СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
METHOD TO CLEAN AIR FROM RADIOACTIVE SUBSTANCES

Изобретение относится к области защиты окружающей среды и ликвидации последствий аварий, касается процесса высокоэффективной очистки воздуха (газов) от радиоактивных веществ и может быть использовано, в частности, в системах газоочистки предприятий, производящих радиоактивные материалы, а также в местах постоянного загрязнения воздушной среды радиоактивными веществами.
Известно применение для очистки воздуха от радиоактивного изотопа йода и аэрозолей адсорбционного фильтрующего материала, состоящего из смеси измельченного волокнистого материала и гранулированного материала-носителя, импрегнированного солью металла (например, нитрата серебра). Смешивание волокон с гранулами и их импрегнирование производится одновременно в растворе соли металла [Хладик О., Шварцбах Р. Адсорбционный фильтрующий материал. А.С. СССР №952289].
Известен способ очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей, оксида углерода, радиоактивного йода, паров соляной кислоты, трития в закрытых помещениях после аварий, представляющий собой мобильную установку, содержащую средство передвижения, средство управления, откачивающий и нагнетающий газоводы, сорбционные блоки очистки газов или воздуха от токсичных веществ и аэрозольных частиц, соединенные между собой трубопроводами с возможностью переключения через байпас. Фильтрующие элементы блоков очистки газов состоят из ткани ВИОМ-АНЗ, электролитических порошков на основе никеля, сорбентов термоксид 58 и цеолит, которые увеличивают эффективность очистки газового потока от паров соляной кислоты, мелкодисперсной фракции радиоактивных аэрозолей, радиоактивного йода и паров воды [Л.Ф.Беловодский и др. Передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий. Патент РФ №2232439, Бюл.19. - С.568].
Наиболее близким к заявляемому решению является способ высокоэффективной очистки газов от радиоактивных молекулярных включений и аэрозолей любого состава с помощью адсорбирующего фильтрующего материала. Адсорбирующий фильтрующий материал представляет собой систему структурных элементов, хаотически распределенных в пространстве и жесткоскрепленных между собой в точках соприкосновения. Для получения материала на поверхность структурных элементов наносят, например, борную кислоту и эмульсию связующего раствора, спекают при 1300°С структурные элементы между собой, затем пропитывают и сушат при комнатной температуре 1-2 суток, далее при температуре 150-200°С 1-2 ч. Для очистки газов приводят во взаимодействие поток газов и упомянутую объемную высокопористую структуру с активизированной поверхностью и осуществляют селективную хемосорбцию радиоактивных молекулярных включений и осаждение аэрозолей любого состава [А.В.Дука и др. Адсорбирующий фильтрующий материал, способ его получения и способ очистки газов от радиоактивных веществ. Патент РФ №2036698, Бюл.16. - С.98].
Недостатками существующего способа являются использование вакуумирования фильтрующего материала, высокотемпературного спекания, нескольких процессов термической сушки адсорбционного фильтрующего материала и применение солей драгоценного металла - серебра. Кроме того, фильтрующий материал не подлежит регенерации и обеспечивает поглощение радиоактивного йода и йодида только при условии принудительной конвекции воздуха. Метод неэффективен для очистки открытого воздушного пространства и скорости воздушных потоков более 3 м/с. Способ не эффективен для очистки воздуха от таких высокорадиоактивных загрязнителей как цезий, стронций, тритий и т.д.
Задачей предлагаемого изобретения является достижение высокоэффективной очистки воздуха (газа) от различных радиоактивных веществ.
Сущность предлагаемого в настоящем изобретении способа высокоэффективной очистки воздуха (газов) от радиоактивных веществ, а более конкретно от трития, йода, цезия, стронция, бета-частиц их соединений и мелкодисперсных пылеобразных включений заключается в их сорбции на поверхности покрытия из полиуретана поракст-М2, внутри которого находятся электроды из нержавеющей (высоколегированной) стали. Высота покрытых полимером электродов (1-3 м) и расстояние между ними (2-6 м) предусматривает подачу постоянного тока напряжением 25-50 киловольт, устойчивость к атмосферным воздействиям, и способность работать в стационарных, полевых условиях или на мобильной передвижной конструкции. Техническое обслуживание заключается в обесточивании системы и дезактивации поверхности электродов известными способами.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является достижение высокой степени очистки от радиоактивного загрязнения воздуха (газов) независимо от атмосферных воздействий в условиях низких энергозатрат и возможности создания стационарной или передвижной конструкции, допускающей дезактивацию и последующее многократное использование.
Технический результат достигают за счет того, что при реализации способа под воздействием высоковольтного электрического поля постоянного тока электрически заряженные радиоактивные элементы и частицы сорбируются и удерживаются поверхностью полимерного материала электрода противоположной полярности. Сорбированные радиоактивные элементы по мере насыщения поверхности (может быть установлен автоматический контроль с помощью дозиметра или датчика типа счетчика Гейгера) после снятия высоковольтного электрического поля смывают дезактивирующим раствором, и затем продолжают эксплуатацию конструкции.
