RU2465666C2 - Method of processing liquid radioactive wastes - Google Patents
Method of processing liquid radioactive wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2465666C2 RU2465666C2 RU2010153967/07A RU2010153967A RU2465666C2 RU 2465666 C2 RU2465666 C2 RU 2465666C2 RU 2010153967/07 A RU2010153967/07 A RU 2010153967/07A RU 2010153967 A RU2010153967 A RU 2010153967A RU 2465666 C2 RU2465666 C2 RU 2465666C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ozone
- stream
- liquid radioactive
- concentration
- lrw
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 title claims abstract description 37
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 145
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000006385 ozonation reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 7
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 10
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 6
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N oxalic acid group Chemical group C(C(=O)O)(=O)O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000008139 complexing agent Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002901 radioactive waste Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229960005191 ferric oxide Drugs 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J tetrasodium;2-[2-[bis(carboxylatomethyl)amino]ethyl-(carboxylatomethyl)amino]acetate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC([O-])=O UEUXEKPTXMALOB-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
- Physical Water Treatments (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к способам переработки жидких радиоактивных отходов, включает озонирование кубового остатка АЭС и может быть использовано в процессе переработки жидких радиоактивных отходов - ЖРО.The invention relates to methods for processing liquid radioactive waste, includes ozonation of the bottom residue of a nuclear power plant and can be used in the process of processing liquid radioactive waste - LRW.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
При окислении органических соединений разрушаются комплексные соединения, радионуклиды переходят в ионную форму и способны участвовать в сорбционных процессах. Кроме того, в очищаемом растворе происходит образование гидроксидов железа и двуокиси марганца, которые, как известно, являются хорошими сорбентами для радионуклидов.During the oxidation of organic compounds, complex compounds are destroyed, radionuclides transform into ionic form and are able to participate in sorption processes. In addition, in the solution being purified, iron and manganese dioxide are formed, which are known to be good sorbents for radionuclides.
Переработка кубовых остатков АЭС является одной из наиболее востребованных и масштабных задач в области переработки и хранения радиоактивных отходов.Processing of bottoms of nuclear power plants is one of the most popular and large-scale tasks in the field of processing and storage of radioactive waste.
В процессе эксплуатации АЭС образуются низкосолевые жидкие радиоактивные отходы, которые непрерывно перерабатывают путем упаривания с кристаллизацией ограниченно растворимых солей. В результате упаривания ЖРО получается конденсат и кубовые остатки, которые накапливаются в специальных хранилищах.During the operation of nuclear power plants, low-salt liquid radioactive waste is generated, which is continuously processed by evaporation with crystallization of partially soluble salts. As a result of evaporation of LRW, condensate and bottoms are obtained, which are accumulated in special storage facilities.
Озонирование является частью технологического процесса очистки ЖРО от радионуклидов, определяющей его экономичность и качество.Ozonation is part of the technological process for cleaning LRW from radionuclides, which determines its efficiency and quality.
Получение озона непосредственно в ходе процесса обработки растворов устраняет необходимость в получении и хранении больших количеств реагентов на обработку раствора, а также обеспечивает быстрое устранение аварийной ситуации, связанной с попаданием озона во внешнюю среду, простым отключением генератора озона.Obtaining ozone directly during the process of processing solutions eliminates the need for receiving and storing large quantities of reagents for processing the solution, and also provides a quick elimination of an emergency associated with the ingress of ozone into the environment by simply turning off the ozone generator.
В процессе озонирования кубовых остатков разрушаются органические вещества «отравляющие» сорбенты. 60Co и 54Mn переходят в сорбируемую форму. Происходит образование твердой фазы гидроксидов и оксидов: Fe, Ni, Cr и других. На гидроксидах и оксидах соосаждаются 60Co и 54Mn за счет адсорбционных процессов. Полнота окисления комплексов определяет степень извлечения радионуклидов 60Co и 54Mn.In the process of ozonation of bottoms, organic substances “poisoning” sorbents are destroyed. 60 Co and 54 Mn pass into the adsorbed form. The formation of the solid phase of hydroxides and oxides: Fe, Ni, Cr and others. 60 Co and 54 Mn are precipitated on hydroxides and oxides due to adsorption processes. The completeness of oxidation of the complexes determines the degree of extraction of 60 Co and 54 Mn radionuclides.
Предшествующие технологии применения озона для очистки ЖРО предлагали снизить его расходование и связанные с этим затраты путем достижения конечного результата - степени очистки ЖРО, либо за счет более высокой степени фильтрации уже озонированного раствора, либо путем снижения степени его разрушения на имеющихся в кубовых остатках взвешенных частицах - путем их предварительной фильтрации.Previous technologies for the use of ozone for LRW purification suggested reducing its expenditure and associated costs by achieving the final result - the degree of LRW purification, either due to a higher degree of filtration of the already ozonized solution, or by decreasing the degree of its destruction on suspended particles in bottoms - by pre-filtering them.
