RU2712541C1 - Способ концентрирования трития из загрязненных вод - Google Patents

Способ концентрирования трития из загрязненных вод Download PDF

Info

Publication number
RU2712541C1
RU2712541C1 RU2019115799A RU2019115799A RU2712541C1 RU 2712541 C1 RU2712541 C1 RU 2712541C1 RU 2019115799 A RU2019115799 A RU 2019115799A RU 2019115799 A RU2019115799 A RU 2019115799A RU 2712541 C1 RU2712541 C1 RU 2712541C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
tritium
poc
contaminated
calcium peroxide
Prior art date
Application number
RU2019115799A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019115799A3 (ru
RU2019115799A (ru
Inventor
Юрий Александрович Сапожников
Любовь Дорофеевна Сапожникова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Priority to RU2019115799A priority Critical patent/RU2712541C1/ru
Publication of RU2019115799A3 publication Critical patent/RU2019115799A3/ru
Publication of RU2019115799A publication Critical patent/RU2019115799A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2712541C1 publication Critical patent/RU2712541C1/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D59/00Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/22Separation by extracting
    • B01D59/26Separation by extracting by sorption, i.e. absorption, adsorption, persorption
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
    • G21F9/12Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Removal Of Specific Substances (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области удаления радиоактивных загрязнений из природных вод, а именно отделение техногенного трития от загрязненных им вод. Способ включает добавление в загрязненную воду безводного пероксида кальция, равномерное распределение его по объему воды до образования осадка октагидрата пероксида кальция. Далее тритиевую воду отделяют от образовавшегося осадка, представляющего собой протиевую воду. Технический результат: простой и экономически выгодный способ переработки больших объемов воды, загрязненных тритием. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к области технологии разделения изотопов водорода и может быть использовано для удаления радиоактивных загрязнений из водной среды, а именно отделения техногенного трития от загрязненных им вод.
Уровень техники
Тритий - бета-излучатель, в силу своих радиохимических свойств, легко растворяется в жидкостях, попадает в организм человека, нанося ущерб здоровью.
Наиболее весомым источником поступления трития в среду обитания является атомная промышленность и ядерная энергетика, в частности, ядерные реакторы и заводы по регенерации ядерного топлива (РТ). [Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. «Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике», М.: ИздАТ, 2000, 344 с.].
В процессе деятельности предприятий атомной промышленности тритий выбрасывается в составе газо-аэрозольных выбросов в атмосферу и с жидкими отходами в поверхностные и подземные воды, увеличивая уровни содержания этого радионуклида в окружающей среде.
Из реакторов и установок по переработке топлива тритий выделяется или в виде содержащего тритий водорода (НТ), или в виде содержащей тритий воды (НТО), которые попадают в атмосферу, в реки и озера. Любой выброшенный тритий оказывается в виде тритированной воды (вода, в составе которой в молекулах содержится тритий). Повышение уровня трития в окружающей среде приводит к повышению содержания трития в растениях, организмах животных и людей. Тритированная вода (НТО) замещает обычную воду (Н2О). Радиационное воздействие трития является следствием потребления человеком продуктов питания и питьевой воды, загрязненных тритием. Кроме того, тритированная вода (НТО) может попасть в организм человека при вдыхании, а также через кожный покров. При наличии трития, весь человеческий организм подвергается воздействию бета-излучения.
Полувековая практика эксплуатации объектов ядерной энергетики и деятельности организаций, связанных с использованием радионуклидов, в частности, для получения меченых соединений, привела к накоплению большого количества радиоактивных отходов. Одним из них является тритийсодержащая вода. Особенностью подобных ЖРО, является то, что тритий нельзя удалить из воды применяя классические методы переработки ЖРО: сорбция, экстракция, выпаривание и т.п. Поэтому в большинстве случаев тритиевая вода направляется на длительное хранение, либо сбрасывается в окружающую среду.
Основная причина малой изученности тритиевой воды заключается в трудности количественного измерения, идентификации и детектирования ее основного компонента - природного трития.
В настоящее время существует несколько способов очистки воды от трития.
Одним из известных способов является двухступенчастая схема очистки загрязненной тритием воды методом ректификаци (WD-процесс). Очистка воды от трития основана на разности летучести НТО и Н2О, а именно: при 60°С давление Н2О в 1.056 раз больше чем НТО. Однако данный способ характеризуется сложностью в связи с необходимостью использования специального оборудования, а также значительными энергозатратами, которые требуются на поддержание постоянной температуры и давления в процессе ректификации для очистки больших объемов загрязненной тритием воды [http://www.ecologylife.ru/ecologists/metod-resh-prob-util-okr-sredy.html].
Известен также способ очистки загрязненной тритием воды, основанный на использовании химического электролиза и изотопного обмена в системе вода - водород (СЕСЕ - процесс). В способе реализуется процесс изотопного обмена атомов водорода между молекулами воды и газообразного водорода, при котором тяжелый изотоп (тритий) конденсируется в жидкой фазе.
Figure 00000001
Однако реализация способа сопровождается большим расходом электроэнергии за счет электролиза всего объема поступающих ЖРО, что также влечет дополнительные требования к безопасности [Тихомиров Н.А. Разработка проекта по созданию установки по очистке воды от радиоактивного трития. Выпускная работа бакалавра, 2016].
