!HU000005058T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 005 058
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA G21F 9/00
(21) Magyar ügyszám: E 03 780051 (22) A bejelentés napja: 2003. 11. 25. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20030780051 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1565918 A1 2004. 06. 10. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1565918 B1 2008. 09. 03.
(51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 10255064 2002. 11. 25.
(73) Jogosult: NUKEM Technologies GmbH 100%, 63755 Alzenau (DE)
DE
(72) Feltalálók: ROSENBERGER, Stefan, 63776 Mömbris (DE); HESSE, Klaus, 57462 Olpe (DE)
(54)
(2006.01) B01D 61/00 (2006.01) C02F 9/00 (2006.01) G21F 9/04 (2006.01) G21F 9/28 (2006.01) C02F 1/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 04049352 PCT/EP 03/013242
(74) Képviselõ: Schläfer László, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Eljárás radioaktív szennyvíz kezelésére
HU 005 058 T2
(57) Kivonat A találmány tárgya eljárás radioaktív szennyvíz kezelésére keresztáramú szûrõberendezéssel kombinált részáramú szûrést tartalmazó rendszerben. Az eljárásra jellemzõ, hogy az elsõ reaktorban a szennyvíz szerves részét biológiai aerob kezeléssel csökkentik, a keresztáramú szûrõberendezésbõl kivett szûrletet vagy közvetlenül hasznosítják, vagy az elsõ vagy egy további reaktorba vezetik, a részáramú szûrés lépésében a szilárd anyagot gravimetriásan leválasztják egy tartályban, a második tartály feneke felé esõ zónájában a szilárd anyagot tömörítik, egy következõ, az elsõ zóna felett elhelyezkedõ ülepedési zónában vagy afelett a keresztáramú szûrõberendezésbõl származó betöményített szennyvizet befolyón át bevezetik és az ülepedési zóna felett vagy az oldalán szennyvizet kifolyón keresztül elvezetik.
1. ábra A leírás terjedelme 14 oldal (ezen belül 4 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 005 058 T2
A találmány tárgya eljárás radioaktív szennyvíz kezelésére. A WO01/44115A2 számú közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentésbõl ismert eljárás radioaktív szennyvíz kezelésére, amely szerint a szennyvizet, amely egy elsõ tartályból érkezik, keresztáramú szûrést és ezzel párhuzamosan részáramú szûrést magában foglaló kezelési lépcsõbe vezetik, majd adott esetben ioncserélõn keresztüláramoltatják, és a részáramú szûrési lépésbe vezetik a szennyvíznek a keresztáramú szûrésben betöményített részét. A tartályban a térfogat csökkentése végezhetõ el kémiai anyagok, például szulfidok adagolásával. Az említett eljárás egyik lehetséges változata szerint ultraszûrési berendezések és mikroszûrõvel felszerelt részáramszûrés kombinációját úgy lehet üzemeltetni, hogy további folyékony hulladék, amelyet járulékos eljárással kellene kondicionálni, alapvetõen nem keletkezik. Különösen magtechnikai létesítményekbõl származó folyékony hulladékban oldott vagy szuszpendált formában radionuklidok vannak, amelyek nem kerülhetnek a környezetbe. Ilyen folyékony hulladékok például vizek, így komponensek öblítésére használt vizek, laboratóriumi szennyvizek, kondenzátumok tisztításakor vagy dekontamináláskor keletkezõ vizek, iszapvíz, ioncserélõ gyanta tisztítására használt víz, egyéb tisztításokból származó víz, mosoda szennyvize és hasonlók. A technika állása több, a gyakorlatban elterjedt eljárást ismer, amellyel a folyékony hulladékot, lehetõleg térfogata minél jobb csökkentése mellett kezelni és a maradékot a végsõ deponálás elõtt kondicionálni lehet. Viszonylag nagy térfogatú szennyvizeket általában nagy elpárologtató berendezések – gyakran párhuzamosan elrendezett elpárologtató berendezések – segítségével 20–30% szilárdanyag-tartalomra betöményítenek. Ez a koncentrátum mind oldott, mind szuszpendált anyagokat tartalmaz. A kondicionálás során az említett koncentrátumot általában különleges koncentrátum-szárítókkal kiegészítõen szárítják (sótömb vagy száraz por) vagy adalék anyagokkal (például cementtel vagy egyéb szilárdító anyagokkal) stabil formába alakítják. A nuklidokat nem választják el a szilárd anyagok gyakran nagy mennyiségû inaktív anyagokat (például sókat) tartalmazó keverékébõl. Az elpárologtatást gyakran kevert ágyú szûrõkkel (oldott anyagok eltávolítására anion- és kationcserélõket tartalmaznak) és centrifugákkal (szuszpendált anyagok eltávolítására) egészítik ki. Nukleáris mosásokból vagy egyéb területekrõl származó, szerves anyagokat tartalmazó vizeket baktériumok segítségével biológiailag lehet elõkezelni, a szuszpendált anyagok egy része centrifugákkal választható el. Az ismert eljárások során a szuszpendált anyagokat elõzetes betöményítés nélkül, különbözõ pórusméretû különbözõ szûrõkkel választják el. Az alkalmazott szûrõk például szuszpendált szûrõanyagok (kovaföld), egyszeri használatra szánt szûrõpatronok, visszaöblíthetõ szûrõpatronok és keresztáramú szûrõberendezések, például nanoszûrés vagy ultraszûrés.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
Oldott anyagok (ionok) általában fordított ozmózis, ioncserélõ gyanták vagy egyéb közegek segítségével kerülnek eltávolításra. Szerves anyagok, így olajok például aktív szénnel választhatók le. Vannak eljárások, amelyek a szuszpendált anyagok elválasztásának (szûrõkkel) és az oldott anyagok elválasztásának (ioncserélõ gyantával) kombinációja, és a leválasztás elõsegítésére flokkuláló anyagokat alkalmaznak. A hulladék térfogatának csökkentésére további eljárásokat fejlesztettek ki, amelyek segítségével az inaktív sók (például a borátok) kémiai vagy hõkezelési módszerrel a koncentrátumban lévõ radionuklidoktól elválaszthatók (például bórsav visszanyerése) és reciklizálhatók. Olyan eljárásokat is alkalmaznak, amelyekben a kimerült ioncserélõt lebontják, például pirolízissel. Az összes ismert eljárásnak azonban lényeges hátrányai vannak. A radioaktív és nem radioaktív anyagok például elpárologtatóban történõ betöményítése viszonylag nagy térfogatú maradékot eredményez a ténylegesen radioaktív anyag térfogatához képest, így nagyobb hulladéktartályok, nagyobb deponálási hely szükséges, költségesebb a szállítás és a végleges elhelyezés. Igaz, hogy az inaktív sók a kondicionált hulladékban gyakran szilárd (oldható) mátrixot alkotnak, amely a radionuklidokat bezárja és így a véglegesen elhelyezett tárolóban immobilizálja. Nukleáris mosóberendezésekbõl, de zuhanyokból és mosdókból származó szennyvizeket is fõleg szûrõgyertyák és részben ioncserélõk segítségével tisztítanak. Néha a mosóvízhez például Powex-ioncserélõt is adnak flokkulálószerként. Így a hulladék térfogata szintén viszonylag nagy. Ez centrifugával rendelkezõ biológiai kezeléssel csökkenthetõ ugyan, de tekintettel a centrifuga kolloid