гидротермальное и сверхкритическое окисление

Download Report

Transcript гидротермальное и сверхкритическое окисление

Slide 1

Авраменко В.А., Добржанский В.Г.
Институт химии ДВО РАН,
Владивосток, Россия


Slide 2

Проблемы обращения с
РАО в ЯТЦ

Сверхкритические
технологии

Обращение с ОЯТ

СКФ (СО2) экстракция ОЯТ,
дезактивация

Переработка ЖРО

Сверхкритическое (Н2О)
окисление органических
веществ

Безопасное хранение РАО

Гидротермальный
синтез материалов для
долговременного хранения
РАО (синроков)


Slide 3

ЭКСТРАКЦИЯ АКТИНОИДОВ СВЕРХКРИТИЧЕСКИМ СО2
INR Япония

Iso S., Meguro Y., Yoshida Z. WAСК’94, p. 237

Радиевый институт, Россия Шадрин А. Ю., Мурзин А. А., Романовский В. Н.
Радиохимия, 1997, т. 39, № 1, с. 44.

Университет Айдахо, США Lin Y., Wai C. M., Jean F. M. et al. Environ. Sci.
Technol., 1994, v. 28, No. 6, p. 1190.


Slide 4

ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДАХ

Los Alamos National Laboratory, США Dell'Orco P. C.; Foy B.R.; Wilmanns
E.G.; Le L.A.; Ely J.; Patterson, K.;
Buelow S.J. "Hydrothermal Oxidation of Organic Compounds by Nitrate and
Nitrite," ACS Symposium Series Vol. 179, 608, 1995.
Tarapur, India WATTAL P.K., DESHINGKAR D.S., SRINIVAS C., NAIK D.B.,
MANOHAR S. COMBINED PROCESSES AND TECHNIQUES FOR PROCESSING
OF ORGANIC
RADIOACTIVE WASTE. In: Combined methods for liquid radioactive waste
treatment. IAEA-TECDOC-1336. p.121-135


Slide 5

ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
ПЕРЕРАБОТКИ ЖРО

• Сверхкритические технологии переработки
жидких отходов радиохимических заводов
(Лос-аламос, S.Buelow и др.) –температуры
до 400 С и выше – высокая эффективность
процесса окисления органических веществ,
но и высокая коррозионная агрессивность
среды, коррозионный износ аппаратуры


Slide 6

АВТОКЛАВНОЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ

Раствор
+
окиислитель

T=
200250°
С

загрузка

нагрев

разгрузка

Проточное гидротермальное окисление
раствор

насос
Терлообменник +

окислитель

насос

Реактор
Т = 200250°С

Теплообменник -

Дроссель
давления


Slide 7

Л.А.Уолл, С.Дж. Бюлов, Д.Д. Паддила
Гидротермальная переработка
Плутоний, ч.2., Саров, 2003 с.452.


Slide 8

Технические решения
• Реактор с пористыми стенками.





(Transpiring wall reactor)
J. Crooker,* K. S. Ahluwalia, and Z. Fan, J. Prince (Foster Wheeler Development Corporation)Ind.
Eng. Chem. Res. 2000, 39, 4865-4870
E. Fauvel, C. Joussot-Dubien,* V. Tanneur, and S. Moussie`re
CEA DEN/VRH/DTCD/SPDE/LFSM, France Ind. Eng. Chem. Res. 2005, 44, 8968-8971

T1>T2

P2>P1
Т2
Р2
V2

Т1
Р1
V1

V1>>V2


Slide 9

• Проблема коррозии оборудования и его частей
(теплообменников) остается и в случае пористого
реактора
• Тем не менее существуют процессы термолиза и
гидротермального окисления, протекающие с
достаточно высокой скоростью при температурах
значительно меньше критических (200-250 С) – это
процессы распада органических комплексов
переходных металлов.
• Цель настоящей работы использовать процессы
гидротермального окисления в субкритических
условиях для разработки технологии
гидротермальной переработки специфических РАО –
кубовых остатков АЭС


Slide 10

Переработка ЖРО

Гидротермальная переработка
среднеактивных жидких
радиоактивных отходов АЭС
(кубовых остатков СВО АЭС)

Безопасное хранение РАО


Slide 11

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
КУБОВЫЕ ОСТАТКИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ
СПЕЦВОДООЧИСТКИ АЭС - ОСНОВНОЙ ВИД ЖРО
АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Реактор ВВЭР

