RU2394659C1 - Method of decontaminating toxic industrial wastes - Google Patents

Method of decontaminating toxic industrial wastes Download PDF

Info

Publication number
RU2394659C1
RU2394659C1 RU2009104287/03A RU2009104287A RU2394659C1 RU 2394659 C1 RU2394659 C1 RU 2394659C1 RU 2009104287/03 A RU2009104287/03 A RU 2009104287/03A RU 2009104287 A RU2009104287 A RU 2009104287A RU 2394659 C1 RU2394659 C1 RU 2394659C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phosphogypsum
waste
ethanolamine
product
toxic
Prior art date
Application number
RU2009104287/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Карпович Андрианов (RU)
Анатолий Карпович Андрианов
Анатолий Алексеевич Ефимов (RU)
Анатолий Алексеевич Ефимов
Виктор Васильевич Кривобоков (RU)
Виктор Васильевич Кривобоков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова"
Priority to RU2009104287/03A priority Critical patent/RU2394659C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394659C1 publication Critical patent/RU2394659C1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods of processing (decontaminating) waste mineralised water of atomic power stations, which contain environmentally hazardous toxic substances, particularly ethanolamine, and wastes (phosphogypsum) from industries which produce phosphorous fertiliser and phosphoric acid. The dehydrated salt product which contains toxic ethanoamine, obtained after distillation of liquid toxic wastes and evaporation to maximum salt concentration of the stillage residue, is mixed with phosphogypsum and the obtained mixture undergoes two-step thermal treatment while stirring continuously at 120-200°C to obtain a granular product (step for evaporation to maximum salt concentration). The product is then roasted in a roasting furnace at 900-1200°C (reducing roasting step) until complete combustion of ethanolamine and completion of the process of thermochemical decomposition of mineral salts and phosphogypsum to lime, magnesium oxide and sulphur dioxide.
EFFECT: decontamination of waste mineralised water of atomic power stations, which contain toxic ethanolamine; recycling environmentally hazardous wastes (phosphogypsum) from industries which produce phosphorus fertiliser and phosphoric acid.
1 cl

Description

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к технологии обезвреживания (переработки) промышленных отходов, содержащих токсичные и экологически опасные вещества.The invention relates to the field of environmental protection, and more specifically to a technology for the neutralization (processing) of industrial waste containing toxic and environmentally hazardous substances.

В настоящее время на отечественных и зарубежных атомных электрических станциях (АЭС) с реакторными установками (РУ) типа ВВЭР (PWR) широкое распространение получил водно-химический режим (ВХР) с использованием в качестве антикоррозионной корректирующей добавки (ингибитора коррозии) к теплоносителю этаноламина (ЭТА). Данный режим, в частности, предусмотрен на строящейся второй очереди Ленинградской АЭС с ВВЭР.At present, at the domestic and foreign nuclear power plants (NPPs) with VVER-type reactors (RU), the water-chemical regime (VCR) is widely used using an anti-corrosion correction additive (corrosion inhibitor) to the coolant ethanolamine (ETA) ) This regime, in particular, is provided for at the second stage of the Leningrad NPP with VVER under construction.

Несмотря на явные преимущества этаноламинового ВХР второго контура РУ в сравнении с аммиачно-гидразинным, такие как снижение коррозии конструкционных материалов, уменьшение количества образующихся на поверхностях оборудования и трубопроводов второго контура эксплуатационных отложений и, соответственно, продление ресурса работы основного оборудования РУ, использование ЭТА в качестве добавки к теплоносителю создает экологические проблемы. Жесткие требования по ограничению содержания ЭТА в водных сбросах, связанные с его высокой токсичностью, вызывают необходимость утилизации (обезвреживания) жидких отходов от АЭС (сбросные высоко солевые воды от регенерации ионитовых фильтров системы конденсатоочистки и регенерационные стоки системы очистки продувочных вод парогенераторов) [Патент США, №7081194, от 25.07.2006 г.].Despite the obvious advantages of the ethanolamine water chemistry of the secondary circuit of the reactor facility in comparison with the ammonia-hydrazine one, such as reducing the corrosion of structural materials, reducing the amount of operating deposits formed on the surfaces of the equipment and pipelines of the secondary circuit, and, accordingly, extending the service life of the main equipment of the reactor plant, using ETA as additives to the heat carrier create environmental problems. The stringent requirements to limit the content of ETA in water discharges, associated with its high toxicity, necessitate the disposal (neutralization) of liquid waste from nuclear power plants (high salt water from regeneration of ion exchange filters of a condensate treatment system and regeneration effluents of a steam generator purge water treatment system) [US Patent, No. 7081194, dated July 25, 2006].

В перечне отходов различных производств, создающих дополнительную экологическую нагрузку на окружающую среду, в Ленинградском регионе также можно выделить отходы от переработки природных фосфоритов или апатитов, используемых при производстве фосфорной кислоты и фосфорных удобрений на ООО «Фосфорит» в г.Кингисеппе, а именно фосфогипс.In the list of wastes from various industries that create an additional environmental burden on the environment, in the Leningrad region one can also identify wastes from the processing of natural phosphorites or apatites used in the production of phosphoric acid and phosphoric fertilizers at Phosphorite LLC in Kingisepp, namely phosphogypsum.

