HU220399B - Eljárás és berendezés szerves savat tartalmazó oldat ártalmatlanítására - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás olyan vizes oldat ártalmatlanítására, amely szerves savat és vaskomplexet tartalmaz, és különösen szerkezeti elemek radioaktív anyaggal szennyezett felületeinek mentesítésekor keletkezik. A találmány tárgya továbbá berendezés vizes oldat ártalmatlanítására egy tartállyal az oldat számára, amely oldat szerves savat és vaskomplexet tartalmaz, és különösen szerkezeti elemek radioaktív anyaggal szennyezett felületeinek mentesítésekor keletkezik.

A DE-A-41 26 971 számú német szabadalmi bejelentésből ismert egy eljárás és berendezés szerves anyag ártalmatlanítására. Ezzel az eljárással és a hozzá tartozó berendezéssel olyan szerves savakat kezelnek, amelyeket radioaktív anyaggal szennyezett szerkezeti elemek felületének mentesítésekor alkalmaztak.

Az ilyen mentesítés után olyan oldat marad vissza, amely a kémiailag változatlan savtartalom mellett, a mentesítés során keletkezett vegyi anyagokat és a szerkezeti elemek felületéről eltávolított radioaktív anyagokat is tartalmazza. Az ilyen oldatokat szilárd anyaggá kell alakítani és hordókban véglegesen tárolni.

Abból a célból, hogy a végleges raktár a lehető legkisebb legyen, arra törekszenek, hogy a szilárd anyaggá való alakítás előtt az oldat térfogatát csökkentsék.

Ismert, hogy az oldathoz, míg egy katalizátorral érintkezésben van, hidrogén-peroxidot vezetnek. Ekkor lényeges bomlástermékként szén-dioxid és viz keletkezik. Az oldat koncentrációját úgy csökkentik, hogy egy bepárlási lépés után már csak viszonylag kis mennyiség marad, amelyet szilárd anyaggá kell alakítani, és véglegesen kell tárolni.

Az ismert eljárás és a hozzá tartozó berendezés a szerves anyag ártalmatlanításához katalizátort igényel. Az ilyen katalizátort érintkezésbe kell hozni az anyaggal. Ehhez a szilárd katalizátoranyagot az ártalmatlanítandó oldatban lebegve kell tartani. Az egyik változatban ezenkívül költséges tartóeszközre van szükség a katalizátor számára.

A mentesítés alatt anionos és kationos formában fémek keletkeznek. Ezeknek a fémionoknak az eltávolítására általában anion- és kationcserélőket alkalmaznak. Anioncserélóvel az anionos fémkomplexek és a mentesítő vegyszerek is eltávolíthatók. Ehhez nagy anioncserélőre van szükség. Ez nagy mennyiségű ioncserélő gyantához vezet, amelyet ártalmatlanítani kell.

A visszamaradó oldatot rendszerint bepárolják, és az így keletkezett koncentrátumot véglegesen tárolják. A mentesített rendszert ezt követően még öblítik, és az öblítővizet bepárolják. Következésképpen nagyon nagy oldat-, illetve vízmennyiségeket kell kezelni.

Találmányunk célja eljárás szerves savat tartalmazó, vizes oldat ártalmatlanítására költséges katalizátor alkalmazása nélkül. A találmány további célja ilyen vizes oldatok ártalmatlanítására alkalmas berendezés.

Különös jelentősége van, hogy mentesítés után csak kevés ioncserélő gyanta, és nem nagy oldatmennyiségek keletkezhetnek, amelyeket ártalmatlanítani kellene.

Ezt a feladatot a találmány értelmében az eljárás tekintetében úgy oldjuk meg, hogy az oldatot UV fénnyel besugározzuk, miáltal a vaskomplex redukálódik, és egy oldott vassó és szén-dioxid képződik. Az oldott vassó egy részét kationcserélővei eltávolítjuk az oldatból. Az oldott vassó egy másik részéből, a sav egy részéből és hozzáadott oxidálószerből víz és újból a vaskomplex képződik. A vaskomplexet és a még el nem bomlott szerves savat tartalmazó megmaradó oldatot újból besugározzuk UV fénnyel, és addig tartjuk körfolyamatban, amíg van szerves sav.

