Купить систему ГАРАНТ Получить демо-доступ Узнать стоимость Информационный банк Подобрать комплект Семинары

Приложение 6 (справочное). Способы и методы снижения уровней природных радионуклидов в питьевой воде

Приложение 6
(справочное)

 

Способы и методы снижения уровней природных радионуклидов в питьевой воде

 

6.1. В случаях обоснования целесообразности разработки и осуществления защитных мероприятий для каждой системы водоснабжения должны быть определены оптимальные профилактические меры. При этом учитывают следующие факторы: качество исходной воды и требуемые параметры обработанной воды, сложности в монтаже и работе оборудования, стоимость альтернативных мероприятий.

6.2. Возможными защитными мероприятиями являются:

организация водоснабжения за счет альтернативного источника;

смешение воды из различных источников (подготовленной поверхностной или подземной воды с меньшим количеством радионуклидов из другого геологического горизонта).

Преимуществом данных методов является отсутствие дополнительных проблем, связанных с утилизацией отходов.

6.3. В случаях, когда невозможно использовать варианты, указанные в п. 6.2, для улучшения качества воды применяют методы очистки воды от радионуклидов: физические (дистилляция, дегазация), химические (реагентные, ионного обмена), мембранные, электрохимические и комбинированные.

В результате обработки воды могут образовываться отходы с повышенным содержанием радионуклидов.

6.4. Как стабильные, так и радиоактивные вещества могут находиться в различных формах (ионной, молекулярной), и, следовательно, в виде различных растворов (истинных, коллоидных) или во взвешенном состоянии. Выбор метода очистки воды в значительной мере зависит от ее радионуклидного состава, уровней активности и формы, в которой находятся основные дозообразующие радионуклиды.

Приоритетными способами удаления радионуклидов из воды являются:

для урана - ионный обмен, мембранные методы (нанофильтрационные и обратноосмотические);

для радия - ионный обмен, мембранные методы (нанофильтрационные и обратноосмотические);

для свинца и полония - ионный обмен, мембранные методы (нанофильтрационные и обратноосмотические), угольная фильтрация.

Эффективность существующего оборудования для обезжелезивания воды изменяется в диапазоне для радона от 0 до 90%, для изотопов урана, радия, свинца и полония от 0 до 100% в зависимости от применяемого метода.

6.5. Из числа применяемых наиболее простые и обычно наиболее экономичные - осадительные методы, широко используемые в практике водоподготовки. Радионуклиды можно удалить путем прямого осаждения, соосаждения или адсорбции на получающемся осадке.

Осаждение. При изменении рН (нейтрализация: кислые - известью, щелочные - кислотами) концентрации большинства растворенных примесей уменьшаются в сотни и тысячи раз.

Коагуляция. Вещества, находящиеся в воде в коллоидном состоянии (гидрозоли), под влиянием коагулянта образуют хлопья и выпадают в осадок (гидрогели), механически увлекая за собой крупную взвесь. Одновременно образующиеся хлопья коагулянта адсорбируют на своей поверхности и увлекают на дно коллоидные и тонкодиспергированные частицы, т.е. обеспечивают удаление примесей путем их адсорбции и соосаждения. Наиболее эффективны процессы коагуляции в щелочной среде. В качестве коагулянтов используют гидроокись алюминия, железа, фосфаты с известью, дубильную кислоту или танин с известью и др.

Поскольку различные радионуклиды находятся в различных формах, эффективность их удаления посредством данного метода далеко не однозначна. Например, при использовании в качестве коагулянта гидроокиси алюминия или железа можно эффективно удалить все катионы, за исключением щелочных и щелочноземельных металлов, анионы же удаляются лишь в небольшой степени.

Коагуляция и отстаивание применяются на практике в сочетании с фильтрацией через песчаные фильтры, которые используют исключительно для механической задержки взвешенных частиц, не успевших осесть в отстойниках. Небольшая сорбционная емкость этих устройств исключает возможность использования их как самостоятельных очистных агрегатов.

Эффективность очистки с применением метода коагуляции и отстаивания для разных растворов составляет от 0% до 90%. Рассмотренные методы можно применять для обработки относительно больших объемов воды с низкими уровнями радиоактивности, которые требуется уменьшить примерно вдвое.

Преимуществом осадительных методов очистки воды кроме экономичности является их универсальность, т.е. способность обезвреживать воду с содержанием разнообразных примесей (механических, химических) и различного радионуклидного состава. Недостаток данных методов - образование значительного количества активных шламов (преимущественно в виде осадков), нуждающихся в дополнительной обработке, последующем удалении и захоронении.

