Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Использование отходов руднообогатительного производства для очистки вод низкой активности

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата химических наук, Тимашева, Наталья Александровна

Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Классификация жидких радиоактивных отходов (ЖРО).

Источники поступления радиоактивного цезия в природные водоемы.

1.2. Использование коагуляции для очистки ЖРО.

1.2.1. Перспективы применения коагулянта, содержащего кремниевую кислоту.

1.3. Использование сорбционных технологий в очистке ЖРО.

1.3.1. Ионообменные и сорбционные методы.

1.3.2. Сорбция в статических и динамических условиях.

1.3.3. Сорбционные материалы в дезактивации воды.

1.4. Методы отверждения радиоактивных отходов.

2. Объект исследования.

2.1. Характеристика сточных вод московской станции переработки (МСП).

2.2. Методы анализа.

3. Коагулянты в очистке ЖРО.

3.1. Алюмокремниевый коагулянт-флокулянт (АКФК) технология получения.

3.2. Определение состояния основных компонентов АКФК.

3.3. Коллоидно-химические закономерности очистки модельных растворов.

4. Коагулянты и сорбенты в очистке ЖРО.

4.1. Коагуляционная и коагуляционно-сорбционная очистка модельных растворов МСП.

4.1.1. Влияние дозы коагулянта на процесс осадкообразования.

4.1.2. Кинетика осадкообразования.

4.1.3. Изменение солесодержания в процессе технологии осаждения.

4.2. Коагуляционная и коагуляционно-сорбционная очистка реальных ЖРО МСП.

4.2.1. Коагуляционная очистка ЖРО.

4.2.2. Коагуляционно-сорбционная очистка реальных ЖРО.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Использование отходов руднообогатительного производства для очистки вод низкой активности"

Московская станция переработки (МСП) Государственного научного центра Российской Федерации Всероссийского научно-исследовательского института неорганических материалов им. А.А.Бочвара создана в 1958г с целью переработки жидких радиоактивных отходов (ЖРО), сбрасываемых институтом, и предотвращения загрязнения Москвы-реки радионуклидами, содержащимися в радиоактивно-загрязненных сбросах ряда московских предприятий. В стоках предприятий содержатся а-, Р- и у- радионуклиды. Сброс очищенных ЖРО производится в верхнем течении Москвы-реки, поэтому требования к качеству их очистки наиболее жесткие. Для очистки стоков сложного состава и минимизации объема конечных отходов, направляемых на постоянное захоронение, была принята надежная многоступенчатая схема очистки, включающая стадии коагуляции, сорбции, регенерации сорбентов и захоронения образующихся отходов на специальном полигоне.

Для действующей в настоящее время технологической схемы переработки ЖРО низкого уровня активности характерно появление вторичных отходов. Так, например, в результате сорбционной очистки ЖРО с помощью органических ионообменных смол образуются кислые и щелочные регенераты, процессы концентрирования (упаривания) которых энергоемки и сопровождаются выделением радиоактивных аэрозолей.

В настоящее время объем отходов, поступающих на МСП, сократился, а их радионуклидный состав изменился. Поэтому целью настоящей работы явилось создание принципиально новой сорбционно-осадительной технологии, обеспечивающей существенное упрощение и удешевление технологии переработки ЖРО с одновременным сокращением объемов конечных отходов. В качестве осадителей, коагулянтов и флокулянтов используются такие соединения, как сернокислое железо (II), никель азотнокислый, калий железисто-синеродистый, полиакриламид (ПАА).В РХТУ им. Д. И. Менделеева была разработана и опробована технология получения алюмокремниевого коагулянта-флокулянта (АКФК), путем сернокислотного вскрытия нефелинового концентрата и (или) хвостов флотационного обогащения апатит-нефелиновых руд Кольского полуострова. Наличие в составе АКФК соединений железа, алюминия и кремния обусловливает его эффективность при коагуляции (флокуляции) загрязняющих веществ различного происхождения. Достоинствами АКФК перед традиционно используемыми коагулянтами и флокулянтами являются: 5

-возможность применения в широком диапазоне рН (6.5-8.5) без предварительной корректировки рН очищаемых сточных вод; -дешевизна;

-сочетание свойств коагулянта и флокулянта.