В способе [1] предлагается уменьшить потребление озона за счет проведения многостадийной микрофильтрации раствора после озонирования или при тех же затратах на получение озона достигнуть большей степени разрушения комплексонов.The method [1] proposes to reduce the consumption of ozone due to the multi-stage microfiltration of the solution after ozonation or at the same cost of producing ozone to achieve a greater degree of destruction of complexones.
Концентрат, полученный на первых стадиях микрофильтрации, смешивают с исходным раствором для предыдущей стадии микрофильтрации. На заключительной стадии микрофильтрации пермеат направляют на утилизацию.The concentrate obtained in the first stages of microfiltration is mixed with the stock solution for the previous stage of microfiltration. At the final stage of microfiltration, the permeate is sent for disposal.
Указанная последовательность и содержание технологических приемов позволяют обеспечить снижение энергозатрат, а именно производства озона для глубокой очистки ЖРО с высоким солесодержанием от радионуклидов.The indicated sequence and content of technological methods make it possible to reduce energy costs, namely, the production of ozone for deep purification of LRW with high salinity from radionuclides.
Недостатком этой работы является отсутствие предложения уменьшить главный фактор высокого расходования озона - высокую долю не прореагировавшего озона. Именно низкая степень использования озона в реакциях с ЖРО, где основным комплексоном является малоактивная в реакциях с ним щавелевая кислота, является основной причиной повышенного расходования озона. В таком растворе озон за время существования в камере пузырей не успевает окислить щавелевую кислоту и выносится с высокой концентрацией в буферном газе.The disadvantage of this work is the lack of a proposal to reduce the main factor of high ozone consumption - a high proportion of unreacted ozone. Namely, the low degree of ozone use in reactions with LRW, where the main complexone is oxalic acid, which is inactive in reactions with it, is the main reason for the increased consumption of ozone. In such a solution, ozone during its existence in the chamber of bubbles does not have time to oxidize oxalic acid and is carried out with a high concentration in the buffer gas.
Вторым недостатком такой технологии является то, что озонирование кубового остатка производится в чане. Как правило, это цилиндрическая камера, заполненная раствором, в нижнюю часть которой эжектором подается озон в организованном замкнутом потоке. Озонирование продолжается до требуемой степени разрушения комплексонов, и по мере разрушения органики эффективность ее реакций с озоном снижается. Поэтому на стадии озонирования раствора с уже низким содержанием комплексонов основным процессом ухода озона из пузырей является растворение. При однонаправленном движении пузырей и раствора возникает условие равновесия, и основное количество озона остается в пузырях, не успевая раствориться и вступить в реакцию с органикой.The second disadvantage of this technology is that the ozonation of the bottom residue is carried out in the vat. As a rule, this is a cylindrical chamber filled with a solution, into the lower part of which an ozone is fed by an ejector in an organized closed flow. Ozonation continues to the required degree of destruction of complexones, and as the organics are destroyed, the effectiveness of its reactions with ozone decreases. Therefore, at the stage of ozonation of a solution with an already low content of complexones, the main process of ozone escape from the bubbles is dissolution. With the unidirectional movement of the bubbles and the solution, a condition of equilibrium arises, and the bulk of the ozone remains in the bubbles, not having time to dissolve and react with organic matter.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки потока жидких радиоактивных отходов [2]. Основным достоинством способа [2] является непрерывность процесса очистки ЖРО, который организуется путем озонирования ЖРО по очереди в двух приемных емкостях после их заполнения. В каждой емкости процесс озонирования ведется так же, как и в предыдущем способе, до достижения требуемой степени разрушения комплексонов. При этом для снижения расходования озона предложено еще до озонирования отделять крупные взвеси на фильтре. Озонирование в способе [2] проводится в цикле: приемная емкость - насос - эжектор - приемная емкость. Эжектор обеспечивает необходимую поверхность - степень размельчения пузырей, и, следовательно, интенсивность процесса массообмена раствора с озоном, получаемым в генераторе озона с концентрацией менее 0.2 г/л. Кислотность pH раствора корректируется добавлением NaOH, поступающей в контактную камеру из емкости реагентов в процессе озонирования. Процесс озонирования заканчивается при достижении объемной активности раствора по Со и Mn установленной величины, определяемой по анализу проб, после чего раствор направляется на предварительную микрофильтрацию. Как и в предыдущем способе, в данном предложении не дается решение основной причины повышенного расходования озона - слабой активности его взаимодействия с органикой и, как следствие, выходу озона из камеры смешения с высокой концентрацией.Closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method