A feladatot a berendezés tekintetében úgy oldjuk meg, hogy a tartályból indul, és a tartályba torkollik egy körvezeték, amely tartalmaz egy UV-sugárzó elemet. A körvezetékhez hozzá van rendelve egy kationcserélő és egy tápvezeték az oxidálószer számára. A vezeték magában foglal egy adagolóberendezést.

Az ártalmatlanítandó vizes oldatban lévő vaskomplex például mentesítéskor kerül ebbe az oldatba. Az ilyen oldat krómkomplexeket és nikkelkomplexeket is tartalmazhat, amelyek vaskomplex helyett hozzájárulhatnak egy szerves savat tartalmazó, vizes oldat ártalmatlanításához.

A találmány szerinti eljárásnak az az előnye, hogy az oldatban található szerves savat anélkül alakítjuk messzemenően maradéktalanul szén-dioxiddá és vízzé, hogy katalizátorra lenne szükség. A szerves sav ártalmatlanítására szolgáló eljárás már a mentesítés alatt beindítható. Semmilyen költséges berendezésre nincs szükség. Az eljárás például közvetlenül abban a tartályban végrehajtható, amelyet mentesítünk. A széndioxidot el lehet engedni, mivel radioaktív anyagoktól mentes.

Az újból képződött vaskomplex a találmány szerinti eljárásban előnyös módon ismételten felhasználható. Ezáltal egy körfolyamatot kapunk.

A körfolyamattól függően az anionos vaskomplexeket előnyös módon vaskationokká alakítjuk. Ezért csak kationcserélőt kell alkalmazni, anioncserélót nem.

Az ártalmatlanítandó ioncserélő gyanta mennyisége előnyös módon csak a mentesítendő rendszer tényleges kationhozamától függ. A gyantamennyiség körülbelül huszada az ismert mentesítési eljárások során keletkező gyantamennyiségnek. Ez akkor igaz, ha a találmány szerinti eljárást terhelt mentesítő oldat ártalmatlanítására használjuk. A kis gyantamennyiség csak kis végleges raktárát igényel.

A találmány szerinti eljárással az oldat előnyös módon olyan mértékig tisztítható, hogy a mentesített rendszer későbbi üzemeltetéséhez például hűtőanyagként újból felhasználható.

Az oldat bepárlással történő költséges ártalmatlanítása elmarad. A mentesített rendszer öblítése nem szükséges, amelynek során nagy mennyiségű, később elpárologtatandó víz keletkezne.

Az ártalmatlanítandó oldat rendszerint már tartalmaz vaskomplexet. Ez az ártalmatlanítandó szerves sav egy részéből és vasionokból képződik, amelyek egyébként is jelen vannak az ártalmatlanítandó oldatban. Ezek a vasionok például a szennyeződést folyamat alatt vagy már ez előtt bekerülhetnek a mentesítendő tartályba.

Abban az esetben, ha nem lennének vasionok az oldatban, akkor például az oldathoz a sav egy részének

HU 220 399 Β1 vaskomplexszé való átalakításához ionizált vasat (vasionokat) lehet keverni. Ehhez például az oldatba egy vassót lehet bevinni, amely ott ionizálódik, és ezáltal többek között vasionokat képez. A vasionok hozzáadásának az az előnye, hogy még akkor is, ha a vasionok hiányoznának az oldatból, elegendő vasion álljon rendelkezésre a sav egy részének vaskomplexszé való átalakulásához.

Az ionizált vasnak például meghatározott vegyértéke van, és a sav egy részével vaskomplexet alkot, amelyben a vasnak ugyanannyi a vegyértéke (azonos vegyértékű vaskomplex).

Az ionizált vas például háromértékű, és a szerves sav egy részével vas(III)-komplexet alkot.

UV fénnyel való besugárzás hatására ez a komplex szén-dioxid képződése közben oldott vassóvá alakul, amelyben a vas vegyértéke például eggyel kevesebb, mint a komplexben lévő vas vegyértéke. (Vassó, amelynek vegyértéke eggyel kevesebb, mint a vaskomplex vegyértéke.) Ez az oldott vassó, a maradék sav és egy oxidálószer, amelyet hozzáadunk, képezik újból a vaskomplexet. Ezenkívül víz képződik.

