EP0307306B1 - Procédé et installation de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium - Google Patents

Procédé et installation de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium Download PDF

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EP0307306B1
EP0307306B1 EP88402247A EP88402247A EP0307306B1 EP 0307306 B1 EP0307306 B1 EP 0307306B1 EP 88402247 A EP88402247 A EP 88402247A EP 88402247 A EP88402247 A EP 88402247A EP 0307306 B1 EP0307306 B1 EP 0307306B1
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tritium
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water
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Pierre Giroux
Jean-Claude Durand
Dominique Ochem
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S422/00—Chemical apparatus and process disinfecting, deodorizing, preserving, or sterilizing
    • Y10S422/903—Radioactive material apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating solid organic waste contaminated with tritium.
  • the present invention specifically relates to a process for treating solid organic waste contaminated with tritium which makes it easy to achieve this objective.
  • the method according to the invention for treating solid organic waste contaminated with tritium consists in bringing said waste into contact with water vapor at a temperature T and a pressure P at most equal to the vapor pressure p s of water at temperature T to extract from the water vapor at least part of the tritium present in the waste, and then to condense the water vapor to recover the tritium from the waste in the form of tritiated water.
  • water vapor is used at a temperature T and a pressure P equal to the vapor pressure p s of the water at the temperature T.
  • dry steam is used at a temperature T and a pressure P lower than the vapor pressure p s of water at temperature T.
  • the tritium present in solid waste is generally in the form of free tritiated water as a result of a spontaneous reaction of tritium with the oxygen in the air, the activation energy of the reaction. being brought by ⁇ radiation tritium.
  • tritium is easily transformed into tritiated water.
  • this free tritiated water is extracted by bringing the waste into contact with steam, which makes it possible to carry out a drying of the waste and to recover the tritium in the form of easy-to-store tritiated water.
  • the waste is brought into contact with the water vapor under a pressure below atmospheric pressure in order to have more suitable treatment conditions, at low temperatures.
  • the temperature of the water vapor T must be lower than the degradation, melting or decomposition temperature of the treated solid waste.
  • FR-A- 2 279 205 discloses a treatment enclosure in which a gaseous transport medium can be circulated, possibly containing more water vapor which is then condensed, but this enclosure is intended for 'evaporation of liquid waste while the drying chamber of the invention is intended for the treatment of solid waste contaminated with tritium.
  • the installation comprises a drying enclosure 1 for solid waste into which is introduced by a pipe 3 provided with orifices 5 steam coming from a steam generator 7.
  • the steam leaves the drying enclosure via line 9 fitted with a valve 10 and it is condensed in a condenser in two successive stages 11 and 13. It can then be stored in the form of tritiated water in tank 15.
  • the drying chamber 1 is provided with an open grid 17 on which the waste to be treated can be placed.
  • This grid 17 is itself located above the duct 5 provided with the steam outlet orifices 3.
  • the enclosure 1 is insulated and it includes heating means 19 which make it possible to maintain it at the desired temperature, that is to say at the temperature T.
  • the steam generator 7 consists of a heat-insulated enclosure provided at its lower part with heating means 21 to bring the water 23 it contains to temperature T.
  • a pipe 25 connects the steam space of the generator 7 to the pipe 3 for introducing waste into the enclosure 1 and is provided with an adjustment valve 27 making it possible to bring the pressure of the steam to the desired value, that is to say at a value generally lower than the vapor pressure p s of the water 23 contained in the steam generator 7.
  • the two-stage condenser comprises a first stage 11 cooled by water at 15 ° C and a second stage 13 cooled by liquid nitrogen.
  • the waste to be treated is first placed on the perforated grid 17 of the drying enclosure 1, then the pressure throughout the installation is brought to a value below atmospheric pressure using a group of non-vacuum pumps. shown in the drawing.
  • the water from the steam generator 7 is then brought to the desired temperature T and the temperature of the drying chamber 1 is adjusted to the same temperature T.
  • the valve 27 is then opened by adjusting it so as to lower the pressure P of the steam introduced into the drying chamber 1 at a value lower than the vapor pressure p s of the water 23 of the steam generator 7.
