RU2669202C1 - Способ отверждения жидких радиоактивных отходов - Google Patents
Способ отверждения жидких радиоактивных отходов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2669202C1 RU2669202C1 RU2018104619A RU2018104619A RU2669202C1 RU 2669202 C1 RU2669202 C1 RU 2669202C1 RU 2018104619 A RU2018104619 A RU 2018104619A RU 2018104619 A RU2018104619 A RU 2018104619A RU 2669202 C1 RU2669202 C1 RU 2669202C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waste
- evaporation
- cement
- volume
- concentrator
- Prior art date
Links
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 58
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 51
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 36
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 28
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 abstract 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 3
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 3
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010858 gaseous radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000002900 solid radioactive waste Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000003841 chloride salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000941 radioactive substance Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/16—Processing by fixation in stable solid media
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области отверждения жидких радиоактивных отходов (ЖРО). Способ отверждения ЖРО включает упаривание отходов нагнетаемым горячим воздухом при температуре ниже температуры кипения с последующей конденсацией из воздуха паров, приготовление цементного компаунда путем смешения полученного при упаривании концентрата ЖРО с цементным связующим и отверждение цементного компаунда. Упаривание отходов и приготовление цементного компаунда осуществляют индукционным нагревом, поддерживая в емкости-концентраторе температуру, не превышающую 80°С. На этапе упаривания контролируют уровень испаряемых отходов и осуществляют порционную подачу свежих отходов. Уровень испаряемых отходов поддерживают в диапазоне от объема отходов, подлежащих отверждению, до объема, занимаемого отвержденными отходами, а кратность упаривания отходов в емкости-концентраторе в зависимости от исходного солесодержания контролируют мерником конденсата, объем которого равен одному объему упаренных отходов, предназначенных для отверждения, помимо этого, упаривание отходов и приготовление цементного компаунда ведут при постоянном перемешивании. Изобретение позволяет повысить качество цементных компаундов за счет получения отвержденных отходов однородной структуры. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в частности, к отверждению ЖРО методом цементирования с предварительным упариванием при температуре ниже температуры кипения. Техническое решение может быть использовано при переработке жидких радиоактивных отходов АЭС, а также при переработке ЖРО, образующихся в процессе эксплуатации транспортных ядерных энергетических установок.
Основным способом переработки ЖРО низкого и среднего уровней активности с концентрацией от 1 до 10 г/л является упаривание при температуре кипения до солесодержания 100-400 г/л с последующим отверждением (высушиванием, кристаллизацией солей, битумированием или цементированием). [Никифоров А.С, Куличенко В.В., Жихарев М.И. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов. - М, Энергоатомиздат, 1985, с. 53-56]. Данная технология оправдывает себя при переработке крупнотоннажных отходов АЭС, на которых есть избыток дешевого пара. Однако для переработки малотоннажных ЖРО непосредственно на месте их образования, особенно в мобильных установках, данный способ не может быть применим. Обусловлено это, прежде всего тем, что для поддержания температуры кипения требуется высокий расход пара (1 т греющего пара для выпаривания 1 м3 ЖРО). Помимо этого, для очистки конденсата от вспенивания, капельного и аэрозольного уноса кипящей жидкости используется довольно сложное технологическое оборудование (сепараторы, жалюзийные отбойники, барботажные устройства в виде насадочных или тарельчатых колонн и т.д.). Кроме того, по мере роста солесодержания снижаются коэффициенты очистки, вследствие чего необходимо проводить двухстадийное выпаривание, а при наличии в ЖРО большого количества хлоридов (примеси морской воды) при температуре кипения происходит интенсивная коррозия выпарного оборудования.