anyagokkal szembeni rossz elválasztási hatékonyságára az elválasztási hatásfoknak egyértelmûen határai vannak. Az egyszeri használatra szánt és a visszaöblíthetõ szûrõk – pórusméretük miatt – kis kolloid részecskéket csak rosszul választanak el. Ráadásul szûrõlepény kialakulása miatt a szûrõk adott esetben igen gyorsan betömõdnek. Így például biológiailag kezelt mosogatóvíz szûrésekor egy 10 mm pórusméretû szûrõ néhány percen belül eltömõdik, ugyanakkor a szilárd anyagok több mint 50%¹a a szûrõn keresztül megy, mert a részecskék 10 mm-nél kisebbek. A csak egyszer használható szûrõbetétek esetén nagy mennyiségû másodlagos hulladék keletkezik, egy atomerõmûben évente több száz szûrõgyertya szükséges. A keresztáramú szûrõberendezések (nanoszûrés, ultraszûrés, fordított ozmózis) képesek szilárd anyagok leválasztására, hátrányuk azonban az, hogy a még kondicionálni szükséges koncentrátum viszonylag nagy térfogatú. Tekintve, hogy egy atomerõmû megfelelõ keresztáramú szûrõberendezései évente több száz köbméter koncentrátumot termelnek, ez tetemes problémákat okoz. Ismertek olyan eljárások is, amelyek a fentiekben leírt intézkedéseket kombinálják. Így például szokás el-
1
HU 005 058 T2
párologtatóval kezelni az olyan szennyvízáramot, amely más módszerrel nem tisztítható, míg más áramokat különbözõ szûrõeljárásokkal tisztítanak, például egyszer használható vagy visszaöblíthetõ szûrõket ioncserélõkkel kombinálnak. A kis részecskék szûrésének hatékonyságát flokkulálószerek, például poliakrilamid adagolásával növelik. Itt az a probléma, hogy a részben szokásos másodlagos hulladék mellett a flokkulálószer pontos adagolása gyakorlatilag lehetetlen, így kisebb részecskék és/vagy flokkulálószer átmegy a szûrõn. Ezek a szilárd anyagok a következõ lépcsõ ioncserélõ gyantájának felületén lerakódnak és akadályozzák a hatékony ioncserét. Az ioncserélõk gyorsabban merülnek ki, azaz járulékos másodlagos hulladék keletkezik. A DE 195 21 959 C2 német szabadalmi leírásból ismert egy eljárás magtechnikai létesítményekbõl származó, tenzidtartalmú, szerves szennyezõdéseket tartalmazó radioaktív mosóvíz kezelésére. Az eljárás során a mosóvízben lévõ lebontható anyagokat aerob körülmények között mikroorganizmusokkal lebontják. Utána a szilárd anyagokat elválasztják, ez például kombinált dekantáló/szeparáló berendezésben történhet. A találmány feladata a fent említett eljárások továbbfejlesztése volt oly módon, hogy a folyadék és más, ártalmatlan anyagok, például inaktív sók minél teljesebben legyenek elválaszthatók a radionuklidoktól, hogy minél kisebb mennyiségben keletkezzen olyan hulladék, amelyet ártalmatlanítani kell. A találmány értelmében ezt a feladatot az 1. igénypont szerinti eljárással oldottuk meg: – a szennyvizet egy elsõ tartályba vezetjük, – az elsõ tartályban lévõ szennyvíz szerves tartalmát oxidálással vagy aerob kezeléssel redukáljuk, – a szilárd anyagot tartalmazó vizet keresztáramú szûrésnek vetjük alá oly módon, hogy a keresztáramú szûrésbõl kivett szûrletet vagy közvetlenül hasznosítjuk, vagy az elsõ vagy egy további tartályba vezetjük; és a keresztáramú szûrésben leválasztott és/vagy visszatartott szilárd anyagokat részáramú szûréssel második tartályba vezetjük, ahol a szilárd anyag gravimetriásan leülepszik, majd – a második tartályból kivett, szilárd anyagoktól részben tisztított szennyvizet a keresztáramú szûrésbe visszavezetjük. A keresztáramú szûrés után adott esetben ioncserélõt vagy elektromos deionizáló fokozatot helyezhetünk el; az ebben összegyûlõ ionos radionuklidokat visszavezethetjük az elsõ tartályba, más tartályba vagy reaktorba. Elõnyös, ha a radionuklidokkal feldúsított szilárd anyagokat gravimetriásan ülepítjük le a részáramú szûrés lépésében. A részáramú szûrést második tartályban végezzük. Feneke felé esõ elsõ zónában szilárd anyagok ülepszenek le gravimetriásan. Az elsõ zóna feletti második zónában befolyón keresztül a keresztáramú szûrésbõl származó, betöményített szennyvíz áramlik be, majd a
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
második zóna felett, harmadik zónában vagy harmadik zóna felett, kifolyón keresztül kiáramlik. A felfelé áramlás sebességét befolyó és kifolyó között úgy választjuk meg, és a tartályt úgy alakítjuk ki, hogy lehetõvé válik a részecskék leülepedése és részbeni agglomerálódása. A felfelé áramlás V sebessége elõnyösen mintegy 0,1 cm/perc és körülbelül 5,5 cm/perc közötti, különösen elõnyösen mintegy 2 cm/perc. A tartály elsõ zónájából folyadékszerû iszap alakjában kivett szilárd anyagokat leválasztáskor baktériumokkal vagy H2O2 segítségével oxidáljuk és szükség esetén víztelenítjük. A H2O2-adagolással az iszapot szárítás elõtt mineralizálhatjuk, mégpedig akkor, ha a reaktorban szerves anyagok aerob lebontása zajlik és radionuklidokkal dúsított biomassza keletkezik, amelyet a keresztáramú szûrés lépésében leválasztottunk. Az elsõ zóna és a befolyó között leülepedési lépcsõt alakítunk ki, amely akár a második zóna is lehet. A befolyó és kifolyó közötti tartomány fordulózónaként van kiképezve és a harmadik zóna vagy annak egy része lehet. A találmány egy további ismérve szerint a betöményített szennyvizet a keresztáramú szûréssel párhuzamos, adott esetben szállítóegységet tartalmazó bypass vezetéken (megkerülõvezetéken) át vezetjük a részáramú szûrés lépcsõjébe; a betöményített szennyvíz egy része közvetlenül a keresztáramú szûrésbe folyik vissza. A találmány szerinti eljárás egy modulrendszer, amely a mindenkori tisztítófeladat egészének megoldására az összes modul alkalmazásával vagy kiválasztott egyes modulok ésszerû kombinálásával alakítható ki. Az egyik modul a reaktor, amelyben a kezelendõ szennyvíz térfogatának csökkentését végezzük, mégpedig vagy ózonnal vagy más alkalmas oxidálószerrel végzett úgynevezett hideg oxidálással, majd kicsapással, vagy pedig biológiai lebontással. Egy további modul a keresztáramú szûrésbõl kilépõ, még radionuklidokat tartalmazó szûrlet ionizálása lehet, bár a találmány szerinti kitanítás alapvetõen arra irányul, hogy az elsõ és második modullal és adott esetben kaszkádba kapcsolásukkal, vagy pedig legalább egy modullal teljesen tisztított és közvetlenül felhasználható szûrletet nyerjünk. A találmány szerint biológiai, kémiai és fizikai hatások sorozatszerû kombinációja adódik, ami a moduljellegnek köszönhetõen majdnem minden folyékony radioaktív hulladék esetében tiszta, célorientált eljárástechnikai megoldást tesz lehetõvé. A modulrendszerû eljárás lényeges elõnye, hogy az egyes modulok eljárástechnikailag adaptálhatók (a helyi körülményekhez, sajátos viszonyokhoz alkalmassá tehetõk) a többi modul befolyásolása nélkül. Ezt az eljárástechnikai részfeladatok (például szuszpendált részecskék elválasztása) külön modulokra való megosztásával értük el. Több technikai feladat (például szuszpendált anyagok és oldott anyagok elválasztása) egy modulban való kombinációját tudatosan megkerültük. Fõleg a WO01/44115 számú közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentésbõl ismert, a keresztáramú szû-
