DE4141269A1

DE4141269A1 - Verfahren zum entsorgen von radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen abfallstoffen und anwendung des verfahrens

Info

Publication number: DE4141269A1
Application number: DE19914141269
Authority: DE
Inventors: Aloys Doerr; Juergen Dr Rer Nat Haag
Original assignee: RWE Energie AG
Current assignee: RWE Energie AG
Priority date: 1991-12-14
Filing date: 1991-12-14
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2011-12-15
Also published as: DE4141269C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsorgen von radioaktiven und/oder von radioaktiv kontaminierten orga nischen Abfallstoffen, wobei die organischen Abfallstoffe aufbereitet und die aufbereiteten radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten Abfallstoffe in einen Transport- und/oder Endlagerbehälter verbracht und endgelagert werden. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ent sorgen von Ionenaustauscherharzen aus Kernkraftwerksanlagen und insoweit besondere Anwendungen des Verfahrens.

Bei dem aus der Praxis bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, besteht die Aufbereitung der organischen Abfallstoffe für die Entsorgung in einer Trocknung und ggf. in der Beigabe von Verfestigungsmitteln. Die Aufbereitung führt nicht zu einer "Mineralisierung" der organischen Abfallstoffe, d. h. nicht zu lediglich anorganischen Rück ständen. Die organischen Abfallstoffe behalten ihre Struktur und damit auch ihr Volumen. Folglich muß ein verhältnismäßig großes Endlagervolumen bereitgehalten und zur Verfügung gestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu führen, daß das Endlagervolumen beachtlich reduziert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe mit einem Oxidationsmittel vermischt und dabei oder danach oxidativ zersetzt werden, wobei hauptsächlich Kohlendioxid und Wasser entstehen und abgezogen werden sowie ein radioaktiver und/oder radioaktiv kontaminierter anorganischer Rückstand verbleibt, und daß lediglich dieser Rückstand in den Transport- und/oder Endlagerbehälter verbracht und endgelagert wird. Im Ergebnis wird ein chemisch und biologisch inertes Endprodukt erzeugt, worin ein besonderer Vorteil liegt. Es versteht sich, daß die Abfallstoffe, wenn sie naß anfallen sollten, zunächst entwässert und ggf. getrocknet werden. Es empfiehlt sich, nach Beimischung des Oxidationsmittels die Zersetzung in einem Druckbehälter durchzuführen.

Der Begriff Oxidationsmittel bezeichnet chemische Ver bindungen, die Sauerstoff abgeben, z. B. Wasserstoffperoxid, Kaliumpermanganat und andere. Die im Rahmen der Erfindung stattfindende oxidative Zersetzung ist keine Verbrennung. Eine Verbrennung von radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffen ist zwar bekannt, produziert jedoch Rauchgase, die ihrerseits radioaktiv und/oder radioaktiv kontaminiert sind und damit der be sonderen, aufwendigen Nachbehandlung bedürfen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die meisten in der tech nischen Praxis anfallenden radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe sind durch ein geeignetes Oxidationsmittel bei geeigneten thermodynamischen Parametern "mineralisieren" lassen, d. h. anorganische Rückstände bilden, während Wasser und Kohlendioxid frei werden und abgezogen werden können. Die anorganischen Rückstände sind radioaktiv oder radioaktiv kontaminiert. Das Wasser und das Kohlendioxid können ohne weitere Aufbe reitung kontrolliert abgegeben werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Ausbildung und Gestaltung des Verfahrens. Eine Ausführungsform, die sich bei sehr vielen radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffen auf einfache Weise verwirklichen läßt, ist dadurch gekenn zeichnet, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv konta minierten organischen Abfallstoffe mit Wasserstoffperoxid vermischt und damit zersetzt werden. Die beschriebene oxidative Zersetzung ist regelmäßig exotherm. Es muß jedoch Aktivierungsenergie zugeführt werden. Dazu lehrt die Erfindung, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe bei und/oder nach der Beigabe des Oxidationsmittels erwärmt und dabei zersetzt werden. Die Zuführung der Energie kann auf ver schiedene Weise erfolgen, insbes. kann eine direkte oder eine indirekte Erwärmung durchgeführt werden. Sehr einfach ist die Zuführung der Energie, wenn die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe dielektrisch und/oder galvanisch erwärmt werden. Die Zersetzung kann je nach den thermodynamischen Parametern, die einzuhalten sind, auch unter erhöhtem Druck durchgeführt werden, und zwar bis zur Hochdruckzersetzung. Nach bevor zugter Ausführungsform der Erfindung werden die Rückstände getrocknet und dadurch und/oder durch Beimischung eines Binders verfestigt.

Beim Betrieb von Kernkraftwerksanlagen fallen bekanntlich als Abfallstoffe radioaktive oder radioaktiv kontaminierte Ionenaustauscherharze an. Darunter versteht man organische polyvalente Stoffe, die aus Elektrolytlösungen positive oder negative Ionen aufnehmen und dafür eine äquivalente Menge Ionen gleichen Vorzeichens abgeben können. Sie dienen als Kationenaustauscher oder Anionenaustauscher. Die austauschfähigen Gruppen bilden mit dem aufgenommenen Ion - nach Zersetzung des organischen Trägergerüstes - den anorganischen Rückstand. Organische Ionenaustauscher auf Kunstharzbasis werden z. B. aus Polystyrol und Copoly merisaten oder Polyacrylaten hergestellt. Ionenaustauscher dieser Art sind zwar in Wasser quellfähig, jedoch nicht löslich. Gegenstand der Erfindung ist die Anwendung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 auf die Entsorgung von Ionenaustauscherharzen aus Kernkraftwerksanlagen, wobei die Ionenaustauscherharze mit Wasserstoffperoxid versetzt und dielektrisch auf Reaktionstemperatur erwärmt, dadurch der Druck erhöht und somit dabei oder danach zersetzt werden. Zweckmäßigerweise werden dazu die Ionenaustauscher harze, die als Abfallstoff aus der Kernkraftwerksanlage anfallen, zunächst getrocknet und danach mit dem Wasser stoffperoxid versetzt und zersetzt. Die dielektrische Erwärmung erfolgt im Rahmen dieser Anwendung vorzugsweise mit Mikrowellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs beispiels ausführlicher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Getrocknete Anionen- und Kationenaustauscherharze aus einer Kernkraftwerksanlage wurden in einem Aufschlußgefäß mit Wasserstoffperoxid versetzt. Das Aufschlußgefäß erlaubte den Aufschluß unter hohem Druck mit einer Energiezufuhr über Mikrowellen. Man kann auf diese Weise erreichen, daß das Inonenaustauscherharz nach etwa 10 Minuten bis 15 Minuten vollständig zersetzt und wasserklar aufgeschlossen ist. Nach der Zersetzung wurde Kohlendioxid abgezogen, das Wasser wurde abgedampft. Der Rückstand wurde in physikalischer und in chemischer Hinsicht weiter untersucht. Die Untersuchung führte zu dem Ergebnis, daß das gesamte Ionenaustauscherharz zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wurde. Als Rückstand blieb lediglich das Beladungsion als Verbindung mit der funktionellen Gruppe des Ionenaus tauscherharzes.

Im Rahmen der Untersuchung war das Kationenaustauscherharz hauptsächlich mit Lithium beladen. Als Rückstand wurde hauptsächlich Lithiumsulfat festgestellt. Das Anionenaus tauscherharz war vorwiegend mit Borat beladen. Als Rückstand verblieb hauptsächlich Borsäure.

Die Volumenuntersuchung ergab, daß aus 1000 cm³ Kationenaus tauscherharz lediglich 112 g Lithiumsulfat verblieben, aus 1000 cm³ Anionenaustauscherharz verblieben lediglich 122 g Borsäure. Das bedeutet eine Volumenreduktion auf etwa 1/16.

Claims

1.Verfahren zum Entsorgen von radioaktiven und/oder von radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffen, wobei die organischen Abfallstoffe aufbereitet und die aufbereiteten radioaktiven und/oder radioaktiv konta minierten Abfallstoffe in einem Transport- und/oder End lagerbehälter verbracht und endgelagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe mit einem Oxidationsmittel vermischt und dabei oder danach oxidativ zersetzt werden, wobei haupt sächlich Kohlendioxid und Wasser entstehen und ein radioaktiver und/oder radioaktiv kontaminierter anor ganischer Ruckstand verbleibt, und daß lediglich dieser Rückstand verfestigt, in den Transport- und/oder Endlager behälter verbracht und endgelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beimischung des Oxidationsmittels und die Zersetzung in einem Druckbehälter erfolgen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe mit Wasserstoff peroxid vermischt und damit zersetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe bei und/oder nach der Beigabe des Oxidationsmittels erwärmt und dabei sowie dadurch zersetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven und/oder radioaktiv kontaminierten organischen Abfallstoffe dielektrisch und/oder galvanisch erwärmt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung unter erhöhtem Druck durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände getrocknet und dadurch und/oder durch Beimischung eines Binders verfestigt werden.

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Ent sorgung von Ionenaustauscherharzen aus kerntechnischen Anlagen, wobei die Ionenaustauscherharze mit Wasserstoff peroxid versetzt und dielektrisch auf Zersetzungstemperatur erwärmt sowie dabei oder danach zersetzt werden.

9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 8, wobei die Ionenaustauscherharze getrocknet und danach mit dem Wasser stoffperoxid versetzt und zersetzt werden.

10. Anwendung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die dielektrische Erwärmung mit Mikrowellen durchgeführt wird.