Technologie odstraňování uranu z pitné vody na iontoměničích

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Technologie odstraňování uranu z pitné vody na iontoměničích"

Miroslava Havlíčková
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Technologie odstraňování uranu z pitné vody na iontoměničích RNDr. Václav Dubánek FER&MAN Technology, s.r.o. ÚVOD Hygienické hodnocení účinků obsahu uranu nebo dalších radioaktivních látek v pitné vodě bylo v minulém období založeno výhradně na radiologických kritériích limitovaných v rámci vyhl. Státního úřadu pro jadernou bezpečnost č. 307/2002 Sb. Odvozený kvantitativní limit tak činil pro obsah uranu 0,05 mg.l -1, což odpovídá objemové aktivitě uranu 1,25 Bq.l -1. Na základě doporučení Světové zdravotnické organizace jsou v současnosti při hodnocení obsahu uranu a jeho sloučenin v pitných vodách brány v potaz účinky toxikologické, projevující se u sloučenin čtyřmocného a šestimocného uranu akutním nebo chronickým poškozením vnitřních orgánů v důsledku ukládání nerozpustných komplexů uranu a fosforu (Tölgyessy et al., 1984). S přihlédnutím k toxikologickým účinkům sloučenin uranu byla limitní koncentrace pro pitné vody navržena SZO na úrovni 15 µg.l -1 U s tím, že uvedený limit používaný hygienickou službou dosud jako pracovní bude dle informace pracovníků SZÚ implementován do české legislativy. URAN V PŘÍRODNÍCH VODÁCH Výskyt zvýšených koncentrací uranu je vázán na podzemní vody jejichž kolektor nebo bázi kolektoru tvoří magmatické, vulkanické nebo sedimentární horniny s horninotvornými minerály (křemen, ortoklas, plagioklas) nebo akcesorickými minerály (monazit, xenotim, ortit) se zvýšeným obsahem uranu. Obr. 1. Prostorové vyjádření rovnovážných vztahů v systému U O 2 H 2 O CO 2. 87

což odpovídá objemové aktivitě uranu 1,25 Bq.l -1.

2 V přírodním prostředí vytváří uran i řadu vlastních minerálů jako uraninit, uranofan nebo uranylfosfáty (např. autunit) apod. Horniny a minerály uranu v přírodním prostředí na kontaktu s vodou a CO 2 podléhají hydrolýze a uvolňují v závislosti na hodnotě oxidačně-redukčního potenciálu sloučeniny U IV nebo U VI do roztoku. Speciaci sloučenin uranu ve vodách podrobně zkoumali Garrels a Crist (1965), v českých podmínkách pak Čadek a Majer (1979). Z jejich dokumentu Podmínky vylučování a rozpouštění přírodních uranových materiálů jsme převzali prostorový rovnovážný digram vycházející z původní práce Garrelse a Christa (obr.1). Z diagramu vyplývá, že v podmínkách přírodních podzemních vod užívaných pro výrobu vody pitné se uran bude vyskytovat v neutrálním nebo slabě alkalickém prostředí s obsahem hydrogenuhličitanů nebo uhličitanů resp. sulfátů při jejich vyšší koncentraci v komplexních aniontech uranylu UO 2 2+ : [UO 2 CO 3 ] 0, [UO 2 (CO 3 ) 2 ] 2-, [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4-, [UO 2 SO 4 ] 0 [UO 2 (SO 4 ) 2 ] 2-. SORPČNÍ TESTY Experimentální práce proběhly v laboratoři VŠCHT v Praze, katedra technologie prostředí, pod vedením Doc. Ing. Niny Strnadové, CSc., a to se zaměřením na experimentální zjištění účinnosti odstraňování uranu z pitné vody na iontoměničích. Cílem laboratorních sorpčních testů bylo snížení obsahu uranu z upravené vody po filtraci (vrt M-1 tab.1) odebrané dne na ÚV Mutějovice s obsahem uranu v surové vodě až 80 µg.l -1. Tabulka 1. Kvalita surové vody a vody po aeraci a filtraci. M-1 po filtraci ph 7,32 U (µg.l -1 ) 21 Konduktivita (ms.m -1 ) 54 KNK 4,5 5,1 ZNK 8,3 0,15 Σ Ca+Mg 3,35 Ca (mg.l -1 ) 93,2 Mg (mg.l -1 ) 24,9 Na (mg.l -1 ) 7,39 K (mg.l -1 ) 5,78 Fe (mg.l -1 ) < 0,001 Volný CO 2 (mg.l -1 ) 6,6 Agresivní CO 2 (mg.l -1 ) <1 Z důvodu neznámé speciace uranu ve filtrátu byly pro sorpční testy použity ionexy : AMBRLITE SR1 L Na silně kyselý katex AMBRJET 4200 Cl silně bazický anex 88

Speciaci sloučenin uranu ve vodách podrobně zkoumali Garrels a Crist (1965), v českých podmínkách pak Čadek a Majer (1979).

3 Oba ionexy byly před vlastní sorpční fázi podrobeny regeneraci a následnému promytí za účelem odstranění regeneračního roztoku z kolony naplněné ionexy. Regenerace byla prováděna roztokem NaCl o koncentraci 1 mol.l -1, tak, aby na 1 litr ionexu bylo spotřebováno 240 g NaCl. Zatížení při regeneraci bylo 2 B V.h -1, což při objemu anexu 50 ml odpovídalo průtoku 17 ml roztoku NaCl za 10 minut a při objemu katexu 70 ml byl průtok 23 ml za 10 minut. Promývání ionexů bylo provedeno destilovanou vodou za podmínek průtoku 10 B V.h -1 tak dlouho, až na odtoku z ionexů byla dosažena konstantní hodnota konduktivity. Promývání katexu bylo ukončeno při konduktivitě 3,7 µs.cm -1 a promývání anexu při hodnotě konduktivity 12,5 µs.cm -1. Sorpční fáze obou ionexů probíhaly z důvodu chemického složení při odlišných navážkách a rozdílných objemových zatíženích. Katex byl provozován se zatížením 16 B v.h -1, anex se zatížením vyšším, do 30 B v.h -1. Odběry frakcí byly prováděny u katexu po 2 hodinách a u anexu po 2,5 hodinách. Výsledky chemických rozborů provedených za účelem stanovení základních ů upravené vody jsou uvedeny v tabulkách 2. a 3. označení vzorku Tabulka 2. Výsledky sorpční fáze : KATEX. vstup K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 U (µg.l -1 ) ph 7,32 7,83 7,88 7,80 7,93 7,74 7,89 7,95 κ (ms.m -1 ) KNK 4,5 Σ Ca+Mg 5,1 5,1 5,1 4,95 5,0 5,1 5,2 5,2 3,35 0 0,01 0,01 0,03 0,02 0,02 0,25 Na (mg.l -1 ) 7, označení vzorku Tabulka.3. Výsledky sorpční fáze : ANEX. vstup A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 U (µg.l -1 ) 21 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 ph 7,32 7,23 7,22 7,58 7,52 7,50 7,80 8,07 κ (ms.m -1 ) KNK 4,5 5,1 0,9 2,2 3,2 4,5 5,1 5,5 5,3 Cl - (mg.l -1 ) 36, ,5 49,8 37,8 89

h -1, což při objemu anexu 50 ml odpovídalo průtoku 17 ml roztoku NaCl za 10 minut a při objemu katexu 70 ml byl průtok 23 ml za 10 minut.

4 ZHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ Z výsledků prezentovaných v tabulkách 2. a 3. lze dospět k jednoznačnému závěru, že ve zkoumaném vzorku vody se uran vyskytoval převážně v aniontové formě: S největší pravděpodobností šlo o uran-karbonátový komplex [UO 2 (CO 3 ) 2 ] 2- (srovnej diagr. obr.1). Zatímco účinnost katexu na odstranění uranu byla zanedbatelná, sorpční fáze na anexu vykazovala vysokou relativní účinnost >90%. Vzhledem k tomu, že byl použit silně bazický anex AMBRJET 4200 Cl, je experimentálně odvozená minimální iontovýměnná kapacita uranu vztažená na objemovou jednotku anexu podmíněna koncentrací síranů v surové vodě (64 mg.l -1 ), obsah chloridů byl 36,8 mg.l -1. Tabulka 4. Bilance, iontovýměnná kapacita. čas [hod] B v h -1 množství [l] bilance meq bilance U[µg] ,0 3,75 4,99 104, ,8 3,35 4,46 93, ,0 3,50 4,66 97, ,0 3,38 4,49 94, ,0 3,88 5,15 108, ,5 3,44 4,57 96, ,4 3,30 4,39 92,17 Σ 24,59 32,70 686,73 Vzhledem k tomu, že v průběhu experimentální sorpční fáze nedošlo k průniku uranu nad požadovanou úroveň i když iontová výměna dosáhla svého kapacitního limitu (srovnatelný obsah Cl - na vstupu a ve vzorku A7), lze experimentální výsledky pokládat za spolehlivé, limitované pouze aktuálním zastoupením aniontů v upravované surové vodě. Z tabulky 4. je patrné, že po dobu experimentální fáze proteklo anexovou kolonou o objemu 50 ml 24,59 l technologického vzorku při vysokém průměrném objemovém zatížení anexu 28,1 B v.h -1 a s konstantní účinností na výstupu >90%. Experimentálně odvozená minimální iontovýměnná kapacita činila 0,65 eq/l anexu a 13,7 mg U/l anexu. K obdobným výsledkům vedly experimentální práce provedené se surovou podzemní vodou zdroje pro obecní vodovod v Přišimasy - Hradešín s obsahem uranu do 30 µg.l

diagr. obr.1). Zatímco účinnost katexu na odstranění uranu byla zanedbatelná, sorpční fáze na anexu vykazovala vysokou relativní účinnost >90%.

5 ZÁVĚR DOPORUČENÍ PRO APLIKACI TECHNOLOGIE Na základě provedených experimentálních prací byla ověřena forma výskytu uranu a to, jako komplexního aniontu pravděpodobně karbonátové povahy. Současně se podařilo prokázat vysokou technologickou účinnost odstraňování uranu z reálné vody na standardním anionaktivním iontoměniči. Na obr. 2. uvádíme základní technologické schéma zařazení iontoměniče do provozního systému. Obr. 2. Technologické schéma anexové stanice s obtokem pro odstraňování uranu. (iontoměniče 1, nádrže regenerantu NaCl 2) Z obr. 2. je zřejmé, že po technické stránce lze odstraňování uranu na iontoměničích řešit relativně jednoduchým a ekonomicky úsporným způsobem. Po technologické stránce, vzhledem k závislosti účinnosti anexu na celkovém složení upravované vody, pokládáme za nezbytné ověřit aplikovatelnost iontovýměnné technologie laboratorním testem, a to zejména se zaměřením na: Ověření účinnosti odstraňování uranu ze surové vody a stanovení příslušné iontovýměnné kapacity s ohledem na celkové složení surové vody. Ověření vlivu iontové výměny na původní složení surové vody; odstraňování uranu a objemové aktivity α na silně bazickém anexu je provázeno uvolňováním chloridů do upravené vody s limitovanou MH vyhl. 252/2004 Sb. Ověření množství a složení odpadních vod s přihlédnutím na jejich potenciální objemovou aktivitu a nakládání s nimi z pohledu vyhl. 307/2002 Sb. Z předcházejícího vyplývá, že popsaná technologie otevírá další z možností efektivní úpravy pitných vod se zvýšeným obsahem uranu (ale také simultánně dusičnanů, síranů), avšak její konkrétní provozní aplikace vyžaduje kvalitní zvážení všech provozně-technologických a ekonomických souvislostí. 91

uvádíme základní technologické schéma zařazení iontoměniče do provozního systému. Obr. 2. Technologické schéma anexové stanice s obtokem pro odstraňování uranu.

Podobné dokumenty

Vodní hospodářství jaderných energetických zařízení

Vodní hospodářství jaderných energetických zařízení Pochody ÚCHV a CHÚV realizované pomocí ionexových filtrů změkčování dekarbonizace deionizace demineralizace Změkčování odstraňování iontů Ca ++ a Mg