3.3.4. Реагентное выделение и осаждение радионуклидов

Реагентные методы основываются на введении в раствор  реагентов, способствующих переходу растворенных радионуклидов в нерастворимые формы. Это окислители (кислород, озон, перманганат калия и др.), либо рН–корректоры, повышающие рН выше 8 (известковое молоко, сода, и другие), либо и то и другое в комплексе.

Нерастворимые формы радионуклидов подвергаются химическому осаждению вследствие образования в жидкой фазе малорастворимых кристаллических осадков [33], либо коагуляции, путем адсорбции на малорастворимых гидроксидах коагулянтов коллоидных частиц загрязнений и соосажденных гидроксидов тяжелых металлов.

Кристаллические и коллоидные образования радионуклидов ассоциируют в частицы, способные отделяться от раствора в поле сил тяжести или других массовых сил.

Неоднородная смесь частиц и жидкости представляет собой пульпу. По крупности частиц пульпы различают: тонкие и грубые суспензии, шламы (мулы) и коллоидные растворы.

Осаждаемые частицы называются преципитатом, а осветленная жидкость — супернатантом. На поверхности или внутри твердой фазы концетрируются коллоидные и (или) растворенные примеси [34].

Осаждение эффективно при выведении из пульпы коллоидных и взвешенных частиц. Характеризуется низкой стоимостью, доступными реагентами и типовым оборудованием. Недостатками являются: низкая эффективность и большое количество вторичных отходов. Оборудование для осветления воды отстаиванием занимает большие площади.

В качестве коагулянтов используют соли слабых оснований (железа и алюминия) и сильных кислот: Fe₂(SO₄)₃, FeSO₄, Al₂(SO₄)₃, FeCl₃, AlCl₃.

Для процессов коагуляции определяющими являются доза коагулянта и рН среды.

Для мутных вод доза коагулянта Д_к оценивается выражением

, г/м3

3.4.

где М - мутность, г/м³.

Взаимодействие с высокомолекулярным веществом, молекулы которого обладают в растворенном виде зарядом – флокулянтом, ускоряет образование и осаждение хлопьев при коагуляции, увеличивает плотность агрегатов и осадков, расширяет диапазон рН эффективного действия коагулянтов.

По составу полярных групп флокулянты различают:

- неионогенные — полимеры, содержащие неионогенные группы: —ОН, —СО (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт, полиакрилонитрил и др.);

- анионные — полимеры, содержащие анионные группы: — СООН, — SО₃Н, —ОSО₃Н (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.);

- катионные — полимеры, содержащие катионные группы: —NН₂, =NН (полиэтиленимин, сополимеры винилпиридина, ВА-2, ВА-102, ВА-212 и др.);

- амфотерные — полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы(полиакриламид, белки и др.)

Для мутных вод дозу флокулянта можно оценить выражением

3.5.

Для обеспечения диспергирования флокулянта концентрация раствора рекомендуется близкой к 0,001 %, при том, что чаще применяются концентрации 0,005-0,01% [34].

Коагулирование и флокуляция снижают степень агрегативной устойчивости примесей и формируют вместе с ними хлопья размером 0,030→0,100→0,3→3 мм. Площадь поверхности твердого вещества в хлопьях составляет 200—600 м²/г, а отношение объема жидкой фазы к объему твердой, достигает тысячи единиц. Плотность хлопьев составляет 1,01— 1,1 г/см³, предельное напряжение сдвига от 3 до 20 мг/см.

Концентрация взвешенных веществ в среде, поступающей на очистку, с учетом вводимых реагентов составляет:

, мг/л

3.6.

где М – количество взвешенных веществ в исходной среде, г/м³ (принимается равным исходной мутности);

Д_к – доза коагулянта по безводному продукту, г/м³;

К_к – коэффициент чистоты реагента (очищенный сернокислого алюминия - 0,5, для нефелинового коагулянта – 1,2, для хлорного железа – 0,7);

Ц – цветность исходной среды, град.;

В_и – количество нерастворимых веществ, вводимых с известью

, г/м3

3.7.

где К_и – долевое содержание СаО в извести, принимаемое при расчетах 0,5–0,6;

Д_и – доза извести по СаО, г/м³.

Осаждение монодисперсных систем характеризуют гидравлической крупностью частиц, численно равной экспериментально установленной скорости их осаждения в поле массовых сил. Для полидисперсных систем используют среднеквадратичный радиус частиц или их средний гидравлический размер, определенный опытным путем.

Скорость осаждение v отдельной сферической частицы в ламинарном режиме (Re<1,6), в соответствии с уравнением Стокса:

,

3.8

где d-диаметр частицы, ρ_Т - плотностей твердой и ρ_{Ж -} жидкой фаз, μ-динамическая вязкость жидкой фазы, g-ускорение свободного падения.

Уравнение Стокса не учитывает ортокинетическую коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и другие факторы.

Введение в раствор высокодисперсных твердых частицы осаждаемого или другого вещества (затравки) ускоряет осаждения и повышает коэффициент очистки [35].