DE3513943A1

DE3513943A1 - Verfahren zur verbesserung der abtrennwirkung beim abtrennen radioaktiver isotope in elementarer oder chemisch gebundener form aus fluessigkeiten und gasen

Info

Publication number: DE3513943A1
Application number: DE19853513943
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Dr. 7997 Immenstaad Kirch; Wulf Dipl.-Chem. Dr. 7778 Markdorf Kock; Rainer Dipl.-Phys. Dr. 7778 Markdorf Schmidberger
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1986-10-23
Also published as: DE3513943C2

Description

Verfahren zur Verbesserung der Abtrennwirkung beim
Abtrennen radioaktiver Isotope in elementarer oder chemisch gebundener Form aus Flüssigkeiten und Gasen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Abtrennwirkung beim Abtrennen radioaktiver Isotope in elementarer oder chemisch gebundener Form aus Flüssigkeiten und Gasen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Abtrennung radioaktiver, anorganischer oder organischer Wasserinhaltsstoffe erfolgt in der Regel mit Ionenaustauschern oder Adsorbentien, die Abtrennung radioaktiver Gasinhaltsstoffe durch Filtration oder Absorption der Schadstoffe in geeigneten Lösungen. Die radioaktiven Inhaltsstoffe sind meistens in sehr geringer Konzentration in der Flüssigkeit oder im Gas enthalten; ihre quantitative Abtrennung ist daher besonders problematisch.
Die radioaktiven Stoffe sollen soweit entfernt werden, dass die verbleibenden radioaktiven Konzentrationen den gesetzlichen Emissionsgrenzwerten genügen, eine direkte Einleitung in das öffentliche Abwassersystem oder in die Atmosphäre also möglich wird. Als Grenzwerte gelten in diesem Zusammenhang die in der Strahlenschutzverordnung festgelegten Konzentrationen. Für radioaktives Jod (125je wurde z.B. ein oberster Konzentrationswert von -12 7,7 . 10 12 ppm (mg/l) im Abwasser festgelegt.
Für die Behandlung bieten sich Ionenaustauscher oder Adsorbentien 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 organische Verbindungen aus dem Abwasser oder nicht inerte Gasanteile und Stäube aus dem Abgas an der Oberfläche von porösen Feststoffen angelagert und angereichert. Als Ionenaustauscher können natürliche Mineralien, anorganische Stoffe (z.B. Zeolithe) oder organische Harze verwendet werden; als Adsorbentien werden meisten Aktivkohle, Aluminiumoxid oder synthetische Polymere verwendet. Sowohl bei den Ionenaustauschern als auch bei den Adsorbentien bestimmt die Gleichgewichtslaqe 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.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, um radioaktive Inhaltsstoffe, insbesondere solche, die in sehr geringen Konzentrationen vorliegen, nahezu vollständig aus Flüssigkeiten oder Gasen abzutrennen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass dem Fluid nichtradioaktive Isotope desjenigen Elements zugesetzt werden, dessen radioaktive Isotope abgetrennt werden sollen. Die nichtradioaktiven Isotope müssen dabei entweder in einem ausreichend raschen Austauschgleichgewicht in die Verbindung des abzutrennenden Isotops eingebaut werden oder von vornherein in der gleichen chemisch gebundenen For:n vorliegen, wie die radioaktiven Inhaltsstoffe. Im ersten Fall wird das radioaktive Isotop aus seiner ursprünglichen Verbindung in die des zugesetzten nichtradioaktiven Isotops gemäss dem relativen Menaenverhältnis beider Verbindungen überführt. Dabei wird die Verbindung des nichtradioaktiven Isotops unter dem Gesichtspunkt der leichten Abtrennbarkeit aus dem zu entsorgenden Fluid ausgewählt. Im letzteren Falle wird die Gesamtkonzentration der Substanz, die das radioaktive Isotop enthält, im Fluid erhöht. Trennt man jetzt die besagte Substanz mit den erwähnten Trennverfahren aus dem Fluid ab, so ergibt sich eine Restkonzentration der abzutrennenden Substanz, die genauso 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 Identität 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 erfindungsgemässe 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 Verbindungen des nichtradioaktiven Isotops ein grosser Überschuß der nichtradioaktiven über das radioaktive Isotop eingestellt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist besonders