Намывные фильтры в зависимости от применяемого фильтрующего материала могут быть как механическими (сорбционными), так и ионообменными. Коэффициент очистки для намывного фильтра по механическим примесям (продуктам коррозии) составляет от 2 до 20, по коллоидным от 2,5 до 3,0, по ионным не менее 10. Коэффициент дезактивации намывного фильтра изменяется в тех же пределах, что и насыпного.
В отличие от насыпного фильтра в намывном вода фильтруется через тонкий (несколько миллиметров) слой материала. В практике обработки радиоактивных вод АЭС в качестве материала чаще всего используются фильтроперлит и смесь порошкообразных ионитов в Н- и ОН-форме, которые намываются на фильтрующие элементы (патроны). Благодаря большой фильтрующей суммарной поверхности всех патронов намывные фильтры имеют меньшие по сравнению с насыпными габаритные размеры.
По этой же причине скорость фильтрования в намывных фильтрах на порядок ниже, чем в насыпных, следствием чего является более высокая степень очистки. Так, намывной фильтр с расходом 0,014 м3/с (50 м3/ч) при скорости фильтрования 0,11 см/с (4 м/ч) имеет диаметр 0,8 м, в то время как насыпной фильтр с тем же расходом имеет диаметр 1,5 м и скорость фильтрования 0,8—1,1 см/с (30—40 м/ч).
Фильтрующий материал в намывных фильтрах не восстанавливается, а после загрязнения или истощения смывается встречным потоком воды и удаляется в виде пульпы на захоронение. Объем жидких радиоактивных отходов от намывных фильтров примерно в 3 раза меньше объема таких же отходов от насыпных фильтров той же пропускной способности (см. § 9.8), что является важным преимуществом намывных фильтров при использовании их в схемах обработки радиоактивных вод АЭС.
К недостаткам намывного фильтра относится более сложная по сравнению с насыпным фильтром конструкция и необходимость предварительного намыва и периодического удаления фильтрующего слоя, а также более низкая надежность, связанная со «сползанием» фильтрующего слоя с патронов даже при кратковременном прекращении подачи воды. Тем не менее благодаря меньшим габаритным размерам, высокому коэффициенту очистки, меньшему объему жидких отходов, возможности полной автоматизации и работы при высокой температуре воды (см. § 13.3) намывные фильтры находят широкое применение в схемах обработки радиоактивных вод АЭС.
Рис. 12.9. Фильтрующий элемент (патрон): 1 — проволока (навивка); 2 — дырчатая труба
Намывной фильтр (рис. 12.8) состоит из корпуса с коническим приварным днищем и съемной сферической крышкой; у фильтров диаметром 800 и 400 мм днища также изготовляются сферической формы. Между корпусом и крышкой установлена трубная доска с закрепленными на ней фильтрующими элементами, которые (рис. 12.9) представляют собой дырчатую трубу, обвитую проволокой. Диаметр проволоки и шаг навивки выбирают таким образом, чтобы зазор между витками был равен 0,1 мм. Фильтр устанавливается па фундамент с помощью трех опор; фильтр снабжен патрубками для подвода и отвода воды, сжатого воздуха и пульпы фильтрующего материала. Все элементы фильтра изготовляются из нержавеющей стали.
Работа фильтра начинается с намыва фильтрующего слоя, для чего через фильтр снизу вверх пропускается пульпа фильтрующего материала, которая готовится на специальной установке размешиванием в воде порошкообразного фильтрующего материала до концентрации примерно 2,5 г/л. Намыв продолжается до полного осветления воды, возвращаемой на установку приготовления пульпы. Расход фильтрующего материала составляет примерно 600 г/м2 фильтрующей поверхности.
Не прекращая намыва, в нижнюю часть фильтра подают обрабатываемую воду, первые порции которой также сбрасывают на установку приготовления пульпы. После достижения примерно 50 % номинальной нагрузки на фильтре намыв отключается.
