ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ
ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ ОБРАБОТКЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВОД
§ 12.1. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ОСВЕТЛИТЕЛЯ РАДИОАКТИВНОЙ ВОДЫ
Осветлитель предназначен для осаждения из воды (см. § 10.2) взвешенных и коллоидных активных и неактивных загрязнений, а также удаления некоторых катионов при проведении соосаждения с кристаллическими осадками (при известково-содовой обработке, например). Все перечисленные загрязнения в виде осадка скапливаются в нижней части осветлителя и периодически удаляются на захоронение.
Из числа радионуклидов, содержащихся в исходной воде, в основном удаляются те, которые находятся при данных условиях в нерастворенном состоянии или сорбируются на продуктах коррозии, в основном окислах железа.
Для устойчивого оседания хлопьев гидроокиси железа и алюминия необходима малая скорость восходящего потока воды (около 1 мм/с, т. е. 3—4 м/ч), а следовательно, большая площадь осветлителя. К недостаткам осветлителя помимо больших габаритных размеров относятся низкий коэффициент очистки и сложность захоронения плохо отстаивающегося радиоактивного шлама. Преимущество осветлителя — простота конструкции и большая грязеемкость.
Осветлители предназначены для обработки вод, в значительной степени загрязненных механическими примесями (мылом, маслами), например неорганизованных протечек в качестве первой ступени очистки (см. § 13.5). Из-за сложности захоронения радиоактивного шлама в последнее время отказываются от проведения коагуляции, ограничиваясь очисткой воды только от взвешенных частиц посредством отстоя.
Осветлитель (рис. 12.1) представляет собой цилиндрический сосуд 4 с коническим днищем 16 и плоской крышкой 8, установленный на опоры 1 строго вертикально. Материал осветлителя — нержавеющая сталь. Обрабатываемая вода, в которую предварительно вводятся реагенты, подается через патрубок 5 в воздухоотделитель 6. Отделившийся от воды воздух через сдувку 7 удаляется в систему спецвентиляции, а вода по трубе 10 опускается в нижнюю часть собственно осветлителя 11.
Рис. 12.1. Осветлитель для радиоактивной воды:
1 — опора; 2 — перепускная труба; 3 — дырчатое кольцо; 4 — корпус; 5 — вход обрабатываемой воды; 6 — воздухоотделитель; 7 — сдувка; 8 — крышка; 9 — выход очищенной воды; 10 — перепускная труба; 11 — осветлитель; 12 — выход очищенной воды из шламоуплотнителя; 13, 14 — удаление шлама; 15 — шламоуплотнитель; 16 — днище
Крупные механиче ские примеси оседают в конусной части аппарата, а вода равномерным потоком с малой скоростью поднимается вверх. При этом происходит слипание частиц коагулянта, которые образуют в восходящем потоке воды слой взвешенного шлама, играющего роль взвешенного фильтра.
Из верхней части взвешенного фильтра шлам вместе с частью воды через перепускные трубы 2 поступает в шламоуплотнитель 15, очищенная вода поднимается вверх и через патрубок 9 выводится из осветлителя. Шлам в шламоуплотнителе дополнительно отстаивается, очищенная вода скапливается в верхней части и с помощью дырчатого кольца 3 выводится через патрубок 12, а шлам в количестве примерно 1 % расхода исходной воды через патрубки 13 и 14 удаляется периодически па захоронение.
Работу осветлителя контролируют по сигнализатору верхнего уровня, расходу и значению pH исходной воды, расходу очищенной воды и шлама, удаляемого на захоронение.
§ 12.2. УСТРОЙСТВО НАСЫПНОГО МЕХАНИЧЕСКОГО И ИОНИТНОГО ФИЛЬТРОВ
Насыпные фильтры в зависимости от загруженного фильтрующего материала (см. § 11.1 и 11.2) используют для очистки радиоактивных вод от механических, коллоидных и ионных примесей. Одновременно происходит удаление из воды и радионуклидов (дезактивация). Коэффициент очистки для насыпных фильтров по механическим примесям равен 2,5—3, по коллоидным (масла) 2—2,5, по ионным примерно 10.
Коэффициент дезактивации насыпного фильтра изменяется от 10 (радионуклиды Сr-51, Мn-54, Cu-64, Fe-59) до 102—104 (Na-24, Sr-90, 1-131, Cs-137) [9]. Благодаря простоте конструкции и надежности работы насыпные фильтры являются наиболее распространенными аппаратами в схемах обработки радиоактивных вод.
