CS214007B1

CS214007B1 - Method of decontamination of radioactive solutions and water and equipment for its implementation

Info

Publication number: CS214007B1
Application number: CS451980A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Smid; Jiri Dohnal; Lubomir Berak; Leo Neumann; Lubos Novak; Otto Hinterholzinger; Milos Kral
Original assignee: Jaroslav Smid; Jiri Dohnal; Lubomir Berak; Leo Neumann; Lubos Novak; Otto Hinterholzinger; Milos Kral
Priority date: 1980-06-25
Filing date: 1980-06-25
Publication date: 1982-04-09

Abstract

Vynález se týká jaderné energetiky a řeěí problém dekontaminace roztoků a vod, obsahujících biotoxické radioaktivní zářiče. Vynález spočívá ve způsobu dekontaminace radioaktivních roztoků a vod sorpcí nebo výměnou iontů za použití sorbentů nebo ionexů tím, že se radioaktivní roztoky nebo vody podrobí působení sorbentu nebo ionexu, uloženého ve tkaninové a kovové vložce, jejich prosáváním za použití vakua. Zařízení je vyřešeno tak, že kontaktor, propojený ae zdrojem vakua, je opatřen kovovou vložkou, v níž je umístěna tkaninová' vložka, obsahující sorbentové nebo ionexová lože.. Obě vložky jsou vytvořeny vyjímatelné. Vynález je využitelný převážně v radiochemické technologii.The invention relates to nuclear power engineering and solves the problem of decontamination of solutions and waters containing biotoxic radioactive emitters. The invention consists in a method of decontamination of radioactive solutions and waters by sorption or ion exchange using sorbents or ion exchangers by subjecting radioactive solutions or waters to the action of a sorbent or ion exchanger stored in a fabric and metal insert, by filtering them using vacuum. The device is designed so that the contactor, connected to a vacuum source, is provided with a metal insert in which a fabric insert containing a sorbent or ion exchanger bed is placed. Both inserts are made removable. The invention is applicable mainly in radiochemical technology.

Description

Vynález se týká způsobu dekontaminace radioaktivních, roztoků a vod sorpcí nebo výměnou iontů za použití sorbentů nebo ionexů a dále zařízení k provádění způsobu.The invention relates to a process for the decontamination of radioactive, solutions and water by sorption or ion exchange using sorbents or ion exchangers, and to a device for carrying out the process.

Pravidelnost procesů palivového cyklu jaderné energetiky je limitována radioaktivními zplodinami, které generují. Vznikají vodné roztoky různého složení a různé úrovně radioaktivity, obsahující mnohdy biotoxieké radioaktivní zářiče. Tyto roztoky musí být dekontaminovány a vzniklé vysoce radioaktivní zbytky musí být uloženy tak, aby nemohlo dojít k rozptýlení kumulované radioaktivity v biotopu člověka. Tak radioaktivní roztoky bývají dekontaminovány na ionexových kolonách, které po vyaycení bývají regenerovány elucí koncentrovanými roztoky solí nebo kyselin a pak znovu použity. Vzniklé silné radioaktivní a solné aluáty bývají detoxikovány buď odpařením nebo vhodným selektivním procesem, a to koprecitací a nerozpustnou sloučeninou anebo sorpcí na selektivních sorbentech. Pokud jsou takové sorbenty k dispozici, jakož i v případě ionexů nebo sorbentů běžných, musí jejich aplikace být provedena tak, aby při požadované účinnosti byla jednoduchá a snadno proveditelná, aby se vyloučily průsaky radioaktivní složky do okolí, aby vysycený aorbent byl snadno vyměnitelný a radiační dávka obsluze byla proto co nejnižší, aby nebyla ztížena koncová operace, to je zpracování vysyceného sorbentů, aby sorpční nehomogenity lože byly minimalizovány, aby hmota sorbentů byla zcela využita a veškeré funkční povrchy byly snadno dekontaminovatelné a opravitelné.The regularity of nuclear fuel cycle processes is limited by the radioactive emissions they generate. Aqueous solutions of different composition and different levels of radioactivity are formed, often containing biotoxic radioactive emitters. These solutions must be decontaminated and the resulting highly radioactive residues must be stored so that the accumulated radioactivity cannot be dispersed in the human habitat. Thus, radioactive solutions are decontaminated on ion-exchange columns, which upon recovery are regenerated by elution with concentrated solutions of salts or acids and then reused. The resulting strong radioactive and salt aluates are detoxified either by evaporation or by a suitable selective process, either by co-recitation and insoluble compound or by sorption on selective sorbents. Where such sorbents are available, and in the case of conventional ion exchangers or sorbents, their application must be such that, at the required efficacy, they are simple and easy to carry out to avoid leakage of the radioactive component into the environment, so that the saturated aorbent is readily replaceable and radiation the dose to the operator was therefore as low as possible in order not to complicate the end operation, i.e. the processing of saturated sorbents, to minimize the sorption inhomogeneities of the bed, to fully utilize the sorbent mass and to easily decontaminate and repair all functional surfaces.

