11.8. Decontaminarea apei
11.8.1. Poluarea apei radioactive și evaluarea metodelor de curățare
Apele contaminate, în funcție de condițiile de formare, sunt divizate în mod condiționat în deversări industriale și așa-numita apă de capcană [2]. Evacuările industriale includ circuite de apă contaminate ale centralelor nucleare, soluții după decontaminarea acestor circuite și soluții formate în timpul emisiilor de urgență. Pentru a efectua soluții de decontaminare trapernym uzat, apa de la camere sanitare de inspecție și spălătorii, filtre de apă și alte lichide cu activitate scăzută a deșeurilor, volumul total al care este de câteva zeci de mii de metri cubi pe an. In plus, tratamentul poate fi supus apei de ploaie, fântâni și iazuri mici, lacuri și râuri chiar era la momentul accidentului de la Cernobîl. Contaminarea radioactivă în apa purificată poate fi sub formă de ioni, anioni, particule coloidale, materii suspendate și precipitații. Pentru a fi curățat soluții de decontaminare utilizate pot conține adsorbanți, agenți activi de suprafață și alte impurități, care sunt uneori necesare pentru a elimina sau distruge. apa poluată (soluții, canalizare, apa) are o concentrație de radionuclid în ea, care este exprimată în Bq / m 3, iar randamentul de decontaminare este estimat Koch factor de purificare:
unde AV H și AVK reprezintă concentrația de substanțe radioactive (concentrație volumetrică) înainte și după dezactivarea apei.
Factorul de purificare necesar poate fi exprimat prin expresia:
unde ADC este concentrația permisă a unui radionuclid dat în apă [1].
Parametrul cel mai important care caracterizează purificarea apei este gradul de purificare # 951, care este definită de relația:
În consecință, gradul necesar de purificare a apei poate fi exprimat după cum urmează:
11.8.2. Metode de decontaminare a apei
Particulele radioactive din apă sub acțiunea câmpului gravitațional sunt supuse sedimentării și, astfel, se produce o purificare spontană a apei într-o oarecare măsură. În condiții de sedimentare liberă, forța care acționează asupra particulei este de mg. și viteza de așezare este descrisă de ecuația Stokes:
unde d este diametrul particulei; r și r 0 este densitatea materialului de particule și soluție; k este vâscozitatea soluției apoase, care pentru apă la 20 ° C este egală cu 1,002 · 10-3 Pa · s [66]; g este accelerația datorată gravitației. Formula (11.74) este valabilă pentru particulele cu diametre de la 1 μm la 100 μm, având o formă apropiată de cea sferică. Pentru particule cu un diametru de 10 microni și 90 microni și o densitate de 2 x 10 3 kg / m 3 Rata de sedimentare în apă, estimată conform formulei (11,74), sunt, respectiv, 5,4 x 10 -5 m / s și 4,4 × 10 -3 m / s. În consecință, timpul minim de sedimentare a particulelor cu un diametru de 10 μm într-un vas de 20 cm în înălțime va fi de aproximativ 1 oră. Odată cu scăderea diametrului particulei (vezi Ec. (11.74)) viteza de sedimentare a descrește direct proporțional cu pătratul diametrului particulelor și în consecință, timpul de sedimentare poate fi de mai multe zile. Reducerea timpului de curățare prin utilizarea acestei metode, este posibil prin creșterea accelerației, t. E. Centrifugarea sau prin creșterea cantității de particule radioactive, introducerea așa-numitele coagulanților de soluție. Ca floculanții utilizați polimeri, cum ar fi poliacrilamida, m. E. Moleculele de polimer care formează între particulele radioactive din apă într-o stare suspendată, un pod, ceea ce duce la creșterea particulelor și o mai rapidă de sedimentare a acestora și, prin urmare, la curățarea apă.
Centrifugarea intensifică procesul de sedimentare și, de asemenea, face posibilă scăderea contaminanților radioactivi care se dizolvă într-un amestec cu un lichid organic [58]. Atunci când acest lichid mixt este decontaminat, la început particulele radioactive (anorganice) solide sunt separate de partea organică prin centrifugare. Apoi, radionuclidele dizolvate sunt extrase din acest lichid organic prin amestecarea cu o soluție apoasă de acid etilendiaminotetraacetic (EDTA), care formează compuși solubili în apă cu radionuclizi. Acidul triacetat de nitril și anumiți acizi anorganici sunt de asemenea utilizați pentru extracție. În plus, fracția apoasă este din nou separată prin centrifugare împreună cu substanțele radioactive, obținându-se astfel o fracție organică purificată.