Также известен способ очистки загрязненной тритием воды посредством двухтемпературного изотопного обмена в системе вода - водород (BHW-процесс). Способ основан на реакции (1), при этом, в отличие от описанного выше способа, отсутствует процесс электролиза поступающей на переработку воды, за счет чего достигается снижение энергетических затрат. Однако данный способ характеризуется использованием высокого рабочего давления в колонне ~ 50 атм, большего объема газообразного водорода и невысокой степенью очистки.
Известен также способ очистки загрязненной тритием воды посредством двухтемпературного изотопного обмена в системе вода - сероводород (GS - процесс). Так же, как и в BHW-процессе, в GS используются горячие и холодные колонны и циркулирующий в системе газ. Однако в GS в качестве газа используется высокотоксичный сероводород под высоким давлением ~ 20 атм. [http://2015.atomexpo.ru/mediafiles/u/files/materials/6/Florya.pdf].
Из уровня техники известны способы очистки загрязненной тритием воды с использованием сорбентов для концентрирования трития из воды. Так, например, известно использование цеолитов различных типов для адсорбции изотопов водорода [И.А. Алексеев, В.Д. Тренин. Температурная зависимость коэффициентов разделения изотопов водорода при адсорбции на цеолите NaA. Журн. прикладной химии, т. 66, вып. 1, стр. 132, 1993; I.A. Alekseev, S.P. Karpov, V.D. Trenin. Zeolite Cryopumps for Hydrogen Isotopes Transportation. FUSION TECHNOLOGY, vol. 28, No 3, 499, 1995]. Однако более высокая подвижность протия (легкого, стабильного изотопа водорода) по сравнению с тритием, высокие энергии связи протия по сравнению с тритием в образующихся системах, а также высокая стоимость катализаторов не позволяют использовать данные сорбенты для очистки больших объемов загрязненной тритием воды.
Раскрытие изобретения
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является переработка больших объемов воды, загрязненных тритием, простым, легко масштабируемым способом.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение объема загрязненной тритием воды по сравнению с исходным объемом при упрощении технологии удаления трития из загрязненных им вод. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в том, что большие объемы воды смогут быть переработаны с использованием простых и недорогих материалов и методов, обеспечивающих возможность реализации предлагаемого подхода в необходимых масштабах.
Техническая проблема решается способом отделения тритиевой воды от исходной загрязненной им воды, включающим добавление в исходную воду безводного ПОК, с возможностью равномерного распределения ПОК по объему воды, с последующим отделением тритиевой воды от образовавшегося осадка октагидрата пероксида кальция. При этом ПОК добавляют постепенно при постоянном перемешивании.
Предпочтительно использовать 1 массовую часть безводного ПОК на по меньшей мере 2 массовые части воды.
Наиболее предпочтительно использовать на 1 часть ПОК 4-5 массовых частей загрязненной воды.
Также техническая проблема решается применением безводного ПОК для концентрирования загрязненной тритием воды.
Осуществление изобретения
Для отделения тритиевой воды используется безводный ПОК, способный удерживать протиевую воду в процессе гидратации. Процесс гидратации ПОК описан в литературе [Гладышев Н.Ф., Гладышева Т.В, Лемешева Д.Г. и др. Пероксидные соединения кальция. Синтез. Свойства. Применение. 2013, М.: Издательский дом «Спектр», 216 с.].
В данном изобретении предлагается проводить гидратацию безводного пероксида кальция (ПОК), загрязненной тритием водой. При этом протиевая вода селективно участвует в процессе гидратации, образуя твердый октагидрат пероксида кальция (ОГ ПОК), а тритиевая вода остается в жидкой фазе, удельная активность которой возрастает по мере связывания протиевой воды твердой фазой.
После отделения жидкой фазы от затвердевающего ОГ ПОК, и накопления больших объемов тритиевого концентрата, безводный ПОК может быть добавлен повторно для дальнейшего повышения степени концентрирования трития в жидкой фазе.
Концентрат трития, существенно меньшего объема, чем исходная загрязненная тритием вода, может храниться до полного распада трития (~120 лет).
Известно, что при гидратации безводного пероксида кальция одна его молекула присоединяет восемь молекул воды. Экспериментальные исследования показали, что в процессе гидратации ПОК проявляет высокую изотопную селективность, присоединяя в первую очередь протиевую («легкую») воду, а вода, содержащая тритий, остается в жидкой фазе.
При оценке соотношения масс загрязненной воды и ПОК используют уравнение реакции гидратации ПОК:
СаO2+8Н2O=СаO2*8Н2O,
т.е. единица массы безводного ПОК связывает восемь единиц массы протиевой (обычной «легкой») воды. Следует принимать во внимание, что реальный технический ПОК содержит значительную долю примесей, таких как карбонат и оксид кальция, таким образом, все расчеты должны учитывать долю чистого продукта.
В емкость с загрязненной тритием водой постепенно вносят безводный ПОК из расчета, что на 1 массовую часть ПОК вносят по меньшей мере 2 массовые части воды. ПОК вносят небольшими порциями при непрерывном перемешивании с целью обеспечения равномерного взаимодействия ПОК с водой и предотвращения комкования. Скорость перемешивания не должна приводить к расплескиванию жидкой фазы из емкости, в которой происходит гидратация ПОК. С увеличением массы введенного ПОК в результате его гидратации масса твердой фазы увеличивается до тех пор, пока объем кристаллогидрата и жидкой фазы не займут практически весь объем емкости, в которой проводился процесс гидратации.
Пример конкретного выполнения
В описываемом примере доля чистого ПОК составляла 74%.
В модельном эксперименте в емкость с 50 мл воды, содержащей тритий (активность около 50 килобеккерель (кБк), т.е. ~ 1 кБк/мл), вносили при перемешивании навески ПОК (см. таблицу 1).
Как видно из представленных в табл. 1 результатов, с увеличением массы добавляемого ПОКа удельная активность трития в жидкой фазе возрастает.
Измерения активности трития выполнялись жидкостно-сцинтилляционным методом с помощью прибора Tri-Carb 3810 TR фирмы PerkinElmer (США).
Figure 00000002
Таким образом показано, что тритиевая вода может быть отделена от преобладающих количеств протиевой воды путем связывания последней в виде труднорастворимого октагидрата пероксида кальция.