Výše uvedená kritéria existující způsoby a zařízení nesplňují v plném rozsahu. V současné technické praxi se detoxikace radioaktivních roztoků pomocí zrnitých ionexů nebo sorbentů v pevných ložích provádí tak, že pomocí přetlaku vytvořeného čerpadlem se dopravuje roztok určený k detoxikaci přes lože sorbentů, které protéká buď ve směru nebo proti směru tíže, do výstupní nádrže, které se nachází při atmosférickém tlaku. Sorpční lože je uspořádáno jako tlakový filtr. Sorpční nápln se nachází v tlakové nádobě, anebo ve výjimatelné vložce uložené do této tlakové nádoby. Přetlak v této soustavě způsobuje, že právě radioaktivní kapalina před aorpčním ložem může v případě netěsnosti vytékat do okolí mimo systém. Uzavřenost sorpčního lože někde uprostřed soustavy pak způsobuje, že vysycený sarbent se vyměňuje se značnými obtížemi. Dosud se to provádí různými způsoby hydraulického vyprazdňování, přičemž se spotřebuje mnoho vody a musí se překonávat různé technické problémy vyplývající z obtížnosti čerpání vodných radioaktivních suspenzí sorbentů potrubím v horizontálním a vertikálním směru. V případě vložky se musí tlaková nádoba otevřít, vložku s vysyceným sorbentem vyjmout, vložit vložku s novým nebo regenerovaným sorbentem a tlakové nádoba se musí opět uzavřít. Vložka s vysyceným sorbentem se musí odtransportovat, vyprázdnit a propláchnout. Tyto operace v případě silněji radioaktivního vysycení sorbentů nebo ionexů Jsou nesnadné a radiačně riskantní. Proto v některých případech bylo navrženo použití levných nevratných plecho^ch sudů jako kolony pro sorbent nebo ionex s tím, že tyto kolony po vysycení se pak celé transportovaly do úložiště. Konečně byly navrhovány různé způsoby tak zvaného kontinuálního ionexového procesu, kde se využitá vrstva sorbentů kontinuálně odstraňuje a nahrazuje vrstvou čerstvého ionexů. Kontinuální proces je však technicky velmi náročný, aparaturně komplikovaný a tedy drahý. Klade nejvyšší nároky na somatické vlastnosti ionexů. V radiochemieké technologii prakticky nebyl použit. Naproti tomu výše zmíněná nevratná kolona - plechový sud - je řešením velmi nadějným, ale pokud není použita v kaskádě, jejíž členy mají proměnné pořadí, může vést keThe above methods and facilities do not fully meet the above criteria. In current technical practice, the detoxification of radioactive solutions by means of granular ion exchangers or sorbents in fixed beds is carried out by conveying the solution to be detoxified through a bed of sorbents, which flows either in the direction of gravity or in the direction of gravity, to the outlet tank. at atmospheric pressure. The sorbent bed is arranged as a pressure filter. The sorbent cartridge is contained in a pressure vessel, or in an exceptional insert placed in the pressure vessel. The overpressure in this system causes that the radioactive liquid in front of the absorption bed can leak into the environment outside the system in case of leakage. The closedness of the sorption bed somewhere in the middle of the system then causes the saturated sarbent to change with considerable difficulty. So far, this has been done in various hydraulic emptying processes, consuming a lot of water and overcoming various technical problems arising from the difficulty of pumping aqueous radioactive sorbent suspensions through the pipes in the horizontal and vertical directions. In the case of a liner, the pressure vessel must be opened, the saturated sorbent cartridge removed, the new or regenerated sorbent cartridge inserted, and the pressure vessel must be closed again. The pad with saturated sorbent must be transported, emptied and flushed. These operations in case of stronger radioactive saturation of sorbents or ion exchangers are difficult and radiation hazardous. Therefore, in some cases, it has been proposed to use inexpensive non-returnable barrels as a sorbent or ion exchanger column, after which these columns are completely transported to the storage site after saturation. Finally, various methods of the so-called continuous ion exchange process have been proposed, wherein the spent sorbent layer is continuously removed and replaced with a fresh ion exchange layer. However, the continuous process is technically very demanding, complicated in terms of equipment and thus expensive. It places the highest demands on the somatic properties of ion exchangers. It was practically not used in radiochemical technology. On the other hand, the above-mentioned irreversible column - a metal drum - is a very promising solution, but if it is not used in a cascade whose members have variable order, it can lead to

