Сорбція основних дозоутворюючих радіонуклідів трапних вод АЕС природним бентонітом у процесі їх сумісного озонування

Б. Г. Шабалін1, К. К. Ярошенко1,
О. М. Лавриненко1, 2, О. В. Марініч3, Н. Б. Міцюк1 

1 ДУ “Інститут геохімії навколишнього середовища
Національної академії наук України”, просп. Палладіна,
34а, Київ, 03142, Україна
2 Інститут проблем матеріалознавства
ім. І. М. Францевича Національної академії наук України,
вул. Кржижановського, 3, Київ, 03142, Україна
3 ДУ “Науково-­інженерний центр радіогідрогеоекологічних
полігонних досліджень Національної академії наук
України”, вул. О. Гончара, 55б, Київ, 01054, Україна

DOI: doi.org/10.31717/2311-8253.22.2.3

Анотація

У статті розкрито закономірності сукупного процесу озонолітичної деструкції органічних компонентів модельних трапних вод атомних електричних станцій та сорбції імітаторів основних дозоутворюючих радіонуклідів (Cs — ізотопною міткою 137Cs; солей стабільних ізотопів Co, Sr, Mn) трапних вод природним бентонітом Черкаського родовища за присутності сорбційно-реагентних сполук — солей феруму (II) і мангану (II). Хімічний склад головних елементів бентоніту після озонування трапних вод із додаванням солей феруму і мангану практично не відрізняється від складу природного. Фазовий склад бентоніту представлений основним породотвірним мінералом монтморилонітом і другорядним мінералом — кварцем. Ферумовмісні фази озонованого бентоніту представлені Fe(II)-Fe(III) шаруватими подвійними гідроксидами (Green Rust), гетитом α-FeOOH і магнетитом Fe3O4, а мангановмісні фази — гаусманітом Mn3O4, оксидом мангану(ІІ) і оксигідроксидом мангану MnO(OH)2. Ферумо- і мангановмісні фази, осаджені в процесі озонування на поверхню бентоніту являють собою переважно слабко окристалізовані або аморфізовані структури. Величина питомої поверхні бентонітів з шаром гідроксидів, оксигідроксидів і оксидів феруму і мангану збільшується порівняно з природним (34,2 м2/г) і дорівнює, відповідно, 55 і 51 м2/г при концентрації солей феруму 50 мг/дм3 і мангану 100 мг/ дм3 у трапних водах. Ступені вилучення радіонуклідів (137Cs) та їхніх хімічних аналогів (стабільних ізотопів Co, Sr, Mn) у процесі озонування модельного розчину із вихідною концентрацією катіонів (Fe2+ — 5 мг/дм3; Mn2+ — 10 мг/дм3; Ca2+ — 5 мг/дм3) за присутності природного бентоніту складає: 137Cs — 78 ± 2%; Sr2+ — 98 ± 1%; Co2+ — 97 ± 1%; Mn2+ — 99 ± 0.5%. Для збереження ефективності вилучення радіонуклідів 137Cs і Co2+ припустимим є збільшення вихідної концентрації катіонів розчину до: Fe2+ — 50 мг/дм3; Mn2+ — 100 мг/дм3; Ca2+ — 50 мг/дм3, а при вилученні Sr2+ і Mn2+ до: Fe2+ — 500 мг/дм3; Mn2+ — 1000 мг/дм3; Ca2+ — 500 мг/дм3.

Ключові слова: трапні води АЕС, озоноліз, сорбція, дозоутворюючі радіонукліди трапних вод, бентоніт.

Список використаної літератури

1. Management of radioactive waste during operation of NPP. Report 2016. Kyiv: NNEGC “Energoatom”, 137 p. (in Ukr.)

2. Klyuchnikov A. A., Pazukhin E. M., Shygera Yu. M. (2005). Radioaktivnyye otkhody AES i metody obrashcheniya s nimi [Radioactive waste of NPPs and ways of their management]. Kyiv: ISP NPP, NAS of Ukraine, 487 p. (in Rus.)

3. Batiukhnova O. G., Bergman K., Efremenkov V. M., et al. (2005). Tekhnologicheskiye i organizatsionnyye aspekty obrashcheniya s radioaktivnymi otkhodami: seriya uchebnykh kursov [Technological and organizational aspects of radioactive waste management: a series of training courses]. Vienna: IAEA, 230 p. (in Rus.)

4. Savkin A. E. (2011). [Development and testing of technology for the processing of liquid radioactive waste from nuclear power plants]. Radiochemistry, vol. 53, no. 5, pp. 470–473. (in Rus.)

5. Andronov O. B. (2015). [On the creation of a modern system for handling liquid radioactive waste at nuclear power plants in Ukraine. Formulation of the problem]. Problems of Nuclear Power Plants Safety and of Chornobyl, vol. 24, pp. 32–41. (in Rus.)

6. Shabalin B. G., Lavrinenko O. M. (2020). Destruction of organic matter from radioactively contaminated water of nuclear power plants equipped with VVER (analytical review). Nuclear Power and the Environment, vol. 18, no. 3, pp. 66–89. (in Ukr.)

7. Tobilko V. Yu., Kornilovich B. K. (2015). [Synthesis and sorption properties of composite materials based on nanosized FeO]. East-­European Journal for Enterprise Technologies, vol. 76, no. 4/5, pp. 22–27. (in Ukr.)

8. Nikitina N. V., Komov D. N., Kazarinov I. A. (2016). [Physical and chemical properties of sorbents based on bentonite clays modified with iron (III) and aluminum polyhydroxocations by the “coprecipitation” method]. Sorption and Chromatographic Processes, no. 2, pp. 191–199. (in Rus.)

9. Nikiforov A. S., Kulichenko V. V., Zhikharev M. I. (1985). Obezvrezhivaniye zhidkikh radioaktivnykh otkhodov [Neutralization of liquid radioactive waste]. Moscow: Energoatomizdat, 184 p. (in Rus.)

10. Shabalin B., Yaroshenko K., Buhera S., Mitsiuk N. (2022). Mineralogical-geochemical properties of bentonite clays of the Cherkasy Deposit to increase the environmental safety of radwaste disposal at the Vektor storage complex. Systems, Decision and Control in Energy III. Studies in Systems, Decision and Control, vol. 399, pp. 203–220. doi.org/10.1007/978–3–030–87675–3_12.

11. Shabalin B. G., Lavrinenko O. M., Yaroshenko K. K., Vember V. V., Buhera S. P. (2021). [Characteristics of products of ozonation of imitations of radioactively fermented trap water of NPP]. Proceedings of the XХIІth International Scientific and Development Conference “Ecology. Man. Society”. Kyiv: NTUU “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, pp. 272–276. (in Ukr.)

12. Powder diffraction file 2003. Resource: PDF‑2, Database. Available at: https://www.icdd.com/pdf-2.

13. Avramenko V. A., Yegorin A. M., Sokolnitskaya T. A. (2015). [Sorption-reagent systems in the processing of liquid radioactive waste]. Proceedings of the VIII Russian Conference on Radiochemistry “Radiochemistry‑2015”. Zheleznogorsk, pp. 80–81. (in Rus.)

14. Khodykina M. O. (2017). Formuvannia heterostruktur v systemi neorhanichnyi nosiy-­natyvnyi fermentnyi preparat oksyreduktaz [Molding of heterostructures in the system of inorganic wear-native enzyme preparation oxireductase] (PhD thesis). Kyiv, 136 p. (in Ukr.)

15. Arkhypenko D. (ed.) (1993). Problemy opredeleniya real’noy struktury glaukonitov i rodstvennykh tonkodispersnykh fillosilikatov [Problems of determining the real structure of glauconites and related finely dispersed phyllosilicates]. Kyiv-Novosybirsk: VO “Nauka”, 200 p. (in Rus.)

16. Kroukopova H., Stamberg K. (2005). Experimental study and mathematical modeling of Cs (I) and Sr (II) sorption on bentonite as barrier material in deep geological repository. Acta Geodynamica et Geomaterialia, vol. 2, no. 138, pp. 79–86.

17. Tobilko V. Yu. (2016) Rozrobka sorbtsiynykh tekhnolohiy zakhystu vod vid zabrudnennya vazhkymy metalamy ta radionuklidamy [Development of sorption technologies to protect water from pollution by heavy metals and radionuclides] (PhD thesis). Kyiv, 23 p. (in Ukr.)

18. Walling S. A., Wooyong U., Claire L., Neil C. H. (2021). Fenton and Fenton-like wet oxidation for degradation and destruction of organic radioactive wastes. NPJ Materials Degradation, vol. 5, no. 50. doi.org/10.1038/s41529–021–00192–3.

19. Babuponnusami А., Karuppan Muthukumar K. (2014). A review on Fenton and improvements to the Fenton process for wastewater treatment. Journal of Environmental. Chemical Engineering, vol. 2, pp. 557–572.

20. Kuznetsov V. A., Generalova V. A. (2000). [Study of the sorption properties of iron, manganese, titanium, aluminum and silicon hydroxides with respect to 90Sr and 137Cs]. Radiochemistry, vol. 42, no. 2, pp. 154–157. (in Rus.)

21. Valsala T. P. Joseph Annie, Sonar N. L., Sonavane M. S., Shah J. G., Raj Kanwar, Venugopal V. (2010). Separation of strontium from low-level radioactive waste solutions using hydrous manganese dioxide composite materials. Journal of Nuclear Materials, vol. 404, p. 138.

Повна стаття (PDF)


Опубліковано
2022-12-21

Якщо стаття прийнята до друку в журналі «Ядерна енергетика та довкілля», автор має підписати угоду про передачу авторських прав. Угода надсилається на поштову (оригінал) або електронну адресу (сканована копія) Редакції журналу.

Всі матеріали поширюються на умовах ліцензії  Creative Commons Attribution License International CC-BY, яка дозволяє іншим розповсюджувати роботу з визнанням авторства цієї роботи і першої публікації в цьому журналі.

Insert math as
Block
Inline
Additional settings
Formula color
Text color
#333333
Type math using LaTeX
Preview
\({}\)
Nothing to preview
Insert