Исследование сорбционных свойств и определение областей применения фитосорбентов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.02, кандидат химических наук Лихачева, Ольга Витальевна

• Лихачева, Ольга Витальевна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Лихачева, Ольга Витальевна

ВВЕДЕНИЕ.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Состояние и поведение радионуклидов в объектах окружающей среды.

1.1.1. Химические свойства и состояние радионуклидов в водных растворах.

1.1.2. Формы нахождения радионуклидов в объектах окружающей среды . ]

1.2. Состояние и поведение радионуклидов в промышленных водоемах ФГУП «ПО «Маяк».

1.3. Методы переработки ЖРО.

1.3.1 Соосаждение.

1.3.2 Сорбционные методы.

1.3.3. Баромембранные методы.

1.3.4. Комплексные методы переработки ЖРО.

1.4. Выводы и постановка задачи исследования.

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1 Объекты исследования.

2.1.1. Фитосорбенты.

2.1.2. Характеристика водоемов.

2.2. Методика проведения сорбционного эксперимента.

2.2.1. Исследование сорбции в статическом режиме.

2.2.2. Исследование сорбции в динамическом режиме. 2.2.3. Определение урана фотоколориметрическим методом.

2.4. Статистическая обработка результатов измерений.

3. Сорбция цезия фитосорбентами из модельных растворов и вод промводоемов ФГУП «ПО «Маяк».

3.1 Кинетика сорбции цезия-137 фитосорбентами. ф 3.2. Исследование зависимости сорбции цезия-137 от концентрации собственных ионов.

3.3. Исследование зависимости сорбции цезия-137 фитосорбентами от удельной массы сорбента.

3.4. Сорбция цезия-137 из промышленных стоков.

3.5. Влияние рН раствора на сорбцию цезия-137 фитосорбентами.

4. Сорбция стронция-90 из модельных растворов и вод промводоемов ФГУП «ПО «Маяк».

4.1. Кинетика сорбции стронция-90 фитосорбентами.

4.2. Изучение зависимости сорбции стронция-90 от концентрации собственных ионов в растворе. fa 4.3. Зависимость сорбции стронция-90 от удельной массы сорбента.

4.4. Влияние рН раствора на сорбцию стронция-90 фитосорбентами . gg

4.5. Исследование сорбции стронция-90 в динамическом режиме.

5. Сорбция урана фитосорбентами в статических и динамических условиях.

5.1. Зависимость сорбции урана фитосорбентами от времени контакта фаз.

5.2. Зависимость сорбции урана от удельной массы сорбента.

5.3. Зависимость сорбции урана фитосорбентами от рН. 9g л Зависимость сорбции урана фитосорбентами от концентрации собственных ионов.

5.5. Исследование сорбции урана в динамических условиях. Ю

5.6. Изучение зависимости сорбции урана от рН в динамических условиях.

6. Совершенствование технологии переработки ЖРО

4 ФГУП «ПО «Маяк».

6.1. Переработка жидких радиоактивных отходов радиохимического производства.

6.1.1. Изучение условий очистки сточных вод спецканализации без предварительной водоподготовки. t 6.1.2. Применение фитосорбентов на стадии финишной доочистки вод спецканализации.

6.1.3. Исследование возможности применения фитосорбентов в мембранно-сорбционной схеме очистки сточных вод радиохимического предприятия.

6.2. Исследование возможности применения фитосорбентов в ф" технологическом процессе переработки сбросных растворов химико-металлургического производства.

7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование сорбционных свойств и определение областей применения фитосорбентов»

В связи с развитием ядерной энергетики на современном этапе развития радиохимии и радиохимических технологий на передний план выдвигается проблема обращения с накопленными радиоактивными отходами.

Радиоактивные отходы, образующиеся при эксплуатации реакторов различного типа, а также в процессе переработки отработавшего ядерного топлива, являются источниками долговременной опасности для биосферы. По сравнению с отходами обычной энергетики и промышленности они обладают рядом особенностей. Это, во-первых, скрытый, непосредственно неощутимый человеком характер воздействия радиоактивных загрязнений даже при смертельных дозах облучения. Во-вторых, это высокая удельная и суммарная активность отходов, образующихся при работе ядерного реактора и выделяемых при радиохимической переработке. Следовательно, без преувеличения можно сказать, что проблема ядерной энергетики с экологической точки зрения - это, прежде всего, проблема радиоактивных отходов. Именно к этому сводится вопрос о воздействии ядерной энергетики и атомной промышленности на окружающую среду и в качестве первоочередной задачи ставится задача обезвреживания и безопасной локализации радиоактивных отходов.

Особенно остро эта проблема стоит перед ФГУП «ПО «Маяк», поскольку применяемые в настоящее время на предприятии способы и технологии обращения с ЖРО низкого и среднего уровня активностей предполагают сброс значительного их количества в естественные и искусственные водоемы, которые являются хранилищами ЖРО среднего и низкого уровня активности.

