Разработка схемы эколого-аналитического мониторинга состава жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.16, кандидат химических наук Поспелова, Анна Владимировна

• Поспелова, Анна Владимировна
• кандидат химических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат химических наук Поспелова, Анна Владимировна

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы обращения с жидкими радиоактивными отходами.

1.1. Принципы экологической безопасности обращения с жидкими радиоактивными отходами.

1.2. Основные направления реализации физико-химических способов обработки жидких радиоактивных отходов.

1.2.1. Характеристика состава жидких радиоактивных отходов.

1.2.2. Применение фильтрационных методов очистки.

1.2.3. Мембранные технологии очистки.

1.2.4. Сорбционные способы очистки.

1.2.5. Окислительные электрохимические методы обработки.

1.2.6. Способы утилизации очистки жидких радиоактивных отходов.

1.3. Выводы, цели и задачи исследования.

Глава 2. Характеристика технологического процесса очистки жидких радиоактивных отходов на ФГУП «МП «Звездочка».

2.1. Характеристика технологических решений.

2.2. Карта аналитического контроля переработки жидких радиоактивных отходов.

Глава 3. Исследование технологических и химико-аналитических решений очистки ЖРО в производственных условиях.

3.1. Анализ технологических решений очистки на модельных малосолевых жидких радиоактивных отходах.

3.2. Анализ эффективности технологической схемы очистки на примере модельных смешанных солевых растворов жидких радиоактивных отходов.

3.3. Эколого-аналитический контроль состава жидких радиоактивных отходов в производственных условиях.

Глава 4. Применение физико-химических методов в производственном эколого-аналитическом контроле.

4.1. Применение рентгенофлюоресцентного метода анализа для определения элементного состава жидких радиоактивных отходов.

4.1.1. Выбор оптимальных условий.

4.1.2. Исследование элементного состава технологических растворов жидких радиоактивных отходов рентгенофлюоресцентным методом анализа.

4.2. Применение метода капиллярного зонного электрофореза для определения катионного состава жидких радиоактивных отходов.

4.2.1. Выбор оптимальных условий.

4.2.2. Определение катионного состава технологических жидких радиоактивных отходов методом капиллярного зонного электрофореза.

4.3. Применение метода ионной хроматографии для определения анионного состава жидких радиоактивных отходов.

4.3.1. Выбор оптимальных условий.

4.3.2. Применение метода ионной хроматографии для определения анионного состава технологических растворов жидких радиоактивных отходов.

Глава 5. Разработка предложений по оптимизации и совершенствованию системы эколого-аналитического мониторинга состава жидких радиоактивных отходов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка схемы эколого-аналитического мониторинга состава жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности»

Актуальность темы. В силу объективных причин с самого начала развития атомной отрасли приоритетными направлениями в СССР были исследования и разработки в военных целях. Но даже с появлением в середине 50-х годов объектов атомной энергетики гражданского направления (первая АЭС в г. Обнинске, атомный ледокол «Ленин», исследовательские реакторы и т.д.) в обстановке «холодной» войны вопросам переработки и долговременного хранения радиоактивных отходов (РАО) уделялось второстепенное значение, а финансирование строительства хранилищ осуществлялось по * остаточному принципу. Решение проблем обращения с РАО фактически перекладывалось на плечи последующих поколений.

Например, жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), образующиеся при эксплуатации и утилизации кораблей с ядерными энергетическими установками (ЯЭУ) транспортного назначения до 1993 года сбрасывались в основном на специально выделенных участках морей. Это послужило причиной того, что на береговых базах, судостроительных и судоремонтных заводах до последнего времени отсутствовали комплексы по переработке и концентрированию радиоактивных отходов. Имеющиеся береговые площадки временного хранения жидких радиоактивных отходов к началу 90-х годов оказались практически полностью заполненными, что потребовало принятия экстренных мер по концентрированию таких отходов и освобождению емкостей для принятия новых. При переходе к рыночной экономике проблемы временного хранения радиоактивных отходов не исчезли, а даже стали острее.

Основную экологическую опасность представляет утилизация атомных подводных лодок (АПЛ) и судов с ядерными энергетическими установками. Из 1270 действующих во всем мире ядерных энергетических установок 18 % принадлежит Северному флоту. Радиоактивные отходы не менее чем с 200 ядерных энергетических установок Северного флота и предприятий по обслуживанию АПЛ накапливаются на предприятиях Государственного ж

Российского центра атомного судостроения, расположенных в районе г. Северодвинска Архангельской области.