Эффективной заменой дорогостоящих, а следовательно, подлежащих регенерации синтетических ионообменных смол, используемых в настоящее время, могут стать природные или синтезируемые из отходов сорбенты, сырьевой базой которых являются, например, предприятия рудно-перерабатывающего комплекса Кольского полуострова.

Исходя из вышесказанного, целью данной работы явилось создание эффективной технологии переработки ЖРО на МСП ГНЦ ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, испытание АКФК и шлакощелочного сорбента, получаемых из отходов промышленных предприятий Кольского полуострова в процессе очистки сбросных вод.

На защиту выносятся следующие вопросы:

• коллоидно-химические закономерности очистки ЖРО низкой активности с помощью АКФК;

• сорбционные характеристики шлакощелочного сорбента (ШЩС), используемого при очистке ЖРО МСП;

• коагуляционная и коагуляционно-сорбционная технология очистки ЖРО МСП;

• технология отверждения отработанного ШЩС в цементных композициях;

• эколого-экономический анализ внедрения коагуляционно-сорбционной очистки на МСП ГНЦ РФ ВНИИНМ им. А.А.Бочвара.

1. Литературный обзор

Заключение Диссертация по теме "Экология", Тимашева, Наталья Александровна

выводы.

1. Изучены коллоидно-химические закономерности очистки сточных вод различного состава АКФК. Методом гель-хроматографии установлено, что входящие в состав АКФК алюминий и железо находятся в ионной форме и не образуют смешанных соединений друг с другом и кремнекислотой. При рН очищаемой воды 6,5-8,5 коагуляция-флокуляция осуществляется за счет аддитивного действия полимерных форм кремнекислоты и гидроксосоединений алюминия и железа.

2. Исследованы сорбционные характеристики ШЩС. В статических условиях определена полная сорбционная емкость ШЩС при различных температурах. Определены термодинамические параметры АН°, Дв, АС3, константа равновесия ионного обмена.

3. Предложена и опробована на Московской станции переработки технология коагуляционной и коагуляционно-сорбционной очистки ЖРО. Показана возможность проведения совмещенного процесса коагуляционно-сорбционной очистки ЖРО с использованием ферроцианидов и АКФК, замены синтетических ионообменных смол на ШЩС (в статических условиях).

4. Разработана технология отверждения ШЩС в цементных композициях. Отмечено, что выщелачивание цезия из матрицы отвержденного сорбента не превышает величины, установленной нормативными документами.

5. Проведен эколого-экономический анализ внедрения сорбционно-коагуляционной очистки ЖРО на Московской станции переработки. Показано, что предложенная технология уменьшит затраты на реагенты и материалы в 2 раза и сократит объемы вывозимых на захоронение радиоактивных отходов в 15 раз. Экономический эффект от реализации предлагаемой технологии составит 311,3 тыс. руб. в год.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата химических наук, Тимашева, Наталья Александровна, Москва

1. Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений ОСП-72/87 /Минздрав СССР. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 160.

2. Нормы радиационной безопасности (НРБ-96): Гигиенические нормативы. -М.: Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. с. 127.

3. Лягинская A.M. и др. /Радиационная биология. Радиоэкология, т. 38, 1998 №1, с. 27-30.

4. Цезий. /Сб. Статей. Переводы. Под ред. В.Е.Плющева. М., изд. иностр. лит-ра, 1963.

5. ПухакайненМ. /Радиохимия, т.40.1998. №6. с. 510-514.

6. Изотопы в гидросфере: тез. Докл. 3-го всесоюзного симпоз. г.Каунас, 1989. Редкол.: В.И.Ферронский (отв. ред.) и др.. -М.:ИВП, Б.г.1989.

7. Вредные вещества в промышленности: Справочник. /Под ред. Н.В.Лазарева, т. 1-3. М.: «Химия», 1976.

8. Прокофьев О.Н., Невструева М.А., Петрова A.A. /Цезий-137 глобальных выпадений в продуктах питания и в организме человека. М.: «Атомиздат», 1969.

