2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

10
(19) RU (11) 2 552 845 (13) C2 РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (51) МПК G21F 9/00 (2006.01) ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (72) Автор(ы): Сафонов Алексей Владимирович (RU), (21)(22) Заявка: 2013125015/07, 30.05.2013 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 30.05.2013 Трегубова Варвара Евгеньевна (RU), Герман Константин Эдуардович (RU), Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 30.05.2013 Назина Тамара Николаевна (RU), Соколова Дияна Шамилевна (RU), Ершов Борис Григорьевич (RU), (43) Дата публикации заявки: 10.12.2014 Бюл. № 34 Горбунова Ольга Анатольевна (RU) (45) Опубликовано: 10.06.2015 Бюл. № 16 (73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2086019 C1, 27.07.1997 . RU химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина 2451350 C2, 20.05.2012. DE 3634111 C, 07.01.1988 . WO 2004076375 A2, 10.09.2004 Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU) Адрес для переписки: 119071, Москва, Ленинский пр-кт, 31, корп. 4, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИФХЭ РАН (54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ НИТРАТСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ (57) Реферат: Изобретение относится к средствам переработки нитратсодержащих жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и может быть использовано на атомных электростанциях и специализированных предприятиях, кондиционирующих радиоактивные отходы низкой и средней активности. В заявленном способе нитратсодержащие ЖРО перед отверждением в неорганический или полимерный матричный материал подвергают биодеструкции за счет ферментативных процессов специально подобранными консорциумами микроорганизмов при добавлении фосфорной кислоты и сахарозы, при этом микроорганизмы восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота, нерадиоактивная газовая фаза (азот, углекислый газ) выводится в атмосферу. Радионуклиды сорбируются образующимся после биодеградации шлаком биомассы, состоящим из самих микроорганизмов и продуктов их метаболизма; фосфорная кислота способствует микробиологическим процессам денитрификации и дополнительно приводит к образованию осадка фосфата стронция, что способствует увеличению прочности цементной матрицы. Техническим результатом является сокращение объемов нитратсодержащих ЖРО перед включением их в неорганическую (цементную, керамическую) или полимерную матрицу, сокращение объемов конечного продукта, подлежащего длительному хранению (захоронению), предотвращение биодеструкции нитратсодержащих ЖРО в составе цементного компаунда при длительном хранении. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил. Стр.: 1 RU 2552845 C2 RU 2552845 C2

Upload: konstantin-german

Post on 22-Jan-2018

176 views

Category:

Environment


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

(19) RU (11) 2 552 845(13) C2РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(51) МПКG21F 9/00 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБАПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

(72) Автор(ы):Сафонов Алексей Владимирович (RU),

(21)(22) Заявка: 2013125015/07, 30.05.2013

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:30.05.2013

Трегубова Варвара Евгеньевна (RU),Герман Константин Эдуардович (RU),

Приоритет(ы):(22) Дата подачи заявки: 30.05.2013

Назина Тамара Николаевна (RU),Соколова Дияна Шамилевна (RU),Ершов Борис Григорьевич (RU),

(43) Дата публикации заявки: 10.12.2014 Бюл.№ 34 Горбунова Ольга Анатольевна (RU)

(45) Опубликовано: 10.06.2015 Бюл. № 16 (73) Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки Институт физической

(56) Список документов, цитированных в отчете опоиске: RU 2086019 C1, 27.07.1997 . RU

химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина2451350 C2, 20.05.2012. DE 3634111 C,07.01.1988 . WO 2004076375 A2, 10.09.2004 Российской академии наук (ИФХЭ РАН)

(RU)Адрес для переписки:

119071, Москва, Ленинский пр-кт, 31, корп. 4,Федеральное государственное бюджетноеучреждение науки ИФХЭ РАН

(54) СПОСОБПЕРЕРАБОТКИНИТРАТСОДЕРЖАЩИХЖИДКИХРАДИОАКТИВНЫХОТХОДОВ(57) Реферат:

