Главная страница
Сведения об авторах

Очистка жидких радиоактивных отходов от полимерных соединений и регенерация комплексообразователей мембранными методами

Руденко Л. И., Гуменная О. А., Джужа О. В., Институт биоорганической химии и нефтехимии Национальной академии наук Украины, Киев, Украина
Хан В. Е., Институт проблем безопасности атомных электростанций Национальной академии наук Украины, Чернобыль, Киевская обл., Украина

Трапные воды объекта «Укрытие» ЧАЭС перерабатывают в химическом цехе методом упаривания. Они содержат большое количество полимерных соединений, входящих в пылеподавляющие растворы, используемые на этом объекте. При нагревании ЖРО органические вещества концентрируются и вулканизируются, покрывая каучукоподобным составом внутренние поверхности теплообменного оборудования, что приводит к выходу его из строя.

В настоящее время на ЧАЭС накоплено около 20 000 м³ кубовых остатков ЖРО, которые поступят на новый завод по переработке ЖРО. Концентраторы-доупариватели в химическом цехе и на заводе имеют разную конструкцию. В химическом цехе можно произвести ремонт доупаривателей, очистив их внутренние поверхности от вулканизованных полимерных отложений. Доупариватели нового завода представляют собой неразборные аппараты, поэтому аналогичный ремонт невыполним, что может привести к остановке технологического процесса.

В связи с этим весьма актуальны исследования возможности очистки пылеподавляющего раствора. В концентрат пылеподавляющего состава входят полимерное силаксинакрилатное связующее (~ 50 мас. %), а также неионогенное поверхностно-активное вещество ОП-7, глицерин, щавелевая, олеиновая и оксиэтилендифосфоновая кислоты и этиловый спирт.

Цель данной работы — изучить возможность использования методов ультра- и нанофильтрации для очистки модельной системы, включающей органические вещества пылеподавляющего состава, нуклиды урана, стронция и нерадиоактивного натрия. Радионуклиды урана и стронция входят в состав ЖРО, а ионы Na⁺ являются основным компонентом этих отходов. Модельный раствор очищали на специально созданных ультра- и нанофильтрационной установках.

Использовали мембрану ОПМН-П производства ЗАО «Владипор» (г. Владимир, Российская Федерация), представляющую собой пористую пленку на основе ароматического полиамида с ультратонким селективным полипиперазинамидным слоем. Допустимое давление при очистке 1,6 МПа.

В нанофильтрационной установке раствор на мембране разделяется на пермеат (фильтрат) и концентрат. В концентрате накапливаются полимерные соединения, уран, стронций и натрий.

Содержание полимерных соединений в исходном растворе и фильтрате измеряли методом бихроматной окисляемости (ХПК).

Выясняли возможность очистки пылеподавляющего раствора от силаксинакрилатного связующего ультрафильтрацией на мембране ОПМН-П при давлении 0,8 МПа. Исходный раствор (3 дм³), содержащий нуклиды урана, стронция, нерадиоактивного натрия и 25–30 мл 23 мас. % концентрата пылеподавляющего состава, при рН 6,0–6,1 подвергали ультрафильтрации в течение 60 мин на фильтре площадью ~ 2•10^-2 м². ХПК исходного раствора 2 700–3 700 мг О/дм³, фильтрата — 280–500 мг О/дм³. Приведенные данные свидетельствуют о хорошей очистке от силаксинакрилатного связующего. Установлено, что полимер, радионуклиды и натрий накапли­ваются в концентрате. Характерно образование осадка полимерного вещества при подкислении раствора до рН 4 и нагревании до 60–70 °С.

Таким образом, показано, что применение мембранных методов — ультра- и нанофильтрации на мембране ОПМН-П — позволяет очистить воду от полимерного вещества (силаксинакрилатного связующего) и соединений урана, стронция и натрия. Мембранные методы очистки можно использовать для предварительной подготовки ЖРО перед термическим упариванием трапных вод в химическом цехе ЧАЭС. Этот вывод имеет существенное практическое значение.

Одна из нерешенных проблем, сдерживающих широкое использование метода комплексообразования и ультрафильтрации, — регенерация полимера. Существует несколько возможных путей реализации этого процесса. Деструкция комплексов тяжелых металлов с полимерными веществами осуществляется с применением электролиза и реагентными методами. По литератур­ным данным, для регенерации полиэтиленимина (ПЭИ) с разветвленной структурой и молекулярной массой 60 000 предпринимали попытку химического разрушения комплекса Си(II)–ПЭИ с последующим разделением на ультрафильтрационной мембране УПМ-20 (размер пор 0,02 мкм). Полная деструкция комплекса тяжелого металла и ПЭИ происходит при рН 2, поэтому перед разделением концентрат подкисляли до рН 2,1–2,5. Метод химической деструкции комплекса Си(II)–ПЭИ с последующим разделением на мембране УПМ-20 обеспечивает достаточно высокую степень регенерации ПЭИ и дает возможность многократно применять его в процессе очистки воды от тяжелых металлов.

Регенерация олигоэфиров линейной и разветвленной структуры с молекулярным весом ~ 1 100 — намного более сложная задача. Для регенерации комплексообразующих бианкерных ПАВ следует применять мембраны с размером пор менее 0,02 мкм. В наших опытах средний размер пор ультрафильтрационной мембраны составлял 0,01–0,03 мкм. Ее можно использовать при рН раствора 2–11.

Ранее нами обнаружена высокая эффективность удаления трансурановых элементов (ТУЭ) и урана из модельных растворов и ЖРО методами ультрафильтрации в сочетании с комплексообразованием. Наибольшее количество радионуклидов выделяется на фосфорсодержащем олигоэфире III — алифатическом эфире разветвленной структуры. Степень задержания ТУЭ и урана составляет 98—99 %. Эффективность и селективность выделения указанных радионуклидов из ЖРО объекта «Укрытие» находится на уровне полиэтиленимина.

Разработан способ регенерации фосфорсодержащего олигоэфира III разрушением комплек­сов олигомера с ТУЭ и ураном путем изменения рН концентрата от 6 до 2,1–2,3. Концентрат после ультрафильтрационной установки подкисляли азотной кислотой до нужного значения рН. При подкислении концентрата происходит химическая деструкция комплекса олигоэфира с радионуклидами. Разделение раствора концентрата на пермеат (фильтрат) и концентрат (II) проведено на ультрафильтрационной мембране. Концентрат (II) после мембраны содержит олигоэфир, а фильтрат — раствор, в котором есть ТУЭ и уран.