1
HU 005 058 T2
rõberendezés körfolyamából leágaztatott árammal végzett részáramú szûrés továbbfejlesztése megengedi az egyes biológiai, kémiai és fizikai modulok mûszakilag gazdaságos összekapcsolását és számos, az alábbiakban még ismertetésre kerülõ elõnnyel jár. A sorozatba kombinálható egyes modulokat és mûködésüket tisztán elvileg az 1. ábra alapján ismertetjük. Az elsõ 10 modulban a radioaktív folyadék szerves részeit roncsoljuk, illetve lebontjuk 14 biológiai kezeléssel. Ily módon például egyéb szennyvíz, így dekontaminálásra használt folyadék vagy nukleáris mosóberendezésbõl származó mosóvíz biológiai kezelését végezhetjük. A szennyvízkezelés gyûjtõtartályban történik, amelyet reaktornak is nevezhetünk. A 10, illetve 14 elsõ modulban történõ kezeléssel a szennyvízben lévõ szilárd anyag térfogatát csökkentjük és szerves anyagot (amely a végleges depóban rothadna vagy erjedhetne) távolítunk el. A szerves anyagok, illetve komplex láncmolekulák roncsolása elõkészíti a radionuklidoknak a következõ modulokban, különösen mechanikai lépcsõben és adott esetben ezt követõ ionos leválasztólépcsõben történõ jobb leválasztását is. A biológiai kezelés során oldott állapotban lévõ radionuklidok bioszorpció útján a biomasszához kötõdnek, így leválaszthatóvá válnak. Amennyiben a szerves részeket oxidálással roncsoljuk, az ionként jelen lévõ radionuklidokat kicsaphatjuk megfelelõ vegyszerek, például szulfidok és/vagy inaktív fémsók – különleges nuklidok (például kobalt) koncentrációja növelése érdekében – adagolásával és/vagy a pH¹érték beállításával (például 8–9 pH¹értékre). Tekintettel arra, hogy 14 modulként biológiai aerob kezelés szerepel, a kicsapás lépése (az 1. ábrán 16¹ként jelölve) el is maradhat, mert a biológiai elõkezelésben, a bioreaktor leírt alkalmas üzemeltetése esetén az oldott aktivitás legnagyobb része bioszorpció útján a baktériummátrixba beépül és ebben a formában a következõ modulokban leválasztható. Oxidálás esetén a 12 eljárási lépésre következõ 16 eljárási lépés az elõbbivel olyan értelemben foglalható egybe, hogy mindkettõ ugyanabban a reaktorban megy végbe. Ilyen értelemben oxidálás és kicsapás egy modulként értékelhetõ. Alternatív lehetõség, hogy a kicsapás a reaktoron kívül történik, mégpedig a szennyvíznek a következõkben ismertetendõ modulokba való szállítása közben. Aerób bioszorpció esetén a radioaktív ionok reakció- és adszorbeálódási sebességének növelése érdekében ultrahangot alkalmazhatunk. A következõ 18 modulban a szilárd anyagokat leválasztjuk a szuszpenzióból, mégpedig elõnyösen keresztáramú szûrõberendezéssel. A leválasztás minõségét a pórusméret határozza meg, és elõnyösen ultraszûrõket alkalmazunk. A pórusméret elõnyösen mintegy 0,03 mm, így a szûrõ az oldott anyagokat átengedi, a szilárd anyagokat, különösen a radioaktív anyagokat bioszorpció útján magukhoz kötve tartalmazó baktériumokat azonban visszatartja. A keresztáramú szûrés lépcsõjében, illetve a 18 modulban leválasztott, illetve visszatartott szilárd anyago-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
kat ezt követõen 20 részáramú leválasztással kezeljük, bizonyos szennyvizek esetén a leválasztás mikroszûrõvel lehetséges, ahogy ezt a WO01/44115 számú közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentés ismerteti (e leírás kitanítására itt kifejezetten hivatkozunk), elõnyös azonban a frakcionált leülepítés. A szennyvizet bioreaktorban végzett elõkezeléssel a mechanikai leválasztásra elõkészítjük. A részáramú leválasztás során kapott szilárd anyagot hideg, például hidrogén-peroxiddal végzett oxidálással kondicionáljuk a baktériumos biomassza roncsolása és a koncentrátum mineralizálása, a végleges tárolásra alkalmas állapot érdekében. Ezeket az eljárási lépéseket akkor is végezzük, ha egyéb leválasztott szerves anyagok (például olaj, zsír, hajszálak) megsemmisítése szükséges. A mineralizált szuszpenziót tárolás céljából szárítjuk. Alternatív módon a szárítás helyett megengedett maradék víztartalomra történõ víztelenítés vagy szilárdítás (például cementtel) lehetséges. A megfelelõ eljárási lépéseket az 1. ábrán a 22 és 24 hivatkozási jellel tüntettük fel, sorrendjükkel együtt. Végeredményben kondicionált, végleges tárolásra alkalmas hulladékot kapunk, amely lényegében radionuklidokból és ásványi anyagokból áll (26 hivatkozási jel). Rothadás és erjedés nem következhet be, mert a hulladék szerves anyagokat nem tartalmaz. Amennyiben a keresztáramú szûrésbõl, elõnyösen ultraszûrésbõl kivett szûrlet még radioaktív lenne, alkalmas eljárások, például ioncsere, elektromos deionizálás, elektrolitikus leválasztás, fordított ozmózis vagy nanoszûrés segítségével lehetséges a majdnem 100%-osan ionok formájában lévõ radioaktivitás leválasztása (28¹as eljárási lépés). Az ebben az eljárásban keletkezõ, ionokban gazdag koncentrátumot adott esetben a 10 modulba vagy a 16 kicsapásos eljárási lépésbe a már elmondottak szerint visszavezethetjük. Biológiai szennyvízkezelés esetén a radionuklidokat tartalmazó szûrletet közvetlenül a reaktorba vezetjük. Alternatív módon a szûrletet másik reaktorba, így bioreaktorba vezethetjük. Ettõl függetlenül a szûrlethez, ha ugyanabba a reaktorba vagy további bioreaktorba vezetjük, például mosószert vagy egyéb anyagokat adagolhatunk, amelyek radioaktív ionokkal addíciós terméket képeznek vagy a baktériumoknak táplálékként vagy letelepedési helyként szolgálnak. Ezen anyagok lebontásakor a baktériumok a radionuklidokat felveszik vagy megkötik, így mechanikailag keresztáramú szûréssel leválaszthatók. Ezzel a leválasztó/visszacirkuláltató kaszkáddal járulékos komponensek nélkül nagy leválasztási arány érhetõ el. Az ioncserélõbõl, elektromos deionizálóból stb. kilépõ folyadék általában az összes radionuklidoktól a mûszaki kimutathatósági határig (60Co esetén például 2,5 Bq/l) mentes, így ipari szennyvízként elvezethetõ. A találmány szerinti eljárásnak, illetve a találmány szerinti intézkedéseknek az alábbi lényeges elõnyei vannak. Az összes szerves alkotórész – amely a mechanikai szûrést nehezíti, illetve lehetetlenné teszi, a végleges tárolásra alkalmas térfogatot növelné és a végleges depóban mikrobiológiai bomlást szenvedne –
1
HU 005 058 T2