Уменьшение выбросов вредных химических веществ во всем мире достигается путем очистки и переработки сбросов различными физико-химическими методами, концентрирования вредных веществ с последующим их хранением на выделенных площадях. Для более эффективного решения актуальных проблем защиты биосферы планеты от воздействия на нее токсичных соединений необходимо не только ужесточение требований к составу и количеству сбрасываемых в природную среду промышленных отходов (газообразных, жидких или твердых), но и обеспечение безопасных условий длительного хранения конечных продуктов переработки токсичных отходов. Считается, что оптимальным решением экологических проблем, связанных с производственной деятельностью предприятий, являются замкнутые технологии (безотходные производства), которые позволяют в процессе производства основных продуктов (электроэнергия, фосфорная кислота и фосфорные удобрения и др.) не только надежно утилизировать образующиеся экологически опасные отходы, но и обеспечить возможность использования продуктов их переработки в производственном цикле предприятий или в народном хозяйстве. При этом немаловажными факторами эффективности таких технологий являются их энергоемкость, стоимость и доступность используемых в цикле обезвреживания отходов энергоносителей, реагентов и материалов.Reducing emissions of harmful chemicals throughout the world is achieved through the purification and processing of discharges by various physicochemical methods, concentration of harmful substances with their subsequent storage in the allocated areas. To more effectively solve urgent problems of protecting the planet’s biosphere from exposure to toxic compounds, it is necessary not only to tighten the requirements for the composition and quantity of industrial waste (gaseous, liquid or solid) discharged into the natural environment, but also to ensure safe conditions for long-term storage of the final products of processing toxic waste . It is believed that the best solution to environmental problems associated with the production activities of enterprises is closed technologies (waste-free production), which allow not only to safely dispose of the resulting environmentally hazardous waste in the production process of the main products (electricity, phosphoric acid and phosphoric fertilizers, etc.) but also to ensure the possibility of using products of their processing in the production cycle of enterprises or in the national economy. At the same time, important factors in the effectiveness of such technologies are their energy intensity, cost and availability of energy carriers, reagents and materials used in the neutralization cycle.

В практике утилизации высокоминерализованных жидких отходов АЭС, содержащих токсичный ЭТА или другие вредные органические вещества, в настоящее время наиболее приемлемыми считаются способы их переработки с использованием химических (окисление и разложение органических примесей гипохлоритом натрия, хлорной известью и др.), физических (электролитическое разложения органических веществ) и биологических (биологическое разрушение органических веществ активными микроорганизмами) методов. В связи с тем, что ЭТА весьма сложно разрушить до углекислого газа и азота считается, что наиболее эффективными являются комбинированные технологии его обезвреживания, предусматривающие применение химических, физических и биологических методов [Патент США, №7081194, от 25.07.2006 г.].In the practice of utilization of highly mineralized liquid wastes of nuclear power plants containing toxic ETA or other harmful organic substances, the methods of their processing using chemical (oxidation and decomposition of organic impurities by sodium hypochlorite, bleach, etc.) and physical (electrolytic decomposition of organic substances) and biological (biological destruction of organic substances by active microorganisms) methods. Due to the fact that ETA is very difficult to destroy to carbon dioxide and nitrogen, it is believed that combined technologies for its neutralization involving the use of chemical, physical and biological methods are most effective [US Patent No. 7081194, July 25, 2006].

Каждый из рассмотренных выше способов обезвреживания ЭТА имеет свои специфические недостатки.Each of the above methods of neutralizing ETA has its own specific disadvantages.

Химический метод требует:The chemical method requires:

- как минимум, трехкратного избытка окислителя по отношению к теоретически необходимому его количеству, что существенно увеличивает общее солесодержание обезвреженных отходов;- at least three-fold excess of the oxidizing agent in relation to its theoretically necessary amount, which significantly increases the total salt content of the neutralized waste;

- обезвреживания избытка используемого окислителя;- neutralization of excess oxidizing agent used;

- применения крупногабаритного оборудования (реакторов-смесителей, осадителей, бассейнов хранения конечных высокоминерализованных вод и др.).- the use of large-sized equipment (mixing reactors, precipitators, storage pools of final highly saline waters, etc.).

Электролитический метод предусматривает проведение эффективной предочистки отходов от взвесей и растворенных металлов, которая проводится с использованием крупногабаритного оборудования (смесителей, осадителей-отстойников, механических фильтров и др.). Сами электролизеры громоздки (длина - 17,5 м, ширина - 7 м и высота - 3 м, количество катодно-анодных электродных пар - 1040), а применяемые в них электроды дорогостоящи, так как они изготавливаются из нержавеющей стали и титана, покрытых благородными металлами [Патент США, №7081194, от 25.07.2006 г.].The electrolytic method provides for the effective pretreatment of wastes from suspended matter and dissolved metals, which is carried out using large-sized equipment (mixers, sedimentation tanks, settling tanks, mechanical filters, etc.). The electrolyzers themselves are bulky (length - 17.5 m, width - 7 m and height - 3 m, the number of cathode-anode electrode pairs - 1040), and the electrodes used in them are expensive, since they are made of stainless steel and titanium coated with noble metals [US Patent No. 7081194, July 25, 2006].

Биологический метод малоэффективен (необходимо длительное время выдержки обезвреживаемых вод в системе). Система очистки не может работать в зимнее время в северных районах. Требуются большие площади для прудов, а после прекращения работы биологических прудов территория, на которой они располагались, оказывается практически потерянной [А.А.Хоникевич. Очистка радиоактивно-загрязненных вод. Атомиздат, Москва, 1974 г., стр.75]. Сами биологические пруды представляют известную экологическую опасность для окружающей местности, связанную с возможностью несанкционированного выхода токсичных отходов (газообразных, пылеобразных, аэрозольных и жидких) в биосферу региона расположения промышленных предприятий [Ю.В.Кузнецов, В.Н.Щебетковский, А.Г.Трусов. Основы дезактивации воды. Атомиздат, Москва, 1968 г., стр.190].The biological method is ineffective (a long exposure time of the neutralized water in the system is necessary). The cleaning system cannot work in the winter in the northern regions. Large areas are required for the ponds, and after the biological ponds stopped working, the territory on which they were located is almost lost [A.A. Khonikevich. Treatment of radioactive contaminated water. Atomizdat, Moscow, 1974, p. 75]. Biological ponds themselves represent a known environmental hazard to the surrounding area, associated with the possibility of unauthorized release of toxic waste (gaseous, dusty, aerosol and liquid) into the biosphere of the region where industrial enterprises are located [Yu.V. Kuznetsov, V.N. Schechetkovsky, A.G. Cowards. Basics of water decontamination. Atomizdat, Moscow, 1968, p. 190].

Общим недостатком рассмотренных способов является актуальная проблема экологически безопасного хранения конечных продуктов переработки, представляющих собой высокосолевые растворы и/или сухие соли. Известно, что достаточно сложным и пока еще нерешенным в системе энергетики является вопрос о сухих солях. Соли, образующиеся при очистке стоков с химводоочисток и других технологических систем электрических станций, растворимы в воде и, следовательно, хранить их под открытым небом, заполняя ими овраги и выработанные карьеры, нельзя [Ю.М.Кострикин и др. К созданию бессточных тепловых электрических станций. Водоподготовка, водный режим и химкон-троль на паросиловых установках. Сб. статей, выпуск 6, Москва, Энергия, 1978, стр.163].A common disadvantage of the considered methods is the urgent problem of environmentally safe storage of final processed products, which are high salt solutions and / or dry salts. It is known that the issue of dry salts is quite complex and still unresolved in the energy system. Salts formed during the treatment of wastewater from chemical water purification and other technological systems of power plants are soluble in water and, therefore, they cannot be stored in the open air, filling them with gullies and quarries [Yu.M. Kostrikin et al. On creating drainless thermal electric stations. Water treatment, water regime and chemical control on steam-powered plants. Sat articles, issue 6, Moscow, Energy, 1978, p.163].

Образующийся от переработки природных фосфоритов или апатитов фосфогипс (ФГ) представляет собой, в основном, двуводный гипс (CaSO4·2H2O) с механической водо-растворимой примесью пятиокиси фосфора (P2O5) и некоторого количества кремнезема и полуторных окислов металлов [а.с. СССР №1805626, опубл. Бюл. №20, 20.07.96 г.]. По расчетным данным при производстве экстракционной фосфорной кислоты отход фосфогипса на 1 т P2O5 составляет 4-6 т, что связано с проблемами складирования фосфогипса и охраны окружающей среды [а.с. СССР №1413070, опубл. Бюл. №28, 30.07.88 г.]. В настоящее время основная масса фосфогипса хранится на открытых отвалах (технологических картах сухого складирования фосфогипса).Phosphogypsum (FG) formed from the processing of natural phosphorites or apatites is mainly two-water gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) with a mechanical water-soluble admixture of phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) and a certain amount of silica and sesquioxides of metals [ A.S. USSR No. 1805626, publ. Bull. No. 20, 07/20/96]. According to estimates, in the production of extraction phosphoric acid, the waste of phosphogypsum per 1 ton of P 2 O 5 is 4-6 tons, which is associated with the problems of storage of phosphogypsum and environmental protection [as. USSR No. 1413070, publ. Bull. No. 28, 07/30/08]. Currently, the bulk of phosphogypsum is stored in open dumps (technological maps of dry storage of phosphogypsum).

Практически все известные способы утилизации фосфогипса проводятся путем его термического разложения (обжига) при температурах 900-1200°С с использованием в качестве восстановителя и топлива углеродистых материалов (графитовая пыль, каменные угли, нефтяные коксы, лигнит-боксит и др., а также газы, получаемые при конверсии природного газа водяным паром) [патент США, №4102989, кл.423-541, 1978 г.; а.с. СССР №1413070, опубл. Бюл. №28, 30.07.88 г.; а.с. СССР №1030310, опубл. Бюл. №27, 23.07.83 г.; а.с. СССР №1805626, опубл. Бюл. №20, 20.07.96 г.]. При этом в зоне обжига поддерживают необходимый восстановительный потенциал среды (отношение - CO/CO2), который обычно определяется экспериментально.Almost all known methods of phosphogypsum utilization are carried out by thermal decomposition (burning) at temperatures of 900-1200 ° С using carbon materials (graphite dust, coal, petroleum coke, lignite-bauxite, etc., as well as gases) as a reducing agent and fuel obtained by the conversion of natural gas with water vapor) [US patent, No. 4102989, CL 423-541, 1978; A.S. USSR No. 1413070, publ. Bull. No. 28, 07/30/08; A.S. USSR No. 1030310, publ. Bull. No. 27, 07/23/83; A.S. USSR No. 1805626, publ. Bull. No. 20, 07/20/96]. At the same time, in the firing zone, the necessary reducing potential of the medium (ratio - CO / CO 2 ) is maintained, which is usually determined experimentally.

Часто в практике обезвреживания фосфогипса и производства на его основе строительных смешанных цементов в качестве добавок к фосфогипсу, кроме углеродистых материалов, используют природные минеральные вещества (доломит, апатит, фосфорит и др.) [а.с. СССР №1413070, опубл. Бюл. №28, 30.07.88 г.; а.с. СССР.№1030310, опубл. Бюл. №27, 23.07.83 г.].Often, in practice, the neutralization of phosphogypsum and the production of building mixed cements on its basis as additives to phosphogypsum, in addition to carbon materials, use natural mineral substances (dolomite, apatite, phosphorite, etc.) [A. with. USSR No. 1413070, publ. Bull. No. 28, 07/30/08; A.S. USSR.№1030310, publ. Bull. No. 27, 07/23/83].

Наиболее близким к заявляемому является термический способ обезвреживания регенерационных стоков химводоочисток ТЭС и АЭС, включающий их упаривание до сухих солей с последующим их вывозом на специальные полигоны промышленных отходов [СМ. Гурвич, Ю.М. Кострикин. Оператор водоподготовки. М., Энергия, 1974, стр.187], [СМ. Гурвич, Ю.М.Кострикин. Оператор водоподготовки. М., Энергоиздат, 1981, стр.194-195].Closest to the claimed is a thermal method for the neutralization of regeneration wastewater from chemical treatment of TPPs and nuclear power plants, including their evaporation to dry salts with their subsequent removal to special landfills of industrial waste [SM. Gurvich, Yu.M. Kostrikin. Water treatment operator. M., Energy, 1974, p. 188], [SM. Gurvich, Yu.M. Kostrikin. Water treatment operator. M., Energy Publishing House, 1981, pp. 194-195].

Задачей настоящего изобретения является создание способа обезвреживания сбросных высокоминерализованных вод АЭС, содержащих токсичный этаноламин, и экологически опасных минеральных отходов производства фосфорных удобрений и фосфорной кислоты (фосфогипса), позволяющего:The objective of the present invention is to provide a method for the disposal of highly mineralized wastewater from nuclear plants containing toxic ethanolamine and environmentally hazardous mineral waste from the production of phosphate fertilizers and phosphoric acid (phosphogypsum), which allows:

- обезвредить сбросные минерализованные воды АЭС, содержащие токсичный этаноламин;- neutralize waste mineralized water of nuclear power plants containing toxic ethanolamine;

- утилизировать промышленные экологически опасные отходы (фосфогипс) предприятий по производству фосфорных удобрений и фосфорной кислоты;- Dispose of industrial environmentally hazardous waste (phosphogypsum) enterprises for the production of phosphate fertilizers and phosphoric acid;

- использовать конечные продукты обезвреживания фосфогипса и сбросных токсичных вод в технологическом цикле АЭС в качестве: минеральной сорбционной добавки к цементу при проведении завершающей стадии обезвреживания жидких радиоактивных отходов (стадия отверждения); минеральной сырьевой добавки к цементу в композиционных составах, используемых в строительной и дорожно-строительной отраслях промышленности; нейтрализующего агента кислых сбросных вод вместо едкого натрия.- use the final products of neutralization of phosphogypsum and toxic toxic wastes in the technological cycle of nuclear power plants as: mineral sorption additives to cement during the final stage of neutralization of liquid radioactive waste (curing stage); mineral raw materials additives for cement in composite compositions used in the construction and road-building industries; a neutralizing agent for acidic wastewater instead of sodium hydroxide.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата в способе переработки экологически опасных жидких отходов атомных и тепловых электрических станций, включающем их предварительную дистилляцию с получением конденсата и кубового остатка и концентрирование кубового остатка глубоким упариванием до сухого продукта с последующей эвакуацией сухого продукта на специальные полигоны промышленных отходов, предлагается полученный после глубокого упаривания отходов обезвоженный солевой продукт, содержащий токсичный этаноламин, смешивать с фосфогипсом и подвергать полученную смесь двухстадийной термической обработке при постоянном перемешивании при температуре 120-200°С до получения сыпучего продукта (стадия глубокого обезвоживания), после чего продукт обжигать в обжиговой печи при температуре 900-1200°С (стадия восстановительного обжига) до полного сгорания этаноламина и завершения процесса термохимической трансформации (разложения) минеральных солей и фосфогипса в известь, оксид магния и диоксид серы.To solve the problem and achieve the technical result in a method of processing environmentally hazardous liquid waste from nuclear and thermal power plants, including their preliminary distillation to produce condensate and bottoms and concentration of the bottoms by deep evaporation to a dry product with subsequent evacuation of the dry product to special industrial landfills waste, it is proposed obtained after deep evaporation of waste dehydrated salt product containing current egg ethanolamine, mix with phosphogypsum and subject the resulting mixture to two-stage heat treatment with constant stirring at a temperature of 120-200 ° C until a granular product is obtained (stage of deep dehydration), after which the product is fired in a kiln at a temperature of 900-1200 ° C (stage of reduction roasting) until ethanolamine is completely burned and the process of thermochemical transformation (decomposition) of mineral salts and phosphogypsum to lime, magnesium oxide and sulfur dioxide is completed.

Предлагается также образующиеся на стадиях глубокого упаривания и глубокого обезвоживания газы направлять в печь обжига.It is also proposed that the gases formed at the stages of deep evaporation and deep dehydration be sent to the kiln.

Кроме того, предлагается полученный после обжига конечный продукт использовать в качестве минерально-сорбционной добавки к цементу при проведении стадии отверждения концентратов жидких радиоактивных отходов АЭС или в качестве минеральной сырьевой добавки к цементу в композиционных составах, используемых в строительной и дорожно-строительной отраслях промышленности, а образующийся сернистый газ окислять до серного ангидрида. Получаемую при этом серную кислоту (контактный метод получения серной кислоты) [Б.В. Некрасов. Основы общей химии, т.1. Химия. М. 1965, стр.338] использовать в технологическом цикле АЭС, например при регенерации Н-катионитовых фильтров системы очистки конденсата.In addition, it is proposed that the final product obtained after firing be used as a mineral-sorption additive for cement during the stage of curing of liquid radioactive waste concentrates in nuclear power plants or as a mineral raw material additive for cement in composite compositions used in the construction and road-building industries, and oxidize the resulting sulfur dioxide to sulfuric anhydride. The resulting sulfuric acid (contact method for producing sulfuric acid) [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry, v.1. Chemistry. M. 1965, p. 338] to use in the technological cycle of nuclear power plants, for example, in the regeneration of H-cation exchange filters of the condensate treatment system.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в нем заложен принцип «токсичное утилизируется с токсичным». Предлагается, например, обезвреживание сбросных нерадиоактивных минерализованных вод АЭС, содержащих токсичный ЭТА, проводить совместно с экологически опасным промышленным отходом (фосогипсом) с получением на завершающей стадии их обезвреживания продуктов, пригодных к применению на АЭС и в народном хозяйстве, т.е. организовать на АЭС безотходное экологически безопасное производство (замкнутый производственный цикл).The essence of the proposed method lies in the fact that it incorporates the principle of "toxic is disposed of with toxic." It is proposed, for example, that neutralization of non-radioactive mineralized wastewater from NPPs containing toxic ETA be carried out together with environmentally hazardous industrial waste (phosphogypsum) to produce products suitable for use at NPPs and in the national economy at the final stage of their neutralization. organize non-waste environmentally safe production at the NPP (closed production cycle).

Катионный состав высокосолевых сбросных вод строящейся в районе г.Сосновый Бор АЭС с ВВЭР в основном определяется составом исходной природной воды, которая после химводоподготовки используется в технологическом цикле АЭС. Состав исходной природной воды и сбросных минерализованных вод строящейся АЭС (г.Сосновый Бор, Ленинградской области) характеризуется усредненным содержанием следующих основных примесей:The cationic composition of high-salt wastewater under construction in the area of Sosnovy Bor NPP with VVER is mainly determined by the composition of the source of natural water, which after chemical water treatment is used in the NPP technological cycle. The composition of the source of natural water and mineralized effluent from a nuclear power plant under construction (Sosnovy Bor, Leningrad Region) is characterized by an average content of the following main impurities:

Сбросные воды от Н-катионитовых фильтров системы очистки конденсата второго контура (основной поток).
Сульфаты Са, Mg, Na.
Суммарное солесодержание до 5 г/кг.
Этаноламин до 1 г/кг.
Waste water from H-cation exchange filters of the condensate purification system of the second circuit (main stream).
Sulfates of Ca, Mg, Na.
Total salinity up to 5 g / kg.
Ethanolamine up to 1 g / kg.
Исходная природная вода (очищенная вода реки Систа). Сульфаты и карбонаты Са, Mg, Na Са+2 - 66, Mg+2 -31, Na+1 - 3 мас.%
Суммарное солесодержание до 0,3 г/кг.
Source natural water (purified water of the Sista River). Sulfates and carbonates of Ca, Mg, Na Ca +2 - 66, Mg +2 -31, Na +1 - 3 wt.%
Total salinity up to 0.3 g / kg.

В процессе использования исходной природной воды в технологическом цикле АЭС вода освобождается от карбонатов. Поэтому сбросные воды по минеральному составу можно отнести к продуктам разрушения природных минералов - гипса (CaSO4·2H2O) и кизерита (MgSO4·H2O) [Б.В.Некрасов. Основы общей химии, т.2. Химия. М. 1965, стр.275, 314].In the process of using the source of natural water in the technological cycle of a nuclear power plant, water is freed from carbonates. Therefore, the waste water in mineral composition can be attributed to the products of the destruction of natural minerals - gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) and kieserite (MgSO 4 · H 2 O) [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry, v.2. Chemistry. M. 1965, p. 275, 314].

Известно, что при прокаливании гипса и кизерита в присутствии органических углеродсодержащих добавок или продуктов их термического разложения, обладающих восстановительными свойствами, в промышленности получают минеральные строительные материалы различного назначения и серную кислоту. Например, при обжиге гипса (900-1200°С) можно получить так называемый гидравлический гипс (xCaSO4·yCaO), который при замешивании с водой дает затвердевающую, механически прочную, водостойкую массу (продукт). Природный кизерит может служить хорошим материалом для получения оксида магния MgO, который используют в смеси с MgCl2 в качестве магнезиального цемента [Б.В.Некрасов. Основы общей химии, т.2. Химия. М. 1965, стр.330, 275, 271].It is known that when calcining gypsum and kieserite in the presence of organic carbon-containing additives or products of their thermal decomposition, which have reducing properties, mineral building materials for various purposes and sulfuric acid are obtained in industry. For example, when firing gypsum (900-1200 ° C), you can get the so-called hydraulic gypsum (xCaSO 4 · yCaO), which when mixed with water gives a hardening, mechanically strong, water-resistant mass (product). Natural kizerite can serve as a good material for producing magnesium oxide MgO, which is used in a mixture with MgCl 2 as magnesia cement [B.V. Nekrasov. Fundamentals of General Chemistry, v.2. Chemistry. M. 1965, p. 330, 275, 271].

Также известно, что при производстве сырьевой смеси (минеральной добавки к портландцементу) в качестве углеродосодержащей добавки к фосфогипсу и доломиту используют природный лигнит-боксит, содержащий до 10% (от веса породы) углерода [а.с. SU 1413070, опубл. Бюл. №28, 30.07.88 г.]. Из этого же источника следует (см. формулу изобретения), что на 1 тонну перерабатываемой смеси фосфогипса и доломита необходимо 0,33 тонны лигнит-боксита, содержащего около 0,033 тонны органических веществ в пересчете на углерод.It is also known that in the production of a raw material mixture (mineral additive to Portland cement), natural lignite-bauxite containing up to 10% (by weight of rock) carbon is used as a carbon-containing additive to phosphogypsum and dolomite [a.s. SU 1413070, publ. Bull. No. 28, 07/30/08]. From the same source it follows (see the claims) that for 1 ton of the processed mixture of phosphogypsum and dolomite, 0.33 tons of lignite-bauxite containing about 0.033 tons of organic substances in terms of carbon are needed.

Этаноламин (NH2CH2CH2OH) также является горючим углеродосодержащим органическим веществом, обладающим восстановительными свойствами [А.А.Петров и др. Органическая химия. Высшая школа. М, 1973, стр.215]. Температура кипения ЭТА -171°С. ЭТА смешивается с водой во всех отношениях. Сам ЭТА и его водные растворы весьма токсичны. Предельно-допустимая концентрация ЭТА в сбросных водах не более 0,01 мг/л. Элементарный состав ЭТА: С - 40, Н - 11, О - 26 и N - 23 мас.%, соответственно. По элементарному составу и процентному содержанию химических элементов в ЭТА он близок к таким горючим, как сухая древесина, торф, мох, лигнит, этиловый спирт [В.И. Перельман. Краткий справочник химика. М., 1955, стр. 295], теплотворная способность которых составляет от 4500 до 6500 ккал/кг топлива. Также известно, что при полном сгорании органических веществ в присутствии кислорода воздуха входящие в их состав углерод и водород целиком превращаются в диоксид углерода и воду, а азот обычно выделяется в свободном состоянии. На этом основан количественный анализ органических веществ [Л.Н.Глинка. Общая химия. Химия. М., 1976, стр.448]. Таким образом, конечными продуктами сжигания ЭТА являются экологически безопасные отходящие горячие газовые сбросы, содержащие CO2, N2 и H2O.Ethanolamine (NH 2 CH 2 CH 2 OH) is also a combustible carbon-containing organic substance with reducing properties [A.A. Petrov et al. Organic chemistry. Graduate School. M, 1973, p. 215]. The boiling point of ETA is -171 ° C. ETA mixes with water in every way. ETA itself and its aqueous solutions are highly toxic. The maximum permissible concentration of ETA in waste water is not more than 0.01 mg / l. The elemental composition of ETA: C - 40, H - 11, O - 26 and N - 23 wt.%, Respectively. In terms of elemental composition and percentage of chemical elements in ETA, it is close to such combustibles as dry wood, peat, moss, lignite, ethyl alcohol [V.I. Perelman. Quick reference chemist. M., 1955, p. 295], whose calorific value is from 4500 to 6500 kcal / kg of fuel. It is also known that with the complete combustion of organic substances in the presence of atmospheric oxygen, their carbon and hydrogen are completely converted to carbon dioxide and water, and nitrogen is usually released in a free state. This is the basis for the quantitative analysis of organic substances [L.N. Glinka. General chemistry. Chemistry. M., 1976, p. 488]. Thus, the final products of ETA combustion are environmentally friendly exhaust hot gas discharges containing CO 2 , N 2 and H 2 O.

В случае переработки жидких отходов АЭС, содержащих этаноламин, в соответствии с предлагаемым способом получаемая перед обжигом 1 тонна продукта (солевой концентрат с ЭТА) будет содержать около 0,167 тонны этаноламина, что в пересчете на углерод составляет не менее 0,07 тонны. Таким образом, предлагаемый способ позволяет при переработке 1 тонны отходов АЭС, содержащих ЭТА, на стадии их обжига одновременно обезвредить до 1 тонны фосфогипса (в пересчете на сухие продукты) и получить на завершающей стадии переработки минеральное сырье, пригодное к использованию на АЭС и в народном хозяйстве.In the case of processing liquid waste of nuclear power plants containing ethanolamine, in accordance with the proposed method, 1 ton of product (salt concentrate with ETA) obtained before firing will contain about 0.167 tons of ethanolamine, which in terms of carbon is at least 0.07 tons. Thus, the proposed method allows for the processing of 1 ton of waste of nuclear power plants containing ETA, at the stage of their roasting, simultaneously neutralize up to 1 ton of phosphogypsum (in terms of dry products) and obtain at the final stage of processing mineral raw materials suitable for use at nuclear power plants and in national the farm.

Принципиально что, предлагаемый способ позволяет совместно обезвреживать и другие нерадиоактивные сбросные минерализованные воды АЭС, не содержащие токсичный этаноламин (воды химических промывок парогенераторов, установок обратного осмоса и ультрафильтрации и др.), а в качестве минеральных добавок при обжиге вместо фосфогипса можно использовать природное сырье (гипс, доломит, мел) или минеральные отходы других промышленных предприятий региона.Fundamentally, the proposed method allows for the simultaneous neutralization of other non-radioactive wastewater mineralized waters of nuclear power plants that do not contain toxic ethanolamine (water of chemical flushing of steam generators, reverse osmosis and ultrafiltration plants, etc.), and you can use natural raw materials instead of phosphogypsum as mineral additives ( gypsum, dolomite, chalk) or mineral waste from other industrial enterprises in the region.

Экспериментально установлено, что при проведении стадий дистилляции и глубокого упаривания кубового остатка при температурах 100-120°С и глубокого обезвоживания продукта при температурах 120-200°С совместно с парами воды летят и низкокипящие газообразные фракции термического разложения ЭТА (аммиак, возможно метиламин и др.). Поэтому целесообразно неконденсируемые вредные газы, образующиеся на этих стадиях, направлять в печь обжига, где они сгорают совместно с этаноламином с образованием воды, азота и углекислого газа, а получаемый конденсат использовать на АЭС в качестве добавочной воды конденсатно-питательного тракта РУ.It was experimentally established that during the stages of distillation and deep evaporation of the bottom residue at temperatures of 100-120 ° C and deep dehydration of the product at temperatures of 120-200 ° C, low-boiling gaseous fractions of the thermal decomposition of ETA (ammonia, possibly methylamine, etc.) fly together with water vapor .). Therefore, it is advisable that the non-condensable harmful gases generated at these stages be sent to the kiln, where they are burned together with ethanolamine to form water, nitrogen and carbon dioxide, and the condensate obtained should be used at nuclear power plants as additional water in the condensate-feed path of the reactor plant.

Стадию глубокого обезвоживания продукта целесообразно завершать после прекращения выделения из него газов и образования в аппарате сыпучего обезвоженного порошка, представляющего собой кристаллическую смесь минеральных и органических солей, пропитанных этаноламином и высококипящими продуктами его частичного термического разложения.It is advisable to complete the stage of deep dehydration of the product after stopping the emission of gases from it and the formation in the apparatus of a free-flowing dehydrated powder, which is a crystalline mixture of mineral and organic salts saturated with ethanolamine and high-boiling products of its partial thermal decomposition.

Оптимальную температуру и время обжига сыпучего порошка, получаемого на стадии глубокого обезвоживания по предлагаемому способу, определяют экспериментально, так как они зависят от солевого состава перерабатываемых отходов, конструкции используемой обжиговой печи, метода нагрева и др.The optimum temperature and firing time of bulk powder obtained at the stage of deep dehydration according to the proposed method is determined experimentally, since they depend on the salt composition of the processed waste, the design of the kiln used, the heating method, etc.

Предлагаемый способ обезвреживания токсичных промышленных отходов реализован в лабораторных условиях следующим образом.The proposed method of neutralizing toxic industrial waste is implemented in laboratory conditions as follows.

В опытах использовали:In the experiments used:

- искусственную смесь кристаллогидратов сернокислых солей Ca, Mg и Na с этаноламином. По количественному и качественному составу смесь соответствовала составу сбросных вод от регенерации Н-катионитовых фильтров системы очистки конденсата АЭС в пересчете на безводные компоненты;- an artificial mixture of crystalline hydrates of sulfate salts of Ca, Mg and Na with ethanolamine. In quantitative and qualitative composition, the mixture corresponded to the composition of waste water from the regeneration of N-cation exchange filters of the NPP condensate purification system in terms of anhydrous components;

- фосфогипс, отобранный с конвейера №5 ООО «Фосфорит» тракта его удаления в отвалы (карты сухого складирования).- phosphogypsum, selected from conveyor No. 5 of LLC “Phosphorite” of the tract for its disposal into dumps (dry storage cards).

Искусственную смесь смешивали в кварцевом тигле с фосфогипсом в весовом соотношении 1:1 в пересчете на сухие компоненты, после чего увлажняли и подвергали при периодическом перемешивании термообработке при 100-120°С до образования в тигле текучего квазигомогенного продукта (стадия, имитирующая процесс глубокого упаривания кубового остатка). Затем температуру продукта в тигле увеличивали и в диапазоне 120-200°С, при периодическом перемешивании проводили стадию глубокого обезвоживания продукта. Критерием завершения процесса являлось прекращение паро- и газовыделения и образование сухого порошкообразного продукта. После охлаждения до комнатной температуры тигель с продуктом помещали в лабораторную электропечь и обжигали при температуре 1000±100°С в течение 15-20 минут. После обжига полученный продукт охлаждали до комнатной температуры и использовали его в прочностных экспериментах в качестве добавки к цементу.The artificial mixture was mixed in a quartz crucible with phosphogypsum in a weight ratio of 1: 1 in terms of dry components, after which it was moistened and subjected to periodic heat treatment at 100-120 ° C until a quasi-homogeneous product was formed in the crucible (stage simulating the deep evaporation of bottoms balance). Then the temperature of the product in the crucible was increased and in the range of 120-200 ° C, with periodic stirring, the stage of deep dehydration of the product was carried out. The criterion for the completion of the process was the cessation of vapor and gas evolution and the formation of a dry powder product. After cooling to room temperature, the crucible with the product was placed in a laboratory electric furnace and calcined at a temperature of 1000 ± 100 ° C for 15-20 minutes. After firing, the resulting product was cooled to room temperature and used in strength experiments as an additive to cement.

Результаты этих экспериментов показали, что прочность изделий (цилиндрические образцы одинаковой геометрической формы), изготовленных из портландцемента (М-500) и портландцемента, содержащего от 10 до 50% объемных добавок, после 28-ми суточного твердения практически одинаковая.The results of these experiments showed that the strength of the products (cylindrical samples of the same geometric shape) made from Portland cement (M-500) and Portland cement containing from 10 to 50% volume additives, after 28 days of hardening, is almost the same.

Предлагаемый способ позволяет провести весь цикл обезвреживания нерадиоактивных сбросных вод АЭС на территории ее размещения с использованием известных отечественных и зарубежных технологий и стандартного промышленного оборудования (возможно, после их частичной конструктивной доработки), применяемых в практике термической переработки жидких и твердых промышленных отходов.The proposed method allows the entire cycle of neutralization of non-radioactive waste water of nuclear power plants in its territory using well-known domestic and foreign technologies and standard industrial equipment (possibly after their partial structural refinement) used in the practice of thermal processing of liquid and solid industrial wastes.

При этом возможно применение комбинированного варианта технологии переработки отходов. Например, промежуточный продукт, полученный на стадии глубокого обезвоживания, может быть переработан (обезврежен, использован) на действующих в регионе расположения АЭС предприятиях по производству цементов, извести и серной кислоты в качестве сырьевой добавки, восстановителя и топлива. Произведенная серная кислота может быть использована при регенерации Н- катионитовых фильтров системы очистки конденсата второго контура АЭС. В конечном итоге все перечисленное может позволить уменьшить финансовые затраты АЭС на приобретение химических реагентов и цемента. Определяющим при этом являются экономические и экологические расчеты и оценки.In this case, it is possible to use a combined version of the technology for processing waste. For example, an intermediate product obtained at the stage of deep dehydration can be processed (rendered harmless, used) at cement, lime and sulfuric acid production plants operating in the region where the NPP is located, as a raw material additive, reducing agent, and fuel. The sulfuric acid produced can be used in the regeneration of H-cation exchange filters of the condensate purification system of the secondary circuit of nuclear power plants. Ultimately, all of the above can reduce the financial costs of nuclear power plants for the purchase of chemicals and cement. The determining factors are economic and environmental calculations and estimates.