Организованные
протечки
и слив
контура

СВО-2

Очистка
Теплоносителя
1 контура

СВО-1

Очистка
борной
кислоты

СВО-6

Очистка
продувной
воды ПГ

СВО-5

Дезактивация
оборудования

Трапные
воды

СВО-3

Спецпрачечная

Бассейн
выдержки

СВО-7

СВО-4

Хранилище концентрированных жидких отходов


Slide 12

Схема выпарной установки СВО-3
В систему
В
газоочистки

15

13

Отработанные смолы В ХЖО
6
11

ЖРО

14
8
4

1

4

3

9

10

7

5

2

16

КО В ХЖО

Гидровыгрузка
отработанных
смол

В бак чистого
конденсата


Slide 13

Поступление РАО в хранилище
жидких отходов для АЭСс
реакторами ВВЭР

ВВЭР-440,
% объема
85-90

ВВЭР-1000,
% объема
80-90

Отработанные
ионообменные смолы
Фильтрперлит

5-10

5-15

0-1

0-1

Шламы

3-5

1-5

Вид РАО
Кубовые остатки, включая
кристаллические осадки


Slide 14

Вклад различных операций в накопление
кубовых остатков для АЭС с реакторами
ВВЭР
Операция - источник
КО

ВВЭР-440, %
объема

ВВЭР-1000, %
объема

Регенерация
30-50
ионообменных смол

30-50

Протечки

10-30

0-5

Дезактивация

10-20

10-20

Технологические
операции

5-10

5-20

Спецпрачечные

0-3

0-10

Другие источники

10-15

5-10


Slide 15

Скорость накопления кубовых остатков и их
характеристики для разных типов АЭС
Вид отходов

ВВЭР-440

ВВЭР-1000

РБМК-1000

Кубовый остаток,
поступающий в
хранилище жидких
отходов, м3/год

120-170

220-300

1000-1200

Среднее
солесодержание
кубового остатка,
г/л

300-400

З00-400

200-250

50

90

250

5*10 -5

5*10 -5

5*10 -5

Общее количество
солей, т/год

Среднее значение
удельной
активности
кубового остатка,
Ки/л


Slide 16

Состав кубовых остатков АЭС с
реакторами ВВЭР
Типичное значение параметра

ВВЭР-440

ВВЭР-1000

рН

11.5-13.5

11.5-13.5

Н3ВО3 (кг/м3)

90-200

80-200

Na (кг/м3)

40-150

40-200

NO3 (кг/м3)

10-60

20-170

Окисляемость (кг О2/м3)

10-20

10-40

Удельная активность (ГБк/м3)

1-10

1-10

Удельная активность р/н Сs, %

90-99

90-99

Удельная активность р/н Co, Mn %

1-10

1-10

Удельная активность остальных
р/н после
выдержки в течение 3-х лет, %

<10-2

<10-2


Slide 17

ПЕРЕРАБОТКА КУБОВЫХ ОСТАТКОВ АЭС

Кубовые остатки
137Cs, 60Co, 54Mn

137Cs, 60Co,
54Mn

Отработанные сорбенты
(Радиоактивные отходы)

Селективные сорбенты

Нерадиоактивный
рассол
(промышленные отходы)


Slide 18

СЕЛЕКТИВНАЯ СОРБЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ
КУБОВОГО ОСТАТКА
60Со

137Cs

Сорбент

Кd см3/г

Сорбент

Кd см3/г

НЖС

8*104

Duolite C467

1

НЖА

3.4*104

Amberlite
IRC-718

1

Термоксид-35

1.2*104

Purolite S- 1.17
920

IE-911

143

Purolite S- 1.09
930

SNi

6.4*105

Purolite S- 1
950

FN

2.0*105

FHS

2.6

FMM

1.94


Slide 19

коэффициент очистки

Результаты очистки кубовых остатков
селективными сорбентами
100000
10000
SNi (Cs-137)

1000

НЖС-(Cs-137)
Термоксид-35 (Cs-137)

100

Purelite S-930 (Co-60)
FMM-(Co-60)

10
1
0

50

100

150

колоночные объемы


Slide 20

ПРОБЛЕМА: Разрушение металлоорганических комплексов типа
Со-ЭДТА, Мn-ЭДТА, Cu-ЭДТА содержащихся в кубовых остатках с целью
извлечения так называемых коррозионных радионуклидов.
Эта задача также возникает в различных технологических
процессах с использованием комплексонов (дезактивация радиационнозагрязненного оборудования(радионуклиды Со-60, Мn-54 и др),
травление электронных плат (Сu), промывка технологического
2- = [Co(III)ЭДТА][Со(III)(OH)ЭДТА]
(Fe, Ni).
2О2 = оборудования
Использование
связано с очень высокой устойчивостью
фиолетовый
синий комплексонов
комплексов ( рК от 1015 до 1043 ).