Claims (5)

1. Способ очистки от трития загрязненной им воды, включающий добавление в загрязненную воду безводного пероксида кальция (ПОК) с возможностью равномерного распределения ПОК по объему воды до образования осадка октагидрата пероксида кальция, с последующим отделением тритиевой воды от образовавшегося осадка, включающего протиевую воду.
2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что ПОК добавляют постепенно при постоянном перемешивании.
3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что безводный ПОК используют из расчета: на 1 массовую часть ПОК берут по меньшей мере 2 массовые части воды.
4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что на 4-5 массовых частей загрязненной воды берут 1 массовую часть ПОК.
5. Применение безводного ПОК для очистки от трития загрязненной им воды.
RU2019115799A 2019-05-22 2019-05-22 Способ концентрирования трития из загрязненных вод RU2712541C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115799A RU2712541C1 (ru) 2019-05-22 2019-05-22 Способ концентрирования трития из загрязненных вод

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019115799A RU2712541C1 (ru) 2019-05-22 2019-05-22 Способ концентрирования трития из загрязненных вод

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019115799A3 RU2019115799A3 (ru) 2019-10-24
RU2019115799A RU2019115799A (ru) 2019-10-24
RU2712541C1 true RU2712541C1 (ru) 2020-01-29

Family

ID=68342293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019115799A RU2712541C1 (ru) 2019-05-22 2019-05-22 Способ концентрирования трития из загрязненных вод

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712541C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767867C1 (ru) * 2020-12-29 2022-03-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) Способ выделения трития из загрязненных им вод
WO2024205387A1 (ru) * 2023-03-27 2024-10-03 Бауржан Мухтарханович ИБРАЕВ Способ очистки водосодержащего раствора от радиоактивных изотопов стронция, цезия и трития

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060801C1 (ru) * 1994-03-17 1996-05-27 Юрий Александрович САХАРОВСКИЙ Способ извлечения трития и протия из дейтерийсодержащей воды
RU135839U1 (ru) * 2013-05-31 2013-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Устройство для хранения высококонцентрированной тритированной воды
WO2015037734A1 (ja) * 2013-09-13 2015-03-19 Koyanaka Hideki トリチウム吸着材、水中からのトリチウムの分離方法及びトリチウム吸着材の再生方法
WO2016034745A2 (en) * 2015-09-22 2016-03-10 Cylenchar Limited A method for concentrating and/or entrapping radioisotopes from an aqueous solution
RU2592078C1 (ru) * 2015-07-20 2016-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТВЭЛЛ" Способ иммобилизации жидких содержащих тритий радиоактивных отходов
RU2627690C1 (ru) * 2016-09-15 2017-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ кондиционирования воды, содержащей тритий
JP2018004588A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 国立研究開発法人物質・材料研究機構 トリチウムを含む放射能汚染水からのトリチウムの分離除去方法
JP2019005702A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 株式会社フォワードサイエンスラボラトリ 三重水素吸収材及びその製造方法並びに軽水からの三重水素の分離方法
RU2680507C1 (ru) * 2018-03-14 2019-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Способ очистки вод, загрязненных тритием