dann von Bedeutung, wenn neben der Substanz, die das radioaktive Isotop enthält, eine grosse Uberschußmenge einer anderen chemischen Spezies im FluId enthalten ist, die jedoch gleichfalls vom Sorbens abgereichert wird und in Konkurenz mit der radioaktiven Substanz steht. Durch den erfindungsgemässen Zusatz nichtradioaktiver Isotope in der gleichen chemisch gebundenen Form wie die radioaktiven Isotope wird durch Veränderung der relativen Menge die Konkurenzreaktion 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 sorbensspezifische Belastung mit Fluid bestimmt die Kinetik der Abreicherung an radioaktiven und nichtradioaktiven Stoffen.
Durch die erfindungsgemässe Zugabe von nichtradioaktiven Isotopen, die in ihrer chemisch gebundenen Form den bereits im Fluid enthaltenen radioaktiven Inhaltsstoffen entsprechen, wird die Gesamtkonzentration an Inhaltsstoffen erhöht und eine günstigere Gleichgewichtslage zwischen Sorbens und Fluid erzielt. Das so aufkonzentrierte Gas oder die Flüssigkeit wird über eine mit Sorbens gefüllte Säule geführt. Dabei stellt sich an der Beladungsfront ein Verteilungsgleichgewicht ein. Das Verhältnis von adsorbierten zu noch im Fluid enthaltenen Stoffen ist dort konstant; radioaktive und nichtradioaktive Inhalts stoffe werden in dem Verhältnis abgereichert, das durch die Menge der erfindungsgemässen Zugabe des nichtradioaktiven Isotops eingestellt werden kann.
Reicht der so erzielte Abtrennungsgrad an radioaktiven Stoffen nicht aus, können die einzelnen Verfahrensschritte (Zudosierung von nichtradioaktiven Substanzen, erneuter Säulendurchlauf) beliebig oft wiederholt werden. Durch geschickte Wahl der chemischen Natur an zugesetzten nichtradioaktiven Substanzen, z.B. basisch oder sauer bei Trennungen in Abwässern, polar oder unpolar bei Abreicherungen in Abgasen, lässt sich eine für die Lage des Gleichgewichts günstige chemische Umgebung im zu reinigenden Fluid einstellen. Vorausgesetzt, die nutzbare Sorptionskapazität des Sorbens ist nicht erschöpft, können durch dieses Verfahren geringste Spuren an radioaktiven Inhaltsstoffen aus Abwässern und Abgasen entfernt werden.
Ausführungsbeispiel: Mit Na125J kontaminiertes Laborwasser aus der Nuklear-B 40Om medizin hatte eine t-Aktivität von etwa ml , das entspricht einer Na125J-Konzentration von 6,2 10 ppm (mg/l). Dem Abwasser wurden nichtradioaktive Jodid-Ionen (127J ) in Form von verdünnter Jodwasserstofflösung im Überschuß zugegeben. Das danach vorliegende Verhältnis von nichtradioaktiven zu radioaktiven Jodid-Ionen lag bei ca. 2 . 109 . Durch die Zugabe von H127J wurde gleichzeitig der für die Laae des Gleichgewichts zwischen stark basischen Ionenaustauschern (in der OH--Form) und Abwasser wichtige pH-Wert von pH = 12 auf pH = 8 abgesenkt. Nach dem einmaligen Passieren einer mit Ionenaustauscher Lewatit MP 500, OH gefüllten Säule wurde ein Abreicherungsgrad für die radioaktiven 125J -Ionen von mindestens 99,9999 % erzielt. Die verbleibende t -Aktivität im Abwasser lag bei ca. 0,4 B /ml. Dieser Wert entspricht q der Anzeigegenauigkeit des zur Verfügung stehenden r -Counters, das heisst einer Konzentration von etwa 6,2 . 10-11 ppm (mg/l).

Claims

Patentansprüche.

Oi Verfahren zur Verbesserung der Abtrennwirkung beim Abtrennen radioaktiver Isotope in elementarer oder chemisch gebundener Form aus Flüssigkeiten und Gasen durch Ionenaustausch und Adsorption, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem Fluid vor der Abtrennung nichtradioaktive Isotope des abzutrennenden Elements zugesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtradioaktiven Isotope in der aleichen chemisch gebundenen Form zugesetzt werden, in der die abzutrennenden radioaktiven Isotope vorliegen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Stoffe zugesetzt werden, die den pH-Wert der Flüssigkeit und die Zusammensetzung des Gases in eine für die Abreicherung günstige Richtung ändern.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtradioaktive Substanz in hohem Überschuß zugegeben wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Fluid bei Bedarf mehrfach mit nichtradioaktiven Isotopen versetzt und über die Abreicherungsvorrichtung geführt wird.