Деструкція органічних речовин радіоактивно забруднених вод АЕС iз реакторами ВВЕР (аналітичний огляд)

Б. Г. Шабалін¹, О. М. Лавриненко^{1, 2}

¹ ДУ «Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України»,
просп. Палладіна, 34а, Київ, 03142, Україна
² Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України,
вул. Кржижановського, 3, Київ, 03680, Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.20.3.8

Анотація

Наведено критичний аналіз існуючих експериментальних і практично впроваджених окиснювальних способів руйнування металоорганічних комплексів рідких радіоактивних відходів (РРВ). Розглянуто головні органічні комплекси РРВ атомних АЕС і методи їхнього окиснення із застосуванням озонування, додавання перманганату калію та пероксиду водню. Висвітлено результати комбінованого окиснення (ультрафіолет і озон, надкритичне окиснення за присутності пероксиду водню, кавітаційний розряд із використанням озону), а також процеси утворення осадів (вторинних відходів) окиснювального розкладу комплексних сполук. Показано, що озонування дає змогу скоротити об’єми РРВ, разом з тим озон є токсичною пожежоі вибухонебезпечною речовиною, яка потребує забезпечення спеціальних умов під час його напрацювання. Незважаючи на те, що окиснення розчинів перманганатом калію дає змогу знизити їхню активність, проведення деструкції органічних сполук у такий спосіб призводить до утворення значних обсягів осаду діоксиду мангану. Доведено, що ефективність окиснення РРВ пероксидом водню низька внаслідок його селективності щодо складників розчинів, що уповільнює окиснення деяких органічних сполук. Установлено, що одним з найперспективніших способів руйнування органічних сполук у складі РРВ є їхнє комбіноване окиснення фізичними методами за наявності додаткового окиснювача, який сприяє утворенню гідроксильних радикалів з високою реакційною здатністю щодо окиснення органіки.

Ключові слова: рідкі радіоактивні відходи АЕС, трапні води, окиснювальна деструкція, металоорганічні комплекси, озонування, пероксид водню, перманганат калію.

Список використаної літератури

1. Близнюкова Л. В. Обращение с радиоактивными отходами /
Л. В. Близнюкова. — НАЭК «Энергоатом», 2017. — 18 с.

2. Кульский Л. А. Технология водоочистки на атомных энергетических установках / Л. А. Кульский, Э. Б. Страхов, А. М. Волошинова. — Киев : Наук. думка, 1986. — 272 с.

3. Ампелогова Н. И. Дезактивация в ядерной энергетике / Н. И. Ампелогова, Ю. М. Симановский, А. А. Трапезников. — Москва : Энергоатомиздат, 1982. — 256 с.

4. Поводження з радіоактивними відходами при експлуатації АЕС : (Звіт) / НАЕК «Энергоатом». — Київ, 2016. — 137 c.

5. Никифоров А. С. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов /
А. С. Никифоров, В. В. Куличенко, М. И. Жихарев. — Москва : Энергоиздат, 1985. — 184 с.

6. Ахмедзянов В. Р. Обращение с радиоактивными отходами : учеб. пособие / В. Р. Ахмедзянов, Т. Н. Лащёнова, О. А. Максимова. — Москва : Энергия, 2008. — 284 с.

7. Андронов О. Б. О создании современной системы обращения с жидкими радиоактивными отходами на АЭС Украины. Постановка задачи /
О. Б. Андронов // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля. — 2015. — Вип. 24. — С. 32−41.

8. Авезниязов С. Р. Опыт работы по обращению с ЖРО на Кольской АЭС /
С. Р. Авезниязов, М. Р. Стахив // Радиоактивные отходы. — 2018. — № 4 (5). — С. 49−54.

9. Савкин А. Е. Окислительно-сорбционная очистка кубовых остатков Ленинградской АЭС от радионуклидов / А. Е. Савкин, А. Г. Моренова,
Е. В. Захарова, Н. И. Родыгина // Радиохимия. — 2003. — Вып. 45, № 4. — С. 363−365.

10. Акимов А. М. Сорбционные технологии переработки жидких радиоактивных отходов, кубовых остатков и солевого плава / А. М. Акимов, С. А. Котельникова // Збірник наукових праць СНУЯЕтаП. — 2014. —
С. 68−76.