eltávolításra kerül (inertizálás). Az eljárás, azaz az egyes eljárási lépések kombinálása a radionuklidok vagy egyéb szervetlen anyagok elválasztását és olyan elpárologtatási koncentrátumok végleges tárolásnak alkalmas, kis térfogatot eredményezõ kondicionálását teszi lehetõvé, amelyekre jelenleg kezelési eljárás nem ismert. Inaktív sók, amelyek a végleges tárolásra alkalmas maradék térfogatát növelnék, nem maradnak a rendszerben. A végleges tárolásra alkalmas hulladék térfogata minimális, mert a találmány szerinti eljárás lényegében a fémek (radionuklidok) elválasztását célozza. A találmányra jellemzõ a modulrendszer, amely egészében, illetve egyes modulok formájában a mindenkori feladatnak megfelelõen összeállítható, illetve kiegészíthetõ. Mivel mindegyik funkcionális egység világosan elhatárolt feladatot végez, az egységek eljárástechnikailag feladatukhoz optimálisan adaptálhatók anélkül, hogy ez más feladatokat kedvezõtlenül befolyásolna. Az eljárás, illetve az eljáráslépések kombinációja mind üzemi szennyvizek, mind magtechnikai létesítmények visszaépítésekor keletkezõ iszap és szennyvíz esetén alkalmazható, hogy csak néhány példát említsünk. Szükség esetén az inaktív sók hasznosíthatók, adott esetben visszanyerhetõk. Így például az inaktív közegként használt bórsav ismert eljárások segítségével a folyékony fázisból visszanyerhetõ. A találmány szerinti eljárásnak az 1. ábrán 18 és 20 hivatkozási számmal jelölt, a mechanikai keresztáramú elválasztási modult és a részáramú szûrést magukban foglaló lépéseit az alábbiakban a 2–4. ábrán közelebbrõl ismertetjük. Aerob biológiai mosóvíztisztító lépésbõl származó, például 0,1–1 térfogat% szilárd anyagot tartalmazó szuszpenzió néhány óra alatt részben leülepszik. Nagy mennyiségben maradnak azonban finom részecskék, amelyek sok nap alatt sem ülepednek ki. Ezek a nagy részarányban jelen lévõ kolloidok akadályozzák a szilárd anyagok (nuklidok) kielégítõ leválasztását és ezzel a folyadék még elfogadható méretû ülepítõtartályban történõ tisztítását. A technika állása szerint a leválasztáshoz általában centrifugát használnak, nagy centrifugális erõ alkalmazásával: a szokásosan fellépõ gyorsulások 30 000–60 000 m/s2 értékûek. Bár ezzel nagy elválasztási arányt érnek el, meg kell jegyezni, hogy különösen kis részecskék (az elválasztási arány a szilárd anyag méretétõl és sûrûségétõl függ) a centrifugán átmennek. A nagy nyírófeszültségek és erõk miatt a részecskék szét is törnek, kisebb, rosszul elválasztható darabkák keletkeznek, vagy a baktériumok burka sérül meg és a felvett vagy bioszorpcióval megkötött ionos radionuklidok újból felszabadulnak. Ily módon radioaktív szennyvíz esetén adott esetben megengedhetetlenül nagy radioaktivitás távozik a vízzel, illetve nagyobb aktivitású vizet a leírtak szerint nem is lehet kezelni. A találmány értelmében alkalmazható 20 keresztáramú szûréssel az aerob kezelésbõl származó, például 0,1–1 térfogat% szilárd anyagot tartalmazó szuszpenziót például 4 térfogat%¹ra betöményíthetjük. Koagulációs mechanizmusok, például Van der Waals-erõk, Brown-féle molekulamozgás, elektrosztatikus vonzás
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
és/vagy kémiai kötés hatására kisebb részecskék agglomerálódnak nagyobb egységekké. Most egy részáramot – például a keresztáramú szûrõberendezésben áramló térfogat 20%¹át – a keresztáramú szûrõberendezés fõáramából elágaztatjuk a részáramú szûrésbe, folyadékot és szilárd anyagot nyírásra kevéssé igénybe véve a részáramot tisztítjuk és a szilárd anyag részleges ülepítéses elválasztása után visszavezetjük a keresztáramú szûrõberendezésbe. Ezt elvi vázlatban a 2. ábra is mutatja. Egy nem ábrázolt, a szennyvíz biológiai vagy hideg oxidációs elõkezelését szolgáló reaktorból kiinduló 32 vezeték 34 keresztáramú szûrõberendezéshez (például ultraszûrõhöz) vezet, amelynek szûrlete 36 vezetéken keresztül távozik, azaz a 34 keresztáramú szûrõberendezés szennyoldalából betöményített szennyvíz lép ki a 36 vezetéken át és 42 szivattyú vagy egyéb szállítóegység segítségével a fõ körfolyamot képezõ 36, 40, 52, 32 vezetékeken keresztül a keresztáramú szûrõberendezés öblítése céljából cirkulál. A fõ körfolyamban az áramlási sebesség a másodpercenkénti 3 m¹t is meghaladhatja. A 48 elágazási pontnál 50 elágazó vezetéken keresztül részáramot vezetünk el a részáramú szûréshez, a részáramot a 46 részáramú szûrõbe vezetjük. Onnan a 44 vezetéken keresztül a 38 elágazási ponton át visszakerül a fõ körfolyamba. A 44 vezetékben vagy az 50 vezetékben járulékosan szállítóegység helyezkedhet el. A 48 elágazási pontban járulékosan leválasztó centrifuga üzemelhet, hogy nagyobb szilárd részecskék a részáramú leválasztás gyûjtõtartályába kerüljenek. A részáramok elvezetése nyomán kielégítõen alacsony áramlási sebességek keletkeznek egy másik, gyûjtõtartálynak nevezhetõ tartályban, amely a 3. ábrán az 54 hivatkozási számnak felel meg. A 4. ábra ennek az 56 gyûjtõtartálynak egy elõnyös kiviteli alakját szemlélteti. Az 58, 60 vezetéken keresztül az 54, 56 gyûjtõtartályba vezetett folyadék ott kielégítõen kis sebességgel áramlik, így a megfelelõen koagulált szilárd anyagok, például >0,01 mm szemcseméretû részecskék gravimetriásan, kiülepedéssel válnak ki. Kiülepedési 62, 63 zóna alakul ki, amely átmegy 64, 66 szilárd anyagú zónába. A szuszpenzió ki nem ülepedõ finom frakciója 68, 70 visszavezetõ vezetékeken keresztül, azaz a 2. ábrán 44¹ként szereplõ vezetéken át visszakerül a fõ körfolyamba. Az így visszakerült részecskék tovább növekedhetnek azzal, hogy újonnan a 34 keresztáramú szûrõberendezésbõl érkezõ szilárd anyag hozzájuk tapad, így a 46 részáramú szûrés késõbbi újabb áthaladása közben kicsapódhatnak. A 54, 56 gyûjtõtartály geometriai felépítése elõnyösen az alábbi: az elsõ, a fenekéhez közeli tölcsér alakú 72 rész 64, 66 szilárd anyag-zónát vagy sûrítõ zónát alkot, az ehhez kapcsolódó 74 zónába az 58, 60 befolyó csatlakozik, és e felett 76 második zónából kiindul a 68, 70 visszafolyás. A folyadék adagolása az 58, 60 vezetéken át a tartály felsõ harmadában történik. A 54, 56 gyûjtõtartály elõnyösen olyan hosszú, hogy az 58, 60 befolyó és a
1
HU 005 058 T2
68, 70 visszafolyás közötti táv legalább 30 cm. Az 58, 60 befolyó alatt 62, 63 leülepedési zóna alakul ki. A találmány értelmében az ülepedés vízszintes áramlás esetén is lehetséges, azaz befolyó és kifolyó majdnem vagy pontosan közös vízszintes síkban helyezkedik el. Fontos az áramlási sebesség csökkentése. Az 58, 60 befolyón érkezõ folyadékból, amelyet áramlási folyamatok nem vagy nem lényegesen zavarnak, a szilárd anyag gravimetriásan zavartalanul kiülepedhet. A tartály megfelelõ kialakításával a 62 leülepedési zónában az áramlást csökkenthetjük. A folyadékot elõnyösen a tartály közepén, azaz 78 hossziránti tengelye mentén és lefelé irányítva vezetjük be. Oldal felõli bevezetés szintén elképzelhetõ. A tengely menténi lefelé mozgás azért elõnyös, mert így a kisebb részecskék is lefelé felgyorsulnak, ami a kiülepedést javítja és járulékos koagulációs hatást fejt ki közvetlenül a 62 leülepedési zónába való belépés után. Az 58, 60 befolyó és a 68, 70 kifolyó között ún. fordulózóna (78 zóna) alakul ki, amelyben az 58, 60 vezetéken át betáplált folyadék a 68, 70 kifolyó felé áramlik. Ebben a 78 fordulózónában van a legnagyobb része azoknak a részecskéknek, amelyeket az áramlás felfelé vihet. A folyadékáramlás szándékosan alacsony értékkel választott nyíró igénybevétele következtében további kolloidok a fent említett kölcsönhatásokból kifolyólag a 78 zónában koagulálódhatnak, agglomerátumokká összeállhatnak. A növekvõ részecskék irányát a gravitáció megváltoztatja, a részecskék leülepszenek. Áramlást terelõ elemek, késleltetések elõsegítik az agglomerációs csírák képzõdését. Ez a leülepedés, amely a kolloidok általános áramlásának ellentétes irányú, kolloidok és az áramlásban lebegõ egyéb részecskék nagyobb agglomerátumokkal való további összetapadását és ezzel járulékos leválasztását, illetve a szilárd anyag zónájába történõ transzportját eredményezi. A szuszpenziónál könnyebb anyagok a 62, 63 leülepedési zónát és a 78 fordulózónát a gravitációval szemben átvándorolják és az 56 tartály 80 részében gyûlnek össze, ahonnan idõnként eltávolíthatók. A tartály fejrészében olajok és egyéb, a folyadéknál könnyebb közegek is összegyûlnek. Elõfordulhat azonban, hogy a fejrészbe vándorló anyagok a baktériumos koncentrátummal érintkezve további reakciókban vesznek részt, és agglomerálódnak, úgy hogy egy részük lefelé, az ülepedési zónába, illetve a szilárd anyagok 64 zónájába süllyed. A 78 fordulózónában a beállított sebességû felfelé áramlásnál gyorsabban ülepedõ szilárd anyagok az 54, 56 tartály kialakítása következtében zavartalanul a 62, 63 ülepedési zónába jutnak és leülepszenek. Tekintettel arra, hogy az 58, 60 tápvezeték csatlakozásától való növekvõ távolsággal a szuszpenzió diffúzzá válik, a 63 ülepedési zónában mindig is igen kicsi részecskék választódnak le. Ennek során ugyanolyan hatások jelentkeznek, mint a fordulózóna esetében leírtak. A 62, 63 leülepedési zóna alatt kialakul a szilárd anyag 64, 66 zónája, amelyben a szilárd anyagok felhalmozódnak, a fentrõl folyamatosan érkezõ újabb ré-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
tegek hatására sûrûsödnek. Ezt a folyamatot alkalmas intézkedésekkel, például rázással vagy a részecskék saját frekvenciájával történõ alacsony frekvenciájú ultrahangos kezeléssel még erõsíthetjük. A találmány értelmében a szilárd anyagok 64, 66 zónájából idõnként vagy folyamatosan részmennyiségeket vehetünk ki további kezelésre, például szárításra anélkül, hogy ez a részáramú szûrést zavarná. Baktériumok leválasztásakor gázok keletkeznek. Ezek rendszerint a folyadékban oldódnak és a keresztáramú szûrõberendezésen keresztül hagyják el a rendszert. Megfelelõ méretezés és üzemeltetés esetén a 64, 66 szilárd anyag zónában a még meglévõ baktériumos aktivitást arra hasznosíthatjuk, hogy a még jelen lévõ tápanyagokat teljesen mineralizáljuk és így a térfogatot csökkentsük. A baktériumok által kiválasztott anyagokat (CO, SO) a folyadék kiöblíti a rendszerbõl. Lehetséges az is, hogy ebben a zónában, amelyben az aerob baktériumos aktivitást az anaerób váltja fel, az újból oldatba menõ radionuklidok és nehézfémek reakciókba lépnek (például baktériumok által szabaddá tett kénionokkal), oldhatatlan, szilárd anyagként kicsapódó terméket képezve. A szilárd anyag 64, 66 zónájában folyamatosan leülepedõ szilárd anyagok, illetve aerob baktériumok egymásra rakódó rétegei szigetelõrétegként hatnak, így anaerob folyamatokban feloldódott radionuklidok és nehézfémek nem mosódhatnak ki felfelé, a 62, 63 ülepedési zónába. A 64, 66 szilárd anyag zónában megfelelõ tartózkodási idõ és a baktériumkoncentrátum számára alkalmas életkörülmények esetén a mineralizálás majdnem teljes, ami a végleges tárolásra alkalmas állapot és a térfogat minimalizálása irányában hat. A koagulálás szükség esetén egyéb fizikai (például a részáramú szûrés gyûjtõtartálya és a keresztáramú szûrõberendezés közötti távolság) vagy kémiai (például elektromos ionizálás, flokkulálószerek stb.) mechanizmusokkal javítható. Elképzelhetõ az is, hogy a teljes keresztáramú szûrõberendezéshez vagy annak egy részéhez töltéshordozó anyagokat (például PVC¹t) készítsünk vagy az áramlásba adjunk. Az egyre növekvõ szilárd anyag zónának köszönhetõen a részáramú szûréssel kiegészített keresztáramú szûrõberendezésben viszonylag nagy szilárd anyag-tartalmú koncentrátum (hulladék vagy hasznosítható anyag) keletkezik, így az erre következõ kondicionálás, illetve hasznosítás során kisebb a ráfordítás. Azon elv alapján, hogy a fõáramból ismételten részáramot veszünk ki és áramoltatunk vissza, nincs szükség arra, hogy a gyûjtõtartályban történõ ülepedés nagy arányú legyen. Amíg egyáltalán van leválasztódás, a keresztáramú szûrés körfolyamata magától stabilizálódik, beáll bizonyos értékre. Ha például keresztáramú berendezésben biológiailag elõkezelt szilárd anyagot körülbelül 2,6 térfogat%¹ra betöményítünk, majd megfelelõen kivitelezett részáramú szûrésben körülbelül 0,8 térfogat%¹ra tisztítunk, a részáramú szûrésben a szilárd anyag mintegy
1
HU 005 058 T2
70 térfogat%¹a kiválik. A szilárd anyag körülbelül 30 térfogat%¹a kolloid részecskék alakjában visszakerül a keresztáramú szûrés körfolyamába, tovább koagulálódik, majd egy késõbbi körben kerül leválasztásra. Ezzel az eljárással mind ez ideig elérhetetlen, a 99%¹ot is meghaladó hozam lehetséges. Hasonló elv ismert a WO 01/44115 számú közzétett nemzetközi szabadalmi bejelentésbõl. Az ott leírtak szerint azonban a leválasztásra mechanikai szûrõt (mikroszûrõt) és a keletkezõ szûrõlepényt javasolják a részáramban lévõ szilárd anyag leválasztására. Az eljárással nagyobb leválasztási arány érhetõ el, ezzel szemben a találmány szerinti kitanítás alapján keresztáramú szûrõberendezésekbõl származó koncentrátumok költségkímélõ módon tovább töményíthetõk. A például aerob biológiai kezelésbõl származó szilárd anyagok esetén áthatolhatatlan szûrõlepény keletkezhet, amely csak az elõbb leírt találmány szerinti részáramú ülepedéses szûréssel választható le. Az ultraszûrési berendezéseknek olyan – esetleg biológiai elõkezeléssel kombinált – változatai ismeretesek, amelyeknél a szûrõ elõtt tartály van, ebbe táplálják be a nyers hulladékot. Az ilyen ultraszûrési berendezések esetén a koncentrátumot folyamatosan visszacirkuláltatják az említett tartályba. Ha ebben a berendezés elé iktatott tartályban (reaktorban) biológiai elõkezelés is történik, a biomassza hosszú tartózkodási ideje alatt optimálisan adaptálódott baktériumtörzsek alakulhatnak ki, amelyek a káros anyagokat kiválóan mineralizálják. Igaz, hogy ezekbõl a rendszerekbõl az iszap feleslegét el kell távolítani, máskülönben a keresztáramú szûrõ eltömõdne. Ezekben a gyakran fûtött és levegõztetett reaktorokban erõs keverési és áramlási folyamatok mennek végbe, amelyek a fenti leírt ülepedést és kis részecskék leválasztását lehetetlenné teszik. A találmány szerinti kitanítás teljes elvét alapvetõen az 5. ábra is mutatja. Reaktornak is nevezhetõ elsõ 82 tartályba kerül a radioaktív szennyvíz. A 82 tartályban biológiai kezelés, azaz aerob lebontás történik, egyrészt a folyadék térfogatának csökkentése, másrészt fõleg a hosszú szénláncú szerves molekulák roncsolása érdekében. Ha a 82 reaktorban, illetve tartályban biológiai kezelés történik, 14 vezetéken át levegõt, illetve oxigént lehet bevezetni. Az elõkezelt víz 85 vezetéken át a 82 tartályból egy, az elõbbiekben leírt 86 keresztáramú szûrõberendezésbe kerül. A 86 keresztáramú szûrõberendezés és az ezt követõ, párhuzamosan elrendezett részáramú szûrés közötti kapcsolat a már leírtak szerint létesül, így az összekötõ vezetékek hivatkozási jelei a fent alkalmazottak. A 90 részáramú szûrõ a 3. és 4. ábra kapcsán leírt tartállyal rendelkezik. A szilárd anyag zónája, illetve 64, 66 töményítõ zónából a szilárd anyag, elõnyösen folyadékszerû iszap további 92 tartályba kerül, amelyben szükség esetén oxidálással mineralizáljuk a szerves részt. Tekintve, hogy biológiai elõkezelés történt, ez mindig szükséges. Amennyiben azonban – nem találmány szerint, hanem összehasonlításképpen – az elõkezelés hideg oxidálással történt, a 92 tartály elmarad-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 7
2
hat. Ezt követõen az adott esetben oxidálással mineralizált hulladék, adott esetben víztelenítés után 94 szárítóberendezésbe kerül, hogy betöményített, végleges tárolásra alkalmas hulladékká alakuljon. A 86 keresztáramú szûrõberendezést 96 vezetéken keresztül elhagyó szûrletet vagy 98 vezetéken át tiszta vízként elvezethetjük, vagy ha megengedhetetlen koncentrációban oldott radionuklidokat tartalmaz, ioncserélõbe, elektromos deionizátorba, elektrolitikai leválasztóba vagy fordított ozmózisba juttatjuk. Ezt az 5. ábrán a szaggatott körvonalú 100 négyzettel érzékeltetjük. A leválasztott ionos radionuklidokat vagy 102 vezetéken át visszavezetjük a 82 elsõ tartályba, vagy külön tartályba vagy reaktorba juttatjuk, majd a már leírtak szerint keresztáramú szûrésnek és részáramú szûrésnek vetjük alá. Ez kaszkád felépítésû rendszerben is lehet. A 100 leválasztóból származó reciklizálni kívánt anyagokat közvetlenül a 84 vezetékbe is táplálhatjuk vissza, ezt a rajzon a 104 összekötéssel jeleztük. Amennyiben kicsapásos betöményítés szükséges, például a szennyvíz hideg oxidálása esetén, kicsapószert vagy közvetlenül a 82 reaktorba vagy a 86 ultraszûrés elõtt a 84 vezetékbe adagolhatunk. A találmány szerinti kitanítás elõnyei és lényeges ismérvei az alábbi felsorolásból adódnak, amely azonban nem súlyozott: – modulrendszerû eljárás, ahol a modulok bizonyos biológiai, kémiai és fizikai hatásokat kombinálnak. Ideális esetben a modulok sorozatos kombinálással egymáshoz köthetõk: hideg oxidálás, kicsapás, illetve biológiai kezelés; mechanikai leválasztás keresztáramú szûréssel és részáramú szûréssel; adott esetben ionos elválasztás; a koncentrátumok kondicionálása; – az egyes modulok kiválasztása és eljárástechnikai optimálása a kapcsolódó modulok befolyásolása nélkül; – aerob biológiai kezelés a szerves molekulák roncsolására; a radionuklidok bioszorpciója; – a lebontásnak és a radionuklidok bioszorpciójának gyorsítására ultrahang alkalmazása a reaktorban; – körfolyamba vezetés és/vagy több bioreaktorok sorba kapcsolása, hogy az összes oldott ionos radioaktivitást leválasszuk; – kielégítõ bioszorpció és a szilárd anyagok, különösen a kolloid részecskék keresztáramú szûréssel, elõnyösen ultraszûréssel történõ leválasztása szükségtelenné teszi az ionszelektív módszereket; – mûködõképesség és az utólagos mechanikai leválasztás védelme a komplex molekulák biológiai kezelése révén; – mosások és egyéb tisztítási feladatokból származó vizekbõl, ideértve biológiailag kezelt radioaktív mosóvizekbõl szilárd anyagok mechanikai leválasztása keresztáramú szûréssel, így ultraszûréssel, a lényegesen drágább centrifugák helyett;
1
HU 005 058 T2
– a baktériummassza kíméletes leválasztása/betöményítése keresztáramú berendezésben, ami feleslegessé teszi a centrifugát, amely nagy erõket kifejtve a sejtmembránt roncsolja és így bioszorbeált nuklidokat újból felszabadítja; – a baktériumok és biológiailag aktív masszák betöményítése a bioreaktor és keresztáramú szûrés kombinálásával (a részáramú szûrés alkalmazása nem kötelezõ lépés), aminek hatására a radioaktív anyagok gyorsabban szorbeálódnak a biomasszába; – a baktériummátrix lebontása például hidrogénperoxiddal, így a koncentrátum mineralizálása a biztonságos tárolás érdekében; – a keresztáramú szûrés, különösen ultraszûrés alkalmazásának köszönhetõen a szennyvízben oldott állapotban jelen lévõ inaktív bór (nátrium-borát) a rendszerbõl eltávolítható, azaz nem növeli a végleges térfogatot, míg elpárologtatók alkalmazása esetén a bór a maradékban marad. A találmány szerinti eljárásban azonban visszanyerhetõ/reciklizálható; – a keresztáramú szûrés (ultraszûrés) és az ioncserélõ kombinálása lehetõvé teszi, hogy radioaktív szennyvizekbõl a radioaktív anyagokat a kimutathatósági határ alatti koncentrációig eltávolítsuk. Ez fõleg a szilárd anyagok (ultraszûrés) és oldott anyagok (ioncserélõ) teljes szétválasztása, majd külön-külön leválasztása okán sikerül; – a keresztáramú szûrõberendezésbõl származó szûrlet visszavezetése a bioreaktorba, a radioaktív ionok bioszorpcióval történõ további leválasztására; – ismételt visszavezetés, míg a keresztáramú szûrõberendezés után az oldott radioaktivitás mért értéke kielégítõen alacsony; – a keresztáramú szûrõberendezés körfolyamába, elõnyösen a tápvezetékébe kicsapószerek adhatók. A turbulens áramlásban az intenzív keverés miatt kielégítõ a kicsapási reakció, azaz jó a radionuklidok leválasztása; – tekintettel arra, hogy – ha a radioaktív anyagok bioszorpciója nem volt kielégítõ – az ultraszûrõberendezés szûrlete kizárólag oldott (ionos) aktív anyagokat tartalmaz, tehát a következõ egységek felületeit nem tömi el, az ioncserélõk és elektromos deionizátorok hatékonyak, azaz a radioaktív szennyvíz megfelelõ elõkezelése esetén drága ionszelektív ioncserélõkre nincs szükség; – a radionuklidok tisztán ionos elõfordulása lehetõvé teszi áldozati anóddal, illetve katóddal történõ leválasztásukat az elektromos feszültségsor alapján. Az ultraszûrõbõl származó szûrletet egyenfeszültség alá helyezett felületeken át vezetjük kielégítõen közel hozzájuk. A radioaktív fémes ionok lerakódnak, összegyûlnek. A lerakódásnak csak a választott geometriai forma és dózis-teljesítmény szab határt. A lerakódási felületek, miután kimerültek, további kondicionálás nélkül végleges tárolásnak szánt tartályokban végle-