6.6. Электродиализ и электрокоагуляция. Метод электродиализа основан на удалении из раствора ионов растворенных веществ путем избирательного их переноса через мембраны, селективные к этим ионам, в поле постоянного электрического тока. Эффективность метода достаточно высока: коэффициент очистки от радиоактивных веществ для альфа-излучателей (плутоний, полоний) составляет 100%, для бета- 99,8 - 100%. Содержание солей уменьшается с 10(-2) до 10(-5)%. Относительная простота и высокая эффективность позволяют считать его перспективным для практического использования. Однако широкое внедрение его в практику пока встречает затруднения технического и экономического характера.

Другим перспективным методом безреагентной очистки является электрокоагуляция. Принцип данного метода основан на свойствах металлического (алюминиевого) анода под действием постоянного тока переходить в очищаемую воду, образовывая в ней хлопья гидроокиси алюминия, сорбирующие на поверхности находящиеся в воде примеси и увлекающие их на дно. Большим преимуществом его является малое количество образующихся шламов.

6.7. Ионный обмен. Данный метод базируется на способности некоторых материалов (ионитов) вследствие обмена ионов извлекать из растворов находящиеся в них катионы, анионы (или и те и другие одновременно) как стабильных, так и радиоактивных нуклидов. Цикл очистки воды с помощью ионитов состоит из последовательно проводимых операций фильтрования и регенерации.

В качестве ионитов в настоящее время используют органические и неорганические соединения. Из органических наиболее широко применяются синтетические смолы (катиониты и аниониты) различных марок, сульфоуголь, цеолиты и др.

Основные технологические требования к ионитам сводятся к следующему: хорошая рабочая ионообменная способность, возможно большая скорость ионообмена, легкость регенерации с использованием малого объема промывной жидкости, ограниченная набухаемость и невысокое гидравлическое сопротивление при рабочей скорости фильтрации, устойчивость к механическим (истиранию), химическим (кислоты, щелочи, окислители) и температурным воздействиям. Иониты не должны окрашивать воду, придавать воде запах, привкус, мутность, изменять рН за пределы 6,5 - 8,5, выделять в воду вредные для здоровья вещества, увеличивать содержание в очищаемой воде микроорганизмов.

При проектировании ионообменных установок учитывают все эти факторы, и в необходимых случаях экспериментально определяют оптимальные технологии сорбции-десорбции.

Высокая эффективность метода ионного обмена, полная возможность использования его при любом объеме вод позволяют его считать одним из наиболее перспективных для очистки воды от радионуклидов.

Сильноосновные аниониты в форме хлорида удаляют более чем 95% урана независимо от качества сырой воды. Эффективность удаления радия в системах, содержащих сильнокислые катиониты в форме натрия, составляет 90 - 95%.

Эффективность удаления свинца и полония изменяется в широком диапазоне (35 - 100%). Механизм удаления этих нуклидов - только частично ионный обмен. Большая часть этих нуклидов в естественных водах находится в виде коллоидных частиц и их уменьшение связывают с адсорбцией на ионообменных смолах.

Вместе с тем все системы на основе ионного обмена имеют и ряд общих недостатков:

- Процессы ионного обмена не являются специфическими для радиоактивных веществ и наряду с радиоактивными на ионообменных материалах задерживаются стабильные нуклиды. Это обстоятельство существенно влияет на эффективность очистки, которая в значительной степени зависит от присутствия в водах стабильных форм химических элементов, от нуклидов которых надо освободиться.

- На эффективность работы ионообменных фильтров, независимо от их конструкции (колонки, пластины), могут существенно влиять различные примеси, содержащиеся в водах (взвешенные вещества, мыла, масла и др.). Эти примеси, заполняя поры фильтров или обволакивая поверхность ионообменного материала, по существу препятствуют процессу фильтрации и ионообмена. Наличие в воде природных органических веществ (в том числе и органического железа) также может ухудшать фильтрационные и ионообменные свойства ионитов, "зарастанию" смолы органической пленкой, которая одновременно служит питательной средой для бактерий. Оба этих фактора требуют более частой регенерации, что приводит к увеличению расхода соли.

- В процессе эксплуатации ионообменные фильтры накапливают радиоактивные вещества. В результате содержание природных радионуклидов в отработавших свой ресурс патронах может достигать 10 Бк/г. При регенерации фиксированные ионообменным фильтром радионуклиды переходят в растворы, активность которых превышает активность необработанных вод в 10 - 30 раз. Образование отходов с повышенным содержанием природных радионуклидов может ограничить применимость этой технологии для частных домов.

- Необходимо отметить также, при ионировании воды на анионообменных смолах одновременно с извлечением радионуклидов уменьшается мутность воды, удаляются фосфаты, сульфаты, нитраты. При фильтровании воды через катионообменные смолы сокращается содержание железа и марганца, кальция, магния, сульфатов, хлоридов. Более или менее полное удаление общей жесткости отрицательно оценивается с точки зрения влияния на здоровье и приводит к увеличению коррозионной активности воды. Это можно избежать, используя вместо смол в натриевых формах смолы в форме кальция.

