проводится в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, с целью обеспечения необходимого времени проведения реакции. Как правило, время реакции составляет предпочтительно приблизительно от 1 минуты до 120 минут, и поэтому реакционный резервуар, снабженный мешалкой, предпочтительно проектируется таким, чтобы достигалось время пребывания, необходимое для реакции.

После добавления порошкообразного титаната щелочного металла к неочищенной воде в реакционный резервуар, снабженный мешалкой, проводится реакция в полном объеме, после чего реакционный раствор подвергается разделению на жидкую и твердую фазу. В этой операции коагуляционная обработка может быть выполнена с помощью добавления необходимого коагулянта. Анионный полимер или т.п. может быть использован в качестве коагулянта, как описано далее, и количество добавленного коагулянта обычно составляет приблизительно от 0,5 мг/л до 5 мг/л.

Твердо-жидкое разделение может быть проведено с использованием бака-отстойника, MF (микрофильтрационного) мембранного сепаратора или т.п.

Очищенная вода, в которой концентрация радиоактивного стронция уменьшена до 1 мг/л или менее, как правило, может быть получена с помощью такой обработки.

В настоящем изобретении, когда неочищенная вода содержит радиоактивный стронций и большое количество, например, 3 мг/л или более, щелочноземельных металлов (включая стронций, который является стабильным изотопом), то попытка удалить радиоактивный стронций с помощью адсорбции таким способом, при котором порошкообразный титанат щелочного металла непосредственно добавляется в неочищенную воду, является экономически невыгодной, потому что добавленный порошкообразный титанат щелочного металла будет использоваться скорее для адсорбции щелочноземельных металлов, чем для адсорбции радиоактивного стронция, что влечет за собой использование большого количества порошкообразного титаната щелочного металла.

Таким образом, в случае обработки неочищенной воды, предпочтительно, чтобы радиоактивный стронций и щелочноземельные металлы в неочищенной воде откладывались или осаждались путем добавления карбоната в неочищенную воду в щелочной среде (в некоторых случаях эта операция именуется в дальнейшем как "щелочная агрегация"), и адсорбционная обработка радиоактивного стронция выполнялась добавлением порошкообразного титаната щелочного металла после или одновременно с этой обработкой.

Согласно щелочной агрегации, ионы щелочноземельных металлов, такие как кальций, стронций и магний, растворенные в неочищенной воде, оседают в виде осадков в соответствии с реакциями, представленными ниже формулами (2)-(4).

Са2++СO32-→СаСО3↓ (2)

Sr2++СO32→SrCO3↓ (3)

Мg2++2OН-→Мg(ОН)2↓ (4)

В случае проведения щелочной агрегации в неочищенную воду добавляют карбонат щелочного металла, такой как карбонат натрия (Na2CO3) или карбонат калия (K2CO3), предпочтительно используемые в качестве карбонатов. Они могут использоваться сами по себе или в комбинации. В качестве альтернативы могут использоваться сточные воды, содержащие эти карбонаты.

Когда количество добавленного карбоната слишком мало, то Sr и другие ионы щелочноземельных металлов нельзя в достаточной степени удалить из неочищенной воды. Когда количество добавленного карбоната является чрезмерно большим, то любой эффект удаления соответствует количеству добавленного карбоната. Поэтому, количество добавляемого карбоната соответственно определяют в зависимости от концентраций Sr и других ионов щелочноземельных металлов в неочищенной воде для того, чтобы оно соответствовало эквиваленту реакции. Если концентрации Sr и другого щелочноземельного металла в неочищенной воде определены исходя из вышеупомянутых уравнений реакции (2)-(4), то может быть рассчитано необходимое количество добавляемого карбоната. Однако карбонат предпочтительно добавлять в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз к теоретически необходимому количеству, потому что часть карбоната не участвует в реакции.

Отложения Ca и Sr в щелочной среде при рН от 9 до 13,5 находятся соответственно в форме СаСО3 и SrСО3, и поэтому неочищенную воду доводят до рН от 9 до 13,5 добавлением щелочи, такой как гидроксид натрия (NaOH) или гидроксид калия (KOH), которые выступают в качестве регулятора рН. В частности, когда неочищенная вода содержит Мg2+, то неочищенную воду предпочтительно доводят до рН от 12 до 13,5, потому что отложения Мg2+ в форме Мg(OH)2 находятся при рН 12 или более. В связи с этим щелочные сточные воды могут быть использованы в качестве щелочи для регулирования рН.