Изобретение относится к средствампереработки нитратсодержащих жидкихрадиоактивных отходов (ЖРО) и может бытьиспользовано на атомных электростанциях испециализированных предприятиях,кондиционирующих радиоактивные отходынизкой и средней активности. В заявленномспособе нитратсодержащие ЖРО передотверждением в неорганический или полимерныйматричныйматериал подвергают биодеструкцииза счет ферментативных процессов специальноподобраннымиконсорциумамимикроорганизмовпри добавлении фосфорной кислоты и сахарозы,при этом микроорганизмы восстанавливаютнитрат-ионы до молекулярного азота,нерадиоактивная газовая фаза (азот, углекислыйгаз) выводится в атмосферу. Радионуклиды

сорбируютсяобразующимсяпослебиодеградациишлаком биомассы, состоящим из самихмикроорганизмов и продуктов их метаболизма;фосфорная кислота способствуетмикробиологическимпроцессам денитрификациии дополнительно приводит к образованиюосадкафосфата стронция, что способствует увеличениюпрочности цементной матрицы. Техническимрезультатом является сокращение объемовнитратсодержащихЖРО перед включением их внеорганическую (цементную, керамическую) илиполимерную матрицу, сокращение объемовконечного продукта, подлежащего длительномухранению (захоронению), предотвращениебиодеструкциинитратсодержащихЖРОв составецементного компаунда при длительномхранении.2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Стр.: 1

RU

2552845

C2

RU

2552845

C2

Page 2: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

(19) RU (11) 2 552 845(13) C2RUSSIAN FEDERATION

(51) Int. Cl.G21F 9/00 (2006.01)

FEDERAL SERVICEFOR INTELLECTUAL PROPERTY

(12)ABSTRACT OF INVENTION

(72) Inventor(s):Safonov Aleksej Vladimirovich (RU),

(21)(22) Application: 2013125015/07, 30.05.2013

(24) Effective date for property rights:30.05.2013

Tregubova Varvara Evgen'evna (RU),German Konstantin Ehduardovich (RU),

Priority:(22) Date of filing: 30.05.2013

Nazina Tamara Nikolaevna (RU),Sokolova Dijana Shamilevna (RU),Ershov Boris Grigor'evich (RU),

(43) Application published: 10.12.2014 Bull. № 34 Gorbunova Ol'ga Anatol'evna (RU)

(45) Date of publication: 10.06.2015 Bull. № 16 (73) Proprietor(s):Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoeuchrezhdenie nauki Institut fizicheskoj khimii

Mail address:119071, Moskva, Leninskij pr-kt, 31, korp. 4,Federal'noe gosudarstvennoe bjudzhetnoeuchrezhdenie nauki IFKhEh RAN

i ehlektrokhimii im. A.N. Frumkina Rossijskojakademii nauk (IFKhEh RAN) (RU)

(54) METHOD FOR NITRATE-CONTAINING LIQUID RADIOACTIVE WASTE PROCESSING(57) Abstract:

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention refers to agents for nitrate-

comprising liquid radioactive waste (LRW) processingand can be used at nuclear power plants and specialisedplants conditioning low and mean-active radioactivewaste. In the declared method, before hardening ininorganic or polymer matrix material, the nitrate-containing LRW is biodegradable by the enzymaticprocesses with specially selected consortia ofmicroorganisms with added phosphoric acid andsaccharose; the microorganisms recover nitrate ions tomolecular nitrogen, whereas a non-radioactive gas phase(nitrogen, carbon dioxide) is dumped. The radioactive

nuclides are absorbed by biomass slag formed by thebiodegradation and consisting of the microorganismsand their metabolites; phosphoric acid promotescarrying out the denitrification processes andadditionally leads to strontium phosphate sedimentationthat provides higher strength of the cement matrix.

EFFECT: reducing the amount of nitrate-containingLRW before added to the inorganic (cement, ceramic)or polymer matrix, reducing the amount of long-storage(burial) final product, preventing biodegradation ofnitrate-containing LRW as a part of long-storage cementcompound.

3 cl, 1 tbl, 2 dwg

Стр.: 2

RU

2552845

C2

RU

2552845

C2

Page 3: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности кпроцессам переработки нитратсодержащих жидких радиоактивных отходов, и можетбыть использовано на атомных электростанциях и специализированных предприятиях,кондиционирующих радиоактивные отходы низкой и средней активности.