Известен способ отверждения ЖРО [Сивош К., Ловашш Д, Литпак Л. и др. Упаривание жидких радиоактивных отходов при температуре ниже температуры кипения. - В кн.: Исследования в области обезвреживания жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов и дезактивации загрязненных поверхностей. - Материалы IV научно-технической конференции СЭВ. - М., Атомиздат, 1978, вып. 1, с. 34-40], реализованный на установке, схема которой приведена в этом же источнике. Способ заключается в том, что жидкие отходы упаривают горячим воздухом при температуре ниже температуры кипения до кристаллизации солей непосредственно в емкости-концентраторе (бак-концентратор, выпарной бак), предназначенном для дальнейшего захоронения. Перерабатываемые отходы дозируются в бак-концентратор, где нагретый электрическим воздухонагревателем до 130°-180°С воздух подводится вихревым потоком к поверхности жидкости и, подогревая воду, захватывает с собой пар. Из бака-концентратора воздух поступает в водоохлаждаемый конденсатор, где отделяется вода, а затем вентилятором направляется в воздухоподогреватель и снова в бак-концентратор. Вместо испарившейся воды в бак-концентратор дозируются новые отходы, уровень которых поддерживается постоянным. В процессе концентрирования отходы сначала насыщаются по солям, а затем начинается медленное выделение солей на дне бака-концентратора, пока слой отложений солей не занимает весь объем бака. После заполнения бак-концентратор закрывается и направляется на захоронение. Испарение с поверхности отходов при температуре ниже температуры кипения обеспечивает, даже при высоком солесодержании, в конце концентрирования коэффициенты очистки паров не ниже 105. Для повышения производительности и сокращения энергозатрат в мобильным варианте установки используются баки-концентраторы с двойными стенками, в пространство между которыми отводится насыщенный паром горячий воздух из концентратора для дополнительного подогрева раствора.
Недостатком способа является наличие несвязанной влаги, остаточное содержание которой достигает 30-45%, и в случае нарушения герметичности бака возможность в процессе хранения выхода солей в окружающую среду. Все это не обеспечивает полной экологической безопасности при захоронении отвержденных отходов. Кроме того, даже в случае использования бака-концентратора с двойными стенками (что, помимо всего, усложняет его конструкцию), температура первоначального нагрева воздуха в электронагревателе должна составлять 130°-180°С. В то же время температура ЖРО в баке-концентраторе не превышает 50-60°С [Сивош К., Ловашш Д, Литпак Л. и др. Упаривание жидких радиоактивных отходов при температуре ниже температуры кипения. - В кн.: Исследования в области обезвреживания жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов и дезактивации загрязненных поверхностей. - Материалы IV научно-технической конференции СЭВ. - М., Атомиздат, 1978, вып. 1, с. 34-40]. Это приводит, с одной стороны, к тепловым потерям на установке еще до бака-концентратора, так как металлоконструкции, даже при хорошей теплоизоляции, нагреваются горячим (более 100°С) воздухом при подаче насыщенного паром горячего воздуха из концентратора в пространство между двойными стенками концентратора.
Наиболее близким способом, в котором обеспечивается отверждение ЖРО с упариванием при температуре ниже температуры кипения и переводом в нерастворимое состояние является способ одновременного выпаривания и цементирования ЖРО [Павлик О., Фридрик В. Метод одновременного выпаривания и цементирования радиоактивных отходов - В кн.: Исследования в области обезвреживания жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов и дезактивации загрязненных поверхностей. - Материалы IV научно-технической конференции СЭВ. - М., Атомиздат, 1978, вып. 2, с. 21-24]. В этом способе при выпаривании ЖРО в момент пересыщения и начала кристаллизации солей в выпарной бак начинает подаваться цемент. Под действием поступающего горячего воздуха вода приводится в медленное вращательное движение, которое обеспечивает перемешивание при осаждении цемента на дно. Из смеси цемента и выкристаллизовавшихся солей образуется цементный компаунд, который схватывается в монолит, причем время схватывания зависит от температуры дна бака (30-50°С). Горячий воздух, нагретый электрическим воздухонагревателем до температуры 140°С, поступает в выпарной бак, нагревает ЖРО и отводит пар в конденсатор, где пар охлаждается, а полученная вода собирается в приемник. Воздух рециркулируют вентилятором через электрический воздухонагреватель и выпарной бак. Нагрев воздуха регулируется контактным термометром. Для пополнения испаряющейся воды из питательного бака в выпарной бак все время добавляются ЖРО. Когда начинается дозировка цемента, ЖРО сначала подают в смеситель, где они смешиваются с цементом, поступающим из цементного бака. Жидкий цементный раствор нагнетается насосом в выпарной бак. Для более равномерного распределения цемента на дне бака его подача осуществляется через две входные трубки, подающие раствор под поверхность воды, для чего их вертикальное положение меняется. Цементный компаунд при этом включает до 18,5% солей, 30-31,5% воды и 41,5-50% цемента и до 10% глины. По окончании подачи ЖРО выпаривание продолжают до момента снижения интенсивности выделения паров до 20% от первоначальной, затем в выпарной бак подают неактивный жидкий цементный раствор до верха бака, а радиоактивный осадок фиксируется в баке. После затвердевания покрывающего сверху зацементированные отходы слоя неактивного цемента выпарной бак направляется на захоронение. Данный способ по своей сущности и достигаемому техническому результату наиболее близок к заявляемому и выбран авторами в качестве прототипа.
