RU2065218C1

RU2065218C1 - Horizontal surface washing method

Info

Publication number: RU2065218C1
Authority: RU
Inventors: С.Б. Быстров; Ю.А. Родионов; М.Н. Шведова
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: removal of lightly immobilized radioactive and toxic contaminants from horizontal surface. SUBSTANCE: method involves coating of surface with detergent in the amount of 1-1.5 per sq.m, its spreading over surface, and removal of 85-95% out of applied volume. Detergent is removed by air ejection at a rate of 25-30 m/s. EFFECT: minimized expenses for decontamination. 2 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к процессам отмывки поверхностей от радиоактивных и высокотоксичных загрязнений. Изобретение может быть использовано при дезактивации поверхностей полов производственных помещений 2 и 3 зон АЭС и радиохимических производств, а также в производстве редких металлов с высокой токсичностью при удалении слабофиксированных загрязнений. The invention relates to the field of nuclear energy, in particular to processes for washing surfaces from radioactive and highly toxic contaminants. The invention can be used in the decontamination of floor surfaces of industrial premises of the 2nd and 3rd zones of nuclear power plants and radiochemical industries, as well as in the production of rare metals with high toxicity when removing weakly fixed contaminants.

На действующих предприятиях отрасли отмывка полов ремонтных зон и операторских помещений производится, как правило, вручную текстильными материалами с использованием штатных моющих растворов, при этом расход раствора на дезактивацию 1 м² пола колеблется в широких пределах и составляет от 0,01 до нескольких литров.At existing enterprises in the industry, floors of repair areas and operator rooms are usually washed manually with textile materials using standard cleaning solutions, while the consumption of a solution for decontamination of 1 m ^{2 of the} floor varies widely and ranges from 0.01 to several liters.

Известен способ дезактивации поверхностей, включающий нанесение на поверхность моющего раствора и сорбента (например, торфа) с последующим удалением его с обрабатываемой поверхности вместе с раствором. При этом расход раствора составляет 0,1-0,15 л/м²;сорбента-0,1-0,15 кг/м². По мнению авторов разработанного способа [1] эффективность дезактивации зависит от отношения площади поверхности к объему подаваемого на поверхность раствора, причем зависимость имеет вид:

(1)
где k коэффициент распределения радионуклида между раствором и поверхностью;
S площадь отмываемой поверхности;
V количество раствора, удаляемого с поверхности;
K_д предельный коэффициент дезактивации, достигаемый данным способом дезактивации по отношению к данному загрязнению при бесконечно большом объеме данного моющего раствора.A known method of surface decontamination, including applying to the surface of a washing solution and a sorbent (for example, peat), followed by its removal from the treated surface together with the solution. The flow rate of the solution is 0.1-0.15 l / m ² ; the sorbent is 0.1-0.15 kg / m ² . According to the authors of the developed method [1], the effectiveness of decontamination depends on the ratio of the surface area to the volume supplied to the surface of the solution, and the dependence has the form:

(one)
where k is the distribution coefficient of the radionuclide between the solution and the surface;
S area of the washed surface;
V is the amount of solution removed from the surface;
K _{d the} maximum coefficient of decontamination achieved by this method of decontamination in relation to this contamination with an infinitely large volume of this washing solution.

По определению
К_д=Q_н/Q_исх, (2)
где Q_исх -исходный уровень загрязнения;
Q_н-неудаляемое при любом объеме раствора данным способом дезактивации загрязнение.A-priory
K _d = Q _n / Q _ref , (2)
where Q _{ref is the} initial level of pollution;
Q _{n -} non _- removable for any volume of solution by this method of decontamination.

Очевидно, что описанный выше способ дезактивации поверхностей с применением сорбента (торфа) за счет уменьшения коэффициента распределения k значительно увеличивает эффективность дезактивации, однако способ не нашел промышленного применения, так как сбор сорбента разработанным для этого устройством не обеспечивал полного удаления сорбента с поверхности, в связи с чем способ требовал ручной домывки поверхности, при этом значительно увеличивалась трудоемкость процесса дезактивации. Obviously, the method of surface decontamination using sorbent (peat) described above due to a decrease in the distribution coefficient k significantly increases the decontamination efficiency, however, the method has not found industrial application, since collecting the sorbent with a device developed for this did not ensure complete removal of the sorbent from the surface, due to with which the method required manual washing of the surface, while significantly increasing the complexity of the decontamination process.