5
–
10
15 –
20
– 25 –
30
–
35
–
– 40
–
– 45
50 –
– 55 –
60 8
2
gesen deponálhatók. Ezzel a módszerrel nagy aktivitás koncentrációja érhetõ el legkisebb térben, így a térfogat további csökkentéséhez járul hozzá. Részáramú betöményítés, azaz a keresztáramú szûrésben visszatartott szilárd anyagok betöményítése leválasztótartályban vagy kaszkádként kialakított leválasztótartályban, amelyen keresztül a koaguláló szilárd anyagokat részáramú szûrés segítségével vezetjük. A leválasztótartályban mechanikai vagy leülepedési leválasztás történhet, az utóbbi elõnyös. Az ülepedés során a keresztáramú szûrésben betöményített és koagulált kis szilárd részecskék alapján leválasztó mechanizmus lehetséges. A keresztáramú szûrõberendezésben történõ koaguláció elõsegítése elektromos mezõk, mágneses mezõk alkalmazása, alkalmas anyagok megválasztása (például mûanyagokból, így PVCbõl készült csõvezetékek, hogy a szilárd részecskéken töltések keletkezzenek) és hasonlók segítségével; a koaguláció elõsegítése a keresztáramú szûrõberendezés és a részáramú szûrõberendezés gyûjtõtartálya között megfelelõ hosszúságú átvezetõ szakasz kialakításával; koagulációs csírák képzése például mesterséges áramlásgátlók, fõleg a gyûjtõtartályok fordulózónájában; koagulált részecskék ülepítése mint kizárólagos leválasztási mechanizmus keresztáramú szûrõberendezésekbõl származó szilárd anyagok számára, különösen olyan szilárd anyagok esetén, amelyek át nem eresztõ szûrõlepényt képeznek; áramlásmentes ülepedési zóna kialakítása a keresztáramú szûrésbõl (például ultraszûrésbõl) leágaztatott részáramú szûrés tartályában; zavartalan szilárdanyag-zóna létesítése az ülepedési tartályban; a leválasztott szilárd anyagok sûrûsödésének elõsegítése mechanikai segítséggel, például rázással vagy alacsony frekvenciájú hang behatásával; a további feldolgozás elõtt koncentráló lépésként: nem radioaktív szilárd anyagok, például veszélyes anyagok nem hõhatással végzett betöményítése; értékes anyagok (például farmakológiai hatóanyagot termelõ baktériumok, kerámia, nemesfémek, polimerek) oldatokból való kinyerése és újrahasznosítása; az ülepedési tartály kiképzése és üzemeltetése olaj és egyéb, víznél könnyebb anyagok leválasztására; az ülepedett anyag részleges vagy teljes elvezetése hideg oxidáció, víztelenítés, szárítás, cementálás vagy egyéb kondicionálás elvégzésére; a szilárd anyagok tudatos otthagyása a szilárd anyag-zónában, tápanyagként újonnan kifejlõdõ (a tartály szilárd anyag-zónájának alsó tartományában anaerob, a felsõben aerob) baktériumtör-
1
–
–
–
–
– –
–
–
–
–
–
HU 005 058 T2
zsek számára. Ezek a baktériumok mind széntartalmú, mind kéntartalmú (például dekontamináló szerekbõl származó) és egyéb vegyületeket lebontanak szervetlen anyaggá. A szilárd anyagzóna alsó részében kizárólag a fémes nuklidok és szervetlen szilárd anyagok maradnak; a szilárd anyagoknak a mechanikai keresztáramú szûrésben történõ teljes mechanikus elválasztása védi a kapcsolódó ionos leválasztó lépcsõket; a radionuklid-ionok elektrokémiai potenciáljuk kihasználásával a szilárd anyagok keresztáramú szûréssel, elõnyösen ultraszûréssel történõ teljes eltávolítása elõtt vagy elõnyösen után végzett leválasztása; a fordított ozmózissal vagy elektromos deionizálással leválasztott ionok visszavezetése a kicsapás moduljába, így a leválasztási arány növelése; az eljárások kaszkádszerû kombinálása és a betöményített nuklidok visszavezetése korábbi eljárási lépésekbe; egyes eljárási modulok megkettõzése az elválasztási arány növelésére; a részáramú szûrésbe vezetendõ részáram betöményítésének elõsegítése a kivezetõ hely olyan kialakításával, hogy a centrifugális erõ a sûrûsödést segítse; az ultraszûrés hozama a találmány szerinti kitanítás alapján >99%¹ra növelhetõ. Ez az érték a technika állása szerint 90% és 95% közötti. az ultraszûréssel és a részáramú szûréssel nemcsak a baktériumok, hanem az összes szilárd anyag választható le; a biomasszának az ásványi anyagok a bioreaktorból való folyamatos elvezetése mennyiségének csökkenéséhez és így az élettér változásához és a baktériumok alkalmazkodásához, például oldott 137Cs felvételéhez vezet; a szilárd anyagoktól mentesített, oldott sók értékes anyagként visszanyerhetõk, illetve reciklizálhatók; baktériumok, illetve biomassza keresztáramú szûrés, különösen ultraszûrés és részáramú szûrés kombinációjával találmány szerint egy bioreaktorból végzett leválasztása megváltoztatja az életkörülményeket a bioreaktorban és ahhoz vezet, hogy a biomassza fokozott mértékben köti meg az oldott ionokat, különösen radioaktív és fémionokat, így ezek a szilárd anyaggal együtt a részáramú szûrés lépcsõjében leválaszthatók.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás szennyvizek, így radioaktív szennyvíz, erõmûvekbõl származó szennyvíz vagy szilárd anyagot tartalmazó szennyvíz kezelésére, mely eljárás az alábbi lépéseket tartalmazza: – a szennyvizet elsõ tartályba vezetjük és ott kezeljük,
55
60 9
2
– a szennyvizet az elsõ reaktorból keresztáramú szûrõberendezésbe vezetjük, – a keresztáramú szûrõberendezésben leválasztott és/vagy visszatartott szilárd anyagot részáramú szûrõberendezésbe vezetjük, és – a részáramú szûrõberendezésbõl kivett, szilárd anyagoktól részben mentesített szennyvizet visszavezetjük a keresztáramú szûrõberendezésbe, azzal jellemezve, hogy az elsõ reaktorban a szennyvíz szerves részét biológiai aerob kezeléssel csökkentjük, a keresztáramú szûrõberendezésbõl kivett szûrletet vagy közvetlenül hasznosítjuk, vagy az elsõ vagy egy további reaktorba vezetjük, és a részáramú szûrés lépésében a szilárd anyagot gravimetriásan leválasztjuk egy tartályban, a második tartály feneke felé esõ zónájában a szilárd anyagot tömörítjük, egy következõ, az elsõ zóna felett elhelyezkedõ ülepedési zónában vagy afelett a keresztáramú szûrõberendezésbõl származó betöményített szennyvizet egy befolyón át bevezetjük és az ülepedési zóna felett vagy az oldalán a szennyvizet egy kifolyón keresztül elvezetjük. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrõberendezéshez ioncserélõt és/vagy elektromos deionizátort csatlakoztatunk, és az ezekbõl kilépõ ionos nuklidokat az elsõ tartályba vagy további tartályba vezetjük. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a befolyó és a kifolyó között felszálló folyadék V sebességét a részecskék leülepedéséhez szükséges értékre szabályozzuk. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a felszálló folyadék V sebességét mintegy 0,1 cm/perc és körülbelül £5 cm/perc közötti értékre, elõnyösen mintegy 2 cm/percre állítjuk be. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartály szilárdanyag-zónájából folyékony iszap alakjában szilárd anyagot veszünk ki, majd szárítunk. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folyékony iszapot szárítás elõtt oxidálással inertizáljuk a baktériumok leválasztásánál. 7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrésbõl származó, betöményített szennyvizet a keresztáramú szûrõberendezés fõ körfolyamával, illetve öblítõ áramával párhuzamos, adott esetben szállítóegységet tartalmazó mellék körfolyamon keresztül vezetjük, amelybõl a betöményített szennyvíz egy része közvetlenül a részáramú szûrõberendezésbe áramlik. 8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrés lépésében a tartálynak, amelyen keresztül a kezelendõ szennyvíz áramlik, a fenék felé esõ szilárdanyag-zónája, e felett elhelyezkedõ ülepedési zónája és az utóbbi felett lévõ fordulózónája van. 9. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás végrehajtásához elegendõ, ha a tartályban >0-nál nagyobb leválasztási arány áll fenn.
1
HU 005 058 T2
10. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztítani kívánt víz az ülepedési zónánál vagy az ülepedési zóna és a fordulózóna között áramlik be. 11. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fordulózónában áramló folyadékban lévõ részecskékre minimális nyíróerõk hatnak. 12. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy aerob módon elõkezelt radioaktív szennyvíz esetén a bioszorpcióval megkötött radioaktivitást ultraszûréssel és részáramú szûréssel választjuk le. 13. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a radionuklidok lebontását és/vagy bioszorpcióját ultrahang hatásával gyorsítjuk. 14. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szennyvízben lévõ oldott, inaktív sókat és egyéb anyagokat a szûrletbõl keresztáramú szûrés, különösen ultraszûrés alkalmazásával visszanyerjük. 15. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy radioaktív szennyvizet a radioaktív anyagoktól teljesen vagy gyakorlatilag teljesen, a kimutathatósági határ alatti koncentrációig mentesítjük oly módon, hogy a keresztáramú szûréssel, illetve ultraszûréssel a szilárd anyagokat és az ioncserélõkkel az oldott anyagokat eltávolítjuk a szennyvízbõl. 16. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrõberendezésbõl elvezetett szûrletbõl a radioaktív ionokat egy további bioreaktorban bioszorpcióval eltávolítjuk. 17. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrõberendezés körfolyamába, különösen tápvezetékbe a kicsapódást és koagulálódást elõsegítõ szert adagolunk. 18. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrésbõl, illetve ultraszûrésbõl kizárólag vagy majdnem kizárólag oldott (ionos) anyagokat tartalmazó szûrletet vezetünk el. 19. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy leválasztótartályban, illetve a tartályban vagy kaszkádként kialakított leválasztótartályban a keresztáramú szûrõberendezésben visszatartott szilárd anyagot betöményítjük. 20. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a leválasztótartályban a szilárd anyagok betöményítését mechanikai leválasztással vagy ülepítéssel végezzük. 21. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrés közben elektromos mezõk, mágneses mezõk alkalmazásával, alkalmas anyagok megválasztásával, például mûanyagokból, így PVC-bõl készült csõvezetékrendszerek megválasztásával, a koagulációt a szilárd részecskéken töltések kialakításával segítjük elõ. 22. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a koagulációt azzal segítjük elõ, hogy a kon-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
10
2
centrátumos oldalon a keresztáramú szûrõberendezés és a részáramú szûrõberendezés második tartálya vagy gyûjtõtartálya között a vezeték kielégítõen hosszú. 23. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy koagulációs csírák képzõdését segítjük például az áramlást gátló elemekkel fõleg a részáramú szûrés tartályának fordulózónájában. 24. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keresztáramú szûrésbõl származó szilárd anyag egyedüli leválasztási mechanizmusaként koagulált részecskék ülepítését alkalmazzuk. 25. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrés tartályában áramlásmentes ülepítési zónákat alakítunk ki. 26. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrés tartályában zavartalan szilárdanyag-zónákat alakítunk ki. 27. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a leválasztott szilárd anyagot mechanikai segítséggel, például rázással vagy alacsony frekvenciájú hang behatásával sûrítjük, illetve sûrûsödését segítjük. 28. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrés tartályát olajleválasztóként vagy egyéb, víznél kisebb sûrûségû anyagok leválasztójaként képezzük ki. 29. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tartályból a leülepedett anyagot legalább részben elvezetjük hideg oxidáció, víztelenítés, szárítás, cementálás vagy egyéb kondicionálás elvégzésére. 30. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a radionuklidok elektrokémiai potenciáljának kihasználásával a szilárd anyagok keresztáramú szûréssel, így ultraszûréssel történõ teljes elválasztása elõtt, elõnyösen azonban után az ionokat leválasztjuk. 31. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fordított ozmózissal és/vagy elektromos deionizálással leválasztott ionokat egy kicsapási modulba visszavezetjük. 32. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részáramú szûrés egy részáramát a kivét helyének kialakításával és/vagy centrifugális erõk kihasználásával betöményítjük. 33. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a további feldolgozás elõtt koncentráló lépésként a nem radioaktív szilárd anyagokat nem hõhatással betöményítjük és/vagy az értékes anyagokat, például farmakológiai hatóanyagot termelõ baktériumokat, kerámiát, nemesfémeket, polimereket az oldatokból kinyerünk és újrahasznosítjuk. 34. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a részlegesen tisztított szennyvizet ismételten, illetve folyamatosan vezetjük vissza a keresztáramú szûrõberendezésbe.
HU 005 058 T2 Int. Cl.: G21F 9/00
11
HU 005 058 T2 Int. Cl.: G21F 9/00
12
HU 005 058 T2 Int. Cl.: G21F 9/00
13
HU 005 058 T2 Int. Cl.: G21F 9/00
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest