СИСТЕМА ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРАТА
SYSTEM FOR CONCENTRATE PURIFICATION

Данная заявка имеет притязание на приоритет по предыдущей заявке №61/393804, поданной 15 октября 2010 г. в Патентное ведомство США, раскрытие которой выполнено с учетом противопоставленных материалов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к Способам, Процессам или Системам для обработки и очистки радиоактивного жидкого или водного концентрата, таких как поток на заводе ядерного топлива или жидкий или водный концентрат, содержащий радиоактивные отходы или другие формы отходов, попадающих в окружающую среду.
2. Предварительная информация
Документально подтверждено, что ряд заводов в Северной Америке, Азии и Европе, особенно в Западной Европе, и в других районах мира, занимаются проблемами хранения радиоактивных концентрированных флюидов (либо радиоактивных агентов в растворе), или застарелых концентратов, которые накопились в большом количестве на различных заводах, особенно в последние 20-30 лет. Поэтому удаление радионуклидов из жидких радиоактивных отходов атомных электростанций стало важным приоритетом для Европейского Союза и государств - его членов и других стран мира. Среди этих атомных электростанций есть и такие, где энергия, получаемая путем ядерного расщепления, преобразовывается в электричество.
Примером подобной электростанции может служить Кольская АЭС Полярные Зори, Мурманская область, Российская Федерация. Накопленные жидкие радиоактивные отходы (ЖРО) на этой станции в течение некоторого периода временно хранились в танках из нержавеющей стали и должны были обрабатываться так, чтобы было возможно безопасное долгосрочное хранение, транспортировка и конечная утилизация таких отходов. Данный проект оказался недостаточно успешным. Кольская АЭС (атомная электростанция) применяла систему для удаления радионуклидов из выпаренных концентрированных продуктов декантации и осадков кристаллической соли. Данный процесс состоял из фазы окисления и фазы фильтрации. В их случае окисление достигалось введением озона в жидкие радиоактивные отходы (опубликовано в составе предложения к участию в конкурсе по открытой международной процедуре, программа TACIS, ec.europa.eu/europeaid/tender/data, номер публикации EuropeAid/125590/D/SUP/RU, 2007 - приложение, 4 л.). Однако данный подход не контролировал температуру и уровень pH идеальным образом для того, чтобы способствовать вовлечению озона в процесс. Это приводило к тому, что температура поднималась до 90 градусов по Фаренгейту (или около 32.22 градусов Цельсия), в результате чего растворимый озон становился почти полностью нерастворимым; и это, в свою очередь, приводило к неудовлетворительной утилизации, причем озон не растворялся в воде и выпускался в окружающую среду в виде газа. Уровень pH не контролировался и не поддерживался в оптимальных пределах, которые предупреждали бы осадкообразование бора и оптимизировали использование озона. Фильтрация применялась для отделения (нерастворимых) радиоактивных продуктов окисления от их жидкой фазы, но только применялась микрофильтрация, а не ультрафильтрация, которая бы меньше позволяла частицам проходить, чем микрофильтрационная область. Изотопы кобальта, серебра и железа часто находятся практически в коллоидном состоянии и ближе к нижней границе микрофильтрационного интервала. В прошлом, некоторое оборудование и некоторые методические подходы, использованные в этой системе, оказывались недостаточно эффективными в том, что касалось требований к эксплуатационным качествам, и в том, что касалось их надежности и эффективности; в целом, были чрезвычайно необходимы значительные усовершенствования данного типа процесса на этой станции и на подобных ей.
Изобретения, являвшиеся предметами патентных публикаций в прошлом, страдали рядом недостатков и достаточно далеки от настоящего изобретения.
Например, патент США №4,894,091 на имя Напьера и др., в котором приводятся инструкции по осуществлению процесса, используемого для удаления металлов из воды, включая шаги предварительного отделения солей из воды фильтрованием, корректировки уровня pH до примерного показателя между 2 и 3, снижения количества кислорода, растворенного в воде, повышения pH до примерного уровня между 6 и 8, добавления растворимого в воде сульфида для получения осадков нерастворимых сульфид- и гидроксид - образующих металлов, добавления флокулянта, сепарации осадка хлопьев и постфильтрации полученного раствора, причем постфильтрованный раствор может быть дополнительно пропущен через ионно-обменную смолу для удаления остаточных ионов металла.
Патент США №7,772,451, выданный на имя Энда и др., раскрывает систему химического обеззараживания радиоактивного материала, отличается от настоящего изобретения тем, что представляет собой, в самом широком смысле, систему химического обеззараживания радиоактивного материала, которая формирует поток жидкости через циркуляционную петлю, связанную с потоком для циркуляции обеззараживаемой жидкости, при этом циркуляционная петля включает устройство подачи обеззараживаемого агента, подающее обеззараживаемую жидкость, которая является восстановительной и представляет собой водный раствор, включающий карбоновую кислоту (а именно, "муравьиную кислоту") и дикарбоновую кислоту (а именно, "щавелевую кислоту"); устройство, подающее перекись водорода в обеззараживаемую жидкость; ионный обменник для отделения и удаления ионов металла из обеззараживаемой жидкости; и озонатор для введения озона в обеззараживаемую жидкость, либо устройство, подающее окислитель, которое подает марганцовую кислоту или перманганат в обеззараживаемую жидкость; при этом в состав системы не входит устройство для восстановления трехвалентного железа до двухвалентного состояния, в то время как любая кислота, присутствующая в системе, является органической. Данная система, так же как и система, разработанная Напьером и др. и описанная выше, не включает в себя такие шаги настоящего изобретения, как Окисление или Озоновое Окисление (I), Сорбция или Изотопное Восстановление с помощью Порошкового Сорбента (II), Твердо-Жидкостная Сепарация (III), Регулируемый и Конфигурируемый Ионный Обмен (IX) (IV), а также в рамках шага V: Сброс Воды (Va) или Сушка растворенных твердых веществ в получившемся потоке отхода до Сухих Твердых веществ (Vb).
Патент США №5,196,124, выданный на имя Коннора и др., включает способ сокращения содержания радиоактивного материала в жидкостях, извлекаемых из подземных резервуаров, который подразумевает размещение твердого сорбента в матричной породе, окружающей ствол скважины в зоне разработки, который действует как фильтр для растворенных в воде радионуклидов, присутствующих в порах резервуара. Несмотря на использование сорбции, Коннор не способствует ее применению методами или последовательностью операций, которые изложены в настоящем изобретении. Данный способ также не использует порядок шагов или эффект, достигаемый за счет Окисления, предшествующего сорбции; не применяются также ни Твердо-Жидкостная Сепарация, ни Регулируемый и Конфигурируемый ионный обмен, ни Сброс воды или Сушка растворенных твердых веществ, находящихся в потоке отхода, до получения Сухих Твердых веществ; все, что осуществляется заявляемым способом после шага сорбции. Также патент США №5,728,302, выданный на имя Коннора, имеет сходные отличия от настоящего изобретения.