Выполнение такой щелочной агрегации обеспечивает возможность радиоактивному стронцию и совместно присутствующим с ним ионам щелочноземельного металла выпадения в осадок в форме карбонатов и гидроксида (в случае магния) с уменьшением их концентрации в неочищенной воде.

Во время щелочной агрегации, для получения в неочищенной воде осадков Sr и других ионов щелочноземельных металлов, достаточно обеспечить возможность реакции с карбонатом в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, предпочтительно сконструированном таким образом, чтобы время пребывания (время реакции) составляло приблизительно от 1 минуты до 30 минут.

В случае осуществления щелочной агрегации реакционный раствор может подвергаться агрегационной обработке с использованием полимерного коагулянта, такого как анионный полимерный коагулянт (анионный полимер).

То есть, карбонат стронция и карбонат кальция формируют хорошие агрегированные хлопья с отличной осаждаемостью, а гидроксид магния, однако, формирует объемные хлопья с плохой осаждаемостью. Гидроксид магния имеет поверхность с небольшим положительным зарядом, поэтому добавление анионного полимера приводит к формированию крупных хлопьев, которые могут улучшить осаждаемость.

Примеры анионного полимера включают, но конкретно не ограничиваются этим, неполные продукты гидролиза полиакриламидов; сополимеры полиакриламидов и акрилата натрия; сополимеры полиакриламидов и винилсульфоната натрия; и тройные сополимеры полиакриламидов, акрилата натрия и 2-акриламид-2-метилпропансульфоната натрия. Они могут использоваться сами по себе или в комбинации.

Когда количество добавленного анионного полимера является чрезмерно малым, то не получают какого-либо достаточного эффекта агрегации. Когда количество добавленного анионного полимера является чрезмерно большим, то это может быть причиной неблагоприятного исхода агрегации. Поэтому, количество добавленного анионного полимера составляет предпочтительно приблизительно от 0,5 мг/л до 5 мг/л.

В случае выполнения щелочной агрегации, после проведенного впоследствии твердо-жидкого разделения, может быть добавлен порошкообразный титанат щелочного металла. Целесообразно, после проведения щелочной агрегации добавлять порошкообразный титанат щелочного металла без осуществления твердо-жидкого разделения, а твердо-жидкое разделение выполнять после добавления порошкообразного титаната щелочного металла, поскольку бак-отстойник и MF мембранный сепаратор для твердо-жидкого разделения могут быть объединены в одно целое.

В случае выполнения щелочной агрегации применяется не только способ, где порошкообразный титанат щелочного металла добавляется после проведения щелочной агрегации, но также может выполняться одновременно щелочная агрегация и адсорбционная обработка с использованием порошкообразного титаната щелочного металла путем добавления порошкообразного титаната щелочного металла совместно с карбонатом и щелочью для регулирования рН. То есть, радиоактивный стронций и ионы щелочноземельного металла реагируют преимущественно с карбонатом, и поэтому задача может быть решена, даже если карбонат и порошкообразный титанат щелочного металла добавляются одновременно.

Предпочтительно, чтобы, после снижения концентрации радиоактивного стронция и ионов щелочноземельного металла в неочищенной воде посредством добавления карбоната в неочищенную воду и осуществления реакции в течение заданного времени в щелочной среде, выполнялась адсорбционная обработка путем добавления порошкообразного титаната щелочного металла, так как концентрации радиоактивного стронция и ионов щелочноземельного металла может быть существенно уменьшена до уровня не выше, чем растворимость осажденного осадка. При этом рН обрабатываемого раствора после щелочной агрегации становится подходящим для проведения адсорбции с помощью титаната щелочного металла, и, таким образом, может быть эффективно осуществлена адсорбционная обработка.

После добавления карбоната к неочищенной воде титанат щелочного металла может быть добавлен совместно со щелочью для регулирования рН во время щелочной агрегации.

Ниже описывается следующее оборудование со ссылкой на чертежи, где обрабатывающее оборудование для сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением, используется для выполнения способа обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением в комбинации со щелочной агрегацией.