214 007 špatnému využití sorpční náplně a tedy i k plýtváni drahým prostorem pro konečné uskladnění vysyceného aorbentu. Průsaky v důsledku přetlaku v systému, jakož i obtížnost výměny vysyoeného sorbentu a obtížnost proplachu vratné sorpční vložky jsou jedny z hlavních obtíží současné úrovně aplikace sorbentů a ionexů v radiochemické technologii.214 007, the poor utilization of the sorbent charge and hence wastage of expensive space for the final storage of the saturated aorbent. Leaks due to overpressure in the system, as well as the difficulty of exchanging the absorbed sorbent and the difficulty of flushing the return sorbent pad are some of the major difficulties of the present level of sorbent and ion exchange application in radiochemical technology.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu způsob dekontaminace radioaktivních roztoků a vod sorpcí nebo výměnou iontů za použití sorbentů nebo ionexů. Jeho podstata spočívá v tom, že se radioaktivní roztoky nebo vody podrobí působení sorbentu nebo ionexů, uloženého ve tkaninové a kovové vložce, jejich proséváním za použití vakua v rozmezí 0,01 MPa až 0,1 MPa. Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že kontaktor, propojený se zdrojem vakua, je opatřen kovovou vložkou, v níž je umístěna tkaninová vložka, obsahující sorbentové nebo ionexové lože. *According to the invention, the above mentioned drawbacks are eliminated by a method of decontamination of radioactive solutions and water by sorption or ion exchange using sorbents or ion exchangers. It consists in subjecting radioactive solutions or water to a sorbent or ion exchange resins embedded in a fabric and metal liner by sieving them under a vacuum in the range of 0.01 to 0.1 MPa. The device according to the invention is characterized in that the contactor connected to the vacuum source is provided with a metal insert in which a fabric insert containing a sorbent or ion exchange bed is placed. *

Podle dalšího význaku vynálezu jsou obě vložky vytvořeny vyjímatelné.According to a further feature of the invention, the two inserts are removable.

Základní výhoda vynálezu spočívá v možnosti dekontaminace a recyklace radioaktivních roztoků, u nichž se dá tato dekontaminace provést propouštěním ložem zrnitého sorbentu nebo ionexu, zejména koncentrovaných roztoků, které je vhodné recyklovat bud z důvodů ekonomie hmot anebo pro zvýšení hygienické nezávadnosti radiochemického provozu.The main advantage of the invention lies in the possibility of decontamination and recycling of radioactive solutions, where such decontamination can be effected by passing through a bed of granular sorbent or ion exchange resin, in particular concentrated solutions, which is suitable either for economic reasons or for hygienic safety of radiochemical operation.

