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Gestione dei rifiuti nucleari

Secondo la World Nuclear Association, a giugno 2018 nel mondo sono in funzione 450 reattori nucleari, altri 58 in costruzione e 153 pianificati. Senza dubbio, a breve e medio termine è molto difficile immaginare un’alternativa all’energia nucleare, ancora più difficile se si considerano i vantaggi dell’energia nucleare nella mitigazione del cambiamento climatico, essendo un’energia priva di emissioni di gas serra.

Trattamento dei rifiuti radioattivi a basso e medio livello

Il principale svantaggio dell’energia nucleare risiede nei rifiuti che genera, i quali sono radioattivi in misura maggiore o minore e devono essere gestiti secondo le rigorose procedure degli organismi regolatori.

I rifiuti nucleari si classificano in base alla loro radioattività in:

  • Rifiuti ad alta attività (3% in volume del totale)
  • Rifiuti a media attività (7% in volume del totale)
  • Rifiuti a bassa attività (90% in volume del totale)

Il rifiuto ad alta attività più rilevante è il combustibile nucleare esausto. I rifiuti a bassa attività corrispondono agli utensili, strumenti e abbigliamento da lavoro utilizzati dal personale nelle centrali nucleari e che sono leggermente contaminati da particelle radioattive. I rifiuti a media attività sono generati da materiali di apparecchiature come filtri, componenti metallici all’interno del reattore e alcuni effluenti liquidi provenienti da riprocessamenti.

Mentre la gestione dei rifiuti ad alta attività merita una menzione a parte, la gestione dei rifiuti a media e bassa attività si basa sul loro confinamento in bidoni da 220 litri sigillati con cemento e immagazzinati in depositi controllati di rifiuti nucleari. Questa gestione comporta costi economici molto elevati, pertanto la sua ottimizzazione fornisce risultati economici e ambientali molto significativi.

È in questa direzione che Condorchem Envitech ha sviluppato 4 soluzioni che, ciascuna in modo diverso, si occupano della minimizzazione dei rifiuti, sia liquidi che solidi, a media e bassa attività generati sia nelle centrali nucleari sia negli impianti di arricchimento dell’uranio. Di seguito sono descritti i processi sviluppati da Condorchem Envitech per il settore nucleare.

NUCLEANTECH® LAUNDRY

Questa soluzione è stata sviluppata per il trattamento delle acque reflue generate nella lavanderia delle centrali nucleari e nelle docce del personale. Queste acque trascinano particelle radioattive che si sono aderite agli indumenti di protezione e agli elementi di sicurezza del personale (maschere, guanti, stivali, ecc.), in particolare durante le attività di manutenzione. Per evitare di gestire queste acque come rifiuto nucleare a bassa attività a causa dell’elevato costo, il processo NUCLEANTECH® LAUNDRY propone un trattamento efficiente, sostenibile e sicuro.

Il processo NUCLEANTECH® LAUNDRY è composto da due linee di trattamento, efficaci in base al livello di radioattività delle acque. Se i valori di radioattività sono inferiori ai limiti di scarico (0,02 mSv/anno), per ottenere una qualità delle acque idonea al riutilizzo in lavanderia, la materia organica viene ossidata mediante l’utilizzo di ozono e radiazione ultravioletta. Successivamente, l’effluente viene filtrato e raffinato passando attraverso un letto di carbone attivo e, infine, evaporato. Il vapore condensato viene ricircolato in lavanderia e il concentrato viene essiccato e gestito come rifiuto convenzionale.

Nel caso in cui le acque contengano livelli apprezzabili di radioattività (superiori a 0,02 mSv/anno), entra in funzione la linea di trattamento con radioattività. Il primo passo è l’ossidazione mediante l’uso di ozono e radiazione ultravioletta della materia organica e, contemporaneamente, l’ionizzazione delle particelle radioattive, generalmente ioni metallici. Successivamente, questi vengono trattenuti mediante colonne cationiche e anioniche di scambio ionico e, una volta che le acque sono libere da isotopi radioattivi, mediante un evaporatore-essiccatore si separa il residuo concentrato, dall’acqua e dai possibili gas non condensabili. Questi gas vengono liberati nell’atmosfera dopo essere stati trattenuti per un tempo di sicurezza in un deposito di decadimento, l’acqua evaporata e successivamente condensata può essere scaricata all’esterno e il residuo solido concentrato è l’unico rifiuto che deve essere gestito come rifiuto nucleare a bassa attività.

I vantaggi di questo processo sono numerosi e significativi:

  • Elevata efficienza nel processo di lavaggio, in cui l’utilizzo di ozono nel lavaggio permette di ridurre la dose di detergenti e igienizzare i materiali lavati.
  • Riutilizzo dell’acqua, che oltre a consentire un risparmio di questa risorsa, comporta la minimizzazione degli effluenti residui generati nel processo.
  • Riduzione drastica del volume dei rifiuti a bassa e media attività generati, con conseguente risparmio economico e riduzione dell’impatto ambientale.
  • Previsione e controllo delle specie radioattive presenti nelle acque reflue (60Co, 129I, 131I, 90Sr, 55Mn, 59Fe, 137Cs, 134Cs, 51Cr, ecc.).
  • Flessibilità del processo alla presenza di radioattività nell’effluente da trattare.
  • Flessibilità del processo alle fluttuazioni di portata e carico da trattare.
  • Stretto rispetto della normativa più esigente.