Нитраты являются основным компонентомжидких радиоактивных отходов (ЖРО),представляющих собой водныерастворынеорганических солей (ацетат, сульфат, хлорид,фосфат, оксалат, бикарбонат натрия, кальция, железа, аммония) общейминерализациейдо 300-500 г/л и органическихжидкостей (растворителей, экстрагентов, моющих средств,минеральных масел) общей концентрацией до 2-15 г/л. Каждый из присутствующих всоставе ЖРО солевых или органических компонентов в зависимости от метода ихпереработки может создавать определенные проблемы, но наибольшие сложностивозникают из-за присутствия в составе отходов нитрат-аниона (обычно вформе нитратанатрия). Например, при битумировании нитрат натрия, являющийся по своей природеокислителем, может при определенных концентрациях образовывать пожаро- и дажевзрывоопасные смеси с битумом.При высокотемпературныхметодах (остекловывание)происходит образование токсичных газообразных продуктов разложения нитратанатрия (в первую очередь токсичной двуокиси азота). При цементировании весьмазначительно снижается прочность цементного камня, а длительное хранениеотвержденных нитратных солейЖРОв цементном компаунде приводит к разрушениюцементной матрицы за счет внутренних процессов биогенного газо- икислотообразования [Горбунова О.А. Влияние микробиологической деструкциицементной матрицы на безопасность длительного хранения кондиционированныхрадиоактивных отходов // Физика и химия обработки материалов, 2011, №4. - С. 98-106].

При реализации технологий глубинного удаленияЖРОвподземныйпласт-коллекторсуществует риск распространения хорошо растворимых токсичных для окружающейсреды нитрат-ионов за пределы глубинных хранилищ. Нитратзависимое окислениесорбированных на породах радионуклидов чревато повышением миграционнойспособности трансвалентных радиоактивных элементов в высших степенях окисления[Назина Т.Н., Сафонов А.В., Косарева И.М. и др. Микробиологические процессы вглубинном хранилищежидких радиоактивных отходов "Северный" //Микробиология,2010, Т. 79, 4. - С. 551-561].

В этой связи представляется целесообразной разработка способа переработкинитратсодержащих ЖРО, обеспечивающего разложение нитрата натрия в ходепереработки с одновременнымпредотвращениемобразования токсичных газообразныхпродуктов и сокращением объема ЖРО, подлежащих дальнейшему отверждению.

Отверждение нитратсодержащих ЖРО в неорганическую матрицу - наиболеераспространенный способ иммобилизации ЖРО низкой и средней активности. Прииммобилизации стремятся к минимальному увеличению объема конечного компаундапо сравнению с исходнымобъемомЖРО.В среднем увеличение объема при включениив цементную или керамическую матрицу происходит в 1,5-3 раза, что требует большихобъемов хранилищ, экономических и кадровых затрат при организации длительногоконтролируемого хранения.

Для сокращения объемов радиоактивных отходов, подлежащих отверждению,ЖРОпредварительно подвергают очистке от радионуклидов.

Известен способ переработки ЖРО [патент РФ №2273066, G21F 9/06, G21F 9/20.Способ переработки жидких радиоактивных отходов / ГУПМосНПО «Радон»,Дмитриев С.А., Пантелеев В.И., Демкин В.И., Адамович Д.В., Свитцов А.А. - заявл.