Каскад открытых водоемов, образованных в результате сооружения ряда гидротехнических сооружений в верховьях реки Теча превратился в потенциальный источник радиационной опасности для окружающей среды. В настоящее время в каскад поступает примерно 2500 Ки/год радиоактивных веществ. За время деятельности предприятия в Теченский каскад водоемов с НАО поступило порядка 1,8 Ю5 Ки радионуклидов [1].

Наличие большого количества радиоактивных отходов в открытых водоемах явилось основной причиной формирования комплекса сложных экологических проблем [2].

Для улучшения ситуации необходим был пересмотр всей технологической схемы обращения с ЖРО, использование новых технологических решений.

Для решения вопросов по обращению с радиоактивными отходами и восстановлению окружающей среды в ФГУП "ПО "Маяк" разработана комплексная программа, которая объединяет и отражает весь спектр проблем, сложившихся в результате предыдущей и текущей деятельности, а также учитывает новые перспективные направления. В соответствии с концепцией замкнутой системы водоснабжения и безопасного обращения с радиоактивными отходами разработана принципиальная технологическая схема обращения с жидкими радиоактивными отходами любого уровня активности [3]. В основу предлагаемой схемы положена мембранно-сорбционная технология, для успешной реализации которой необходима замена применяемых ранее синтетических ионитов новыми более эффективными сорбентами.

С другой стороны, в период испытания и внедрения новых схем обращения с ЖРО необходимо проводить мероприятия по модернизации действующих очистных сооружений, позволяющие повысить эффективность их работы. И здесь в основе предлагаемых решений также стоит задача совершенствования узла сорбционной очистки путем поиска новых сорбционных материалов коллективного действия, т.е. высокоспецифичных к целому ряду радионуклидов, отличающихся по своим химическим и физико-химическим свойствам, таких, например, как цезий-137, стронций-90, кобальт-60, уран, плутоний и др.

Наряду с решением проблемы прекращения сбросов ЖРО в открытые водоемы ставится также вопрос о реабилитации водоемов и разработке технологических методов их очистки от радионуклидов [4], поскольку сохраняется угроза их переполнения и, следовательно, возможность неконтролируемого залпового загрязнения пойменных территорий. Кроме того, воду этих водоемов предполагается использовать для охлаждения реакторов Южно-Уральской АЭС.

В данной работе изучены возможность сорбционной очистки вод промышленных водоемов от основных радионуклидов, а также условия повышения эффективности работы узла сорбционной очистки в технологии очистки низкоактивных жидких радиоактивных отходов (вод спецканализации) за счет применения новых сорбционных материалов - фитосорбентов.

1. Литературный обзор

Заключение диссертации по теме «Технология редких, рассеянных и радиоактивных элементов», Лихачева, Ольга Витальевна

7. ВЫВОДЫ

1. Изучены сорбционные свойства сорбентов нового класса - фитосорбентов по отношению к ключевым радионуклидам.

2. Определены кинетические параметры сорбции радионуклидов фитосорбентами. Установлен смешанно-диффузионный режим сорбции микрокомпонентов. Показано, что время установления сорбционного равновесия не зависит от солевого состава раствора для урана и стронция-90. В то время как увеличение солевого фона оказывает существенное влияние на кинетику сорбции цезия-137.

3. Рассмотрено влияние рН раствора на сорбционное поведение урана, стронция-90 и цезия-137. Стронций-90 наилучшим образом сорбируется в щелочной области рН = 9 - 12, где степень сорбции составляет 50 - 90%. Установлено, что Kd цезия-137 не зависит от рН растворов.

Зависимость сорбции урана от рН раствора носит сложный характер. Наиболее эффективно уран поглощается фитосорбентами из кислых растворов (рН=0,06ч-3), где он находится преимущественно в катионной форме.

4. Определены коэффициенты распределения для указанных радионуклидов. Наибольший коэффициент распределения для цезия-137 был достигнут на сорбенте ФС-761 (103 мл/г сорбента), для стронция-90 - на ФС-72 8 (4 103 мл/г сорбента) и для урана - на ФС-728 (103 мл/г сорбента).

5. Исследована сорбция радионуклидов в динамических условиях из модельных растворов и вод промводоемов. Определены значения полной динамической обменной емкости сорбентов. Отмечено, что сорбенты обладают высокими гидродинамическими характеристиками.

6. Проведенные исследования показали, что фитосорбенты являются коллекторами коллективного действия. Для извлечения радионуклидов из природных и техногенных- вод, отличающихся высокой минерализацией, необходимой является стадия предварительного обессоливания.

Данные сорбенты могут найти применение для очистки слабоминерализованных природных и техногенных вод низкого и среднего уровня активности.

