КАРТРИДЖ ФИЛЬТРА-КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ

Полезная модель относится к области очистки вод от радионуклидов цезия и касается картриджа фильтра-контейнера для очистки жидких радиоактивных отходов с целью концентрирования низко- и среднеактивных жидких радиоактивных отходов до малых объемов твердых радиоактивных отходов.
Образующиеся в результате эксплуатации и ремонта ядерных энергетических установок, в том числе при утилизации атомных подводных лодок, жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) относят к низко- и среднеактивным. Однако стоимость транспортировки таких ЖРО многократно превышает стоимость их переработки. В связи с этим для обеспечения радиационной и экологической безопасности при обращении с радиоактивными отходами требуется разработка и совершенствование технологий, позволяющих перерабатывать низко- и среднеактивные ЖРО до малых объемов твердых радиоактивных отходов непосредственно в местах их хранения.
Для дезактивации загрязненных растворов широко применяются селективные сорбенты и ионнообменные смолы. Однако органические ионнообменные смолы, обладающие химической и механической устойчивостью, проявляют более низкую селективность к радионуклидам. Среди селективных сорбентов хорошо зарекомендовали себя неорганические сорбенты на основе труднорастворимых гексацианоферратов переходных металлов. Гексацианоферраты, в частности гексацианоферраты(II) Cu, Ni и Со, являются одними из наиболее часто используемых минеральных сорбентов, особенно в атомной промышленности, из-за их высокого сродства к цезию. Сорбент представляет собой частицы или гранулы, поэтому при использовании его в фильтрующих колоннах для эффективной очистки от радионуклидов цезия необходим контроль фракционного состава. Использование крупной фракции снижает эффективность сорбции, использование мелкой фракции ведет к повышению давления в системе фильтров. Другой задачей является обеспечение радиационной безопасности как для персонала, так и для окружающей среды при захоронении радиоизотопов. Для этого часто используют фильтр-контейнеры с дополнительной радиационной защитой от гамма-излучения, содержащие во внутреннем объеме сорбционный фильтр, через который прокачивают очищаемый раствор.
Известен способ очистки растворов от радионуклидов стронция и цезия [пат. RU №2118856, опубл. 10.09.1998, БИ №25] с помощью устройства на основе фильтрующих камер, расположенных коаксиально относительно друг друга и соединенных перфорированным ложным днищем. При этом внутренняя фильтрующая камера заполнена сорбентом, селективным к радионуклидам цезия, а внешняя фильтрующая камера - сорбентом селективным к радионуклидам стронция. Очищаемый раствор подают через патрубок во внутреннюю фильтрующую камеру, заполненную волокнистым или гранулированным материалом, являющимся ферроцианидным сорбентом НЖА, ФЕЖЕЛ, ферроцианидом сурьмы на клиноптилолите, селективно извлекающим радионуклиды цезия, а затем растворы, очищенные от радионуклидов цезия, подают во внешнюю фильтрующую камеру, заполненную сорбентом, селективно извлекающим радионуклиды стронция. К недостаткам изобретения относится невысокая скорость работы устройства в целом, которая ограничивалась низкой кинетикой сорбции стронция сорбентами данного типа.
Известен сердечник фильтра для селективного поглощения цезия [з. CN №108786275, опубл. 13.11.2018], характеризующийся тем, что сорбент в виде ферроцианидов переходных металлов химически закреплен с помощью полиакрилонитрила или карбоксиметилцеллюлозы натрия на поверхности промышленно производимого фильтра из полипропилена или активированного угля. Недостатком известного фильтра является необходимость применения более высокого давления для обеспечения приемлемой скорости очистки, в связи с недостаточной пористостью фильтра из-за использования связующего материала.
Известен картридж [з. JP №2018187569, опубл. 29.11.2018], состоящий из множества сферических контейнеров с множеством отверстий для прохода воды. Внутри каждой капсулы находится пористый сорбент из гидрофильных целлюлозных волокон с закрепленными на них ферроцианидами переходных металлов, который обеспечивает очистку воды от радионуклидов цезия. Волокна сорбента заключены в сетчатый мешок, с размером ячеи, препятствующим выходу сорбента из контейнера. Известный картридж устанавливают в потоке очищаемой воды, обеспечивая его удержание. К недостаткам устройства можно отнести небезопасность системы при концентрировании радионуклидов цезия до высоких степеней, так как не предусмотрена радиационная защита на картридже, что может привести к высокой дозе гамма-излучения на его поверхности. А также, поскольку в устройстве используется аналог гранулированного сорбента, ему присущи все недостатки данного типа устройств, например, снижение общей эффективности очистки от радионуклидов цезия в случае прохождения потока в промежутках между контейнерами.
Известен фильтр-патрон [пат. FR №2859924, опубл. 03.02.2006], представляющий из себя прямое цилиндрическое кольцо из твердого композиционного материала. Последний состоит из подложки, например, из кремнезема или стекла, покрытого слоем анионообменного несшитого полимера, на который нанесен гексацианоферрат переходного металла. Подложка может быть исполнена в виде частиц, таких как зерна, шарики, сферы, в виде волокон, мембраны, полой трубки, либо тканого полотна, либо нетканого материала. Очищаемый раствор течет по центральному пространству внутри фильтр-патрона и проходит через известный композиционный материал в радиальном направлении. В известном фильтре-патроне полотно, соприкасаясь слоями, спрессовывается и увеличивает гидродинамическое сопротивление.
Прототипом предлагаемой полезной модели является картридж, включающий ферроцианидный сорбент, закрепленный на углеродсодержащей ткани [Железнов В.В. и др. «Переработка среднеактивных жидких радиоактивных отходов, мобильными установками // Вопросы радиационной безопасности, 2009, №3, с. 10-13]. Сорбционный материал в виде ткани предварительно наматывают слоями на катушку. Подготовленный картридж помещают в изолированный фильтр-контейнер, что снижает дозу излучения до безопасных для персонала значений.
Недостаточная площадь соприкосновения очищаемого раствора с активными центрами сорбента из-за высокой плотности контакта между слоями ткани снижает эффективность очистки от радионуклидов цезия, и требует увеличения рабочего давления, что является недостатками прототипа.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в уменьшении рабочего давления, а также уменьшении расхода полотна сорбента при высоких степенях очистки ЖРО от радионуклидов цезия.
Заявленный технический результат достигают картриджем фильтра-контейнера для очистки жидких радиоактивных отходов от радионуклидов цезия, содержащим катушку с намотанными на нее слоями сорбирующего ферроцианидного углеродного полотна, отличающийся тем, что слой ферроцианидного углеродного полотна проложен слоем объемного нетканого материала из синтетических волокон.
Предлагаемый картридж для фильтра-контейнера схематично показан на Фиг. 1, где 1 - катушка с отверстиями, 2 - ферроцианидное углеродное полотно, 3 -нетканый материал.
Катушка может быть выполнена из материала, устойчивого в очищаемом растворе. Углеродное полотно включает ранее нанесенный ферроцианид переходного металла. Картридж представляет собой катушку с чередующимися слоями ферроцианидного углеродного полотна и слоями объемного нетканого материала из синтетических волокон, который обеспечивает прохождение очищаемого от радионуклидов цезия раствора под меньшим рабочим давлением, улучшает доступ радионуклидов цезия к активным центрам сорбирующего материала, и уменьшает расход сорбционного материала при сохранении эффективности очистки ЖРО.