Стр.: 3

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 4: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

13.09.2004, опубл. 27.03.2006], который заключается в том, что исходный поток ЖРОподвергают отстаиванию с образованием надосадочнойжидкости ишлама, после чегонадосадочнуюжидкость осветляютнамеханическомфильтре с образованиемфильтрата.Фильтрат разделяют ультрафильтрацией с образованием концентрата, которыйсмешивают с исходным потоком ЖРО, и пермеата. При этом пермеат подвергаютэлектродиализному разделению на рассол, который концентрируютэлектроосмотическим методом с получением потока радиоактивного концентрата ипотока дилюата, смешиваемого с потокомпермеата, и на диализат, которыйподвергаютглубокому обессоливанию с образованием дезактивированного раствора. При этомфильтрат механического фильтра перед ультрафильтрацией подвергаютионоселективной сорбции, затем в него вводят ассоциирующие добавки.Ультрафильтрациюосуществляют в принудительно-турбулентном режиме, а глубокоеобессоливание диализата проводят в две стадии: на первой - обратным осмосом, а навторой стадии дезактивированный раствор подвергают электродеионированию. Врезультате очистки ЖРО от радионуклидов до 94% дезактивированных вод можносбросить в гидрографическую сеть, коэффициент сокращения объема радиоактивныхЖРО, подлежащих отверждению, составляет около 90.

Недостатком известного способа является сложное аппаратурно-технологическоеоформление процесса, что требует высоких капитальных, эксплуатационных и кадровыхзатрат.

Известен способ переработки ЖРО, содержащих радионуклиды в ионной иколлоидной формах и балластные компоненты минеральной и органической природыв растворенном и взвешенном состояниях [Патент РФ №2465666, МПК G21F 9/08.Способ переработки радиоактивных отходов / Басиев А.А., Басиев А.Г., СеливерстовА.Ф. - заявл. 29.12.2010, опубл. 27.10.2012], который заключается в том, что органическиекомпонентыЖРО окисляют путем подачи озона с концентрацией более 0,2 г/л в потокотходов, предварительно отфильтрованный на сетчатом фильтрующем материале.Поток озонируемых ЖРО направляют навстречу потоку озона в пузырях, камерусмешения разделяют сеткой на две секции, в нижнюю из которых подают озон изэжектора замкнутым потокомЖРО, взятым из этой же секции, затем отделяют сеткойи поднимают во второй секции навстречу потоку ЖРО, при этом поток ЖРОнаправляют последовательно через две и более камеры, в последней из которыхколичество озона подбирают из расчета не менее 1/3 произведения: концентрации озона,расхода ЖРО и стехиометрического коэффициента его реакции с органикой в ЖРО,замкнутый поток ЖРО с озоном подают из эжектора в нижнюю секцию камерысмешения по касательной к ее периметру. Изобретение позволяет уменьшить объемрадиоактивного концентрата.

Недостатком способа переработки ЖРО является использование дорогостоящихреагентов (озона) и сложного аппаратурно-технологического обеспечения процесса.

Известен способ отверждения ЖРО низкого и среднего уровня активности [патентРФ №2087043, МПК 6 G21F 9/16. Способ отверждения радиоактивных отходов / П.В.Кривенко, Ж.В. Скурчинская, О.Н. Петропавловский и др. - опубл. 10.08.1997, Бюл.№22 (2 ч)].

Способ заключается в следующем. ЖРО (удельная активность 104-108 Бк/л)смешивают с глинистым компонентом (каолиновой, бентонитовой или спондиловойглиной) при водотвердом соотношении 1,5-3,0. Полученную суспензию смешивают свяжущим при водовяжущем отношении 0,5-1,6. В качестве вяжущего используютгидратную известь или тонкомолотый шлак с добавкой 2,5-5 мас.% клинкера или

Стр.: 4

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 5: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

портландцемента, или шлакопортландцемент при массовом соотношении глинистогокомпонента и вяжущего (15-50):(50-85). После 28 суток нормально влажностногохранения получают монолитные цементные образцы с высокой механическойпрочностью и низкой скоростью выщелачивания.

Недостатком способа является относительно большой объем получаемых в видецементных компаундов твердых радиоактивных отходов (по сравнению с исходнымиЖРО объем возрастает в 3-5 раз), что требует создания дополнительных хранилищ иувеличивает трудо- и материальные затраты, а также общую стоимость получаемыхтвердых радиоактивных отходов.