  • the valve 10 of the pipe 9 is also opened and the water vapor in the drying chamber 1 for the time required to extract the tritium from the waste.
  • the vapor is condensed successively in the condensers 11 and 13 then stored in tank 15.
  • the waste is introduced into enclosure 1 which has a volume of 2 m3.
  • the water from the steam generator 7 is then brought to a temperature of 60 ° C. and the temperature of the enclosure 1 is also adjusted to 60 ° C.
  • the pressure P of the vapor introduced into the enclosure 1 is 20 kPa (200 mbar).
  • 25 kg of waste containing less than 2 ⁇ Ci / g of tritium are obtained, the activity of the water leaving the condensers is 5 Ci / l.
  • the second mode of implementation of the method of the invention is used, that is to say the steam drying of the waste, to extract waste similar to that of Example 1 for the most part. of the tritium they contain.
  • drying with unsaturated steam is more suitable since there is good heat conduction and good self-diffusion of the tritiated water in the water.

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Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium.
  • De façon plus précise, elle concerne un procédé de traitement permettant de diminuer l'activité en tritium des déchets jusqu'à des valeurs inférieures à 10 Ci/t.
  • Dans les installations de traitement de gaz tritiés et d'eaux tritiées, on produit des quantités importantes de déchets organiques contaminés par du tritium, par exemple des panneaux de boîtes à gants, des gants, des matériaux en vinyle, en coton etc. Généralement, la teneur en tritium de ces déchets atteint quelques centaines de curies par tonne, et génère un dégazage de tritium compliquant de façon importante la gestion de ces déchets.
  • Aussi, on recherche des procédés permettant de diminuer de façon importante te dégazage de tritium et donc l'activité de ces déchets à des valeurs inférieures à 10 Ci/t, voire 1 Ci/t.
  • La présente invention a précisément pour objet un procédé de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium qui permet d'atteindre facilement cet objectif.
  • Le procédé selon l'invention de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium, consiste à mettre lesdits déchets en contact avec de la vapeur d'eau à une température T et une pression P au plus égale à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T pour extraire dans la vapeur d' eau au moins une partie du tritium présent dans les déchets, et à condenser ensuite la vapeur d'eau pour récupérer le tritium des déchets sous forme d'eau tritiée.
  • Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on utilise de la vapeur d'eau à une température T et une pression P égale à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T.
  • Dans ces conditions, on sature les déchets avec de l'eau et l'on obtient une dilution du tritium dans la vapeur d'eau.
  • Cependant, lorsqu'on opère dans ces conditions avec des déchets ayant des teneurs différentes en tritium, on atteint un équilibre et il se peut que tes déchets les moins contaminés soient au contraire enrichis en tritium lors de l'opération de mise en contact avec la vapeur d'eau, les déchets les plus contaminés étant en revanche appauvris en tritium.
  • Aussi, selon un deuxième mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on utilise de la vapeur sèche à une température T et une pression P inférieure à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T.
  • Dans ces conditions, on sèche les déchets et on extrait de ceux-ci la majeure partie du tritium qu'ils contiennent.
  • En effet, on a découvert que le tritium présent dans des déchets solides était généralement sous forme d'eau tritiée libre par suite d'une réaction spontanée du tritium avec l'oxygène de l'air, l'énergie d'activation de la réaction étant apportée par le rayonnement β
       du tritium. Ainsi, le tritium est transformé facilement en eau tritiée. Dans l'invention, on extrait cette eau tritiée libre par mise en contact des déchets avec de la vapeur d'eau, ce qui permet d'effectuer un séchage des déchets et de récupérer le tritium sous forme d'eau tritiée facile à stocker.
  • Le procédé de l'invention est ainsi très avantageux, car il peut être mis en oeuvre facilement dans des installations simples.
  • De préférence, on réalise la mise en contact des déchets avec la vapeur d'eau sous une pression inférieure à la pression atmospherique pour avoir des conditions de traitement plus appropriées, à des températures peu élevées.
