[发明专利]调节离子交换树脂的方法和实施该方法的装置

说明书

本发明涉及一种调节来自核设施的废离子交换树脂的方法，其包括以下步骤：将所述废离子交换树脂与水混合以形成反应混合物；将所述反应混合物的pH值调节在1.0至3.5的范围内，优选在2.0至3.0的范围内，并进行监测；向所述反应混合物中添加氧化剂，其中，所述反应混合物的温度保持在90℃以下，使得所述废离子交换树脂和所述氧化剂相互反应以形成包括所述废离子交换树脂的有机反应产物的含水反应溶液；并且电化学氧化所述有机反应产物，其中，产生二氧化碳，并获得TOC(总有机碳)值小于50ppm的贫碳含水反应溶液。本发明还涉及一种用于调节来自核设施的废离子交换树脂的装置。

技术领域

本发明涉及一种用于调节来自核设施的废离子交换树脂的方法以及一种用于调节废离子交换树脂的装置。

背景技术

离子交换树脂通常以大致球形的颗粒形式存在，并且例如在核设施运行期间用于净化主系统的冷却剂，即水。该净化的目的是避免在初级回路组件的表面上出现不希望有的沉积物、避免腐蚀并减少设施初级回路中污染的形成。在该净化过程中，使用酸性阳离子交换剂和碱性阴离子交换剂，前者保留金属阳离子，而后者保留例如金属络合物等阴离子化合物。另外，废离子交换树脂上可能存在例如络合剂等其他有机物质。

由于一些金属是放射性核素，所以用过或负荷过的离子交换剂是放射性废料，必须进行过渡性或永久性存储。放射性污染的离子交换树脂也会在核设施的净化过程中累积，例如在初级回路净化过程中累积。在这种处理中，存在于初级回路组件表面上的金属氧化层通过净化溶液分离，在净化期间或之后，溶液通过离子交换剂以去除其中含有的活性或金属阳离子。

对于永久性或过渡性存储，主要为带有酸性或碱性基团的有机树脂的被污染的离子交换剂必须进行调节。调节通常包括将放射性废料转化成可储存的形式。

通常，例如通过埋入混凝土中，将离子交换树脂干燥并埋在固体基质中以永久性存储。然而，这需要大量的固体基质，通常是离子交换树脂体积的六倍以上，从而产生大量的废物，这导致过渡性和永久性存储的高成本。

为了减少废物量，可以对离子交换树脂进行氧化处理。R.G.Charman和M.A.Twissell在1999年的European Commission EUR 19064上的文章“Wet oxidationmobile pilot plant demonstration on organic radioactive wastes”中，描述了有机放射性废料的湿式氧化的现行工业标准。根据用于大规模应用的技术的情况，离子交换树脂的分解在水的沸腾温度和大气压下进行，即约100℃下进行。主要是50％的过氧化氢作为氧化剂，催化量约为200ppm或0.2mol/L的诸如Fe(II)或Cu(II)等金属离子，以及在分解过程中必须连续添加的消泡剂被用于分解。在整个分解过程中，由氧化剂引入的水量必须蒸馏掉。氧化剂的添加量线性增加，直至最大剂量率约为每小时35公斤。pH值保持在3.4到4之间。通过这种方法，大约95％的有机物质可以被破坏，相当于大约50000ppm的TOC(总有机碳)值。该技术的技术问题或增加的风险是：50％的过氧化氢的处理，以放射性馏出物和馏出物中的有机物质的形式产生的放射性二次废物的累积，泡沫的形成以及消泡剂的连续添加，氧化剂的添加速度缓慢且受限制，TOC分解不足(99％)，以及反应控制不充分的风险。

EP 22248134 B1公开了一种用于调节放射性污染的离子交换树脂的方法，该方法是将其与水混合，并通过添加到水中的氧化剂而至少部分地将其分解为水溶性片段。以这种方式形成的水溶液用粘合剂固化，如果可以的话，接下来可通过蒸发水浓缩。执行此方法后，有机物质的大部分保留在待处理的放射性废料中。因此，处置和储存放射性废料的费用是不可接受的。