Сведения об авторах

Утилизация отработавших ионообменных смол, загрязненных радионуклидами

 

Балашевская Ю. В., Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности, Севастополь, Украина

Герлига В. А., Севастопольское отделение научно-технической поддержки Обособленного подразделения «Научно-технический центр» Государственного предприятия «Национальная атомная энергогенерирующая компания “Энергоатом”», Севастополь Украина

Терещенко Л. И., Южно-Украинская атомная электростанция, Южноукраинск, Николаевская обл., Украина

 

Благодаря способности изменять в желаемом направлении ионный состав водных растворов и производить их тонкую очистку от следов элементов ионообменные смолы (ИОС) широко применяют в различных отраслях промышленности. Особый интерес использование синтетических ионитов представляет для предприятий, где необходимо очищать технологические среды от радионуклидов (атомные электростанции, производители радиоактивных изотопов, радиохимические лаборатории исследовательских реакторов и т. д.).

 

Выполняя свои функции, ИОС постепенно приходят в негодность. Их обезвреживание существующими методами кондиционирования радиоактивных отходов нецелесообразно. Например, при цементировании объем конечного продукта увеличивается 5–8 раз, сжигание опасно ввиду высвобождения оксидов серы и азота, при компактировании коэффициент уменьшение объема не достигает и двух единиц. Регенерация ИОС — трудоемкий и затратный процесс, при котором  образуются большие количества вторичных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) в виде отработавших дезактивирующих растворов. Вследствие этого на многих предприятиях регенерация и обезвреживание ИОС не предусмотрены, и после истощения обменной емкости их направляют на хранение и далее на захоронение.

 

В качестве возможного решения проблемы переработки радиоактивных ИОС мы предлагаем их отмывку, интенсифицированную ультразвуковыми колебаниями, распространяемыми в среде водных растворов специально подобранных реагентов.

 

Ультразвук давно используют для интенсификации многих технологических процессов — диспергирования, эмульгирования, дегазации, локального нагрева. Однако наибольший эффект его применение дает при очистке поверхностей от различных загрязняющих веществ, в том числе, радиоактивных. Процесс основан на явлении кавитации в жидкостях, способствующей отделению и растворению загрязняющих пленок, активному подводу к поверхностям свежих порций дезактивирующего раствора, а также   возникновению звукокапиллярного эффекта, обусловливающего проникновение раствора в мельчайшие поры. Последнее имеет особое значение для дезактивации отработавших ИОС.

 

Эксперименты подтвердили эффективность предложенного решения. В испытаниях использовали отработавшие ИОС исследовательского реактора ИР-100 (Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности) и смолы системы СВО-5 Южно-Украинской атомной электростанции (ЮУ АЭС). В основном изученные материалы отличались условиями эксплуатации и сроками хранения. ИОС исследовательского реактора служили для очистки жидких радиоактивных отходов (порядка 10 м³) перед сливом в городскую канализационную систему, после чего были помещены на площадку временного хранения, где находились более 12 лет. Смолы системы СВО-5 более пяти лет использовали для очистки продувочной воды парогенератора. Их образцы были отобраны при взрыхлении загрузки фильтров.

 

Исходные характеристики испытанных материалов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства отработавших ИОС

 

 

Источником низкочастотного (20 кГц) мощного ультразвука служил кавитатор производства НПК «Медпромприлад», г. Киев.

 

Отработавшие ИОС очищали порциями по 5 г в три этапа по 15 минут с заменой растворов на свежие. Установлено, что за один этап ультразвуковой дезактивации из смол ИР-100 извлекается от 74 до 91 % активности  (наибольшая эффективность наблюдается на первом этапе), из смол ЮУ АЭС — от 92 до 97 % (эффективность дезактивации возрастает с каждым этапом).

 

После очистки в образцах ИОС исследовательского реактора γ-излучающие радионуклиды не обнаружены, в образцах ИОС системы СВО-5 зафиксирована невысокая остаточная активность ¹³⁴Сs. Для сравнения в табл. 2  приведены значения активности ИОС, находившихся  в контакте с дезактивирующим раствором при перемешивании в течение 48 часов (т. е. не подвергавшихся ультразвуковой обработке).

Таблица 2

Свойства дезактивированных ИОС

 

 

По приведенным данным можно судить о степени интенсификации процесса очистки ИОС. Применение ультразвука особенно эффективно для дезактивации отработавших ИОС, хранившихся длительное время, поскольку в этом случае загрязнение носит более сложный характер, чем стехиометрическое замещение противоионов на ионы радионуклидов.

 

Отработанные дезактивирующие растворы, представляющие собой низкоактивные ЖРО, утилизируют любым из известных способов, предпочтительно сорбцией на порошковых неорганических сорбентах. В результате такого технологического процесса образуется небольшой объем использованного сорбента, который иммобилизируют в цементную матрицу, и очищенный дезактивирующий раствор для повторного использования после корректировки состава.

 

 Method for Recovery of Radioactive Spent Ion-Exchange Resins

 

Balashevskaya Yu. V., Sevastopol National University of Nuclear Energy and Industry, Sevastopol, Ukraine

Gerliga V. A., Sevastopol Branch for Scientific and Technical Support of Separate Subdivision «Scientific and Technical Center» of National Nuclear Energy Generating Company «Energoatom», Sevastopol, Ukraine

Tereshchenko L. I., South-Ukraine Nuclear Power Plant

 

A method for ultrasonic deactivation of spent ion-exchange resins (IER) contaminated by radio-nuclides is proposed. Experimental data of an ultrasonic deactivation of spent IER from the research reactor IR-100 and South-Ukrainian NPP are shown. The positive effect of an ultrasonic treatment on the decontamination process is determined.

 

 

Сведения об авторах

Балашевская Юлия Владимировна, аспирантка, Севастопольский национальный университет ядерной энергии и промышленности, ул. Курчатова, 7, Севастополь, 99015, Украина. Тел. +38 (0692) 71-98-73. E-mail

Герлига Владимир Антонович, д-р. техн. наук, проф., руководитель Севастопольского отделения научно-технической поддержки Обособленного подразделения «Научно-технический центр» Государственного предприятия «Национальная атомная энергогенерирующая компания “Энергоатом”», ул. Курчатова, 7, Севастополь, 99015, Украина. Тел. +38 (0692) 71-04-20, факс +38 (0692) 71-05-04. E-mail

Терещенко Леонид Иванович, начальник цеха переработки радиоактивных отходов, Южно-Украинская атомная электростанция, Южноукраинск, Николаевская обл., 55000, Украина. Тел. +38 (05136) 5-13-32. E-mail