of processing a stream of liquid radioactive waste [2]. The main advantage of the method [2] is the continuity of the LRW treatment process, which is organized by ozonation of LRW in turn in two receiving tanks after filling them. In each tank, the ozonation process is carried out in the same way as in the previous method, until the required degree of destruction of the complexones is achieved. Moreover, to reduce ozone consumption, it was proposed to separate large suspensions on the filter even before ozonation. Ozonation in the method [2] is carried out in a cycle: receiving tank - pump - ejector - receiving tank. The ejector provides the necessary surface — the degree of crushing of the bubbles, and, therefore, the intensity of the process of mass transfer of the solution with ozone obtained in an ozone generator with a concentration of less than 0.2 g / l. The acidity of the pH of the solution is adjusted by adding NaOH, which enters the contact chamber from the reagent tank during ozonation. The ozonation process ends when the volumetric activity of the solution by Co and Mn reaches the set value determined by the analysis of the samples, after which the solution is sent to preliminary microfiltration. As in the previous method, this proposal does not provide a solution to the main reason for the increased consumption of ozone - the weak activity of its interaction with organic matter and, as a result, the ozone exit from the mixing chamber with a high concentration.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является создание такого способа переработки жидких радиоактивных отходов, при котором возможно уменьшение объема радиоактивного концентрата, формируемого в виде шлама за счет увеличения коэффициента использования озона и, следовательно, увеличения степени разрушения комплексообразователей.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is the creation of such a method of processing liquid radioactive waste, in which it is possible to reduce the volume of radioactive concentrate formed in the form of sludge by increasing the utilization of ozone and, therefore, increasing the degree of destruction of complexing agents.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Указанный технический результат достигается за счет того, что предложен способ переработки жидких радиоактивных отходов, содержащих радионуклиды в ионной и коллоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природы в растворенном и взвешенном состояниях, заключающийся в том, что органические компоненты жидких радиоактивных отходов окисляют путем подачи озона в поток отходов, предварительно отфильтрованный на сетчатом фильтрующем материале, озонирование производят озоном с концентрацией более 0.2 г/л, в тракте подачи озона из генератора озона в камеру смешения создают разряжение меньше 1/3 величины обратной концентрации озона, при этом сечение газового тракта подачи озона выбирают меньше отношения скорости потока газа с озоном к концентрации озона примерно в 5000 раз, поток озонируемых жидких радиоактивных отходов - ЖРО - направляют навстречу потоку озона в пузырях, камеру смешения разделяют сеткой на две секции, в нижнюю из которых подают озон из эжектора замкнутым потоком ЖРО, взятым из этой же секции, затем отделяют сеткой и поднимают во второй секции навстречу потоку ЖРО, при этом поток ЖРО направляют последовательно через две и более камеры, в последней из которых количество озона подбирают из расчета не менее 1/3 произведения: концентрации озона, расхода ЖРО и стехиометрического коэффициента его реакции с органикой в ЖРО, замкнутый поток жидких радиоактивных отходов с озоном подают из эжектора в нижнюю секцию камеры смешения по касательной к ее периметру.The specified technical result is achieved due to the fact that the proposed method of processing liquid radioactive waste containing radionuclides in ionic and colloidal forms and ballast components of mineral and organic nature in dissolved and suspended states, namely, that the organic components of liquid radioactive waste are oxidized by supplying ozone in the waste stream, pre-filtered on a mesh filter material, ozonation is carried out with ozone with a concentration of more than 0.2 g / l, in the feed path and ozone from the ozone generator into the mixing chamber create a vacuum of less than 1/3 of the inverse ozone concentration, while the cross section of the gas path of the ozone supply is less than the ratio of the gas flow rate with ozone to the ozone concentration by about 5000 times, the flow of ozonated liquid radioactive waste - LRW - directed towards the ozone stream in the bubbles, the mixing chamber is divided by a grid into two sections, the lower of which is fed ozone from the ejector by a closed LRW stream taken from the same section, then separated by a grid and lifted into the second section towards the LRW stream, while the LRW stream is directed sequentially through two or more chambers, in the last of which the amount of ozone is selected based on at least 1/3 of the product: ozone concentration, LRW consumption and stoichiometric coefficient of its reaction with organic in LRW, closed liquid flow radioactive waste with ozone is fed from the ejector into the lower section of the mixing chamber tangentially to its perimeter.
