Raporty IChTJ. Seria B nr 1/2015




LABORATORYJNA INSTALACJA DO CIĄGŁEJ OBRÓBKI RADIACYJNEJ CIEKŁYCH ZANIECZYSZCZEŃ PRZEMYSŁOWYCH

(Laboratory installation for continuous irradiation process of liquid industrial waste)

Zbigniew Zimek, Karol Roman, Sebastian Długoń

Instytut Chemii i Techniki Jądrowej (IChTJ) uczestniczył w programie Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA), tzw. co-ordinated research project (CRP), dotyczącym radiacyjnej obróbki ścieków w celu ich utylizacji, ze szczególnym uwzględnieniem ścieków zawierających zanieczyszczenia organiczne („Radiation treatment wastewater for reuse with particular focus on wastewaters containing organic pollutants”). IChTJ realizował projekt „Prace laboratoryjne i studium wykonalności dla instalacji oczyszczania ścieków przemysłowych” („Laboratory and feasibility study for industrial waste effluents treatment by radiation”). W ramach projektu prowadzono prace mające na celu określenie możliwości wykorzystania obróbki radiacyjnej do zintensyfikowania procesu utylizacji ścieków przemysłowych powstających w procesie produkcji sody. Podczas produkcji sody metodą Solvaya, powszechnie stosowaną w Europie i w Polsce, powstają znaczne ilości stałych i ciekłych odpadów. Nawet częściowe zagospodarowanie szlamów posodowych jest ważnym zagadnieniem ze względu na niekorzystny ich wpływ na środowisko.
Przedmiotem podjętych działań, opisanych w tym raporcie, było opracowanie założeń, kompletacja niezbędnych elementów i uruchomienie współpracującej z akceleratorem elektronów typu IŁU-6 laboratoryjnej instalacji przeznaczonej do prowadzenia obróbki radiacyjnej metodą ciągłą. Do zasadniczych funkcji tej instalacji należy prowadzenie procesu ciągłej obróbki radiacyjnej w fazie ciekłej z wydajnością rzędu 20-50 l/min. Kluczowym proble-mem technologicznym była optymalizacja konstrukcji komory do napromieniowania w sys-temie obróbki ciągłej, zapewniającej uzyskanie wymaganej jednorodności (rozkładu dawki głębinowej).
Przetestowano sposób formowania strumienia produktu o odpowiednich dla procesu parametrach (wymiary geometryczne, prędkość przepływu). Przeprowadzono również symulację komputerową procesu obróbki radiacyjnej strumienia cieczy w powiązaniu z energią wiązki elektronów oraz rozkładem dawki. Rozważano opcję polegającą na wykorzystaniu sprężonego powietrza w celu zmniejszenia gęstości napromieniowanej zawiesiny i poprawy jednorodności procesu napromieniowania. Instalacja laboratoryjna została wyposażona w dwa zbiorniki o pojemności 0,6 m3 każdy, umożliwiające prowadzenie procesu w dostatecznie długim czasie i w szerokim zakresie prędkości przepływu. Układ zasilania pompy został skojarzony z mikroprocesorowym układem sterowania, umożliwiając regulowany przepływ cieczy poddawanej obróbce radiacyjnej w układzie o założonej geometrii. Ze względu na korozję indukowaną przez szlamy posodowe instalacja laboratoryjna została wykonana z materiałów i komponentów (zawory, rury, pompy) odpornych na korozję.
Montaż i uruchomienie instalacji oraz przeprowadzenie prób technologicznych podczas pracy w warunkach ciągłych pozwoliły na uzyskanie informacji niezbędnych do sformułowania założeń techniczno-ekonomicznych dla instalacji przemysłowej. Dotyczy to w pierwszym rzędzie konstrukcji komory do napromieniowania fazy ciekłej, przy zachowaniu właściwych parametrów geometrycznych strumienia produktu i odpowiednio do skali procesu założonej wydajności instalacji. Istotne znaczenie miało określenie stabilnych warunków prowadzenia procesu w powiązaniu z określonymi wymiarami geometrycznymi strumienia produktu oraz prędkością jego przepływu. Opracowano algorytm sterowania pracą instalacji laboratoryjnej, która współpracuje z akceleratorem elektronów.


The Institute of Nuclear Chemistry and Technology (INCT) participated in the programme of the International Atomic Energy Agency (IAEA) named co-ordinated research project (CRP) ”Radiation treatment wastewater for reuse with particular focus on wastewaters con-taining organic pollutants”. The INCT realized project ”Laboratory and feasibility study for industrial waste effluents treatment by radiation”. The works which were guided within the project were focused on qualification of the possibility of utilization of the radiation processing to intensify the process of the utilization of industrial sewages generated in the process of the soda production. The Solvay method commonly used in soda industry in Europe and in Poland, is responsible for generation considerable quantities of solid and liquid wastes. Even partial reduction of the amount of waste is important from point of view the environment protection.
The report describes the works undertaken during stage of planning and starting up the laboratory installation designed for radiation processing of liquids by the continuous method. It was foreseen in the programme of the realization of the task designs, compiling component units, and in the consequence starting laboratory installation to cooperate with electron accelerator ILU-6 type. The principle function of laboratory installation is radiation processing of liquid phase in continuous mode with flow rate 20-50 l/min. The key technological issue of the installation was optimization irradiation chamber construction to obtain required homogeneity of processing (the depth dose distribution).
Testing the way of forming the stream of the product with suitable for the process parameters (geometrical dimensions, speed of the flow) was conducted. The computer simulations of liquid stream were also performed in relation to suitable energy of the electron beam and depth dose distribution. The option related to the compressed air utilization for the decrease of the irradiated liquid density and for the improvement of the homogeneity of the irradiation process was considered. The laboratory installation was equipped in two reservoirs with the capacity 0.6 m3 each. This allows performing of the irradiation process in the sufficiently long time and in the wide range of the speed of the flow. The electrical supply of the pump was associated with the microprocessor arrangement for control working conditions, what made possible regulated flow of the irradiated liquid in the proper geometry arrangement. The laboratory installation was made of materials and components (valves, pipes, pumps) resistant on corrosion induced treated liquids.
The equipment installation and starting up period in continuous mode of operation provided useful information necessary for technical evaluation and assumptions for large scale of radiation facility. This concerns at first the construction of the chamber to irradiat-ing the liquid phase with proper geometrical parameters of the stream of the product and suitably to the scale of the process and throughput of the installation. The essential meaning had the qualification of the stable conditions of the guidance of process in connection with the definite geometrical dimensions of the stream and the speed of the product flow. The algorithm of the laboratory installation control in connection with electron accelerator requirements was elaborated.