DE3513943C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen radio­ aktiver Isotope in elementarer oder chemisch gebundener Form aus Flüssigkeiten oder Gasen.

Die Abtrennung radioaktiver, anorganischer oder organischer Wasserinhaltsstoffe erfolgt in der Regel mit Ionenaustau­ schern (OE-Z.: "Isotopenpraxis, 12. Jhrg., Heft 7, August 1976, S. 285-287) oder Absorbentien, die Abtrennung radioaktiver Gas­ inhaltsstoffe durch Filtration oder Absorption der Schad­ stoffe in Lösungen. Die radioaktiven Inhalts­ stoffe sind meistens in sehr geringer Konzentration in der Flüssigkeit oder im Gas enthalten; ihre quantitative Ab­ trennung ist daher besonders problematisch.

Die radioaktiven Stoffe sollen soweit entfernt werden, daß die verbleibenden radioaktiven Konzentrationen den gesetz­ lichen Emissionsgrenzwerten genügen, eine direkte Einleitung in das öffentliche Abwassersystem oder in die Atmosphäre also möglich wird. Als Grenzwerte gelten in diesem Zusammen­ hang die in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Kon­ zentrationen. Für radioaktives Jod (¹²⁵J) wurde z. B. ein oberster Konzentrationswert von 7,7 · 10^-12 ppm (mg/l) im Abwasser festgelegt.

Für die Behandlung bieten sich Ionenaustauscher oder Adsor­ bentien an.

Beim Ionenaustausch werden Ionen, die an der festen Phase des Austauschers angereichert sind, gegen Ionen aus der Flüssigkeit ausgetauscht.

Bei der Adsorption werden sowohl molekular gelöste als auch dispergierte oder emulgierte organischeVerbindungen aus dem Abwasser oder nicht inerte Gasanteile und Stäube aus dem Ab­ gas an der Oberfläche von porösen Feststoffen angelagert und angereichert. Als Ionenaustauscher können natürliche Minera­ lien, anorganische Stoffe (z. B. Zeolithe) oder organische Harze verwendet werden; als Adsorbentien werden meistens Aktivkohle, Aluminiumoxid oder synthetische Polymere ver­ wendet. Sowohl bei den Ionenaustauschern als auch bei den Adsorbentien bestimmt die Gleichgewichtslage zwischen dem abzureichernden Fluid und den Sorbentien den mehr oder weniger nutzbaren Anteil der stoffspezifischen maximalen Kapazität. Für verschwindend geringe Konzentrationen der Inhaltsstoffe liegt das Gleichgewicht im Bereich kleiner Beladungskapazitäten, also im Bereich des Anstiegs der Gleichgewichtsisothermen. Eine direkte quantitative Abreicherung der Fluidinhaltsstoffe ist in solchen Fällen kaum möglich.

Aus der DE-AS 12 18 964 ist ein Verfahren zum Abtrennen radioaktiver Ionen aus ihren Lösungen bekannt, bei dem die Lösung durch eine auf einen Filter aufgebrachte Schicht eines schwer löslichen Stoffes mit Ionenbindung, der als Gitterbaustein ein inaktives Isotop des abzutrennenden Radionukleids enthält und dessen Belegung die spezifische Kapazität nicht übersteigt, filtriert wird. Der auf dem Filter als kristalline Schicht aufgetragene schwer lösliche Stoff bewirkt, inaktive Isotope aus der Kristallstruktur gegen aktive Isotope aus der Lösung auszutauschen und dadurch Radionukleide aus Flüssigkeiten abzureichern. Die hierbei für den Isotopenaustausch vorgesehene kristalline Schicht hat zur Aufnahme der Radio­ nukleide eine spezifische Kapazität und wird dadurch ver­ braucht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, um neben schwer löslichen auch nicht schwer lösliche radio­ aktive Inhaltsstoffe, insbesondere solche, die in sehr geringen Konzentrationen vorliegen, nahezu vollständig aus Flüssigkeiten oder Gasen abzutrennen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die nichtradio­ aktiven Isotope müssen dabei entweder in einem ausreichend raschen Austauschgleichgewicht in die Verbindung des abzu­ trennenden Isotops eingebaut werden oder von vornherein in der gleichen chemisch gebundenen Form vorliegen, wie die radioaktiven Inhaltsstoffe. Im ersten Fall wird das radio­ aktive Isotop aus seiner ursprünglichen Verbindung in die des zugesetzten nichtradioaktiven Isotops gemäß dem rela­ tiven Mengenverhältnis beider Verbindungen überführt. Dabei wird die Verbindung des nichtradioaktiven Isotops unter dem Gesichtspunkt der leichten Abtrennbarkeit aus dem zu ent­ sorgenden Fluid ausgewählt. Im letzteren Falle wird die Gesamtkonzentration der Substanz, die das radioaktive Isotop enthält, mit Fluid erhöht. Trennt man jetzt die be­ sagte Substanz mit den erwähnten Trennverfahren aus dem Fluid ab, so ergibt sich eine Restkonzentration der abzu­ trennenden Substanz, die genau so groß ist, wie bei einer Abreicherung ohne den erfindungsgemäßen Zusatz. Da die Restmenge der abzutrennenden Substanz jedoch das radioaktive und das nichtradioaktive Isotop wegen deren chemischer Iden­ tität in demjenigen Mengenverhältnis enthält, das vor der Abtrennung eingestellt wurde, kann bei n-fachem Überschuß der Substanzmenge, die das nichtradioaktive Isotop enthält, eine n-fache Abreicherung des radioaktiven Isotops gegenüber der Abreicherung ohne den erfindungsgemäßen Zusatz unter sonst gleichen Trennbedingungen erreicht werden. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren bietet besonders dann Vorteile, wenn die Verbindung des radioaktiven Isotops in sehr geringer Konzentration vorliegt, da dann eine Abreicherung nur durch Ionenaustausch oder Adsorption nahezu wirkungslos bleibt, während gleichzeitig bereits durch geringe Zugabe von Ver­ bindungen des nichtradioaktiven Isotops ein großer Über­ schuß der nichtradioaktiven über das radioaktive Isotop eingestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders dann von Be­ deutung, wenn neben der Substanz, die das radioaktive Isotop enthält, eine große Überschußmenge einer anderen chemischen Spezies im Fluid enthalten ist, die jedoch gleichfalls vom Sorbens abgereichert wird und in Konkurrenz mit der radio­ aktiven Substanz steht. Durch den erfindungsgemäßen Zusatz nichtradioaktiver Isotope in der gleichen chemisch gebunde­ nen Form wie die radioaktiven Isotope wird durch Veränderung der relativen Menge die Konkurrenzreaktion zurückgedrängt, so daß eine quantitative Abreicherung der aktiven Isotope möglich wird.