Тем не менее, именно применение ионообменных смол представляется наиболее перспективным направлением в деле борьбы с радионуклидами в воде. Задача заключается в том, чтобы подобрать такую комбинацию ионообменных смол (подчас весьма сложную и многокомпонентную), которая была бы эффективна в достаточно широких пределах параметров качества воды.

6.8. Мембранные методы. Среди методов водоочистки особое место занимают высокотехнологичные и эффективные мембранные технологии. Принцип их работы состоит в пропускании исходной воды под давлением через полупроницаемую мембрану, которая разделяет воду на два нигде не соприкасающихся потока: фильтрат (очищенная вода) и концентрат (сконцентрированный раствор примесей).

Мембрана представляет собой микропористый материал. Размер задерживаемых примесей определяется размером пор мембраны. Все примеси, превосходящие по размеру поры мембраны, удаляются в одну стадию. Различают четыре типа мембран:

- микрофильтрационные (MF),

- ультрафильтрационные (UF),

- нанофильтрационные (NF)

- обратноосмотические (RO).

RO мембраны являются самыми селективными. Они задерживают 97 - 99% всех растворенных веществ. UF мембраны задерживают только крупные органические молекулы (молекулярный вес больше 10 000), коллоидные частицы, микроорганизмы. NF мембраны занимают промежуточное между RO и UF положение. Они пропускают 15 - 90% солей в зависимости от структуры мембраны. MF мембраны являются самыми грубыми среди перечисленных типов. Они задерживают только взвешенные и высокомолекулярные частицы, превышающие 0,1 мкм.

Основным критерием для выбора мембранной технологии являются требования к качеству очищенной воды. RO системы используются, когда необходимо удалить неорганические соли и большинство примесей; NF системы применяются, когда нужно снизить содержание неорганических солей лишь частично; UF системы используются, когда необходимо удалить только высокомолекулярные органические соединения и взвеси. MF применяют в основном на этапе предварительной очистки.

Большинство NF и RO систем одинаково способны удалять свыше 90% радиоактивных урана, радия, свинца и полония.

Преимуществами мембранных технологий водоподготовки помимо степени очистки воды являются низкие энергозатраты, отсутствие химических реагентов, работа в автоматическом режиме, простота эксплуатации и обслуживания, компактность.

Недостатками мембранных методов являются:

- низкая минерализация очищенной воды и пониженное значение рН;

- в некоторых случаях образование отходов с повышенным содержанием природных радионуклидов (отработанные мембраны, обратные воды).

Кроме того, практическое применение мембран ограничено следующими факторами:

- мембраны даже в большей степени, чем гранулированные фильтрующие среды и ионообменные смолы, критичны к "зарастанию" органикой и забиванию поверхности нерастворимыми частицами. Это означает, что мембранные системы требуют достаточно тщательной предварительной подготовки воды, в частности - удаления взвесей и органики;

- высокая стоимость. Их применение рентабельно только там, где требуется очень высокое качество воды (например, в пищевой и фармацевтической промышленности, медицине, производстве вооружений, космических исследованиях).

6.9. Дистилляция, перегонка, разделение жидких смесей на отличающиеся по составу фракции. Процесс основан на различии температур кипения компонентов смеси. Дистилляция производится с целью освобождения жидкости от взвешенных в ней примесей или для выделения более летучих частей.

В зависимости от физических свойств компонентов разделяемых жидких смесей применяют различные способы дистилляции (простая, фракционная, равновесная, молекулярная). Простая дистилляция проводится частичным испарением кипящей жидкой смеси, непрерывным отводом и последующей конденсацией образовавшихся паров. При этом механические частицы, содержащиеся в воде (включая бактерии, вирусы, а также коллоиды и взвешенные частицы) оказываются слишком тяжелыми, чтобы быть подхваченными паром. Одновременно почти все растворенные в воде химические вещества (включая соли железа, других тяжелых металлов, соли жесткости, радионуклиды и т.д.) достигают предела своей растворимости (за счет повышенной температуры и увеличения концентрации) и выпадают в осадок.

Дистиллированную воду достаточно широко используют в промышленности, медицине, в химических лабораториях. В быту же дистилляторы не нашли широкого применения по следующим причинам:

- бытовые дистилляторы имеют малую производительность (около 1 литра в час);

- в бойлере дистиллятора постоянно образуются осадок, накипь и т.п., которые необходимо регулярно удалять;

- дистилляторы излучают тепло и в довольно значительных количествах;

- дистилляторы потребляют значительное количество электроэнергии, что для многих применений делает их использование менее рентабельным, чем обратный осмос или деминерализация на ионообменных смолах.

Откройте актуальную версию документа прямо сейчас или получите полный доступ к системе ГАРАНТ на 3 дня бесплатно!

Получить доступ к системе ГАРАНТ

Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.