В предложенном способе:In the proposed method:
- озонирование жидких радиоактивных отходов осуществляют озоном с концентрацией более 0.2 г/л,- ozonation of liquid radioactive waste is carried out with ozone with a concentration of more than 0.2 g / l,
- в тракте подачи озона из генератора озона в камеру смешения создают разрежение меньше 1/3 величины обратной концентрации озона,- in the path of supply of ozone from the ozone generator to the mixing chamber create a vacuum less than 1/3 of the inverse concentration of ozone,
- сечение газового тракта подачи озона выбирают меньше отношения скорости потока газа с озоном к концентрации озона примерно в 5000 раз,- the cross section of the gas path of the ozone supply is less than the ratio of the gas flow rate with ozone to the ozone concentration of about 5000 times,
- поток озонируемых жидких радиоактивных отходов направляют навстречу потоку озона в пузырях,- the flow of ozonated liquid radioactive waste is directed towards the flow of ozone in the bubbles,
- камеру смешения разделяют сеткой на две секции, в нижнюю из которых подают озон из эжектора замкнутым потоком ЖРО, взятым из этой же секции, который далее отделяется сеткой и поднимается во второй секции навстречу потоку ЖРО,- the mixing chamber is divided by a grid into two sections, into the lower of which ozone is supplied from the ejector by a closed LRW stream taken from the same section, which is then separated by a grid and rises in the second section towards the LRW stream,
- поток жидких радиоактивных отходов направляют последовательно через две или более камеры, в последней из которых расход озона Goz поддерживают из следующего расчета: не менее 1/3 произведения концентрации озона, расхода ЖРО и стехиометрического коэффициента его реакции с органикой в ЖРО,- the flow of liquid radioactive waste is directed sequentially through two or more chambers, in the last of which the ozone consumption G oz is supported from the following calculation: at least 1/3 of the product of ozone concentration, LRW consumption and the stoichiometric coefficient of its reaction with organic matter in LRW,
- замкнутый поток жидких радиоактивных отходов с озоном подают из эжектора в нижнюю секцию камеры смешения по касательной к ее периметру.- a closed stream of liquid radioactive waste with ozone is fed from the ejector to the lower section of the mixing chamber tangentially to its perimeter.
Способ проиллюстрирован примером, представленным на Фиг.1, где: 1 - первая камера смешения, 2 - озонатор, 3 - инжектор, 4 - насос, 5 - нижняя секция камеры смешения, 6 - разделительная сетка, 7 - верхняя секция камеры смешения, 8 - вторая камера смешения.The method is illustrated by the example shown in Fig. 1, where: 1 is the first mixing chamber, 2 is the ozonizer, 3 is the injector, 4 is the pump, 5 is the lower section of the mixing chamber, 6 is the separation grid, 7 is the upper section of the mixing chamber, 8 - second mixing chamber.
Повышение концентрации озона в процессе его массообмена с органическим раствором приводит к повышению эффективности его использования в соответствии с известным соотношением dN/dt=NMk, где N - концентрация озона, М - концентрация органических примесей, k - константа скорости реакции. Использование озона с концентрацией более 0.2 г/л по сравнению с концентрацией 0.1 г/л позволяет минимум в два раза уменьшить количество непрореагировавшего озона. Такое повышение концентрации озона может быть реализовано с применением современных озонаторов, например, капиллярной конструкции.An increase in the concentration of ozone during its mass transfer with an organic solution leads to an increase in the efficiency of its use in accordance with the known ratio dN / dt = NMk, where N is the concentration of ozone, M is the concentration of organic impurities, and k is the reaction rate constant. The use of ozone with a concentration of more than 0.2 g / l in comparison with a concentration of 0.1 g / l allows a minimum to halve the amount of unreacted ozone. Such an increase in ozone concentration can be realized using modern ozonizers, for example, a capillary design.
Предложение проводить озонирование жидких радиоактивных отходов озоном с концентрацией более 0.2 г/л требует не только создания источников озона с высокой концентрацией, но и создания условий для устойчивого существования такого озона, снижающих вероятность его самодеструкции и доставки его в зону контакта с реагентом. Это связано с тем, что озон при концентрации более 0.3 г/л может ускоренно самодеструктировать.The proposal to ozonize liquid radioactive waste with ozone with a concentration of more than 0.2 g / l requires not only the creation of high concentration ozone sources, but also the creation of conditions for the stable existence of such ozone, reducing the likelihood of its self-destruction and its delivery to the contact zone with the reagent. This is due to the fact that ozone at a concentration of more than 0.3 g / l can accelerate self-destruction.
Современные технологии позволяют получить экономически оправданно озон с концентрацией не более 0.2 г/л. Более высокую концентрацию озона экономически оправданно можно получить из капиллярных озонаторов, работающих при низкой температуре. При температуре -20°С в зоне разряда эти озонаторы производят озон с концентрацией 0.45 г/л. Еще более концентрированный озон можно получить в технологии, например, десорбции озона из силикагеля.Modern technologies allow to obtain economically justified ozone with a concentration of not more than 0.2 g / l. A higher concentration of ozone can be economically justified from capillary ozonizers operating at low temperatures. At a temperature of -20 ° C in the discharge zone, these ozonizers produce ozone with a concentration of 0.45 g / l. Even more concentrated ozone can be obtained in technology, for example, desorption of ozone from silica gel.
Высокая вероятность саморазрушения озона с концентрацией более 0.3 г/л является следствием роста температуры, особенно в больших объемах и при повышенном давлении.The high probability of self-destruction of ozone with a concentration of more than 0.3 g / l is a consequence of an increase in temperature, especially in large volumes and at elevated pressure.
Анализ возникновения ускоренной самодеструкции озона в зависимости от объема, в который он помещен, а также результаты проведенных исследований устойчивого существования концентрированного озона при пониженном давлении показали, что при давлении менее 0.2 атм озон с концентрацией более 0.5 г/л может транспортироваться на большие расстояния, например более 10 м. Установлено, что причиной саморазрушения озона является низкая эффективность отвода тепла из области его существования.An analysis of the occurrence of accelerated self-destruction of ozone as a function of the volume into which it is placed, as well as the results of studies of the stable existence of concentrated ozone at reduced pressure, have shown that at a pressure of less than 0.2 atm, ozone with a concentration of more than 0.5 g / l can be transported over long distances, for example more than 10 m. It has been established that the cause of ozone self-destruction is the low efficiency of heat removal from the region of its existence.
Экспериментально определено, что для устойчивого существования концентрированного озона в тракте подачи озона из генератора озона в камеру смешения создается разрежение меньше 1/3 величины обратной концентрации озона.It was experimentally determined that for the stable existence of concentrated ozone in the supply path of ozone from the ozone generator to the mixing chamber, a vacuum of less than 1/3 of the inverse ozone concentration is created.
При работе с озоном повышенной концентрации в нормальных условиях - при комнатной температуре и давлении 1 атм, устойчивость его существования в газовом тракте зависит от выбранного сечения тракта и определяется скоростью течения в нем газа с озоном. Экспериментально определено, что при перемещении озона с концентрацией 0.5 г/л по трубопроводу диаметром 2 мм со скоростью 1 м/с на длине 3-4 м падение его концентрации не превышает 1-2%.When working with ozone of high concentration under normal conditions - at room temperature and a pressure of 1 atm, the stability of its existence in the gas path depends on the selected section of the path and is determined by the flow rate of gas with ozone in it. It was experimentally determined that when moving ozone with a concentration of 0.5 g / l through a pipeline with a diameter of 2 mm at a speed of 1 m / s over a length of 3-4 m, the drop in its concentration does not exceed 1-2%.
Объем проведенных исследований позволяет предложить эмпирическое условие для устойчивого существования концентрированного озона - сечение газового тракта подачи озона выбирают меньше отношения скорости потока газа с озоном к концентрации озона примерно в 5000 раз. Понижение давления в озонопроводе и уменьшение его сечения в соответствии с предложенными эмпирическими условиями позволяют транспортировать озон повышенной концентрации до камеры смешения с последующим введением его в раствор тем же способом, что и в способах [1] и [2], а именно с помощью эжектора.The volume of studies allows us to suggest an empirical condition for the stable existence of concentrated ozone - the cross section of the gas path of the ozone supply is less than the ratio of the gas flow rate with ozone to the ozone concentration by about 5000 times. Lowering the pressure in the ozone conduit and reducing its cross section in accordance with the proposed empirical conditions allow transporting ozone of increased concentration to the mixing chamber and then introducing it into the solution in the same way as in the methods [1] and [2], namely using an ejector.
Учитывая прямое следствие повышения концентрации озона на ускорение его реакций с органикой ЖРО, повышают эффективность его использования ускорением массообмена его с раствором. Для этого подают ЖРО в камеру смешения сверху, чтобы организовать встречное смешение раствора и озона направляют поток озонируемых жидких радиоактивных отходов навстречу потоку озона в пузырях.Given the direct consequence of an increase in ozone concentration to accelerate its reactions with LRW organic, they increase the efficiency of its use by accelerating its mass transfer with a solution. For this, LRW is fed into the mixing chamber from above, in order to arrange counter-mixing of the solution and ozone, the ozonated liquid radioactive waste stream is directed towards the ozone stream in the bubbles.
При таком способе смешения по мере подъема пузырей с озоном по всей высоте камеры реализуется условие для растворения озона - нет равновесного распределения концентрации озона в растворе и газе - концентрация озона понижается, но в окружающем растворе концентрация растворенного озона значительно меньше, чем в условиях равновесия в соответствии с законом Генри.With this method of mixing, as bubbles rise with ozone over the entire height of the chamber, the condition for ozone dissolution is fulfilled — there is no equilibrium distribution of ozone concentration in the solution and gas — the ozone concentration decreases, but the concentration of dissolved ozone in the surrounding solution is much lower than under equilibrium conditions in accordance with with Henry's law.
Наиболее эффективно процесс растворения озона из поднимающихся пузырей протекает при равномерном встречном движении раствора.The most effective process of dissolving ozone from rising bubbles occurs with a uniform oncoming movement of the solution.
Для этого разделяют камеру смешения по вертикали сетчатой перегородкой на две секции, в нижнюю из которых подают озон из эжектора замкнутым потоком ЖРО, взятым из этой же секции, отделяют сеткой и поднимают во второй секции навстречу потоку ЖРО.For this, the mixing chamber is divided vertically by a mesh partition into two sections, into the lower of which ozone is supplied from the ejector by a closed LRW stream taken from the same section, it is separated by a grid and raised in the second section to meet the LRW stream.