Slide 21

Один из вариантов решения проблемы – окислительное разрушение
комплексов. После этого переходные металлы можно удалить обычными
методами (осаждение, сорбция).
Мешает решению: малая скорость окислительной деградации именно
комплексов
Так, например, константы скорости окисления озоном
ЭДТА – 3.2 *105 (M*сек)-1

Fe(III)-ЭДТА 3.3 *102(M*сек)-1
Со(III)-ЭДТА 5.4 *10-1(M*сек)-1
Причина – образование полиядерных комплексов, стабилизированных
комплексонами и продуктами их разрушения
Выход – повышение температуры окисления металлоорганических
комплексов


Slide 22

РАЗРУШЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ЭДТА

120 КДж/моль


Slide 23

Окисление ЭДТА и Co-ЭДТА комплекса озоном и перекисью водорода
при различных температурах
1

Ñ /Ñ 0
3

4

0 .1

5
6

8
2
1

0 .0 1

7

9

0 .0 0 1
0 .1

1

10

100

1000

âð å ì ÿ , ì è í

Озон ЭДТА (1 – 20оС, 2 – 60оС), Co-ЭДТА (3 – 20оС, 4 – 60оС)
Перекись водорода (гидротермальные условия): ЭДТА (5 – 170оС, 6 – 210оС, 7 – 250оС)
и Co-ЭДТА (8 - 210оС, 9 - 210оС с фильтрацией через слой магнетита).


Slide 24

Сравнение различных технологий
окисления кубовых остатков (ЖРО) АЭС
объем осадка, %

10
3

Окисление "подводной дугой"

2

гидротермальное
окисление 200-250 С

Электрохимическое окисление

Окисление озоном при 20 С

1
Окисление озоном при 60 С

время
1 мин

1 час

1 день


Slide 25

Процессы окисления комплексов ЭДТА
при низких температурах
Со-ЭДТА
60Со

(раствор)

+ Н2О2
Fe-ЭДТА

Со-ЭДТА

(раствор)

(раствор)

Аморфный осадок с
сорбированными
радионуклидами
Fe(OН)3(Со)сорб

Fe(OН)3

(микрочастицы)

(микрочастицы)

Со-ЭДТА
(раствор)

FexOyЭДТАz
(коллоид)

CoxOyЭДТАz
(коллоид)

Fe(OН)3
(микрочастицы)


Slide 26

Процессы, протекающие в реакторе при
гидротермальном окислении комплексов
ЭДТА
Со-ЭДТА
(раствор)

Кристаллические
частицы с
радионуклидами в
кристаллическойй
решетке

+ Н2О2
Fe-ЭДТА

Со-ЭДТА

(раствор)

(раствор)

Fe2O3
Со-ЭДТА

(поверхность)

Fe3-xCoxO4

(микрочастицы)

Fe3O4

(раствор)

FexOyЭДТАz
(коллоид)

(макрочастицы)

CoxOyЭДТАz
(коллоид)

+

Fe3O4

(макрочастицы)

Fe2O3
(микрочастицы)

Фильтрация
через слой
Fe3O4


Slide 27

Проточное гидротермальное окисление
АСМ-изображение шихты реактора в процессе окисления
кубовых остатков
Поверхность частицы с вновь образованными
кристаллами

Коэффициент
выщелачиваемости 60Со
из образующейся керамики
- 5*10-8 - 1.5*10-7 г/см2/сутки

состояние
конечное

промежуточное

исходное

Поток
ЖРО

"отработавшая"
зона
кристал лизации

0

движущаяся зона
кристаллизации

Исходная
засыпка

длина реактора (засыпки)