На каждой фиг. 1-4 показан пример варианта осуществления оборудования для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в соответствии с настоящим изобретением. Каждая ссылочная позиция 1, 1A и 1B обозначает реакционный резервуар, снабженный мешалкой, ссылочная позиция 2 обозначает бак-отстойник, ссылочная позиция 3 обозначает MF мембранный сепаратор, и ссылочная позиция 4 обозначает прибор для измерения рН (рН-метр).

1) Единственный реакционный резервуар + бак-отстойник

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, показанное на фиг. 1, включает единственный реакционный резервуар 1, снабженный мешалкой, и бак-отстойник 2. Неочищенную воду подают в реакционный резервуар 1; титанат щелочного металла (порошок или суспензия), карбонат и щелочь для регулирования рН добавляют в реакционный резервуар 1 в синхронизации с рН-метром 4, и проводят реакцию в течение заданного времени; и реакционный раствор, поступающий из реакционного резервуара 1, подвергают твердо-жидкому разделению в баке-отстойнике 2. Отделенная в баке-отстойнике 2 вода отводится наружу в виде очищенной воды, часть декантированного отстоя возвращается в реакционный резервуар 1 в качестве возвратного активного отстоя, а оставшаяся часть выпускается наружу в виде лишнего отстоя.

Эффект укрупнения осадков с использованием возвратного активного отстоя в качестве центра кристаллизации для усиления осаждаемости достигается путем выполнения операции возвращения отстоя. Тем не менее, выполнение операции возвращения отстоя приводит к пропорциональному увеличению системы обработки; следовательно, возвращение отстоя не должно выполняться.

2) Единственный реакционный резервуар + MF мембранный сепаратор

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, показанное на фиг. 2, включает единственный реакционный резервуар 1, снабженный мешалкой, и MF мембранный сепаратор 3. Как и в случае, имеющем место на фиг. 1, неочищенную воду подают в реакционный резервуар 1; титанат щелочного металла (порошок или суспензия), карбонат и щелочь для регулирования рН добавляют в реакционный резервуар 1 в синхронизации с рН-метром 4 и проводят реакцию в течение заданного времени; и реакционный раствор, поступающий из реакционного резервуара 1, подвергают твердо-жидкому разделению в MF мембранном сепараторе 3. Пропущенная через MF мембранный сепаратор 3 вода выпускается наружу в виде очищенной воды, часть концентрированной воды возвращается в реакционный резервуар 1 в виде возвратной концентрированной воды, а оставшийся остаток выпускается наружу в виде лишнего отстоя.

В способе, показанном на фиг. 2, эффект укрупнения осадков с использованием твердых веществ, присутствующих в концентрированной воде, в качестве центра кристаллизации для усиления твердо-жидкого разделения, достигается путем возвращения концентрированной воды. Тем не менее, возвращение концентрированной воды приводит к пропорциональному увеличению системы обработки; следовательно, возвращение концентрированной воды не должно выполняться.

3) Два реакционных резервуара + бак-отстойник

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, показанное на фиг. 3, включает два реакционных резервуара 1A и 1B, снабженных мешалками, и бак-отстойник 2. Неочищенную воду подают в первый реакционный резервуар 1A, карбонат и щелочь для регулирования рН также добавляют в первый реакционный резервуар 1A, проводят реакцию в течение заданного времени, и реакционный раствор из первого реакционного резервуара 1A подают во второй реакционный резервуар 1B, и титанат щелочного металла (порошок или суспензия), кислоту или щелочь для регулирования рН добавляют во второй реакционный резервуар 1В в синхронизации с рН-метром 4 и проводят реакцию в течение заданного времени. Реакционный раствор, поступающий из второго реакционного резервуара 1В, подвергают твердо-жидкому разделению в баке-отстойнике 2. Отделенная в баке-отстойнике 2 вода выпускается наружу в виде очищенной воды, часть декантированного отстоя возвращается в первый реакционный резервуар 1А в качестве возвратного активного отстоя, а оставшаяся часть выпускается наружу в виде лишнего отстоя.