Патент США №5,908,559, выданный на имя Крайслера, описывает применение МЕТОДА ПОЛУЧЕНИЯ И СЕПАРАЦИИ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПОТОКОВ ОТХОДА. Данный метод включает в себя шаги, заметно отличные от настоящего изобретения, причем: уровень pH потока отхода подвергается корректировке; добавляется комплексообразующий относительно металла агент, добавляется вещество, способствующее увеличению размера частиц; добавляется флокулирующий агент. Полученный раствор сточных вод обезвоживается, предпочтительно с использованием листового или рамочного пресса, что приводит к появлению шлама и различных остаточных веществ, всплывающих на поверхность раствора; получение металлов происходит из шлама после его плавления, сушки и обезвоживания осадка на фильтре с веществами, способствующими плавлению, так, чтобы обеспечить избирательное удаление расплавленного металлосодержащего концентрата для его отливки в формы и продажи на основные плавильные заводы.
Патент США №7,282,470, выданный на имя Такера и др., хотя и применяет в качестве добавки растворимый сорбент, а именно сорбит или маннит, с других точек зрения не сходен с шагами способа по настоящему изобретению.
Заявка США №200910252663, поданная Везериллом, предусматривает МЕТОД И СИСТЕМУ ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА ЭЛЕМЕНТАРНОМ УРОВНЕ ИЗ ЖИДКОГО ПОТОКА, а также включает в качестве одного из шагов проведение жидкого потока с частицами загрязнения на элементарном уровне через проточный монолит, содержащий катализатор окисления для окисления частиц загрязнения на элементарном уровне; контактирование жидкого потока, имеющего в своем составе окисленные частицы загрязнителя, с сорбентом, не имеющим в составе катализатора оксиления, для сорбирования оксиленных частиц загрязнителя. Однако данный метод не имеет функционального эффекта, достигаемого выполнением шагов, включенных в настоящее изобретение.
В публикации заявки РСТ № WO 2007123436 (A1), упоминающей Александрова и др. в качестве авторов, раскрыто использование сорбента, а также применение окислителей, таких как перманганат калия. Однако в данном процессе не применяется последовательность шагов, описанная в настоящем изобретении; также не применяются ни Твердо-Жидкостная Сепарация III, ни Регулируемый и Конфигурируемый Ионный Обмен (IX) IV, ни Сброс Воды (Va), ни Сушка растворенных твердых веществ, содержащихся в полученном потоке отхода, до получения Сухих Твердых веществ (Vb), реализуемые в данном изобретении.
Российский патент № RU 2122753 (C1), выданный на имя Дмитриева и др., излагает сущность процесса, который состоит в окислительной обработке отходов и/или коллектора радионуклидов посредством озонирования в присутствии катализатора окисления; далее твердо-жидкостная сепарация и сброс после очистки жидкой фазы селективными сорбентами. Однако последовательность шагов, а также их качественный состав не сходны с настоящим изобретением, и Дмитриев не применяет Регулируемый и Конфигурируемый Ионный Обмен (IX) (шаг IV), а в рамках Шага V: Сброс Воды (Va) или Сушку результирующего потока отходов с растворенными твердыми веществами до получения Сухих Твердых веществ (Vb), как в настоящем изобретении; также не ясны, ввиду отсутствия описательной иллюстрации, ни порядок, ни сущность обработки, которая используется для сепарации радионуклидов.
Поэтому квалифицированными в данной области специалистами предполагается, что в рамках настоящего изобретения реализуются существенные и отличные от других процесс и система с функциональными и структурными преимуществами, без использования общепринятых технологий прошлого в том, что касается обработки, очистки, накопления и химического воздействия на жидкие радиоактивные отходы или радиоактивные концентраты флюидов, хранящиеся или находящиеся на атомной электростанции или имеющие к ней отношение. Эффективность, гибкость, адаптируемость эксплуатации, многоаспектная практичность, а также ощутимые возможности функционального использования настоящего изобретения будут оценены в ходе эксплуатации изобретения, а также будут служить важной основой при доказательстве новизны изобретения в данной области техники.
Краткое изложение сущности изобретения
Вышеупомянутые и иные цели изобретения могут быть достигнуты с помощью заявляемых по изобретению способа и системы. В одном аспекте, изобретение включает способ и связанную систему для обработки и очистки радиоактивного концентрата, часто хранящегося как застарелый водный концентрат, или другого радиоактивного отхода или форм отходов окружающей среды или опасных отходов; способ включает шаги, обозначенные римскими цифрами I, II, III, IV и V, сущность которых состоит в следующем:
Окисление или Озоновое окисление I, необходимее для деструкции существующих хелирующих агентов
Сорбция либо Изотопное Восстановление II с Помощью Порошкового Сорбента
Твердо-Жидкостная Сепарация III
Регулируемый и Конфигурируемый Ионный обмен (IX) IV и
В рамках Шага V: Сброс Воды (Va) или Сушка результирующего жидкого потока отходов с растворенными твердыми веществами до получения Сухих Твердых веществ (Vb).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РИСУНКА
Единственный рисунок-иллюстрация применения, представленный на фигуре, представляет собой блок-схему и схематичное изображение Системы Очистки Концентрата как способа очистки водного радиоактивного флюида в цикле ядерного реактора или в системе радиоактивных отходов согласно предпочтительному воплощению данного изобретения.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ РЕАЛИЗАЦИЙ
Следующее описание предпочтительных реализаций, понятий и инструкций относительно настоящего изобретения сделано относительно приложенной фигуры, которая представляет собой иллюстрированный пример инструкций, структурных и функциональных элементов способа, описанного в настоящем изобретении, и системы; среди многих других образцов, существующих в объеме и духе данного изобретения.
Обращаясь к единственной иллюстрации (рисунку), представленной в настоящей заявке, здесь присутствуют проиллюстрированные схематическими средствами предпочтительные воплощения данного изобретения, касающегося способа и системы очистки радиоактивного водного концентрата, Система Очистки Концентрата или способ 10 по заявляемому изобретению. На рисунке применены следующие обозначения:
10
способ и система обработки радиоактивного концентрата, Система Очистки Концентрата или способ по изобретению
I
(Римская Цифра Один) Шаг Окисления или Озоновое Окисление или окисление
II
Шаг Сорбции или Изотопное Восстановление с Помощью Порошкового Сорбента
III
Шаг Твердо-Жидкостной Сепарации
IV
Шаг Регулируемого и Конфигурируемого Ионного Обмена (IX)
V
Шаг непосредственного Сброса Воды (Va) либо Сушки полученного потока отходов до получения Твердых веществ (Vb) и Сброс либо Рецикл Воды.
