WO2003056572A1 - Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionuclidos en aguas radiactivas - Google Patents

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Definitions

  • bioremediation procedures consisting of the use of microorganisms for the recovery of contaminated environments. Mainly the efforts have been directed to the restoration of contaminated soils with chemical, toxic or dangerous products using microorganisms; In this way, the concept of bioremediation has been implemented.
  • the use of microorganisms for the recovery of the environment has been carried out for more than sixty years for the purification of wastewater.
  • bioremediation processes applied to the management of radioactive waste in definitive repositories have also been developed, but never within the containment area of a nuclear power plant, subject of the procedure covered by this patent.
  • the pools for the storage of spent nuclear fuel have the purpose of "cooling" the spent fuel that comes from the reactor and that after its use still has high radioactivity and important generation of heat.
  • the water in the nuclear pools acts as an effective shield against radiation, in the vicinity of them there are considerable levels to which the workers of the power plant are exposed.
  • the purpose of the procedure described below is to lower the levels of radioactive contamination of the water in nuclear pools and consequently decrease the level of radiation close to them and the exposure rates.
  • the radioactive water to be treated from the nuclear pools is passed through a bioreactor containing a ball or skein of titanium, stainless steel or any other non-corrosive or degradable material in this environment and capable of being colonized by the microorganisms existing in said waters.
  • the radioactive water to be treated comes into contact with the material of the ball or skein arranged inside it, forming a biofilm that retains the radionuclides.
  • the microorganisms are able to retain the radioisotopes present in the water of the pools through one or more of the following mechanisms: bioadsorption, bioabsorption, bioaccumulation, biosolubilization, bioprecipitation.
  • the bioreactor material is replaced by fresh material.
  • the biofilm that colonizes the material and retains the radionuclides is economically eliminated by any conventional radiochemical decontamination of materials and the radionuclides can be concentrated in a small volume of eluent for recovery, final disposal or containment.
  • the bioreactor material can be managed as a non-radioactive material. Both processes, the concentration of radionuclides in a small volume, and the management of materials used as non-radioactive contribute to the economic profitability of the procedure.
  • the type and size of the bioreactor, the flow rate of circulating radioactive water to be treated and the periodicity of elimination of the biofilm are conditioned to the specificities of each of the water treatment plants in the hot zone of the different nuclear power plants.
  • the first object of this procedure is to take advantage of the capacity of some of the microorganisms present in the radioactive waters of the pools to colonize the material disposed inside the bioreactor.
  • These microorganisms that can not be grown or handled in the laboratory are known in the technical literature as VBNC (viable but not cultivable).
  • a second object of this procedure consists in previously cultivating in the laboratory the material constituting the ball or similar device mentioned above in the presence of a microorganism, or a mixture of them, previously isolated of the radioactive water to be treated.
  • the first part of the procedure consists in the preparation of the material that will be introduced in the bioreactor.
  • This material for example stainless steel, twisted from the same chips as skein or hank of 20 g with a surface area of 0.01 m 2 exposure .g " ', defatted with acetone in an ultrasonic bath.

Abstract

El procedimiento de concentración y eliminación de radionúclidos en las aguas radiactivas de las piscinas nucleares que se presenta se basa en la capacidad que tienen los microorganismos para retener radionúclidos cuando crecen formando biopelículas sobre las superficies que colonizan. Este proceso, conocido como biorremediación, hasta la fecha no se ha utilizado en la zona de contención de las centrales nucleares. El sistema actual de clarificación de las aguas radiactivas en las piscinas nucleares se realiza con un sistema de filtros desmineralizadores que cuando finalizan su vida útil generan un importante volumen de material radiactivo a gestionar. El procedimiento que se presenta mediante biorremediación, llevado a cabo delante de estos filtros, prolonga la vida de los mismos y por tanto es necesario gestionar menos residuos radiactivos aumentando la rentabilidad económica del proceso.