NUCLEANTECH® H3BO3

Il processo NUCLEANTECH® H3BO3 si presenta come un’alternativa alla gestione come rifiuto nucleare a bassa e media attività degli effluenti provenienti dalla rigenerazione delle resine a scambio ionico, utilizzate per trattenere gli isotopi radioattivi degli spurghi del refrigerante del circuito secondario dei reattori PWR.

Questo processo consente di trattare gli effluenti prodotti nella rigenerazione delle resine a scambio ionico e, mediante un evaporatore-essiccatore, si separa il residuo concentrato e di livello medio di radioattività, da un effluente decontaminato che può essere scaricato.

Il principale vantaggio del processo NUCLEANTECH® H3BO3 consiste nella minimizzazione del volume di rifiuto a bassa e media attività generato e che deve essere trattato in modo coerente con la sua natura. Questa minimizzazione nella produzione di questo rifiuto nucleare si traduce in un elevato risparmio economico e un incremento della sostenibilità ambientale del processo globale.

NUCLEANTECH® UF6

Negli impianti di arricchimento dell’uranio si generano effluenti nel processo di lavaggio delle apparecchiature utilizzate nella sintesi e nel trasporto dell’UF6. Questi effluenti contengono sali disciolti e particelle radioattive, che sono gestiti come rifiuti a bassa e media attività.

Il processo NUCLEANTECH® UF6 costituisce una soluzione per il trattamento di questo effluente in modo che la maggior parte di esso possa essere riutilizzata nel processo di lavaggio, con il conseguente risparmio di acqua e, cosa più importante, la minimizzazione del volume di rifiuto nucleare che deve essere gestito esternamente.

Il processo si basa su una filtrazione dell’effluente seguita da un processo di evaporazione a vuoto, nel quale il concentrato viene alimentato in un cristallizzatore per ottenere un residuo completamente secco. Questo residuo concentra tutte le particelle radioattive nel minor volume possibile, riducendo notevolmente il costo della gestione dei rifiuti generati. L’acqua separata nell’evaporatore, una volta condensata, presenta una qualità idonea per essere riutilizzata nuovamente nelle operazioni di lavaggio delle apparecchiature di processo.

Il processo NUCLEANTECH® UF6 rappresenta una soluzione sostenibile alla generazione di rifiuti a bassa e media attività nelle operazioni di lavaggio negli impianti di arricchimento dell’uranio, minimizzando notevolmente il volume del rifiuto prodotto, con il conseguente risparmio economico che ciò comporta.

NUCLEANTECH® NWDR

Negli impianti di arricchimento dell’uranio e, soprattutto, nelle centrali nucleari, si generano grandi volumi di rifiuti che, nonostante la loro scarsa radioattività, devono essere gestiti secondo i protocolli normalizzati per i rifiuti nucleari. Questi rifiuti provengono da tutti gli utensili e materiali di protezione usa e getta utilizzati dai lavoratori delle strutture, come maschere, guanti, cuffie, occhiali, tute di protezione, ecc. Gestire questo enorme volume di rifiuti mediante il loro confinamento in bidoni da 220 L sigillati con cemento risulta molto costoso.

In alcune strutture, dove è consentito, questi rifiuti vengono inceneriti; sebbene sia un’alternativa economica, non è la più vantaggiosa dal punto di vista ambientale.

La soluzione NUCLEANTECH® NWDR (nuclear waste disposal reduction) è stata concepita come un’alternativa innovativa per la minimizzazione del volume di questo tipo di rifiuto nucleare, potendo arrivare fino a un 80% di riduzione del volume globale. Il cuore del processo è costituito da una fase di pirolisi dei rifiuti che, in assenza di ossigeno, vengono distrutti e trasformati in un residuo solido (5% del volume iniziale), una frazione liquida e una corrente gassosa che viene opportunamente trattata prima di essere liberata nell’atmosfera. Dal trattamento della frazione liquida e della frazione gassosa si genera anche un residuo secco che può rappresentare il 15% del volume del rifiuto iniziale.

I vantaggi del processo NUCLEANTECH® NWDR sono numerosi e molto importanti. Tra i più rilevanti si trovano i seguenti:

  • Riduzione dell’80% del volume di rifiuto nucleare a bassa e media attività generato negli impianti che manipolano sostanze radioattive, specialmente negli impianti di arricchimento dell’uranio e nelle centrali nucleari. Ciò comporta una drastica riduzione dei costi di gestione di questi rifiuti.
  • Dimensioni dell’impianto relativamente piccole, per cui i rifiuti possono essere trattati in loco senza necessità di trasporto.
  • Nel processo non si generano ceneri contaminanti né diossine poiché non avviene alcuna incenerimento.
  • Il processo è efficiente, compatto e sicuro.

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