RU2552845C2 - Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing - Google Patents
Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552845C2 RU2552845C2 RU2013125015/07A RU2013125015A RU2552845C2 RU 2552845 C2 RU2552845 C2 RU 2552845C2 RU 2013125015/07 A RU2013125015/07 A RU 2013125015/07A RU 2013125015 A RU2013125015 A RU 2013125015A RU 2552845 C2 RU2552845 C2 RU 2552845C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nitrate
- lrw
- radioactive waste
- microorganisms
- cement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к процессам переработки нитратсодержащих жидких радиоактивных отходов, и может быть использовано на атомных электростанциях и специализированных предприятиях, кондиционирующих радиоактивные отходы низкой и средней активности.The invention relates to the field of environmental protection, in particular to the processing of nitrate-containing liquid radioactive waste, and can be used in nuclear power plants and specialized enterprises, conditioning radioactive waste of low and medium activity.
Нитраты являются основным компонентом жидких радиоактивных отходов (ЖРО), представляющих собой водные растворы неорганических солей (ацетат, сульфат, хлорид, фосфат, оксалат, бикарбонат натрия, кальция, железа, аммония) общей минерализацией до 300-500 г/л и органических жидкостей (растворителей, экстрагентов, моющих средств, минеральных масел) общей концентрацией до 2-15 г/л. Каждый из присутствующих в составе ЖРО солевых или органических компонентов в зависимости от метода их переработки может создавать определенные проблемы, но наибольшие сложности возникают из-за присутствия в составе отходов нитрат-аниона (обычно в форме нитрата натрия). Например, при битумировании нитрат натрия, являющийся по своей природе окислителем, может при определенных концентрациях образовывать пожаро- и даже взрывоопасные смеси с битумом. При высокотемпературных методах (остекловывание) происходит образование токсичных газообразных продуктов разложения нитрата натрия (в первую очередь токсичной двуокиси азота). При цементировании весьма значительно снижается прочность цементного камня, а длительное хранение отвержденных нитратных солей ЖРО в цементном компаунде приводит к разрушению цементной матрицы за счет внутренних процессов биогенного газо- и кислотообразования [Горбунова О.А. Влияние микробиологической деструкции цементной матрицы на безопасность длительного хранения кондиционированных радиоактивных отходов // Физика и химия обработки материалов, 2011, №4. - С. 98-106].Nitrates are the main component of liquid radioactive waste (LRW), which are aqueous solutions of inorganic salts (acetate, sulfate, chloride, phosphate, oxalate, sodium bicarbonate, calcium, iron, ammonium) with a total salinity of up to 300-500 g / l and organic liquids ( solvents, extractants, detergents, mineral oils) with a total concentration of up to 2-15 g / l. Each of the salt or organic components present in the LRW composition, depending on the method of their processing, can create certain problems, but the greatest difficulties arise due to the presence of a nitrate anion in the waste composition (usually in the form of sodium nitrate). For example, when bituminized, sodium nitrate, which is inherently an oxidizing agent, can form fire and even explosive mixtures with bitumen at certain concentrations. With high-temperature methods (vitrification), toxic gaseous decomposition products of sodium nitrate (primarily toxic nitrogen dioxide) are formed. When cementing, the strength of the cement stone is very significantly reduced, and the long-term storage of cured nitrate salts of LRW in the cement compound leads to the destruction of the cement matrix due to internal processes of biogenic gas and acid formation [Gorbunova OA The effect of microbiological destruction of the cement matrix on the safety of long-term storage of conditioned radioactive waste // Physics and Chemistry of Materials Processing, 2011, No. 4. - S. 98-106].
При реализации технологий глубинного удаления ЖРО в подземный пласт-коллектор существует риск распространения хорошо растворимых токсичных для окружающей среды нитрат-ионов за пределы глубинных хранилищ. Нитратзависимое окисление сорбированных на породах радионуклидов чревато повышением миграционной способности трансвалентных радиоактивных элементов в высших степенях окисления [Назина Т.Н., Сафонов А.В., Косарева И.М. и др. Микробиологические процессы в глубинном хранилище жидких радиоактивных отходов "Северный" // Микробиология, 2010, Т. 79, 4. - С. 551-561].When implementing technologies for the deep disposal of LRW into an underground reservoir, there is a risk of the spread of environmentally soluble nitrate ions toxic to the environment beyond the depths of the storage facilities. Nitrate-dependent oxidation of radionuclides adsorbed on rocks is fraught with an increase in the migration ability of transvalent radioactive elements in higher oxidation states [Nazina TN, Safonov AV, Kosareva IM and other Microbiological processes in the deep storage of liquid radioactive waste "North" // Microbiology, 2010, T. 79, 4. - S. 551-561].
В этой связи представляется целесообразной разработка способа переработки нитратсодержащих ЖРО, обеспечивающего разложение нитрата натрия в ходе переработки с одновременным предотвращением образования токсичных газообразных продуктов и сокращением объема ЖРО, подлежащих дальнейшему отверждению.In this regard, it seems appropriate to develop a method for processing nitrate-containing LRW, which ensures the decomposition of sodium nitrate during processing while preventing the formation of toxic gaseous products and reducing the volume of LRW subject to further curing.
Отверждение нитратсодержащих ЖРО в неорганическую матрицу - наиболее распространенный способ иммобилизации ЖРО низкой и средней активности. При иммобилизации стремятся к минимальному увеличению объема конечного компаунда по сравнению с исходным объемом ЖРО. В среднем увеличение объема при включении в цементную или керамическую матрицу происходит в 1,5-3 раза, что требует больших объемов хранилищ, экономических и кадровых затрат при организации длительного контролируемого хранения.The curing of nitrate-containing LRW in an inorganic matrix is the most common way to immobilize LRW of low and medium activity. During immobilization, they tend to minimize the volume of the final compound compared to the initial volume of LRW. On average, an increase in volume when included in a cement or ceramic matrix occurs 1.5-3 times, which requires large storage volumes, economic and personnel costs when organizing long-term controlled storage.
Для сокращения объемов радиоактивных отходов, подлежащих отверждению, ЖРО предварительно подвергают очистке от радионуклидов.To reduce the amount of radioactive waste to be cured, LRW is preliminarily purified from radionuclides.
Известен способ переработки ЖРО [патент РФ №2273066, G21F 9/06, G21F 9/20. Способ переработки жидких радиоактивных отходов / ГУП МосНПО «Радон», Дмитриев С.А., Пантелеев В.И., Демкин В.И., Адамович Д.В., Свитцов А.А. - заявл. 13.09.2004, опубл. 27.03.2006], который заключается в том, что исходный поток ЖРО подвергают отстаиванию с образованием надосадочной жидкости и шлама, после чего надосадочную жидкость осветляют на механическом фильтре с образованием фильтрата. Фильтрат разделяют ультрафильтрацией с образованием концентрата, который смешивают с исходным потоком ЖРО, и пермеата. При этом пермеат подвергают электродиализному разделению на рассол, который концентрируют электроосмотическим методом с получением потока радиоактивного концентрата и потока дилюата, смешиваемого с потоком пермеата, и на диализат, который подвергают глубокому обессоливанию с образованием дезактивированного раствора. При этом фильтрат механического фильтра перед ультрафильтрацией подвергают ионоселективной сорбции, затем в него вводят ассоциирующие добавки. Ультрафильтрацию осуществляют в принудительно-турбулентном режиме, а глубокое обессоливание диализата проводят в две стадии: на первой - обратным осмосом, а на второй стадии дезактивированный раствор подвергают электродеионированию. В результате очистки ЖРО от радионуклидов до 94% дезактивированных вод можно сбросить в гидрографическую сеть, коэффициент сокращения объема радиоактивных ЖРО, подлежащих отверждению, составляет около 90.A known method of processing LRW [RF patent No. 2273066, G21F 9/06, G21F 9/20. A method for processing liquid radioactive waste / State Unitary Enterprise MosNPO Radon, Dmitriev SA, Panteleev VI, Demkin VI, Adamovich DV, Svitsov AA - declared. 09/13/2004, publ. March 27, 2006], which consists in the fact that the initial LRW stream is subjected to sedimentation with the formation of a supernatant and sludge, after which the supernatant is clarified on a mechanical filter to form a filtrate. The filtrate is separated by ultrafiltration to form a concentrate, which is mixed with the initial LRW stream and permeate. In this case, the permeate is subjected to electrodialysis separation into a brine, which is concentrated by the electroosmotic method to obtain a stream of radioactive concentrate and a dilute stream mixed with a permeate stream, and a dialysate, which is subjected to deep desalination to form a deactivated solution. In this case, the filtrate of the mechanical filter is subjected to ion-selective sorption before ultrafiltration, then associative additives are introduced into it. Ultrafiltration is carried out in a forced-turbulent mode, and deep dialysate desalination is carried out in two stages: in the first, by reverse osmosis, and in the second stage, the deactivated solution is subjected to electro-ionization. As a result of purification of LRW from radionuclides, up to 94% of decontaminated water can be discharged into the hydrographic network; the reduction coefficient of the volume of radioactive LRW to be cured is about 90.
Недостатком известного способа является сложное аппаратурно-технологическое оформление процесса, что требует высоких капитальных, эксплуатационных и кадровых затрат.The disadvantage of this method is the complex hardware and technological design of the process, which requires high capital, operating and personnel costs.
Известен способ переработки ЖРО, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях [Патент РФ №2465666, МПК G21F 9/08. Способ переработки радиоактивных отходов / Басиев А.А., Басиев А.Г., Селиверстов А.Ф. - заявл. 29.12.2010, опубл. 27.10.2012], который заключается в том, что органические компоненты ЖРО окисляют путем подачи озона с концентрацией более 0,2 г/л в поток отходов, предварительно отфильтрованный на сетчатом фильтрующем материале. Поток озонируемых ЖРО направляют навстречу потоку озона в пузырях, камеру смешения разделяют сеткой на две секции, в нижнюю из которых подают озон из эжектора замкнутым потоком ЖРО, взятым из этой же секции, затем отделяют сеткой и поднимают во второй секции навстречу потоку ЖРО, при этом поток ЖРО направляют последовательно через две и более камеры, в последней из которых количество озона подбирают из расчета не менее 1/3 произведения: концентрации озона, расхода ЖРО и стехиометрического коэффициента его реакции с органикой в ЖРО, замкнутый поток ЖРО с озоном подают из эжектора в нижнюю секцию камеры смешения по касательной к ее периметру. Изобретение позволяет уменьшить объем радиоактивного концентрата.A known method of processing LRW containing radionuclides in ionic and colloidal forms and ballast components of mineral and organic nature in dissolved and suspended states [RF Patent No. 2465666, IPC G21F 9/08. A method of processing radioactive waste / Basiev A.A., Basiev A.G., Seliverstov A.F. - declared. 12/29/2010, publ. 10.27.2012], which consists in the fact that the organic components of LRW are oxidized by supplying ozone with a concentration of more than 0.2 g / l to the waste stream that has previously been filtered on a mesh filter material. The flow of ozonized LRW is directed towards the ozone stream in the bubbles, the mixing chamber is divided by a grid into two sections, the lower of which is fed ozone from the ejector by a closed LRW stream taken from the same section, then separated by a grid and raised in the second section to meet the LRW stream, while LRW flow is directed sequentially through two or more chambers, in the last of which the amount of ozone is selected based on at least 1/3 of the product: ozone concentration, LRW consumption and the stoichiometric coefficient of its reaction with organic matter in LRW, are closed The first LRW stream with ozone is fed from the ejector to the lower section of the mixing chamber tangentially to its perimeter. The invention allows to reduce the volume of radioactive concentrate.
Недостатком способа переработки ЖРО является использование дорогостоящих реагентов (озона) и сложного аппаратурно-технологического обеспечения процесса.The disadvantage of the method for processing LRW is the use of expensive reagents (ozone) and complex hardware and technological support of the process.
Известен способ отверждения ЖРО низкого и среднего уровня активности [патент РФ №2087043, МПК 6 G21F 9/16. Способ отверждения радиоактивных отходов / П.В. Кривенко, Ж.В. Скурчинская, О.Н. Петропавловский и др. - опубл. 10.08.1997, Бюл. №22 (2 ч)]. A known method of curing LRW of low and medium levels of activity [RF patent No. 2087043, IPC 6 G21F 9/16. The method of solidification of radioactive waste / P.V. Krivenko, J.V. Skurchinskaya, O.N. Peter and Paul and others - publ. 08/10/1997, Bull. No. 22 (2 hours)].
Способ заключается в следующем. ЖРО (удельная активность 104-108 Бк/л) смешивают с глинистым компонентом (каолиновой, бентонитовой или спондиловой глиной) при водотвердом соотношении 1,5-3,0. Полученную суспензию смешивают с вяжущим при водовяжущем отношении 0,5-1,6. В качестве вяжущего используют гидратную известь или тонкомолотый шлак с добавкой 2,5-5 мас.% клинкера или портландцемента, или шлакопортландцемент при массовом соотношении глинистого компонента и вяжущего (15-50):(50-85). После 28 суток нормально влажностного хранения получают монолитные цементные образцы с высокой механической прочностью и низкой скоростью выщелачивания.The method is as follows. LRW (specific activity 10 4 -10 8 Bq / l) is mixed with a clay component (kaolin, bentonite or spondyl clay) at a water-solid ratio of 1.5-3.0. The resulting suspension is mixed with a binder with a water binder ratio of 0.5-1.6. As a binder, hydrated lime or finely ground slag with the addition of 2.5-5 wt.% Clinker or Portland cement, or slag Portland cement is used with a weight ratio of clay component and binder (15-50) :( 50-85). After 28 days of normal moisture storage, monolithic cement samples with high mechanical strength and low leaching rate are obtained.
Недостатком способа является относительно большой объем получаемых в виде цементных компаундов твердых радиоактивных отходов (по сравнению с исходными ЖРО объем возрастает в 3-5 раз), что требует создания дополнительных хранилищ и увеличивает трудо- и материальные затраты, а также общую стоимость получаемых твердых радиоактивных отходов.The disadvantage of this method is the relatively large volume obtained in the form of cement compounds of solid radioactive waste (compared with the initial LRW volume increases by 3-5 times), which requires the creation of additional storage facilities and increases labor and material costs, as well as the total cost of the resulting solid radioactive waste .
Известен способ отверждения радиоактивных отходов [Патент RU №2451350 С2. Способ иммобилизации ядерных отходов / СОЛЕТАНШ ФРЕЙСИНЕ (FR), л. Мартен, Ж.-Ж. Аман, В. Бернар. - заявл. №2010130270/07 от 19.07.2010, опубл. 20.05.2012, бюл. №14], который заключается в улучшении матрицы на базе смешанной с песком минеральной композиции, полученной за счет минерализации биомассы организмов, относящихся к бактериям, растениям, животным, содержащей 50-80 мас.% карбоната кальция и 10-30 мас.% кремния.A known method of solidification of radioactive waste [Patent RU No. 2451350 C2. The method of immobilization of nuclear waste / FOLECINE SOLETANCHES (FR), l. Martin, J.-J. Haman, V. Bernard. - declared. No.2013030270 / 07 of 07/19/2010, publ. 05/20/2012, bull. No. 14], which consists in improving the matrix based on a sand-mixed mineral composition obtained by mineralizing the biomass of organisms belonging to bacteria, plants, animals, containing 50-80 wt.% Calcium carbonate and 10-30 wt.% Silicon.
Недостатком способа является сложность в приготовлении матрицы постоянного состава, использование значительного количества исходной биомассы и энергетических затрат для минерализации, объемного и сложного оборудования для получения растительной биомассы и длительность процесса культивирования организмов.The disadvantage of this method is the difficulty in preparing a matrix of constant composition, the use of a significant amount of the initial biomass and energy costs for mineralization, volumetric and complex equipment for producing plant biomass, and the duration of the process of cultivating organisms.
Наиболее близким к предлагаемому способу, выбранным в качестве прототипа, является способ включения ЖРО, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу [Патент РФ №2086019, МПК G21F 9/16. Способ включения жидких радиоактивных отходов, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу / Московское научно-производственное объединение «Радон», Соловьев В.А.; Лифанов Ф.А.; Лащенова Т.Н. - заявл. 19.05.1995, №95108144/25, опубл. 27.07.1997], заключающийся в смешении ЖРО с общим содержанием нитрата натрия до 270 г/л с минерализатором, в качестве которого используют кремнефторид аммония в соотношении к нитрату натрия, как 2,4:1; восстановителем нитрат-ионов, в качестве которого используют карбамид в соотношении к нитрату натрия, как 1,8:1, разлагающий нитрат-анион по следующей схеме:Closest to the proposed method, selected as a prototype, is a method for incorporating LRW containing sodium nitrate into a ceramic matrix [RF Patent No. 2086019, IPC G21F 9/16. A method for incorporating liquid radioactive waste containing sodium nitrate into a ceramic matrix / Moscow Scientific and Production Association "Radon", Soloviev V.A .; Lifanov F.A .; Laschenova T.N. - declared. 05/19/1995, No. 95108144/25, publ. July 27, 1997], which consists in mixing LRW with a total sodium nitrate content of up to 270 g / l with a mineralizer, which is used as ammonium silicofluoride in a ratio to sodium nitrate, as 2.4: 1; a nitrate ion reducing agent, which is used as urea in the ratio to sodium nitrate, as 1.8: 1, decomposing the nitrate anion according to the following scheme:
NaNO3+3CO(NH2)2+O2=NaOH+2N2+3CO2+3NH3+H2O;NaNO 3 + 3CO (NH 2 ) 2 + O 2 = NaOH + 2N 2 + 3CO 2 + 3NH 3 + H 2 O;
и керамикообразующим материалом, в качестве которого используют бентонит, смесь трепела и гидроокиси алюминия, а также суглинок в соотношении к нитрату натрия, как 4,8:1. Смесь обезвоживают до остаточной влажности не более 10 мас.% при температуре не более 100°С. Затем смесь нагревают при температуре 100-180°С в течение 6-8 ч, затем - при температуре 180-900°С не менее 4 ч, производят обжиг при 900°С не менее 1 ч и охлаждают.and ceramic-forming material, which is used as bentonite, a mixture of tripoli and aluminum hydroxide, as well as loam in the ratio to sodium nitrate, as 4.8: 1. The mixture is dehydrated to a residual moisture content of not more than 10 wt.% At a temperature of not more than 100 ° C. Then the mixture is heated at a temperature of 100-180 ° C for 6-8 hours, then at a temperature of 180-900 ° C for at least 4 hours, fired at 900 ° C for at least 1 hour and cooled.
