Дезактивация воды

Вода в открытых водоемах может заражаться радиоактивными веществами вследствие оседания их из облака ядерного взрыва, а также в результате наведенной радиоактивности. Для водоемов с пресной водой, содержащей мало минеральных солей, наведенная радиоактивность обычно невелика, и ее можно во внимание не принимать.

Зараженность воды продуктами ядерного взрыва в открытых водоемах обусловливается присутствием в ней твердых радиоактивных частиц, радиоколлоидов и истинных растворов радиоактивных изотопов. Большая часть твердых радиоактивных продуктов ядерного взрыва (до 95 \%) прочно удерживается на частицах пыли и в воде не растворяется, незначительная часть радиоактивных веществ (до 5 \%) переходит в раствор. Например, изотопы стронция и йода находятся в воде в виде истинных растворов, а радиоизотопы иттрия, циркония, ниобия — в виде радиоколлоидов.

Высокая степень заражения воды может быть в открытых водоемах при подводных ядерных взрывах, когда часть РВ задерживается водой. В период дождей зараженность водоемов увеличивается за счет смывания радиоактивных веществ с зараженной местности.

При воздушных ядерных взрывах заражение открытых водоемов значительно ниже по сравнению с заражением их при наземных ядерных взрывах и, как правило, опасности не представляет.

Опасные концентрации радиоактивных веществ в непроточных водоемах могут сохраняться в течение длительного времени (до нескольких недель). Продолжительность заражения проточных водоемов значительно меньше и в основном определяется скоростью течения и протяженностью участка заражения выше водозабора.

Радиоактивное заражение водоисточников уменьшается со временем в результате разбавления радиоактивного осадка, сорбции РВ грунтом и илом и поглощения планктоном. Одновременно происходит осаждение крупных частиц под действием силы тяжести. Степень заражения воды в открытых водоемах может превышать допустимые величины в 10–100 раз.

Дезактивация воды проводится в том случае, когда ее зараженность превышает допустимые величины (табл. 5) и нет возможности обеспечить войска водой из незараженных источников.

Таблица 5

Величины заражения воды, не приводящие при длительном употреблении к лучевому поражению и не отягощающие поражающий эффект от внешнего гамма-облучения

В зависимости от характера и степени заражения, а также от наличия средств дезактивация воды может производиться физико-химическим или физическим способами.

Физико-химический способ дезактивации воды может быть осуществлен или фильтрованием воды через сорбенты, иониты, почвенные фильтры и другие фильтрующие материалы, или коагулированием с последующим отстаиванием.

Физический способ дезактивации воды осуществляется путем ее перегонки (дистилляции).

Фильтрование через сорбенты и иониты, а также перегонка являются основными способами дезактивации воды и осуществляются с помощью табельных технических средств водоочистки (ТУФ-200, МАФС-3, ПОУ и ОПС). Коагулирование с последующим отстаиванием, а также фильтрация через почвенные фильтры являются вспомогательными способами.

Дезактивация воды фильтрованием с ионным обменом заключается в пропускании зараженной воды через слой ионитов. В результате ионообменной реакции происходит замена нерадиоактивных ионов ионита радиоактивными катионами, находящимися в растворе. Радиоактивные ионы образуют нерастворимые соединения с ионитами, и тем самым зараженная вода освобождается от радиоактивных изотопов.

Иониты представляют собой твердые вещества различной окраски, раздробленные на мелкие зерна (гранулы). Полимерные молекулы ионитов имеют подвижные группы, способные вступать в обменные реакции с ионами, находящимися в растворе. В катионите такими группами являются катионы (обычно Н+ или Nа+); в процессе ионообменной реакции они заменяются катионами металлов (радиоактивных и нерадиоактивных), находящихся в растворе (например, Са2+, Sr2+ и т. д.). В анионите подвижными группами являются анионы (обычно ОН– или НСО–3 ); в процессе реакции они заменяются анионами, присутствующими в растворе (Сl–,  SО42–  и др.).

Поскольку при заражении воды продуктами ядерного взрыва очень малая доля РВ находится в виде анионов, то обычно для полевой водоочистки используются только катиониты.

