200971. lajstromszámú szabadalom • Kombinált szeparációs eljárás atomerőművi hulladékoldatok inaktív sótartalmának csökkentésére
fr 5 o<v>971 B A találmány atomerőművi kis és közepes aktivitású, fő komponenseiben dekontaminálószer, péliául oxálsav, permanganát-, bórsav- és/vagy borát-, valamint alkálinitrát-tartalmú oldatainak korszerű szeparációs műveletek célszerű kombinációjával végzett feldolgozására vonatkozik, amelyek eredményeképpen a megszilárdításra készüld hulladékoldat-koncentrátum inaktív sótartalma és az így megszilárdított hulladék mennyisége nagymértékben csökken; ugyanis a szeparációs műveletek kombinálása a hulladékoldatból két, de célszerűen három terméket eredményez, egyradioaktívterméket és egy inaktívat, amely utóbbinak egy része újra felhasználható, más része pedig ipari hulladékként kezelhető. Atomerőművi kis és közepes aktivitású hulladék oldatok kémiai összetevői alapvetően három forrásból erednek: egyrészt a primerköri hőhordozókból, amelynek fő komponense a bórsav, másrészt dekontamináló oldatokból, amely permanganát-, bórsav-, oxálsav-/oxalát-, citromsav-/citrát-, stb. és alkálihidroxid-tartalommal, harmadrészt pedig az ioncserélő gyanta regenerálásából származó alkálifém-hidroxid-(KOH,NaOH) és erős ásványi sav(főleg HNOsj-tartalommal bír. A hulladékoldatok radioaktív összetevői ugyanakkor két fő forrásból származnak: egyfelől a primerköri szerkezeti anyagok felaktiválódott korróziós termékei (Co, Fe, Mn, Cr, Zr stb.), másfelől hasadványtermékek (Cs, Sr, Rb, Nb stb.) radioaktív izotópjai. A radioaktivitás részben makro- és kolloid részecskékhez kötötten, részben ionok formájában van jelen a hulladékoldatokban. A hulladékoldatok meghatározó jellemzője még azok nagy, 100 mg/dm3-t is elérhető lebegő- és kolloidanyag-tartalma, amely jelentősen megnehezíti, vagy lehetetlenné is teszi eltömődésre érzékeny szeparációs műveletek (fordított ozmózis, ioncserélők stb) közvetlen használatát, ha a közhasználatú szűrési módszerekkel kezeljük. A hulladékoldatokat, azok egyéves, minimum 20 °C-on végzett pihentetésre való előkészítésük érdekében kémiai kezelésnek vetik alá (185.105 és 193.209 sz. magyar szabadalmi leírás), amelyek eredményeképpen az ezekből bepárlással előállított sűrítmények 250-900 g só/dm3 koncentrációtartományban stabilak. A pihentetés után esetleg újabb bepárlás vagy közvetlen megszilárdítás (cementezés, bitumenbeágyazás) következik és az így, tartályban lezárt anyag kerül eltemetésre külön erre a célra kiképzett, különleges biztonságú tárolóhelyeken. Nemzetközi adatok szerint 1 m3 beágyazott termék előállítása 100-150 eFt (és rohamosan növekvő) költségű, egy m3 beágyazott termék sótartalma 5-15% lehet, ugyanakkor 1 GW/év atomerőművi teljesítmény után 1701 inaktív sótartalomtermeléssel kell számolnunk. Végeredményben az a következtetés vonható le, hogy a hulladékok eltemetésének igen jelentős költségét jelenleg lényegében a radioaktivitással eltemetett inaktív sótartalom szabja meg; ezzel szemben, ha a radioaktivitás szabná meg, úgy ez az eredetileg kb. 600-1000 m3 szilárdított betontérfogat kb. 45 m-re lenne csökkenthető, 1 GW/év teljesítményre számolva. ■f A nukleáris energetika területén külön-külön számos eljárás ismert, amely a radioaktivitás külön böző hordozójának kinyerésére vonatkozik (K.W. Carley-Macaűly és társai: Radioaktive Wate: Ad vanced Management Methods for Medium Active Liquid Wate. Hardwood Academic Publishers. CEN and United Kingdom Atomic Energy Authority, Brussels and Luxemburg. 1981). így a kémiai lecsapásra, egyes izotópokra 100-at meghaladó dekontaminációs faktor (DF) is elérhető (GB A 2,154.047, US 4,265.861, 4,377,508, 4,501.691 sz. szabadalmi leírások). E lecsapásos módszerek hátránya, hogy az adott lecsapószer csak szigorúan meghatározott körülmények között és csak a radio aktivitást hordozó ionok szűk körére hatékony. Az ioncsere (US 4,107.044,4,432.893 sz. szabadalmi leírások) szintén régóta alkalmazott módszer az aktivitás koncentrálására, előnytelen tulajdonsága, hogy adott ioncserélő kapacitása számos tényező (pH, idegen ionok jelenléte, oxidációs fok stb.) függvénye, ezenkívül nagy szelektivitású változataik drágák, regenerálásuk újabb hulladékot termel. Ugyancsak ismertek a legkülönbözőbb membránszeparációs-technikák (mikro-, ultraszűrő és fordí tott ozmózis), amelyek segítségével nemcsak a kolloid méretű részecskék, hanem egy- és többértékű ionok, sőt egy japán szabadalom, valamint német közlemény szerint (Ito,Y.: Mitshubishi Heavy Industries Ltd. Japán Kogai Tokkyo Koho 8000,430; Johannsen, K.H. Grossmann, Ch.: Acta Hydrochim. Hydrobiol. 9 (5) 535.1981), még alkáŰfémnitrát és bórsav közötti szeparáció is jó hatásfokkal elérhető. A membránszeparációs technikák önmagukban viszonylag kis szelektivitást biztosítanak a hulladékoldat egyes komponensei között, így egyedül alkalmazásuk nem biztosítja az eltemetésre kerülő inaktív sótartalom és így a temetési költségek jelentős csökkenését; ugyanakkor a membrántechnikák igen érzékenyek az eltömődést okozó kolloid- és lebegöanyagtartalomra, így a hatékony membránvédelem még többfokozatú szűrési eljárással sem biztosítható atomerőművi radioaktív hulladékoldatok feldolgozásánál. A hulladékoldatok feldolgozására mindeddig nem ismeretes olyan komplex eljárás, amely az egyes kémiai és radioaktív komponensekre erősen változó koncentrációadatok és WER típusú reaktorok hulladékai esetén biztosítani tudná az eltemetendőhulladékoldatok inaktív sótartalmának jelentős csökkentését úgy, hogy egyidejlűleg teljesülnének az inaktív ipari hulladékként való kibocsátás (főleg nitrátok esetében a radioaktív koncentrációk esetenként 5-6 nagyságrenddel való csökkentése) és a recirkuláltatás (bórsavnál) igen szigorú követelményei (alkáli-nitráttartalom kisebb mint 0,1 t%). A környezetvédelmi, sugárvédelmi és műszaki-gazdaságossági követelmények egyidejű teljesítése a rendelkezésre álló szeparációs műveletek céltudatos kiválasztásán, kombinálásán és összehangolásán, valamint ezek műszaki-gazdasági paramétereinek optimálásán kívül, csak az alábbiakban részletezett felismerésekből fakadó feldolgozási lépések sorozatával, mint eljárással valósítható meg. A találmány szerinti eljárást ábrákon szemléltet-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