8
поток отходов или питающий поток
6
место хранения, контейнерная зона или устройство
12
рецикловый сосуд для окисления
14
линия питания для (12)
14a
возвратная окислительная линия
IX
ионный обмен
16b
озоновыделитель и смесительное оборудование
17
линия подачи озона
16a
узел или модуль подачи озона
11
станция измерения ORP (окислительно-восстановительного потенциала)
18
теплообменник
23
насос (либо иное эквивалентное средство передачи энергии или силы)
22
рецикловая окислительная линия
24
зона подачи сорбента
24a
линия питания из (24)
13
зона измерения рH/температуры
15
узел химической инъекции
19
подача питания выделителя
20
зона сорбционной обработки (сосуд или контейнер)
38
центральная линия рецикла
21
передаточная линия
25
смеситель
26
передаточная линия твердых веществ
28
танк для сбора твердых веществ
31
сорбентная рецикловая линия
34
фильтрационная установка
35
фильтрационное средство установки (34)
33
устройство для сепарации и отстаивания (и подобные виды оборудования и средства)
22А
первая линия рецикла
31А
вторая линия рецикла
36А
фильтрационная линия рецикла или третья линия рецикла
30
насос (или другие движущие или передающие силу средства)
7
устройство для отделения твердых веществ
7Т
передаточная линия для твердых веществ
28
танк для сбора твердых веществ
40
фильтратная линия
42
первый IX сосуд
43
первая IX разветвленная линия
44
второй IX сосуд
45
вторая IX разветвленная линия
46
третий IX сосуд
47
третья IX разветвленная линия
48
четвертый IX сосуд
51
IX линия отвода
49
четвертая IX разветвленная линия
41
разветвленная система
50
мониторинговый танк
53
линия питания выпаривателя
54
выпариватель
52
станция регулировки уровня рH
56
станция измерения уровня рH
50R
линия рецикла танка (50)
55
насос
57а
линия (ассоциированная с Шагом Va)
57b
линия (ассоциированная с Шагом Vb)
60
линия повторного использования (селективная линия рецикла, ведущая на завод)
70
Управление процессом (для дистанционных или компьютерных операционных систем)
PLC
Компьютер, используемый в реализации и обучении по изобретению, запрограммированный для контроля всех главных функций системы 10 в той последовательности, которая требуется для безопасного запуска, эксплуатации и остановки системы по изобретению
HMI
Человеко-машинный интерфейс (HMI), который представляет из себя либо специализированный местный экран, либо один или более удаленных компьютерных экранов, которые могут быть расположены в комнате дистанционного управления (диспетчерской), из которой ведется поддержка использования настоящего изобретения, причем компьютеры могут также находиться в любой точке заводской территории, поддерживая использование настоящего изобретения, либо в любой точке мира, где доступен интернет.
При предпочтительной реализации изобретения осуществляются следующие шаги:
Окисление или Озоновое Окисление - Шаг I (Римская Цифра Один)
Сорбция или Изотопное Восстановление с помощью Порошкового Сорбента - Шаг II
Твердо-Жидкостная Сепарация - Шаг III
Избирательный или Регулируемый и Конфигурируемый ионный обмен (IX) - Шаг IV
Шаг V: Сброс Воды (Va) или Высушивание полученного потока растворенных твердых веществ до Сухих Твердых веществ V (Vb) и выпаренного потока, который может быть сброшен безопасно для окружающей среды либо подвергнут рециклу.
Изобретение может быть предназначено для решения ряда проблем, включая такие, как известное качество воды, ограниченность источников воды, а также необходимость уменьшения объемов отходов, получаемых при переработке существующих хранящихся и новых концентратов, так же как ряда других веществ, концентратов и флюидов. Способ 10 по изобретению может также быть использован для удаления таких веществ, как сурьма, цезий, кобальт, хром, марганец, железо, серебро и иные загрязнители.
Шаг окисления I (римская цифра один) настоящего изобретения предпочтительно является периодической операцией, хотя могут быть использованы и другие циклы и определения, такие как "постоянная" и другие, имея длительность от примерно одного (1) часа до примерно сорокавосьми (48) часов. Жидкий поток отхода 8 поставляется из хранилища, контейнерной зоны или устройства 6. Концентраты или радиоактивные концентраты, которые обсуждались выше и которые хранились какое-то количество лет (застарелые отходы), либо были произведены недавно, являются обрабатываемыми радиоактивными отходами, на которых можно эффективно использовать данное изобретение. В предпочтительной реализации данного изобретения, поток 8 будет состоять из застарелого концентрата, который хранился некоторое количество лет, либо был недавно произведен в различных контейнерах или устройствах, как обсуждалось выше.
Поток отхода 8 обеспечивается либо направляется из места хранения 6, содержащего такой радиоактивный концентрат, часто хранимый без каких-либо ограничений и вне зависимости от его типа, такой, как застарелый концентрат, либо иные радиоактивные отходы или формы загрязнения окружающей среды или опасные отходы, в рецикловый сосуд для окисления 12, по линии питания 14. Отходы 8, очищаемые по способу 10, часто будут, по крайней мере, частично уже содержать хелирующие агенты такие, как щавелевая или лимонная кислота, растворы этилендиаминтетрауксусной (EDTA) кислоты, легко окисляемых металлических ионов (LOMI) и другие. Более вероятно, хотя и не всегда, что отходы 8, подвергаемые обработке, будут содержать щавелевую и лимонную кислоту и иногда этилендиаминтетрауксусную кислоту. Как будет более подробно описано ниже, данные хелирующие агенты или другие присутствующие будут разрушены либо дезактивированы; так что не сформируют часть данного способа 10, действительно либо специфично извлекающего радиоизотопы и целевые вещества из отходов 8. Как здесь изложено, в данном изобретении это главным образом достигается за счет окисления отходов и дезактивации хелирующих агентов в противоположность хелатообразованию.
Одновременно с направлением, во время либо после направления включается насос 23 для рецикла концентрата из сосуда 12 и его возврата в сосуд 12 и, при необходимости, теплообменник 18; при этом зона 13 измерения уровня pH и температуры (pH/температуры) и станция 11 измерения ORP используются для измерительных целей, чтобы определить необходимость дальнейшей обработки. Определяется приемлемость уровня pH, и корректировка производится в случае необходимости с помощью узла химической инъекции 15. Если требуется противопенный реагент, он также добавляется с использованием узла химической инъекции 15. Теплообменник 18 применяется, если требуется корректировка температуры для получения температуры, которая является более благоприятной в области окисления. Благодаря повышенной растворимости кислорода и озона при более низких температурах, охлаждение для поддержания более низких температур концентрата повысит скорость окисления, поскольку большее количество окислителя будет растворено и, таким образом, будет доступно для окисления.
2
2
После введения химических добавок озон, который подается по линии 17 из узла или модуля поставки озона 16a, проходит через озоновыделитель 16b или непосредственно в линию 17 поставки озона и смешивается с объемом озона либо другого окислителя, подаваемого через узел химической инъекции 15. Процесс окисления (I) (или обеспечиваемый озоном процесс), как продемонстрировано в сосуде 12, также может вовлекать (сопровождаться либо быть заменен) такими реагентами, как перманганат (либо перманганат калия), гипохлорит (либо гипохлорит натрия), перхлорат и/или пероксид водорода (HO) и/или другие окислители. Шаг окисления (I) (римская цифра один) также будет включать в себя измерение ORP и уровня pH в целях мониторинга состояния окисления потока отхода 8.