Насыпной фильтр (рис. 12.2) представляет собой цилиндрический сосуд, как правило, вертикальный, со сферическими крышкой и днищем. Фильтр установлен на фундаменте с помощью трех опор. Для увеличения площади фильтрации разработаны насыпные горизонтальные фильтры.
Ввод воды в фильтр осуществляется через верхнее распределительное устройство, которое может представлять собой либо систему дырчатых труб (рис. 12.3), расположенных в виде лучей, либо отбойный щиток (рис. 12.4), либо патрубок с окнами (рис. 12.5 и 12.2). Через верхнее распределительное устройство производятся также отвод грязной воды при промывке фильтра, ввод регенерационных и дезактивационных растворов.
Очищенная вода покидает фильтр через нижнее распределительное устройство, состоящее из четырех коллекторов 10 (рис. 12.2) и набора щелевых труб 14. С целью использования сферической части фильтра щелевые трубы располагают наклонно. Нижнее распределительное устройство должно препятствовать поступлению фильтрующего материала в очищенную воду и выдерживать нагрузку, возникающую вследствие уплотнения фильтрующего материала при значительных перепадах давления на фильтре.
Для выполнения первого условия отверстия в трубах закрываются штампованной пластиной (рис. 12.6), имеющей вид перевернутого желобка, со щелями шириной 0,4±0,1 мм. Желобок крепится к трубе с помощью контактной сварки. Во время монтажа и ремонта фильтра должен осуществляться тщательный контроль за прочностью крепления желобков к трубам и последних к коллекторам. Особое внимание должно быть обращено на отсутствие щелей и зазоров в месте крепления желобков.
Выполнение второго условия достигается жестким креплением коллекторов и щелевых труб к днищу фильтра с помощью кронштейнов 6 и накладок 7 (рис. 12.6) и 15 (рис. 12.2). Во время монтажа и ремонта фильтра следует обращать внимание на целостность крепления и отсутствие прогиба труб.
Рис. 12.2. Фильтр ионообменный АФИ-3,0-16 [вид спереди (а) и вид сверху (б)]:
1 — сферическое днище; 2 — лаз; 3 — верхнее распределительное устройство; 4 — вход обрабатываемой воды и выход грязной воды при промывке; 5 — сдувка; 6 — сферическая крышка; 7 — гидрозагрузка ионитов; 8 — цилиндрический корпус; 9 — гидровыгрузка ионитов; 10 — коллектор нижнего распределительного устройства; 11 — опора фильтра; 12 — выход очищенной и вход промывочной воды; 13 — устройство для полного опорожнения при дезактивации; 14 — щелевая труба; 15 — накладка
Рис. 12.3. Фильтр-регенератор АФР-2,0-10:
1 — днище; 2 — среднее распределительное устройство; 3 — корпус; 4 — лаз; 5 — крышка; 6 — вход щелочного раствора и выход грязной воды; 7 — сдувка; 8 — верхнее распределительное устройство; 9 — гидрозагрузка ионитов; 10 — смотровое окно; 11 — гидровыгрузка анионита; 12 — выход отработавших растворов и отмывочной воды; 13 — крышка; 14 — нижнее распределительное устройство; 15 — опора; 16 — вход кислотного раствора и промывочной воды; 17 — отверстие для гидровыгрузки катионита и полного опорожнения фильтра
Рис. 12.4. Фильтр ионообменный АФИ-1,0-140:
1 — днище; 2 — крышка; 3 — выход протечек; 4 — прокладка; 5 — вход обрабатываемой воды и загрузка фильтрующих материалов; 6 — крышка лаза; 7 — лаз; 8 — верхнее распределительное устройство; 9 — корпус; 10 — нижнее распределительное устройство; 11 — опора; 12 — выход очищенной воды; 13 — устройство для выгрузки фильтрующего материала и полного опорожнения фильтра при дезактивации
Рис. 12.5. Фильтр насыпной с защитным кожухом АФИУ-1,0-10-К:
1 — выход очищенной воды и вход промывочной воды; 2 — отверстие для полного опорожнения фильтра; 3 — днище; 4 — гидрозагрузка фильтрующего материала; 5 — верхнее распределительное устройство, вход обрабатываемой и выход грязной воды; 6 — сдувка; 7 — крышка; 8 — пробка защитная; 9 — смотровое окно; 10 — кожух; 11 — дробь; 12 — отверстие для гидровыгрузки фильтрующих материалов; 13 — нижнее распределительное устройство
В новых высоконапорных фильтрах (рис. 12.4) нижнее распределительное устройство представляет собой усеченный конус, набранный из колец с фиксированным зазором между ними, равным 0,1—0,2 мм. Такой тип распределительного устройства исключает его поломку и вынос фильтрующего материала в очищенную воду.