Vyjímatelnost obou vložek přispívá ke zvýšení bezpečnosti práce a k zlepšení manipulovatelnosti. Jako hnací síly dekontaminovaného roztoku ložem sorbentu je použito tlakového gradien tu mezi okolím a evakuovanou předlohou. Detoxikační systém je tedy podtlakový a to spolehlivě zabraňuje unikání roztoků i exhalací do okolí průsakem a přetlakem. Nevratná tkaninové vložka odstraňuje nutnost proplachu vratné kovové sorpční vložky a veškerá výměna vysyceného sorbentu spočívá v pouhém vyjmutí kovové vložky s vloženou vložkou tkaninovou, odvezení na úložiště, kde se tkaninová vložka s radioaktivním sorbentem vyjme a uloží a kovová vložka se vrátí zpět do provozu. Tím je operační cyklus prakticky zbaven radiochemicky riskantních operací a déle je zjednodušen a jsou minimalizovány prostoje, takže šaržový systém pracuje téměř jako kontinuální. Aparaturně je technologie krajně jednoduchá. Homogenita vakuového lože je vyšší než homogenita srovnatelného lože tlakového, protože zplynění je u vakuového lože zcela odstraněno.The removability of the two inserts contributes to increased safety and handling. A pressure gradient between the environment and the evacuated pattern is used as the driving force of the decontaminated solution through the sorbent bed. The detoxification system is therefore vacuum and this reliably prevents leakage of solutions and exhalations into the surroundings by leakage and overpressure. The non-returnable liner eliminates the need to flush the return metal sorbent cartridge, and all replacement of the saturated sorbent consists in simply removing the metal liner with the fabric liner inserted, transporting it to the storage where the radioactive sorbent liner is removed and stored and the metal liner returned to service. As a result, the operating cycle is virtually free of radiochemically hazardous operations and is longer simplified and downtime is minimized, so that the batch system operates almost continuously. The technology is extremely simple. The homogeneity of the vacuum bed is higher than the homogeneity of a comparable pressure bed, since the gasification of the vacuum bed is completely eliminated.

Způsob a zařízení podle vynálezu jsou dále blíže popsány na příkladu provedení podle připojených výkresů, na nichž značí obr. 1 schematický nárys kontaktorem se spodním výstupem, obr. 2 kontaktor s horním výstupem a obr. 3 kontaktor se středovým výstupem.The method and apparatus of the present invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic front view of a lower output contactor; FIG. 2 shows an upper outlet contactor; and FIG. 3 shows a center outlet contactor.

PříkladExample

Byla prováděna detoxikace koncentrovaného roztoku chloridu vápenatého kontaminovaného biotoxickým radiem - 226 prosáváním vakuovým ložem granulovaného radium-selektivního sorbentu.Detoxification of a concentrated solution of calcium chloride contaminated with biotoxic radium-226 was performed by suction through a vacuum bed of granulated radium-selective sorbent.

Sorbent, granulovaný koloidním roztokem SiO₂ na průměrnou velikost částic d - 0,15 mm, se za odsávání naplavil do laboratorního modelu vakuového kontaktoru tak, aby výška vrstvy sorbentu činila 4,,,0 cm a objem vakuového lože sorbentu činil pak 20 cm . Toto lože bylo pak vnořen® do nádoby se vstupním radiem kontaminovaným roztokem objemu 50 dm 0.50 M CbCIq. Za použití vakua byl tento kontaminovaný roztok prosáván vrstvou sorbentu tak, aby doba styku sorbentu a roztoku činila 21 s, což je reálná doba styku rovnající se polovině zdánlivé.The sorbent, granulated with a colloidal solution of SiO ₂ to an average particle size d - 0.15 mm, was pumped into the laboratory vacuum contactor model with suction so that the height of the sorbent layer was 4, 0 cm and the volume of the sorbent vacuum bed was then 20 cm. This bed was then immersed in a vessel with an inlet radium contaminated with a 50 dm 0.50 M CbClq solution. Using a vacuum, the contaminated solution was passed through a sorbent layer so that the sorbent and solution contact times were 21 seconds, a real contact time equal to half the apparent.

Bylo zjištěno, že vakuové lože sorbentu velmi účinně detoxikovalo vstupní roztok, neboť koncentrace radia ve výstupu dosáhla 1 % vstupní hodnoty teprve po průtoku objemu roztoku rov3It was found that the vacuum bed of the sorbent was very effective in detoxifying the inlet solution, since the concentration of radium in the outlet reached 1% of the inlet value only after the volume flow of the

214 007 ného 2000 objemu lože tj. 40 dnP. Před tím byla radioaktivita výstupního roztoku podstatné nižší.214 007 2000 bed volume, ie 40 dnP. Previously, the radioactivity of the exit solution was significantly lower.