Известен способ отверждения радиоактивных отходов [Патент RU №2451350 С2.Способ иммобилизации ядерных отходов / СОЛЕТАНШФРЕЙСИНЕ (FR), л.Мартен,Ж.-Ж. Аман, В. Бернар. - заявл. №2010130270/07 от 19.07.2010, опубл. 20.05.2012, бюл.№14], который заключается в улучшении матрицы на базе смешанной с пескомминеральной композиции, полученной за счет минерализации биомассы организмов,относящихся к бактериям, растениям, животным, содержащей 50-80 мас.% карбонатакальция и 10-30 мас.% кремния.

Недостатком способа является сложность в приготовлении матрицы постоянногосостава, использование значительного количества исходной биомассы и энергетическихзатрат для минерализации, объемного и сложного оборудования для получениярастительной биомассы и длительность процесса культивирования организмов.

Наиболее близким к предлагаемому способу, выбранным в качестве прототипа,является способ включенияЖРО, содержащих нитрат натрия, в керамическуюматрицу[Патент РФ №2086019, МПК G21F 9/16. Способ включения жидких радиоактивныхотходов, содержащих нитрат натрия, в керамическую матрицу / Московское научно-производственное объединение «Радон», Соловьев В.А.; ЛифановФ.А.; Лащенова Т.Н.- заявл. 19.05.1995,№95108144/25, опубл. 27.07.1997], заключающийся в смешенииЖРОсобщим содержаниемнитрата натрия до 270 г/л сминерализатором, в качестве которогоиспользуют кремнефторид аммония в соотношении к нитрату натрия, как 2,4:1;восстановителем нитрат-ионов, в качестве которого используют карбамид всоотношении к нитрату натрия, как 1,8:1, разлагающий нитрат-анион по следующейсхеме:

NaNO3+3CO(NH2)2+O2=NaOH+2N2+3CO2+3NH3+H2O;и керамикообразующим материалом, в качестве которого используют бентонит,

смесь трепела и гидроокиси алюминия, а также суглинок в соотношении к нитратунатрия, как 4,8:1. Смесь обезвоживают до остаточной влажности не более 10 мас.%при температуре не более 100°С. Затем смесь нагревают при температуре 100-180°С втечение 6-8 ч, затем - при температуре 180-900°С не менее 4 ч, производят обжиг при900°С не менее 1 ч и охлаждают.

Недостатками прототипа является относительно большой объем получаемых в видекерамических компаундов твердых радиоактивных отходов (по сравнению с исходнымиЖРО объем возрастает в 1,5-2,5 раза), необходимость высокотемпературных методов,что не только затратно, но и требует дополнительныхмерпообеспечениюрадиационнойбезопасности и дополнительного газоочистного оборудования, фильтры которого,улавливающие газы с радионуклидами легколетучего 137Cs, также затем требуютпереработки.

Техническая задача данного изобретения состоит в сокращении объемовнитратсодержащих ЖРО перед включением их в неорганическую (цементную,керамическую) или полимерную матрицу; соответствующем предварительном

Стр.: 5

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 6: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

сокращении объемов конечного продукта, подлежащего длительному хранению(захоронению); в предотвращении биодеструкции нитратсодержащих ЖРО в составецементного компаунда при длительном хранении; в снижении стоимости процессапереработки и хранения нитратсодержащих ЖРО.

Указанная задача решается за счет того, что нитратсодержащие ЖРО передотверждением в неорганический или полимерный матричный материал подвергаютбиодеструкции за счет ферментативных процессов специально подобраннымиконсорциумами микроорганизмов при добавлении фосфорной кислоты и сахарозы,при этом микроорганизмы восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота,нерадиоактивная газовая фаза (азот, углекислый газ) выводится в атмосферу, чтоприводит к уменьшению объема в 2-5 раз; радионуклиды сорбируются образующимсяпосле биодеградации шлаком биомассы, состоящим из самих микроорганизмов ипродуктов их метаболизма; фосфорная кислота способствует микробиологическимпроцессам денитрификации и дополнительно приводит к образованию осадка фосфатастронция, что способствует увеличению прочности цементной матрицы.

Отличительнымпризнаком данного способа является снижение объема подлежащихотверждению нитратсодержащих ЖРО в 2-10 раз за счет процессов биодеструкциинитрат-ионов.