В способе, показанном на фиг. 3, эффект укрупнения осадков с использованием возвратного отстоя в качестве центра кристаллизации для усиления осаждаемости достигается путем выполнения операции возвращения отстоя. Тем не менее, выполнение операции возвращения отстоя приводит к пропорциональному увеличению системы обработки; следовательно, возвращение отстоя не должно выполняться

4) Два реакционных резервуара + MF мембранный сепаратор

Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, показанное на фиг. 4, включает два реакционных резервуара 1А и 1В, снабженных мешалками, и MF мембранный сепаратор 3. Неочищенную воду подают в первый реакционный резервуар 1А; карбонат и щелочь для регулирования рН добавляют в реакционный резервуар 1А и проводят реакцию в течение заданного времени; реакционный раствор из первого реакционного резервуара 1А поступает во второй реакционный резервуар 1В, и титанат щелочного металла (порошок или суспензия), кислоту или щелочь для регулирования рН добавляют во второй реакционный резервуар 1В в синхронизации с рН-метром 4 и проводят реакцию в течение заданного времени. Реакционный раствор, поступающий из второго реакционного резервуара 1В, подвергают твердо-жидкому разделению в MF мембранном сепараторе 3. Прошедшая через MF мембранный сепаратор 3 вода выпускается наружу в виде очищенной воды, часть концентрированной воды возвращается в первый реакционный резервуар 1А в виде возвратного отстоя, а оставшийся остаток выпускается наружу в виде лишнего отстоя.

В способе, показанном на фиг. 4, эффект укрупнения осадков с использованием имеющихся в концентрированной воде твердых веществ в качестве центра кристаллизации для усиления твердо-жидкого разделения достигается путем возвращения концентрированной воды. Тем не менее, возвращение концентрированной воды приводит к пропорциональному увеличению системы обработки; следовательно, возвращение концентрированной воды не должно выполняться.

Примеры

Настоящее изобретение далее описано подробно со ссылками на примеры и сравнительный пример.

В примерах и в сравнительном примере, приведенном ниже, имитация морской воды со свойствами, показанными ниже в таблице 1, используется в качестве неочищенной воды.

Таблица 1
Визуальные характеристики рН [-] Удельная электропроводность [мс/м] Ca [мг/л] Mg [мг/л] Sr [мг/л]
Бесцветная и прозрачная 8,2 4880 407 1407 6,8

[Пример синтеза 1: синтез дититаната калия]

В миксере Henschel смешивали 418,94 г оксида титана и 377,05 г карбоната калия. Полученную смесь перемешивали в течение 0,5 час в вибрационной мельнице, при измельчении.

50 г полученной измельченной смеси загружали в тигель и прокаливали при температуре 780°C в течение 4 часов в электрической печи. Обожженный продукт измельчали в молотковой мельнице, в результате чего дититанат калия получал соответствующую форму с множеством выпуклостей, простирающихся в беспорядочных направлениях. Средний размер его частиц составлял 20 мкм.

[Сравнительный пример 1]

Добавляли Nа2СО3 в неочищенную воду в количестве, позволяющем получить концентрацию 1300 мг/л. Используя NaOH, доводили рН до 12,5. В этой операции концентрация осажденного осадка составляла приблизительно 2% по массе. Неочищенную воду подвергали твердо-жидкому разделению, используя MF мембрану с размером пор 0,2 мкм, в результате чего получали очищенную воду (вода проходила сквозь MF мембрану). Качество очищенной воды показано в таблице 2.

[Примеры 1-6]

В сравнительном примере 1, порошкообразный дититанат калия, полученный в примере получения 1, добавляли совместно с Nа2СО3 и NaOH так, чтобы количество добавленного титаната калия составляло 200 мг/л или 500 мг/л, с последующей реакцией в течение времени, показанном в таблице 2, в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой. После этого реакционный раствор подвергали разделительной обработке на MF мембране, как в случае сравнительного примера 1. Качество полученной очищенной воды показано в таблице 2.

[Примеры 7 и 8]

В сравнительном примере 5 и 6, суспензию (10% по массе порошкообразного дититаната калия), полученную путем суспендирования порошкообразного дититаната калия, полученного в примере получения 1, добавляли в 0,1 моль/л KCl раствор так, чтобы количество добавленного титаната калия составляло 500 мг/л, с проведением последующей реакции, протекающей в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, в течение времени, указанном в таблице 2. После этого реакционный раствор подвергали разделительной обработке с помощью MF мембраны, как в случае сравнительных примеров 5 и 6. Качество полученной очищенной воды показано в таблице 2.

Таблица 2
Количество добавленного титаната калия Время реакции Очищенная вода
Sr Ca Mg
мг/л (мин) мг/л мг/л мг/л
Сравнительный пример 1 0 - 1,33 0,71 <0,1
Пример 1 200 10 0,754 - -
Пример 2 200 30 0,489 - -
Пример 3 200 60 0,435 0,67 <0,1
Пример 4 200 120 0,38 0,76 0,12
Пример 5 500 10 0,396 - -
Пример 6 500 120 0,081 0,77 <0,1
Пример 7 500 10 0,381 - -
Пример 8 500 120 0,078 0,69 <0,1

В таблица 2 ясно показано, что в соответствии с настоящим изобретением, доза радиации обработанной воды может быть значительно снижена, таким образом радиоактивный стронций может быть эффективно удален даже при высокой его концентрации в сточных водах, в которых совместно присутствуют и другие ионы щелочноземельных металлов.

Настоящее изобретение подробно описано с использованием конкретных вариантов осуществления. Для специалистов в данной области техники очевидно, что различные модификации могут быть выполнены без отступления от сущности и объема настоящего изобретения.

Заявка основана на патентной заявке Японии 2012-122214, поданной 29 мая, 2012, которая в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Список ссылочных позиций применяемого оборудования

1, 1A, 1B - Реакционный резервуар

2 - Бак-отстойник

3 - MF мембранный сепаратор

4 - рН-метр.

1. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включающий:

стадию смешивания сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, с порошкообразным титанатом щелочного металла в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, для осуществления адсорбции порошкообразным титанатом щелочного металла радиоактивного стронция в сточных водах; и

стадию твердо-жидкого разделения порошкообразного титаната щелочного металла, на котором адсорбирован радиоактивный стронций,

где способ дополнительно включает стадию щелочной агрегации для осаждения стронция в сточных водах, где карбонат-ионы добавляют в сточные воды в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз к количеству стронция, содержащемуся в сточных водах, и затем в сточные воды дополнительно добавляют щелочь в таком количестве, чтобы рН смеси составлял от 9,0 до 13,5; и

где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в ходе стадии щелочной агрегации или после стадии щелочной агрегации.

2. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по п. 1, в котором щелочной металл порошкообразного титаната щелочного металла является натрием и/или калием.

3. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп.1 или 2, в котором порошкообразный титанат щелочного металла имеет средний размер частиц от 1 мкм до 1000 мкм и имеет неволокнистую структуру, в которой множество выпуклостей, имеющих закругленную вершину, простираются в беспорядочных направлениях.

4. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп.1 или 2, в котором порошкообразный титанат щелочного металла используется в виде суспензии.

5. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп. 1 или 2, в котором порошкообразный титанат щелочного металла представляет собой дититанат калия.

6. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включающий:

стадию смешивания сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, с порошкообразным титанатом щелочного металла в реакционном резервуаре, снабженном мешалкой, для осуществления адсорбции порошкообразным титанатом щелочного металла радиоактивного стронция в сточных водах; и

стадию твердо-жидкого разделения порошкообразного титаната щелочного металла, на котором адсорбирован радиоактивный стронций,

где сточные воды содержат отличный от стронция щелочноземельный металл,

где способ дополнительно включает стадию щелочной агрегации для осаждения в сточных водах стронция и щелочноземельного металла, отличного от стронция, в форме карбонатов или гидроксидов, где карбонат-ионы добавляют в количестве, эквивалентном от 1,0 до 2,0 раз к количеству всех щелочноземельных металлов в сточных водах, и затем в сточные воды дополнительно добавляют щелочь в таком количестве, чтобы рН смеси составлял от 9,0 до 13,5; и

где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в ходе стадии щелочной агрегации или после стадии щелочной агрегации.

7. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по п. 6, в котором щелочной металл порошкообразного титаната щелочного металла является натрием и/или калием.

8. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп. 6 или 7, в котором порошкообразный титанат щелочного металла имеет средний размер частиц от 1 мкм до 1000 мкм и имеет неволокнистую структуру, в которой множество выпуклостей, имеющих закругленную вершину, простираются в беспорядочных направлениях.

9. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп. 6 или 7, в котором порошкообразный титанат щелочного металла используется в виде суспензии.

10. Способ обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по любому одному из пп. 6 или 7, в котором порошкообразный титанат щелочного металла представляет собой дититанат калия.

11. Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включающее:

реакционный резервуар, снабженный мешалкой;

устройство для подачи сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в реакционный резервуар;

устройство для добавления порошкообразного титаната щелочного металла в реакционный резервуар; и

устройство для твердо-жидкого разделения реакционного раствора, поступающего из реакционного резервуара,

где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в содержащие радиоактивный стронций сточные воды, находящиеся в реакционном резервуаре, при этом радиоактивный стронций в сточных водах адсорбируется на порошкообразном титанате щелочного металла, и порошкообразный титанат щелочного металла с адсорбированным на нем радиоактивным стронцием разделяют с помощью устройства для разделения на жидкую и твердую фазу,

где оборудование дополнительно включает устройство для добавления карбоната в реакционный резервуар и устройство для регулирования рН в реакционном резервуаре.

12. Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по п. 11, где устройство для твердо-жидкого разделения представляет собой бак-отстойник или ультрафильтрационное мембранное устройство для разделения.

13. Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, включающее:

реакционный резервуар, снабженный мешалкой;

устройство для подачи сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, в реакционный резервуар;

устройство для добавления порошкообразного титаната щелочного металла в реакционный резервуар; и

устройство для твердо-жидкого разделения реакционного раствора, поступающего из реакционного резервуара,

где порошкообразный титанат щелочного металла добавляют в содержащие радиоактивный стронций сточные воды, находящиеся в реакционном резервуаре, при этом радиоактивный стронций в сточных водах адсорбируется на порошкообразном титанате щелочного металла, и порошкообразный титанат щелочного металла с адсорбированным на нем радиоактивным стронцием разделяют с помощью устройства для разделения на жидкую и твердую фазу,

где оборудование дополнительно содержит первый реакционный резервуар, в котором карбонат и щелочь добавляют в сточные воды, причем первый реакционный резервуар расположен выше по потоку от реакционного резервуара, снабженного мешалкой, так, чтобы выходной поток из первого реакционного резервуара поступал в реакционный резервуар, снабженный мешалкой.

14. Оборудование для обработки сточных вод, содержащих радиоактивный стронций, по п.13, где устройство для твердо-жидкого разделения представляет собой бак-отстойник или ультрафильтрационное мембранное устройство для разделения.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области переработки радиоактивных отходов, а именно к дезактивации отработанных ионообменных смол (ИОС). Способ дезактивации радиоактивных ионообменных смол включает обработку отработанных радиоактивных ИОС дезактивирующим раствором и очистку дезактивирующего раствора от радионуклидов.

Группа изобретений относится к адсорбентам радиоактивного материала. Адсорбент радиоактивного материала для адсорбции радиоактивного стронция в воде содержит порошок титаната, представленного химической формулой K2Ti2O5.

Группа изобретений относится к водоподготовке и может быть использована в системах снабжения питьевой водой населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, коттеджей, индивидуальных домовладений, располагающих подземными радоновыми водами с выходами их на поверхность.

Группа изобретений относится к сорбентам для очистки технологических вод и радиоактивных отходов. Сорбционный материал для извлечения радионуклидов стронция, представляющий собой композит силиката бария игольчатой структуры и пористого кристаллического сульфата бария.

Изобретение относится к радиоаналитической химии и может быть использовано для контроля содержания радионуклидов в пресной и морской воде, в пробах различных технологических растворов.

Заявленное изобретение относится к способу измерения концентрации 137Cs в водной среде и предназначено для мониторинга радиоактивного загрязнения водоемов. В заявленном способе содержание 137Cs определяют методом прямой бета-радиометрии после его концентрирования на дисковых мини адсорберах, где используемая масса сорбента в 100 раз меньше, чем для гамма-спектрометрического измерения содержания 137Cs.

Группа изобретений относится к способам удаления радиоактивного цезия. Способ удаления радиоактивного цезия, осуществляется с помощью гидрофильной смоляной композиции.

Изобретение относится к цеолитным адсорбентам. Адсорбент метилйодида включает цеолит, содержащий по меньшей мере один металл, адсорбирующий йодид, или его соединение.

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для кондиционирования низко- и среднеактивных отработанных ионообменных смол (ИОС).

Изобретение относится к способу удаления радиоактивного цезия или радиоактивного йода и радиоактивного цезия, а также к гидрофильной смоляной композиции, применяемой для удаления радиоактивного цезия или радиоактивного йода и радиоактивного цезия из отработанной радиоактивной жидкости или твердого вещества, полученных в процессе работы атомной электростанции или установки по переработке отработанного ядерного топлива.
Наверх