7. Проведены испытания фитосорбентов на реальных растворах радиохимического производства ПО «Маяк» на различных стадиях водоподготовки. Показано, что в качестве предварительной очистки ЖРО вместо коагуляции возможно применение стадии сорбционной очистки с применением фитосорбентов. Применение стадии сорбции вместо коагуляции позволит значительно упростить дальнейшую схему переработки низкоактивных растворов, в частности увеличить фильтроцикл ионообменных фильтров (за счет снижения солесодержания), уменьшить расход реагентов на регенерацию и снизить количество образующихся вторичных отходов.

8. Изучена возможность применения фитосорбентов на стадии финишной доочистки вод спецканализации радиохимического предприятия. Показано, что фитосорбенты могут быть рекомендованы для доочистки сточных вод от а-излучающих нуклидов.

9. Оценена возможность применения фитосорбентов в разрабатываемой мембранно-сорбционной схеме очистки вод спецканализации. Определены оптимальные условия технологического процесса. Показано, что применение фитосорбентов (вместо стадии ионообменной очистки) позволит сократить число стадий в предлагаемой технологической схеме, а также снизить объемы образующихся вторичных отходов. Полученная после очистки вода не относится к радиоактивным отходам и соответствует требованиям на сброс в открытую гидросеть или использования в водооборотной схеме.

На основании проведенных исследований предложена технологическая схема очистки сточных вод радиохимического предприятия.

10. Показана возможность повышения эффективности узла сорбционной очистки химико-металлургического производства путем замены существующих фильтров фитосорбентами. По продолжительности фильтроцикла фитосорбенты значительно превосходят применяемые фильтры. Полученная после очистки вода не относится к радиоактивным отходам и соответствует требованиям на сброс в открытую гидросеть или использования в водооборотной схеме. Щ to

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Лихачева, Ольга Витальевна, 2005 год

1. Ю.Д. Корсаков, М.И. Ерофеева Анализ результата контроля жидких радиоактивных отходов и оценка состояния промышленных водоемов за 1981 г. // Вопросы радиационной безопасности. №2. 1996. с.56-59.

2. В.В. Пантелеев Федеральные целевые программы как инструмент социальной и структурной политики при решении задач реабилитации населения и территории Уральского региона // Вопросы радиационной безопасности, №4, 2001, с. 3-14.

3. Глаголенко Ю.В., Дзекун Е.Г., Дрожко Е.Г., Медведев Г.М., Ровный С.И. Стратегия обращения с радиоактивными отходами на производственном объединении «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности.1996, №2. С.3-10.

4. Мокров Ю.Г. Прогноз переноса стронция-90 с водами р. Теча. Часть 1. // Вопросы радиационной безопасности. 1996. №1. с. 20-27.

5. Зайцев Б.А. Радиоактивный цезий 137Cs. М.: Госатомиздат, 1961,28 с.

6. Плющев В.Е. Аналитическая химия рубидия и цезия. М.: Наука, 1975. 223 с.

7. Химическая технология облученного ядерного горючего. / Под ред. В.Б.Шевченко. М.: Атомиздат, 1971. 280 с.

8. Давыдов Ю.П., Вороник Н.И. К вопросу о состоянии радионуклидов Cs, Sr, Се в водных системах Беларуси // Радиохимия. 1997. Т. 38, №2. С. 191-192.

9. Давыдов Ю.П. Состояние радионуклидов в растворах. Минск: Наука и техника, 1978. 223 с.

10. Никашина В.А. Извлечение радионуклидов Cs , Sr и некоторых тяжелых металлов из почв и илов ферромагнитными природными и синтетическими цеолитами // IV Российская конференция по радиохимии. Озерск, 2003. с.252.

11. Шведов В.П., Седов В.М. Ядерная технология. М.: Атомиздат, 1979.С.175.

12. Корпусов Г.В. Радиоактивный стронций. М.: Госатомиздат, 1961.34 с.14.17,18,19,20,21,22,23,24.

13. Кузнецов Ю.В., Щебетковский В.Н., Трусов А.Г. Основы очистки воды от радиоактивных загрязнений. М.: Атомиздат, 1974. 360 с.

14. Громов Б.В. Введение в химическую технологию урана. М.: Атомиздат, 1978, 335 с.

15. Давыдов Ю.П., Ефременков В.М. Исследование гидролитических свойств урана//Радиохимия, 17. №2. 1975, с. 155.

16. Старик И.Е., Колядин Л.Б. К вопросу о природе коллоидов радиоактивных элементов // ЖНХ, 2, 1957. 1432.

17. Старик И.Е., Гинзбург Ф.Д. Изучение состояния радиоактивных изотопов методом диффузии // Радиохимия, 1964, т.6, с.468.

18. Смагин А.И. Распределение радионуклидов в компонентах экосистемы залива водоема-хранилища отходов и оценка эффективности дезактивации воды методом вымораживания // Вопросы радиационной безопасности, №1, 1997, с.64.