Очистка радиоактивных вод

Источниками антропогенного радиоактивного загрязнения поверхностных вод мо­гут являться радиоактивные сточные воды, образующиеся при применении изотопов в технике и медицине; отходы топливного и охлаждающего циклов реакторов ядерных ус­тановок, радиоактивные выпадения после испытаний ядерных устройств на полигонах.

В процессе добычи урановой (U) и ториевой (Th) руд и их последующего обогаще­ния и химической обработки методами осаждения, экстракции и полного обмена обра­зуются жидкие отходы, которые в случае недостаточной их очистки и сброса в поверх­ностные водоисточники являются радиоактивными загрязнителями.

С увеличением количества атомных электростанций, даже при нормальных услови­ях их эксплуатации и тем более при аварийных мелких ситуациях, следует опасаться возможности повышения радиоактивного загрязнения охлаждающей воды во внешнем контуре, а следовательно — через нее и поверхностного водоисточника.

Содержание естественных радиоактивных изотопов, в частности урана и радия в по­верхностных водах разных стран, колеблется в широких пределах: U = (0,02—14,0)х10-6 г/л и Ra = (0,01-86)х10-12 кюри/л.

На распределение радиоактивных потоков в водоемах оказывают существенное влияние пресноводная гидробионта, способная концентрировать наведенную радиоак­тивность и продукты распада радиоактивных веществ.

Для прогнозирования вероятных форм существования радиоактивных изотопов (уран, плутоний, торий, стронций, цезий и др.) в воде поверхностных и подземных во­доисточников большое значение имеют данные по исходным формам нахождения изо­топов в радиоактивных отходах и почвах среди изученных и применяемых методов очи­стки воды от радиоактивных загрязнений (в частности, стронция), находятся методы соосаждения радиоактивных элементов с кристаллическими осадками, их адсорбции на кристаллических осадках, умягчение, очистка с помощью сорбентов и ионообменных смол, электродиализ, флотация.

Механизм соосаждения сопровождается захватом радиоактивного элемента в ре­зультате его адсорбции на растущих гранях кристаллического осадка при выделении по­следнего из раствора. Принцип действия таких механизмов в системах при обработке воды различными коагулирующими соединениями могут служить системы

Процессы сокристаллизации характеризуются коэффициентом, показывающим, во сколько раз отношение между количеством микро- и макрокомпонентов в кристаллах больше или меньше, чем аналогичное отношение в равновесном растворе. Иными сло­вами, характеризует ситуацию, происходит или нет концентрирование радиоактивных элементов в твердой фазе.

Удаление из воды изотопов стронция 90Sr и 89Sr можно осуществить в процессе умягчения воды содово-известковым способом при высокой температуре. Так, при кон­центрации стронция до 2-3 мг/л и доведении концентрации соды и извести в обрабаты­ваемой воде до 20-150 мг/л при pH = 9,8-10,2 степень очистки по стронцию достига­ется в пределах от 75 до 85% соответственно.

Очистку воды от радиоактивных изотопов (в частности, цезия) полным обменом на смолах целесообразно сочетать с предварительной коагуляцией и фильтрованием через инертную и сорбционную загрузки. Имеются данные об эффективной очистке загряз­ненной воды с удельной радиоактивностью до 4*10-3 кюри /л, создаваемой изотопами 137Cs, 131J, 90Sr и свежеоблученного урана методом контактной коагуляции и фильтрова­ния через две ступени песчаного фильтра с последующей обработкой на ионообменном фильтре со смешанной загрузкой (JR-120 в Н+ и Na+форме и АВ 47 в ОН и Сl форме) с толщиной слоя 150 см при скоростях фильтрования 6-8 м/ч.

При двухстадийном обессоливании радиоактивно-загрязненных вод в электродиализной установке при pH = 2,5-3,5 их P-активность снижалась с (1–50)* 10-7 до 1*10-9 кюри/л, а содержание 90Sr с (1-5)-10-8 до 1*10-11 кюри/л. Однако с экономической точки зрения этот метод целесообразно применять при относительно небольших производи­тельностях очистных установок.