Учитывая, что содержание органики в ЖРО типа кубовых остатков составляет несколько граммов, а поток газа с озоном в соответствии с требованием существования газа в воде не должен быть выше 10%, что соответствует потоку газа с расходом до 2 см3 через 1 см2 сечения камеры, то для достижения необходимой дозы озона для окисления органики в кубовых остатках АЭС время озонирования должно составлять более 0.5 часа. За это время конвективные течения в камере, образованные неоднородным потоком поднимающихся пузырей, приведут к смешению всего объема кубовых остатков, и, следовательно, на выходе из камеры смешения в кубовом остатке будет усредненная по всему объему камеры высокая концентрация комплексонов.Considering that the organic content in LRW of the type of still bottoms is several grams, and the gas flow with ozone in accordance with the requirement for the gas to exist in water should not be higher than 10%, which corresponds to a gas flow with a flow rate of up to 2 cm 3 through 1 cm 2 of the chamber section , then to achieve the required dose of ozone for the oxidation of organic matter in the bottoms of nuclear power plants, the ozonation time should be more than 0.5 hours. During this time, convective flows in the chamber, formed by an inhomogeneous flow of rising bubbles, will lead to mixing of the entire volume of bottoms, and, therefore, at the exit from the mixing chamber in the bottom residue there will be a high concentration of complexones averaged over the entire volume of the chamber.
Для достижения высокой степени разрушения комплексонов направляют поток жидких радиоактивных отходов последовательно через две или более камеры. Если в последнюю камеру поступает ЖРО, в котором концентрация комплексонов мала, то озон за время движения в ней расходуется в основном на растворение. Учитывая, что расход ЖРО через все камеры G0 одинаковый, а также выбрав допустимый расход газа с озоном через сечение камеры и концентрацию озона - Соз, определяют необходимое для этой камеры количество озона Goz и соответственно допустимую, с учетом стехиометрического коэффициента Q, концентрацию органики в ЖРО на входе в эту камеру или требуемую степень ее разрушения в исходном ЖРО.To achieve a high degree of degradation of the complexones, a stream of liquid radioactive waste is directed sequentially through two or more chambers. If LRW enters the last chamber, in which the concentration of complexons is low, then ozone during its movement in it is spent mainly on dissolution. Given that the LRW flow rate through all chambers G 0 is the same, as well as by choosing the allowable gas flow with ozone through the chamber cross section and the ozone concentration - C oz , the amount of ozone G oz necessary for this chamber is determined and, accordingly, taking into account the stoichiometric coefficient Q, the concentration organics in LRW at the entrance to this chamber or the required degree of its destruction in the original LRW.
С учетом коэффициента растворения озона в воде расход озона Goz должен быть не менее 1/3 произведения концентрации озона, расхода ЖРО и стехиометрического коэффициента его реакции с органикой в ЖРО.Given the coefficient of dissolution of ozone in water, the ozone consumption G oz should be at least 1/3 of the product of ozone concentration, LRW consumption and the stoichiometric coefficient of its reaction with organic matter in LRW.
Расход озона - производительность озонатора - для последней камеры должен составлять Goz≥Св G0 Q, где Св - концентрация растворенного озона в ЖРО, а Q - стехиометрический коэффициент его реакции с органикой в ЖРО.Ozone consumption — ozonizer productivity — for the last chamber should be G oz ≥С in G 0 Q, where С в is the concentration of dissolved ozone in LRW, and Q is the stoichiometric coefficient of its reaction with organic in LRW.
Такое соотношение расходов определяют тем, что концентрацию органических комплексонов в последней камере выбирают значительно ниже, чем в исходном кубовом остатке - ЖРО, и основным каналом ухода озона из пузырей будет их растворение в соответствии с коэффициентом Генри для воды.This ratio of costs is determined by the fact that the concentration of organic complexones in the last chamber is chosen much lower than in the initial bottoms residue - LRW, and the main channel for leaving ozone from the bubbles will be their dissolution in accordance with the Henry coefficient for water.
Пример осуществления способаAn example of the method
Способ переработки жидких радиоактивных отходов с использованием концентрированного озона осуществляют следующим образом.A method of processing liquid radioactive waste using concentrated ozone is as follows.
