Behandlung von radioaktivem Abfall niedriger und mittlerer Aktivität

Abschnitte

• Abfallmanagement
• Behandlung von Wäschereiabwasser
• Behandlung von Borabwässern
• Behandlung von UF₆-Produktionsabwässern
• Behandlung von festen Abfällen

Abfallmanagement

Laut der World Nuclear Association sind im Juni 2018 weltweit 450 Kernreaktoren in Betrieb, weitere 58 im Bau und 153 in der Planungsphase. Ohne Zweifel ist es kurzfristig und mittelfristig sehr schwer, eine Alternative zur Kernenergie vorzustellen, noch schwieriger, wenn man die Vorteile der Kernenergie bei der Minderung des Klimawandels berücksichtigt, da sie eine Energieform ist, die keine Treibhausgase erzeugt.

Der Hauptnachteil der Kernenergie ist der von ihr erzeugte Abfall, der in unterschiedlichem Maße radioaktiv ist und gemäß den strengen Verfahren der Aufsichtsbehörden verwaltet werden muss.

Kernabfälle werden nach ihrer Radioaktivität klassifiziert als:

• Hochradioaktiver Abfall (3 % des Gesamtvolumens)
• Mäßig radioaktiver Abfall (7 % des Gesamtvolumens)
• Schwach radioaktiver Abfall (90 % des Gesamtvolumens)

Der wichtigste hochaktive Abfall ist abgebrannter Kernbrennstoff. Schwach aktiver Abfall besteht aus Utensilien, Werkzeugen und Arbeitskleidung des Personals in Kernkraftwerken, die leicht mit radioaktiven Partikeln kontaminiert sind. Mäßig aktiver Abfall entsteht aus Materialien von Ausrüstungen wie Filtern, Metallkomponenten im Inneren des Reaktors und einigen flüssigen Abwässern aus der Wiederaufarbeitung.

Während die Verwaltung hochaktiver Abfälle ein gesondertes Thema ist, basiert die Verwaltung von mittel- und schwachaktiven Abfällen darauf, diese in 220-Liter-Fässern einzuschließen, die mit Beton versiegelt und an kontrollierten nuklearen Abfallstandorten gelagert werden. Diese Verwaltung verursacht sehr hohe Kosten, weshalb deren Optimierung sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sehr vorteilhaft ist.

In diesem Zusammenhang hat Condorchem Envitech 4 Lösungen entwickelt, die jeweils auf ihre Weise darauf abzielen, den mittel- und schwachradioaktiven Abfall zu minimieren, der sowohl in Kernkraftwerken als auch in Urananreicherungsanlagen entsteht. Nachfolgend werden die von Condorchem Envitech für die Kernindustrie entwickelten Prozesse beschrieben:

NUCLEANTECH® LAUNDRY

Diese Lösung wurde für die Behandlung von Abwässern aus der Wäscherei von Kernkraftwerken und den Duschen des Personals entwickelt. Diese Wässer enthalten radioaktive Partikel, die sich an der Schutzkleidung und der Sicherheitsausrüstung des Personals (Masken, Handschuhe, Stiefel usw.) festgesetzt haben, insbesondere bei Wartungsarbeiten. Um zu vermeiden, dass dieses Wasser aufgrund der hohen Kosten als schwach radioaktiver nuklearer Abfall behandelt werden muss, nähert sich der NUCLEANTECH® LAUNDRY-Prozess seiner Behandlung effizient, nachhaltig und sicher.

Der NUCLEANTECH® LAUNDRY-Prozess besteht aus zwei Behandlungslinien, die je nach Radioaktivitätsniveau des Wassers wirksam sind. Liegen die Radioaktivitätswerte unter den Grenzwerten für die Einleitung (0,02 mSv/Jahr), wird zur Erreichung einer für die Wiederverwendung im Waschprozess akzeptablen Wasserqualität das organische Material mittels Ozon und ultravioletter Strahlung oxidiert. Das Abwasser wird anschließend gefiltert und durchläuft ein Aktivkohlebett zur Verfeinerung und wird schließlich verdampft. Der kondensierte Dampf wird zur Wascheinheit zurückgeführt, und das Konzentrat wird getrocknet und als konventioneller Abfall behandelt.