Jak patrno z obr. 1 je kontaktor 1 se spodním vstupem kontaminové kapaliny tvořen válcovou nádobou, v níž je centrálně umístěna kovová vložka 3, v níž je vložena tkaninová vložka 2 jejíž horní okraj je vyveden přes přírubu kontaktoru 1. Ve tkaninové vložce 2 Je umístěno sorpční lože 4. Kontaminované kapalina ae prosává přes sorpční lože 4 za použití neznézorněného zdroje vakua kovem a dekontaminované kapalina je odváděna do spodního výstupu. V horní části kontaktoru_1 je upraven přepad pro udržování stálé výěky hladiny kontaminované kapalinyAs can be seen from Fig. 1, the contactor 1 with a lower contaminant inlet is a cylindrical container in which a metal insert 3 is centrally housed, in which a fabric insert 2 is inserted, the upper edge of which is led over the flange of the contactor 1. sorbent bed 4. The contaminated liquid ae is passed through the sorbent bed 4 using a metal source (not shown) and the decontaminated liquid is discharged to the lower outlet. At the top of the contactor 1 an overflow is provided to maintain a constant level of contaminated liquid

Na obr. 2 je nakresleno jiné provedení kontaktoru_1_s horním výstupem. Válcové nádoba kontaktoru 1' je opatřena kovovou vložkou 3 a vloženou tkaninovou vložkou 2, v níž je opět umístěno sorpční nebo ionexové lože 4· Vstup kontaminované kapaliny je upraven ze spodu a výstup dekontaminované kapaliny je proveden víkem 5 kontaktoru 1. Sorpční lože je chráněno pro vyplavení děrovaným krytem 6.FIG. 2 shows another embodiment of the contactor 1 with the upper outlet. The cylindrical container of the contactor 1 'is provided with a metal insert 3 and an inserted fabric insert 2, in which the sorption or ion exchange bed 4 is again placed. · The contaminated liquid inlet is adapted from the bottom and the decontaminated liquid outlet is provided by the contactor 1 cover. washing through perforated cover 6.

Ha obr. 3 je nakresleno další výhodné provedení kontaktoru ae středovým výstupem. Ve válcové nádobě kontaktoru 1 je umístěna kovová vložka 3, která je na rozdíl od provedení na obr. 1 a 2 na obvodu děrovaná, aby konteminovaná kapalina, vstupující spodním vstupem mohla procházet touto kovovou vložkou 3 a potom tkaninovou vložkou 2 do aorpčního lože 4_a potom mohla být odváděna středovým výstupem, tvořeným děrovanou trubkou 7.FIG. 3 shows a further preferred embodiment of the contactor with a central outlet. In the cylindrical container of the contactor 1 there is a metal insert 3 which, unlike the embodiment of Figs. 1 and 2, is perforated on the circumference so that the contaminated liquid entering through the lower inlet can pass through the metal insert 3 and then the fabric insert 2 into it could be discharged through a central outlet formed by a perforated tube 7.

Je pochopitelné, že u provedení podle obr. 2 a 3 je kontaktor 1 vždy propojen s neznázorněným zdrojem vakua.It will be understood that in the embodiment of FIGS. 2 and 3, the contactor 1 is always connected to a vacuum source (not shown).

Možnost využití způsobu detoxikace radioaktivního roztoku a vod podle vynálezu je všude tam, kde je nutno desaktivovat a recyklovat koncentrované radioaktivní roztoky obsahující zářiče, pro které byly nebo budou vyvinuty účinné zrnité aorbenty. V tom případě představuje způsob detoxikace podle vynálezu technicky velmi jednoduchý postup, jehož aplikací tyto vyvinuté aorbenty se mohou velmi výrazně uplatnit v radiochemické technologii a v ochraně životního prostředí.The possibility of utilizing the method of detoxifying the radioactive solution and water according to the invention is wherever it is necessary to deactivate and recycle concentrated radioactive solutions containing emitters for which effective granular aorbents have been or will be developed. In this case, the method of detoxification according to the invention represents a technically very simple process, by the application of which the developed aorbents can be very useful in radiochemical technology and in environmental protection.

Claims

SUBJECT MATTER OF THE INVENTION

A method of decontamination of radioactive solutions and water by sorption or ion exchange using sorbents or ion exchanger, characterized in that radioactive solutions or water are treated with sorbents or ion exchanger stored in a fabric and metal liner by sieving them under a vacuum in the range of 0.01 MPa to 0,1 MPa ·

Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the contactor (1), connected to a vacuum source, is provided with a metal insert (3) in which a fabric insert (2) comprising a sorption or ion exchange bed (4) is located.

Device according to claim 2, characterized in that the metal insert (3) and the fabric insert (2) are removable.