В этой связи, как продемонстрировано на примере фигуры рисунка, ORP измеряется на измерительной станции ORP 11 на рецикле в окислительный сосуд 12. Таким образом, вода проходит процесс рецикла через озоновыделитель 16b для окисления органических веществ и металлов в сточной воде из сосуда 12 и через холодильную установку 18 для поддержания более низкой температуры для лучшей растворимости озона, с использованием насоса 23 либо другого равноценного средства передачи энергии и силы. Согласно данному изобретению, разрушение хелирующих агентов, таких как, например, этилендиаминтетрауксусной (EDTA) кислоты, лимонной кислоты, щавелевой кислоты и других является необходимым в рамках процесса по изобретению, чтобы высвободить активные вещества так, чтобы эти растворенные вещества могли быть удалены в концентрированной твердой форме, а водная фаза могла быть либо удалена безопасно для окружающей среды либо направлена не рецикл. Как указано ниже, поток 8 сообщается либо передается через линию питания 22; которая таким образом обеспечивает передачу потока 8 в виде окисленного раствора из сосуда 12 в зону сорбционной обработки 20. Отделение продуктов обработки во второй сосуд обеспечивает увеличение пропускной способности системы, а также предотвращает возможные осадки сорбента от окисления при последовательных обработках окислением, которые могут привести к образованию промежуточных химических веществ, которые не только трудно поддаются окислению, но и препятствуют надлежащему удалению сорбента во время шага сорбции II (римская цифра два).
Уровень pH обрабатываемого раствора является важным фактором при использовании озона в предпочтительной для настоящего изобретения форме. Во время шага окисления I (римская цифра один), включающего разрушение хелирующего агента, предпочтительный уровень pH должен быть приблизительно ниже значения 12.5 и, что еще более предпочтительно, менее приблизительно 12 для окисления хелирующих агентов. Более высокие значения уровня pH приводят к неэффективному использованию озона в процессе окисления хелирующих агентов. Начальный уровень pH может быть более высоким в присутствии других органических веществ, по завершении окисления которых уровень pH снижается до указанного предпочтительного значения для окисления хелирующих агентов. В иных случаях следует добавить кислоту, совместимую с системой для корректировки уровня pH до указанного значения для начала окисления хелирующих агентов, если таковые присутствуют.
2
Уровень pH оказывает большое влияние на необходимый уровень ORP для получения необходимого результата окисления. В начальный период окисления типичных хелирующих агентов в концентрате уровень pH ощутимо не меняется, в то время как структура хелирующего агента распадается на меньшие химические компоненты, которые в природе не образуют хелатов. Когда органическое вещество хелирующего агента уже разрушено, уровень pH вновь начинает снижаться, при этом выделяется CO. На этом этапе окисление часто уже в достаточной степени завершено, чтобы происходило осадкообразование кобальта и иных металлов, а также высвобождение других изотопов для их удаления либо с помощью сорбентов, либо избирательного ионного обмена.
Что касается контроля уровня pH и шага Окисления I в настоящем изобретении, контроль уровня pH необходим, чтобы способствовать растворимости некоторых составляющих, а также обеспечивает оптимальное окисление. Растворимость некоторых составляющих очень чувствителен к уровню pH; следовательно, можно поддерживать либо минимальный, либо максимальный уровень pH для того, чтобы предотвращать осадкообразование соли, которое не требуется до заключительного выделения или сушки. Процесс окисления также имеет оптимальный задаваемый уровень pH для минимизации количества окислителя и максимизации скорости окисления данного химического вещества. Согласно методу 10 данного изобретения, уровень pH может быть скорректирован в различные моменты процесса окисления для того, чтобы минимизировать время без отрицательного влияния на область растворимости. Окисление хелирующих агентов часто протекает очень медленно, если уровень pH находится за пределами оптимальной области. Корректировка уровня pH может быть отложена до момента, когда низкомолекулярные органические вещества и более легко окисляемые органические вещества окислятся, для того, чтобы подвести уровень pH в более оптимальную область без химических добавок. Таким образом, мониторинг уровня pH в сравнении с уровнями ORP во время процесса окисления является необходимым для определения момента добавления химических реагентов, корректирующих уровень pH. Непрерывный длительный период без каких-либо колебаний уровня pH, но с растущим окислением может указывать на вход в процесс окисления хелирующего агента, особенно в том случае, когда уровень ORP изменяется медленно и выходит на относительно постоянный подъем без постоянного снижения уровня pH. Это обычно происходит при диапазоне ORP от +300 до +1000 милливольт, в зависимости от уровня pH. Таким образом, как продемонстрировано в качестве примера на рисунке, если уровень pH в зоне 13 измерения уровня pH и температуры больше, чем уровень pH в зоне 12, тогда уровень pH следует понизить посредством добавления подходящих кислот через узел химической инъекции 15.
2
Также, в настоящем изобретении уровень pH является показателем того, что окисление хелирующих агентов и их расщепление на более мелкие куски подходит к своему завершению, а также того, что окисление более мелких кусков до CO начинает понижать уровень pH, который находился на практически постоянном уровне во время расщепления хелирующих агентов. Расщепление хелирующих агентов на более мелкие куски, которые более не могут хелировать металлы, должно предпочтительно приводить к окислению большинства указанных мелких кусков. На то, что происходит процесс окисления хелирующего агента, указывают малые изменения уровня pH, либо полное отсутствие таковых. Изменение уровня pH от примерно 0.01 до примерно 0.1 единиц pH означает, что процесс окисления хелирующего агента осуществлен на 99.9%, а радиоизотопы могут быть удалены с помощью фильтрации, сорбентов (Шаг II), а также Регулируемым и Конфигурируемым Ионным Обменом (Шаг IV).
Относительно возвратной окислительной линии 14a, она поставляет рецикловый объем, который идет через теплообменник 18 для понижения температуры рециклового объема до предпочтительной температуры, которая составляет значение ниже приблизительно 80 градусов по Фаренгейту (или около 26.67 градусов по шкале Цельсия), но более предпочтительное значение должно быть ближе приблизительно к 60 градусам Фаренгейта (или примерно 15.56 градусов Цельсия), когда возможно, перед введением линии питания 14, напрямую либо через линию 19 подачи питания озоновыделителя и далее обратно в сосуд 12, как схематически проиллюстрировано на рисунке. Таким образом, озон может быть более полноценно использован в линиях до попадания в сосуд 12, а также непосредственно в сосуде 12.
