Осадительные методы очистки ЖРО

Практически все ЖРО различного происхождения содержат взвеси в количестве 10^-2-10^-1 г/л. Взвеси и особенно их тонкие фракции из-за развитой поверхности обладают той или иной склонностью к ионообменной и молекулярной сорбции. Например, гидратированная двуокись марганца, поступающая в отходы с дезактивирующими растворами - довольно распространенный сорбент для смеси радионуклидов и, что особенно важно для ⁶⁰Со. Продукты коррозии, содержащие гидратированные формы тяжелых металлов (Fe, Mn, Ni, Co и др.), также способны сорбировать радионуклиды. Поэтому организованное отделение взвесей часто обеспечивает очистку от радионуклидов в 5-10 раз, что для низкоактивных ЖРО иногда позволяет ограничиться только этой операцией.

Для более полного выведения радионуклидов из ЖРО используют коагуляционную обработку. При этом обеспечивается очистка от радионуклидов, находящихся как в коллоидной, так и в молекулярной и ионной формах. В практике ЖРО коагуляцию обычно проводят солями железа и реже солями алюминия из-за возможности осаждения гидроокиси железа в более щелочной среде (рН = 10-11), чем гидроокись алюминия (рН = 7,5-8,5), что обеспечивает лучшую сорбцию радионуклидов. Кроме того, образующиеся хлопья гидроокиси железа имеют большую плотность и поверхность. Степень очистки от радионуклидов ⁹⁰Sr достигает 95%, от ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb, ¹⁴⁴Ce составляет 90-99%, от ¹⁰⁶ Ru 80-95%, а от a- нуклидов (²³⁹Pu, ²⁴¹Am) до 99,9%. В то же время, очистка от ¹³⁷Cs практически не наблюдается.

При содово-известковом умягчении в осадок выпадают карбонат кальция и гидроокись магния, захватывающие не только ⁹⁰Sr, но и другие радионуклиды, главным образом изотопы редкоземельных элементов и ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb. Их активность после осаждения CaCO₃ уменьшается на порядок, а очистка от стронция увеличивается пропорционально снижению жесткости и более эффективна при повышении температуры и увеличении дозировки соды и извести (К_оч до 100).

Эффективным методом удаления радиостронция также является фосфатная коагуляция, в основе которой лежит получение практически нерастворимого соединения - гидроксилапатита состава 3Ca₃(PO₄)₂·Ca(OH)₂, захватывающего большинство содержащихся в воде радионуклидов. Оптимальный является отношение PO₄^3-/Ca²⁺ = 3-5 и рН=10,2-10,4. При этом К_оч от ⁹⁰Sr составляет 200-1000, от ⁹⁵Zr, ⁹⁵Nb 100-200, а от ⁶⁵Zn 250. В тоже время, в процессе очистки удаляется лишь 15% ¹³⁷Cs, т.к. фосфат цезия хорошо растворим.

Метод химического осаждения имеет низкую стоимость, позволяет использовать простейшее оборудование и доступные реагенты (соли Fe, Al, Ca, сода), обеспечивает удаление реагентов как в ионной, так и в коллоидной форме и возможность переработки отходов любой засоленности. К недостаткам метода следует отнести низкий коэффициент очистки, образование больших объемов радиоактивных шламов, требующих дальнейшей переработки (вторичные отходы), отсутствие очистки от солей, что не позволяет получать воду, пригодную для повторного использования. Поэтому обработка ЖРО методом осаждения находит применение только в качестве предварительной очистки стоков перед термическими, мембранными и сорбционными методами.

Процесс химического осаждения завершается операциями осветления растворов (отделения осадков от растворов) и концентрирования получаемых при этом шламов, для чего используются гравитационное осаждение в отстойниках и осветлителях или инерционное осаждение в центрифугах и доочистка на напорных фильтрах.

Отстойники - малопроизводительные аппараты, в которых получается пульпа высокой влажности 97-99%, так что в настоящее время для переработки ЖРО их практически не применяют. Более широко используют осветлители различных конструкций: “флокулятор-осветлитель”, “циркулятор”, “ускоритель” и др. В осветлители отходы, содержащие взвесь, подаются в аппарат снизу и фильтруются через слой фиксированного там осадка. Такое оформление осветлителя позволяет работать с большими скоростями, получать более плотный осадок, обеспечивать лучшее качество осветления (до 10 мг/л остаточной взвеси) и, как следствие, улучшить очистку от радионуклидов.

Для доочистки осветленных растворов используются насыпные фильтры. В качестве смешанной загрузки используют песок, измельченный кокс, антрацит, гравий с высотой засыпки до 1 м и более. Насыпные фильтры просты и надежны, однако при их регенерации обратным током воды образуется большое количество вторичных отходов в виде шламов. Более перспективны для переработки ЖРО намывные фильтры, в которых используют как естественные (диатомит, туф), так и искусственные (фильтроперлит) пористые материалы.

Намывные фильтры имеют ряд преимуществ: обеспечивают более тонкое фильтрование (до 1 мкм), что позволяет использовать этот процесс как самостоятельную операцию по очистке отходов; имеют большую производительность, и при их регенерации образуется сравнительно немного вторичных отходов. Разработаны две основные конструкции намывных фильтров: патронные и роторные. Если регенерацию патронных фильтров производят обратным током воды и при этом загрязненный фильтроматериал удаляется в виде пульпы, то в роторных фильтрах осадок может быть обезвожен до влажности 75-78%.