RU2550367C1 - Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor - Google Patents
Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550367C1 RU2550367C1 RU2013155994/07A RU2013155994A RU2550367C1 RU 2550367 C1 RU2550367 C1 RU 2550367C1 RU 2013155994/07 A RU2013155994/07 A RU 2013155994/07A RU 2013155994 A RU2013155994 A RU 2013155994A RU 2550367 C1 RU2550367 C1 RU 2550367C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- capillary
- porous material
- contaminated liquid
- porous
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к атомной и радиохимической промышленности, а именно к переработке жидких радиоактивных отходов, например воды, содержащей радионуклиды, растворенные соли и твердые частицы радиоактивных элементов.The group of inventions relates to the nuclear and radiochemical industry, namely to the processing of liquid radioactive waste, for example, water containing radionuclides, dissolved salts and solid particles of radioactive elements.
Известен способ отверждения жидких радиоактивных отходов, заключающийся в концентрации радионуклидов упариванием жидкости в непрерывном потоке при 110-160°C, смешивании концентрата с флюсующими добавками, нагреве и плавлении смеси при 1000-1800°C в индукторе, сливе расплава в емкости, формовании и охлаждении блоков с целью последующего захоронения [Патент РФ №2203512, МПК G21F 9/16, опубл. 27.04.2003]. Устройство по известному способу включает емкости для жидких отходов, флюсующих добавок, аппарат концентрирования, состоящий из цилиндрического корпуса, змеевика, сепаратора, узел газоочистки с конденсатором паров воды, генератора теплоносителя, индукционного нагревателя. Основной компонент жидких радиоактивных отходов - вода - после выпаривания и конденсации паров может быть направлена на повторное использование в технологическом процессе или на слив в канализацию.A known method of solidification of liquid radioactive waste, which consists in the concentration of radionuclides by evaporating the liquid in a continuous stream at 110-160 ° C, mixing the concentrate with fluxing additives, heating and melting the mixture at 1000-1800 ° C in the inductor, draining the melt in the tank, molding and cooling blocks for the subsequent burial [RF Patent No. 2203512, IPC G21F 9/16, publ. 04/27/2003]. The device according to the known method includes containers for liquid waste, fluxing additives, a concentration apparatus consisting of a cylindrical body, a coil, a separator, a gas treatment unit with a water vapor condenser, a heat carrier generator, an induction heater. The main component of liquid radioactive waste - water - after evaporation and condensation of vapors can be directed to reuse in the process or to drain into the sewer.
Недостаток известных способа и устройства - высокие затраты энергии, связанные с неоптимальным методом подвода тепла к испаряемой жидкости. Передача тепла осуществляется через стенку змеевика, имеющую термическое сопротивление, которое к тому же возрастает из-за неизбежного образования накипи на теплопередающей поверхности. Потери тепла существенны и в генераторе теплоносителя, трактах подвода теплоносителя к аппарату концентрирования. Другой недостаток - использование большого количества единиц оборудования, контактирующего с радионуклидами, подверженного радиационному загрязнению и требующего очистки или захоронения после вывода из эксплуатации.A disadvantage of the known method and device is the high energy costs associated with the non-optimal method of supplying heat to the evaporated liquid. Heat is transferred through the coil wall, which has thermal resistance, which also increases due to the inevitable scaling on the heat transfer surface. Heat losses are significant in the coolant generator, inlet paths of the coolant to the concentration apparatus. Another drawback is the use of a large number of pieces of equipment in contact with radionuclides, subject to radiation contamination and requiring cleaning or disposal after decommissioning.
Известен способ переработки жидких радиоактивных отходов [Патент РФ №2361300, МПК G21F 9/16, опубл. 10.07.2007], заключающийся в пропитке предварительно сформированных блоков из пористого бетона жидкими радиоактивными отходами, которую осуществляют в герметичном контейнере под давлением. Операцию пропитки выполняют до момента, когда все жидкие радиоактивные отходы заполнят поровый объем бетона, после чего образовавшийся конечный компаунд направляют на длительное хранение в исходном контейнере.A known method of processing liquid radioactive waste [RF Patent No. 2361300, IPC G21F 9/16, publ. July 10, 2007], which consists in impregnating preformed blocks of porous concrete with liquid radioactive waste, which is carried out in an airtight container under pressure. The impregnation operation is performed until all liquid radioactive waste has filled the pore volume of the concrete, after which the resulting final compound is sent for long-term storage in the original container.
Недостаток способа - невысокое содержание (15-50 мас.%) радиоактивных отходов в сформованном изделии из пористого бетона. Для жидких радиоактивных отходов, основу которых составляет вода, способ не предусматривает очистку воды. Вместе с загрязнениями на захоронение поступает относительно большое количество воды.The disadvantage of this method is the low content (15-50 wt.%) Of radioactive waste in the molded product of porous concrete. For liquid radioactive waste, the basis of which is water, the method does not provide for the purification of water. Along with pollution, a relatively large amount of water enters the disposal site.
Известен способ отверждения жидких радиоактивных отходов [Патент РФ №2197763, МПК G21F 9/16, опубл. 27.01.2003], заключающийся в многократной пропитке пористого керамического материала раствором жидких радиоактивных отходов с промежуточным его вентилированием и сушкой и последующей высокотемпературной обработкой. Накопление (сбор) загрязнений в пористом материале достигается удалением жидкости из материала сушкой для подготовки места для раствора при следующей пропитке.A known method of solidification of liquid radioactive waste [RF Patent No. 2197763, IPC G21F 9/16, publ. January 27, 2003], which consists in repeatedly impregnating a porous ceramic material with a solution of liquid radioactive waste with its intermediate ventilation and drying and subsequent high-temperature treatment. The accumulation (collection) of contaminants in the porous material is achieved by removing liquid from the material by drying to prepare a place for the solution during the next impregnation.
К недостаткам известного способа следует отнести необходимость многократного повторения операций по пропитке и сушке, большие затраты времени на кондиционирование, наличие дополнительного оборудования, подверженного радиационному загрязнению.The disadvantages of this method include the need for repeated repetition of the impregnation and drying operations, the large investment of time for conditioning, the presence of additional equipment susceptible to radiation pollution.
Наиболее близким к заявляемому способу, выбранному в качестве прототипа, является способ очистки технологических и природных вод от радионуклидов и устройство для его осуществления [Патент РФ №2099803, МПК G21F 9/12, опубл. 20.12.1997]. Способ заключается в адсорбции из очищаемого раствора примесных ионов сорбентом, расположенным между двумя электродами, при наложении на электроды разности потенциалов, достаточной для омического нагрева раствора, протекающего в зазоре между электродом и засыпкой сорбента. Устройство для очистки представляет собой конструкцию из соосно установленных цилиндрических наружного катода, блока сорбента с перфорированными оболочками и внутреннего анода. Между блоком сорбента и анодом находится полость для протекания очищаемого раствора. Способ и устройство позволяют проводить очистку жидкости и сбор радионуклидов в засыпке в непрерывном режиме при использовании минимального количества оборудования без принудительной прокачки жидкости.Closest to the claimed method, selected as a prototype, is a method for purifying process and natural waters from radionuclides and a device for its implementation [RF Patent No. 2099803, IPC G21F 9/12, publ. 12/20/1997]. The method consists in adsorption of impurity ions from a purified solution by a sorbent located between two electrodes, when a potential difference is applied to the electrodes that is sufficient for ohmic heating of the solution flowing in the gap between the electrode and the sorbent filling. The cleaning device is a design of coaxially mounted cylindrical outer cathode, a sorbent block with perforated shells and an inner anode. Between the block of sorbent and the anode is a cavity for the flow of the cleaned solution. The method and device allows for the purification of liquids and the collection of radionuclides in the filling in continuous mode using a minimum amount of equipment without forced pumping of the liquid.
Недостаток известного способа - низкий коэффициент очистки жидкости, обусловленный тем, что в сорбент переносятся только ионы и частицы взвесей, имеющие электрический заряд. Радионуклиды, находящиеся в молекулярной и коллоидной форме, из жидкости не удаляются. Коэффициент очистки жидкости сорбционным методом, который положен в основу известного способа, не превышает 102 [Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. М.: Энергоатомиздат, 1985, 184 с]. В приведенном в описании к патенту РФ №2099803 примере при очистке водного раствора, содержащего Cs - 137, с удельной активностью 10-3 Ku/л при очистке в течение 50 часов активность раствора уменьшилась до 10-5 Ku/л, тогда как допустимая норма на сброс воды в открытую гидросеть - не более 1,5×10-10 Ku/л. Дальнейшая очистка известным способом приводит к существенному росту времени очистки и затраты энергии становятся сопоставимыми с затратами при методах, использующих энергоемкое выпаривание, но где может быть обеспечен коэффициент очистки до 108.The disadvantage of this method is the low coefficient of liquid purification, due to the fact that only ions and suspended particles having an electric charge are transferred to the sorbent. Radionuclides in molecular and colloidal form are not removed from the liquid. The coefficient of liquid purification by the sorption method, which is the basis of the known method, does not exceed 10 2 [Nikiforov A.S. and other neutralization of liquid radioactive waste. M .: Energoatomizdat, 1985, 184 s]. In the example given in the description of the patent of the Russian Federation No. 2099803, when cleaning an aqueous solution containing Cs - 137, with a specific activity of 10 -3 Ku / l, when cleaning for 50 hours, the activity of the solution decreased to 10 -5 Ku / l, while the permissible norm for discharge of water into an open hydraulic network - not more than 1.5 × 10 -10 Ku / l. Further purification in a known manner leads to a significant increase in purification time and energy costs become comparable to the costs for methods using energy-intensive evaporation, but where a purification coefficient of up to 10 8 can be achieved.
Технический результат при использовании настоящей группы изобретений - повышение эффективности очистки жидкости от радионуклидов при минимальных энергетических затратах на наиболее энергоемкие операции.The technical result when using this group of inventions is to increase the efficiency of purification of liquids from radionuclides with minimal energy costs for the most energy-intensive operations.
Технический результат достигается тем, что в способе очистки жидкостей, содержащих радионуклиды, включающем размещение в загрязненной жидкости элемента из пористого материала и компактирование загрязнений в пористом материале при пропускании через жидкость электрического тока, согласно изобретению в качестве пористого материала используют материал, обладающий капиллярными свойствами, один конец капиллярно-пористого элемента частично погружают в загрязненную жидкость, а на другом путем пропускания электрического тока создают зону выпаривания, в которую транспортируют загрязненную жидкость за счет капиллярных свойств пористого материала, компактирование загрязнений в капиллярно-пористом элементе осуществляют путем нагрева жидкости до кипения в зоне выпаривания, а образовавшийся пар конденсируют с получением очищенной жидкости.The technical result is achieved by the fact that in the method of purification of liquids containing radionuclides, comprising placing an element of a porous material in a contaminated liquid and compacting contaminants in a porous material by passing an electric current through the liquid, according to the invention, a material having capillary properties is used as a porous material the end of the capillary-porous element is partially immersed in a contaminated liquid, and on the other by creating an electric current, a zone is created evaporation, in which the contaminated liquid is transported due to the capillary properties of the porous material, the contamination is compacted in the capillary-porous element by heating the liquid to a boil in the evaporation zone, and the resulting vapor is condensed to obtain a purified liquid.
В качестве капиллярно-пористого материала возможно использование материалов, содержащих природные сорбенты и пригодных для дальнейшего отверждения цементацией или остекловыванием для последующего захоронения.As a capillary-porous material, it is possible to use materials containing natural sorbents and suitable for further curing by carburizing or vitrification for subsequent burial.
В качестве капиллярно-пористого материала возможно использование материалов, пригодных для последующей переработки сжиганием.As a capillary-porous material, it is possible to use materials suitable for subsequent processing by burning.
Согласно заявленному способу возможно одновременное проведение входящих в технологический процесс очистки операций - осаждение крупных частиц, фильтрация через пористый материал жидкости, содержащей загрязнения в виде взвесей твердых мелкодисперсных частиц, масел и растворов солей, и выпаривание - при непрерывной подаче жидкости в одной и той же емкости. Причем подачу жидкости в зону выпаривания осуществляют за счет капиллярных сил по опущенному в жидкость элементу из капиллярно-пористого материала, а выпаривание проводят нагревом жидкости до кипения пропусканием электрического тока через тот же элемент.According to the claimed method, it is possible to simultaneously carry out operations that are part of the cleaning process — precipitation of large particles, filtering through a porous material a liquid containing impurities in the form of suspensions of solid fine particles, oils and salt solutions, and evaporation — with continuous supply of liquid in the same container . Moreover, the supply of liquid to the evaporation zone is carried out due to capillary forces along the element from the capillary-porous material immersed in the liquid, and the evaporation is carried out by heating the liquid to a boil by passing an electric current through the same element.
В случае переработки жидких радиоактивных отходов для последующего захоронения радионуклидов в качестве материалов для капиллярно-пористых элементов используют содержащие природные сорбенты материалы, пригодные для получения из них долговечного камня известными способами, например остекловыванием или цементацией. Таким требованиям отвечают выпускаемые промышленностью кирпичи или плиты из легковесной пористой керамики (пенокварц, пенокорунд, диатом, шамот и др.).In the case of processing liquid radioactive waste for the subsequent disposal of radionuclides, materials containing natural sorbents are used as materials for capillary-porous elements, suitable for producing durable stone from them by known methods, for example vitrification or carburizing. These requirements are met by industrial bricks or slabs made of lightweight porous ceramics (foam quartz, foam corundum, diatom, chamotte, etc.).
При очистке жидкостей с концентрированием радиоактивных загрязнений для последующей их регенерации используют элементы из материалов, которые для извлечения накопленных в них полезных веществ можно сжечь или растворить, используя известные методы щелочной или азотно-фторидной обработки.When cleaning liquids with the concentration of radioactive contaminants for their subsequent regeneration, elements from materials are used that can be burned or dissolved to extract the beneficial substances accumulated in them using known methods of alkaline or nitrogen-fluoride treatment.
Заявленный способ реализуется при помощи устройства, включающего емкость для загрязненной жидкости и размещенный в ней элемент из пористого материала, снабженный электродами, в котором согласно изобретению элемент из пористого материала по существу представляет собой фитиль, нижняя часть которого погружена в жидкость, а верхняя часть размещена между электродами с обеспечением контакта, емкость для загрязненной жидкости герметизирована верхней и нижней крышками и оборудована в нижней части подводящим и в верхней крышке отводящим патрубками, соединенными соответственно с трубопроводом для подвода загрязненной жидкости и паропроводом, соединенным с конденсатором-холодильником.The claimed method is implemented using a device including a container for contaminated liquid and an element made of porous material provided with electrodes, in which according to the invention the element of porous material is essentially a wick, the lower part of which is immersed in the liquid, and the upper part is placed between with contact electrodes, the container for contaminated liquid is sealed by the upper and lower covers and equipped in the lower part with a supply path and in the upper cover with a discharge path ubkami, connected respectively to a line for supplying the contaminated liquid and steam pipe connected to a condenser refrigerator.
Устройство может быть дополнительно снабжено боксом с рабочей зоной и сообщающимися с ним верхней и нижней буферными емкостями, при этом верхняя буферная емкость установлена на выходе паропровода, а нижняя - соединена с подводящим патрубком посредством трубопровода, снабженного вентилем.The device can be additionally equipped with a box with a working area and upper and lower buffer tanks that communicate with it, while the upper buffer tank is installed at the outlet of the steam pipe, and the lower one is connected to the inlet pipe via a pipe equipped with a valve.
Для периодического удаления осадка в нижней крышке выполнено отверстие, а для исключения возможной конденсации на паропроводе установлен подогреватель пара.A hole is made in the bottom cover for periodic removal of sediment, and a steam heater is installed on the steam line to prevent possible condensation.
Основные операции предлагаемого способа очистки:The main operations of the proposed cleaning method:
- загрязненную жидкость непрерывно (кроме остановок для удаления осадка и замены отработавшего капиллярно-пористого элемента) подают в емкость, где она частично отстаивается (крупные частицы твердых материалов выпадают в осадок);- the contaminated liquid is continuously (except for stops to remove sediment and replace the spent capillary-porous element) fed to a container where it partially settles (large particles of solid materials precipitate);
- за счет капиллярных сил жидкость, содержащая растворы солей и взвеси мелкодисперсных частиц, по капиллярно-пористому материалу опущенного в жидкость элемента непрерывно подается в зону кипения, расположенную в верхней части элемента. При перемещении жидкости по капиллярно-пористому материалу частицы взвесей, размеры которых меньше или близки к размерам пор, оседают на поверхностях поровых каналов и в тупиковых порах, в сужениях каналов;- due to capillary forces, a liquid containing solutions of salts and suspended particles of finely dispersed particles is continuously fed through the capillary-porous material of the element lowered into the liquid into the boiling zone located in the upper part of the element. When a fluid moves through a capillary-porous material, particles of suspensions, the sizes of which are smaller or close to the size of the pores, settle on the surfaces of the pore channels and in dead ends, in the narrowing of the channels;
- через участок элемента, размещенный между электродами, пропускают переменный ток. Электропроводность жидкости, через которую проходит ток, зависит от состава загрязнений, и величину тока, обеспечивающую нагрев и кипение жидкости в пористом материале, устанавливают так, чтобы количество испаряемой жидкости совпадало с количеством поступающей в емкость. Использование для нагрева жидкости переменного тока существенно повышает ресурс работы электродов;- an alternating current is passed through a portion of the cell located between the electrodes. The electrical conductivity of the liquid through which the current passes depends on the composition of the contaminants, and the amount of current that provides heating and boiling of the liquid in the porous material is set so that the amount of evaporated liquid matches the amount entering the container. The use of alternating current for heating a liquid significantly increases the life of the electrodes;
- периодически удаляют осадок через отверстие в нижней крышке емкости и меняют капиллярно-пористый элемент. Осадок и элементы готовят либо на захоронение, либо на переработку для извлечения полезных веществ.- periodically remove the sediment through the hole in the lower lid of the container and change the capillary-porous element. Sludge and elements are prepared either for burial or for processing to extract useful substances.
Преимущества способа и устройства - минимальные энергетические затраты на проведение наиболее энергоемкой операции - выпаривании жидкости. Жидкость нагревается до кипения непосредственным пропусканием через нее электрического тока, а не передачей тепла через стенку (котла, змеевика или тэна), имеющую термическое сопротивление, на которой будет образовываться накипь, увеличивающая потери тепла. Исключаются потери, связанные с нагревом излишних объемов жидкости: испаряют только такую часть жидкости из емкости, которая возвращается в работу в замкнутом технологическом цикле.The advantages of the method and device are the minimum energy costs for the most energy-intensive operation - evaporation of the liquid. The liquid is heated to a boil by directly passing electric current through it, and not by transferring heat through the wall (boiler, coil or heating element), which has thermal resistance, on which scale will form, increasing heat loss. Losses associated with the heating of excessive volumes of liquid are excluded: only that part of the liquid is evaporated from the tank, which returns to work in a closed technological cycle.
К преимуществам заявляемой группы изобретений по сравнению с техническим решением, например по патенту РФ №2203512, следует отнести сокращение количества используемого при очистке оборудования. Осаждение, фильтрация, выпаривание ведутся в одной и той же емкости. Отсутствует потребность в насосе для прокачки жидкости через фильтр.The advantages of the claimed group of inventions compared with the technical solution, for example, according to the patent of the Russian Federation No. 2203512, include the reduction in the amount of equipment used in cleaning. Precipitation, filtration, evaporation are carried out in the same tank. There is no need for a pump to pump fluid through the filter.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено устройство для осуществления предложенного способа очистки воды от взвесей твердых частиц и растворенных солей, работающее в составе непрерывно действующей установки с замкнутым контуром. Жидкость после очистки возвращается в рабочий контур.The invention is illustrated by the drawing, which shows a device for implementing the proposed method for purifying water from suspensions of solid particles and dissolved salts, operating as part of a continuously operating installation with a closed loop. After cleaning, the liquid returns to the working circuit.
Устройство состоит из емкости выпаривания 1 с нижней 2 и верхней 3 крышками, трубопровода 4 для подвода загрязненной воды, фитиля 5 (элемента из капиллярно-пористого материала) в виде бруска, размещенного между двумя плоскими электродами 6 - пластинами из нержавеющей стали. В нижней крышке 2 выполнено отверстие для периодического удаления осадка, в верхней крышке 3 - патрубок для выхода пара в паропровод 7, соединенный с конденсатором-холодильником 8. Элементы устройства размещены по высоте таким образом, чтобы жидкость самотеком (без насосов) перетекала по трубопроводу 4 из рабочей зоны, где жидкость загрязняется радионуклидами (бокс 9), в емкость 1 и из конденсатора-холодильника 8 очищенная жидкость самотеком поступала в рабочую зону (бокс 9). Контур жидкости замыкается участком с паропроводом, где жидкость с нижнего уровня (зоны выпаривания) в паровой фазе переносится на верхний (конденсатор-холодильник). Для исключения возможной конденсации жидкости в паропроводе 7 и возврата ее в емкость 1 на паропроводе установлен подогреватель пара 10. Непрерывность работы технологического контура с предлагаемым устройством очистки обеспечивается установкой верхней 11 и нижней 12 буферных емкостей с вентилем 13. При удалении осадка и замене фитиля 5 перекрывается вентиль 13 и для работы используется запас очищенной жидкости из емкости 11, отработавшая жидкость временно собирается в нижней буферной емкости 12.The device consists of an evaporation tank 1 with a lower 2 and upper 3 covers, a pipe 4 for supplying contaminated water, a wick 5 (an element of capillary-porous material) in the form of a bar placed between two flat electrodes 6 - stainless steel plates. An opening is made in the bottom cover 2 for periodic removal of sludge, in the top cover 3 there is a pipe for steam to exit into the steam line 7 connected to the condenser-cooler 8. The elements of the device are placed in height so that the fluid flows by gravity (without pumps) through the pipe 4 From the working area where the liquid is contaminated with radionuclides (Box 9), into the tank 1 and from the condenser-cooler 8, the purified liquid by gravity entered the working area (Box 9). The liquid circuit is closed by a section with a steam line, where liquid from the lower level (evaporation zone) in the vapor phase is transferred to the upper one (condenser-cooler). To eliminate the possible condensation of liquid in the steam line 7 and return it to the tank 1, a steam heater is installed on the steam line 10. The continuity of the technological circuit with the proposed cleaning device is ensured by the installation of the upper 11 and lower 12 buffer tanks with valve 13. When removing sediment and replacing the wick 5 is blocked valve 13 and for operation, a stock of purified liquid from the tank 11 is used, the spent liquid is temporarily collected in the lower buffer tank 12.
Устройство работает следующим образом. Загрязненная жидкость по трубопроводу 4 непрерывно через буферную емкость 12 поступает из бокса 9 в емкость выпаривания 1 и далее по частично опущенному в жидкость фитилю 5 за счет капиллярных сил поступает в зону выпаривания, где кипение жидкости обеспечивается пропусканием через нее электрического тока от электродов 6. Крупные частицы загрязнений осаждаются на нижней крышке 2, образующие взвеси мелкодисперсные частицы и растворенные соли с жидкостью поступают в пористый материал фитиля 5, где накапливаются по мере выпаривания поступающей жидкости. Пар из фитиля 5 через патрубок в крышке 3 поступает в паропровод 7 и далее в холодильник 8, где конденсируется, и конденсат стекает через верхнюю буферную емкость 11 в рабочий бокс 9.The device operates as follows. The contaminated liquid through the pipe 4 continuously through the buffer tank 12 enters from the box 9 into the evaporation tank 1 and then through the wick 5 partially lowered into the liquid due to capillary forces enters the evaporation zone, where the boiling of the liquid is ensured by passing electric current through it from the electrodes 6. Large contaminant particles are deposited on the bottom cover 2, suspensions of fine particles and dissolved salts with the liquid enter the porous material of the wick 5, where they accumulate as they evaporate th fluid. Steam from the wick 5 through the pipe in the lid 3 enters the steam line 7 and then into the refrigerator 8, where it condenses, and the condensate flows through the upper buffer tank 11 into the working box 9.
Извлекаемые из емкости 1 осадок и капиллярно-пористый элемент в зависимости от состава загрязнений передаются на регенерацию либо на подготовку для захоронения. Перед заменой фитиля 5 перекрывается вентиль 13 и выпаривание продолжается до полного удаления жидкости из пористого материала.The sediment and capillary-porous element extracted from the tank 1, depending on the composition of the contaminants, are transferred to regeneration or to preparation for burial. Before replacing the wick 5, the valve 13 is closed and evaporation continues until the liquid is completely removed from the porous material.
Использование группы изобретений позволяет:Using the group of inventions allows:
- проводить осаждение крупных фракций загрязнений, фильтрацию взвесей, сбор загрязнений в пористом материале и выпаривание в одной емкости. Капиллярно-пористый элемент (фитиль) выполняет функции фильтра, тракта для перемещения жидкости в зону выпаривания, генератора пара и матрицы для иммобилизации радионуклидов;- carry out the deposition of large fractions of contaminants, filtering the suspension, collecting contaminants in the porous material and evaporation in one tank. The capillary-porous element (wick) acts as a filter, a path for moving liquid into the evaporation zone, a steam generator and a matrix for immobilizing radionuclides;
- снизить энергетические затраты за счет оптимизации способа подвода энергии к испаряемой жидкости. Нагрев осуществляется пропусканием электрического тока непосредственно через жидкость, минуя промежуточные устройства для нагрева с присущими для них потерями тепла, например при передаче тепла через стенку. Исключаются потери энергии, связанные с необходимостью прокачки жидкости с высокими перепадами давления на плотных фильтрах, предназначенных для удержания наноразмерных частиц, и соответственно исключается необходимость применения насосов;- reduce energy costs by optimizing the method of supplying energy to the evaporated liquid. The heating is carried out by passing an electric current directly through the liquid, bypassing the intermediate devices for heating with their inherent heat loss, for example, when heat is transmitted through the wall. Energy losses are excluded due to the need to pump liquid with high pressure drops on dense filters designed to hold nanosized particles, and accordingly the need for pumps is eliminated;
- снизить объем работ по подготовке материала на захоронение. Преобладающая часть загрязнений кондиционируется в сформованном капиллярно-пористом элементе (фитиле), геометрия которого позволяет проводить, например остекловывание блока в индукторах по методу «холодного» тигля, т.е. известным способом на существующем оборудовании;- reduce the amount of work on the preparation of material for disposal. The predominant part of the contaminants is conditioned in a molded capillary-porous element (wick), the geometry of which allows, for example, vitrification of the block in the inductors according to the “cold” crucible method, i.e. in a known manner on existing equipment;
- вести очистку жидкости от радиоактивных загрязнений без прерывания технологического процесса. Накопление радиоактивных отходов в капиллярно-пористом материале элемента до максимально возможного значения, определяемого объемом пор или критическими параметрами, допускаемыми правилами ядерной безопасности, ведется непрерывно, а не многократной пропиткой пористого материала с промежуточным его вентилированием и сушкой, применяемыми в способе по патенту РФ №2197763 (Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН).- to conduct liquid purification from radioactive contamination without interrupting the process. The accumulation of radioactive waste in the capillary-porous material of the element to the maximum possible value, determined by the pore volume or critical parameters allowed by the nuclear safety rules, is carried out continuously, and not by repeatedly impregnating the porous material with its intermediate ventilation and drying, used in the method according to RF patent No. 2197763 (V.I.Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences).
Пример конкретного осуществления способаAn example of a specific implementation of the method
Очистка воды, используемой в операциях финишной обработки топливных таблеток твэлов из двуокиси урана. При шлифовке торцевых поверхностей таблеток в воду вместе с продуктами износа инструмента (алмазных кругов) попадают частицы материала таблеток. Размеры частиц - от десятых долей миллиметра до нанометров. Микрочастицы образуют в воде взвесь, трудновыделяемую методами седиментации.Purification of water used in the finishing operations of fuel pellets of fuel elements of uranium dioxide. When grinding the end surfaces of the tablets, particles of the material of the tablets fall into the water together with the wear products of the tool (diamond wheels). Particle sizes range from tenths of a millimeter to nanometers. Microparticles form a suspension in water, which is difficult to isolate by sedimentation methods.
Загрязненную отходами шлифования и полирования воду из бокса, где ведут финишную обработку, непрерывно сливают через нижнюю буферную емкость объемом 6 литров по трубопроводу в емкость для выпаривания, выполненную из фторопласта. В емкости для выпаривания размещен капиллярно-пористый элемент - пакет из фильтровальной бумаги, выполненный в форме бруска с размерами 60×100×200 мм. Брусок установлен вертикально на нижней крышке между двумя пластинами из нержавеющей стали размером 100×160 мм. Пластины плотно прижаты к противоположным поверхностям бруска в его верхней части и соединены токоподводами через герметичные вводы с регулируемым источником питания. Нижняя часть бруска опущена в жидкость, уровень которой может меняться от нижней крышки до электродов.The water contaminated by grinding and polishing waste from the box where the finishing is being carried out is continuously drained through a lower buffer tank of 6 liters through a pipeline into an evaporation tank made of fluoroplastic. A capillary-porous element is placed in the evaporation tank - a filter paper bag made in the form of a bar with dimensions of 60 × 100 × 200 mm. The block is mounted vertically on the bottom cover between two stainless steel plates measuring 100 × 160 mm. The plates are tightly pressed to opposite surfaces of the bar in its upper part and are connected by current leads through sealed bushings with an adjustable power source. The lower part of the bar is lowered into a liquid, the level of which can vary from the lower cover to the electrodes.
Концентрирование загрязнений осуществляется осаждением крупных частиц на дне емкости и сбором мелких частиц (взвеси) в капиллярно-пористом материале элемента: вода со взвешенными частицами за счет капиллярных сил непрерывно поступает в зону кипения, расположенную в верхней части бруска между электродами. Пары воды из бруска выходят через отверстие в верхней крышке и по подогреваемому электрическим нагревателем мощностью 0,3 кВт трубопроводу подаются в конденсатор-холодильник, размещенный выше рабочего бокса и верхней буферной емкости. Конденсат (очищенная вода) сливается в верхнюю буферную емкость и далее через регулирующий кран (на чертеже не показан) поступает в участок шлифования для повторного использования.The concentration of contaminants is carried out by the deposition of large particles at the bottom of the tank and the collection of small particles (suspension) in the capillary-porous material of the element: water with suspended particles due to capillary forces continuously enters the boiling zone located in the upper part of the bar between the electrodes. Vapors of water from the bar exit through an opening in the top cover and, through a 0.3 kW electric heater, are piped to a condenser-cooler located above the working box and upper buffer tank. Condensate (purified water) is discharged into the upper buffer tank and then through the control valve (not shown in the drawing) enters the grinding area for reuse.
Отработавший брусок из фильтровальной бумаги с собранными в нем отходами шлифования (частицами двуокиси урана и абразива - алмазной крошки) без сушки размещают в печи для сжигания и после сжигания из золы извлекают окислы урана по известной технологии.The spent whetstone from filter paper with the grinding waste collected therein (uranium dioxide particles and abrasive particles - diamond chips) is placed in the combustion furnace without drying and, after burning, uranium oxides are extracted from ash using a known technology.
Расход воды, необходимый для выполнения операций шлифования и полирования, ~ 0,5-2,0 г/с. Мощность для превращения такого расхода воды в пар 1.5-6 кВт. При площади рабочей (контактирующей с капиллярно-пористым элементом) поверхности электрода 150 см2, необходимая мощность обеспечивается при токе через элемент до 30 А и напряжении до 220 В. Объем элемента ~1200 см3 и при пористости материала 0,7 свободное пространство, где собираются загрязнения, составит 0,84 литра, т.е. в одном элементе в зависимости от плотности концентрируемых веществ можно собрать несколько килограмм загрязнений, содержащих радионуклиды.The water consumption necessary for grinding and polishing operations is ~ 0.5-2.0 g / s. The power for turning such a water flow into steam is 1.5-6 kW. When the working surface area (in contact with the capillary-porous element) of the electrode surface is 150 cm 2 , the required power is provided at a current through the element up to 30 A and voltage up to 220 V. The cell volume is ~ 1200 cm 3 and with a material porosity of 0.7 free space, where pollution is going to be 0.84 liters, i.e. in one element, depending on the density of the substances to be concentrated, several kilograms of contaminants containing radionuclides can be collected.