В целом использование изобретения позволит снизить техногенное воздействие вредных веществ на окружающую среду регионов и улучшить экологическую обстановку, что является одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в отечественной и зарубежной практике обращения с радиоактивными, токсичными и экологически опасными отходами АЭС и промышленных производств, обеспечить в экологической сфере сохранение и восстановление естественных экосистем, стабилизировать и улучшить качество окружающей среды.In general, the use of the invention will reduce the anthropogenic impact of harmful substances on the environment of the regions and improve the ecological situation, which is one of the priority areas for the development of science, technology and technology in domestic and foreign practice of handling radioactive, toxic and environmentally hazardous waste from nuclear power plants and industrial plants, ensure conservation and restoration of natural ecosystems in the environmental sphere, stabilize and improve the quality of the environment.

Claims (1)

Способ обезвреживания экологически опасных жидких отходов атомных и тепловых электрических станций, включающий их предварительную дистилляцию с получением конденсата и кубового остатка и концентрирование кубового остатка глубоким упариванием до сухого продукта с последующей эвакуацией на специальные полигоны промышленных отходов, отличающийся тем, что полученный после глубокого упаривания отходов обезвоженный солевой продукт, содержащий токсичный этаноламин, смешивают с фосфогипсом и полученную смесь подвергают двухстадийной термической обработке при постоянном перемешивании и температуре 120-200°С до получения сыпучего продукта, после чего продукт обжигают в обжиговой печи при температуре 900-1200°С до полного сгорания этаноламина и завершения процесса термохимического разложения минеральных солей и фосфогипса в известь, оксид магния и диоксид серы, при этом газы, образующиеся на стадиях глубокого упаривания и глубокого обезвоживания отходов, содержащих этаноламин, направляют в печь обжига. The method of neutralizing environmentally hazardous liquid waste from nuclear and thermal power plants, including their preliminary distillation to obtain condensate and bottoms and concentration of the bottoms by deep evaporation to a dry product and subsequent evacuation to special industrial waste landfills, characterized in that the dehydrated obtained after deep evaporation of waste the salt product containing toxic ethanolamine is mixed with phosphogypsum and the resulting mixture is subjected to a two-stage t heat treatment with constant stirring and a temperature of 120-200 ° C until a granular product is obtained, after which the product is calcined in a kiln at a temperature of 900-1200 ° C until ethanolamine is completely burned and the process of thermochemical decomposition of mineral salts and phosphogypsum into lime, magnesium oxide and sulfur dioxide, while the gases formed at the stages of deep evaporation and deep dehydration of waste containing ethanolamine are sent to the kiln.
RU2009104287/03A 2009-02-09 2009-02-09 Method of decontaminating toxic industrial wastes RU2394659C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009104287/03A RU2394659C1 (en) 2009-02-09 2009-02-09 Method of decontaminating toxic industrial wastes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009104287/03A RU2394659C1 (en) 2009-02-09 2009-02-09 Method of decontaminating toxic industrial wastes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394659C1 true RU2394659C1 (en) 2010-07-20

Family

ID=42685869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009104287/03A RU2394659C1 (en) 2009-02-09 2009-02-09 Method of decontaminating toxic industrial wastes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394659C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473013C1 (en) * 2011-07-11 2013-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method to neutralise mineralised waste waters of nuclear and thermal power plants

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГУРВИЧ С.М., КОСТРИКИН Ю.М. Оператор водоподготовки. - М.: Энергоиздат, 1981, с.194-195. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2473013C1 (en) * 2011-07-11 2013-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский технологический институт имени А.П. Александрова" Method to neutralise mineralised waste waters of nuclear and thermal power plants

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shu et al. An innovative method for synergistic stabilization/solidification of Mn2+, NH4+-N, PO43− and F− in electrolytic manganese residue and phosphogypsum
Zhu et al. Thermal treatment of sewage sludge: A comparative review of the conversion principle, recovery methods and bioavailability-predicting of phosphorus
Benassi et al. Sewage sludge ash recovery as valuable raw material for chemical stabilization of leachable heavy metals
KR100757518B1 (en) Method for treating and recycling waste acids, waste alkalies and sludge
CN107537129A (en) A kind of heavy metal stabilizer and its application method for administering incineration of refuse flyash
CN101306798B (en) Process for treating waste liner of aluminium cell catalyzed by coal
Chmielewski et al. Electron beam technology for environmental pollution control
CN103264044A (en) Method for cooperatively removing heavy metal and dioxin out of burnt waste fly ash
Han Industrial solid waste recycling in western China
CN107261826A (en) A kind of cement kiln flue gas catalytically fixed sulphur pulvis
Liu et al. Harmless treatment of electrolytic manganese residue: Ammonia nitrogen recovery, preparation of struvite and nonsintered bricks
CN102151548A (en) Adsorption material for treating phosphorus wastewater and use thereof
Zhang et al. Water-soluble fluorine detoxification mechanisms of spent potlining incineration in response to calcium compounds
Azimova et al. Treatment of waste water contaminated with iron ions on the basis of activated defecate
Liang et al. The resource utilization and environmental assessment of MSWI fly ash with solidification and stabilization: A review
RU2394659C1 (en) Method of decontaminating toxic industrial wastes
CN117923874A (en) Method for cooperatively disposing waste incineration fly ash and landfill leachate membrane concentrate
KR100903604B1 (en) The soil composition the sludge of waste water treatment for recovering an abandoned stony mountain
CN102115299A (en) Preparation method and usage of mineral stabilizer for controlling release of phosphor and heavy metals in dredged sediment
Luo et al. A precipitation-adsorption technique for the removal of fluoride and phosphate in phosphogypsum: an economical and green method
RU2532198C1 (en) Method of producing phosphorus-containing fertiliser from sludge of urban water treatment plants and fertiliser produced using said method
CN110937833A (en) Ardealite baking-free modification treatment method
KR20160075018A (en) Dehydration material manufacturing method of sludge with high water containing rate and dehydration material of the same
CN113248028B (en) Quenching tower salt ash softening agent in rotary kiln incineration process and application method
Caicedo‐Ramirez et al. Engineered addition of slag fines for the sequestration of phosphate and sulfide during mesophilic anaerobic digestion