Отличительным признаком данного способа является использование специальноподобранного консорциума природных непатогенных бактерий рода Pseudomonas,обладающих повышенной радиорезистентностью и характерных для глубинныххранилищЖРО.

Отличительным признаком данного способа является сорбция радионуклидовнитратсодержащих ЖРО в образовавшемся после биодеградации шлаке биомассы, атакже образование в составе шлака белков и липидов биомассы, способных выступатьв качестве пластифицирующих добавок при отверждении.

Шлак биомассы, образующийся в процессе переработки нитратсодержащих ЖРОпредложенным способом, представляющий собой смесь биомассы с сорбированнымирадионуклидами и продуктов метаболизма бактерий, является не только неантагонистичным по отношению к неорганическому или полимерному матричномуматериалу, но и содержит аналогичные пластифицирующим добавкам компоненты,улучшающие параметры отверждения (улучшение перемешивания, текучести, сроковсхватывания конечного компаунда).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.НитратсодержащиеЖРО с концентрацией нитрат-иона не более 12 г/л смешиваются

с раствором сахарозы до достижения соотношения концентраций сахароза:нитрат = 1:1. Раствор подается в герметично закрытое металлическое устройство с мешалкой и ссистемой сдувки газа. В качестве титранта для поддержания рНвпределах 7-8 выступаетфосфорная кислота, которая играет дополнительную роль буферной системы ивысаливателя фосфата стронция. В устройство подается суспензия клетокденитрификаторов, содержащая не менее 107 кл/см3. Процесс проводится в течение неменее 2 суток при температуре от 20 до 30°С до снижения концентрации нитрат-ионовниже значений 45 мг/л. После проведения денитрации часть стока сливают, биомассуфильтруют и подвергают термической обработке от 25 до 90°С в течение от 1 до 3 сутокв обратной зависимости от температуры для обсушивания, после чего отверждают внеорганическую или полимерную матрицу и захоранивают.

Сущность и признаки заявленного изобретения в дальнейшемпоясняются чертежами,где показано следующее.

Стр.: 6

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 7: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

На фиг. 1 - кинетика потребления нитрат-иона бактериальным сообществом DN1;На фиг. 2 - доля сорбции радионуклидов культурами микроорганизмов, где:1 - бактериальное сообщество DN1;2 - бактериальное сообщество DN2;3 - бактериальное сообщество DN3.Реализация способа подтверждается следующими примерами.Пример 1.Подобранные культуры бактерий родов Pseudomonas (бактериальное сообщество

DN1) культивировали в течение 7 суток на питательной среде состава, г/л: NaNO3 - 1,5;сахароза - 1,5; NH4Cl - 1 г/л; NaCl - 0,8 г/л; MgSO4 - 0,1 г/л; Na2SO4 - 0,1 г/л, в анаэробныхусловиях, при нейтральном рН, температуре 20±1°С. Через каждые 24 часа проводилианализ концентрации нитрат-ионов в среде с помощью калиброванного ион-селективного электрода. Результаты, представленные на фиг. 1, свидетельствуют, чтоконцентрация нитрат-ионов после биодеградации в течение 16 часов снижается дозначений менее 45 мг/л, т.е. до значений ПДК для питьевой воды.

Пример 2.Биодеградацию проводили аналогично примеру 1. В среду были добавлены

радионуклиды тория, урана, цезия, стронция в концентрациях, характерных длянитратсодержащих РАО (137Cs 1·103 Бк/л, 90Sr 1·103 Бк/л, Th, 233U 1·102 Бк/л). Послебиодеградации и последующего обезвоживанияшлака биомассы в навеске определялисодержание радионуклидов. Результаты (фиг.2) свидетельствуют, что сорбция Thсоставила практически 100%, U - до 85%, Sr - до 50%, Cs - в среднем 10%.

Пример 3.БиодеградациюнитратсодержащихЖРО (общаяминерализация 100 г/л, содержание

нитратов 10 г/л, рН=9,0, удельная бета-активность 104 Бк/л) проводили аналогичнопримеру 1.