Недостатками прототипа является относительно большой объем получаемых в виде керамических компаундов твердых радиоактивных отходов (по сравнению с исходными ЖРО объем возрастает в 1,5-2,5 раза), необходимость высокотемпературных методов, что не только затратно, но и требует дополнительных мер по обеспечению радиационной безопасности и дополнительного газоочистного оборудования, фильтры которого, улавливающие газы с радионуклидами легколетучего 137Cs, также затем требуют переработки.The disadvantages of the prototype is the relatively large volume obtained in the form of ceramic compounds of solid radioactive waste (compared with the original LRW volume increases by 1.5-2.5 times), the need for high-temperature methods, which is not only costly, but also requires additional measures to ensure radiation safety and additional gas purification equipment, the filters of which, trapping gases with radionuclides of volatile 137 Cs, also then require processing.
Техническая задача данного изобретения состоит в сокращении объемов нитратсодержащих ЖРО перед включением их в неорганическую (цементную, керамическую) или полимерную матрицу; соответствующем предварительном сокращении объемов конечного продукта, подлежащего длительному хранению (захоронению); в предотвращении биодеструкции нитратсодержащих ЖРО в составе цементного компаунда при длительном хранении; в снижении стоимости процесса переработки и хранения нитратсодержащих ЖРО.The technical task of this invention is to reduce the volume of nitrate-containing LRW before incorporating them into an inorganic (cement, ceramic) or polymer matrix; a corresponding preliminary reduction in the volume of the final product subject to long-term storage (disposal); in the prevention of biodegradation of nitrate-containing LRW in the composition of the cement compound during long-term storage; in reducing the cost of the processing and storage of nitrate-containing LRW.
Указанная задача решается за счет того, что нитратсодержащие ЖРО перед отверждением в неорганический или полимерный матричный материал подвергают биодеструкции за счет ферментативных процессов специально подобранными консорциумами микроорганизмов при добавлении фосфорной кислоты и сахарозы, при этом микроорганизмы восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота, нерадиоактивная газовая фаза (азот, углекислый газ) выводится в атмосферу, что приводит к уменьшению объема в 2-5 раз; радионуклиды сорбируются образующимся после биодеградации шлаком биомассы, состоящим из самих микроорганизмов и продуктов их метаболизма; фосфорная кислота способствует микробиологическим процессам денитрификации и дополнительно приводит к образованию осадка фосфата стронция, что способствует увеличению прочности цементной матрицы.This problem is solved due to the fact that nitrate-containing LRW before curing in an inorganic or polymeric matrix material is subjected to biodegradation due to enzymatic processes by specially selected consortia of microorganisms with the addition of phosphoric acid and sucrose, while microorganisms restore nitrate ions to molecular nitrogen, non-radioactive gas phase nitrogen, carbon dioxide) is discharged into the atmosphere, which leads to a decrease in volume by 2-5 times; radionuclides are sorbed by the biomass slag formed after biodegradation, consisting of the microorganisms themselves and their metabolic products; phosphoric acid contributes to the microbiological processes of denitrification and additionally leads to the formation of a precipitate of strontium phosphate, which increases the strength of the cement matrix.
Отличительным признаком данного способа является снижение объема подлежащих отверждению нитратсодержащих ЖРО в 2-10 раз за счет процессов биодеструкции нитрат-ионов.A distinctive feature of this method is a decrease in the volume of nitrate-containing LRW to be cured by 2-10 times due to the processes of biodegradation of nitrate ions.
Отличительным признаком данного способа является использование специально подобранного консорциума природных непатогенных бактерий рода Pseudomonas, обладающих повышенной радиорезистентностью и характерных для глубинных хранилищ ЖРО.A distinctive feature of this method is the use of a specially selected consortium of natural non-pathogenic bacteria of the genus Pseudomonas, which have increased radio resistance and are characteristic of deep LRW storage facilities.
Отличительным признаком данного способа является сорбция радионуклидов нитратсодержащих ЖРО в образовавшемся после биодеградации шлаке биомассы, а также образование в составе шлака белков и липидов биомассы, способных выступать в качестве пластифицирующих добавок при отверждении.A distinctive feature of this method is the sorption of radionuclides of nitrate-containing LRW in the biomass slag formed after biodegradation, as well as the formation of biomass proteins and lipids in the slag, which can act as plasticizing additives during curing.
Шлак биомассы, образующийся в процессе переработки нитратсодержащих ЖРО предложенным способом, представляющий собой смесь биомассы с сорбированными радионуклидами и продуктов метаболизма бактерий, является не только не антагонистичным по отношению к неорганическому или полимерному матричному материалу, но и содержит аналогичные пластифицирующим добавкам компоненты, улучшающие параметры отверждения (улучшение перемешивания, текучести, сроков схватывания конечного компаунда).Biomass slag formed during the processing of nitrate-containing LRW by the proposed method, which is a mixture of biomass with sorbed radionuclides and bacterial metabolic products, is not only not antagonistic to the inorganic or polymer matrix material, but also contains components similar to plasticizing additives that improve the curing parameters ( improved mixing, fluidity, setting time of the final compound).