9. Setter L.R., Rüssel H.H. /J. Amer. Water Works Ass., 51,449, 1959. Ю.Долгих П.Ф. /Журнал прикладной химии, 35, 995,1962.

10. Morton R.J., Straub C.P./J Amer. Water Works, Ass., 48, 5,1956.

11. Van R. Smit et al. /J. Inorg. Nukl. Chem, 12, 104,1959. 1 З.Орлова Е.И. и др. /Гигиена и санитария, 6, 42, 1966.

12. Кузнецов Ю.В., Щебетовский В.Н., Трусов А.Г. /Основы дезактивации воды. М., «Атомиздат», 1968.

13. Вермикулит: (Производство и применение)/Сб. науч. трудов (Урал. НииПроектный институт строительных материалов). Челябинск, 1988.

14. Тарасевич Ю.И. /Химия и технология воды. т.20. 1998, №1. с.42-50.

15. Егоров Е.В., Макарова С.Б. /Ионный обмен в радиохимии. М., Атомиздат, 1971.

16. Дубровин В.С. /Механизм сорбции на ферроцианидах переходных металлов и их использование в радиохимии. Автореферат, Л.: 1983.

17. АмфлеттЧ. /Неорганические иониты. Изд. «Мир», М.: 1966.

18. Цеолитные катализаторы и адсорбенты. Сб. науч. трудов. /Редкол.: А.С. Леонтьев (пред) и др. -М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1978.

19. Поляков А.С., Жихарев М.И., Захарова К.П. и др. /Отверждение жидких отходов среднего уровня активности с использованием неорганических вяжущих. «Атомная энергия», 1985, т. 58, вып. 4, с. 249-252.

20. Страуб К.П. /Малоактивные отходы. Хранение, обработка и удаление. Пер. с англ., М., «Атомиздат», 1966.

21. Куличенко В.В. и др. /К вопросу о цементировании радиоактивных отходов. 1п: management of low-and intermediate-Level radioactive waste/ Vienna: IAEA, 1970, p. 779-789.

22. Эйтель В. Физическая химия силикатов. Пер. С англ. М.: Изд. иностр. лит-ры, 1962. с. 1055.

23. Торопов Н.А. /Химия цементов. М.: Промстройиздат, 1956, с.271.

24. Бутт Ю.М., Тимашев В.В. /Практикум по химической технологии вяжущих материалов. Учебное пособие для химико-технологических специальностей вузов. М., «Высшая школа», 1973,504 с. с илл.

25. Соболев И.А., Хомчик J1.M. /Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983.

26. Beal G., Allard В. /Chemical aspects governing the choice of backfill materials for nuclear waste repositories. -Nucl. Technol., 1982, v. 59, №3, p. 405-408.

27. Hodges F., Westik J., Bray L. /Development of backfill for containment of high-level nuclear waste. -In: Proc. Intern. Symp., Sci. Basis Nucl. Waste Manag., Berlin, 7-10 june, 1982, New York, e.a. 1982, p. 641-648.

28. Heinonen O., Shelmann N., Wingefors S. e.a. /Long-term stability of bitumen products. -In: Waste Manag. 83, Tucson, Ariz, 27 febr. 3 march, 1983, v.2, p. 177-179.

29. Румянцев B.B. /Хранение радиоактивных отходов. Поиски возможных путей решения проблемы. -Атомная техника за рубежом, 1994,2, с. 14-22.

30. Быховская Т.А., Захарова К.П., Карпова Т.Т. и др. /Влияние добавки глины на свойства цементных компаундов, используемых для локализации радиоактивных отходов. -Атомная энергия, 1995, т. 79, вып. 1, с. 23-26.

31. Хибинские апатиты и нефелины. /IV нефелиновый сборник под общей редакцией акад. А.Е.Ферсмана. Госхимтехиздат Ленинградское отделение, 1932.

32. Делицын JI.M., Власов А.С. /Перспективы применения реагентов, содержащих ортокремневую кислоту, для снижения потерь цветных металлов с разбавленными пульпами и сточными водами. -Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия 1999, №6, с. 6-9.