При шлифовании в литр охлаждающей воды попадает до 2% весовых материала абразива и таблеток двуокиси урана. Примерно пятая часть загрязнений - частицы твердого материала размером 0,1-1,0 мм. Эти частицы осаждаются на нижней крышке. Частицы меньших размеров накапливаются в материале капиллярно-пористого (фильтрующего) элемента. За смену при непрерывном расходе воды в замкнутом технологическом контуре 2 г/с в капиллярно-пористом элементе собирается 600-700 г загрязнений, содержащих радионуклиды, 40-50 литров очищенной воды возвращается на повторное использование.When grinding, up to 2% by weight of abrasive material and uranium dioxide tablets fall into a liter of cooling water. About a fifth of the contaminants are particles of solid material with a size of 0.1-1.0 mm. These particles are deposited on the bottom cover. Smaller particles accumulate in the material of the capillary-porous (filtering) element. For a shift with a continuous flow of water in a closed technological circuit of 2 g / s in a capillary-porous element, 600-700 g of contaminants containing radionuclides are collected, 40-50 liters of purified water are returned for reuse.
Другой пример конкретного осуществления способа и устройства - очистка отработанных дезактивирующих растворов, например щелочных растворов перманганата калия, содержащих растворенные радиоактивные отложения, а также очистка вод, используемых для промежуточных промывок между щелочной и кислотной обработкой дезактивируемых изделий. Составы дезактивирующих растворов указаны в «Правилах технологического проектирования атомных станций. РД 210.006-90». В дезактивирующем щелочном растворе содержится ~30 г/л NaOH или KОН и 2-5 г/л перманганата калия, в промывочных водах концентрации этих веществ на несколько порядков меньше. Отработанный раствор из ванны дезактивации периодически по трубопроводу с краном подают в емкость концентрирования, выполненную из фторопласта. В емкости установлено несколько, например четыре, капиллярно-пористых элемента, выполненных в виде брусков из высокопористой кварцевой керамики. Каждый из брусков размещен между двумя электродами - плоскими пластинами из нержавеющей стали. Размеры бруска - 60×100×200 мм, электрода - 100×160 мм. Электроды прижаты в верхней части бруска к его противоположным граням. Свободный нижний конец бруска опущен в раствор.Another example of a specific implementation of the method and device is the purification of spent deactivating solutions, for example, alkaline solutions of potassium permanganate containing dissolved radioactive deposits, as well as the purification of waters used for intermediate washes between alkaline and acid treatment of decontaminated products. The compositions of deactivating solutions are specified in the "Rules for the technological design of nuclear plants. RD 210.006-90. " The decontaminating alkaline solution contains ~ 30 g / l NaOH or KOH and 2-5 g / l potassium permanganate, and the concentrations of these substances in wash water are several orders of magnitude lower. The spent solution from the decontamination bath is periodically fed through a pipeline with a tap to a concentration tank made of fluoroplastic. Several, for example, four capillary-porous elements are installed in the tank, made in the form of bars of highly porous quartz ceramics. Each of the bars is placed between two electrodes - flat stainless steel plates. The dimensions of the bar are 60 × 100 × 200 mm, the electrode is 100 × 160 mm. The electrodes are pressed in the upper part of the bar to its opposite sides. The free lower end of the bar is lowered into the solution.
За счет капиллярных сил раствор поступает в зону кипения, вода испаряется, соли вместе с загрязнениями накапливаются в материале брусков. Нагрев до кипения осуществляется пропусканием переменного тока через жидкость. Каждая пара электродов соединена параллельно с источником питания. Пар поступает в конденсатор-холодильник, конденсат (очищенная вода) возвращается для повторного использования.Due to capillary forces, the solution enters the boiling zone, water evaporates, salts, along with impurities, accumulate in the material of the bars. Heating to a boil is carried out by passing alternating current through a liquid. Each pair of electrodes is connected in parallel with a power source. Steam enters the condenser-refrigerator, condensate (purified water) is returned for reuse.
При размещении в емкости кондиционирования четырех капиллярно-пористых элементов (брусков) рабочая площадь электродов составит ~600 см2 и при плотности тока 0,1-0,2 А/см2 общий ток через бруски составит 60-120 А, мощность - 12-25 кВт и производительность до 30 литров в час очищенной воды. В одном элементе (бруске) из пенокварца пористостью 0,8 можно собрать до 2 кг солей, содержащих загрязнения с радионуклидами. Для рассматриваемого щелочного дезактивирующего раствора количество солей с загрязнениями не будет превышать 40 г на литр и при накоплении в брусках 8 кг предназначенного на захоронение вещества будет очищено ~200 литров воды в течение 7 часов при затрате электроэнергии не более 175 киловатт-часа. После полного удаления воды сушкой брусков пропусканием тока без подачи жидких отходов в емкость кондиционирования бруски передаются на остекловывание по известной технологии.When four capillary-porous elements (bars) are placed in the conditioning tank, the working area of the electrodes will be ~ 600 cm 2 and at a current density of 0.1-0.2 A / cm 2, the total current through the bars will be 60-120 A, power - 12- 25 kW and a capacity of up to 30 liters per hour of purified water. Up to 2 kg of salts containing contaminants with radionuclides can be collected in one element (bar) from a foam quartz with a porosity of 0.8. For the alkaline decontamination solution in question, the amount of salts with impurities will not exceed 40 g per liter, and if 8 kg of the substance intended for burial is accumulated in the bars, ~ 200 liters of water will be purified within 7 hours with an electric power consumption of no more than 175 kilowatt hours. After complete removal of water by drying the bars by passing current without supplying liquid waste to the conditioning tank, the bars are transferred to vitrification using a known technology.
Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить коэффициент очистки жидкости при оптимальных затратах энергии на очистку, сократить количество оборудования, контактирующего с радиоактивными отходами при очистке, использовать для сбора загрязнений на последующее захоронение готовых сформованных материалов, выпускаемых промышленностью.The proposed method and device can increase the coefficient of liquid purification at optimal energy consumption for cleaning, reduce the amount of equipment in contact with radioactive waste during cleaning, and use it to collect contaminants for subsequent disposal of finished molded materials manufactured by the industry.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155994/07A RU2550367C1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013155994/07A RU2550367C1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2550367C1 true RU2550367C1 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=53293950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013155994/07A RU2550367C1 (en) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2550367C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2616447C1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-04-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method for cleaning liquid containing radionuclides, and device for its implementation |
| RU2668610C2 (en) * | 2016-09-09 | 2018-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Нано Инвест" | Automated high-frequency system for sealing radioactive wastes |
| RU2694816C1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-07-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method of restoring safety barriers at a radioactive wastes disposal station |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4363757A (en) * | 1978-04-29 | 1982-12-14 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method for noncontaminating solidification for final storage of aqueous, radioactive waste liquids |
| GB2160009A (en) * | 1984-04-21 | 1985-12-11 | Wiederaufarbeitung Von Kernbre | Apparatus for the vitrification of fluid highly radioactive wastes |
| RU2099803C1 (en) * | 1996-04-01 | 1997-12-20 | Свердловский филиал Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники | Method and device for cleaning process and natural water from radionuclides |
| RU2197763C1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-01-27 | Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН | Method for solidifying liquid radioactive wastes and ceramic material used for the purpose |
-
2013
- 2013-12-18 RU RU2013155994/07A patent/RU2550367C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4363757A (en) * | 1978-04-29 | 1982-12-14 | Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Method for noncontaminating solidification for final storage of aqueous, radioactive waste liquids |
| GB2160009A (en) * | 1984-04-21 | 1985-12-11 | Wiederaufarbeitung Von Kernbre | Apparatus for the vitrification of fluid highly radioactive wastes |
| RU2099803C1 (en) * | 1996-04-01 | 1997-12-20 | Свердловский филиал Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники | Method and device for cleaning process and natural water from radionuclides |
| RU2197763C1 (en) * | 2001-11-08 | 2003-01-27 | Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН | Method for solidifying liquid radioactive wastes and ceramic material used for the purpose |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2616447C1 (en) * | 2016-06-30 | 2017-04-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Method for cleaning liquid containing radionuclides, and device for its implementation |
| RU2668610C2 (en) * | 2016-09-09 | 2018-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Нано Инвест" | Automated high-frequency system for sealing radioactive wastes |
| RU2694816C1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-07-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method of restoring safety barriers at a radioactive wastes disposal station |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201010528Y (en) | Processing system for recycling ferrous chloride crystal and hydrochloric acid from hydrochloric acid waste liquid | |
| JP6220114B2 (en) | Decontamination method and apparatus for radioactive cesium solid contamination | |
| CN101254984B (en) | Centralized processing technique for slop oil and acidic oil and processing system thereof | |
| RU2550367C1 (en) | Method of purifying liquids containing radionuclides and apparatus therefor | |
| JPS60178399A (en) | Method and device for decontaminating facility part contaminated by radioactive substance | |
| CN103420532A (en) | Processing method of sewage in oil fields by using film evaporator | |
| CN102642972B (en) | Zero-discharging treatment method of high concentration electroplating wastewater | |
| RU2577512C1 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes and recycling thereof | |
| CN107555692A (en) | A kind of water oil separating method of emulsion waste liquid | |
| CN103794260A (en) | Evaporation treatment method for radioactive waste liquids of nuclear power plant | |
| CN102161542B (en) | Method and device for precisely processing nuclear power station condensation water | |
| CN205590487U (en) | Chemistry nickel liquid waste processing system | |
| CN104759462A (en) | Soil leaching quality-improvement restoration device with tail gas treatment function | |
| CN105254096A (en) | Preprocessing method and device for gasification ammonia-cyanide-phenol-contained circulating water | |
| CN101531424A (en) | Sewage purification and reuse process and equipment thereof | |
| CN204769855U (en) | Soil eluting carries matter prosthetic devices | |
| Isaxodjayev et al. | Experimental electro coagulation unit for pretreament of mains water for dteam generation at thermal power plants | |
| RU2203512C2 (en) | Method and device for immobilizing liquid radioactive wastes | |
| CN111681797A (en) | Method for treating radioactive wastewater of retired field of small nuclear facility | |
| Skolubovich et al. | Cleaning and reusing backwash water of water treatment plants | |
| CN105601016A (en) | Chemical nickel waste liquid integrated processing system | |
| RU2616447C1 (en) | Method for cleaning liquid containing radionuclides, and device for its implementation | |
| CN207391187U (en) | A kind of emulsion waste liquid water oil piece-rate system | |
| CN211338894U (en) | Oil-water separating device | |
| CN209188436U (en) | A kind of granulation waste discharge processing unit |