zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ

 

Машинистов В.Е., Дереза Ю.А.

Украина, Днепропетровск, НМетАУ

 

В статье рассмотрена технология электрохимической очистки воды от радионуклидов, в частности, цезия и стронция, в которой используется тот факт, что эти металлы находятся в воде в виде положительных ионов. При протекании загрязненной радионуклидами воды между электродами ионы этих металлов концентрируются у катода, очищая этим воду. Показано, что предложенный подход может быть применен для очищения загрязненной радионуклидами воды на АЭС «Фукусима-1».

 

На объектах ядерной энергетики в процессе их эксплуатации создаются большие объемы жидких радиоактивных отходов, которые сбрасывают в окружающую среду. При авариях на этих объектах могут выбрасываться радионуклиды, загрязняя окружающую среду, в частности, воду. Радиоактивные вещества, которые находятся в воде в количествах, превышающих допустимые концентрации, являются источником потенциальной опасности для биологических объектов.

Чтобы загрязненная вода стала радиоактивно безопасной, ее дезактивируют. Дальнейшая утилизация сконцентрированных в значительно меньших объемах вновь образованных радиоактивных отходов становится более простой проблемой.

Для очистки загрязненной радионуклидами воды могут применяться разные методы: физические (отстаивание, фильтрование, мембранные, термические), химические (окисление, осаждение, реагентные), физико-химические (адсорбция, ионообмен, сорбция, электрохимические) [1]. Для достижения требуемого уровня очистки воды от радионуклидов часто вынуждены совмещать перечисленные методы.

Недостатками этих методов является их высокая стоимость, большая энергозатратность, необходимость проведения сложных операций, как при их подготовке, так и проведении очистки, необходимость использования большого количества реагентов, а также образование радиоактивных отходов, подлежащих дальнейшему захоронению.

Для разработки предлагаемой технологии, сущность которой изложена в [2], были исследованы состав и особенности поведения радионуклидов в воде. В воде, которая используется при эксплуатации ядерных энергетических установок, а также в водоемах, загрязненных радионуклидами в результате аварий с выбросом их в окружающую среду (Чернобыльская АЭС, АЭС «Фукусима 1»), в большом количестве находятся радиоизотопы цезия-137 и стронций-90 [3, 4]. Это металлы, которые находятся в воде в виде положительных ионов. Следовательно, в данном случае вода становится электропроводником, то есть электролитом, с очень низкой концентрацией носителей электрических зарядов.

Поэтому для очистки воды от радионуклидов могут применяться электрохимические методы [1]. При погружении в электролит двух электродов, подключенных к источнику тока, возникает электрическое поле, под действием которого все ионы, которые находятся в воде, движутся в направлениях противоположно заряженных электродов.

Радиоактивность, которая присуща ряду изотопов химических элементов, не влияет на электрохимические процессы. Это связано с тем, что все изотопы одного химического элемента, как стабильные, и так и нестабильные (радиоактивные), имеют одинаковые химические свойства. Поэтому в воде поведение ионов радионуклидов химического элемента ничем не отличается от поведения ионов его стабильных изотопов. Это и создает условия для использования электрохимических методов в целях выделения из воды радионуклидов. Поскольку электродный потенциал цезия и стронция очень низкий, на катоде они оседать не будут, а будут концентрироваться в непосредственной близости от него. Причем толщина прикатодного слоя ионов не более 10-5 м [1].

При необходимости, загрязненную воду очищают от грубодисперсных примесей механическим способом. На рис. 1 показана схема установки, с помощью которой реализуется предлагаемая технология очистки воды от радионуклидов.

 

Рис. 1. Схема установки для очистки воды от радионуклидов (1- емкость, 2- электроды, 3 – источник постоянного тока).

 

Поставленная задача реализуется за счет того, что воду, которая подлежит очистке, пропускают через емкость 1, в которой размещена система электродов 2, расположенных параллельно направлению движения воды. Электроды изготовлены в виде пластин из химически нейтрального металла, например, нержавеющей стали, имеют длину l, размещены на расстоянии d друг от друга и подключены к источнику постоянного тока 3. Аноды А и, соответственно, катоды К соединены между собой параллельно. В результате образуется совокупность параллельно расположенных ячеек, количество которых равно числу пар электродов.

Процесс очищения воды поясняется с помощью рис. 2, на котором показаны траектории трех радионуклидов, поступивших с водой в ячейку.

 

Рис. 2. Схема для пояснения процесса очищения воды от радионуклидов

 

Вода, подлежащая очистке, поступает в ячейку со скоростью Vв. Под действием напряженности электрического поля E, созданной источником тока 3, положительные ионы радионуклидов приобретают перпендикулярную к направлению движения воды составляющую скорости

V+ = a+·E,

где a+ - подвижность ионов в воде, берется из таблиц (например, в [5]).

Слой воды, поступившей в ячейку, находится в межэлектродном пространстве в течение времени ti = l/Vв.

Для удаления из воды всех радионуклидов, которые внесены в емкость с электродами, необходимо, чтобы они за время ti успели сконцентрироваться у катода. Как видно из рисунка 2, это требование будет выполнено, если минимальная длина катода l будет такой, чтобы ионы, поступившие в межэлектродное пространство у анода и имеющие перпендикулярную к направлению движения воды составляющую скорости ионов V+, за время ti преодолели расстояние d, то есть выполнялось соотношение

                                             d = V+·ti.                                                              (1)

Для обеспечения приемлемых технико-экономических показателей процесса очистки воды от радионуклидов предложенным способом, найдем количественную связь между параметрами этого процесса.

Учитывая, что E = U/d, где U - напряжение источника питания 1, длину электродов l можно найти по выражению

                         l = Vв·ti = Vв·(d/V) = (Vв·d2)/(a+·U).                                    (2)

На практике значения параметров установки для очистки воды от радионуклидов, входящих в выражение (2), а именно - длина электродов l, расстояние между ними d, задаются. Также известна и подвижность ионов радионуклидов a+, от которых очищается вода. То есть, эти параметры в ходе эксплуатации очистительной установки не изменяются. В то же время параметры U и Vв могут изменяться. Поэтому выражение (2) представим в виде уравнения с постоянной правой частью

                                                    U/Vв = d2/(l·a+).                                                   (3)

Из этого выражения видно, что на практике процессом очистки воды можно управлять путем регулирования скорости движения воды Vв и напряжения U.

Те ионы, которые накапливаются у катода, могут перемещаться вдоль эквипотенциальной поверхности катода под действием движущейся воды и покинуть пределы емкости оставшись в воде, что может привести к понижению степени очистки воды. Для предотвращения этого эффекта предлагается нанести на катод сетку из диэлектрического материала толщиной до 0,5 мм, которая будет непреодолимой преградой для ионов. В результате ионы накапливаются у катода в ячейках этой защитной сетки.

Такой защитный слой толщиной до 0,5 мм можно сделать из фильтрующих материалов, которые способны пропускать через себя ионы металлов в направлении к катоду и предотвращать их движение вдоль него. С этой же целью можно заполнять фильтрующим материалом все межэлектродное пространство.

При очистке воды под действием электрического поля могут коагулировать находящиеся в воде вещества, которые выпадают в осадок под действием сил тяжести. Чтобы они не накапливались в межэлектродном пространстве, предлагается электродные пластины размещать вертикально.

Таким образом, с помощью простого технического оборудования может быть выполнена очистки воды от радионуклидов до допустимых уровней ее концентрации. Это позволит при высоких технико-экономических показателях очистить большое количество загрязненной радионуклидами воды, которая является источником потенциальной опасности для биологических объектов.

Оценим возможности практической реализации предложенной технологии очистки загрязненной радионуклидами воды. Примем, что используется установка с габаритами системы электродов 111 м3 с длиной l = 1 м каждый, расстоянием между ними d = 10-2 м. На электроды подается напряжение U = 10 В.

Из радионуклидов цезия-137 и стронция-90 меньшую подвижность имеют ионы стронция. Учитывая сильную зависимость подвижности ионов от температуры воды, выберем наименьшее ее возможное значение (при 0° С), которое взято из [5],

a+ = 3,2·10-8 м2/(В·с).

Перпендикулярная направлению движения воды составляющая скорости ионов V+ под действием поперечного электрического поля, в соответствии с [1], имеет значение

V+ = a+·E = (a+·U)/d = (3,2·10-8·10)/10-2 = 3,2·10-6 м/с.

Расстояние d = 10-2 м ионы преодолеют за время

ti = d/V+ = 10-2/3,2·10-6 = 3,1·103 с.

Для того, чтобы за это время все ионы радионуклидов, поступившие в межэлектродное пространство, гарантированно подошли к катоду длиной l = 1 м, они должны перемещаться со скоростью

Vв = l/ti = 1/(3,1·103) = 3,2·10-4 м/с.

Через сечение системы электродов за одну секунду протекает q = ρ·ΔS·Vв воды [6].

Учитывая, что плотность воды ρ = 103 кг/м3, получим

q = 103·1·(3.2·10-4) = 0.32 кг/с.

Загрязненная вода массой M = 106 кг будет очищена за время

ti = M/q = 106/0.32 = 3.1·106 с = 860 ч ≈ 36 суток.

Если очистку проводить при температуре воды 25 ° C, то, согласно [5], подвижность стронция повысится до a+ = 59,2·10-8 м2/(В·с). Следовательно, загрязненная вода массой M может быть очищена почти в два раза быстрее.

По мнению авторов статьи, рассмотренная технология может быть применена для очистки от радионуклидов цезия и стронция воды, хранящейся в резервуарах после аварии на АЭС «Фукусима - 1» [4]. При этом необходимо учитывать, что вода имеет электрический потенциал разложения, равный 1,25 В, при превышении которого при обработке воды появляются дополнительные электрохимические процессы [1]. Они могут препятствовать процессу очищения воды от радионуклидов, а также существенно повышать расход электроэнергии. Следовательно, на электроды одной ячейки необходимо подавать напряжение величиной не более 1,25 В. При этом увеличивается необходимое значение длины электродов, что может быть скомпенсировано, в соответствии с [2], уменьшением расстояния d между электродами до 5 - 6 мм.

Приведенные примеры иллюстрируют возможность практического воплощения рассматриваемого способа очистки воды от радионуклидов с помощью достаточно простого оборудования при высоких технико-экономических показателях процесса очистки.

 

Литература

1.     Яковлев С.В., Краснобородько И.Г., Рогов В.М.. Технология электрохимической очистки воды. –Л.: Стройиздат, 1987. -312 с.

2.     Заявка на изобретение a201506148 от 22.06.2015 «Спосіб очищення води від радіонуклідів». Авторы Машинистов В.Е., Дереза Ю А.

3.     Антонов В.П. Уроки Чернобыля: радиация, жизнь, здоровье. –К.: О-во «Знание», УССР, 1989. -112 с.

4.     http://fukushima-news.ru/news/na_fukusime_protekajut_14_khranilishh_radioaktivnoj_vody/2015-05-07-2893

5.     «Курс физической химии» под общей редакцией Я.И. Герасимова. Том II. Изд-во «Химия», 1973, Москва.с. 404.   

6.     Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г.. Справочник по элементарной физике. –М.: Наука. 1980.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info