Filtrarea se referă la purificarea unui lichid prin precipitarea impurităților suspendate pe suprafața filtrului. Deoarece se utilizează încărcătura de filtrare, nisip de cuart, minerale naturale zdrobite și sorbenți artificiali, care sunt plasați în filtru între două grile. Când soluția care conține radionuclizi sub formă de particule se deplasează, aceste particule se precipită în labirintul micro- și macroporilor din filtru. Majoritatea particulelor radioactive este reținută de stratul exterior al încărcăturii de filtru și, prin urmare, restul volumului încărcăturii este puțin implicat în purificarea apei.
Printre parametrii care caracterizează calitatea filtrării, gradul de purificare este de o mare importanță - raportul (11.72) și coeficientul de trecere Kp. care sunt legate de relația:
Capacitatea filtrului este caracterizată prin viteza de filtrare a lichidului, m 3 / h, trecând prin secțiunea transversală a filtrului cu o suprafață de 1 m 2, adică măsurată în m / h.
Pentru a compara calitatea diferitelor filtre, rezistența lor este evaluată la aceeași rată de filtrare de 1 cm / s (viteza de referință). Dacă la o rată de filtrare de referință de 1 cm / s rezistența acestui filtru este egală cu # 916; PFO. atunci rezistența reală la viteza de filtrare vF va fi:
Ca indice complex de filtrare, se folosește raportul dintre logaritmul coeficientului de alunecare Kp și scăderea presiunii la viteza de referință:
unde D pF0 este scăderea presiunii de referință (la v = 1 cm / s), măsurată în mm de apă. coloană.
Factorul de filtrare mai mare, cu atât mai eficient procesul de filtrare în sine - mai performante de filtrare și de captare a completitudine contaminanți radioactivi (mai puțin ratio patinare). Pentru filtrele fibroase convenționale utilizate în energia nucleară, magnitudinea x este 0,2-0,3, iar pentru Petryanov filtru coeficient de filtrare este mult mai mare. Purificarea apei prin filtrare este adesea utilizată în combinație cu metoda adsorbției schimbului de ioni [45, 60, 61]. La curățarea NPP acid oxalic activitate contururi de soluție este, în principal datorită radionuclid de 60 Co, care este în soluția de decontaminare sub formă de cationi (80-99%) și într-o stare dispersată sub formă de zguri (1-20%). Prin trecerea acestei soluții printr-o rășină schimbătoare de cationi (rășină Ku) factorul de purificare atinge 100 și coloanele cu excepția de captare 60 Co prin reacția de schimb, există o precipitare mecanică de zgură care conține 60 Co. Cu toate acestea, radionuclizii de fier rămân în soluție, care sunt sub formă de anioni complecși [Fe (C2 O4) 3] 3-. și radionuclizi de crom sub formă de anioni. Pentru purificarea anionilor în acest caz se utilizează anionitul AB-17. Purificarea HWR reactoarele cu apă grea de Cs 137 și Cs 134, care sunt în formă ionică se realizează prin sorbent selectivă [K2 CoFe (CN6)], impregirovannogo 4% soluție apoasă de polivinil alcool și rășină schimbătoare de ioni sintetice [62]. In acest proces, atunci când un câmp electric (electrodializă) a fost capabil de a elimina complet radionuclizi și de 10 ori pentru a reduce consumul de sorbent pentru purificarea apei. Pentru tratarea apelor reziduale de la 134 radionuclizi Cs, Cs 137, 144, 144 Ce Pr și Sr au fost utilizate 90 de coloane care conțin amestec adsorbanți de vermiculit și clinoptilolit [63]. Activitatea de canalizare a fluctuat de la 1,92 · 10 4 Bq / l la 9,25 · 10 6 Bq / l. După trecerea în 1500 volume g coloană de raportul nuclides-curățare activă a fost de 5 x 10 3 și pe b-active - 9 × 10 2 Același Absorbantul compozit a fost testată în purificarea soluției model ce conține 137 Cs, 90 Sr și 60 Co Activitatea 3 , 7,106 Bq / l și s-a obținut un coeficient de purificare în intervalul 104-105.
Pentru a îmbunătăți productivitatea încărcăturii de filtrare s-au utilizat compuși anorganici sintetizați pe bază de fosfați și hexacianferiți de zirconiu [64]. Astfel de adsorbanți posedă o selectivitate în ceea ce privește radionuclizii de cesiu și asigură o durată de viață semnificativă a filtrului, care a fost estimată la 100.000 volume de coloane.