Через нижнее распределительное устройство подводятся сжатый воздух и вода для взрыхления и промывки фильтрующего материала. Для гидравлической выгрузки и загрузки материала фильтр снабжен специальными патрубками.
Рис. 12.6. Устройство щелевой трубы нижнего и среднего распределительных устройств:
1 — коллектор; 2 — труба; 3 — штампованная пластина; 4 — место контактной сварки; 5 — болт; 6 — кронштейн; 7 — накладка
Сдувка воздуха осуществляется из верхней части фильтра.
Для внутреннего осмотра фильтры оборудуются лазами 2 (рис. 12.2) диаметром 450 и 600 мм. Фильтры диаметром 1000 мм и менее лазов не имеют, но оборудуются съемными крышками 7 (рис. 12.5). В высоконапорных фильтрах, предназначенных для внутриконтурной очистки (см. § 13.4), крышки лазов снабжаются отводом протечек 3 (рис. 12.4), препятствующим выходу высокоактивной воды в помещение при появлении неплотности во внутренней прокладке 4. Протечки по трубопроводу без арматуры направляются в систему сбора организованных протечек (см. § 9.5).
В отличие от фильтров, применяемых в установках очистки природной воды, в фильтрах для обработки радиоактивных вод предусматривается дезактивация, заключающаяся в химическом растворении радиоактивной пленки на внутренней поверхности фильтра. Возможность проведения дезактивации обеспечивается изготовлением всех деталей фильтра, соприкасающихся с радиоактивной водой, из нержавеющей стали; отсутствием бетона в нижней части фильтра и химического покрытия на внутренней его поверхности; возможностью полного опорожнения корпуса фильтра, в том числе и от остатков фильтрующего материала, кроме нижнего распределительного устройства. Дезактивацию проводят, заполняя фильтр горячим дезактивационным раствором и перемешивая его сжатым воздухом. Отработавший раствор удаляют в специализацию (см. § 9.6).
В ионитных фильтрах смешанного действия (ФСД) с внутренней регенерацией и в фильтрах-регенераторах (ФР) дополнительно устанавливается среднее распределительное устройство 2 (рис. 12.3), состоящее из коллектора и щелевых труб. Фильтры-регенераторы имеют большую по сравнению с рабочими фильтрами высоту для более полного разделения ионитов перед их регенерацией.
Для контроля за высотой фильтрующего материала в ФР служат смотровые окна 10, которые в нерабочем положении закрыты крышками 13. Смотровыми окнами оборудуются и фильтры диаметром 1000 мм (рис. 12.5).
Рис. 12.7. Фильтр-ловушка зернистых материалов АФЛ-0,7-16:
1 — вход обработанной воды; 2— сферическое днище; 3 — выход сжатого воздуха; 4 — цилиндрический корпус; 5 — вход сжатого воздуха; 6 — съемная крышка; 7 — вход промывочной воды; 8 — сдувка; 9 — выход обработанной воды; 10 — съемная трубная доска; 11 — опора; 12 — щелевая дырчатая труба; 13 — выход промывочной воды
Фильтры для обработки радиоактивных вод устанавливают, как правило, в необслуживаемых помещениях (боксах), стены которых играют роль биологической защиты. При установке в обслуживаемых помещениях (очистка малоактивных вод) фильтры снабжаются защитным кожухом 10 (рис. 12.5), в который засыпается чугунная дробь 11, назначение которой — создание биологической защиты.
Для предупреждения поступления фильтрующего материала в очищенную воду при нарушении целостности нижнего распределительного устройства на выходе всех установок обработки радиоактивных вод должны устанавливаться фильтры-ловушки. Они (рис. 12.7) представляют собой цилиндрический корпус со сферическим днищем и плоской съемной крышкой. В корпусе установлена съемная трубная доска, в которой закреплены щелевые дырчатые трубы. Предусматривается подвод воды и сжатого воздуха в верхнюю и нижнюю части фильтра-ловушки для промывки от задержанных фильтрующих материалов.
В табл. 12.1 приведены основные параметры насыпных механических и ионитных фильтров и фильтров-ловушек, наиболее часто применяемых в схемах обработки радиоактивных вод.
Таблица 12.1. Номенклатура фильтров
Примечание. АФ — фильтры для АЭС; И — ионообменный; О — осветлительный; У — угольный (сорбционный); Р — регенератор; Л —ловушка; Сд — смешанного действия с внутренней регенерацией; К — с защитным кожухом.