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2060801C1 (ru) * 1994-03-17 1996-05-27 Юрий Александрович САХАРОВСКИЙ Способ извлечения трития и протия из дейтерийсодержащей воды
RU135839U1 (ru) * 2013-05-31 2013-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" Устройство для хранения высококонцентрированной тритированной воды
WO2015037734A1 (ja) * 2013-09-13 2015-03-19 Koyanaka Hideki トリチウム吸着材、水中からのトリチウムの分離方法及びトリチウム吸着材の再生方法
RU2592078C1 (ru) * 2015-07-20 2016-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "ТВЭЛЛ" Способ иммобилизации жидких содержащих тритий радиоактивных отходов
WO2016034745A2 (en) * 2015-09-22 2016-03-10 Cylenchar Limited A method for concentrating and/or entrapping radioisotopes from an aqueous solution
WO2016034745A4 (en) * 2015-09-22 2016-09-09 Cylenchar Limited A method for concentrating and/or entrapping radioisotopes from an aqueous solution
JP2018004588A (ja) * 2016-07-08 2018-01-11 国立研究開発法人物質・材料研究機構 トリチウムを含む放射能汚染水からのトリチウムの分離除去方法
RU2627690C1 (ru) * 2016-09-15 2017-08-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ кондиционирования воды, содержащей тритий
JP2019005702A (ja) * 2017-06-23 2019-01-17 株式会社フォワードサイエンスラボラトリ 三重水素吸収材及びその製造方法並びに軽水からの三重水素の分離方法
RU2680507C1 (ru) * 2018-03-14 2019-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук Способ очистки вод, загрязненных тритием

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2767867C1 (ru) * 2020-12-29 2022-03-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) Способ выделения трития из загрязненных им вод
WO2024205387A1 (ru) * 2023-03-27 2024-10-03 Бауржан Мухтарханович ИБРАЕВ Способ очистки водосодержащего раствора от радиоактивных изотопов стронция, цезия и трития

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019115799A3 (ru) 2019-10-24
RU2019115799A (ru) 2019-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. An investigation into the use of cuprous chloride for the removal of radioactive iodide from aqueous solutions
Pansini Natural zeolites as cation exchangers for environmental protection
Rolia et al. Kinetics of decomposition of tetrathionate, trithionate, and thiosulfate in alkaline media
Lehto et al. Selective separation of radionuclides from nuclear waste solutions with inorganic ion exchangers
RU2712541C1 (ru) Способ концентрирования трития из загрязненных вод
Yang et al. Sulfur-modified zeolite A as a low-cost strontium remover with improved selectivity for radioactive strontium
Liu et al. Removal of radioactive iodide from simulated liquid waste in an integrated precipitation reactor and membrane separator (PR-MS) system
Ali et al. Removal of strontium radionuclides from liquid scintillation waste and environmental water samples
Dyer Ion-exchange properties of zeolites
RU2112289C1 (ru) Способ переработки жидких радиоактивных отходов
Kavitha et al. Review and assessment on the separation of cesium and strontium from the aqueous stream
Pshinko et al. Removal of radiocesium from aqueous media with zinc–aluminum layered double hydroxide intercalated with copper (II) hexacyanoferrate
RU2767867C1 (ru) Способ выделения трития из загрязненных им вод
Moghal et al. State-of-the-art review on strontium toxicokinetics, mechanistic response, alterations and regulations
RU2680507C1 (ru) Способ очистки вод, загрязненных тритием
JP2012225892A (ja) 溶液から放射性物質を除去する方法
RU2090944C1 (ru) Способ очистки от радионуклидов воды высокого уровня активности
Misaelides et al. Thorium (IV) and neptunium (V) uptake from carbonate containing aqueous solutions by HDTMA-modified natural zeolites
Eden et al. Observations on the Removal of Radioisotopes during Purification of Domestic Water Supplies: I. Radioiodine
WO2024205387A1 (ru) Способ очистки водосодержащего раствора от радиоактивных изотопов стронция, цезия и трития
RU2330340C2 (ru) Способ извлечения радионуклидов из водных растворов
CN110331291A (zh) 一种分离和/或提取镧系元素的方法
Saxena A Review on Fluoride in Ground Water: Causes, Effects and Solutions
Perlova et al. Dynamic sorption of carbonate forms of uranium (VI) with FIBAN fibrous ion exchangers
Honstead et al. Mineral Reactions—a New Waste Decontamination Process