Egy vas(III)-komplexet például a kétértékű vas oldott sójává (kétértékű vassóvá) alakítunk. Ez az oldott kétértékű vassó, a maradék szerves sav és egy oxidálószer, amelyet hozzáadunk, kémiailag reagál, és vizet, valamint újból a vas(III)-komplexet képezi. Ez a vas(III)komplex megegyezik a korábban meglévő vas(III)komplexszel. A vas(III)-komplexet tehát regeneráljuk.

Abban az esetben, ha a szerves sav teljes mennyisége nem reagált kémiailag a vassóval és az oxidálószerrel, mert például a vassó mennyisége nem volt elegendő, akkor a regenerált vaskomplexből UV fénnyel való besugárzással újból képezhető szén-dioxid és a szükséges oldott vassó. A vassó ezután reagál a hozzáadott oxidálószerrel és a még megmaradt szerves savval a vaskomplex és víz újbóli képződése közben. Előnyös módon körfolyamatot kapunk, amely addig tart, míg az összes szerves sav viszonylag kis mennyiségű vassóvá, valamint szén-dioxiddá és vízzé alakul. A vassót a kationcserélővei eltávolítjuk. A szén-dioxidot és a vizet elengedjük.

Ugyanilyen körfolyamat más ionizált fém alkalmazásával is lehetséges.

Ha a szerves sav például oxálsav, a következő reakcióegyenleteket kapjuk:

(1) 3H₂C₂O₄+Feⁱⁿ->[Feⁱⁿ (C₂O₄)₃]³oxálsav+háromértékű vas-»vas(III)-komplex (2) [Feⁿⁱ(C2O4)3]³-+UV-»Feⁿ (C2O₄)₂+2 CO₂ vas(III)-komplex+UV->kétértékű vassó széndioxid (3) Fe”(C₂O₄)₂+H₂C₂O₄+H₂O₂7 kétértékű vassó+oxálsav+hidrogén-peroxid—> [Feⁿⁱ(C2O4)3]³-+2 H2O-> vas (III)-komplex+víz

A (3) reakcióegyenletben képződött vas (Ill)-komplexet újból fel lehet használni a (2) reakcióegyenletben. A (2) és (3) reakcióegyenletek egymást váltják, míg az összes oxálsav el nem fogy. Ekkor szén-dioxid és víz mellett csak kis mennyiségű kétértékű vassó marad vissza.

Ugyanilyen körfolyamat más fémkomplexszel is lehetséges, amely előzőleg egy ionizált fémből képezhető.

A körfolyamat kivitelezéséhez nincs szükség különleges tartályra. Még az éppen előzőleg mentesített tartályban is kivitelezhető.

Azt a szerves savat, amely nem alakul át a kétértékű vassóvá, a körfolyamattal előnyös módon teljesen vízzé és szén-dioxiddá alakítjuk, amelyek nem igényelnek költséges ártalmatlanítást. A szén-dioxid elengedhető.

Az oxidálószer lehet például hidrogén-peroxid vagy ózon, amelyek különösen megfelelőek.

Az oxidálószer koncentrációja például 0,002 mol/1 és 0,02 mol/1 között, különösen 0,005 mol/1 és 0,007 mol/1 között van. Sokkal nagyobb hidrogénperoxid koncentráció esetén a hidrogén-peroxid UVabszorpciója miatt kevesebb szerves sav alakulna át.

Az alkalmazott UV fény különösen megfelelő hullámhossza 250 nanométer és 350 nanométer között van.

Az UV-sugárzó elemben az történik, hogy az oldatban lévő vaskomplex redukálódik, úgyhogy oldott vassó és szén-dioxid képződik. A szén-dioxidot gázként egy elvezetőcsövön elengedjük. Az adagolóberendezés segítségével ezután a tápvezetéken megfelelő mennyiségű oxidálószert táplálunk be. A tápvezeték a tartályon át vagy közvetlenül lehet kapcsolatban az UV-sugárzó elemmel, vagy egy másik ponton torkollik a körvezetékbe. Ez biztosítja, hogy az oxidálószer oda kerül, ahol az oldott vassót és a szerves savat tartalmazó oldat abban az időpontban található.