11. Поваров В. П. Источники образования ЖРО на Нововоронежской АЭС и перспективы снижения динамики их накопления / В. П. Поваров // Материалы 8-й Междунар. науч.-техн. конф. «Водно-химический режим АЭС» (Москва, 23−25 окт. 2012). — Москва, 2012. — С. 215−224.

12. Москвин Л. Н. Малоотходная технология химической дезактивации первых контуров энергетических установок с водным теплоносителем с использованием ионообменных методов очистки дезактивирующих растворов / Л. Н. Москвин, В. В. Кривобоков, А. К. Андрианов, А. А. Ефимов // Радиохимия. — 2010. — Т. 52, № 6. — С. 491−496.

13. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю. Ю. Лурье. — Москва : Альянс, 2007. — 448 с.

14. Martell A. E. Chemistry of the metal chelate compounds / A. E. Martell. — Englewood Cliffs, N.J. : Prentice-Hall, 1952. — 613 p.

15. Martell A. E. Critical stability. Vol. 3 / A. E. Martell, R. M. Smith. — New York : Plemum Press, 1974. — 496 p.

16. Гиленс О. Осаждение ЭДТА из комплексных растворов тяжелых металлов и его регенерирование / О. Гиленс, О. Н. Айкайме // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2004. — № 4. — С. 54−56.

17. Пат. 2514823 Рос. Федерация, G21F 9/06 (2006.01) Способ обработки радиоактивного раствора / В. И. Иваненко, Э. П. Локшин, Р. И. Корнейков,
И. В. Маракулин, С. Р. Авезниязов, A. M. Петров ; Ин-т химии и технологииредких элементов и минер. сырья Кол. науч. центра РАН. №2011133483/07; заявл. 23.10.2012; опубл.10.05.2014, Бюл. № 13.

18. Локшин Э. П. Дезактивация жидких радиоактивных отходов с повышенным солесодержанием / Э. П. Локшин, В. И. Иваненко,
Х. Б. Авсарагов, В. Т. Калинников // Инновационный потенциал Кольской науки. — Апатиты : КНЦ РАН, 2005. — С. 160−166.

19. Гидротермальное окисление комплексов Со-ЭДТА / В. А. Авраменко,
А. В. Войт, Е. Э. Дмитриева [и др.] // Докл. АН. — 2008. — Т. 418, № 3. — С. 1−4.

20. Semultaneous recovery of heavy metals and degradation of organic species copper and ethylendiaminetetra-acetic asid (EDTA) / A. J. Chandhary,
J. D. Donoldson, S. M. Grimes [at
al.] // J. Chem. Technol. AndBiotechnol. — 2000. — Vol. 75, No. 5. — P. 353−385.

21. Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2 / Г. Реми. — Москва : Мир, 1974. — С. 315.

22. Корнев В. И. Однородно- и смешанолигандные комплексы кобальта(II) и никеля(II) рилотриуксусной кислотой и дикарбоновыми / В. И. Корнев,
М. Г. Семенова, Д. А. Меркулов // Коорд. химия. — 2009. — Т. 35, № 6. — С. 527−534.

23. Неудачина Л. К. Химия координационных соединений: учеб. пособие для академического бакалавриата / Л. К. Неудачина, Н. В. Лакиза. — Москва : Издательство Юрайт; Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2019. — 123 с.

24. Seliverstov A. F. Recovery of radioactive cobalt from aqueous EDTA solutions using concentrated ozone / A. F. Seliverstov, Y. O. Lagunova, B. G. Ershov // Radiochemistry. — 2009. — Vol. 51. No. 3. — P. 326−328.

25. Лагунова Ю. О. Окислительное разложение оксалатионов в водных растворах концентрированных озоном / Ю. О. Лагунова, А. Ф. Селиверстов, Б. Г. Ершов, А. Г. Басиев // Атомная энергия. — 2012. — Т. 113, Вып. 2. —
C. 93−95.

26. Очищення рідких радіоактивних відходів від поверхневоактивних речовин і органічних сполук / Х. Ганем, В. А. Герлига, В. П. Кравченко [та ін.] // Ядерна та радіаційна безпека. — 2019. — Vol. 81, No. 81. — С. 62−67.

27. Гидротермальная технология переработки кубовых остатков выпарных аппаратов спецводоочистки АЭС / В. Г. Доброжанский, А. В. Голуб,
В. А. Авраменко [и др.] // Вестник ДВО РАН. — 2009. — № 2. — С. 3−8.

28. Пат. RU2560837, МПК G21F9/00 (2006.01) Способ очистки жидких радиоактивных отходов / Яловик М. С., Чечельницкий Г. М., Калашников В. Г. [и др.]; заявл. ГТУ им. Н. Э. Баумана. — № 2016150461; заявл. 21.12.2016; опубл. 19.01.2018, Бюл. № 2, 2018. —
Режим доступа: https://findpatent.ru/patent/256/2560837.html.

29. Руденко Л. И. Окислительная очистка жидких радиоактивных отходов от органических соединений и радионуклидов перманганатом калия /
Л. И. Руденко, О. В. Джужа, В. Е. Хан // Доповiдi НАН України. — 2007. — № 2. — С. 143−146.

30. Venkatadri R. Chemical oxidation technologies: Ultraviolet light/hydrogen peroxide, fenton’s reagent, and titanium dioxide-assistedphotocatalysis /
R. Venkatadri, R. W. Peters // Hazardous Waste & Hazardous Materials. — 1993. — Vol. 10, No. 2. — P. 107−149.

31. Выделение радиоактивного кобальта из растворов ЭДТА с использованием концентрированного озона / Ю. О. Лагунова, А. Ф. Селиверстов, Б. Г. Ершов [и др.] // Радиохимия — 2009. — Т. 51, № 3. —
С. 286−288.

32. Рабинович В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович,
З. Я. Хавин. — Москва : Химия, 1977. — 376 с.

33. Разумовский С. Д. Озон и его реакции с органическими соединениями (кинетика и механизм) / С. Д. Разумовский, Г. Е. Заиков. — Москва : Наука, 1974. — 322 с.

34. Рябчиков Б. Е. Очистка жидких радиоактивных отходов / Б. Е. Рябчиков. — Москва : ДеЛи принт, 2008. — 512 с.

35. Разработка технологии и переработка кубовых остатков на Кольской АЭС / B. B. Омельчук, M. P. Стахив, A. E. Савкин [и др.] // Атомная энергия. — 2007. — № 3. — С. 34−37.

36. Wang J. Degradation of EDTA in aqueous solution by using ozonolysis and ozonolysis combined with sonolysis / J. Wang, X. Wang, G. Li // Journal of Hazardous Materials. — 2009. — Vol. 176. — P. 333−338.

37. Ярошенко К. К. Оптимальні умови окиснення озоном органічних компонентів рідких радіоактивних відходів / К. К. Ярошенко,
Г. М. Бондаренко // Зб. наук. праць Інту геохімії навколишнього середовища. — Київ : ІГНС, 2012. — Вип. 21. — С. 45−51.

38. Савкин А. Е. Переработка кубовых остатков АЭС с использованием селективных сорбентов: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.17.02 /
А. Е. Савкин. — Москва, 1999. — 24 с.

39. Ершов Б. Г. Растворимость озона в концентрированных водных растворах солей / Б. Г. Ершов, Н. М. Панич, А. Ф. Селиверстов // Журн. прикл. химии. — 2007. — Т. 80, № 11. — С. 1787−1790.

40. Glaze W. H. The chemistry of water treatment processes involving ozone, hydrogen peroxide and ultraviolet radiation / W. H. Glaze, J.-W. Kang,
D. H. Chapin // Ozone Science & Engineering. — 1987. — Vol. 9. — P. 335−352.

41. Ku Y. Decomposition of EDTA in aqueous solution by UV/ H2O2 process /
Y. Ku, L. Wang, Y. Shen // J. Hazard. Mater. — 1998. — Vol. 60. — P. 41−55.

42. Лагунова Ю. О. Использование озона и пероксида водорода для окислительного разложения органических комплексонов в процессах очистки ЖРО: дис. … канд. хим. наук: 02.00.14 / Ю. О. Лагунова. — Москва, 2011. — 165 с.

43. Garnov A. Y. Catalytic decomposition of organic anions in alkaline radioactive waste: 1. EDTA oxidation / A. Y. Garnov, A. V. Gogolev, V. P. Shilov // Radiochemistry. — 2002. — Vol. 44, No. 5. — P. 482−488.

44. Ершов Б. Г. Новая фотохимическая технология переработки жидких радиоактивных отходов / Б. Г. Ершов, А. С. Камруков,
Н. П. Козлов, А. Ф. Селивёрстов // Сб. науч. тр. VI Междунар. cимпозиума по радиационной плазмодинамике РПД-2003. — Москва : НИЦ «Инженер», 2003. — С. 81−82.

45. Потомов М. А. Перспективы применения кавитационных технологий для интенсификации химикотехнологических процессов / М. А. Потомов // Вестник ТГТУ. — 2008. — Т. 14, № 4. — С. 861−869.

46. Комбинированный плазменно-оптический метод разрушения комплексонов, содержащихся в ЖРО / А. С. Камруков, Н. П. Козлов,
Д. О. Новиков [и др.] // XLII Междунар. (Звенигородская) конф. по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу. — Звенигород, 2015.

47. Плотников В. И. Радиохимическое исследование соосаждения микроколичеств некоторых гидролизующихся элементов с гидроксидами и оксидами металлов / В. И. Плотников, И. И. Сафонов // Радиохимия. — 1983. — № 2. — С. 161−170.

48. Егоров Ю. В. Статика сорбции микрокомпонентов оксигидратами /
Ю. В. Егоров. — Москва : Атомиздат, 1975. — 200 с.

49. Cornell R. M. The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrence and uses. 2th ed. / R. M. Cornell, U. Schwertmann. — Weinheim : Wiley-VCH, 2003. — 703 p.

50. Николадзе Г. И. Обезжелезивание природных и оборотных вод /
Г. И. Николадзе. — Москва : Стройиздат, 1978. — 160 с.

51. Лавриненко О. М. Процеси фазоутворення в системі гальваноконтактів залізо (Ст3) — вуглець (кокс) у водному середовищі // О. М. Лавриненко. — Київ : КІМ, 2019. — 300 с.

52. Мелихов И. В. Сокристаллизация / И. В. Мелихов, М. С. Меркулова. — Москва : Химия, 1975. — 280 с.

53. Magnetism of CoFe2 O4 thin films annealed under the magnetic field /
Y. Q. Dai, J. M. Dai, X. W. Tang [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. — 2015. — Vol. 394. —
P. 287−291.

54. Lavrynenko O. M. Comparative study of physical-chemical properties of spinel ferrite nanoparticles formed on the steel surface in the open-air system / O. M. Lavrynenko, B. G. Shabalin // Nano Studies. — 2017. — No. 15−16. —
P. 5−26.

55. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами / Е. Д. Бабенков. — Москва : Наука, 1974. — 356 с.

56. Чалый В. П. Гидроокиси металлов (Закономерности образования, состав, структура и свойства) / В. П. Чалый. — Киев : Наук. думка, 1972. — 158 с.

57. Кулюхин С. А. Сорбция 60Со на слоистых двойных гидроксидах Mg, Al и Nd из водных растворов / С. А. Кулюхин, Е. П. Красавина, И. А. Румер, И. В. Гредина // Радиохимия. — 2012. — Т. 54, № 3. — С. 232−236.

58. Lavrynenko O. M. Characteristic of the nanoparticles formed on the carbon steel surface contacting with 3d-metal water salt solutions in the open-air system / O. M. Lavrynenko, O. Yu. Pavlenko, Yu. S. Shchukin // Nanoscale Research Letters. — 2016. — Vol. 11. — P. 67. — DOI: 10.1186/ s11671–016–1267–2.

59. Thermal behavior and magnetic properties of the copperand cobalt-substituted magnetite nanoparticles formed on the steel surface in the open-air system / O. M. Lavrynenko, N. O. Dudchenko, O. Yu. Pavlenko, A. B. Brik // Proceedings of the International Conference Nanomaterials: Applications & Properties. — 2016. — Vol. 5, No. 1. — P. 01NNPT08.

60. Лавриненко Е. Н. Железосодержащие слоистые двойные гидроксиды как основа для получения дисперсных ферришпинелей / Е. Н. Лавриненко // Nano Studies. — 2016. — № 13. — C. 93−116.

61. Метод ионоселективной очистки жидких радиоактивных отходов атомных станций / А. Э. Арустамов, А. В. Зинин, П. В. Красников [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. — 2005. — № 11. — С. 13−16.

Повна стаття(PDF)

---