Enthält das Wasser signifikante Radioaktivitätswerte (über 0,02 mSv/Jahr), kommt die Radioaktivitätsbehandlungslinie zum Einsatz. Der erste Schritt ist die Oxidation des organischen Materials mittels Ozon und ultravioletter Strahlung und gleichzeitig die Ionisierung der radioaktiven Partikel, meist Metallionen. Anschließend werden diese mittels kationischer und anionischer Ionenaustauscherharze zurückgehalten, und sobald das Wasser frei von radioaktiven Isotopen ist, wird der konzentrierte Abfall vom Wasser und von nicht kondensierbaren Gasen mittels eines Verdampfer-Trockners getrennt. Diese Gase werden nach einer Lagerung in einem Zerfallstank für eine bestimmte Zeit in die Atmosphäre abgegeben, das verdampfte und anschließend kondensierte Wasser kann ins Freie eingeleitet werden, und der konzentrierte Festabfall ist der einzige Rückstand, der als schwach radioaktiver nuklearer Abfall behandelt werden muss.

Die Vorteile dieses Systems sind zahlreich und bemerkenswert:

• Hohe Effizienz im Waschprozess, bei dem der Einsatz von Ozon die Dosierung von Waschmitteln reduziert und die gewaschenen Materialien hygienisiert.
• Wiederverwendung des Wassers, was neben der Einsparung dieser Ressource auch die Minimierung der im Prozess erzeugten Abwässer bedeutet.
• Eine drastische Reduzierung des Volumens der erzeugten schwach- und mittelaktiven Abfälle mit den daraus resultierenden wirtschaftlichen Einsparungen und der Verringerung der Umweltbelastung.
• Bereitstellung und Kontrolle der in den Abwässern enthaltenen radioaktiven Isotope (60Co, 129I, 131I, 90Sr, 55Mn, 59Fe, 137Cs, 134Cs, 51Cr usw.).
• Flexibilität des Prozesses bei Vorhandensein von Radioaktivität im zu behandelnden Abwasser.
• Flexibilität des Prozesses zur Bewältigung von Durchflussschwankungen und der zu behandelnden Last.
• Strikte Einhaltung der strengsten Normen.

NUCLEANTECH® H₃BO₃

Der NUCLEANTECH® H3BO3-Prozess stellt eine Alternative zur Behandlung von schwach- und mittelaktiven nuklearen Abfällen aus den Abwässern der Regeneration von Ionenaustauscherharzen dar, die zur Rückhaltung der radioaktiven Isotope der Kühlmittelspülungen des Sekundärkreises von Druckwasserreaktoren (PWR) verwendet werden.

Dieser Prozess ermöglicht die Behandlung der bei der Regeneration von Ionenaustauscherharzen anfallenden Abwässer und trennt mittels eines Verdampfer-Trockners den konzentrierten und mittelradioaktiven Abfall von einem dekontaminierten Abwasser, das eingeleitet werden kann.

Der Hauptvorteil des NUCLEANTECH® H3BO3-Prozesses ist die Minimierung des Volumens des erzeugten schwach- und mittelaktiven Abfalls, der entsprechend seiner Beschaffenheit behandelt werden muss. Diese Minimierung der Produktion dieses nuklearen Abfalls führt zu erheblichen Kosteneinsparungen und einer Steigerung der ökologischen Nachhaltigkeit des Gesamtprozesses.

NUCLEANTECH® UF₆

In Urananreicherungsanlagen fallen Abwässer bei der Reinigung der Ausrüstung an, die bei der Synthese und dem Transport von UF6 verwendet wird. Diese Abwässer enthalten gelöste Salze und radioaktive Partikel, die als schwach- und mittelaktive Abfälle behandelt werden.