Химическая промышленность выпускает целый ряд синтетических ионитов, обладающих высокой активностью и различными особенностями. Лучшим из отечественных катионитов является сульфоуголь (каменный уголь, обработанный серной кислотой), который дешев, доступен и обеспечивает высокую степень очистки воды от радиоактивных ионов при высоких скоростях фильтрации.

Перед слоем сульфоугля в фильтре ставится равный слой карбоферрогеля-М (КФГ-М), который является универсальным сорбентом для всех ОВ; кроме того, он очищает воду от взвешенных, частиц, цветности, запахов и привкусов. На карбоферрогеле-М задерживается 80 \% и более радиоактивных веществ.

Чтобы успевала проходить ионообменная реакция, фильтрация воды через ионообменные фильтры производится со скоростью не выше  6 м/ч.

Прозрачная вода этим способом очищается от РВ на 99,5–99,9 \%, мутная — значительно хуже. Поэтому воду предварительно осветляют путем коагулирования загрязнений с последующим отстаиванием. Перед употреблением очищенная вода нейтрализуется двууглекислой содой.

Дезактивация воды перегонкой (дистилляцией) осуществляется путем выпаривания зараженной воды с последующим отведением и конденсацией пара. При этом радиоактивные вещества на 99,9 \% остаются в сосуде, из которого производится испарение воды, оседая вместе с солями на его стенках; дистиллят получается практически незараженным.

Дезактивацию воды перегонкой производят с помощью табельной передвижной опреснительной установки с производительностью 200–300 л/ч, передвижной опреснительной станции (ОПС) с производительностью 1800– 2000 л/ч или других имеющихся в наличии перегонных аппаратов.

При перегонке воды, зараженной радиоактивными и отравляющими веществами, часть этих веществ может попасть в дистиллят. Во избежание этого перед перегонкой вода должна подвергаться дегазации.

Дезактивация воды коагулированием с последующим отстаиванием является наиболее распространенным способом полевой очистки воды. Коагулирование осуществляется путем растворения в воде веществ, которые в результате гидролиза образуют рыхлый хлопьевидный осадок. В качестве коагуляторов берут сернокислую соль закиси железа FеSО4 или сернокислый алюминий А12(SО4)3 и в случае необходимости, для подщелачивания, — соду или известь.

Процесс коагуляции, например, сернокислым алюминием основан на реакции:

Аl2(SО4)3 + 3Nа2СО3 + 3Н2О → 2Аl(ОН)3 + 3NaSО4 + 3СО2.

Гидрат окиси алюминия во всем объеме воды образует хлопья, обладающие высокой адсорбционной способностью, которые при осаждении на дно резервуара захватывают частицы загрязнения и радиоактивной пыли.

После отстаивания зараженная вода осветляется и в значительной степени дезактивируется. В отстойнике путем коагуляции удаляется до 85 \% радиоактивной пыли и до 50 \% растворенных РВ.

Если производится только коагулирование воды с отстаиванием (без фильтрования), то для полного осветления ее требуется 2 ч и более.

Доза коагулянта определяется путем подбора; обычно она составляет 100–300 г коагулянта на 1 м3 воды. При недостаточной дозе коагулянта, а также при избытке его, необходимая степень осветления воды не достигается. В последнем случае через некоторое время после фильтрования в воде могут образоваться хлопья коагулянта, вызывающие помутнение осветленной воды. Поэтому выбирается наименьшая доза коагулянта, при которой вода хорошо осветляется в наиболее короткие сроки.

Метод очистки воды коагулированием может применяться в качестве предварительной операции перед дезактивацией ее фильтрованием, а также в качестве самостоятельного метода для очистки воды, предназначенной для санитарной обработки военнослужащих и дезактивации боевой техники.

Этот способ можно сделать более эффективным, если кроме коагулянта в воду вносить глину и полиакриламид.

Метод фильтрования воды через почвенные фильтры может быть использован для дезактивации воды при отсутствии табельных средств.

Почвенные фильтры готовят путем смешивания почвы с песком или древесным углем (для ускорения фильтрации) в соотношении 2 : 1. Почва предварительно просушивается на воздухе и просеивается на ситах для получения частиц размером 1–3 мм. Песок и древесный уголь не просеиваются.

Шихта, состоящая из чернозема и песка или глины и песка, обеспечивает дезактивацию на 90–97 \% около 16 объемов воды на 1 объем шихты, а состоящая из подзола и песка — до 6 объемов. Радиоактивная пыль почвенными фильтрами задерживается практически полностью (табл. 6).