L


Slide 28

РЕНТГЕНОГРАММЫ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ДО И ПОСЛЕ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО
ПРОЦЕССА ОКИСЛЕНИЯ
НА ПОРИСТОМ ГЕМАТИТЕ
ГС-2 исх 29.06.2009
d=2,69642

180
170
160
150
140
130

d=2,51483

110

d=1,48399

80

30
20

d=1,30973
d=1,30719

d=1,62974

40

d=1,59614

d=2,20330

50

d=2,63266
d=2,55379

d=4,31074

60

d=3,67806

70

d=1,25659

90

d=1,45137

d=1,69192

100

d=1,83768

Lin (Counts)

120

10
0
5

10

20

30

40

50

60

70

80

2-Theta - Scale
ГС-2 исх 29.06.2009 - File: ГС-2 исх.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 80.012 ° - Step: 0.040 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° Operations: Smooth 0.150 | Import
89-0599 (C) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - a 5.03200 - b 5.03200 - c 13.73300 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 6 - 30

ГС-2 29.06.2009
d=2,08597

700

600

d=1,21055
d=1,20348

d=1,27758
d=1,34574

d=1,32120
d=1,31021

d=1,50179
d=1,48558

d=1,45279
d=1,42936

d=1,59812

d=1,69289

d=1,84045

d=1,67699

100

d=2,28892

d=2,51804
d=2,46129

200

d=2,20553

300

d=2,14126

d=2,69884

d=1,80600

400

d=3,68210

Lin (Counts)

500

0
5

10

20

30

40

50

60

70

2-Theta - Scale
ГС-2 29.06.2009 - File: ГС-2.RAW - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 80.012 ° - Step: 0.040 ° - Step time: 1. s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 0 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.500 ° - Chi: 0.0
Operations: Smooth 0.150 | Import
79-1741 (A) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Hexagonal (Rh) - a 5.03420 - b 5.03420 - c 13.74600 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) - 6 - 30
85-1326 (C) - Copper - Cu - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 3.61500 - b 3.61500 - c 3.61500 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Face-centred - Fm-3m (225) - 4 - 47.2416 - I/Ic PDF
77-0199 (C) - Cuprite, syn - Cu2O - Y: 50.00 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - Cubic - a 4.25800 - b 4.25800 - c 4.25800 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pn-3m (224) - 2 - 77.1999 - I/Ic P

80


Slide 29

Схема лабораторной установки
для гидротермального окисления
9

10
13

3

1

5

6

11
12
14

2

4

5
7

8

• 1-насос для раствора; 2-насос для окислителя; 3,4клапана для промывки насосов; 5-смеситель; 6контролер давления ; 7-реактор-фильр; 8электропечь; 9-термопары; 10-контроллер
температуры; 11-теплообменник; 12дросселирующий клапан.


Slide 30

ЛАБОРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ ГИДРОТЕРМАЛЬНОГО
ОКИСЛЕНИЯ


Slide 31

Термолиз и окисление комплексов ЭДТА-Fe перекисью водорода
при 250 ºС, среднее время пребывания раствора в реакторе 13 мин:
1 – общая окисляемость раствора; 2 – содержание ЭДТА-Fe


Slide 32

Очистка от 57Со при гидротермальном окислении смеси
комплексов Со-ЭДТА и Fe-ЭДТА 1 %-ной перекисью водорода при
фильтрации через слой магнетита и температуре 250 ºС и
различных скоростях потока: 1 – 1,0 мл/мин; 2 – 2,0 мл/мин; 3 – 4,0
мл/мин; 4 –
6,0 мл/мин; 5 – активность исходного раствора


Slide 33

время, необходимое для 99% очистки, мин;
скорость коррозии, мк/сут

СКОРОСТЬ ОЧИСТКИ И СКОРОСТЬ КОРРОЗИИ
10000

1000

100

10

1

0.1
100

200

300
температура, С

400

500


Slide 34

Теплообменник

Реактор

активность

единица ТРО

1
2

1 – распад комплекса начинается в теплообменнике
2- распад комплекса идет только в реакторе


Slide 35

Макропористые катализаторы
гидротермального окисления
2 -20 нм

Необходимы макропористые катализаторы с БМ, позволяющие снизить
температуру гидротермального окисления
Решение: темплатный синтез на эмульсиях в которые иммобилизованы
наночастицы БМ


Slide 36

Исходный

60 мин.