Der NUCLEANTECH® UF6-Prozess ist eine Lösung zur Behandlung dieses Abwassers, sodass der Großteil davon im Waschprozess wiederverwendet werden kann, was zu einer Einsparung von Wasser und vor allem zur Minimierung des Volumens des extern zu verwaltenden nuklearen Abfalls führt.

Der Prozess basiert auf der Filtration des Abwassers, gefolgt von einem Vakuumverdampfungsprozess, bei dem das Konzentrat in einen Kristallisationsbehälter geleitet wird, um einen vollständig trockenen Abfall zu erhalten. Dieser Abfall konzentriert alle radioaktiven Partikel auf das kleinstmögliche Volumen, wodurch die Kosten für die Entsorgung des erzeugten Abfalls erheblich reduziert werden. Das im Verdampfer getrennte Wasser besitzt nach der Kondensation eine geeignete Qualität, um erneut in den Waschvorgängen der Prozessausrüstung verwendet zu werden.

Der NUCLEANTECH® UF6-Prozess ist eine nachhaltige Lösung zur Erzeugung von schwach- und mittelaktivem Abfall bei Waschvorgängen in Urananreicherungsanlagen und minimiert gleichzeitig das erzeugte Abfallvolumen mit den daraus resultierenden Kosteneinsparungen.

NUCLEANTECH® NWDR

In Urananreicherungsanlagen und vor allem in Kernkraftwerken fallen große Mengen an Abfällen an, die trotz ihrer sehr geringen Radioaktivität gemäß den standardisierten Protokollen für nukleare Abfälle verwaltet werden müssen. Diese Abfälle bestehen aus allen Utensilien und Einwegschutzmaterialien, die von den Mitarbeitern der Anlagen verwendet werden, wie Masken, Handschuhe, Hauben, Brillen, Schutzanzüge usw. Die Verwaltung dieses großen Abfallvolumens durch Einschluss in 220-Liter-Fässer, die mit Beton versiegelt sind, ist sehr kostenintensiv.

In einigen Anlagen, wo es erlaubt ist, wird dieser Abfall verbrannt; obwohl dies eine wirtschaftliche Alternative darstellt, ist sie aus ökologischer Sicht nicht die vorteilhafteste.

Die NUCLEANTECH® NWDR-Lösung (Nuclear Waste Disposal Reduction) wurde als innovative Alternative konzipiert, um das Volumen dieser Art von nuklearem Abfall auf ein Minimum zu reduzieren, mit einer Gesamtvolumenreduktion von bis zu 80 %. Das Herzstück des Prozesses ist eine Pyrolysestufe, bei der der Abfall in Abwesenheit von Sauerstoff zerstört und in einen festen Abfall (5 % des Anfangsvolumens), eine flüssige Fraktion und einen gasförmigen Strom umgewandelt wird, der vor der Freisetzung in die Atmosphäre entsprechend behandelt wird. Die Behandlung der flüssigen und gasförmigen Fraktion erzeugt ebenfalls einen trockenen Rückstand, der bis zu 15 % des Anfangsvolumens des Abfalls ausmachen kann.

Die Vorteile des NUCLEANTECH® NWDR-Prozesses sind zahlreich und sehr bedeutend. Zu den wichtigsten zählen:

• Reduzierung des Volumens des schwach- und mittelaktiven nuklearen Abfalls um 80 % in Anlagen, die radioaktive Stoffe handhaben, insbesondere Urananreicherungsanlagen und Kernkraftwerke. Dies bedeutet eine drastische Senkung der Entsorgungskosten dieses Abfalls.
• Die Größe der Anlage ist relativ klein, sodass der Abfall vor Ort behandelt werden kann, ohne transportiert werden zu müssen.
• Es entstehen keine umweltschädlichen Aschen oder Dioxine, da keine Verbrennung stattfindet.
• Der Prozess ist effizient, kompakt und sicher.