Поток отходов 8 перекачивается, например, насосом 23, либо каким-то иным образом направляется в рецикловую окислительную линию 22, по частям последовательно, в рецикловую сорбционную зону, сосуд либо контейнер 20. Как показано на рисунке, линия 22 ведет к передаточной линии 21. Передаточная линия 21, таким образом, представляет собой короткую соединительную линию между рецикловой окислительной линией 22 и центральной линией рецикла 38, таким образом, что линия 38 проводит рецикл на всем своем протяжении в зону обработки рецикла сорбентом либо в сосуд 20. В сорбционную зону 20 сорбирующие вещества подаются из зоны подачи сорбента 24 через линию питания 24а, либо иными способами подачи или коммуникации, и хорошо смешиваются с помощью миксера 25, либо равноценными средствами перемешивания и смешивания с потоком отходов 8 в зоне 20. Ряд сорбирующих веществ или материалов, в особенности порошковые сорбенты, которые предпочтительны для использования в данном изобретении, являются доступными и известными для применения на шаге II. Сорбент также может содержать ионообменную среду, особенно размером более тонкого сита, которая может не подходить для колонной очистки. В общем говоря, сорбент можно определить как вещество, которое обладает свойством собирать молекулы другого обрабатываемого вещества (которое, само по себе, также может быть еще смешано с дополнительными веществами, не предназначенными для сбора) с помощью процесса сорбции либо впитывания и удерживания обрабатываемого вещества с помощью адсорбции или абсорбции. Сорбенты в настоящем изобретении используются для того, чтобы удалить большой процент радиоизотопов или иных нежелательных загрязнителей скорее, чем с помощью материалов избирательного ионного обмена, поскольку данные сорбенты по крайней мере примерно в 10-100 раз более производительны, чем избирательные IX материалы, в связи с чем объемы отходов, предназначенных для утилизации, значительно сокращаются, снижая таким образом эксплуатационные расходы. Сорбирующие вещества выбираются и смешиваются в контейнере 20 таким образом, что поток 8 помещается на химическую ориентацию для ионного удаления и таким образом, что ионная связь, сформированная в данной области, сохраняется дольше, когда это требуется. Порошковые, гранулированные, жидкие ионные флокуленты и иные формы сорбентов являются таковыми, что представляют собой материал ионного обмена, действующего в качестве абсорбента и формирующего ионные связи и особенно на ранней стадии. Кроме того, в предпочтительном способе реализации осадок и химически сорбируемые твердые вещества, которые формируются в рецикловом сорбционном сосуде 20, направляются или передаются на/в передаточную линию 26 для твердых веществ и в сборочный танк 28 для твердых веществ. Данный процесс может повторяться последовательно с добавляемыми сорбентами, когда это нужно; т.е. один или более сорбентов могут быть выбраны и добавлены в сорбционный контейнер 20 таким образом, чтобы наиболее точно и прицельно подвергнуть процессу сорбции один или более выбранных элементарных веществ. Такое добавление индивидуальных сорбентов, если таковое избирается, создает последовательное добавление сорбентов и стратегию добавления сорбентов для наиболее точной обработки элементарных веществ в сорбционном контейнере 20 во время связанных, либо одновременных отрезков времени, когда такие элементарные вещества присутствуют в сорбционном контейнере 20 и обрабатываются.
Поток отхода 8, после того, как он обработан в контейнере или зоне 20, затем перекачивается или иным образом направляется на линию питания 31 и в подсистему, осуществляющую твердо-жидкостную сепарацию шаг III, как это схематически проиллюстрировано на рисунке. Твердые вещества обычно отделяются за счет использования комбинации центрифужной сепарации и отстаивания (33) и фильтрации (34). Гидроциклоны и иные подобные им средства являются предпочтительным методом для начальной сепарации сорбентов, за которой следует ультрафильтрация, имеющая целью удаление очень мелких или коллоидных частиц твердых веществ. Центрифужная сепарация особенно эффективна при концентрировании твердых веществ для их дальнейшего удаления. Однако следует понимать, что возможно применение и других сходных средств для достижения той же самой функциональной цели.
Фильтрационная установка 34, в которую поток 8 направляется с помощью линии питания 31, наглядно представлена как ультрафильтрационная и которая снабжена по крайней мере одним дополнительным средством или мембраной. В предпочтительной реализации изобретения применяется одна или больше Трубчатых Ультрафильтрационных Мембран, хотя ультрафильтрация сама по себе не обязательно должна осуществляться через трубчатую установку, а применяться может одна или больше таких установок. Примером предпочтительной ультрафильтрационной установки является система TUF™ от компании Диверсифайд Текнолоджиз Системз, Инк., г. Ноксвилл, штат Теннеси. Система TUF™, то есть "Трубчатая Ультрафильтрационная" Система, фильтрует поток отходов 8 до частиц, чей размер меньше чем 0.05 микрон, и способна удалить практически 100% суспендированных твердых веществ, металлокомплексов и большинство коллоидного материала из потока путем проведения его через серию пересекающих поток мембран. Как указано, возможно применение других видов пересекающих поток мембран и иных средств. Кроме того, в предпочтительной реализации, устройство сепарации и отстаивания 33 и данные виды центрифужного оборудования и устройства, подобные гидроциклону, могут применяться в рамках настоящего способа 10 для удаления сорбентных материалов до попадания потока в фильтрационную установку 34 (либо ультрафильтрационные установки) для обратного получения таких твердых веществ, которые были вовлечены в шаг сорбции II.
Как проиллюстрировано на рисунке, касающемся соответствующих линий рецикла в их предпочтительном воплощении: первая линия рецикла 22A, вторая линия рецикла 31A и третья линия рецикла 36A, все они предусмотрены в качестве элемента способа изобретения 10 в предпочтительных реализациях.
Таким образом, в предпочтительном воплощении изобретения в методе 10 зона сорбционной обработки (сосуд либо контейнер) 20 имеет три возможных пути рецикла: первый, второй и третий рецикл, в зависимости от операции, которая выполняется системой. Первая линия рецикла 22A до устройства 33 для сепарации и осаждения позволяет смешивать сорбент без удаления твердых веществ, таким образом, утилизируя сорбент, который может образовать осадок в линии 31, и способствуя смешению. Вторая линия рецикла 31A обеспечивает удаление сорбентов либо иных твердых веществ без фильтрации. Это может быть использовано, когда сорбент, используемый в данный момент, следует удалить прежде, чем добавлять последующий сорбент. Третья линия рецикла 36A может использовать как устройство 33 для сепарации и отстаивания, так и фильтрационную установку 34, при этом отходы возвращаются через линию рецикла 36A и линию 38 в зону сорбционной обработки 20 для дальнейшей обработки, причем насос 30 обеспечивает движущую силу. Линия 38 может включать в себя несколько соответствующих сгруппированных линий для использования по разным направлениям, в соответствии с необходимостью. Следовательно, если отсутствуют какие-либо твердые вещества и нет необходимости их удалять до сорбционной обработки (20) в потоке концентрата 8 и лишь один сорбент применяется в зоне сорбционной обработки либо сосуде 20, используются первый и третий рециклы (соответствующие линии 22A и 36A). Если твердые вещества необходимо удалить из исходного концентратного потока 8 либо если применяются по крайне мере два отдельных цикла сорбционной обработки в зоне сорбционной обработки либо сосуде 20, то есть, первый сорбент удаляется до применения второго (либо соответствующего дополнительного) сорбента для абсорбции выбранных элементарных веществ; то затем дополнительно используется второй (2-й) рецикл (линия 31A). Устройство 33 для сепарации и отстаивания может иметь любое количество центрифужных сепараторов; например, установок таких, как гидроциклон, который является предпочтительным из всех реализаций, здесь обсуждавшихся, либо центрифугу или другой подобный или эквивалентный вид оборудования или же другое оборудование, также способное выполнить функцию сепарации.