360 мин.

Частицы магнетита на разных стадиях окисления Со-ЭДТА
комплексов

б)

а)

Макропористый MnOx до
гидротермального процесса

Макропористый MnOx после
гидротермального процесса


Slide 37

Катализ гидротермального
окисления радиоактивных отходов

TiO2-Pd
пористый гематит
пористый магнетит
MnO2-Au
TiO2-Au
без катализатора

1e+0

Относительная концентрация кобальта

Реальный кубовый остаток НВАЭС

1e-1

1e-2

1e-3

1e-4

áåç êàòàë è çàòî ð à
10

M n O 2 -A u
Òè òàí î ì àãí åòè ò
TiO 2 -A u

Î òí î ñèòåë üí àÿ àêòèâí î ñòü Ñ î -60

Модельный раствор Со-ЭДТА

Ï î ð è ñòû é ãåì àòè ò
TiO 2 -P d
1

0 ,1

0 ,0 1

0 ,0 0 1

1e-5

140

140

160

180

200

220

240

Т, С

260

280

300

320

160

180

200

òåì ï åðàòóðà, Ñ

220

240

260


Slide 38

Стенд на НВАЭС

Стенд на КуАЭС


Slide 39

Очистка кубового остатка от долгоживущих
радионуклидов НА НВАЭС
(активность радионуклидов в исходном кубовом остатке:
Cs-137 1.6*10-4 Ки/л
Со-60 1.0*10-5 Ки/л)
Катализат
ор

Давлен
ие,
МПа

Скорост
ь подачи
раствор
а, л/час

Концентра
ция
перекиси,
%

250

АК-200

12.0

1

7

4.0*10-9

1.4*10-7

Активно
сть Cs137
Фильтр-2
(доочист
ка)
1.5*10-9

250

АК-200

12.0

2

5

4.0*10-9

1.4*10-7

2.2*10-9

200

ТМ

10.0

5

2

5.2*10-9

1.1*10-7

4.0*10-9

200

ТМ

10.0

5

2

6.7*10-9

1.1*10-7

7.3*10-9

250

КМ-01

14.0

3

0.5

н/о

2.1*10-8

н/о

230

КМ-01

12.0

3

1

н/о

4.1*10-8

1.5*10-9

200

КМ-01

12.0

7

2

6.1*10-9

2.6*10-8

н/о

200

КМ-01

10.0

3

5

н/о

3.6*10-8

2.0*10-9

Температур
а
на выходе
из реактора
град. С

Активно
сть Со60

Активнос
ть Cs-137
Фильтр-1
(предочис
тка)


Slide 40

Переработка кубового остатка реакторов
типа РБМК
(1-2 блок Курской АЭС)
(Активность исходного кубового остатка Сs-137 – 1.1*106 Бк/л; Со-60 – 4.4*104 Бк/л)

Температура
реактора С

Скорость
потока
кубового
остатка,
дм3/час

Концентрация
перекиси
водорода,
%

рН
Гидотермаль-ного
процесса

Активность
очищенного
кубового
остатка по
60Со, Бк/дм3

Активность
Cs-137 ,
Бк/дм3
Фильтр-2

230

5

0.5

12.1

60

11

230

10

1

12.57

18

24

230

15

1.5

12.95

11

64

210

7

2.5

11.5

74

24


Slide 41

Принципиальная схема гидротермальной технологии
переработки кубового остатка АЭС
Исходный
кубовый
остаток
Ауд кубового
остатка 106 Бк/л
АудCs-137 106 Бк/л
АудCо-60 104 Бк/л

Фильтрация
через фильтрконтейнер с
ферроцианидным
сорбентом
Снижение АудCs-137
в 106-104 раз
Соотношение
объем защиты/
объем фильтра =
10-30
Ауд кубового
остатка 104 Бк/л

Отработанный
фильтр-контейнер
является
среднеактивныём
ТРО
Ресурс 20-40 м3
кубового остатка

Гидротермальное
окисление
кубового остатка
перекисью водорода
при Т=200-230 С и
Р=80-120 атм
Снижение АудCо-60 в
103-104 раз
Соотношение
объем защиты/
объем фильтра = 23. Ауд кубового
остатка 102 Бк/л

Отработанный
реактор является
среднеактивным
ТРО
Ресурс 20-40 м3
кубового остатка

