Эффективная очистка радиоактивных жидких отходов с помощью термо-химически модифицированных природных цеолитов Армении

Разработка армянских специалистов по очистке ЖРО:

Научно-техническое предложение
о внедрении результатов проекта по теме: «Эффективная очистка радиоактивных жидких отходов с помощью термо-химически модифицированных природных цеолитов Армении»
1. Актуальность проблемы.
Природные ресурсы, в том числе цеолиты, являются важной составляющей экономического и промышленного прогресса необходимого для развития общества. На атомных электрических станциях (АЭС ) в процессе работы появляются жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), в состав которых входит более 200 различных продуктов радиоактивного распада и изотопов. В данный момент приходится выводить их в окружающую среду после очистки для долгосрочного хранения. При этом к такой работе предъявляется жесткие требования по содержанию радиоактивных примесей и потому жидкие отходы подвергаются эффективной очистке.
В настоящее время в атомной энергетике для очистки сбросовых вод АЭС ведутся работы главным образом в трех направлениях: 1) извлечение радиоактивных элементов из сточных вод высокой активности; 2) дезактивизация (обеззараживание) сточных вод низкой и средней активности; 3) накопление радиоактивных сточных вод для долгосрочного хранения.
Одним из основных методов очистки радиоактивных сточных вод является способ адсорбционной дезактивации. Для удаления изотопов можно использовать минералы — «молекулярные сита». Для этой цели используются синтетические цеолиты (3А, 4А, 5А, 13Х), глинистые минералы, силикагель, активизированная окись алюминия, боросиликатные стекла и другие материалы.
В последнее время особый интерес проявляется к возможности применения природных цеолитсодержащих вулканических горных пород — цеолитолитов. Это вызвано тем, что цеолитолиты характеризуются высокой ионообменной селективностью к Cs137, Cs134, Sr90 ,Co60,Mn54и другим радиоактивным изотопам, а также рядом таких физико-технических показателей, как химическая, термическая, радиационная устойчивость, механическая прочность, необратимость сорбции, достаточно высокая емкость и низкая себестоимость.
2. Целью исследований является:
разработка эффективной технологии извлечения радиоактивных изотопов и тяжелых металлов из жидких радиоактивных отходов (ЖРО) Армянской Атомной Электростанции (ААЭС) с применением механически, термически, химически и радиационно модифицированных природных цеолитов.
3. Ожидаемые результаты:
— Комплексная модификация: химическая, термическая и радиационная с целью улучшения ионообменных и сорбционных свойств природных цеолитов для применения в технологии очистки, разделения газов и жидкостей.
— Установление зависимостей между структурой, примесным композитным составом и основными свойствами цеолитов до -и после -комплексной модификации.
— Содействие решению геоэкологических проблем, имеющих также коммерческое значение;
— Разработка и создание пилотной установки эффективной очистительной высокотехнологичной системы на основе природных армянских цеолитов и испытание на Армянской Атомной Электростанции (ААЭС).
4. Природные сорбенты – цеолиты
Цеолиты являются гидроалюмосиликатами каркасного кристаллического строения, включающими полости и каналы, занятые катионами Na+, K+, Ca+2, Mg+2 и т.п. и молекулами воды. Катионы и молекулы воды характеризуются большой подвижностью, причем, ионный обмен и дегидратация протекают, как правило, обратимо. При нагревании цеолитов происходит удаление молекул воды, и получается тонкопористое активное тело. Размеры <входных окон> в пористую структуру имеют размеры вплоть до молекулярных (3 — 9 ангстрем). В общем виде химический состав цеолитов
может быть выражен как: (M2, M)O Al2O3 nSiO2 mH2O,
где M — одновалентный катион (Na+, K+, Li+, :), M2 ¬двухвалентный катион (Ca+2, Mg2+, Ba2+).
5. Армянские цеолит — содержащие туфы имеют вулканогенно — осадочное происхождение и их общие оцененные запасы достигают 500 млн. тонн.
Цеолиты обнаружены в следующих регионах Армении:
1 Ноембрянский р-н. — вблизи с. Нор Кохб (5 участков)
2 Алавердийский р-н. — бассейн реки Лалвар
3 Ашоцкая обл. — Ширакскй хребет
4 Тавушская обл. — Иджеванский р-н
5 Котайкская обл. — вблизи с. Гарни, бассейн р. Азат
6 Вайкская обл. — вблизи с. Мартирос
7 Кафанский р-н.
Минералогически установлено, что главными породообразующими минералами цеолититов этой группы являются: цеолиты (клиноптилолит, стильбит, морденит, анальцим, филлипсит), монтмориллонит, селадонит, хлорит, халцедон, кристобалит, барит, пирит, гидрослюды железа, новообразования кальцита.
Содержание основного минерала цеолитов Ноемберянского месторождения(участок Нор Кохб) — клиноптилолита (Cl) (65-85%), а из других минералов присутствуют: кварц-10-15%, монтморилонит — 5-10 %, остальное — полевой шпат, слюда и другие.
6. Состояние радиоактивных отходов на ААЭС
