Методы переработки ЖРО:

• Термические методы
• Сорбционные методы
• Мембранные методы

Переработка ЖРО направлена на решение двух главных задач: очистки основной массы отходов от радионуклидов и концентрирования последних в минимальном объеме.

Для этого используют как минимум три группы методов: термические, сорбционные, мембранные.

Термические и сорбционные методы достаточно хорошо разработаны и широко применяются на практике: в настоящее время на их основе работают очистные сооружения, перерабатывающие отходы, которые образуются при эксплуатации ядерных реакторов различного назначения, установок регенерации ядерного топлива и других объектов, использующих радиоактивные вещества.

Термические методы

Термические методы предполагают использование тепла для очистки и концентрирования отходов переводом основного компонента отходов – воды – в пар. Поэтому осуществление термических процессов требует расхода большого количества тепла, что представляет собой существенный их недостаток. Основные термические методы – дистилляция (упаривание) и сушка. Сушка обычно используется для подготовки (обезвоживания) концентратов радиоактивных отходов к отверждению.

Дистилляция (упаривание) – широко распространенный метод переработки жидких отходов. В том случае, когда решается проблема очистки, получения конденсированного конденсата, он называется дистилляцией, а когда в задачу его входит концентрирование – упариванием.

Дистилляция (упаривание) в основном различается характером парообразования (кипение в объеме или испарение с поверхности), видом теплоносителя (пар, горячие газы, электричество, органические продукты) и способом подвода тепла (непосредственный контакт с теплоносителем или передача тепла через стенку аппарата).

В практике обезвреживания отходов наиболее широко применяют дистилляцию парообразованием при кипении сподводом тепла водяным паром через стенку выпарного аппарата. Такая организация процесса обеспечивает достаточно хорошую теплопередачу при отсутствии контакта чистого теплоносителя с радиоактивным упариваемым раствором.

В отличие от других методов дистилляция позволяет очистить конденсат от радионуклидов, находящихся в любой форме: ионной, молекулярной или коллоидной. Ограничивает отчистку в этом случае только летучесть радионуклидов.

Невысокая требовательность к качеству отходов, поступающих на дистилляцию (наличие коллоидов, детергентов), позволяет исключить применение перед ней специальных осадительных операций. Это выгодно отличает дистилляцию от сорбционных (динамических) и некоторых мембранных методов. И, наконец, возможность получения высоких коэффициентов очистки позволяет дистилляции при необходимости самостоятельно и полностью решить проблему очистки конденсата до сбросных норм или норм на оборотную воду.

Сорбционные методы

Сорбционные методы предполагаю поглощение радионуклидов твердой фазой по любому механизму: адсорбция, ионный обмен, сокристаллизация, окклюзия, адгезия и т.п.

Сорбция проводится как в динамических, так и в статических условиях. Динамическая сорбция предполагает осуществление ее путем непрерывного фильтрования очищаемого раствора через слой сорбента. Статическая сорбция исключает направленное движение сорбента и очищаемого раствора относительно друг друга, а предполагает временный разовый контакт фаз (при перемешивании) с последующим их разделением.

Мембранные методы

Из мембранных методов для переработки ЖРО наибольший интерес представляют обратный осмос, электродиализ и ультрафильтрация. Эти методы заимствованы из практики опреснения засоленных вод, где основная задача сводится к разделению воды и соли. Такое разделение достигается избирательным прохождением через мембраны ионов (электродиализ) или воды (обратный осмос) под воздействием соответственно разности электрических потенциалов или перепада давления. Ультрафильтрация отличается от обратного осмоса использованием мембран с более крупными порами, требующих для фильтрования меньших перепадов давления (обычно до 1 МПа). При этом через мембрану проходят воды и соли, а коллоиды и крупные органические молекулы размерами от 2 до 10 000 нм задерживаются.

Основой любого мембранного процесса являются полупроницаемые мембраны. В зависимости от движущей силы они разделяются на баромембранные и электромембранные. Разделение происходит на молекулярном и ионном уровнях из гомогенных растворов, поэтому мембранные процессы только условно можно поставить в один ряд с обычным фильтрованием.

Если основным аргументом для проявления разделяющей способности в баромембранных процессах является размер частиц, то в электромембранных – это знак и величина заряда иона. Соответственно для баромембранных процессов материалом для мембран может стать любое вещество, в котором могут быть сформированы пористые структуры, а для электромембранных процессов мембранный материал должен обладать ионообменными свойствами. По сути дела баромембранные процессы – это молекулярная фильтрация под действием давления, а электромембранные – это ионный обмен с постоянной регенерацией ионитов под действием электрического поля. Баромембранные процессы разделения жидких смесей условно выстроены в яд по размерам задерживаемых мембраной частиц. Обратный осмос позволяет выделить из растворов самые маленькие частицы – ионы, поэтому он получил широкое применение в обессоливании воды. С помощью ультрафильтрации воду очищают от средне- и высокомолекулярных соединений, микрофильтрация эффективна для удаления частиц коллоидного размера. Относительно применимости к переработке ЖРО отметим следующие важные обстоятельства: 1 – мембранные процессы безреагентны; 2 - мембранные процессы обладают селективностью, то есть выборочностью действия по отношению к разным веществам; 3 - мембранные процессы протекают без фазовых превращений, то есть без переходов из жидкого в паровое состояние и обратно.

Материалы предоставлены Еленой Шевченко