Известен также способ дезактивации растиранием раствора, заключающийся в нанесении горячего моющего раствора на поверхность, растирании его по поверхности, выдержке его на поверхности и удалении путем смывания водой. Удаление загрязнения осуществляется дезактивирующим раствором в сочетании с механическим воздействием щетки. Расход моющего раствора составляет 2-3 л/м² [2, c. 147] Описанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и выбран в качестве прототипа. Существенным недостатком способа является значительное количество образующихся жидких отходов и большой объем ручного труда в радиационно-опасных условиях.There is also known a method of decontamination by grinding solution, which consists in applying a hot washing solution to the surface, rubbing it on the surface, keeping it on the surface and removing it by rinsing with water. Removal of contamination is carried out by a decontamination solution in combination with the mechanical effect of the brush. The flow rate of the washing solution is 2-3 l / m ² [2, p. 147] The described method is the closest in technical essence to the claimed method and is selected as a prototype. A significant disadvantage of this method is a significant amount of generated liquid waste and a large amount of manual labor in radiation hazardous conditions.

Задачей предлагаемого технического решения является оптимизация параметров процесса дезактивации горизонтальных поверхностей, что позволяет снизить затраты на дезактивацию при достижении необходимой степени очистки, т.е. снижении уровня загрязнения до предельно-допустимого. The objective of the proposed technical solution is to optimize the parameters of the process of decontamination of horizontal surfaces, which allows to reduce the cost of decontamination when the required degree of cleaning is achieved, i.e. reducing pollution to the maximum permissible level.

Нашими исследованиями, поясняющими сущность настоящего изобретения, было показано, что эффективность отмывки поверхности (Д_эфф) зависит от отношения количества моющего раствора, остающегося на поверхности после удаления основной массы раствора (W), к количеству раствора, подаваемого на поверхность (V).Our studies, explaining the essence of the present invention, have shown that the effectiveness of surface washing (D _eff ) depends on the ratio of the amount of washing solution remaining on the surface after removal of the bulk of the solution (W) to the amount of solution supplied to the surface (V).

Количество загрязнения, переходящего в раствор в ходе дезактивации равно:
Q_p=Q_исх-Q_н(1-1/K_д) • Q_исх. (3)
Количество загрязнения, оставшегося вместе с раствором на поверхности, определяется отношением W/V:
Q_п=Q_исх • (1-11/K_д) • W/V. (4)
Общее количество загрязнения на поверхности составляет Q_п+Q_н,поэтому выражение для эффективного коэффициента дезактивации примет вид:

(5)
Так как и 1/К_д, и отношение W/V значительно меньше 1, то их произведением можно пренебречь, и выражение (5) записать в приближенном виде:

. (6)
Таким образом, эффективность применения способа дезактивации определяется отношением количества раствора, оставшегося на поверхности, к количеству раствора, нанесенному на поверхность. Чем меньше это отношение, тем выше коэффициент дезактивации. Однако при уменьшении W/V до величины много меньшей 1/K_д, влияние этого отношения на эффективность дезактивации становится незначимым. Кроме того, увеличение полноты удаления раствора с поверхности существенно увеличивает затраты на дезактивацию за счет уменьшения скорости обработки и увеличения мощности и стоимости устройства, осуществляющего дезактивацию. Увеличение объема раствора V также увеличивает затраты на дезактивацию за счет увеличения стоимости раствора и количества образующихся жидких отходов на единицу площади.The amount of contamination passing into the solution during decontamination is:
Q _p = Q _ref -Q _n (1-1 / K _d ) • Q _ref . (3)
The amount of contamination remaining with the solution on the surface is determined by the W / V ratio:
Q _p = Q _ref • (1-11 / K _d ) • W / V. (4)
The total amount of contamination on the surface is Q _p + Q _n , therefore, the expression for the effective coefficient of decontamination will take the form:

(5)
Since both 1 / K _d and the W / V ratio are much less than 1, their product can be neglected, and expression (5) can be written in an approximate form:

. (6)
Thus, the effectiveness of the application of the decontamination method is determined by the ratio of the amount of solution remaining on the surface to the amount of solution deposited on the surface. The smaller this ratio, the higher the deactivation rate. However, when W / V decreases to a value much less than 1 / K _d , the effect of this ratio on the decontamination efficiency becomes insignificant. In addition, increasing the completeness of removal of the solution from the surface significantly increases the cost of decontamination by reducing the processing speed and increasing the power and cost of the device performing decontamination. An increase in the volume of solution V also increases the costs of decontamination by increasing the cost of the solution and the amount of liquid waste generated per unit area.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что моющий раствор наносят на поверхность в количестве 1-1,5 л/м², растирают по поверхности и удаляют в количестве 85-95% от нанесенного. Удаление раствора с поверхности производят посредством эжекции воздуха со скоростью 25-30 м/с.The essence of the proposed method is that the washing solution is applied to the surface in an amount of 1-1.5 l / m ² , rubbed on the surface and removed in an amount of 85-95% of the applied. Removal of the solution from the surface is carried out by air ejection at a speed of 25-30 m / s.

Отличительные признаки заявляемого способа существенны, так как они не присущи известным способам, и при заявляемом выборе соотношения между раствором, нанесенным на поверхность и той частью раствора, которая неизбежно остается на поверхности, позволяют существенно снизить затраты на дезактивацию при достижении необходимой степени очистки поверхности. Distinctive features of the proposed method are significant, since they are not inherent in the known methods, and when the claimed choice of the ratio between the solution deposited on the surface and that part of the solution that inevitably remains on the surface, can significantly reduce the cost of decontamination when the required degree of surface cleaning is achieved.

Пример 1. Для проверки способа в опытно-промышленных условиях ПО "Ульбинский металлургический завод" (г. Усть-Каменогорск) при отмывке различных участков поверхностей полов от соединений бериллия был изготовлен макет установки УОП-2, состоящий из емкости для подачи моющего раствора, емкости для сбора отработавшего раствора, редуктора сжатого воздуха для подачи раствора на поверхность и эжектора, работающего от сети сжатого воздуха с давлением 0,2-0,5 МПа для удаления отработавшего раствора с поверхности. Example 1. To test the method in experimental industrial conditions of the Ulba Metallurgical Plant (Ust-Kamenogorsk), when washing various parts of the floor surfaces from beryllium compounds, a model of the UOP-2 unit was made, consisting of a tank for supplying a washing solution, a tank for collecting the spent solution, a compressed air reducer for supplying the solution to the surface and an ejector operating from a compressed air network with a pressure of 0.2-0.5 MPa to remove the spent solution from the surface.

Для сравнения некоторые участки пола отмывали ручным способом обтирочными материалами, который принят за базовый вариант. For comparison, some sections of the floor were washed manually with wiping materials, which was adopted as the basic version.

Для отмывки использовали моющий раствор на основе 5%-ной азотной кислоты с добавками фторида натрия и ПАВ. For washing, a washing solution based on 5% nitric acid with the addition of sodium fluoride and surfactant was used.

При проведении отмывок соблюдали следующий порядок:
-определяли исходный уровень загрязнения поверхности методом кислотного мазка;
из емкости для чистого раствора объемом 12 л на участок поверхности площадью 8-20 м² подавали моющий раствор, равномерно смачивая им поверхность с одновременным растиранием раствора по поверхности щеткой;
производили сбор раствора в емкость объемом 20 л для отработавшего раствора через щелевой насадок, всасывая через него воздух с помощью эжектора;
определяли уровень остаточного загрязнения поверхности, количество собранного раствора и загрязнения в нем.When washing, the following order was observed:
- determined the initial level of surface contamination by acid smear;
from a 12-liter clean solution tank, a washing solution was supplied to a surface area of 8-20 m ² , uniformly wetting the surface with a simultaneous grinding of the solution on the surface with a brush;
the solution was collected in a 20-liter capacity tank for the spent solution through slotted nozzles, sucking air through it using an ejector;
determined the level of residual surface contamination, the amount of collected solution and contamination in it.