  • En effet, dans le procédé de l'invention, la température de la vapeur d'eau T doit être inférieure à la température de dégradation, de fusion ou de décomposition des déchets solides traités.
  • Comme il s'agit de déchets organiques, on opère donc généralement à des températures inférieures à 80°C, en utilisant de la vapeur sèche par exemple à une pression de 13,5 à 27 kPa (100 à 200 torrs).
  • En opérant dans ces conditions, on peut pomper l'eau tritiée libre présente dans les déchets et obtenir des taux de décontamination très satisfaisants.
  • La présente invention a également pour objet une installation de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium, qui comprend :
    • a) une enceinte de séchage apte à recevoir les déchets solides à traiter,
    • b) des moyens de chauffage de l'enceinte de séchage,
    • c) des moyens pour mettre en circulation dans l'enceinte de séchage de la vapeur d'eau à une température T et une pression P au plus égale à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T,
    • d) des moyens pour condenser la vapeur d'eau sortant de l'enceinte de séchage, et
    • e) des moyens pour stocker l'eau tritiée ainsi condensée.
  • On connaît par FR-A- 2 279 205 une enceinte de traitement dans laquelle on peut mettre en circulation un milieu de transport gazeux contenant éventuellement de plus de la vapeur d'eau que l'on condense ensuite, mais cette enceinte est destinée à l'évaporation de déchets liquides alors que l'enceinte de séchage de l'invention est destinée au traitement de déchets solides contaminés par du tritium.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, donnée bien entendu à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin annexé qui représente de façon schématique une installation de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium conforme à l'invention.
  • Sur cette figure, on voit que l'installation comprend une enceinte de séchage 1 des déchets solides dans laquelle est introduite par une canalisation 3 munie d'orifices 5 de la vapeur provenant d'un générateur de vapeur 7. La vapeur sort de l'enceinte de séchage par la conduite 9 munie d'une vanne 10 et elle est condensée dans un condenseur à deux étages successifs 11 et 13. Elle peut être ensuite stockée sous forme d'eau tritiée dans le réservoir 15.
  • L'enceinte de séchage 1 est munie d'une grille ajourée 17 sur laquelle on peut disposer les déchets à traiter. Cette grille 17 est elle-même située au-dessus du conduit 5 muni des orifices 3 de sortie de vapeur. L'enceinte 1 est calorifugée et elle comporte des moyens de chauffage 19 qui permettent de la maintenir à la température voulue, c'est-à-dire à la température T.
  • Le générateur de vapeur 7 est constitué par une enceinte calorifugée munie à sa partie inférieure de moyens de chauffage 21 pour porter à la température T l'eau 23 qu'il contient. Une conduite 25 relie l'espace vapeur du générateur 7 à la conduite 3 d'introduction des déchets dans l'enceinte 1 et elle est munie d'une vanne de réglage 27 permettant d'amener la pression de la vapeur à la valeur voulue, c'est-à-dire à une valeur généralement inférieure à la tension de vapeur ps de l'eau 23 contenue dans le générateur de vapeur 7.
  • Le condenseur à deux étages comprend un premier étage 11 refroidi par de l'eau à 15°C et un second étage 13 refroidi par de l'azote liquide.
  • Pour traiter un lot de déchets, on opère de la façon suivante. On dispose tout d'abord sur la grille ajourée 17 de l'enceinte de séchage 1 les déchets à traiter, puis on amène la pression dans toute l'installation à une valeur inférieure à la pression atmosphérique en utilisant un groupe de pompes à vide non représenté sur le dessin. On porte alors l'eau du générateur de vapeur 7 à la température voulue T et l'on règle la température de l'enceinte de séchage 1 à la même température T. On ouvre alors la vanne 27 en la règlant de façon à abaisser la pression P de la vapeur introduite dans l'enceinte de séchage 1 à une valeur inférieure à la tension de vapeur ps de l'eau 23 du générateur de vapeur 7. On ouvre également la vanne 10 de la conduite 9 et on fait circuler la vapeur d'eau dans l'enceinte de séchage 1 pendant la durée voulue pour extraire le tritium des déchets. La vapeur est condensée successivement dans les condenseurs 11 et 13 puis stockée dans le réservoir 15.
