Способ очистки воды от радона и дочерних продуктов распада радона
METHOD FOR PURIFICATION OF WATER FROM RADON AND RADON DAUGHTER PRODUCTS

Изобретение относится к водоподготовке и может быть использовано в системах снабжения питьевой водой населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, коттеджей, индивидуальных домовладений и т.д., а именно для территорий, располагающих подземными радоновыми водами с выходами их на поверхность.
Для удаления радона и дочерних продуктов распада радона из воды применяют следующие основные методы: аэрация, мембранная очистка, фильтрование воды через сорбирующий материал, в частности активированный уголь.
При фильтровании воды через сорбирующий материал радон и дочерние продукты распада радона, обладающие высокоэнергетическим гамма-излучением, способны адсорбироваться и накапливаться в нём, поэтому фильтр становится источником гамма-излучения. Мощность дозы на поверхности постоянно используемого фильтра и вблизи него зависит от концентрации радона и дочерних продуктов распада радона в необработанной воде, ежедневного водопотребления, объема фильтра, и может достигать опасных величин до нескольких сотен мкЗв/ч, что повышает радиационную опасность процесса очистки в целом.
В местах размещения таких фильтров необходимо организовывать радиационный контроль мощности дозы гамма-излучения. Фильтры нужно помещать в малопосещаемых помещениях. Для проведения работ по замене сорбирующих материалов, выработавших свой ресурс, необходимо выдержать отключенный фильтр в течение не менее 2 недель для распада накопившегося радона и дочерних продуктов распада радона, чтобы исключить облучение персонала, обслуживающего фильтровальную установку.
Кроме того, возможно снижение сорбционной активности фильтра из-за образования на поверхности и в порах его сорбционного материала гидроксидов железа и марганца, если в очищаемой воде присутствуют ионы этих металлов, что снижает ресурс работы сорбционного материала фильтра.
Известен способ регенерации фильтра для очистки воды на основе активированного угля, включающий отключение подачи очищаемой воды по мере загрязнения фильтра, обратную промывку фильтра, повышение температуры активированного угля в фильтре за счет его нагрева токами высокой частоты сначала до 100°С для испарения оставшейся воды, а затем до 400-500°С для достижения эффекта восстановления структуры активированного угля, повторную обратную промывку фильтра после его остывания (см. патент РФ № 2499770 «Фильтр для очистки воды на основе активированного угля и способ его регенерации», 8 МПК C02F 1/28, B01J 20/34, приоритет от 30.09.2011 г., опубликовано 27.11.2013 г.).
о
К недостаткам  указанного способа относится то, что промывные воды сбрасываются в канализацию без выдержки, необходимой  для распада радона и  дочерних продуктов распада радона, что нарушает санитарные нормы, в процессе образуется большое количество промывных вод, так как промывка осуществляется дважды: до нагревания и после нагревания сорбирующего материала. Кроме того, если в очищаемой воде находились ионы железа и марганца, то образовавшиеся на поверхности и в порах сорбционного материала гидроксиды этих металлов при нагревании до 500 С, будут дегидратированы до оксидов и «припекутся». Удалить их промывкой водой не удастся, сорбционные центры сорбирующего материала  окажутся заблокированы, что снизит его сорбционную активность и ресурс работы.
Известен способ очистки воды от радона, включающий фильтрацию воды через сорбирующий материал, в качестве которого используют гранулированный активированный уголь, отключение подачи очищаемой воды по мере загрязнения фильтра, обратную промывку фильтра, причем температура промывной воды не превышает 25°С (см. «Радон и радий в подземной воде: измерения и уменьшение воздействия», Tuukka Turtiainen STUK-A255/ MARCH 2013, р. 45-60.  http://www.researchgate.net/publication/ 262793635).
К недостаткам данного способа относится то, что при промывке водой с температурой не превышающей 25°С не происходит удаления из сорбирующего материала радона и дочерних продуктов распада радона, что снижает ресурс его работы, накопленные на сорбирующем материале дочерние продукты распада радона являются источниками  высокоэнергетического гамма-излучения, что требует применения мер радиационной  безопасности при техническом обслуживании фильтра и замене сорбирующего материала. Кроме того,  если в очищаемой воде находились ионы железа и марганца, то образовавшиеся на поверхности и в порах сорбционного материала гидроксиды этих металлов, при промывке водой с температурой не превышающей 25°С  удаляются незначительно, что также снижает ресурс работы сорбционного материала.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существующих признаков является способ очистки воды от радона и дочерних продуктов распада радона (патент RU№2623777, опубликован 26.05.2017), включающий фильтрацию очищаемой воды через сорбционный материал, промывку сорбирующего материала горячей водой, сбор и выдержку промывных вод до распада радона и короткоживущих дочерних продуктов распада радона в емкости-сборнике.
К недостаткам данного способа относится то, что после распада короткоживущих изотопов в емкости-сборнике остаются долгоживущие  продукты распада радона свинец-210 (период полураспада более 22 лет) и полоний-210 (период полураспада 138 суток).  Следовательно воду из емкости-сборника нельзя сбрасывать в канализацию или использовать для технических нужд.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в полной дезактивации промывных вод, образующихся при очистке воды от радона и дочерних продуктов распада радона, и достигается тем, что охлажденные и выдержанные промывные воды фильтруют через дополнительный фильтр, содержащий сорбирующий материал.
о
Для достижения указанного технического результата предлагается способ очистки воды от радона и дочерних продуктов распада радона, включающий фильтрацию очищаемой воды через сорбирующий материал и промывку сорбирующего материала водой, нагретой до температуры не более 90С, сбор и выдержку промывных вод в емкости-сборнике до распада радона и короткоживущих дочерних продуктов радона, причем после выдержки в емкости-сборнике промывные воды очищают от долгоживущих продуктов распада радона фильтруя через дополнительный фильтр, содержащий сорбирующий материал.
В качестве сорбирующего материала в дополнительном фильтре могут быть использованы активированные угли, цеолиты, нетканые материалы, неорганические сорбенты.
В качестве неорганических сорбентов могут быть использованы гидратированные оксиды циркония и марганца, а также сульфиды переходных и тяжелых металлов и их смеси.
На фиг. 1 представлена блок-схема  осуществления заявляемого способа очистки воды от радона и дочерних продуктов распада радона.
Вода, содержащая радон, поступает по линии подачи 1 через запорное устройство 2 в фильтр 3 с сорбирующим материалом, после чего очищенная вода через запорное устройство 4 выходит на линию отвода очищенной воды 5. После накопления на фильтре 3 заданного значения радиоактивности запорное устройство 2 перекрывает подачу очищаемой воды и открывает выход в линию отвода промывной воды 6. Запорное устройство 4 перекрывает линию отвода очищенной воды 5 и открывает линию подачи горячей воды 7 от источника горячей воды 8. Промывная горячая вода проходит через фильтр 3 в направлении обратном потоку очищаемой воды, вымывает из сорбирующего материала взвеси гидроксидов железа и марганца, десорбирует радон и дочерние продукты распада радона  и по линии сброса 6 поступает в емкость-сборник 9, где выдерживается  для распада радона и короткоживущих дочерних продуктов распада радона, после чего доочищается от долгоживущих продуктов распада радона на дополнительном фильтре 10 и сбрасывается в канализацию или используется для технических нужд.
В качестве запорных устройств могут выступать электроклапаны, связанные с блоком управления и датчиком порогового гамма-излучения, расположенным на корпусе фильтра 3.
Фильтр 3 с сорбирующим материалом может быть защищен экраном (на чертеже не указан), поглощающим гамма-излучение, а датчик порогового гамма-излучения расположен на поверхности защитного экрана.
Устройство может содержать два и более фильтра 3, подключаемые управляющим блоком попеременно для обеспечения бесперебойного поступления очищенной воды.
На линии сброса промывной воды 6 может быть установлен механический фильтр для удаления взвесей, отделившихся от сорбирующего материала при промывке.
Ниже приведен пример осуществления заявляемого способа.
Пример 1.
3
Воду из скважины, содержащую 1800 Бк/л радона-222 в количестве 10 м прокачали в течение 5 дней через фильтр, содержавший 80 литров гранулированного активированного угля. Содержание железа и марганца в воде не превышало 0,05 мг/л.
Степень очистки от радона составила 95 %, что позволило очистить воду до санитарных норм.
о
Мощность дозы гамма-излучения на расстоянии 1 м от поверхности фильтра превышала фоновое значение в 12 раз. После отключения подачи в фильтр очищаемой воды, обратным потоком в фильтр закачали 80 л воды с температурой 85С, выдержали в фильтре в течение 5 минут, после чего прокачали через фильтр еще 160 л горячей воды, направляя через линию отвода промывной воды в емкость-сборник. После проведенной десорбции мощность дозы гамма-излучения на поверхности фильтра не превышала фонового значения для помещения, где находился фильтр.
Через 15 дней выдержки в емкости-сборнике промывная вода содержала менее 50 Бк/л радона-222, 80 Бк/л свинца-210 и 240 Бк/л полония-210.
Выдержанные в емкости-сборнике промывные воды, содержащие долгоживущие изотопы свинец-210 и полоний-210 профильтровали через дополнительный сорбционный фильтр объемом 15 литров, загруженный гранулированным сорбентом на основе гидроксида циркония. Суммарное содержание всех радионуклидов в промывных водах после очистки не превысило 40 Бл/л, что позволило сбросить их в канализационную сеть.
Пример 2.
3
Воду из скважины, содержащую 1280 Бк/л радона-222, 1,5 мг/л железа и 0,3 г/л марганца в количестве 10 м прокачали в течение 5 дней через 4  одинаковых не связанных между собой фильтра, содержавших каждый смесь  60 литров гранулированного активированного угля и 20 литров гранулированного катализатора на основе двуокиси марганца. Мощность дозы гамма-излучения на поверхности фильтров составила 160±5 мкЗв/час. Обратную промывку фильтров производили водой разной температуры.
Промывная вода была закачана в емкость-сборник. Через 18 дней выдержки в емкости-сборнике промывная вода содержала менее 30 Бк/л радона-222,  60 Бк/л свинца-210 и 180 Бк/л полония-210 и была профильтрована через дополнительный сорбционный фильтр, содержащий 12 литров гранулированного сорбента на основе двуокиси марганца. После очистки на дополнительном фильтре общее содержание всех радионуклидов в промывной воде не превышало 30 Бк/л.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следует из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждают примеры конкретного выполнения изобретения.