Заявляемый способ реализуется следующим образом.The inventive method is implemented as follows.
Нитратсодержащие ЖРО с концентрацией нитрат-иона не более 12 г/л смешиваются с раствором сахарозы до достижения соотношения концентраций сахароза:нитрат = 1:1. Раствор подается в герметично закрытое металлическое устройство с мешалкой и с системой сдувки газа. В качестве титранта для поддержания рН в пределах 7-8 выступает фосфорная кислота, которая играет дополнительную роль буферной системы и высаливателя фосфата стронция. В устройство подается суспензия клеток денитрификаторов, содержащая не менее 107 кл/см3. Процесс проводится в течение не менее 2 суток при температуре от 20 до 30°С до снижения концентрации нитрат-ионов ниже значений 45 мг/л. После проведения денитрации часть стока сливают, биомассу фильтруют и подвергают термической обработке от 25 до 90°С в течение от 1 до 3 суток в обратной зависимости от температуры для обсушивания, после чего отверждают в неорганическую или полимерную матрицу и захоранивают.Nitrate-containing LRW with a nitrate ion concentration of not more than 12 g / l are mixed with a sucrose solution until the sucrose: nitrate concentration ratio is 1: 1. The solution is fed into a hermetically sealed metal device with a stirrer and with a gas purge system. Phosphoric acid acts as a titrant to maintain the pH within 7–8, which plays an additional role as a buffer system and a strontium phosphate salting out agent. A suspension of denitrification cells containing at least 10 7 cells / cm 3 is supplied to the device. The process is carried out for at least 2 days at a temperature of from 20 to 30 ° C until the concentration of nitrate ions decreases below 45 mg / L. After denitration, part of the drain is drained, the biomass is filtered and subjected to heat treatment from 25 to 90 ° C for 1 to 3 days inversely with temperature for drying, after which it is solidified into an inorganic or polymer matrix and buried.
Сущность и признаки заявленного изобретения в дальнейшем поясняются чертежами, где показано следующее.The essence and features of the claimed invention are further illustrated by the drawings, which show the following.
На фиг. 1 - кинетика потребления нитрат-иона бактериальным сообществом DN1;In FIG. 1 - kinetics of nitrate ion consumption by the bacterial community DN1;
На фиг. 2 - доля сорбции радионуклидов культурами микроорганизмов, где:In FIG. 2 - the proportion of sorption of radionuclides by cultures of microorganisms, where:
1 - бактериальное сообщество DN1;1 - bacterial community DN1;
2 - бактериальное сообщество DN2;2 - bacterial community DN2;
3 - бактериальное сообщество DN3.3 - bacterial community DN3.
Реализация способа подтверждается следующими примерами.The implementation of the method is confirmed by the following examples.
Пример 1.Example 1
Подобранные культуры бактерий родов Pseudomonas (бактериальное сообщество DN1) культивировали в течение 7 суток на питательной среде состава, г/л: NaNO3 - 1,5; сахароза - 1,5; NH4Cl - 1 г/л; NaCl - 0,8 г/л; MgSO4 - 0,1 г/л; Na2SO4 - 0,1 г/л, в анаэробных условиях, при нейтральном рН, температуре 20±1°С. Через каждые 24 часа проводили анализ концентрации нитрат-ионов в среде с помощью калиброванного ион-селективного электрода. Результаты, представленные на фиг. 1, свидетельствуют, что концентрация нитрат-ионов после биодеградации в течение 16 часов снижается до значений менее 45 мг/л, т.е. до значений ПДК для питьевой воды.Selected cultures of bacteria of the genera Pseudomonas (bacterial community DN1) were cultured for 7 days on a nutrient medium composition, g / l: NaNO 3 - 1.5; sucrose - 1.5; NH 4 Cl - 1 g / l; NaCl - 0.8 g / l; MgSO 4 - 0.1 g / l; Na 2 SO 4 - 0.1 g / l, under anaerobic conditions, at a neutral pH,
Пример 2.Example 2
Биодеградацию проводили аналогично примеру 1. В среду были добавлены радионуклиды тория, урана, цезия, стронция в концентрациях, характерных для нитратсодержащих РАО (137Cs 1·103 Бк/л, 90Sr 1·103 Бк/л, Th, 233U 1·102 Бк/л). После биодеградации и последующего обезвоживания шлака биомассы в навеске определяли содержание радионуклидов. Результаты (фиг.2) свидетельствуют, что сорбция Th составила практически 100%, U - до 85%, Sr - до 50%, Cs - в среднем 10%.Biodegradation was carried out analogously to example 1. On Wednesday, radionuclides of thorium, uranium, cesium, strontium were added in concentrations typical for nitrate-containing radioactive waste ( 137
Пример 3.Example 3
Биодеградацию нитратсодержащих ЖРО (общая минерализация 100 г/л, содержание нитратов 10 г/л, рН=9,0, удельная бета-активность 104 Бк/л) проводили аналогично примеру 1.Biodegradation of nitrate-containing LRW (total mineralization of 100 g / l, nitrate content of 10 g / l, pH = 9.0, specific beta activity of 10 4 Bq / l) was carried out analogously to example 1.