Az oxidálószer betáplálása után a víz mellett újból keletkezik vaskomplex. Ez a vaskomplex megegyezik azzal a vaskomplexszel, amelyik már előzőleg jelen volt. Ezáltal biztosítva van, hogy egy körfolyamat játszódhat le. A vaskomplexet azután újból besugározzuk UV fénnyel, és így redukálódik. Ismét oldott vassó és szén-dioxid képződik, és a vassóból a maradék savval, valamint az oxidálószerrel újból vaskomplex és víz képződik. Ez a körfolyamat addig tarthat, amíg az összes sav el nem fogy.

A tartállyal vagy a körvezetékkel egy adagolóberendezésen át össze lehet kötve egy tápvezeték vasionokat tartalmazó oldat számára. Ezen a tápvezetéken vasionokat tartalmazó oldatot táplálunk be az eljárás elején, ha a tartályban található oldatban egyébként nincsenek vasionok. A legtöbb esetben azonban vannak jelen vasionok. Ha az oldatban egyáltalán nem lennének vasionok, akkor vaskomplex sem lehetne jelen, amely vasionokból és az ártalmatlanítandó sav egy részéből képződik.

Mivel előnyös módon nincsenek jelen zavaró anionok, ezért a visszamaradó oldat a kationcserélővei olyan mértékig tisztítható, hogy például hűtőanyagként újból felhasználható. Emiatt nincs szükség bepárlóra, következésképpen bepárlási maradékokat sem kell eltávolítani.

A körvezetékben a kémiai körfolyamat addig zajlik, míg a szerves sav részmennyisége - amely adott esetben egy áthaladáskor marad vissza - át nem alakul. Ez lehetséges, mivel a kationcserélő a vaskomplexet nem tartja vissza. Amikor az összes sav elfogy, akkor már nem képződik több vaskomplex. Ekkor esetleg marad

HU 220 399 Β1 kevés vassó az oldatban. Ennek a vassónak a kationos részét azonban a kationccserélő eltávolítja az oldatból. Hasonlóképpen a kationcserélő egy mentesítési eljárás óta az oldatban esetleg jelenlévő radioaktív kationokat is eltávolítja. A visszamaradó oldat nem igényel további kezelést, és azonnal újból felhasználható hűtőanyagként.

A találmány szerinti eljárásnak és berendezésnek különösen az az előnye, hogy kémiai körfolyamatban költséges katalizátoros technika alkalmazása nélkül egy szerves sav messzemenően szén-dioxiddá és vízzé alakítható. Ezen felül a maradék anyagok eltávolítására végrehajtott mentesítés után sem anioncserélőre, sem bepárlóra nincs szükség.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakja kapcsán ismertetjük részletesebben, ábránk segítségével.

Az ábrán látható az 1 tartály, amely lehet mentesítendő tartály, és a 2 körvezeték részét képezi. A mentesítés végrehajtása után az 1 tartályban, oldatban visszamarad egy szerves sav, amelyet ártalmatlanítani kell. Az 1 tartály azonban külön tartály is lehet, amelybe az ártalmatlanításhoz betöltjük a szerves savat tartalmazó vizes oldatot. Az 1 tartályon van egy 11 betöltőnyílás, amelyen át betöltjük az ártalmatlanítandó oldatot. Abban az esetben, ha a mentesítés az 1 tartályban zajlik le, a mentesítés előtt a mentesítő vegyszerek ezen a nyíláson jutnak az 1 tartályba. Arra az esetre, ha az ártalmatlanítandó oldat nem tartalmazna vaskomplexet, van egy 3 tápvezeték a vasionok számára, amelyeket oldott vassó formájában lehet betáplálni. Ez a 3 tápvezeték tartalmaz egy 4 adagolóberendezést, és a 2 körvezetékbe torkollik. Közvetlenül az 1 tartályba is torkollhat. Az ionizált vassal az oldatban található szerves sav egy részét vaskomplexszé alakítjuk.

Az 1 tartály 9 elvezetőcsövével, amely a 2 körvezeték része, össze van kötve egy 5 UV-sugárzó elem. UV fénnyel való besugárzással az oldatban lévő vaskomplex ott redukálódik, úgyhogy oldott vassó és szén-dioxid képződik. A szén-dioxid az 5 UV-sugárzó elemmel összekötött 6 elvezetőcsövön hagyja el az 5 UV-sugárzó elemet. A szén-dioxid - mivel nem tartalmaz szennyezett anyagokat - elengedhető.