Недостатком способа является:
- низкая эффективность перемешивания смеси в емкости-концентраторе и только под действием тока воздуха и сложность дозировки цемента с изменением скорости выпадения в осадок солей различного состава, что приводит к неравномерной слоистой структуре цементного компаунда с различным содержанием цемента и солей в отдельных слоях. Вследствие этого, несмотря на сорбционную добавку глины в количестве 10% от массы цемента, отвержденные продукты имеют низкую прочность (3,0-3,5 МПа) и высокую скорость выщелачивания из них радиоцезия (даже через 150 суток более 6⋅10-3г/см2⋅сут). При этом согласно отечественным требованиям к радиоактивным цементным компаундам РД 95 10497-93 [Качество компаундов, образующихся при цементировании жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности. - Технические требования. - РД 95 10497-93. М.: Минатом РФ, 1993], для безопасной транспортировки и захоронения цементные блоки должны обладать прочностью не менее 5 МПа и выщелачиваемостью не более 1⋅10-3г/см2⋅сут.;
- невозможность, даже при наличии сверху радиоактивного блока нерадиоактивного цементного слоя, предотвратить вымывание радионуклидов из нижних цементных слоев при повреждении емкости-концентратора, так как радиоактивная цементная масса отверждается слоями и не образует монолитного компаунда или растрескивания и отделения этого слоя от основной массы радиоактивного цемента при транспортировке. Кроме того, слой нерадиоактивного цемента (обычно не менее 10-15 см) занимает собой часть рабочего объема захораниваемой емкости-концентратора, уменьшая степень заполнения ее радиоактивными отходами. Так, для 200-литровой бочки чистый цемент занимает не менее 15% рабочего объема и реальное содержание солей в пересчете на весь блок составляет не 18,5%, а не более 15,5%;
- повышенные временные и трудозатраты при реализации способа, обусловленные эксплуатационной нетехнологичностью выпарной установки: система сложна в управлении, практически не поддается автоматизации и при проведении работ по отверждению ЖРО требует периодической очистки смесителя для приготовления жидкого радиоактивного цементного раствора и насоса для его подачи в емкость-концентратор.
Проблема, решаемая созданием заявляемого технического решения, заключается в повышении качества цементных компаундов с повышением их прочности, снижением скорости выщелачивания радиоактивных элементов и в получении отвержденных продуктов, удовлетворяющих требованиям безопасного транспортирования и захоронения.
Указанный технический результат достигается в способе отверждения жидких радиоактивных отходов, включающем упаривание отходов в емкости-концентраторе нагнетаемым горячим воздухом при температуре ниже температуры кипения с последующей конденсацией из воздуха паров, приготовление цементного компаунда путем смешения полученного при упаривании концентрата ЖРО с цементным связующим и отверждение цементного компаунда непосредственно в емкости-концентраторе, направляемой на захоронение. Согласно заявляемому решению, упаривание отходов и приготовление цементного компаунда дополнительно осуществляют индукционным нагревом с одновременным поддержанием в емкости-концентраторе температуры, не превышающей 80°С. На этапе упаривания контролируют уровень испаряемых отходов и, при достижении в емкости-концентраторе требуемой кратности упаривания, осуществляют порционную подачу свежих отходов. При этом уровень испаряемых отходов поддерживают в диапазоне от объема отходов, подлежащих отверждению, до объема, занимаемого отвержденными отходами, а кратность упаривания отходов в емкости-концентраторе в зависимости от исходного солесодержания контролируют мерником конденсата, объем которого равен одному объему упаренных отходов, предназначенных для отверждения. Кроме того, упаривание отходов и приготовление цементного компаунда ведут при постоянном перемешивании.
Целесообразно, чтобы при упаривании отходов температуру нагнетаемого воздуха поддерживали не выше 200°С, во избежание капельного уноса с поверхности раствора.
Целесообразно, чтобы в качестве цементного связующего использовали цемент и бентонит.
Кроме того, целесообразно, чтобы при упаривании отходов перемешивание нагретого концентрата и свежей порции отходов, и приготовление цементного компаунда выполняли механической мешалкой, встроенной в емкость-концентратор.
Проведение процессов упаривания отходов и приготовления цементного компаунда при индукционном нагреве с поддержанием в емкости-концентраторе температуры, не превышающей 80°С, позволяет осуществлять оптимальный режим взаимодействия индукционного поля с упариваемыми отходами и с цементным компаундом с минимальными затратами электроэнергии и значительным снижением теплопотерь. Использование индукционного нагрева вместе с постоянным перемешиванием с помощью механической мешалки обеспечивает равномерность распределения тепла в ЖРО и способствует получению однородного цементного компаунда. А поддержание в емкости-концентраторе температуры, не превышающей 80°С, обусловлено тем, что нагрев затворяемой портландцементом воды свыше 80°С не рекомендуется из-за снижения прочностных характеристик цементных компаундов [Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. - М, «Высшая школа», 1971, с. 208-209].
Порционная подача свежих отходов при поддержании уровня испаряемой жидкости от объема отходов, подлежащих отверждению, до объема, занимаемого отвержденными отходами, позволяет поддерживать оптимальный для упаривания объем раствора.
Использование мерника конденсата по объему, равному одному объему упаренных отходов, предназначенному для отверждения, позволяет с учетом исходного солесодержания легко контролировать кратность упаривания и, следовательно, конечное солесодержание концентрата (предпочтительно до 400 г/л) вне зависимости от солевого состава и растворимости его составляющих. Проведение всех этапов процесса отверждения: упаривание отходов, смешение их с цементным связующим и отверждение цементного компаунда непосредственно в одной емкости-концентраторе, предназначенной для захоронения, - упрощает управление процессом цементирования, снижает металлоемкость оборудования (все этапы происходят в стандартной 200-литровой бочке). Данный способ гарантирует высокое качество отвержденных продуктов по механической и химической стойкости, так как в способе-прототипе при тех же соотношениях компонентов цементного компаунда такое качество не достигалось и при последующем механическом перемешивании (прочность менее 5 МПа, выщелачиваемость радиоцезия более 1⋅10-3г/см2⋅сут.)
Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображена схема отверждения жидких радиоактивных отходов. Технологическая схема, представленная на чертеже, включает:
1 - емкость-концентратор (200-литровая бочка) с мешалкой,
2 - индукционный нагреватель ЖРО,
3 - нагреватель воздуха,
4 - конденсатор пара,
5 - мерник-сборник конденсата,
6 - вентилятор.
Способ осуществляется следующим образом.
Емкость-концентратор (200-литровая бочка) 1, предназначенную для захоронения, заполняют порциями исходных отходов до уровня, соответствующего объему, предназначенному для отвержденных отходов в бочке (0,9 объема бочки). Упаривание проводят нагревателем 2 индукционным нагревом ЖРО с поддержанием температуры в бочке 1, не превышающей 80°С, горячим, нагретым в нагревателе 3 до температуры не более 200°С воздухом, который подают с завихрением над поверхностью раствора и после насыщения парами отводят из емкости 1. Далее воздух охлаждается в конденсаторе 4 до температуры охлаждающей воды, отдавая влагу, и нагнетается с помощью вентилятора 6 в спецвентиляцию. При снижении в бочке 1 уровня испаряемых отходов до объема, соответствующего объему отходов, предназначенных для отверждения (0,6 объема бочки), происходит подача новой порции отходов из мерника-дозатора ЖРО (не показан). При этом производится перемешивание нагретого концентрата и свежей порции отходов встроенной в бочку 1 механической мешалкой (не показана) с дальнейшим индукционным нагревом в указанной бочке. После накопления в мернике 5 объема конденсата, равного объему отходов, предназначенных для отверждения в бочке (0,6 объема бочки), достигается двукратное упаривание отходов. При достижении в бочке 1 требуемой (в зависимости от исходного солесодержания отходов) кратности упаривания (до солесодержания 200-600 г/л или вплоть до насыщения по солям), контролируемой по количеству заполненных объемов мерника 5 конденсата и мерника-дозатора исходных ЖРО, конденсат, по заполнении мерника 5, сбрасывается в канализацию или на дальнейшую доочистку. Затем, при постоянно работающей мешалке, в горячий концентрат подается порция цементного связующего (цемента и глины) и перемешивается до образования однородной массы. При этом, даже при отключенном воздухоподогреве, может поддерживаться повышенная температура ЖРО за счет индукционного нагрева бочки, хотя, как было сказано выше, нагрев затворяемой портландцементом воды свыше 80°С не рекомендуется из-за снижения прочностных характеристик цементных компаундов. После отверждения и набора прочности бочка 1 с оставленной в ней мешалкой закрывается крышкой и направляется на хранение. Отвержденный цементный компаунд имеет прочность более 5 МПа и выщелачиваемость радиоцезия через 150 сут. - не более 1⋅10-3г/см2⋅сут. Коэффициент очистки от радионуклидов при упаривании ЖРО составляет не менее 1⋅105, что позволяет, при удельной активности отходов менее 1⋅10-9 Ки/л, сбрасывать конденсат без дополнительной доочистки.
Примеры конкретного исполнения.
Пример 1. Переработке подвергали ЖРО солесодержанием 50 г/л (70% Na2CO3, 16% CaCl2, 1,5% Fe2(SO4)3, 12,5% MgSO4) и удельной β-активностью 1⋅10-4 Ки/л. Упаривание проводили в емкости-концентраторе - 200-литровой бочке из нержавеющей стали, заполненной порциями отходов до объема 180 л с площадью испарения около 0,28 м2, подавая воздух, нагретый до температуры 200°С, с расходом около 30 кг/м2⋅ч. При этом за счет индукционного нагрева поддерживали температуру ЖРО 80°С, а насыщенный парами воздух направляли в водоохлаждаемый конденсатор. После отделения конденсата в мернике конденсата воздух с температурой ниже температуры окружающей среды вентилятором подавали в спецвентиляцию. При снижении уровня испаряемых отходов в концентраторе менее объема 120 литров в него, при перемешивании встроенной механической мешалкой, подавались новые порции исходных ЖРО до достижения объема 180 литров. При достижении в бочке двукратного повышения солесодержания отходов происходило заполнение всего объема (120 литров) мерника конденсата конденсатом с удельной активностью менее 1⋅10-9 Ки/л, который сливали в сборник конденсата. Упаривание проводили до солесодержания 200 г/л (сбор 3-х объемов мерника конденсата), после чего в горячий концентрат объемом 120 литров при постоянном перемешивании механической мешалкой вводили 200 кг портландцемента марки М-500 и 20 кг кембрийской глины, выдерживая раствороцементное отношение (Р/Ц) около 0,6, а глиноцементное отношение (Г/Ц) около 0,1. После перемешивания до получения однородной смеси бочку выдерживали в течение 28 суток для набора прочности, закрывали закатывающейся крышкой и отправляли на захоронение. Мощность дозы фотонного излучения по всей высоте блоков примерно одинакова, что подтверждает равномерное распределение компонентов в цементных компаундах. Прочность цементных компаундов составляла около 12 МПа, степень наполнения по солям составляла около 7,8%, а выщелачиваемость радиоцезия через 150 суток - менее 1⋅10-4г/см - сут.