После 15 суток биодеградации часть образовавшегося шлама биомассы обезвоживали упариванием при температуре 65°С, после чего перемешивали с цементным раствором, приготовленным на основе портланцемента марки М400 Д0 при водоцементном отношении В/Ц=0,7, где В - масса воды в составе цементного раствора, г; Ц - масса портландцемента, г. Другую часть шлама биомассы аналогичного состава для сравнения не обезвоживали, а перемешивали с сухим портландцементом, взятым в расчете на В/Ц=0,7. У получившихся цементных растворов определяли растекаемость с помощью конуса АзНИИ, расслаивание в мерном цилиндрическом сосуде вместимостью 20 см3 в течение 1,5 часа в состоянии покоя. Из цементных растворов с помощью разборных форм готовили образцы-кубики размером 2×2×2 см, выдерживали в воздушно-влажных условиях до 28 суток, после чего определяли прочность на сжатие. Результаты представлены в табл. 1After 15 days of biodegradation, part of the formed biomass sludge was dehydrated by evaporation at a temperature of 65 ° C, and then mixed with a cement mortar prepared on the basis of Port400 cement grade M400 D0 at a water-cement ratio W / C = 0.7, where B is the mass of water in the cement mortar , g; C is the mass of Portland cement, g. Another part of the biomass sludge of a similar composition was not dehydrated for comparison, but was mixed with dry Portland cement, taken at W / C = 0.7. In the resulting cement mortars, the spreadability was determined using an AzNII cone, delamination in a measuring cylindrical vessel with a capacity of 20 cm 3 for 1.5 hours at rest. From cement mortars using collapsible forms, 2 × 2 × 2 cm cubes were prepared, kept in air-wet conditions for up to 28 days, after which the compressive strength was determined. The results are presented in table. one
Данные табл. 1 подтверждают, что цементные растворы на основе нитратсодержащих ЖРО, предварительно подвергшихся биодеградации, обладают требуемой для удобоукладываемости растекаемостью, а при затвердевании удовлетворяют по прочности требованиям ГОСТ Р 51883-2002. Таким образом, при реализации заявляемого способа решается техническая задача по сокращению объемов конечного продукта, подлежащего захоронению, и по улучшению параметров цементирования нитратсодержащих ЖРО (повышению растекаемости при достижении регламентированной прочности на сжатие).The data table. 1 confirm that cement mortars based on nitrate-containing LRW that have previously undergone biodegradation have the flowability required for workability and, upon hardening, satisfy the requirements of GOST R 51883-2002 in strength. Thus, when implementing the proposed method, the technical problem is solved to reduce the volume of the final product to be disposed of, and to improve the cementation parameters of nitrate-containing LRW (to increase the spreadability when the regulated compressive strength is achieved).
Таким образом, преимущества изобретения заключаются в снижении стоимости процесса переработки и хранения нитратсодержащих ЖРО. Заявляемый способ позволяет:Thus, the advantages of the invention are to reduce the cost of the processing and storage of nitrate-containing LRW. The inventive method allows you to:
- сократить объемы нитратсодержащих ЖРО до включения их в неорганическую или полимерную матрицу с помощью малозатратных биодеструкционных процессов;- reduce the volume of nitrate-containing LRW before incorporating them into an inorganic or polymer matrix using low-cost biodegradation processes;
- сократить продолжительность последующих радиационно-опасных операций, объемов смесителей (соответственно - объемов дезактивирующих вод) при отверждении шлака биомассы ЖРО, меньшего по сравнению с исходным объемом ЖРО;- reduce the duration of subsequent radiation-hazardous operations, the volume of mixers (respectively, the volume of decontaminating water) during curing of slag LRW biomass, less than the initial volume of LRW;
- сократить потребность в неорганическом или полимерном матричном материале для отверждения;- reduce the need for inorganic or polymeric matrix material for curing;
- сократить объем конечного отвержденного продукта, подлежащего длительному хранению (захоронению), благодаря большей степени включения в компаунд шлака биомассы нитратсодержащих ЖРО;- to reduce the volume of the final cured product, subject to long-term storage (burial), due to the greater degree of inclusion of nitrate-containing LRW biomass into the slag compound;
- предотвратить нежелательные деструкционные процессы матричного материала при биодеструкции нитратсодержащих ЖРО в составе компаунда при длительном хранении и повысить надежность локализации радионуклидов в неорганической или полимерной матрице.- to prevent undesirable destruction processes of the matrix material during the biodegradation of nitrate-containing LRW as part of the compound during long-term storage and to increase the reliability of localization of radionuclides in an inorganic or polymer matrix.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125015/07A RU2552845C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125015/07A RU2552845C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125015A RU2013125015A (en) | 2014-12-10 |