Доочистка
кубового остатка
от радионуклидов
цезия Снижение
АудCо-60 в 10-102
раз
Фильтр без
защиты
Ауд кубового
остатка менее 10
Бк/л

Цементация
очищенного
кубового остатка

Отработанный
фильтр является
низкоактивным
ТРО
Ресурс 20-40 м3
кубового остатка

Цементные блоки,
являются
нерадиоактивным
и и экологически
безопасными
отходами

Коэффициент
выщелачивания
по основным
компонентам
менее 10-3
г/см2сутки


Slide 42

Принципиальная технологическая схема установки УГПКО-01
БЛОК 2
T

БЛОК 3
H2O

T

P Q

TV

S 001

TZ

W 004

TS
TV

Воздух

L
TZ

TR 90
H2O

БЛОК 1

N 004

Q

P

B 003

L

TS
D 004

T
L

B 003

TZ
L
TV

T

N 003

N 002
TZ

TZ

N 001
TR 90

ЖРО
TS
D 001

Q

Условные обозначения:

P

- ручная арматура;

P
L

P

Q

W 001
- арматура с электро – приводом;

B 001

L

- обратный клапан;

T

D 003
T

- регулятор давления;
- дросселирующее устройство;

TZ
W 003
TR90 (H2O)
TS

L
L

TZ

P
B 002
H2O2
D 002

TZ

Q

W 002
T

D 001, D 004 - Насос подачи кубового остатка;
D 003 - Насос подачи кубового остатка, высокого
давления;
D 002 - Насос подачи перекиси водорода высокого
давления;
N 001, N 004 - Фильтровальные элементы
фильтрующих модулей;
N 002, N 003 - Реакторы гидротермального модуля;
В 001, В004 - Ёмкости очищенного от цезия КО;
В002 - Ёмкость перекиси водорода;
В003 - Ёмкость очищенного от кобальта КО;
W 001 - Теплообменник (подогрев ЖРО);
W 002 - Теплообменник (подогрев Н2О2);
W 003 - Теплообменник (охлаждения сбросов);
W 004 - Теплообменник (охлаждения очищенного
ЖРО.


Slide 43

Технологические проблемы и их
решения
Проблемы

Решения
1)

Безопасность
процессов
обращения с ЖРО
при высоких
давлениях и
температурах

2)

Малые габариты установки (объем
реактора высокого давления
промышленной установки - 20 дм3)
позволяют поместить ее в герметичную
защитную камеру с объемом
2 м3
,что обеспечивает безопасную ее
эксплуатацию.
В зону высоких температур и давлений
установки подается предварительно
очищенный раствор удельная активность
которого составляет не более 1%
исходной активности КО


Slide 44

Технологические проблемы и их решения
(продолжение)

Проблемы

Высокая коррозия при
повышенной
температуре

Решения

Используются сменные реакторы,
являющиеся, одновременно, защитным
контейнером ТРО

Энергоемкость нагрева Применение эффективных
кубового остатка до 200 теплообменных систем позволяет
С
возвращать в процесс до 80% энергии


Slide 45

Технологические решения
(продолжение)
Проблемы
Цементация
очищенных отходов
приводит к
увеличению объема
отходов

Решения
Стоимость хранения
нерадиоактивных отходов составляет
менее 0.1% от общей стоимости
процесса. При этом технологическая
схема значительно упрощается.


Slide 46

Сравнение эффективности
технологий
Ион-селективная технология




1 м3 кубовых остатков преобразуется в:
0.015 м3 ТРО (без учета защитных контейнеров)
0.3 м3 нерадиоактивных промышленных твердых отходов в
контейнерах
Стоимость переработки 1 м3 кубового остатка:
–более 200 тыс. руб.

Гидротермальная технология




1 м3 кубовых остатков преобразуется в:
0.003 м3 ТРО (0.01 м3 с учетом защитных контейнеров)
1.5 м3 нерадиоактивных зацементированных
промышленных твердых отходов
Стоимость переработки 1 м3 кубового остатка:
– не более 100 тыс. руб.