Предложенная Минатомом России концепция обращения с радиоактивными отходами применительно к ядерным энергетическим установкам транспортного назначения включает создание региональных комплексов, обеспечивающих полный цикл изоляции отходов от биосферы. Вспомогательным звеном при этом являются плавсредства, обеспечивающие прием и переработку жидких радиоактивных отходов вне районов размещения стационарных комплексов, что создает определенный риск экологического загрязнения.

При практической реализации систем переработки жидких радиоактивных отходов абсолютное предпочтение на стадии выбора технологии должно отдаваться:

- малореагентным методам переработки радиоактивных отходов, основанных на максимальном использовании внутренних свойств системы, определяемых в первую очередь ее макрохимическим составом;

- тем способам, которые позволяют концентрировать радионуклиды в минимально достижимом объеме твердой фазы и в такой форме, которая обеспечивала бы их надежную изоляцию от окружающей среды на всех дальнейших стадиях обращения с радиоактивными отходами: ♦ дополнительное кондиционирование, долговременное хранение или захоронение.

В связи с тем, что существующие технологические схемы сложны и консервативны, а у разработчиков господствует стремление к созданию «универсальных» для всех видов отходов схем очистки, создать оптимальную систему переработки жидких радиоактивных отходов пока не удается. Решение данной задачи осложняется тем, что разработка эффективной схемы невозможна без построения эффективной системы оперативного эколого-аналитического мониторинга состава растворов на каждой стадии технологического процесса очистки с использованием высокоинформативных и экспрессных методов анализа.

Решению данных вопросов посвящена настоящая работа, выполненная на кафедре теоретической и прикладной химии Архангельского государственного технического университета и Федеральном государственном унитарном предприятии «МП «Звездочка».

Научная новизна. Дана классификация и определены репрезентативные компоненты, характеризующие эколого-аналитическое состояние жидких радиоактивных отходов. Установлены приоритетные эколого-аналитические параметры и методы их контроля, предложена оригинальная схема эколого-аналитического мониторинга состава ЖРО.

Теоретически обоснована и экспериментально доказана перспективность применения в схеме очистки жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности современных физико-химических способов их обработки.

Практическая значимость. С использованием современных инструментальных методов анализа показана эффективность технологической схемы очистки радиоактивных растворов и определены приоритетные параметры для построения оперативной системы производственного эколого-аналитического контроля.

Разработанная схема эколого-аналитического мониторинга состава ЖРО прошла успешные испытания на ФГУП «МП «Звездочка» и рекомендована для внедрения на предприятиях ВПК для целей внутризаводского и ведомственного экологического контроля.

Заключение диссертации по теме «Экология», Поспелова, Анна Владимировна

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа фазово-дисперсионного состава и физико-химических свойств компонентов жидких радиоактивных отходов, а также классических подходов аналитической химии к разделению и концентрированию многокомпонентных систем разработана концепция обращения с жидкими радиоактивными отходами и оригинальная схема эколого-аналитического мониторинга их состава.

2. Выполнены комплексные аналитические исследования оптимальных схем и условий очистки различных типов жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности в условиях ФГУП «МП «Звездочка». Анализ динамики изменения компонентного состава технологических растворов в процессе их очистки современными физико-химическими способами позволяет обосновать использование сокращенной технологической схемы переработки ЖРО в состав которой входят блоки сорбционной предочистки на селективных сорбентах, обратноосмотической обработки, умягчения и коагуляции. Эффективность очистки ЖРО от радионуклидов и токсичных химических примесей составляет 99%.

3. Для целей производственного эколого-аналитического контроля оптимизирована система стандартных методов анализа состава ЖРО и определены наиболее перспективные, высокоинформативные и экспрессные физико-химические методы анализа.

4. Определены оптимальные условия проведения анализа элементного состава рентгенофлуоресцентным методом, катионного состава методом зонного капиллярного электрофореза и анионного состава жидких радиоактивных отходов методом ионной хроматографии.

5. Схема эколого-аналитического мониторинга компонентного состава жидких радиоактивных отходов низкого уровня активности испытана в производственных условиях и рекомендована для внедрения на предприятиях ВПК для целей внутризаводского и ведомственного эколого-аналитического контроля.

131

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Поспелова, Анна Владимировна, 2005 год

1. Рыбин, В.В. Обращение с радиоактивными отходами на предприятиях Российского агентства по судостроению / В.В. Рыбин, Г.Д. Никишин,

2. Ю.П. Добренякин // 2-я Международная конференция и выставка: «Радиационная безопасность: радиоактивные отходы и экология». СПб., 1999. - 9 - 12 октября. - С. 64.

3. Ефимов, А.А. Новая технология обращения с жидкими радиоактивными отходами // Экологические вести. СПб., 2003. - № 6. - С. 14 - 20.

4. Экологические риски: проблемы, решения / под ред. К.Г. Боголицына, B.C. Кузнецова. Архангельск: Изд-во АГТУ. - 2003. - 270 с.

5. К.Г. Боголицын, A.M. Айзенштадт, М.В. Богданов. Современные технологии водоподготовки: учеб. пособие. Архангельск: Изд-во АГТУ. -2001.-142 с.

6. Дытнерский, Ю.И. Перспективы использования мембранной дистилляции для переработки жидких радиоактивных отходов / Ю.И. Дытнерский,

7. Ю.В. Карлин, В.Н. Кропотов // Атомная энергия. М., 1993. - Т. 75. -Вып. 5.-С. 345-350.

8. Епимахов, В.Н. Водоподготовка и спецводоочистка ЯЭУ, основанные на обратноосмотической фильтрации воды / В.Н. Епимахов, М.С. Олейник, JI.H. Москвин // Атомная энергия. М., 2004. - Т. 96. - Вып. 4. - С. 261 -267.

9. Масанов, O.J1. Переработка солевых регенератов системы спецводоочистки АЭС методом электродиализа / O.J1. Масанов, С.Н. Дудкин, И.П. Туровский, А.А. Кулаков // Атомная энергия. М., 1995. - Т. 75. - Вып. 1.-С. 26-34.

10. Мартынов, Б.В. Совершенствование технологического процесса глубокой очистки ЖРО / Б.В. Мартынов, А.Е. Бакланов, В.В. Туголуков // Атомная энергия.-М., 1989.-Т. 67.-Вып. 1.-С. 16-22.

11. Мартынов, Б.В. Совершенствование технологического процесса глубокой очистки жидких отходов низкого уровня активности / Б.В. Мартынов, В.В. Туголуков // Атомная энергия. М., 1997. - Т. 83. - Вып. 5. - С. 386 -388.

12. Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности, ОСПОРБ-99. М.: Изд. Минздрав России. - 2000.

13. Никашина, В.А. Очистка сточных вод спецпрачечных от урана / В.А. Никашина, Э.М. Кац, И.Б. Серова, А.В. Уланов, М.П. Тиунов // 5-й Международный конгресс ЭКВАТЭК-2002. «Вода: экология и технология». М., 2002. - 4 - 7 июня. - С. 556.

14. Никифоров, А.С. Обращение с радиоактивными отходами АЭС и регенерации отработавшего ядерного топлива /А.С. Никифоров, М.И.

15. Жихарев, В.И. Землянухин // Атомная энергия. М., 1981. - Т. 50. - Вып. 2.-С. 128-136.

16. Тарасевич, Ю.И. Кристаллохимический метод избирательности природных цеолитов к крупноразмерным катионам // Химия и технология воды. М., 1989.-Т. 11.- №4. -С. 305-310.

17. Kourim, V. Methods of fission product separation from liquid radioactive wastes / V. Kourim, O. Vojtech // Atomic Energy Rev., 1974. V. 12. - № 2. -P. 215-273.

18. Barkatt, A. Removal of radioactive cesium from streams with a high potassium content / A. Barkatt, P. Macedo, L. Penafiel // Trans. Amer. Nucl. Soc., 1984. -V. 46. № 6. - P. 167- 168.

19. Mimura, H. Effect of boric acid and amines on exchange absorption of cesium and strontium into various types of zeolites / H. Mimura, H. Hashimoto, T. Kanno // Atom. Energy Soc. Japan, 1981. - V. 23. - № 2. - P. 134 - 139.

20. Комаревский, В.М. Эффективность очистки жидких радиоактивных отходов неорганическими гранулированными сорбентами / В.М. Комаревский, О.В. Степанцев, JI.M. Шарыгин // Атомная энергия. М., 1995. - Т. 79. - Вып. 6. - С. 419 - 422.

21. Loewenschuss, Н. Metal-ferrocyanide complexes for the decontamination of cesium from aqueous radioactive waste // Radioact. Waste Manage. 1982. V. 2.-№4.-P. 327-341.

22. Cross, J. The application of inorganic ion exchangers to the decontamination of radioactive liquid effluents / J. Cross, E. Hooper // In: Proc. Intern. Conf. IEX'88. Cambrige, 17-22 July. - 1988.-P. 10.

23. Милютин, B.B. Сорбционно-селективные характеристики неорганических сорбентов и ионообменных смол по отношению к цезию и стронцию / В.В. Милютин, В.М. Гелис, Р.А. Пензин // Радиохимия. 1993. Т. 35. - № 3. - С. 76-82.

24. Шарыгин, JI.M. Сорбционная очистка жидких радиоактивных отходов АЭС / JI.M. Шарыгин, А.Ю. Муромский, В.Е. Моисеев, А.Р. Цех, А.В. Вавер // Атомная энергия. М., 1997. - Т. 83. - Вып. 1. - С. 17 - 23.

25. Шарыгин, JI.M. Золь-гель метод получения неорганических сорбентов на основе гидроксидов титана, циркония и олова / JI.M. Шарыгин, В.Ф. Гончар, В.Е. Моисеев // Ионный обмен и ионометрия: межвуз. сб. JI.: ЛГУ, 1986. - Вып. 5. - С. 9-29.

26. Прикладная электрохимия / под ред. А.П. Томилова. М.: Химия, 1984.586 с.

27. Чугунов, А.С. Переработка высокосолевых борсодержащих жидких радиоактивных отходов / А.С. Чугунов, А.Ф. Нечаев, С.А. Дмитриев // Вопросы материаловедения. М.,1997. - Т. 5. - № 11, - С. 15-21.

28. Островский, Ю.В. Гальванохимическая обработка жидких радиоактивных отходов / Ю.В. Островский, Г.М. Заборцев, А.А. Шпак, В.А. Матюха, Б.Р. Сафин // Радиохимия. 1999. Т. 41. - № 4. - С. 364 - 367.

29. Островский, Ю.В. Способ очистки промышленных сточных вод, установка и устройство для его осуществления /Ю.В. Островский, Г.М. Заборцев, А.А. Шпак, Н.З. Нечай // Патент РФ № 2130433 от 22 мая 1997 г. МКИ C02F1/46. Заявлено 22.05.97.

30. Ильин, В.И. Очистка радиоактивных сточных вод электрофлотационным способом / В.И. Ильин, В.А. Колесников // Атомная энергия. М., 2001. -Т. 91.-Вып. 1.-С. 35-39.

31. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. М.: Изд. Минздрав России. — 2000.

32. Давыдов, В.И. Установки отверждения жидких отходов низкого и среднего уровня активности / В.И. Давыдов, В.В. Костин, JI.H. Савин, А.Г. Брюханов, В.И. Симонов, П.Г. Добрыгин, В.А. Куликов // Атомная энергия. М., 1995. - Т. 79. - Вып. 6. - С. 429 - 433.

33. Борзунов, А.И. Опыт битумирования жидких радиоактивных отходов / А.И. Борзунов, К.П. Захарова, O.JI. Масанов, А.А. Орлова, А.С. Поляков // Атомная энергия. М., 1994. - Т. 77. - Вып. 6. - С. 466 - 467.

34. Поляков, А.С. Цементирование радиоактивных солевых концентратов / А.С. Поляков, O.JI. Масанов, К.П. Захарова, О.М. Химченко, A.JI. Киселев-Дмитриев, С.А. Дмитриев, А.С. Баринов // Атомная энергия. — М., 1994. Т. 77. - Вып. 6. - С. 468 - 470.

35. Борзунов, А.И. Фиксация радиоактивных отходов путем включения в фосфатную керамику / А.И. Борзунов, С.В. Дьяков, П.П. Полуэктов // Атомная энергия. М., 2004. - Т. 96. - Вып. 2. - С. 133 - 137.

36. Карлина, O.K. Отверждение сульфатосодержащих отходов с получением стеклокомпозиционных материалов / O.K. Карлина, М.И. Ожован, И.А. Соболев, А.В. Овчинников, Г.А. Варлакова, А.С. Поляков // Атомная энергия. -М., 1992. Т. 72. - Вып. 2. - С. 162 - 165.

37. Лунин, В.В. Физическая химия озона / В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 480 с.

38. РД 52.24.468-95. Методические указания. Методика выполнения измерений массовой концентрации взвешенных веществ и общего содержания примесей в водах весовым методом. М., 1995.

39. РД 52.24.495-95. Методические указания. Кондуктометрическое определение рН и удельной электрической проводимости поверхностных вод суши. -М.,1995.

40. ПНД Ф 14.1:2.4.190-03. Методика определения бихроматной окисляемости в пробах природной, питьевой и сточной воды фотометрическим методом с применением анализатора жидкости «Флюорат-02».-М., 2003.

41. РД 52.24.402-95. Методические указания. Меркуриметрическое определение хлоридов в водах. М.,1995.63