Пример 2. Отличается от примера 1 тем, что упаривание ЖРО проводят до солесодержания 400 г/л. Прочность цементных компаундов составила около 14 МПа, степень наполнения по солям около 15,5%, а выщелачиваемость радиоцезия через 150 суток - менее 1⋅10-4г/см2 сут.
Пример 3. Отличается от примера 1 тем, что упаривание ЖРО проводят до солесодержания 600 г/л. Прочность цементных компаундов составила около 18 МПа, степень наполнения по солям около 23,3%, а выщелачиваемость радиоцезия через 150 суток - менее 1⋅10-4г/см2 сут.
Следует отметить, что достигаемые характеристики цементных компаундов по данным МАГАТЭ [Bonnevie-Svendsen М., Tallberg K., Aittola P., еа. Studies on the incorporation of spent ion-exchange resins from nuclear power plants into bitum and cement. - In: Symposium on the ion-site management of power reactor wastes, Zurich, 26-30 March, 1979, Paris, 1979, p. 155-174] гарантируют безопасность их транспортировки даже в аварийных ситуациях (падение с высоты до 9 м, попадание в воду и т.д.). Таким образом, такие цементные блоки могут захораниваться даже в простейшие грунтовые могильники [Баженов Ю.М., Волкова О.И., Духович Ф.С.и др. Условия безопасности при хранении радиоактивных цементов. - Изотопы в СССР, 1970, т. 17, с. 17-22.].
Таким образом, данный способ, по сравнению с известными, позволяет:
- повысить качество цементных компаундов с получением отвержденных отходов однородной структуры, обладающих более высокой степенью прочности и низкой скоростью выщелачивания радиоактивных элементов для обеспечения экологически безопасного хранения радиоактивных веществ в течение длительного времени,
- снизить тепловые потери за счет применения индукционного нагрева ЖРО и упариванием их горячим воздухом,
- использовать способ для переработки малотоннажных ЖРО непосредственно на месте их образования, за счет использования компактной технологической установки, реализующей способ.
Получаемые отвержденные продукты отвечают отечественным и международным требованиям и обеспечивают снижение экологической опасности их захоронения.
Claims (4)
1. Способ отверждения жидких радиоактивных отходов, включающий упаривание отходов в емкости-концентраторе нагнетаемым горячим воздухом при температуре ниже температуры кипения с последующей конденсацией из воздуха паров, приготовление цементного компаунда путем смешения полученного при упаривании концентрата ЖРО с цементным связующим и отверждение цементного компаунда непосредственно в емкости-концентраторе, направляемой на захоронение, отличающийся тем, что упаривание отходов и приготовление цементного компаунда дополнительно осуществляют индукционным нагревом, поддерживая в емкости-концентраторе температуру, не превышающую 80°С; на этапе упаривания контролируют уровень испаряемых отходов и при достижении в емкости-концентраторе требуемой кратности упаривания осуществляют порционную подачу свежих отходов, при этом уровень испаряемых отходов поддерживают в диапазоне от объема отходов, подлежащих отверждению, до объема, занимаемого отвержденными отходами, а кратность упаривания отходов в емкости-концентраторе в зависимости от исходного солесодержания контролируют мерником конденсата, объем которого равен одному объему упаренных отходов, предназначенных для отверждения, помимо этого упаривание отходов и приготовление цементного компаунда ведут при постоянном перемешивании.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при упаривании отходов температуру нагнетаемого воздуха поддерживают не выше 200°С.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве цементного связующего используют цемент и глину.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при упаривании отходов перемешивание нагретого концентрата и свежей порции отходов и приготовление цементного компаунда выполняют встроенной в емкость механической мешалкой.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104619A RU2669202C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104619A RU2669202C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2669202C1 true RU2669202C1 (ru) | 2018-10-09 |
Family
ID=63798383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018104619A RU2669202C1 (ru) | 2018-02-06 | 2018-02-06 | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2669202C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2266264A1 (en) * | 1974-04-02 | 1975-10-24 | Us Energy | Radioactive isotopes entrapped in cancrinite - to protect the environment, by reacting caustic liquor with clay and sodium nitrate |
| US4144186A (en) * | 1976-03-06 | 1979-03-13 | Gesellschaft Fur Kernforschung M.B.H | Method and apparatus for processing aqueous radioactive wastes for noncontaminating and safe handling, transporting and final storage |
| RU2152653C1 (ru) * | 1998-12-23 | 2000-07-10 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды "Радон" | Установка с охлаждаемым индукционным плавителем для остекловывания жидких радиоактивных отходов |
| RU2164716C1 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-03-27 | Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления |
-
2018
- 2018-02-06 RU RU2018104619A patent/RU2669202C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2266264A1 (en) * | 1974-04-02 | 1975-10-24 | Us Energy | Radioactive isotopes entrapped in cancrinite - to protect the environment, by reacting caustic liquor with clay and sodium nitrate |
| US4144186A (en) * | 1976-03-06 | 1979-03-13 | Gesellschaft Fur Kernforschung M.B.H | Method and apparatus for processing aqueous radioactive wastes for noncontaminating and safe handling, transporting and final storage |
| RU2152653C1 (ru) * | 1998-12-23 | 2000-07-10 | Московское государственное предприятие - объединенный эколого-технологический и научно-исследовательский центр по обезвреживанию РАО и охране окружающей среды "Радон" | Установка с охлаждаемым индукционным плавителем для остекловывания жидких радиоактивных отходов |
| RU2164716C1 (ru) * | 1999-11-15 | 2001-03-27 | Государственный научный центр РФ Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПАВЛИК О. и др. Метод одновременного выпаривания и цементирования радиоактивных отходов. В кн.: Исследование в области обезвреживания жидких, твердых и газообразных радиоактивных отходов и дезактивации загрязненных поверхностей. - Материалы IV научно-технической конференции СЭВ. - М., Атомиздат, 1978, вып.2, с.21-24. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2577512C1 (ru) | Способ переработки жидких радиоактивных отходов и их утилизации | |
| JP2912393B2 (ja) | 放射性廃棄物の処理方法 | |
| JP6454623B2 (ja) | 放射性廃棄物の処理方法および処理設備 | |
| RU2669202C1 (ru) | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов | |
| RU2737954C1 (ru) | Способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих, в том числе, изотопы трития | |
| TWM606497U (zh) | 硼酸鹽廢液處理系統 | |
| US11183312B2 (en) | Process for treating fluid wastes | |
| RU2631244C1 (ru) | Способ переработки жидких радиоактивных отходов | |
| RU2384903C2 (ru) | Способ переработки жидких радиоактивных отходов | |
| RU2164716C1 (ru) | Способ отверждения жидких радиоактивных отходов и устройство для его осуществления | |
| Kolychev et al. | The Present State and Prospects of Development in Radioactive Waste Management in the USSR | |
| RU2336584C1 (ru) | Способ переработки жидких радиоактивных отходов атомных электрических станций | |
| Fuhrmann et al. | Survey of agents and techniques applicable to the solidification of low-level radioactive wastes | |
| Holcomb | A survey of the available methods of solidification for radioactive wastes | |
| Kravarik et al. | Final treatment center project for liquid and wet radioactive waste in Slovakia | |
| Halaszovich et al. | Interim storage and solidification for THOREX-type fission product solutions | |
| Horak et al. | " RADON"-the system of Soviet designed regional waste management facilities | |
| Neilson Jr | Immobilization of wet solid wastes at nuclear power plants | |
| RU2566350C1 (ru) | Способ возведения сооружения из строительных блоков и/или строительных плит и способ изготовления строительного блока или плиты | |
| JP2022183073A (ja) | 固化体の製造方法 | |
| Pavlik | Development of an integrated liquid radioactive waste management system. Part of a coordinated programme on integrated radioactive waste management systems and their impact on the environment | |
| Parker | Recent Developments in and Future Plans for Radioactive Waste Management in the United States of America | |
| Puzyrnaya et al. | Immobilization of slimes obtained during the magnetic and sorption water treatment from radionuclides | |
| Blanco et al. | Waste Treatment and Disposal Quarterly Progress Report, November 1963-January 1964 | |
| Weeren et al. | Preliminary engineering and economic analysis of the fixation of high-level radioactive wastes in concrete |