Таблица 6

Общая характеристика способов дезактивации воды

Дегазация воды

Степень и характер заражения воды отравляющими веществами зависят от свойств ОВ, способа заражения, величины водоисточника и скорости течения в нем воды. Длительность заражения (естественная дегазация) воды зависит от свойств и концентрации ОВ, величины водоема, скорости течения и состава воды, метеорологических условий, а также от величины сорбции (поглощения) ОВ дном водоема и растениями. Наиболее опасно заражение воды ОВ типа иприт, зоман и V-газами. Отравляющее вещество типа зоман и V-газы быстро растворяются в воде, не изменяя ни ее запаха, ни цвета; гидролиз их в воде идет медленно, особенно V-газов. Отравляющие вещества типа иприт в воде не растворяются, а при попадании в водоем погружаются на дно, оставляя на поверхности маслянистую пленку; при содержании иприта свыше 4 мг/л вода приобретает характерный запах.

Парами ОВ вода открытых водоемов практически не заражается.

Из ядовитых веществ, для заражения воды могут быть применены соединения мышьяка, синильной кислоты, различные алкалоиды (стрихнин, аконитин, вератрин), соли тяжелых металлов и др.

Из известных в настоящее время способов дегазации воды практическое значение имеют два: химический и физико-химический (сорбционный).

Химический способ дегазации основан на хлорировании зараженной воды с последующим удалением избытка хлора. Способ состоит из следующих стадий: хлорирования воды большими дозами хлора; дехлорирования воды солями железа или алюминия; отстаивания и фильтрации воды.

Дегазация ОВ типа иприт и V-газов состоит в том, что к зараженной воде добавляют хлор, ГК в определенных дозах, подбираемых опытным путем (доза активного хлора 20–50 мг/л). В воде часть хлора расходуется на окисление и хлорирование органических веществ, содержащихся в ней, в том числе и ОВ. Окислителем служит атомарный кислород, образующийся после разложения хлорноватистой кислоты.

Оставшаяся часть хлора удаляется из воды с помощью солей алюминия или железного купороса:

6FеSО4 + 3Сl2 → 2Fе2(SО4)3 + 2FеСl3.

Сернокислое и хлорное железо гидролизуется до гидроокиси железа:

Fе2(SО4)3 + 6Н2О → 2Fе(ОН)3 + 3Н2SО4;

FеСl3 + 3Н2О → Fе(ОН)3+ 3НСl.

Гидроокись железа обладает высокой сорбционной способностью и осаждает взвешенные в воде частицы, адсорбирует органические и минеральные вещества, продукты окисления, хлорирования и гидролиза, что обеспечивает очистку и осветление воды.

В том случае, если щелочность воды недостаточна для нейтрализации соляной и серной кислот, получающихся при вышерассмотренных реакциях, к воде добавляют растворы извести или соды.

Удаление избытка хлора может производиться также путем фильтрования воды через активированный уголь или добавлением к воде гипосульфита натрия.

Дегазация воды, зараженной ОВ типа зоман, основана на ускоренном гидролизе ОВ в щелочной среде. Для повышения щелочности воду после хлорирования подвергают известкованию. Через 30–60 мин после известкования воду осветляют путем коагулирования глиноземом.

Хлорирование зараженной воды может производиться в различных резервуарах, баках, бочках.

Физико-химический (сорбционный) способ дегазации воды основан на сорбции отравляющих веществ и ядов из водного раствора активированным углем и на хемосорбции, происходящей на поверхности угля, на которой нанесены специальные добавки. В качестве сорбента для всех ОВ применяется карбоферрогель (КФГ-М).

Зараженная вода, проходя через слой карбоферрогеля-М, хорошо очищается от иприта, люизита, фосфорорганических ОВ, естественных загрязнений за счет сорбции. Дегазация воды, зараженной цианидами, достигается за счет окисления их окисью меди, а неорганические соединения мышьяка взаимодействуй с гидратом окиси железа, в результате чего образуются соединения мышьяка, нерастворимые в воде.

В качестве технических средств дегазации воды могут быть использованы автофильтровальные станции МАФС-3, фильтр ТУФ-200, снаряженные карбоферрогелем-М или активированным углем.