Для осуществления способа проводят оценку режимов озонирования ЖРО в двух камерах. При концентрации озона Соз=0.5 г/л и расходе газа 1 см3 через 1 см2 площади контактной камеры в растворе 5% газа концентрация озона в предварительно очищенном ЖРО с учетом коэффициента его растворения К~0.3 по закону Генри должна быть Св≤0.15 г/л. Если исходная концентрация органики в ЖРО - разбавленный кубовый остаток АЭС - Ско=5 г/л, то степень разрушения ее в предыдущей камере η=Ско/Св=33. Экспериментальный анализ озонирования такого раствора озоном с концентрацией 0.2 г/л показывает, что на разрушение органики в 25-30 раз тратится озона в 2-3 раза больше стехиометрического соотношения. Из раствора выходит более половины поданного в него озона.To implement the method, the modes of LRW ozonation are evaluated in two chambers. At an ozone concentration of C oz = 0.5 g / l and a gas flow rate of 1 cm 3 through 1 cm 2 of the contact chamber area in a solution of 5% gas, the ozone concentration in the previously purified LRW taking into account its dissolution coefficient K ~ 0.3 according to Henry's law should be C in ≤ 0.15 g / l If the initial concentration of organic matter in LRW is the diluted bottoms of the NPP - Сco = 5 g / l, then its degree of destruction in the previous chamber is η = Сco / С в = 33. An experimental analysis of the ozonation of such a solution with ozone with a concentration of 0.2 g / l shows that ozone is spent 25-30 times more than the stoichiometric ratio on the destruction of organics. More than half of the ozone supplied to it leaves the solution.
Такие затраты озона определяются эффективностью его использования в первых камерах. В последней камере озон используется практически полностью. Эффективность предложенного способа по сравнению с аналогом и прототипом более чем в два раза выше.Such ozone costs are determined by the efficiency of its use in the first chambers. In the last chamber, ozone is used almost completely. The effectiveness of the proposed method in comparison with the analogue and prototype is more than two times higher.
Для уменьшения затрат энергии на эжекцию газа с озоном замкнутый поток жидких радиоактивных отходов с озоном подают из эжектора в нижнюю секцию камеры смешения по касательной к ее периметру.To reduce energy costs for ejecting gas with ozone, a closed stream of liquid radioactive waste with ozone is fed from the ejector to the lower section of the mixing chamber tangentially to its perimeter.
В таком режиме в нижней секции камеры смешения организуется вращающийся поток, направление касательной скорости которого совпадает с направлением скорости выходящего из эжектора потока с озоном, что позволяет уменьшить затраты энергии на создание разрежения в газовом тракте подачи озона в эжектор.In this mode, a rotating stream is organized in the lower section of the mixing chamber, the direction of the tangential velocity of which coincides with the direction of the velocity of the stream leaving the ejector with ozone, which reduces the energy consumption for creating a vacuum in the gas path for supplying ozone to the ejector.
Поток жидких радиоактивных отходов (кубовых остатков) после фильтрации на сетчатом фильтре и отделении от взвешенных частиц направляют в верхнюю часть первой контактной камеры 1. Озон из генератора озона 2 подают на вход эжектора 3 и далее, с замкнутым потоком кубовым остатком, циркулирующим с помощью насоса 4 через нижнюю секцию 5 камеры смешения 1, поступает в эту секцию и, отделяясь от этого потока ЖРО, проходит через разделительную сетку 6 в верхнюю секцию 7 камеры 1, где навстречу ему движется поток ЖРО кубовых остатков. После озонирования ЖРО в первой камере смешения 1 они подаются в верхнюю часть второй камеры 8, принцип подачи озона в которую остается тот же. С выхода второй камеры поток окисленных отходов разделяют на фильтре.The stream of liquid radioactive waste (bottoms) after filtration on a strainer and separation from suspended particles is sent to the upper part of the
Таким образом, достигнут технический результат тем, что предложен способ переработки жидких радиоактивных отходов, при котором происходит уменьшение объема радиоактивного концентрата, формируемого в виде шлама за счет увеличения коэффициента использования озона и, следовательно, увеличения степени разрушения комплексообразователей.Thus, the technical result was achieved by the fact that the proposed method of processing liquid radioactive waste, in which there is a decrease in the volume of radioactive concentrate formed in the form of sludge by increasing the utilization of ozone and, therefore, increasing the degree of destruction of complexing agents.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY
Изобретение относится к способам переработки жидких радиоактивных отходов, включает озонирование кубового остатка АЭС и может быть использовано в процессе переработки жидких радиоактивных отходов - ЖРО. Способ переработки жидких радиоактивных отходов позволяет осуществить уменьшение объема радиоактивного концентрата, формируемого в виде шлама за счет увеличения коэффициента использования озона и, следовательно, увеличения степени разрушения комплексообразователей.The invention relates to methods for processing liquid radioactive waste, includes ozonation of the bottom residue of a nuclear power plant and can be used in the process of processing liquid radioactive waste - LRW. The method of processing liquid radioactive waste allows to reduce the volume of radioactive concentrate formed in the form of sludge by increasing the utilization of ozone and, therefore, increasing the degree of destruction of complexing agents.
Способ опробован и промышленно применим для переработки жидких радиоактивных отходов, что является актуальной мировой проблемой.The method is tested and industrially applicable for the processing of liquid radioactive waste, which is an urgent global problem.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:INFORMATION SOURCES:
1. Патент РФ №2286612.1. RF patent No. 2286612.