Îndepărtarea apei din fântâni, lacuri, râuri și canalizare se realizează în principal cu ajutorul sorbentului de origine naturală. Aceleași radionuclizi iod, stronțiu, rubidiu, cobalt și alte elemente din lacurile și râurile pot fi în diferite stări: sub formă de ioni, complecși, particule coloidale și un sediment insolubil, care este în principal amestecat cu aluviuni. Cel mai mare pericol îl reprezintă radionuclidele dizolvate în apă. Pentru a le elimina în timpul accidentului de la Cernobîl din râu Pripiat aruncate din elicoptere adsorbanți, cum ar fi zeoliții și silicagel. Pentru a curge murdar fluxuri de apă nu au lovit râuri și lacuri, baraje care conțin sorbenți naturali au fost construite pe drumul lor. Pentru a identifica cele mai eficiente absorbanți teste naturale au fost realizate prin amestecarea probei cu o cantitate definită de soluție adsorbantului conținând radionuclizi de 144 Ce, 134 Cs, Cs 137 și 106 Ru [65]. Din tabel. 11,31, unde rezultatele acestor studii, rezultă că cel mai eficient absorbantului natural pentru toți radionuclizii investigați a fost Dashukovskie depozit de argilă cu adaos de NaCl, care a fost recomandat pentru utilizare la Cernobâl.
Grad de purificare a soluțiilor din radionuclizi
cu ajutorul sorbentului natural în regimul static [65]
Pentru a curăța puțurile și rezervoarele de radionuclizi de cesiu și stronțiu, clinoptilolitul natural și sorbentul de ferocianură au fost utilizați în Cernobîl [21]. După purificarea apei cu ajutorul acestor sorbenți, concentrația de radionuclizi nu a depășit 1,8 Bq / l, care este sub standardele admise.
Purificarea apei de ploaie joasă, inclusiv a Cernobîlului, a fost efectuată în rezervoare de beton armate deschise (hărți). Aceste recipiente au fost împărțite în celule verticale, ale căror ieșiri conțin o încărcătură de filtrare constând din 30 cm de piatră zdrobită, 30 cm de nisip și 200 cm de sorbent natural și un strat de schimb ionic. Când trece printr-un astfel de filtru, apa a fost purificată din radionuclizi, iar rata dozei a scăzut cu un factor de 100. Apa filtrată a fost apoi alimentată într-un iaz de răcire deschis. Mai multă apă radioactivă a fost furnizată anterior la tancurile de depozitare în care a fost purificată prin sedimentare. Apoi apa a fost alimentată din rezervorul de stocare cu ajutorul unei stații de pompare plutitoare pe carduri pentru purificare ulterioară. Performanța unui card a fost de 1470 m 3 / zi, iar rata de purificare pentru 137 Cs a fost de 98-99%, pentru activitatea totală g - 94-95% și aceeași pentru activitatea totală b.
În procesul de filtrare a apei (soluție), contaminarea rămâne pe filtru după filtrele de timp specificate se colmata și trebuie regenerat sau eliminate împreună cu radionuclizi. Această lipsă este practic absentă în metoda purificării apei prin intermediul membranelor [28]. Metodele de curățare a membranei includ osmoza inversă și ultrafiltrarea. Când trece printr-o perete despărțitor semipermeabil de la primul vas la cea de-a doua soluție, cel de-al doilea vas creează o presiune crescută a apei [66]. Mărimea diferenței dintre coloana de fluid dintre cel de-al doilea și primul vas se numește presiunea osmotică. Dacă în al doilea vas pentru a crea în mod artificial a presiunii osmotice, o parte din ea, în primul vas va trece doar apă pură și radionuclizii rămase vor fi concentrate în al doilea vas. Presiunea datorată efectului osmotic variază foarte mult și poate fi de 0,5-10 MPa. Osmoza inversă este accelerată prin aplicarea unui câmp electric constant. Un astfel de proces se numește electroosmoză sau dializă.
Limita inferioară de salinitate a soluțiilor, la care se recomandă utilizarea electrodializei, este de 200-400 mg / l. La valori mai mici, conductivitatea electrică a soluțiilor scade brusc. Limita superioară depinde de câțiva factori, dintre care principalul este economic, deoarece energia consumată în acest proces este proporțională cu numărul de ioni eliminați. Concentrarea limitată osmoza fenomene parazitare și electroosmoza, capacitatea de transfer de produse de disociere a apei (care limitează creșterea densității curentului) și depunerea sărurilor pe membranele când produsele de solubilitate ale acestor săruri.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: