2. Методи очищення води від радіоактивних елементів.

Способи дезактивації води підрозділяють на:

фізико-хімічні (дистиляція, осадження, коагуляція, флотація, фільтрування, сорбція, іонообмін, екстрагування, випаровування);

 електролітичні (електроліз, електродіаліз, електроіонізація);

біологічні;

поєднання перерахованих способів.

Відстоювання води застосовують як самостійний метод дезактивації, коли радіоактивні речовини завислі у воді або мають малий період напіврозпаду. Необхідний ступінь дезактивації води звичайно досягають при тривалому відстоюванні, рівному 10-20 періодам напіврозпаду радіоактивної речовини. При осадженні радіоактивних ізотопів у воду, що очищається, слід додавати в достатній кількості неактивні ізотопи того ж елемента або інший елемент, що є ізоаморфним з радіоактивними мікрокомпонентами. Так видаляють, наприклад, радіоактивний йод.

Коагуляція, що проводиться на водоочисних комплексах для освітлення і знебарвлення води, дає великий і постійний дезактиваційний ефект при підвищених дозах реагентів, якщо радіоактивні речовини знаходяться в колоїдному стані або адсорбовані на природних грубодисперсних домішках; якщо ж радіоактивні речовини присутні в розчиненому стані, дезактивація води коагуляцією не досягає мети. При дезактивації коагуляцією утворюються і осідають нерозчинні сполуки в результаті взаємодії реагентів з радіоактивними елементами, а також утворюваними пластівцями радіоізотопи витягуються (соосаджуються) з води через адсорбцію і іонообмін. Ефект дезактиваційного процесу залежить від властивостей радіоактивних ізотопів, їх концентрації, вживаних коагулянтів, їх доз і інших чинників. Для дезактивації води рекомендуються коагулянти: сульфат алюмінію, сульфат і хлорид заліза(III), фосфати (трьохзаміщений фосфат натрію і однозаміщений фосфат калія), суміш вапна і соди з силікатом натрію, поліелектроліти.

Можлива схема реагентного очищення води показана на рис. 3.16. Вихідна вода накопичується в ємкостях і усереднюється, при необхідності нейтралізується додаванням кислоти або лугу і подається в змішувач. Змішувач є зігнутою трубою, усередині якої встановлені перегородки, що створюють високу турбулентність потоку і, отже, добре перемішування води з реагентами. Реагенти дозуються у вхідну частину змішувача. Дозування, як правило, автоматизоване. Склад реагентів визначається прийнятою технологією обробки води. Із змішувача вода поступає в освітлювач, де відбувається її очищення. Осад разом із забрудненнями у вигляді пульпи (суспензії) віддаляється на захоронення, а очищена вода зливається в бак, звідки насосом прямує на подальшу обробку.

Фільтрування води через піщані фільтри не є ефективним засобом видалення радіоактивних речовин, оскільки чистий кварцевий пісок володіє малою адсорбційною здатністю. Основна дезактиваційна дія фільтрів полягає у видаленні радіоізотопів, захоплених пластівцями коагулянта, а також адсорбцією пластівцями коагулянта, глиною, органічними речовинами і мікроорганізмами, що відклалися в завантаженні фільтру. При дезактивації води на повільних фільтрах велике значення має поглинання радіоактивних речовин планктоном і мікроорганізмами біологічної плівки, які, як відомо, концентрують в своєму тілі радіоактивні речовини. Ефект видалення радіоактивних речовин фільтруючими матеріалами складає для кварцевого піску 72-89%, для активованого глинозему - 94, деревного вугілля - 86, активного вугілля - 92 і глауконіту - 83%.

Вилучення з води радіоізотопів сорбентами є одним з найпоширеніших методів її дезактивації; в якості сорбентів використовують природні іонообмінники (глини, клиноптилоліт, гідрослюди, бентоніт та інші природні цеоліти і мінерали); штучні неорганічні сорбенти (на основі важкорозчинних солей титану, цирконію, гетерополікислот, синтетичні цеоліти, сілікагель, порошки металів); природні органічні сорбенти (торф, гумусові речовини, деревину, целюлозу, активне вугілля і т. п.).

Спосіб сорбції радіоактивних іонів на завислих речовинах або на активному вугіллі з подальшим їх осадженням є високоефективним: досягається видалення цезію і плутонію до 99%.

Забруднене активоване вугілля періодично розпушується промивною водою для зниження гідравлічного опору завантаження. Після виснаження сорбційної здатності вугілля видаляють на захоронення. Контролюють установку за вмістом масел до очищення і після нього.

Дезактивація води коагуляцією, відстоюванням і фільтруванням забезпечує зниження радіоактивності води на 50-70%. Ефективність дезактивації води значно підвищується застосуванням великих доз реагентів, оптимізацією коагулянтів, додаванням до води вапна або соди. Багатоступінчасте осадження вапном і содою є вельми ефективним засобом при великих надлишках реагентів.

 Для зниження вологовмісту і об'єму осадів, що утворюються при дезактивації води коагуляцією, і тим самим полегшення видалення і захоронення радіоактивних відходів рекомендується флотація гідроксидів різними флотоагентами (нафтові бензосульфокислоти, сульфатне мило). При однаковому ступені очищення об'єм осідання гідроксиду і час відділення його від розчину флотацією значно менше, ніж при коагуляції з відстоюванням. Концентрація виділених радіоактивних речовин досягається також застосуванням методу пінної флотації. Об'єм піни після її руйнування складає 0,01-0,1% початкового об'єму розчину. Високий ефект і велика селективність дії флотоагентів, простота експлуатації, концентрація виділених радіоактивних речовин в малому об'ємі роблять метод флотації одним з найбільш переважних при дезактивації великих об'ємів води, особливо при її малому солевмісті. Недоліком методу слід вважати можливу токсичність флотоагентів.

Спосіб іонного обміну є найбільш ефективним методом очищення слабоактивних маломінералізованих вод, заздалегідь звільнених від розчинених органічних речовин. Заснований цей метод на тому, що багато радіонуклідів знаходяться у воді у вигляді іонів або колоїдів, які при зіткненні з іонітом також сорбуються фільтруючим матеріалом. Адсорбція радіоколоїдів на іонообмінних смолах носить фізичний характер; ємкість смол по відношенню до колоїдів набагато нижча, ніж до іонів.

Коефіцієнт очищення збільшується приблизно в 10 разів при використанні іонітів в змішаному шарі (рівномірно перемішані катіоніт і аніоніт), тому останні ступені установок обладнують фільтрами із змішаним завантаженням.

Особливо ефективно сумісне Н-ОН-іонування, але відсутність селективних іонообмінних матеріалів призводить до того, що іонообмін може бути використаний лише для води з невеликим вмістом солей. Висока вартість іонітів складність їх регенерації, велика кількість радіоактивних відходів ускладнюють процес. Тому іонообмін рекомендується застосовувати на невеликих пересувних і індивідуальних установках, а також як завершальний етап дезактивації води як доповнення до вищерозглянутих методів. Фільтруючий матеріал не регенерується, а після виснаження віддаляється на захоронення і замінюється свіжим. При забрудненні фільтр промивається водою.

Дистиляція - один з найбільш надійних методів дезактивації води, коли радіоактивні речовини не летючі. За наявності у воді летючих радіоактивних речовин їх необхідно перед дистиляцією осадити або перевести в зв'язаний стан. Враховуючи, що при дистиляції радіоактивність конденсату зменшується в порівнянні з вихідною водою на чотири-п'ять порядків, сильно забруднену воду перегоняють двічі. Із-за високої вартості і низької продуктивності дистиляторів цей метод застосовний переважно для очищення невеликих кількостей води. При очищенні води від радіоактивних речовин дистиляцією необхідно дотримувати наступні умови: через декілька годин роботи установки видаляти радіоактивний залишок води з котла-випарника; періодично очищати радіоактивний накип, що відкладається на стінках і паропроводах казана, піддавати утворювані відходи захороненню.

Зворотний осмос знаходить найбільше застосування при очищенні вод, що містять велику кількість розчинених солей і домішок в колоїдній формі. При цьому потрібна попередня обробка вод, оскільки мембрани «отруюються» колоїдними домішками.

Установка очищення води з використанням зворотного осмосу складається з окремих блоків, в кожний з яких входять бачок, насос і мембранний апарат. Для збільшення продуктивності установки блоки з'єднуються між собою паралельно, а для збільшення коефіцієнта очищення - послідовно. Число паралельно включених блоків і послідовно включених ступенів буває різним і визначається продуктивністю установки, забрудненістю вихідної води і необхідним ступенем очищення.

Електродіаліз застосовують для витягання з води радіоактивних елементів в іонній формі. Основний недолік електродіалізу - необхідність попередньої коагуляції і фільтрування для видалення колоїдних і псевдоколоїдних форм радіоактивних ізотопів. Не дивлячись на високу вартість, недостатню міцність мембран, великі енергетичні витрати при електродіалізі сильно мінералізованих вод, електродіалізні установки рекомендуються для дезактивації невеликих кількостей прісних і слабо мінералізованих вод.

Установка для очищення води електродіалізом є батарею електродіалізних апаратів (або груп апаратів), включених паралельно. Кількість апаратів може бути досить великою і визначатися продуктивністю кожного, солевмістом вихідної води і необхідним ступенем очищення.

Контрольні запитання:

Джерела радіаційного забруднення води.

Як очищають воду від радіоактивних забруднень?

Застосування відстоювання для видалення радіоактивних речовин.

Застосування фізико-хімічних методів для видалення радіоактивних речовин.

Особливості застосування коагулювання для видалення радіоактивних речовин.

Особливості застосування фільтрування для видалення радіоактивних речовин.

Особливості застосування сорбентів для видалення радіоактивних речовин.

Застосування електролітичних методів.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я