RU2028678C1

RU2028678C1 - Method of processing of spent biomass of microorganism used for extraction of radionuclides and heavy metals from solutions of their salts

Info

Publication number: RU2028678C1
Authority: RU
Inventors: И.Ю. Мареев; В.Ф. Промыткин; М.П. Ховрычев
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа "Эдем"
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: biological cleaning of solutions. SUBSTANCE: spent biomass of microorganisms used as sorbent for extraction of radionuclides and heavy metals from solutions is subjected to thermal treatment (drying) in definite thermal conditions: smooth heating by raising the air temperature at a rate of not higher than 2 C/min, mainly 1.5 to 2 C/min, bringing the air temperature to a temperature of not higher than 95 C, mainly 90 to 95 C, and seasoning of biomass in the conditions of natural convection. EFFECT: facilitated procedure. 3 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к биологическим методам очистки растворов от радионуклидов и тяжелых металлов и может быть использовано для очистки от них сточных вод, жидких отходов производств, а также твердых и газообразных материалов после приготовления из них растворов, содержащих радионуклиды и тяжелые металлы. The invention relates to biological methods for cleaning solutions from radionuclides and heavy metals and can be used to clean them from wastewater, liquid industrial wastes, as well as solid and gaseous materials after preparing solutions containing radionuclides and heavy metals from them.

Известен способ очистки жидких радиоактивных отходов от радионуклидов, включающий извлечение радионуклидов с использованием ионообменных смол [1]. A known method of purification of liquid radioactive waste from radionuclides, including the extraction of radionuclides using ion exchange resins [1].

Недостаток известного способа состоит в использовании ионообменных смол в качестве средства для извлечения из очищаемого раствора pадионуклидов и тяжелых металлов, следствием чего является то, что утилизации (захоронению) подлежат большие объемы отработанных смол. The disadvantage of this method is the use of ion-exchange resins as a means for extracting radionuclides and heavy metals from the solution to be purified, which results in the fact that large volumes of spent resins are subject to disposal (disposal).

Известен способ утилизации отработанной биомассы микроорганизмов, использованной для извлечения тяжелых металлов из их растворов, включающий ее термическую обработку [2]. Термическая обработка биомассы по данному известному способу заключается в ее сжигании. A known method of disposal of spent biomass of microorganisms used to extract heavy metals from their solutions, including its heat treatment [2]. Heat treatment of biomass according to this known method consists in burning it.

Недостатком данного известного способа являются большие потери сорбированных биомассой металлов в окружающую среду при ее сжигании. The disadvantage of this known method is the large loss of metal sorbed by biomass into the environment when it is burned.

Цель изобретения - повышение сохранности окружающей среды. Цель достигается тем, что в способе переработки отработанной биомассы микроорганизмов, используемой для извлечения радионуклидов и тяжелых металлов из растворов их солей, включающем ее термическую обработку, отличительной особенностью является то, что термическую обработку биомассы осуществляют путем ее сушки в условиях естественной конвекции при температуре воздуха не выше 95^оС, преимущественно 90-95^оС, причем нагревание воздуха до температуры сушки биомассы осуществляют путем плавного повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2^оС/мин, преимущественно 1,5-2^оС/мин. Отличительной особенностью является также то, что высушенную биомассу подвергают захоронению.The purpose of the invention is to increase the preservation of the environment. The goal is achieved by the fact that in the method of processing spent biomass of microorganisms used to extract radionuclides and heavy metals from solutions of their salts, including its heat treatment, a distinctive feature is that the heat treatment of biomass is carried out by drying it in conditions of natural convection at air temperature not above 95 ^about With, mainly 90-95 ^about With, and the heating of the air to the drying temperature of the biomass is carried out by gradually increasing the air temperature at a speed not above 2 ^about C / min, mainly 1.5-2 ^about C / min. A distinctive feature is that the dried biomass is subjected to disposal.

Было установлено, что отработанная биомасса микроорганизмов, использованная в качестве сорбента для извлечения из растворов радионуклидов и тяжелых металлов, только при определенном термическом режиме ее обработки прочно удерживает сорбированные элементы, что исключает их поступление в окружающую среду в процессе этой обработки. Такими обязательными режимными параметрами термической обработки отработанной биомассы оказались следующие: плавное ее нагревание путем повышения температуры воздуха со скоростью не выше 2^оС/мин, преимущественно 1,5-2^оС/мин, доведение температуры воздуха до температуры не выше 95^оС, преимущественно 90-95^оС, и выдерживание ее при этой температуре в условиях естественной конвекции. Высушенная биомасса имеет малые объемы и подлежит захоронению.It was found that the spent biomass of microorganisms, used as a sorbent to extract radionuclides and heavy metals from solutions, only with a certain thermal regime of its treatment firmly retains sorbed elements, which excludes their release into the environment during this processing. Such optional heat treatment regime parameters waste biomass were as follows: smooth its heat by raising the temperature at a rate not exceeding 2 ° ^C / min, preferably 1.5-2 ° ^C / min, inlet air temperature adjusting to a temperature not higher than 95 ^{° C,} mainly 90-95 ^about With, and keeping it at this temperature in conditions of natural convection. Dried biomass has small volumes and is subject to burial.

Ниже приведены примеры реализации нового способа. The following are examples of the implementation of the new method.

П р и м е р 1. К жидким радиоактивным отходам, содержащим радионуклиды ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и ²³⁹Рu (последний одновременно является представителем группы тяжелых металлов), добавляли для извлечения радионуклидов сырую отмытую биомассу грибов родов Реnicillum, Aspergillus, Rhizopus. Затем отработанную биомассу, подлежащую переработке, отделяли фильтрованием и после определения в пробе содержания радионуклидов подвергали сушке. Для этого температуру воздуха в сушильной камере, в которую помещали сырую биомассу, плавно поднимали со скоростью 1,5-2,0^оС/мин вплоть до 93^оС и затем в камере поддерживали температуру воздуха 93 ± 2^оС при естественной конвекции воздуха.Example 1. To liquid radioactive waste containing ⁹⁰ Sr, ¹³⁷ Cs and ²³⁹ Pu radionuclides (the latter is also a representative of the heavy metal group), raw washed biomass of the fungi of the genus Recillillum, Aspergillus, Rhizopus was added to extract the radionuclides. Then the spent biomass to be processed was separated by filtration and, after determining the radionuclide content in the sample, was dried. For this purpose the air temperature in the drying chamber, in which was placed the crude biomass smoothly raised at a rate of 1.5-2.0 ° ^C / min up to 93 ^{° C} and then was kept in a chamber air temperature of 93 ± 2 ° ^C under natural air convection .

В процессе сушки биомассы из нее периодически отбирали пробы и определяли в них содержание радионуклидов. Результаты приведены в таблице 1 и свидетельствуют о том, что в пределах относительной погрешности (составляющей около 15% от измеряемой величины) отклонения, которые наблюдались относительно начального значения активности биомассы как в положительную, так и в отрицательную сторону, не превышают 10,4%. Усредненное отклонение активности, наблюдаемое для высушенной биомассы относительно ее начального значения, составило для ²³⁹ Рu - 7,3%, для ⁹⁰Sr - 4,3%, для ¹³⁷Cs - 6,3%. Отсутствие монотонности колебаний подтверждает их случайный характер. Проведенный анализ полученных данных свидетельствует о том, что выброс активности за пределы сухого остатка биомассы при ее сушке в условиях естественной конвекции при температуре 93 ± 2^оС не происходит. Нагревание воздуха со скоростью ниже 1,5^оС/мин привело к таким же результатам, но замедлило процесс сушки (см. табл. 1).In the process of drying biomass, samples were periodically taken from it and the content of radionuclides in them was determined. The results are shown in Table 1 and indicate that, within the relative error (component of about 15% of the measured value), the deviations that were observed relative to the initial value of the biomass activity in both positive and negative directions do not exceed 10.4%. The average deviation of activity observed for dried biomass relative to its initial value was 7.3% for ²³⁹ Pu, 4.3% for ⁹⁰ Sr, and 6.3% for ¹³⁷ Cs. The absence of monotonicity of the oscillations confirms their random nature. The analysis of the obtained data indicates that the release of activity beyond the dry residue of biomass during its drying under conditions of natural convection at a temperature of 93 ± 2 ^о С does not occur. Heating the air at a rate below 1.5 ^° C / min led to the same results, but slowed down the drying process (see Table 1).

П р и м е р 2. Сырую, насыщенную радионуклидами биомассу, подвергли сушке, нагревая воздух в сушильной камере со скоростью 3-5^оС/мин или 5-7^оС/мин. При этом, по достижению температуры биомассы 95^оС, вследствие инерционности системы нагрева, наблюдался частичный местный перегрев и локальное вскипание сырой биомассы, что, как известно приводит к выбросу активности.PRI me R 2. Raw, saturated with radionuclides biomass was subjected to drying, heating the air in the drying chamber at a speed of 3-5 ^about C / min or 5-7 ^about C / min. Thus, to achieve a biomass temperature 95 ^{° C,} due to the inertia of the heating system, there was a partial local overheating and localized boiling of the raw biomass, which is known to lead to the release of activity.

П р и м е р 3. Отработанную сырую биомассу грибов типа Реnicillum высушили до постоянного веса при температуре воздуха 45^о или 60^оС, или 80^оС предварительно нагревая воздух в сушильной камере со скоростью 1,5-2^оС/мин. Анализ содержания радионуклидов в высушенной биомассе показал, что выброс активности за пределы сухого остатка биомассы не происходил, но время ее сушки увеличилось по сравнению с оптимальной температурой сушки 90-95^оС (см. табл. 2).EXAMPLE EXAMPLE 3 The spent biomass raw mushroom type Renicillum dried to constant weight at an air temperature of ^about 45 or 60 ^{° C} or 80 ^{° C} pre-heating the air in the drying chamber at a rate of 1.5-2 ° ^C / min. Analysis of radionuclides in a dried biomass showed that the release of activity outside the dry biomass residue did not occur, but its drying time increased as compared with the optimum drying temperature of 90-95 ^{° C} (see. Table. 2).

П р и м е р 4. Отработанную сырую биомассу грибов рода Aspergillus высушили при температуре воздуха 100^оС, предварительно нагретого со скоростью 1,5-2^оС/мин. В процессе сушки наблюдали локальное вскипание жидкой фазы. Анализ содержания радионуклидов в высушенной биомассе показал, что при данном режиме сушки имел место частичный выброс активности за пределы сухого остатка биомассы (см. табл. 3).EXAMPLE EXAMPLE 4. The spent biomass crude Aspergillus genus of fungi dried at an air temperature of 100 ^{° C,} preheated at a rate of 1.5-2 ° ^C / min. During drying, local boiling of the liquid phase was observed. Analysis of the radionuclide content in the dried biomass showed that in this drying mode there was a partial release of activity beyond the dry residue of the biomass (see table 3).

П р и м е р 5. Отработанную сырую биомассу грибов типа Rhizopus в соответствии с известным способом (прототипом) сожгли. Анализ содержания радионуклидов в золе, полученной после сжигания биомассы, показал, что при утилизации отработанной биомассы известным способом имеет место выброс активности за пределы зоны (см, табл. 4). PRI me R 5. Spent raw biomass of fungi of the type Rhizopus in accordance with the known method (prototype) was burned. Analysis of the content of radionuclides in the ash obtained after burning biomass showed that when disposing of the spent biomass in a known manner, there is an emission of activity outside the zone (see, Table 4).

П р и м е р 6. Отработанную сырую биомассу грибов типа Rhizopus высушили при температуре воздуха в сушильной камере 93 ± 2^оС, предварительно нагревая воздух со скоростью 1,5-2^оС/мин. При этом над слоем биомассы со скоростью около 1 м/с продувался сжатый воздух, в результате чего сушка проходила не в условиях естественной конвекции. В данных условиях сушки наблюдался разнос биомассы по сушильной камере, что свидетельствовало о выбросе активности за пределы сухого остатка.EXAMPLE Example 6 The spent biomass raw mushroom type Rhizopus dried at an air temperature in the drying chamber 93 ± 2 ^{° C,} pre-heating the air at a rate of 1.5-2 ° ^C / min. At the same time, compressed air was blown over the biomass layer at a speed of about 1 m / s, as a result of which drying did not take place under conditions of natural convection. Under these drying conditions, biomass spacing in the drying chamber was observed, which indicated the release of activity beyond the dry residue.

П р и м е р 7. Отработанную сырую биомассу грибов рода Aspergillus высушили при температуре воздуха 93 ± 2^оС, предварительно нагретого со скоростью 1,5-2^оС/мин. В процессе сушки биомассу перемешивали. При этом, после потери биомассой значительной части воды и приобретения ею в результате этого определенной твердости и хрупкости, она диспергировалась в виде мелких чешуек по сушильной камере; таким образом, в данных условиях сушки имеет место выброс активности за пределы сухого остатка.EXAMPLE EXAMPLE 7. The spent biomass crude Aspergillus genus of fungi dried at an air temperature of 93 ± 2 ^{° C,} preheated at a rate of 1.5-2 ° ^C / min. In the drying process, the biomass was mixed. Moreover, after the biomass lost a significant part of the water and, as a result, it acquired a certain hardness and brittleness, it was dispersed in the form of small flakes along the drying chamber; thus, under these drying conditions, there is a release of activity beyond the dry residue.

Таким образом, оптимальный режим сушки отработанной биомассы, согласно изобретению, позволяет сохранить активность в пределах сухого остатка, подлежащего захоронению, защитить окружающую среду от опасных выбросов радионуклидов и тяжелых металлов в окружающую среду. Thus, the optimal drying mode of spent biomass, according to the invention, allows you to maintain activity within the dry residue to be disposed of, to protect the environment from dangerous emissions of radionuclides and heavy metals into the environment.

Claims

1. METHOD FOR PROCESSING THE WASTE BIOMASS OF MICROORGANISMS USED TO REMOVE RADIONUCLIDES AND HEAVY METALS FROM THE SOLUTIONS OF THEIR SALTS, including its heat treatment, characterized in that the heat treatment of biomass at ambient temperature above that is carried out under natural conditions by 95 ^{° C.} heating the air to the drying temperature is carried out by increasing its temperature at a speed of no higher than 2 degrees / min.

2. The method according to p. 1, characterized in that the drying is carried out at 90 - 95 ^o C.

3. The method according to claim 1, characterized in that the air is heated at a speed of 1.5 to 2 deg./min.