В предпочтительной реализации, проиллюстрированной на рисунке, следующее устройство 7 для сепарации и отстаивания (такое, как гидроциклон, либо эквивалентное ему средство для сепарации) применяется на линии питания 14 вскоре после выхода из контейнерной зоны хранения 6 в качестве подшага для обработки и удаления твердых веществ, которые затем подаются напрямую к сборочному танку 28 или на/в передаточную линию 7Т для твердых веществ и в сборочный танк 28 для твердых веществ. Твердые вещества могут быть удалены с помощью сепаратора твердых веществ 7, предпочтительно гидроциклона, чтобы в течение этой передачи снизить потребление окислителя, сократить время окисления и устранить возможности высвобождения радиоактивных изотопов из твердых веществ, которые должны быть удалены позже.
В связанных предпочтительных реализациях способа изобретения 10, а также в случае с третьей линией рецикла 36A, порции потока 8 со стороны фильтровального средства 35 с осевшим осадком рециркулируют назад по линии рецикла 36A и центральной линии рецикла 38 в зону сорбционной обработки, либо сосуд 20, как проиллюстрировано на примере рисунка. Рецикл потока 8, осуществляемый через трубчатый ультрафильтр, очищает мембраны, что приводит к увеличению срока эксплуатации мембран и меньшим ремонтным затратам.
Порции потока 8 с той стороны, где он просачивается в среду фильтра 35 в фильтровальной установке 34, на шаге III твердо-жидкостной сепарации, поступают напрямую к фильтратной линии 40. Линия 40 подает такие порции потока 8, выходящие из фильтровальной установки 34 в установки ионного обмена (в предпочтительных реализациях изобретения), осуществляющие шаг IV способа 10 Регулируемый и Конфигурируемый Ионный Обмен (IX). Сосуды, используемые для ионного обмена (IX), которых может быть один (1) или больше, как наглядно показано, могут, например, быть сериями соединены между собой разветвленными линиями, как проиллюстрировано на рисунке, обеспечивая связь и позволяя сосудам осуществлять избирательный ионный обмен (IX), при этом пример выравнивания регулируемых и конфигурируемых байпасных линий транспортировки потока 8 относительно друг друга следующий: первый IX сосуд 42, первая IX разветвленная линия 43, второй IX сосуд 44, вторая разветвленная линия 45, третий IX сосуд 46, третья разветвленная линия 47, четвертый IX сосуд 48 и четвертая разветвленная линия 49. В первый IX сосуд 42 поток 8 подается из линии фильтрата 40; а последний (четвертый) IX сосуд 48, в данном случае продемонстрированный как пример на рисунке, соединен с IX отводной линией 51. Разветвленные линии 43, 45, 47 и 49, функционально обозначенные как разветвленная система 41, устанавливаются и размещаются и функционируют в рамках Регулируемого и Конфигурируемого Ионного Обмена (IX) шаг IV таким образом, что разветвленные линии 43, 45, 47 и 49 распространяются и связаны с соответствующими IX сосудами 42, 44, 46 и 48, так же как связаны с линией фильтрата 40 и IX отводной линией 51, как проиллюстрировано в качестве примера на рисунке. Каждая из разветвленных линий 43, 45, 47 и 49 может также функционально и структурно быть рассмотрена в настоящем изобретении в качестве средства подвода/отвода обводной связующей линии. Каждая из разветвленных линий (43, 45, 47 и 49), которые также могут быть описаны как разветвленные линии подвода/отвода, состоит из трубной структуры в форме буквы Н (т.е., имеет конфигурацию буквы алфавита "Н", если смотреть на нее по крайней мере с одной оси зрения), которая снабжена клапанами, расположенными на подводе в сосуд и на отводе из сосуда. Обычно клапаны открыты, когда сосуд находится в эксплуатации. Также имеется клапан на пересечении труб, находящемся между подводом и отводом, который называется перепускным (байпасным) клапаном. Перепускной (байпасный) клапан обычно закрыт во время эксплуатации сосуда. Если необходимо, чтобы поток обошел сосуд, не попав в него, открывается перепускной клапан, а подводной и отводной клапаны перекрываются, таким образом облегчая выбор и регулируемое или конфигурируемое выравнивание именно тех сосудов, которые должны быть задействованы на шаге, который осуществляется.
Таким образом, в целом, разветвленная система 41 позволяет сосудам, используемым для ионного обмена (IX) (как показано в этом примере настоящего изобретения, сосудам 42, 44, 46 и 48) попасть в направление потока, либо быть удаленными без замены труб. Таким образом, содержимое сосудов не смешивается со сточной водой, которая не требует удаления данного изотопа; или, когда содержимое сосуда полностью израсходовано, он может быть исключен из направления движения потока для удаления средства на шаге IV. Преимуществом изобретения является то, что элементы разветвленной системы 41 могут быть расположены, структурированы и/или соединены таким образом, чтобы задействовать любое количество сосудов, используемых для Регулируемого и Конфигурируемого Ионного Обмена (IX) шага IV, а также то, что ряд различных средств и структурных направлений и позиций могут использоваться при осуществлении обводной (байпасной) функции способа в отношении IX сосудов, используемых для осуществления шага IV и при выборе этих IX сосудов (например, 42, 44, 46 и/или 48) для практического применения на шаге IV, когда эксплуатируется система (10).
Преимуществом изобретения также является то, что можно применять целый ряд IX комплектаций, последовательностей и связей в оборудовании, которое осуществляет ионный обмен (IX) шага IV. Одна такая комплектация в предпочтительной реализации изобретения задействует оборудование, проиллюстрированное на рисунке. Шаг IV ионного обмена может включать средства, нацеленные на дополнительное выведение цезия. Возможна избирательная очистка воды от всего содержащегося в ней кобальта и других избранных изотопов аналогично удалению сурьмы, цезия и любых других изотопов. Предполагается, что в данных средствах может быть использован ряд определенных веществ, включая, но не ограничиваясь следующими: гранулированная смола, цеолит и другие.
Пятый по списку шаг (V) способа настоящего изобретения включает в себя Сброс Воды Va или Сушку получившихся растворенных твердых веществ до Сухих Твердых веществ Vb, как в качестве примера проиллюстрировано на рисунке; также включает в себя подачу результирующего потока 8 из 4-го IX сосуда 48, последнего IX сосуда в выбранном наборе подобных узлов (в случае по рисунку, четвертый IX сосуд 48) либо последний из таких узлов, которые применяются или выбраны для применения; на IX линию отвода 51, ведущую к мониторинговому танку 50, или напрямую в мониторинговый танк 50. Различные химические вещества, оставшиеся в воде (т.е., например: борат натрия, сульфат натрия, перманганаты, нитраты и хлориды) представляют собой растворенные твердые вещества. Вода, из которой были удалены радиоизотопы, должна быть проанализирована на содержание изотопов до ее сброса в окружающую среду для того, чтобы обеспечить соблюдение предельных концентраций при сбросе; соответственно, вода содержится в мониторинговом танке 50 до того, как быть сброшенной или отправленной на шаг выпаривания Vb.