Az oxidálószer a 7 tápvezetéken jut a 2 körvezetékbe, amelyben ebben az időpontban található az oldott vassó és a maradék szerves sav. Az oxidálószer hozzáadagolása a 8 adagolóberendezéssel történik, amely a 7 tápvezetékben található. A 3 és/vagy 7 tápvezetékek áramlási irányban az 5 UV-sugárzó elem előtt, egy nem ábrázolt helyen vagy közvetlenül is betorkollhatnak az 5 UV-sugárzó elembe. Az oldott vassóból, a sav egy részéből és az oxidálószerből víz és újból vaskomplex képződik, amely megegyezik az előzőleg említett vaskomplexszel. Ettől az időponttól egy körfolyamat ismétlődhet : A vaskomplexet az UV fény újból redukálja, miáltal oldott vassó és szén-dioxid képződik. Ezután az oxidálószer ismét hat, úgyhogy ebből, a vassóból és a sav egy további részéből újból vaskomplex és víz képződik. Végül több ilyen körfolyamat után az összes sav szén-dioxiddá, vízzé és kevés mennyiségű vassóvá alakul.

Abban az esetben, ha az ártalmatlanítandó oldat mentesítő oldat volt, a vissszamaradó oldat még a mentesítéssel eltávolított radioaktív anyagokat is tartalmazza. Ezeket az anyagokat és a vassó kationos részét a 10 kationcserélővei távolítjuk el az oldatból. A kationcserélő az 5 UV-sugárzó elem után lehet kapcsolva. Anioncserélőre nincs szükség. Ennek ellenére a visszamaradó folyadék annyira tiszta, hogy hűtőanyagként újból felhasználható például egy erőműben. A 10 kationcserélő a 2 körvezetékben van elhelyezve. A kationcserélőt áthidalhatja egy 12 by-pass, hogy az oldat egy részét el lehessen vezetni a 10 kationcserélő előtt, és így ezt a részt ne szabadítsa fel a vassó, amíg még szükség van vassóra a vaskomplex újbóli képződéséhez. Rendszerint azonban egy áthaladásnál a vassónak csak egy részét távolítja el a 10 kationcserélő az oldatból.

A maradék folyadék eltávolításához nincs szükség bepárlóra. Előnyös módon csak nagyon kevés ioncserélő gyanta keletkezik, bepárlási maradék pedig egyáltalán nem, amelyeket ártalmatlanítani kellene.

A bemutatott berendezés kiürítésére a 13 ürítő nyílás szolgál. A 2 körvezetékben el lehet helyezni egy 14 szivattyút.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás szerves savat és vaskomplexet tartalmazó, vizes oldat ártalmatlanítására, amely különösen szerkezeti elemek radioaktív anyaggal szennyezett felületeinek mentesítésekor keletkezik, azzal jellemezve, hogy az oldatot UV fénnyel besugározzuk, miáltal a vaskomplex redukálódik, és egy oldott vassó és széndioxid képződik; az oldott vassó egy részét kationcserélővei eltávolítjuk az oldatból; az oldott vassó egy másik részéből, a sav egy részéből és hozzáadott oxidálószerből víz és újból a vaskomplex képződik; és a vaskomplexet és a még el nem bomlott szerves savat tartalmazó visszamaradó oldatot újból besugározzuk UV fénnyel, és addig tartjuk körfolyamatban, amíg van szerves sav.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oldathoz a sav egy részének vaskomplexszé való átalakításához ionizált vasat keverünk.
3. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sav egy részét meghatározott vegyértékű ionizált vassal ugyanolyan vegyértékű vaskomplexszé alakítjuk.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a sav egy részét háromértékű ionizált vassal vas(III)-komplexszé alakítjuk.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oldatban lévő vaskomplexből oldott vassót képezünk, amelynek vegyértéke eggyel kevesebb, mint a vaskomplex vegyértéke.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oldatban lévő vas(III)-komplexből kétértékű oldott vassót képezünk, és ekkor újból vas(III)-komplex képződik.