ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современная радиоэкологическая обстановка на территории Уральского региона обусловлена многолетней деятельностью предприятий ядерного топливного цикла, последствиями радиационных аварий и катастроф на производственных объектах, подземных ядерных взрывов и захоронений радиоактивных отходов, накопленных в результате осуществления военных программ. Радиоактивному загрязнению подверглись все компоненты окружающей среды, включая искусственные водохранилища и естественные водоемы в зоне влияния предприятий ЯТЦ. Основными радионуклидами, определяющими радиоактивное загрязнение водных объектов, являются долгоживущие ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. Через грунты дна водоемов радионуклиды с фильтрационными водами поступают в подземный водоносный горизонт, что может привести к выходу радионуклидов на поверхность и загрязнению открытой гидрографической сети.

Для исключения или уменьшения радиационного воздействия на население, вызванного загрязнением водоемов, необходимо проведение реабилитационных мероприятий по снижению содержания радионуклидов в их водах. Одним из наиболее перспективных и технологичных является сорбционный метод извлечения радионуклидов из водных сред. Узлы сорбционной очистки входят в большинство технологических схем действующих водоочистных сооружений, эффективность работы которых зависит от используемых сорбционных материалов. В работе рассмотрен сорбционный метод очистки водных объектов от техногенных радионуклидов с использованием природных неорганических сорбентов.

Природные неорганические сорбенты, в частности алюмосиликатные минералы, обладают повышенной избирательностью к ионам Cs⁺ и Sr²⁺, что позволяет ожидать высокую эффективность их применения при очистке воды от потенциально опасных изотопов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr. Доступность и дешевизна природных минералов являются важным экономическим преимуществом их применения для дезактивации, как слабоактивных жидких отходов, накопленных в открытых водоемах, так и природных вод (в том числе питьевого назначения) в случае аварийных ситуаций.

Наличие в Уральском регионе крупного Каринского месторождения глауконита, делает актуальной разработку на его основе сорбентов, пригодных к использованию в качестве загрузки фильтровальных сооружений для очистки радиоактивно загрязненных вод.

Целью работы является получение нового гранулированного сорбента на основе природных алюмосиликатов для извлечения радионуклидов цезия и стронция из водных сред с использованием водоочистных фильтров.

Для этого в работе предусмотрено решение следующих основных задач:

· выбор критериев оценки природных гранулированных сорбентов на основе анализа требований, предъявляемых к зернистым материалам, при использовании их в качестве фильтрующей загрузки водоочистных фильтров;

· разработка технологической схемы и выбор условий получения механически устойчивого гранулированного сорбента;

· исследование влияния процесса гранулирования на физико-химические, эксплуатационные и сорбционные характеристики природных алюмосиликатов;

· получение композиционных сорбентов на основе разработанного гранулированного носителя для повышения его сорбционных характеристик;

· определение основных сорбционных характеристик композиционных сорбентов на основе гранулированного алюмосиликатного носителя в статических и динамических условиях;

· испытание и определение ресурса работы фильтра с загрузкой гранулированным алюмосиликатом при очистке природной воды от радионуклидов цезия, стронция, катионов тяжелых металлов, ионов жесткости.

Работа выполнялась в рамках научно-технической программы Министерства образования по приоритетному направлению развития науки, технологий и техники РФ «Экология и рациональное природопользование», финансировалась по единому заказ-наряду Агенства федерального образования.

В диссертационную работу вошли результаты исследований, выполненных автором по договорам с ООО «Глауконит», ведущим разработку Каринского месторождения глауконита. На кварц-глауконитовый концентрат («Глауконит» ТУ 2164-003-45670985-05), используемый в нашей работе в качестве исходного материала, Управлением Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Челябинской области выдано санитарно-эпидемиологическое заключение № 74.50.03.216.П.000609.05.07 от 11.05.2007 г.

Результаты исследований исходного глауконита, в которых мы принимали участие, вошли в разработку «Применение минерала глауконит как реагента для очистки питьевой и промышленной воды», представленной ООО «Глауконит» на VII Московском Международном салоне инноваций и инвестиций в 2007 г, и награжденной серебряной медалью.

Научная новизна работы.

В диссертационной работе впервые:

· определены механические и сорбционные характеристики ряда природных алюмосиликатных минералов, показана конкурентоспособность по сорбционным свойствам Каринского глауконита с исследованными материалами при извлечении радионуклидов из водных сред;

· изучено влияние различных связующих компонентов и параметров конвективной обработки на механические и сорбционные свойства гранулированного алюмосиликата, предложены параметры процесса обжига в технологии получения гранулированных алюмосиликатных сорбентов;

· разработана технологическая схема получения гранулированного сорбента из природных алюмосиликатных минералов с использованием в качестве связующего золей соединений многовалентных металлов;

· определены физико-химические, эксплуатационные и сорбционные свойства новых образцов гранулированных алюмосиликатов;

· синтезированы новые композиционные сорбенты на основе разработанного гранулированного носителя для очистки природных и слабоактивных сточных вод от радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в статических и динамических условиях.

Практическая значимость.

Разработана технология гранулирования природных алюмосиликатов, позволяющая использовать их в качестве фильтрующей загрузки водоочистных фильтров. Созданы технические условия «Неорганический сорбент. Глауконит гранулированный» для производства ООО «Глауконит».

Синтезированный, в соответствии с техническими условиями, гранулированный глауконит по результатам лабораторных испытаний рекомендован для очистки питьевой воды от радионуклидов ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr при обеспечении радиационной безопасности населения за счет минимизации последствий чрезвычайных ситуаций. Проведена оценка ресурса фильтра с загрузкой гранулированным сорбентом.

Апробация работы.

Основные результаты работы были представлены на Международной научно-технической конференции «Техника и технология очистки и контроля качества воды» (Томск,1999), Научно-технической конференции “Экологические проблемы промышленных регионов” (Екатеринбург, 2000), Первой молодежной научно-практической конференции “Ядерно-промышленный комплекс Урала: проблемы и перспективы” (Озерск, 2001), Научно-технической конференции «Экологическая безопасность Урала» (Екатеринбург, 2002), Межотраслевой научно-технической конференции “Дни науки ОТИ МИФИ” (Озерск, 2002), IV Российской конференции по радиохимии «Радиохимия-2003» (Озерск, 2003), Всероссийской конференции «Актуальные проблемы физической химии твердого тела» (Екатеринбург,2005), Международной конференции «Теоретические аспекты использования сорбционных и хроматографических процессов в металлургии и химической технологии» (Екатеринбург, 2006), IX международном симпозиуме «Чистая вода России – 2007» (Екатеринбург, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 7 статей в реферируемых научных журналах.

На защиту автор выносит:

· технологическую схему получения гранулированных алюмосиликатных сорбентов;

· результаты оценки физико-химических и эксплуатационных свойств наиболее перспективных образцов гранулированных алюмосиликатов;

· результаты сравнительных исследований сорбционных свойств гранулированных материалов и их природных аналогов по отношению к радионуклидам ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr;

· результаты исследований сорбционных свойств композиционных

неорганических сорбентов на основе механически прочного и химически

стойкого гранулированного алюмосиликатного носителя;

· результаты испытаний водоочистного фильтра с загрузкой гранулированным сорбентом.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка использованных источников, 4 приложений. Работа иллюстрирована 37 рисунками и 19 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 166 ссылок.