Очищенная, безопасная для окружающей среды вода, предварительно проанализированная, может поэтому быть сброшена и утилизирована Va в окружающую среду. Благодаря этому процессу, по сути, возможно сбросить в окружающую среду почти 100% растворенного концентрата. В качестве альтернативного пути, сбрасываемый поток может быть, вместо танка 50, направлен либо сообщен через линию питания 53 выпаривателя к выпаривателю 54 для сушки растворенных твердых веществ (Vb), производя нерадиоактивные твердые отходы, промышленно очищаемые, и очищаемый выпариванием конденсат, с выпуском пара в атмосферу. При этом полный температурный диапазон в шаге Vb будет от примерно 100 или более градусов Цельсия до примерно 240 или менее градусов Цельсия. В настоящем изобретении предпочтительно использовать температуру в среднем примерно 100 или более градусов Цельсия для удаления обычной воды и температурный диапазон от примерно более 100 до примерно 240 градусов Цельсия для удаления гидратной воды.
В данном способе 10 примером предпочтительного оборудования, используемого для осуществления выпаривания в узле 54, является DrumDryer™, производимый компанией Диверсифайд Текнолоджиз Сервисиз, Инк., Ноксвилл, штат Теннеси, США, который минимизирует объем высушенного продукта, производя плотный высушенный продукт с минимальным количеством пустот. Ряд других средств и оборудования также может быть применен для осуществления функции выпаривания в выпарном узле 54.
Выпаренная субстанция является высококачественной водой, произведенной выпаривателем 54, из которой удалены растворенные твердые вещества. Выпаренная субстанция из выпаривателя 54 передается или отправляется на линию 57b для последующего сброса в окружающую среду в качестве части шага Va на линии 57a, либо, по желанию или выбору, передается на рецикл на завод по линии повторного использования 60 либо другими возможными средствами.
Уровень pH также может быть ценным инструментом при оптимизации скорости сушки и минимизации конечного объема высушенного продукта. Например, в присутствии бора желателен уровень pH выше примерно 12 для максимизации растворимости бора прежде осадкообразования, причем оптимальный уровень pH от примерно 12.5 до примерно 13. Более высокий уровень pH максимизирует растворимость бора, таким образом предотвращая преждевременное осадкообразование, приводящее к неудовлетворительной теплопередаче. Это, в свою очередь, максимизирует теплопередачу жидкости с нагревательных поверхностей, даже когда жидкость становится очень вязкой. Поэтому, когда выпаривание наконец минимизировано, так как раствор достигает растворимости при повышенной температуре, простое устранение тепла приводит к кристаллизации густого раствора, как понижение температуры. Вся остающаяся вода химически связана в кристаллической структуре.
Соответственно, в предпочтительной реализации изобретения, концентрат с преобладающим содержанием бора до осушки должен быть доведен до максимальной растворимости перед введением в выпаривательный узел 54 для максимальной эффективности сушки. Каустик добавляется через станцию 52 регулировки уровня pH, чтобы достичь желаемого уровня РН на станции 56 измерения уровня pH во время рецикла на линии рецикла 50R с помощью насоса 55. В случае с сульфатными системами может возникнуть потребность отрегулировать уровень pH в кислую сторону, чтобы получить тот же самый эффект.
Повышенный уровень pH также минимизирует бурное кипение жидкости, которое приводит к разбрызгиванию, что вызывает скопление солей в наконечнике.
Кроме того, предпочтительные реализации способа 10 настоящего изобретения включают управление процессом 70 для дистанционного осуществления функциональных шагов и подшагов по реализации изобретения с помощью компьютерных и электронных средств.
Таким образом, реализация изобретения 10 при обычных условиях может осуществляться дистанционно и часто под автоматическим компьютерным управлением для минимизации радиологического облучения и минимизации времени работы оператора. Потенциальная доза некоторых из этих компонентов может представлять опасность облучения для персонала. Несмотря на то, что установка специальных экранов может минимизировать облучение, беспокоит само наличие длительного облучения. Таким образом, осуществление большинства действий возможно дистанционно в предпочтительных реализациях изобретения 10. Поэтому метод 10 данного изобретения подразумевает применение автоматизированных клапанов, дистанционно управляемых двигателей и подающих механизмов, датчиков с дистанционными дисплеями и связями с логическим контроллером процесса или PLC. Также эти средства управления могут активировать и контролировать наблюдаемый процесс окисления и его завершение, добавление сорбента, уровень, объем и вес, давление в процессе фильтрации, а также выпаривание.
Программируемый логический контроллер PLC представляет собой компьютер, запрограммированный управлять всеми важнейшими функциями системы именно в той последовательности, которая требуется для безопасного запуска, эксплуатации и окончания работы системы по изобретению. Это минимизирует количество операторов, которые должны осуществлять мониторинг системы, и практически устраняет радиологическое облучение оператора. Программируемый логический контроллер PLC также является более совершенным средством оптимизации эксплуатации системы, чем программируемые аналоги, которыми операторам было бы сложно управлять, так как это требует обширной подготовки.
Программируемый логический контроллер PLC осуществляет мониторинг параметров каждый несколько секунд и способен распознать и корректировать эксплуатационные проблемы, посылать предупреждения и сигналы тревоги, а также безопасно прекращать работу системы. Оптимизации эксплуатации можно достичь за счет изменения скоростей насосов, положения клапанов, а также добавления химических реагентов для регулирования уровня pH или в качестве антипенных реагентов.
Программируемый логический контроллер PLC взаимодействует с человеко-машинным интерфейсом или сокращенно HMI (Human Machine Interface), который использует специализированный местный экран или один или более удаленных компьютерных экранов на компьютерах, которые могут быть расположены в диспетчерской. Такие компьютеры также могут быть расположены где угодно на заводе или во всем мире и быть доступны за счет сети интернет. Это позволяет контролерам, руководству (супервайзерам, менеджменту) и поставщикам сырья осуществлять дистанционный мониторинг системы для должной работы системы и последующей ее оптимизации.
Человеко-машинный интерфейс HMI также способен регистрировать данные системы для постоянного хранения записей, для анализа параметров системы и создания административных отчетов для эксплуатации системы по изобретению. Данные анализы и отчеты могут предупредить руководство о предстоящей необходимости ремонта. Даже такие проблемы, как очистка мембран, могут быть решены автоматически между использованием порций применяемых по изобретению веществ.