После 15 суток биодеградации часть образовавшегосяшламабиомассыобезвоживалиупариванием при температуре 65°С, после чего перемешивали с цементнымраствором,приготовленным на основе портланцемента марки М400 Д0 при водоцементномотношении В/Ц=0,7, где В - масса воды в составе цементного раствора, г; Ц - массапортландцемента, г. Другуючастьшламабиомассыаналогичного состава для сравненияне обезвоживали, а перемешивали с сухим портландцементом, взятым в расчете на В/Ц=0,7. У получившихся цементных растворов определяли растекаемость с помощьюконуса АзНИИ, расслаивание в мерном цилиндрическом сосуде вместимостью 20 см3

в течение 1,5 часа в состоянии покоя. Из цементных растворов с помощью разборныхформ готовили образцы-кубики размером 2×2×2 см, выдерживали в воздушно-влажныхусловиях до 28 суток, после чего определяли прочность на сжатие. Результатыпредставлены в табл. 1

Стр.: 7

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 8: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

Данные табл. 1 подтверждают, что цементные растворынаоснове нитратсодержащихЖРО, предварительно подвергшихся биодеградации, обладают требуемой дляудобоукладываемости растекаемостью, а при затвердевании удовлетворяют попрочности требованиям ГОСТ Р 51883-2002. Таким образом, при реализациизаявляемого способа решается техническая задача по сокращениюобъемов конечногопродукта, подлежащего захоронению, и по улучшению параметров цементированиянитратсодержащих ЖРО (повышению растекаемости при достижениирегламентированной прочности на сжатие).

Таким образом, преимущества изобретения заключаются в снижении стоимостипроцесса переработки и хранения нитратсодержащих ЖРО. Заявляемый способпозволяет:

- сократить объемы нитратсодержащих ЖРО до включения их в неорганическуюили полимерную матрицу с помощью малозатратных биодеструкционных процессов;

- сократить продолжительность последующих радиационно-опасных операций,объемов смесителей (соответственно - объемов дезактивирующих вод) при отверждениишлака биомассы ЖРО, меньшего по сравнению с исходным объемом ЖРО;

- сократить потребность в неорганическом или полимерном матричном материаледля отверждения;

- сократить объем конечного отвержденного продукта, подлежащего длительномухранению (захоронению), благодаря большей степени включения в компаунд шлакабиомассы нитратсодержащих ЖРО;

- предотвратить нежелательные деструкционные процессы матричного материалапри биодеструкции нитратсодержащих ЖРО в составе компаунда при длительномхранении и повысить надежность локализации радионуклидов в неорганической илиполимерной матрице.

Формула изобретения1. Способ переработки нитратсодержащих жидких радиоактивных отходов,

отличающийся тем, что жидкие нитратсодержащие радиоактивные отходы ссодержанием нитрат-ионов до 12 г/л сначала подвергают биодеструкции за счетферментативных процессов консорциумами денитрифицирующих микроорганизмов втечение не менее 2 суток при температуре от 20 до 30°С с добавлением в качествеисточника углерода сахарозы в соотношении сахароза:нитрат = 1:1 в герметичной

Стр.: 8

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 9: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

емкости, обеспечивающей анаэробные условия, оснащенной сдувкой газа ипринудительнымперемешиванием, при этоммикроорганизмывосстанавливаютнитрат-ионы до молекулярного нерадиоактивного азота, сбрасываемого в атмосферу, исорбируют радионуклиды, а также протекает биовосстановление радиоактивныхтрансвалентных металлов, после чего образовавшийся шлак биомассы отверждаютнеорганическим или полимерным матричным материалом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве консорциума микроорганизмовиспользуютприродныенепатогенные обладающие повышенной радиорезистентностьюбактерии родов Pseudomonas, характерные для подземных экосистем, вмещающихнитратсодержащие жидкие радиоактивные отходы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что образовавшийсяшлак биомассы для отводанерадиоактивной воды дополнительно обезвоживают при температуре от 25 до 90°Св течение от 1 до 3 сут в обратной зависимости от температуры.

Стр.: 9

RU 2 552 845 C2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Page 10: 2015 патент-сафонов-герман и др-2552845

Стр.: 10

RU 2 552 845 C2