  • Les exemples suivants illustrent les résultats obtenus en mettant en oeuvre le procédé de l'invention.
    • Exemple 1 :
  • Dans cet exemple, on traite 25 kg de déchets organiques solides constitués par des gants contenant 1 % d'eau tritiée et ayant une activité en tritium de 100µCi/g, par le premier mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, qui consiste à réaliser la décontamination par dilution isotopique dans de la vapeur d'eau.
  • Dans ce cas, on introduit les déchets dans l'enceinte 1 qui présente un volume de 2 m³. On porte alors l'eau du générateur de vapeur 7 à une température de 60°C et l'on règle la température de l'enceinte 1 également à 60°C. La pression P de la vapeur introduite dans l'enceinte 1 est de 20 kPa (200 mbars). Après avoir introduit 2 l d'eau dans l'enceinte 1 on obtient 25 kg de déchets contenant moins de 2 µCi/g de tritium, l'activité de l'eau à la sortie des condenseurs est de 5 Ci/l.
    • Exemple 2 :
  • Dans cet exemple, on utilise le second mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, c'est-à-dire le séchage à la vapeur des déchets, pour extraire des déchets analogues à ceux de l'exemple 1 la majeure partie du tritium qu'ils contiennent.
  • Dans ce cas, on opère à une température de 60°C sous une pression de 1 kPa (10 mbars) et on fait circuler dans l'enceinte 500 g, soit 0,5 l d'eau, ceci permet de ramener l'activité des 25 kg de déchets à 2 µCi/g et de recueillir à la sortie de l'eau ayant une activité de 20 Ci/l.
  • On remarque ainsi que le séchage à la vapeur non saturée est mieux approprié car il y a une bonne conduction de la chaleur et une bonne autodiffusion de l'eau tritiée dans l'eau.

Claims (8)

  1. Procédé de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium consistant à mettre lesdits déchets en contact avec de la vapeur d'eau à une température et une pression P égale à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T pour saturer les déchets avec de l'eau et diluer le tritium dans la vapeur d'eau, et à condenser ensuite la vapeur d'eau pour récupérer le tritium des déchets sous forme d'eau tritiée.
  2. Procédé de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium consistant à mettre en contact les déchets avec de la vapeur d'eau sèche à une température T et une pression P inférieure à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T pour sécher les déchets et extraire de ceux-ci la majeure partie du tritium qu'il contiennent, et à condenser ensuite la vapeur d'eau pour récupérer le tritium des déchets contaminés.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température T est inférieure à la température de dégradation ou de fusion des déchets organiques solides traités.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température T est inférieure à 80°C.
  5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression P de la vapeur d'eau est de 13,5 à 27 kPa (100 à 200 torrs).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on opère sous une pression inférieure à la pression atmosphérique.
  7. Installation pour le traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium, caractérisée en ce qu'elle comprend :
    a) une enceinte de séchage (1) apte à recevoir les déchets solides à traiter,
    b) des moyens de chauffage (19) de l'enceinte de séchage,
    c) des moyens (7, 25, 27) pour mettre en circulation dans l'enceinte de séchage de la vapeur d'eau à une température T et une pression P au plus égale à la tension de vapeur ps de l'eau à la température T,
    d) des moyens (11, 13) pour condenser la vapeur d'eau sortant de l'enceinte de séchage, et
    e) des moyens (15) pour stocker l'eau tritiée ainsi condensée.
  8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens pour mettre en circulation dans l'enceinte de séchage de la vapeur d'eau à une température T et une pression P comprennent un générateur de vapeur (7) dont l'espace vapeur est relié à l'enceinte de séchage par une conduite (25) munie d'une vanne de réglage (27) de la pression, ladite conduite débouchant dans l'enceinte de séchage sous une grille (17) supportant les déchets à traiter.
EP88402247A 1987-09-09 1988-09-07 Procédé et installation de traitement de déchets organiques solides contaminés par du tritium Expired - Lifetime EP0307306B1 (fr)

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