Die Sorbenseigenschaft, sowie die chemische Natur und die Konzentration aller Inhaltsstoffe in der Flüssigkeit oder im Gas bestimmen die Lage des Gleichgewichts. Die sorbens­ spezifische Belastung mit Fluid bestimmt die Kinetik der Abreicherung an radioaktiven und nichtradioaktiven Stoffen. Durch die Zugabe von nichtradioaktiven Isotopen, die in ihrer chemisch gebundenen Form den bereits im Fluid ent­ haltenen radioaktiven Inhaltsstoffen entsprechen, wird die Gesamtkonzentration an Inhaltsstoffen erhöht und eine günstigere Gleichgewichtslage zwischen Sorbens und Fluid erzielt. Das so aufkonzentrierte Gas oder die Flüssig­ keit wird über eine mit Sorbens gefüllte Säule geführt. Dabei stellt sich an der Beladungsfront ein Verteilungs­ gleichgewicht ein. Das Verhältnis von adsorbierten zu noch im Fluid enthaltenen Stoffen ist dort konstant; radioaktive und nicht radioaktive Inhaltsstoffe werden in dem Verhältnis angereichert, das durch die Menge der erfindungsgemäßen Zu­ gabe des nichtradioaktiven Isotops eingestellt werden kann.

Reicht der so erzielte Abtrennungsgrad an radioaktiven Stof­ fen nicht aus, können die einzelnen Verfahrensschritte (Zu­ dosierung von nichtradioaktiven Substanzen, erneuter Säulen­ durchlauf) beliebig oft wiederholt werden. Durch geschickte Wahl der chemischen Natur an zugesetzten nichtradioaktiven Substanzen, z. B. basisch oder sauer bei Trennungen in Ab­ wässern, polar oder unpolar bei Abreicherungen in Abgasen, läßt sich eine für die Lage des Gleichgewichts günstige chemische Umgebung im zu reinigenden Fluid einstellen. Vor­ ausgesetzt, die nutzbare Sorptionskapazität des Sorbens ist nicht erschöpft, können durch dieses Verfahren geringste Spuren an radioaktiven Inhaltsstoffen aus Abwässern und Ab­ gasen entfernt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Abtrennen radioaktiver Isotope in elemen­ tarer oder chemisch gebundener Form aus Flüssigkeiten oder Gasen, dadurch gekennzeich­ net, daß die radioaktiven Isotope durch Kontaktie­ rung mit einem oberflächenaktiven Feststoff nach Zusatz nichtradioaktiver Isotope des gleiche chemischen Elements in einer Menge, die ein Vielfaches der Menge der radioaktiven Isotope darstellt durch Adsorption, insbesondere Ionenaustausch, nahezu vollständig abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fluid Stoffe zugesetzt werden, die den pH-Wert der Flüssigkeit oder die Zusammensetzung des Gases in eine für die Abtrennung günstige Richtung ändern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid bei Bedarf mehrfach mit den nichtradioaktiven Isotopen versetzt und mit dem oberflächenaktiven Feststoff kontaktiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktive Feststoffe natürliche Mineralien, anorganische Stoffe, beispielsweise Zeolithe, oder organische Harze verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als oberflächenaktive Feststoffe Aktivkohle, Aluminium­ oxid oder synthetische Polymere verwendet werden.