Slide 47

Преимущества
гидротермальной технологии
Преимущества

Комментарии

Максимальное
уменьшение
объема РАО

Используемые в гидротермальной технологии
процессы не приводят к образованию большого
объема радиоактивного шлама, т.к. в реакторе
осуществляется синтез нерастворимых
кристаллов с участием радионуклидов
поливалентных металлов

Максимальная
экономическая
эффективность

Достигается за счет использования дешевых
окислителей (например, перекись водорода) и
за счет максимального сокращения объема
ТРО


Slide 48

Преимущества гидротермальной
технологии
(продолжение)

Преимущества

Комментарии

Возможность
полной
автоматизация
одностадийного
процесса

Одностадийный процесс возможен за счет
исключения стадии отделения шлама
мембранной фильтрацией, так как
кристаллизация шлама происходит в сменном
реакторе, являющимся единицей хранения
ТРО

Гарантия
экологически
безопасного
длительного
хранения ТРО

Форма нахождения радионуклидов в
образующихся ТРО (при нарушении их
герметичности) допускает уровень
выщелачивания радионуклидов менее 10-6-108 г/см2сутки, что много меньше, чем у
остеклованных РАО.


Slide 49

УГПКО-01 для 1-2 блока НВАЭС
ОАО «Атоммашэкспорт» г Волгодонск


Slide 50


Slide 51


Slide 52

IV МЕЖДУНАРОДНЫЙ ИНТЕРНЕТ - СИМПОЗИУМ
ПО СОРБЦИИ И ЭКСТРАКЦИИ

http://www.ich.dvo.ru/~isse/2011/


Slide 53


Slide 54

ПРОБЛЕМЫ ОЗОНИРОВАНИЯ
ЖРО
• до 10 мг О3/л – нет проблем;
• более 1 г О3/л – появляются проблемы с
перерасходом озона и коррозией
аппаратуры;
• более 100 г О3/л – проблемы становятся
непреодолимыми;
• Кроме того перерасход озона связан с
особенностями окисления комплекса
Со-ЭДТА.


Slide 55

Окисление Со-ЭДТА озоном

А/Ао, ХПК/ХПКо

1.2
1
0.8
0.6

ХПК

0.4

АСо-60

0.2
0
-0.2 0

1

2

3
доза озона, г/л

4

5

6


Slide 56

ИМПРЕГНИРОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦАМИ ЗОЛОТА МЕЗОПОРИСТОГО
Al2O3

Излом гранулы

Поверхность гранулы


Slide 57

НАНОЧАСТИЦЫ ЗОЛОТА В МАКРОПОРИСТОМ
TiO2, ПОЛУЧЕННЫМ ТЕМПЛАТНЫМ СИНТЕЗОМ

Au

Поверхность гранулы

Au

Излом гранулы


Slide 58

Темплатный синтез пористых материалов

В нашей работе в качестве темплата использовали частицы силоксанполиакрилатных эмульсий с иммобилизованными наночастицами
функциональных материалов


Slide 59

Размер и электрокинетический потенциал
частиц эмульсии KЭ-13-36

-42

diameter, nm
100
1000

10

10000
25
20

-46
-48

15

-50
10

-52
-54

Intensity,%

-potential, mV

-44

5

-56
0

3

4

5

6
pH

7

8

9

• Высокая мобильность

• Высокая коллоидная

стабильность
• Высокая термостабильность


Slide 60

Применение микроэмульсий для
синтеза функциональных наночастиц
Эмульсия +
наночастицы Au

эмульсия
+Co2[Fe(CN)6]

Эмульсия +
наночастицы Au


Slide 61

полимерная
эмульсия +
[AuCl4]

УФиндуцированное
восстановление

Термическое
восстановление

Восстановление
гидразином


Slide 62

Получение пористых материалов
с иммобилизованными частицами БМ


Slide 63

Пористые материалы полученные в
результате темплатного синтеза на эмульсиях
с иммобилизованными БМ
TiO2 – термическое восстановление
Au в эмульсии

TiO2 – термическое восстановление
Au в эмульсии + гидротермальная
обработка

TiO2 – восстановление Au
в эмульсии гидразином

Au

Au

Au

Содержание
Au в образцах
от 100 мкг/г
до 2 мг/г


Slide 64

Кристаллическая структура
макропористых катализаторов

Маггемит Fe2O3+
магнетит Fe3O4

Криптомелан MnO2

Гематит Fe2O3

Гаусманит Mn3O4

Анатаз TiO2


Slide 65

ТЕМПЛАТНЫЙ СИНТЕЗ ПОРИСТЫХ ОКСИДОВ МАГАНЦА


Slide 66

ПОРИСТАЯ СТРУКТУРА ОКСИДОВ МАРГАНЦА, ПОЛУЧЕННЫХ
ТЕМПЛАТНЫМ СИНТЕЗОМ

1.2
Mn-350 - 21% ‫־‬2
Mn-350 -2% ‫־‬2

1.0

Mn-350-650
Mn-H2SO4
Mn-350 ‫ׂ ֳ וכסמן‬

3

Vпор см /г

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0
10 000

0.01

0.1

1

10

‫ אעל‬,‫נ‬

R, ‫לם‬

100

1000

100

1000

10000


Slide 67

ОКИСЛЕНИЕ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО Н2О2

2 D G ra p h 1 0
1.2

1 .2
M n -A u -5 0 0 >
Mn-500
M n -A u -5 0 0 <
Mn-Au-500
M n -A u -3 5Mn-Au-350
0>
M n -A
u -3 5 0 <
Mn-Au-650
M n -A u -9 0 0 >
Mn-Au-H2SO4
M n -A u -9 0 0 <
M n -0 .1 H 2 S O 4 >
C o l 1 vs M n -0 .1 H 2 S O 4 <

1 .0
1.0

0 .8

0.8

А
À661
661

0 .6

0.6
0 .4

0.4
0 .2

0.2
0 .0

0.0
0.0

0 .0

0.2

0 .2

0.4

0 .4

0.6

0 .6

Ñðåä í åå âðåì ÿ ïðåáû âà í è ÿ â ðåà êòî ðå, ì è í

0 .8

0.8

Среднее время пребывания в реакторе, мин

1 .0

1.0


Slide 68

Institute of Chemistry FEDRAS, Vladivostok, Russia

ION-SELECTIVE TREATMENT II (KOLA NPP)
from LRW tank
ozonation

micro-filtration
to cementation
sorption treatment

to crystallization


Slide 69

Institute of Chemistry FEDRAS, Vladivostok, Russia

DISADVANTAGES OF ION-SELECTIVE
TREATMENT (KOLA NPP)
• Insufficient decontamination from 60Co
• Substantial over-consumption of ozone to attain
satisfactory decontamination from 60Со
The reasons of the above were the subject of
special research, whose results will be shown
below


Slide 70

рК=41.4
60Со(III)ЭДТА-

+

oxidand

Fe(OH)3

60Со(III)ЭДТА-

+

Fe(III)ЭДТАрК=25.1

Oxidation by Н2О2 on catalyst
Тi(O2)xOHy

Simulation of oxidation LRW
1.2

1.2

1

1

0.8
C(t)/Co

EDTA
0.6

Fe(III)EDTA

0.4

Co(III)EDTA
H2O2

0.8
Co-57А/Аi

0.6

FeC/Ci

0.4

0.2
0.2

0
-0.2

0

500

1000

1500
t

2000

2500

0
0

10

20

30

NH2O2/Nedta

40

50


Slide 71

ЭКСТРАКЦИЯ АКТИНОИДОВ СВЕРХКРИТИЧЕСКИМ СО2
INR Япония

Iso S., Meguro Y., Yoshida Z. WAСК’94, p. 237

Радиевый институт, Россия Шадрин А. Ю., Мурзин А. А., Романовский В. Н.
Радиохимия, 1997, т. 39, № 1, с. 44.

Университет Айдахо, США Lin Y., Wai C. M., Jean F. M. et al. Environ. Sci.
Technol., 1994, v. 28, No. 6, p. 1190.


Slide 72

ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДАХ

Los Alamos National Laboratory, США Dell'Orco P. C.; Foy B.R.; Wilmanns
E.G.; Le L.A.; Ely J.; Patterson, K.;
Buelow S.J. "Hydrothermal Oxidation of Organic Compounds by Nitrate and
Nitrite," ACS Symposium Series Vol. 179, 608, 1995.
Tarapur, India WATTAL P.K., DESHINGKAR D.S., SRINIVAS C., NAIK D.B.,
MANOHAR S. COMBINED PROCESSES AND TECHNIQUES FOR PROCESSING
OF ORGANIC
RADIOACTIVE WASTE. In: Combined methods for liquid radioactive waste
treatment. IAEA-TECDOC-1336. p.121-135