185105. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nagy sókoncentrációjú atomerőművi hulladékoldat előállítására
1 185 105 2 A találmány nagy sókoncentrációjú atomerőmüvi hulladékoldat előállítására alkalmas eljárásra vonatkozik. A találmány tárgya közelebbről megjelölve atomerőmüvekben keletkező, különböző eredetű (szivárgásokból eredő bórsav- és/vagy boráttartalmú, szervesanyag-tartalmú, például oxálsav- és/vagy oxalát-, citromsav-, citrát-, borkősavés/vagy tartaráttartalmú salétromsav-, alkálipermanganát- és nátrium-hidroxid-tartalmú és az ioncserélő gyanták regenerálásából származó salétromsav, kálium-hidroxid- és/vagy nátrium-hidroxid-tartalmú) radioaktív hulladékoldatok töményíthetőségének olyan módon való fokozására szolgáló eljárás, amely szerint sem a töményítés (bepárlás vagy egyéb művelet), sem pedig a sűrítmények legalább 20 °C-on való tárolása folyamán kristály és/vagy szilárdanyag nem képződik. Az úgynevezett nyomottvizes (PWR) atomreaktorok primer vízköre a bőr kedvező neutronbefogó tulajdonsága miatt általában 4-12 súlyszázalék bórsavat tartalmaz. A primerkör bórsavtartalmát a fűtőelemek állapotának megfelelően szabályozzák és az úgynevezett „bórsavrecirkulációs körön” keresztül a megtisztított bórsav visszakerül a primerkörbe. A primerkörből a hulladékvízkörbe kerülő bórsav visszanyerésére és recirkuláltatására azonban (költségek és egyéb okok miatt) a legtöbb atomerőmű nem rendezkedett be és így bórsavtartalmú radioaktív hulladékoldatok képződnek (évi többszáz m3) és a radioaktív hulladékoldatot a rövid felezési idejű izotópok lebomlásáig (néhány hónap — 1 év) és a végleges feldolgozásig tárolják. A folyékony radioaktív hulladékok tárolása, beágyazása (cementálása, bitumenbe való beágyazása és így tovább) és eltemetése költség- és eszközigényes, így tehát a fajlagos tárolási költség, cementvagy bitumen felhasználás és a temetési költség szempontjából annál előnyösebb az eljárás, minél töményebb hulladékoldat állítható elő. Bár ismeretes olyan eljárás (80 34,397. számú japán szabadalom), amelynél a bórsavtartalmú hulladékoldatot a végleges megszilárdítás előtt szárazra párolják, azonban a legtöbb atomerőműben különböző okok miatt (környezetvédelmi szempontok -radioaktív porok képződésének elkerülése, automatizálhatóság és a többi) „nedves” eljárással, oldatokkal dolgoznak. A kis aktivitásszintü radioaktív hulladékoldatok töményítésekor két alapvető szempontot kel! figyelembe venni : a) lehetőség szerint a legtöményebb oldatot kell előállítani; tekintve, hogy egy adott erőműnél korlátozott a tároló kapacitás, továbbá a töményítés következtében a végső szilárdítás és temetés fajlagos költségei csökkennek; b) a komponensek oldhatóságának egyensúlyi koncentrációját nem szabad túllépni, mivel a túltelítés következtében fellépő kristálykiválás a hulladékoldat töményítését szolgáló berendezésben, szivattyúzáskor és tároláskor üzemzavart okozhat. Eljárásunkat a fenti szempontok legmesszebbmenő figyelembevételével dolgoztuk ki. Eljárásunk előnye, hogy nem igényel külön berendezést, műveleti egységet, hanem a meglevő vízkezelő és tároló berendezések felhasználása mellett, csupán a hulladékoldat célszerűen kialakított kémiai kezelésével 5 közel háromszor töményebb hulladékoldat állítható elő, mint ahogy az az egyes üzemelő atomerőművek technológiai tapasztalatai és saját vizsgálataink alapján a hagyományos módon megvalósítható. A 654010. számú szovjet szabadalom szintén 10 oxalát- és boráttartalmú atomerőművi hulladékoldatok töményítésére vonatkozik és 3,5-4,0 pH- érték salétromsavval történő beállítását javasolja, miáltal 130— 150 g/dm3 sókoncentrációt érnek el a sűrítményben. 15 Eljárásunk egyrészt korróziós szempontból előnyösebb, tekintve, hogy a fém berendezéseket (bepárló, tartályok) az általunk használt kevésbé savas közeg (pH ^5) miatt kisebb korróziós igénybevételnek teszi ki, másrészt viszont hozzávetőlegesen 20 kétszer töményebb, 260 -310 g/dm3 sókoncentrációjú hulladékoldat-sűrítményt állítunk elő a bórsav- és/vagy boráttartalomtól függően. Az 1. ábrán az atomerőművek kis aktivitásszintű „5 hulladékoldatot feldolgozó technológiájának elvi b vázlatát tüntettük fel. Az 1 ülepítő tartályban fogják fel a különféle dekontaminálásból, regenerálásból származó és egyéb csurgalékvizeket. A 2 szűrőn keresztül kerül a hulladékoldat a töményítésre szol- 30 gáló 3 egység, amely legtöbbször atmoszferikus vagy csökkentett nyomású bepárló, de más típusú berendezés, újabban fordított ozmózis (Reverse Osmosis) végrehajtására alkalmas egység is lehet. A koncentrátumot a 4 tárolótartályban pihentetik 35 a rövid felezési idejű izotópok lebomlásáig, majd különböző szilárdító eljárással (cementezés, bituminbeágyazás és a többi) az oldott sókat szilárd mátrixba rögzítik és eltemetik. Eljárásunk lényege az, hogy 1 ülepítő tartályban 40 megfelelő, egyszerű kémiai reakciók lejátszása révén olyan fizikai-kémiai állapotba hozzuk a hulladékoldatot, hogy szilárdanyag-, illetve kristálykiválás- mentes töményíthetőség szempontjából lényegesen kedvezőbb tulajdonságokat mutat, mint 45 eredeti állapotában (közel ötször töményebb koncentrátum állítható elő) és a sűrítmény a tárolás hőmérsékletén is (legalább 20 °C) stabil marad termodinamikailag, azaz kristályképződés, illetve szilárdanyag-kiválás nem lép fel. A töményebb 50 koncentrátum előnyeit a fajlagos megszilárdítási, szállítási és temetési költség vonatkozásában már a fentiekben érzékeltettük, itt csupán azt hangsúlyozzuk, hogy a 4 tárolótartály korlátozott kapacitása miatt olyan eset is előfordult már, hogy egy atomerőművet le kellett állítani. Eljárásunk további előnye, hogy a 3 és 4 egység közé bórsavvisszanyerő berendezés beiktatásával a koncentrátum töményíthetősége tovább fokozható és a hulladékoldat fizikai-kémiai állapota eljárásunk következté- 60 ben a cellulóz-acetát membránon való bórsavvisszanyerés (77 09,684. sz. japán szabadalom) szempontjából is optimális. Az eljárás lényegét az alábbiakban foglaljuk össze: Rc 1. A hulladékoldat K +-koncentrációját lehetőleg 2