Для описания следующего - другого использования настоящего изобретения приведем не указанные выше значения обозначений 71-76 на рисунке:
71
растворимые соли кальция
72
регулирование уровня рH
73
регулирование уровня рH до озонового окисления в шаге (I)
74
регулирование уровня рH после озонового окисления в шаге (I)
75
вакуумирование
76
обеспечение температуры в пределах, необходимых для сушки в шаге Vb, от примерно 100 или более градусов Цельсия до примерно 240 или менее градусов Цельсия
2
3
2
Другое использование настоящего изобретения включает удаление C-14, радиоактивного изотопа углерода, который предположительно находится или находится в обрабатываемом потоке отходов (8), предпочтительно осуществляется перед получением конечного осушенного продукта с помощью химической обработки в зоне сорбционной обработки или в области шага (II), посредством добавления растворимой соли кальция 71, включая CaCl, Ca(NO) и другие подобные соли; предпочтительно в жидкой форме (но не обязательно); что приводит к осадкообразованию карбоната кальция, в конченом счете удаляемого с другими сорбирующими веществами. Удаление изотопа C-14 является важным при применении данного изобретения ввиду того, что лишь очень малое содержание C-14 допустимо в устройстве DrumDryer или на этапе сушки твердых веществ в шаге Vb данного изобретения для высвобождения в окружающую среду (по существующим требованиям безопасности для окружающей среды). Обычно изотоп C-14 и лимонная кислота (а также другие хелирующие агенты и органические вещества) присутствуют в сточных водах, сбрасываемых ядерными объектами, в концентрациях или на уровнях, превышающих приемлемые для специалистов в данной области, по крайней мере, в таких регионах, как Россия (например, разработанный в России VVER (водо-водяной энергетический реактор), Словакия и другие страны. C-14 может получаться почти из любого органического вещества, присутствующего в первичной воде, которая проходит через реактор во время реакций расщепления. В данном изобретении использование озона разрушает все органические вещества. Как было установлено, лимонная и щавелевая кислота выполняют роль хелирующих агентов, которые удерживают цезий Cs, кобальт Co, сурьму Sb и др. в растворе, и должны подвергнуться разрушению для высвобождения изотопов.
В общем, для обнаружения присутствия изотопа C-14 требуются специальные аналитические методы, и изотоп C-14 является одним из ряда веществ, которые могут быть частью входящего потока отходов и которые не просто идентифицировать посредством обычного гамма-, бета- или альфа-анализа; но, как полагают специалисты ряда регионов мира, он часто является составляющей радиоактивных отходов. Однако, когда предполагается или точно установлено наличие подобных веществ, они могут быть удалены посредством использования данного изобретения. Например, в США присутствие изотопа C-14 может по сути не контролироваться специалистами, поскольку в США не применяют содержащие C-14 вещества, в то время как страны, подобные России, Словакии, зависимые от организаций, подобных Европейскому Союзу, или другие страны вполне могут иметь подобные вещества в первичной воде атомных электростанций или подобных бор-содержащих потоках отходов. Тот факт, что такие страны, как Россия или Словакия, будут вынуждены принять во внимание проблему, связанную с изотопом C-14 и другими подобными веществами, указывает на возможность дополнительного применения данного изобретения на потоках отходов атомных электростанций.
2
2
Удаление изотопа C-14 в зоне рецикла озона или как часть шага (I) представляет собой альтернативный путь реализации данного изобретения, при этом вначале понижается уровень pH (или осуществляется его регулирование) 72 до уровня от примерно 5 до примерно 7, или приблизительно 6, при котором растворимость CO минимизируется и образование угольной кислоты затрудняется. Регулирование уровня pH может производиться до 73 или после 74 озонового окисления на шаге (I), которое разрушает органические вещества, содержащие изотоп C-14. Предпочтительно, чтобы регулирование уровня pH осуществлялось до окисления, поскольку после него немедленно наступает фаза газовых выбросов, в ходе которой некоторое количество C-14 может попасть в окружающую среду вместе с кислородом и непрореагировавшим озоном. Более низкий уровень pH также может способствовать скорости и эффективности озонового окисления. После окончания озонирования сосуд подвергается вакуумированию 75 до предпочтительного уровня вакуума от приблизительно 18 дюймов до приблизительно 28 дюймов ртутного столба, или ниже примерно 20 дюймов ртутного столба, или до интервала от примерно 20 дюймов ртутного столбца до примерно 28 дюймов ртутного столбца, если необходимо, чтобы вызвать бурное выделение CO из жидкости наряду с кислородом и озоном, таким образом удаляя изотоп C-14 из жидкости. Дополнительное преимущество в том, что из жидкости удаляются также озон и кислород, что в дальнейшем исключает стадию пропускания жидкости через угольный слой для разрушения озона. Само пропускание потока через дегазатор, который создает вакуум, могло бы также использоваться для вакуумирования 75 вместо прямого применения вакуума на сосуде. В дегазаторе применяется газопроницаемая мембрана, и вакуум создается на газовой стороне мембраны. Как часть шага 72 (73 и 74), уровень pH должен затем быть возвращен до приемлемого уровня после вакуумирования 75 с целью превращения борной кислоты обратно в борат натрия для того, чтобы ни растворимая борная кислота, ни растворимый борат натрия не удалялись в следующем шаге процесса обработки.
Водный поток или поток отхода может содержать борную кислоту или борат натрия в зависимости от того, о каком заводе или предприятии идет речь. Если содержится именно борная кислота, то уровень pH должен быть понижен до 5-7 для того, чтобы полученный диоксид углерода высвободился в газообразной форме, а не превращался в бикарбонаты или карбонаты при более высоких уровнях pH. При уровне pH ниже чем 5, происходит превращение диоксида углерода в угольную кислоту, которая увеличивает растворимость диоксида углерода.
Борат натрия намного более растворим по сравнению с борной кислотой. Кривая растворимости для бора достигает минимума приблизительно при pH 7. Это означает, что некоторое количество бора, вероятно, выпадет в осадок при уровне pH 6. Для предотвращения удаления бора вместе с сорбентами, образующими осадок, уровень pH необходимо снова поднять до показателя выше (>) 11-12 для того, чтобы снова сделать бор растворимым в виде бората натрия. Добавление гидроксида натрия или калия быстро растворяет борную кислоту с образованием бората натрия или калия.
Несмотря на то, что проиллюстрированы и описаны предпочтительные реализации изобретения, ценно то, что могут иметь место различные изменения без отступления от сущности и рамок изобретения.
Источники информации
Европейская Патентная Заявка, Публ. № EP 0428868 (A2)
Европейская Патентная Заявка, Публ. № EP 0765842 (A1)
Европейская Патентная Заявка, Публ. № EP 1803689 (A1)
Европейская Патентная Заявка, Публ. № EP 1837075 (A2)
Российский Патент № RU 2105366 (C1)
Российский Патент № RU 2122753 (C1)
Российский Патент № RU 2203512 (C2)
Российский Патент № RU 2225049 (C1)
Российский Патент № RU 2268513 (C1)
Российский Патент № RU 2313148 (C1)
Российский Патент № RU 2342720 (C1)
Российский Патент № RU 2342721 (C1)
Украинский Патент № UA 14319 U
РСТ Международная Публ. № WO 02/096559 (A1)
РСТ Международная Публ. № WO 2007/123436 (A1)
РСТ Международная Публ. № WO 2008/002282 (A1)
US Пат. №3,947,354
US Пат. №4,814,091
US Пат. №5,080,799
US Пат. №5,196,124
US Пат. №5,728,302
US Пат. №5,908,559
US Пат. №5,030,587
US Пат. №7,282,470 (B2)
US Пат. №7,772,451 (B2)
US Патентная Заявка, Публ. №2009/0252663 (A1)
US Патентная Заявка, Публ. №2010/0059428 (A1)