Наиболее простым и распространенным методом очистки больших количеств ра­диоактивно-загрязненных природных вод является адсорбция на сорбентах природного происхождения. Именно этот метод нашел наибольшее применение для защиты вод на водоочистных водопроводных станциях Днестровского каскада на водоочистных водо­проводных станциях после чернобыльской катастрофы. Сорбция радиоактивных эле­ментов осуществляется как в статических условиях (при вводе порошковых сорбентов типа перлит, доломит, диатомит в воду), так и в динамических условиях — при фильтро­вании воды через слой гранулированного сорбента с толщиной до 2,5 м.

При выборе сорбента учитывают помимо физико-химической его устойчивости в водной среде радиационную его стойкость и сообразность его возможной регенерации и проблему захоронения. Способность сорбционного материала поглощать тот или иной радиоактивный изотоп оценивается коэффициентом распределения Kd, определяе­мым по формуле

Kd=г/aр=(aор)v/aрm

где г — масса твердой фазы; ар — равновесная удельная активность раствора; аo — удель­ная активность исходного раствора; v — объем жидкой фазы; m — масса сорбента.

В практике очистки воды от радиоактивных загрязнений используют природные неорганические сорбенты (доломит, вермикулит, монтмориллонит, бентонит и др.), ис­кусственные неорганические сорбенты (ионообменные смолы) и природные органиче­ские сорбенты.

Наиболее широкое применение в практике находит полуобожженный доломит (магномасса).

На эффект сорбции различных изотопов влияет степень термической обработки до­ломита.

Влияние термической обработки доломита на его сорбционную способность

Ряд природных сорбентов обладают индивидуальной сорбционной активностью по отношению к тому или иному изотопу.

Так, широко применяемый на практике природный цеолит-клиноптиломит может извлечь до 99% 137Cs одним объемом из 5*104 объема воды, содержащей ~25 мг/л Са2+и Mg2+. Его объемная емкость в динамических условиях составляет ~1,6 мг-экв/г.

Одним из простейших методов очистки воды от радиоактивных загрязнений явля­ется ее фильтрование через дерновый луговой почвенный слой.

При толщине такого слоя 2-5 см фильтрация обеспечила очистку речной воды от 99Sr на 87-96% при остаточной концентрации изотопов в воде (4-6,5)* 1013 кюри /л.

Очистка питьевой воды, содержащей в том числе и радиоактивные изотопы, на промышленных станциях реализуется, как правило, на многоступенчатых технологиях. Пример такой технологии, предназначенной для очистки поверхностных вод в чрезвычайных ситуациях от радиоактивных, бактериологических и химических загрязнений, приведен на рисунке.

Схема установки для очистки питьевой воды от радиоактивных, бактериологических и химических загрязнений

А — емкость для загрязненной воды; Б — фильтр с металлической стружкой; В — мелкопористый слоистый фильтр; Г — фильтр с активированным углем; Д — фильтр со смешанным слоем ионооб­менных смол; Е — приемник для очищенной воды.

Технологическая схема, включающая водонагреватель, почвенные сорбентные от­стойники, намывные фильтры, электролизер, катионитовый фильтр в Na+ форме и дехло­ратор, обеспечивает при удельном расходе обрабатываемой воды 10 м3/ч — не менее 99%- ный эффект очистки. При этом доза почвенного сорбента составляет не менее 20 г/л.

Следует отметить, что в преобладающем числе вариантов радиоактивного загряз­нения водоисточника комплекс водоочистки включает в себя блоки объемной и контакт­ной коагуляции, осветление во взвешенном слое или на зернистых фильтрах и доочист­ку на ионообменных смолах.

Источник

Рейтинг
Ufactor
Добавить комментарий