2. Патент РФ №2268513.2. RF patent No. 2268513.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153967/07A RU2465666C2 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of processing liquid radioactive wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010153967/07A RU2465666C2 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of processing liquid radioactive wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010153967A RU2010153967A (en) | 2012-07-10 |
| RU2465666C2 true RU2465666C2 (en) | 2012-10-27 |
Family
ID=46848148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010153967/07A RU2465666C2 (en) | 2010-12-29 | 2010-12-29 | Method of processing liquid radioactive wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2465666C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676335C2 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-28 | Юрий Николаевич Конев | Method and installation for processing liquid radioactive waste |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2459536A1 (en) * | 1979-06-14 | 1981-01-09 | Commissariat Energie Atomique | PROCESS FOR TREATING DECONTAMINATION EFFLUENTS, IN PARTICULAR NUCLEAR REACTOR COMPONENTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD |
| US5055237A (en) * | 1990-08-14 | 1991-10-08 | Technology International Incorporated | Method of compacting low-level radioactive waste utilizing freezing and electrodialyzing concentration processes |
| RU2083009C1 (en) * | 1993-06-23 | 1997-06-27 | Горно-химический комбинат | Method for cleaning liquid radioactive wastes from radionuclides |
| RU2226726C2 (en) * | 2002-04-27 | 2004-04-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации АЭС" | Method for recovering liquid radioactive wastes of nuclear power plant |
| RU2268513C1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-01-20 | Закрытое акционерное общество "РАОТЕХ" | Method of processing of radioactive effluent |
-
2010
- 2010-12-29 RU RU2010153967/07A patent/RU2465666C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2459536A1 (en) * | 1979-06-14 | 1981-01-09 | Commissariat Energie Atomique | PROCESS FOR TREATING DECONTAMINATION EFFLUENTS, IN PARTICULAR NUCLEAR REACTOR COMPONENTS AND DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD |
| US5055237A (en) * | 1990-08-14 | 1991-10-08 | Technology International Incorporated | Method of compacting low-level radioactive waste utilizing freezing and electrodialyzing concentration processes |
| RU2083009C1 (en) * | 1993-06-23 | 1997-06-27 | Горно-химический комбинат | Method for cleaning liquid radioactive wastes from radionuclides |
| RU2226726C2 (en) * | 2002-04-27 | 2004-04-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации АЭС" | Method for recovering liquid radioactive wastes of nuclear power plant |
| RU2268513C1 (en) * | 2004-12-28 | 2006-01-20 | Закрытое акционерное общество "РАОТЕХ" | Method of processing of radioactive effluent |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2676335C2 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-28 | Юрий Николаевич Конев | Method and installation for processing liquid radioactive waste |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010153967A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6464867B1 (en) | Apparatus for producing water containing dissolved ozone | |
| CN103771650B (en) | A kind for the treatment of process of coal gasification waste water | |
| JPH0952087A (en) | Water treatment method and water treatment device | |
| CN109354321A (en) | A kind of recycling processing system and its processing method of pharmacy waste water | |
| CN109264845A (en) | A kind of device and method of reverse osmosis concentrated water organic matter and ammonia nitrogen removal simultaneously | |
| CN105481202A (en) | Stainless steel pickling wastewater treatment system and method | |
| RU2465666C2 (en) | Method of processing liquid radioactive wastes | |
| CN105417898A (en) | Method for treating reverse osmosis concentrated water and ultrafiltration back washing water in double-membrane method system | |
| CN110627256A (en) | Tobacco sheet wastewater pretreatment process | |
| RU2757113C1 (en) | Filter treatment plant for solid communal waste land | |
| CN110615574A (en) | Ozone catalytic oxidation coupling microalgae method wastewater treatment system and process | |
| CN109160656A (en) | A kind of automotive fuel oil system production sewage treatment system | |
| JPH03278882A (en) | Method and apparatus for removing dissolved oxygen in water | |
| CN103951141B (en) | A kind of garbage leachate treatment process and treatment unit | |
| CN209128117U (en) | A device for simultaneous removal of organic matter and ammonia nitrogen from reverse osmosis concentrated water | |
| JPH04305300A (en) | Waste water treating device | |
| CN216191524U (en) | Sub-osmotic membrane effluent disposal system | |
| CN109160657A (en) | A kind of processing method of polyelectrolyte waste water | |
| CN210367323U (en) | High concentration industry organic waste water zero release processing system | |
| CN210559747U (en) | Industrial heavy metal sewage treatment system | |
| CN116514319A (en) | Treatment method of waste water from noble metal powder production | |
| KR100964877B1 (en) | Device for removing anionic and particulate contaminants in water treatment | |
| AU2021414499A1 (en) | Method for treating water by adsorption on activated carbon coupled with an addition of ozone, and facility for implementing said method | |
| JPS5864188A (en) | Purification of waste water | |
| CN112194305A (en) | Hydrazine hydrate wastewater treatment process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121230 |