33. Алюминий и его соединения. Международный регистр потенциально токсичных химических веществ. Центр международных проектов, Москва 1992.

34. Alfrey А.С., Le Gendre G.R., Kaeny W.D. /The dialysis encephalopathy syndrome. Possible aluminium intoxication. N. Engl. J. Med. 1976,294, 184-188.

35. Ernest Merian. /Metals and their compounds in the environment. Occurrence, analysis, and biological relevance. Weinheim, New York, Basel, Cambridge.

36. Мартынова O.H. /Водоподготовка, M., «Атомиздат», 1987, с. 352.

37. Громогласов A.A. и др. /Водоподготовка. Процессы и аппараты. М., «Атомиздат», 1992, с. 172.

38. Абрамзон А.А. и др. /Поверхностно-активные вещества. Д., «Химия», 1989, с. 192.

39. Васильева Н.Я., Алексеев А.И. /Освоение производства алюмокремниевого коагулянта-флокулянта. Горный журнал, №9, 1999, с. 46-47.

40. Патент на изобретение № 2088527 «Способ получения алюмосиликатного коагулянта от 27.08.97.

41. Патент на изобретение № 2151756 Композиция для изготовления строительных изделий от 12.10.1999.

42. Айлер Р. /Химия кремнезема. Кн. 1,2. М., 1982.

43. Попов В.В. /Механизм процесса поликонденсации кремниевой кислоты в водной среде. Диссертация на соискание уч. ст. к.х.н. МХТИ, М., 1982.

44. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. М., 1986.

45. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.Л. /Теоретическая электрохимия. Л., 1981.

46. Кульский Л.А., Накорчевская В.Ф., Слипенко В.А. /Активная кремнекислота и проблема качества воды. Киев, 1969.

47. Новиков Ю.В. и др. /Методы исследования качества воды водоемов. Под ред. А.П.Шицковой. М., «Медицина», 1990,400 с.

48. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии. Под ред. Ю.Г.Фролова и А.С.Гродского. М., «Химия», 1986, 216 с.

49. Милютин В.В., Гелис В.М., Леонов Н.Б. /Исследование кинетики сорбции радионуклидов цезия и стронция сорбентами различных классов. «Радиохимия», 1998, №5, с. 418-420.

50. Пензин P.A., Гелис В.М. /Способ очистки слабосолевых растворов типа морской воды и устройство для его осуществления. Патент РФ X« 21011234, 1998.

51. Авраменко В.А., Глущенко В.Ю. и др. /Способ и устройство для очистки растворов от радионуклидов стронция и цезия. Авторская заявка № 97107273 от 06.05.1997.

52. Вейцер Ю.И., Кринетул В.П. /Условия производственного применения полиакриламида в технике очистки питьевой воды. М., «Академия коммунального хозяйства», 1982, с. 27.

53. Румянцев В.В. /Хранение радиоактивных отходов. Поиски возможных путей решения проблемы.-Атомная техника за рубежом, 1994,2, с. 14-22.

54. Мирза-Абдулаева О. и др. /Уплотняемость и прочность структур в суспензиях со смешанными твердыми фазами. «Коллоидный журнал», XXIX, вып. 5, с. 696.

55. Фигуровский H.A. /Седиментационный анализ. М., изд-во АН СССР, 1968, с. 415.

56. Бондаренко C.B., Назаренко A.B. /Химия и технология воды, 1995, № 5, с.500-504.

57. Ярошевская Н.В., Сотскова Т.З. /Влияние флокулянтов АК и С-581 на кинетику процесса очистки воды фильтрованием через зернистую загрузку. «Химия и технология воды», 1997, т. 19, № 5, с. 532-540.

58. Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. /Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. М., «Химия», 1998, с. 51-55.

59. Коростылев Д.П. /Обработка радиоактивных вод и газов АЭС. М., «Энергоатомиздат», 1996, с. 29-35.

60. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. /Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник, -JL, «Химия», 1985, 528 с.

61. Фролов Ю.Г. /Экстракция и адсорбция из растворов. МХТИ им. Д.И.Менделеева. М., 1968.

62. Рачинский В.В. /Дискуссионные вопросы термодинамики ионного обмена. /В кн. Термодинамика ионного обмена. /Изд. «Наука и техника», Минск, 1968.

63. Кокотов Ю.А., Пасечник В.А. /Равновесие и кинетика ионного обмена. «Химия», 1970.

64. Химическая термодинамика. /Методическое пособие по термодинамике. МХТИ им. Д.И. Менделеева. М., 1968.

65. Самсонов Г.В., Дмитриенко Я.В. /Термодинамика избирательности сорбции органических ионов и структура сорбентов. /В кн. Термодинамика ионного обмена. «Наука и техника», Минск, 1968.

66. ГОСТ 310-60 «Испытания цементов».

67. ГОСТ 8905-67 «Материалы стеновые, кровельные и изоляционные».

68. Качество компаундов, образующихся при цементировании жидких радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности. Технические требования РД 10497-93, Минатом РФ, 1993.

69. Крешков А.П. /Основы аналитической химии, т.1, 1982, 370 с.

70. ГОСТ 29114-91 «Испытание отвержденных радиоактивных отходов посредством длительного выщелачивания», Международный стандарт 6961-82.

71. Cartier F., Allain P., Gary J., Chatel M., Menault F., Pecker S. /Encephalopathie myoclonigue progressive des dialyses. Role de l'ean utilisee pour l'hemodialyse. Nouv. Presse med. 1978, 7, 2, 97-102.

72. Giraefe U. /Wasseraufbereitung und Aluminium hau shalt. Nieren und Hochdruckkrankheiten, 1981, 10, 5,217-222.

73. Fuchs C., Quellhorst E., Sheler F. /Einflub verschiedener Behandlungsverfahren auf die Plasma-Aluminium Konzentrationen bei chronisch niereninsuffizienten Patinten. Nieren -undHochdruckkrankheiten, 1983,12, 5,179-185.

74. Martyn C.N., Osmond С., Edwardson J.A., Barker D.J.P., Harris E.C., Lacey R.F. /Geographical relation between Alzheimer's disease and aluminium in drinking water. Lancet. 1989, 1, 59-62.

75. Практикум по коллоидной химии (коллоидная химия латексов и поверхностно-активных веществ). Ред. Нейман Р.Э. -М., 1972.

76. Фролов Ю.Г. /Курс коллоидной химии. М.: «Химия», 1982.

77. Бабенков Е.Д. /Очистка воды коагулянтами. М., «Наука», 1977, с.356.

78. Раузен Ф.В. /Испытания новых сорбентов для очистки жидких отходов с низким уровнем активности. «Атомная энергия», 1973, т.35, с.105.

79. Антонюк Н.Г., Кармазина Т.В. и др. /Исследование возможности применения нового сорбента в водоподготовке. «Химия и технология воды», 1977, т. 15, № 6, с. 617-620.

80. Тарасевич Ю.И. /Физико-химические основы и технология применения природных и модифицированных сорбентов в процессах очистки воды. «Химия и технология воды», 1998, т. 20, № 1, с. 42-50.

81. Тарасевич Ю.И. и др. /Ионообменные равновесия на клиноптилолите. «Химия и технология воды», 1996, т. 18, № 4, с.346-352.

82. Геополимерный цемент и материалы на его основе. /Технические условия ТУ 5722-002-04694169-96.

83. Нормы радиационной безопасности (НРБ-99): Гигиенические нормативы. -М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999, 116с.

84. Утверждаю» ;л|ь директора отделения эй работеим. А.А.Бочварако-математических наук1. Полуэктов П.П.йл л/промышленных испытаний коагуляционно-сорбционной технологии очистки ЖРО низкой активности.

85. Схема очистки ЖРО низкой активности предусматривает использование стадий коагуляции, сорбции, регенерации сорбентов и захоронение образующихся отходов на шецполигоне.

86. Цементированные радиоактивные отходы вывозйййсь автотранспортом на полигон захоронения;