В намывном фильтре очистка воды в основном производится наружной частью фильтрующего слоя, которая при этом загрязняется и гидравлическое сопротивление фильтра резко возрастает. Чтобы увеличить продолжительность фильтроцикла, в обрабатываемую воду непрерывно добавляется небольшое количество фильтрующего материала (дозировка). Производится как бы непрерывное подновление наружной части фильтрующего слоя. На рис. 12.10 показана полученная на экспериментальной установке зависимость потери напора в фильтрующем слое от количества фильтрующего материала.
Рис. 12.10. Зависимость потери напора в фильтрующем слое от объема пропущенной воды при различной дозировке фильтрующего материала: 1 — без дозировки; 2 — доза 8 г/м3; 3 — доза 18 г/м3
На практике эта доза определяется содержанием взвешенных веществ (продуктов коррозии) в обрабатываемой воде и составляет 5—10 мг/м3. Во время работы намывного фильтра контролируют нагрузку, не допуская ее снижения более чем на 50 % во избежание «сползания» фильтрующего слоя. Нагрузка, как правило, автоматически поддерживается в заданных пределах, а при уменьшении ее ниже установленного значения фильтр автоматически отключается.
Критерием отключения фильтра и замены фильтрующего слоя (регенерации) является увеличение на нем перепада давления до 0,5 МПа или истощение ионообменной смолы. В настоящее время в ядерной энергетике находит применение «токовая» регенерация, дающая наименьшее количество жидких отходов.
Фильтр отключают и через патрубок 8 (рис. 12.8) в него подают сжатый воздух, который вытесняет воду из нижней части фильтра через фильтрующие элементы в верхнюю часть, откуда она сливается через патрубок 6. После снижения уровня воды в нижней части фильтра на 100 мм ниже, а в верхней части на 50 мм выше трубной доски, слив воды прекращается, а в фильтре создается давление не менее 0,5 МПа. Затем под трубной доской давление резко сбрасывается, для чего патрубок 8 через электромагнитный клапан со временем срабатывания около 0,15 с сообщается с атмосферой.
Из-за резкого перепада давления находящиеся над трубной доской вода и воздух устремляются через фильтрующие элементы в нижнюю часть фильтра, происходит гидравлический удар («шок»), в результате которого фильтрующий слой малым количеством воды удаляется со всей поверхности фильтрующих элементов и вместе с водой через патрубок 11 направляется на захоронение. Для более полного удаления остатков фильтрующего материала операцию повторяют. На очищенную фильтрующую поверхность намывается свежий фильтрующий слой, и фильтр включается в работу. Выполнение всех операций по намыву фильтрующего слоя, включению фильтра в работу и его регенерации, как правило, полностью автоматизировано.
Периодически (через 40—60 фильтроциклов) проводят химическую промывку (регенерацию) намывного фильтра, целью которой является растворение прочно сцепленных с фильтрующими элементами продуктов коррозии и остатков фильтрующих материалов. Критерием для такой регенерации является перепад давления на «чистом» фильтре более 0,05 МПа. Химическая регенерация заключается в поочередной обработке фильтрующих элементов горячими растворами щелочи с перманганатом калия и раствором щавелевой кислоты. В первом растворяются остатки фильтрующего материала (перлита, диатомита), состоящие в основном из окиси кремния, во втором — продукты коррозии, в основном окислы железа.
Перед химической регенерацией фильтр освобождается от фильтрующего материала, нижняя часть до уровня 100 мм ниже трубной доски заполняется раствором и для перемешивания через патрубок 7 подастся сжатый воздух, который посредством фильтрующих элементов барботирует через раствор и удаляется через патрубок 8. Слив отработанного раствора производится через патрубок 11.
При дезактивации фильтр полностью заполняется дезактивационным раствором, затем через фильтр подается сжатый воздух через патрубок 10; выходит воздух через патрубок 7.
Отечественной промышленностью для АЭС выпускаются намывные фильтры различной производительностью (табл. 12.2).
Таблица 12.2. Номенклатура намывных фильтров
Примечание. АФ — фильтр для АЭС, Нм — намывной фильтр.