Результаты механизированной и ручной отмывки приведены в табл. 1 и 2. Из результатов испытаний, приведенных в табл. 1 видно, что относительные потери раствора существенно сказываются на эффективности отмывки, а при потерях 30-50% процесса отмывки поверхности практически не происходит. Данные, представленные в табл. 2, свидетельствуют, что при сборе раствора вручную обтирочным материалом увеличивается количество раствора, остающегося на поверхности. При использовании эжектора сжатого воздуха воздух вместе с диспергированным в нем моющим раствором собирают в емкость, где фильтруют через механический фильтр и выбрасывают через эжектор в окружающую среду без последующей фильтрации. Однако при этом наблюдается незначительное увеличение концентрации аэрозолей в струе выбрасываемого воздуха, не требующее специальных средств защиты органов дыхания, кроме респиратора, обязательного для ношения в производственных помещениях. The results of mechanized and manual washing are given in table. 1 and 2. From the test results shown in table. 1 shows that the relative losses of the solution significantly affect the washing efficiency, and with losses of 30-50% of the process of washing the surface practically does not occur. The data presented in table. 2, indicate that when manually collecting the solution with wiping material, the amount of solution remaining on the surface increases. When using an ejector of compressed air, air together with the cleaning solution dispersed in it is collected in a container, where it is filtered through a mechanical filter and thrown through the ejector into the environment without subsequent filtration. However, there is a slight increase in the concentration of aerosols in the jet of discharged air, which does not require special respiratory protection, except for a respirator, which must be worn in industrial premises.

Данные, приведенные в табл. 2,свидетельствуют также, что увеличение скорости воздушного потока свыше 30 м/с не улучшает существенно характеристики процесса отмывки, а при снижении скорости потока ниже 25 м/с уменьшается количество собранного раствора и замедляется его сбор. The data given in table. 2 also indicate that an increase in the air flow rate above 30 m / s does not significantly improve the characteristics of the washing process, and when the flow velocity decreases below 25 m / s, the amount of the collected solution decreases and its collection slows down.

Пример 2. Аналогичная установка и способ испытывались в научно-экспериментальном комплексе Радиевого института (г. Гатчина) в трубном коридоре (помещение 131) длиной 40 м и шириной 2,5 м на полу, облицованном поливинилхлоридным пластикатом и имеющем высокие уровни нефиксированного загрязнения (до 2500 альфа-част./(см² • мин) и 6000 бета-част./(см² • мин)). Для отмывки использовали 1%-ный раствор СФ-3К, содержащий 0,5% щавелевой кислоты и 0,5% порошка СФ-3 (ТУ6-01-1156-84). Весь пол коридора был разбит на отдельные участки площадью 8-10 м². Результаты испытаний приведены в табл. 3.Example 2. A similar installation and method were tested in the scientific and experimental complex of the Radium Institute (Gatchina) in a pipe corridor (room 131) 40 m long and 2.5 m wide on the floor, lined with PVC compound and having high levels of unfixed pollution (up to 2500 alpha-parts / (cm ² • min) and 6000 beta-parts / (cm ² • min)). For washing, we used a 1% solution of SF-3K containing 0.5% oxalic acid and 0.5% powder SF-3 (TU6-01-1156-84). The entire floor of the corridor was divided into separate sections with an area of 8-10 m ² . The test results are given in table. 3.

При уровне потерь 5-9% эффективность дезактивации пола из ПВХ-пластиката составила 13-17 по альфа-радионуклидам и 5-9 по бета-радионуклидам. With a loss level of 5–9%, the decontamination efficiency of PVC plastic floor was 13–17 for alpha radionuclides and 5–9 for beta radionuclides.

Определение затрат на дезактивацию с целью определения оптимальных параметров процесса проводили методом вычислительного эксперимента с помощью ЭВМ. The determination of the costs of decontamination in order to determine the optimal process parameters was carried out by a computer experiment using a computer.

Вычисление осуществляли на основе математической модели процесса дезактивации горизонтальных поверхностей путем расчета целевой функции затрат, учитывающей трудозатраты и затраты на приготовление и переработку моющих растворов. The calculation was carried out on the basis of a mathematical model of the process of decontamination of horizontal surfaces by calculating the objective cost function, taking into account labor costs and the cost of preparing and processing detergent solutions.

Определяли затраты на дезактивацию участков площадью 100 и 1000 м² при условии, что уровень загрязнения необходимо снизить в 3 и 10 раз, а величина предельного коэффициента дезактивации составляет 100. Результаты вычислительного эксперимента приведены в табл. 4. Жирным шрифтом выделены минимальные значения затрат.The costs of decontamination of areas of 100 and 1000 m ^{2 were} determined, provided that the level of pollution should be reduced by 3 and 10 times, and the limit coefficient of decontamination is 100. The results of the computational experiment are given in table. 4. The minimum costs are highlighted in bold.