Радиоактивные отходы на Армянской АЭС образуются при ежедневной уборке и дезактивации помещений зоны контролируемого доступа, при дезактивации и ремонте оборудования, при проведении строительных и ремонтных работ в зоне контролируемого доступа и т.д. К радиоактивным отходам относятся также не поддающиеся дезактивации или облученные в реакторе части технологического оборудования,контрольно-измерительные приборы (КИП), арматура трубопроводов или защиты, а также спецодежда,фильтры вентиляционных систем, отработанные источники ионизирующих излучений, приборы, воды спец прачечных, саншлюзов, санпропускников и т.д. , загрязненные выше допустимых норм. На ААЭС оборудованы и эксплуатируются хранилища твердых радиоактивных отходов (ТРО) и жидких радиоактивных отходов (несколько тыс.м.куб.).
Для переработки ЖРО на ААЭС в период 1983-2007 г.г. эксплуатировалась установка глубокого упаривания (УГУ).Получаемый в результате упаривания солевой плав, помещался в металлический контейнер и размещался в хранилище твердых среднеактивных отходов. В 2003 г. контейнеры УГУ согласно «Программе физического обследования контейнеров УГУ» были изъяты из хранилища твердых среднеактивных отходов и размещены на площадке временного хранения контейнеров УГУ.
7. Основные результаты работ:
1. Среди цеолитов участка Нор-Кохб Ноемберянского месторождения преобладают клиноптилолитовые разности (80-85 %), особенно во фракциях 0,1-0,01 мм.
2. Термический анализ показывает, что клиноптилолиты НГМ имеют высокую термостабильность. Наиболее оптимальной температурой термообработки следует признать до 350-4000С.
3. Химическая обработка клиноптилолита в растворах гипохлорита натрия приводит к максимальному освобождению минерала от присутствующих в нем катионов.
Наиболее полно и быстро очистка растворов происходит для образцов клиноптилолита в натриевой форме, обработанных гипохлоритом Na. Химически модифицированные адсорбенты в Na форме на порядок более эффективны, чем природные — немодифицированные. Высокое солесодержание ЖРО по другим катионам (K, Со), а также присутствие в них аммиака и хлора не оказывает существенного влияния на степень очистки.
4. На основе результатов лабораторных исследований в ЕГУ изготовлена опытно -пилотная установка для очистки реальных средне и слабоактивных ЖРО Армянской АЭС
На этой установке исследовались ионообменные свойства природных и модифицированных (Na форма) клиноптилолитов Ноемберянского месторождения (участок Нор Кохб).
Термо-химически модифицированный цеолит в Na — форме на 5-7 порядка более эффективее, чем природный. Содержание радионуклидов 137Cs и 134Cs в ЖРО после очистки снижается до 2500 раз.
Таким образом, на основе проведенных исследований приходим к выводу, что наиболее перспективными для дальнейшего прменения в целях геоэкологии — для очистки ЖРО ААЭС являются цеолитолиты участка Нор Кохб НГМ.
8. Применение результатов исследований:
На основе полученных результатов лабораторных исследований разработана и создана укрупненная опытно-пилотная 4-х колоночная установка для очистки жидких радиоактивных отходов (ЖРО) на Армянской АЭС.
1. С применением крупной партии модифицированных и гранулированных цеолитов проведены исследования процесса очистки жидких радиоактивных отходов на территории Армянской АЭС. После нескольких циклов очистки отмечено снижение радиоактивности по изотопам Cs137 и Cs134 до 2500 раз по сравнению с исходной. Это позволит исключить жидкие радиоактивные отходы, уменьшить значительно обьемы твердых радиоактивных отходов (до 25 раз) и снизить экологические риски.
3. Спроектирована лабораторно-производственная линия для наработки отдельных
(первые десятки килограммов) партий природного модифицированного и гранулированного природного цеолита.
4 Кроме того, впервые применено микроволновое воздействие на процесс ионного обмена и получены интересные положительные результаты.
5. Полученные результаты на опытно-пилотной 4-х колоночной установке могут служить основанием для составления проекта применения технологии (ППТ) и патентования разработанной технологии полной очистки радиоактивных стоков.
9. Предлагается:
1. изготовить установку состоящую из четырех колонок, соединенных последовательно и заполненых цеолитовыми сорбентами разной модификации. Использовать декатионированную CL-H и монокатионную CL-HCa формы для ионообменной сорбции стронция и CL — HNa формы для ионообменной сорбции цезия.
2. Средняя стоимость модифицированного цеолита для разных радионуклидов примерно составит 200-250 др (АМД) за килограмм (кг) сорбента.
3. Уменьшение объема слабо активных ЖРО в зависимости от солесодержания составит в среднем от 300 до 500 раз.
4. Для очистки 1000 литров .(1 тн) низкоактивных сточных вод при солеобразовании до 100 гр/л необходимо примерно 6-8 кг сорбента ,а при среднеактивных стоках- 10-12 кг сорбента.

Armenian Innovation Center


По данным Контрольной палаты Армении, в 2010 году чистая прибыль ААЭС составила 966,123 млн. драмов (US$2,5 млн.) против 529,280 млн. драмов (US$1,4 млн.) в 2009 году. Уставной капитал компании составляет 9,464 млрд. драмов (US$24,3 млн.). В настоящее время на ААЭС эксплуатируется один энергоблок с реактором ВВЭР-440.

РАС

Реклама