Преимущества заявляемого способа заключаются в следующем: степень очистки от радиоактивных элементов возможна фактически до фоновых значений воздуха (газов) в непрерывном режиме, независимо от влажности, скорости ветра (потоков) и температуры при незначительном энергопотреблении. Установка не оказывает сопротивления воздушному (газовому) потоку. В районах радиоактивного загрязнения большой площади может располагаться несколько установок с учетом розы ветров местности с целью повышения эффективности работы.
Использование предлагаемой совокупности существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, позволяет достичь желаемого технического результата - произвести высокоэффективную очистку воздуха (газов) от радиоактивных веществ и мелкодисперсных пылеобразных включений за счет их сорбции на поверхности полимерного покрытия из полиуретана, внутри которого находятся электроды из нержавеющей (высоколегированной) стали под воздействием напряжения постоянного тока 25-50 киловольт (см. чертеж). Примеры конкретного выполнения.
3
Пример 1. В цилиндрической (или другой) формы пластине положительной (отрицательной) полярности из полимерного материала полиуретан производят установку электрода из нержавеющей (высоколегированной) стали, диаметром 0,03 м, длиной 1 м. Обе пластины с электродами устанавливают вертикально на расстоянии 2 м на изолирующем материале или керамической опоре, покрытой резиной, фторопластом и т.д. Затем от высоковольтного источника (при необходимости способного работать в условиях повышенной радиации) подают постоянный потенциал на электроды в 25 киловольт со стабильностью напряжения не хуже 5%. Пропускают в экспериментальном помещении поток воздуха, меченный радиоактивными молекулами трития, йода, а также источником бета-частиц от мишени никеля, цезия, калия. Содержание радиоактивных частиц - 2-3 мг/м. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока воздуха составляет более 98% (верхний предел измерений ограничен существованием радиоактивного фона). После выключения напряжения для исключения десорбции радиоактивных частиц производят дезактивацию поверхности электродов; растворы утилизируют в установленном порядке.
Пример 2. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 2 м, расстояние между ними 3 м. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока воздуха составляет более 97,5% (верхний предел измерений ограничен существованием радиоактивного фона).
Пример 3. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 3 м, расстояние между ними 6 м. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока воздуха составляет более 97,5%.
Пример 4. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 3 м, расстояние между ними 8 м, подают постоянный потенциал 50 кВ. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока воздуха составляет более 96%.
Пример 5. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 1 м, расстояние между ними 5 м. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока воздуха составляет более 90%.
Пример 6. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 3 м, расстояние между ними 6 м, а в пространство между электродами пропускают меченный радиоактивными элементами метан. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока метана составляет более 97%.
Пример 7. Аналогично примеру 1, кроме того, что длина покрытых электродов составляла 3 м, расстояние между ними 6 м, а в пространство между электродами пропускают меченный радиоактивными элементами углекислый газ. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц из потока углекислого газа составляет более 97%.
Пример 8. Способ осуществляли согласно способу-прототипу. Констатируют, что улавливание радиоактивных частиц (трития, бета-частиц) из потока воздуха (газа) не происходит.
Анализ полученных результатов показал, что заявляемый способ позволяет обеспечить высокую степень очистки (97% и более) воздуха или газов от радиоактивных веществ - трития, йода, цезия, стронция, бета-частиц их соединений и мелкодисперсных пылеобразных включений за счет их сорбции на поверхности цилиндрической (или другой) формы полимерного покрытия положительной (отрицательной) полярности размерами 1-3 м, расположенными на расстоянии 2-6 м, внутри которого находятся электроды из нержавеющей (высоколегированной) стали под напряжением постоянного тока 25-50 киловольт.
Источники информации
1. А.С. СССР №952289 кл. B01D 39/00. Адсорбционный фильтрующий материал. Авторы: Хладик О., Шварцбах Р. Патентообладатель: Академие дер Виссеншафген ГДР - 1982. - Бюл. №31. - С.32.
2. Патент РФ №2232439. Передвижная установка для очистки воздуха в закрытых помещениях после аварий. Авторы: Беловодский Л.Ф.; Газизов Б.Г.; Горбунов Н.Е.; Гончаров В.Н.; Дудин А.В.; Карпенко С.И.; Поклонский А.А., Сладков Ю.И.; Никулин В.И., Ховрин А.Н., Юхневич В.А.; Патентообладатель: Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики. Заявка №2002116741/06, заявл. 2002.06.21, опубл. 2004.07.10. - Бюл. №19. - С.568.
3. Патент РФ №2036698 (13) C1, G21F 9/02, 6 B01D 53/02. Адсорбирующий фильтрующий материал, способ его получения и способ очистки газов от радиоактивных веществ. Авторы: Дука А.В.; Григорьев А.Ю.; Виленский М.Г., Патентообладатель: Акционерное общество закрытого типа - Научно-производственный комплекс "Матекс", Заявка №93049173/26, заяв. 1993.10.21, Опубл. 1995.06.09. - Бюл. №16. - С.98.