RU2552845C2 true RU2552845C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53295379
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125015/07A RU2552845C2 (en) | 2013-05-30 | 2013-05-30 | Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552845C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607646C1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113447614B (en) * | 2021-06-21 | 2022-08-09 | 中国原子能科学研究院 | Method for measuring denitration rate in radioactive waste liquid calcination process |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3634111C1 (en) * | 1986-10-07 | 1988-01-07 | Kernforschungsanlage Juelich | Process for incorporating substances into a ceramic matrix by chemical precipitation of a hydrosol of the matrix |
RU2086019C1 (en) * | 1995-05-19 | 1997-07-27 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Method for embedding sodium nitrate containing liquid radioactive wastes in ceramic matrix |
WO2004076375A2 (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Ch2M Hill, Inc. | Method of waste stabilization with dewatered chemically bonded phosphate ceramics |
RU2451350C2 (en) * | 2009-07-17 | 2012-05-20 | Солетанш Фрейсине | Method to immobilise nuclear waste |
-
2013
- 2013-05-30 RU RU2013125015/07A patent/RU2552845C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3634111C1 (en) * | 1986-10-07 | 1988-01-07 | Kernforschungsanlage Juelich | Process for incorporating substances into a ceramic matrix by chemical precipitation of a hydrosol of the matrix |
RU2086019C1 (en) * | 1995-05-19 | 1997-07-27 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Method for embedding sodium nitrate containing liquid radioactive wastes in ceramic matrix |
WO2004076375A2 (en) * | 2003-02-26 | 2004-09-10 | Ch2M Hill, Inc. | Method of waste stabilization with dewatered chemically bonded phosphate ceramics |
RU2451350C2 (en) * | 2009-07-17 | 2012-05-20 | Солетанш Фрейсине | Method to immobilise nuclear waste |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2607646C1 (en) * | 2016-04-22 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Method for decomposition of ammonium nitrate in radiochemical production process solutions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125015A (en) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4113504A (en) | Disposal of heavy metal containing sludge wastes | |
EP1012123B1 (en) | Remediation material and remediation process for sediments | |
SU849993A3 (en) | Method of extracting poisonous impurities from liquid industrial wastes | |
US10014088B2 (en) | Method for processing liquid radioactive waste and for the recovery thereof | |
DE3026430A1 (en) | AGENTS FOR TREATING SOLVED HEAVY METALS AND METHOD FOR THEIR TREATMENT WITH THESE AGENTS | |
EP3386932A1 (en) | Composition containing modified chromate-deficient red mud and method for producing same | |
CN108672482A (en) | One heavy metal species fixative and heavy-metal contaminated soil curing | |
US20220379283A1 (en) | Phosphorus adsorbent | |
HU227724B1 (en) | Method for treating waters, soils, sediments and/or sludges | |
RU2552845C2 (en) | Method for nitrate-containing liquid radioactive waste processing | |
US5547588A (en) | Enhanced ettringite formation for the treatment of hazardous liquid waste | |
Selivanov et al. | Ceramic material for fluoride and phosphate ions removal from natural water | |
RU2737954C1 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes containing, among other things, tritium isotopes | |
JP2007532302A (en) | Sludge treatment method | |
Holmes et al. | Reuse of drinking water treatment waste for remediation of heavy metal contaminated groundwater | |
RU2518501C2 (en) | Conditioning of liquid radioactive wastes | |
RU2339584C1 (en) | Method of waste water purification from ions of heavy metals in production of ballistic powder | |
JP2004256383A (en) | New compound, method for stabilizing schwertmannite, method for cleaning polluted water or polluted soil, and method for adsorbing phosphoric acid | |
WO2020060444A1 (en) | Method for processing liquid radioactive waste comprising, inter alia, tritium isotopes | |
KR101309579B1 (en) | Treatment method of mercury-containing waste | |
RU2267176C1 (en) | Method of neutralization of the low-mineralized and medium- mineralized low-active liquid wastes in the field conditions | |
EA003870B1 (en) | Method of sewage organic wastes treatment | |
Sarmah et al. | Composites of some sustainable siliceous materials for the removal of fluoride from ground water and immobilization of the sludge generated | |
RU2195726C2 (en) | Method for neutralizing slightly mineralized low-activity wastes in field conditions | |
RU2683835C1 (en) | Method of wastewater treatment from heavy metal ions |