Кроме того, в табл. 4 приведены расчетные значения эффективного коэффициента дезактивации за 1 цикл отмывки и трудозатраты на дезактивацию (чел • ч). In addition, in table. Figure 4 shows the calculated values of the effective coefficient of decontamination for 1 cycle of washing and labor costs for decontamination (person • h).

Из данных, представленных в табл. 4, следует, что величина
Д_эфф возрастает с уменьшением относительных потерь раствора на поверхности и не зависит от количества раствора, нанесенного на поверхность. Этот факт является неожиданным, так как ранее предполагалось, что эффективность дезактивации тесно связана с количеством раствора, подаваемого на поверхность [1] В действительности, эффективность дезактивации определяется только величиной относительных потерь раствора на поверхности (W/V).From the data presented in table. 4, it follows that the quantity
D _eff increases with decreasing relative losses of the solution on the surface and does not depend on the amount of solution deposited on the surface. This fact is unexpected, since it was previously assumed that the effectiveness of decontamination is closely related to the amount of solution supplied to the surface [1] In fact, the effectiveness of decontamination is determined only by the value of the relative losses of the solution on the surface (W / V).

Снижение реального эффекта дезактивации при низких расходах раствора 0,01-0,1 л/м² объясняется тем, что в этом случае практически невозможно обеспечить достаточную степень удаления раствора с поверхности, так как 0,01 л раствора на 1 м² образуют пленку толщиной 10 мкм, удалить которую практически невозможно. Кроме того, в условиях малого количества раствора высокая концентрация загрязнения в растворе уменьшает его растворимость и вызывает вторичное загрязнение поверхности за счет обратно сорбции, поэтому в этом случае возможно уменьшение предельного коэффициента дезактивации (К_д).The decrease in the actual effect of decontamination at low flow rates of 0.01-0.1 l / m ² is explained by the fact that in this case it is almost impossible to provide a sufficient degree of removal of the solution from the surface, since 0.01 l of solution per 1 m ² form a film with a thickness 10 microns, which is almost impossible to remove. In addition, in conditions of a small amount of solution, a high concentration of contamination in the solution reduces its solubility and causes secondary surface contamination due to back sorption, therefore, in this case, a reduction in the limit coefficient of deactivation (K _d ) is possible.

Трудозатраты, также как и стоимостные затраты, имеют минимум в диапазоне относительных потерь раствора 5-15% При увеличении потерь свыше 15% трудозатраты увеличиваются за счет снижения эффективности дезактивации, а при уменьшении ниже 5% за счет уменьшения скорости отмывки поверхности. Labor costs, as well as cost costs, have a minimum in the range of relative solution losses of 5-15%. With an increase in losses of more than 15%, labor costs increase due to a decrease in the decontamination efficiency, and when reduced below 5% due to a decrease in the surface washing rate.

Увеличение количества моющего раствора, наносимого на поверхность, также ведет к возрастанию стоимостных затрат и трудозатрат, что обусловлено увеличением числа перезарядок устройства моющим раствором. An increase in the amount of washing solution applied to the surface also leads to an increase in cost and labor costs, which is due to an increase in the number of recharges of the device with the washing solution.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известными способами дезактивации позволит:
сократить затраты на дезактивацию в 1,5-2 раза;
механизировать процесс дезактивации полов производственных помещений и уменьшить контакты персонала с растворами радионуклидов и высокотоксичных веществ;
уменьшить выброс радиоактивных и высокотоксичных аэрозолей в помещение при работе установки.The invention in comparison with known methods of decontamination will allow:
reduce decontamination costs by 1.5-2 times;
to mechanize the process of floor decontamination of industrial premises and reduce personnel contacts with solutions of radionuclides and highly toxic substances;
reduce the release of radioactive and highly toxic aerosols into the room during installation operation.

Claims

1. The method of washing horizontal surfaces, which consists in applying a washing solution to the surface, rubbing it on the surface and removing it, characterized in that the solution is applied in an amount of 1.0 1.5 l / m ² and the solution is removed in an amount of 85 95% of the applied volume.

2. The method according to claim 2, characterized in that the solution is removed from the surface by ejecting air at a speed of 25-30 m / s.