Description

Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionúclidos en las aguas radiactivas.
SECTOR TÉCNICO AL QUE SE REFIERE LA INVENCIÓN
Industria Nuclear, Gestión de Residuos Radiactivos, Tratamientos de Aguas Contaminadas.
EXPOSICIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
Durante los últimos años se han venido desarrollando procedimientos de biorremediación consistentes en la utilización de microorganismos para la recuperación de ambientes contaminados. Principalmente los esfuerzos han ido encaminados a la restauración de suelos contaminados con productos químicos, tóxicos o peligrosos usando microorganismos; de esta forma se ha ido implantando el concepto de biorremediación. No obstante, la utilización de microorganismos para la recuperación del medio ambiente se viene llevando a cabo desde hace más de sesenta años para la depuración de aguas residuales. Adicionalmente también se han desarrollado procesos de biorremediación aplicados a la gestión de residuos radiactivos en repositorios definitivos pero nunca dentro del área de contención de una central nuclear, objeto del procedimiento que cubre la presente patente.
Las piscinas para el almacenamiento de combustible nuclear gastado tienen la finalidad de "enfriar" el combustible gastado que procede del reactor y que tras su utilización todavía posee alta radiactividad e importante generación de calor. A pesar de que el agua de las piscinas nucleares actúa como blindaje eficaz contra la radiación, en las proximidades a las mismas se presentan niveles considerables a los que son expuestos los trabajadores de la central. El propósito del procedimiento que se describe a continuación es bajar los niveles de contaminación radiactiva del agua de las piscinas nucleares y en consecuencia disminuir el nivel de radiación próxima a las mismas y las tasas de exposición.
Actualmente las aguas radiactivas de las piscinas nucleares se tratan por un sistema de filtros desmineralizadores, a base de resinas intercambiadoras de iones, que tienen la misión de retener las sustancias disueltas y en suspensión que pueda arrastrar el agua, tales como productos de fisión, corrosión, etc. con lo que se consigue una mayor claridad del agua y una considerable disminución de la radiactividad en las zonas circundantes a las piscinas.
Con el paso del tiempo la vida útil de las resinas se termina y es necesario embidonarlas y tratarlas como residuos radiactivos. Con el procedimiento que se presenta por biorremediación se retienen los radionúclidos del agua radiactiva antes de que lleguen a las resinas de los filtros desmineralizadores y por lo tanto se aumenta su vida útil y en consecuencia se disminuye el volumen del material radiactivo a gestionar. El material utilizado para el procedimiento que se patenta, al contrario que las resinas, se puede descontaminar y gestionar como material no radiactivo.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Para llevar a cabo la concentración y eliminación de radionúclidos citada anteriormente en las aguas radiactivas de las piscinas nucleares se ha ideado un procedimiento de biorremediación completamente innovador y que se aplica en el proceso del tratamiento de las aguas de las piscinas, previamente a su vuelta a las mismas.
En este procedimiento, el agua radiactiva a tratar procedente de las piscinas nucleares se hace pasar por un biorreactor que contiene un ovillo o madeja de titanio, acero inoxidable o cualquier otro material no corrosivo ni degradable en este ambiente y que sea capaz de ser colonizado por los microorganismos existentes en dichas aguas. A su paso por el biorreactor, el agua radiactiva a tratar entra en contacto con el material del ovillo o madeja dispuesto en su interior, formándose una biopelícula que retiene los radionúclidos. Los microorganismos son capaces de retener los radioisótopos presentes en el agua de las piscinas mediante uno o más de los siguientes mecanismos: bioadsorción, bioabsorción, bioacumulación, biosolubilización, bioprecipitación.
A continuación, el agua sale por el extremo opuesto al de entrada en flujo continuo y antes de volver a la piscina se hace pasar por el sistema de filtros desmineralizadores.
Finalmente, el material del biorreactor es reemplazado por material fresco. La biopelícula que coloniza el material y que retiene los radionúclidos, es económicamente eliminada por cualquier procedimiento convencional de descontaminación radioquímica de materiales y los radionúclidos se pueden concentrar en un volumen pequeño de eluyente para su recuperación, disposición final o contención. A continuación, el material del biorreactor puede ser gestionado como material no radiactivo. Ambos procesos, la concentración de los radionúclidos en un reducido volumen, y la gestión de los materiales utilizados como no radiactivos contribuyen a la rentabilización económica del procedimiento.
El tipo y tamaño del biorreactor, el caudal de agua radiactiva circulante a tratar y la periodicidad de eliminación de la biopelícula están condicionados a las especificidades de cada una de las plantas de tratamiento de aguas en la zona caliente de las distintas centrales nucleares.
El primer objeto de este procedimiento consiste en aprovechar la capacidad que tienen algunos de los microorganismos presentes en las aguas radiactivas de las piscinas para colonizar el material dispuesto en el interior del biorreactor. Estos microorganismos que no se pueden cultivar ni manipular en el laboratorio se conocen en la bibliografía técnica como VBNC (viables pero no cultivables).
Con el fin de acelerar el procedimiento de concentración de radionúclidos, un segundo objeto de este procedimiento consiste en cultivar previamente en el laboratorio el material que constituye el ovillo o artificio similar citado anteriormente en presencia de un microorganismo, o una mezcla de ellos, aislados previamente del agua radiactiva a tratar. EXPOSICIÓN DETALLADA DE AL MENOS UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
La primera parte del procedimiento consiste en la preparación del material que se introducirá en el biorreactor. Este material, por ejemplo de acero inoxidable, trenzado a partir de virutas del mismo en forma de ovillo o madeja de 20 g y con una superficie de exposición de 0,01 m2.g"', se desengrasa con acetona en baño de ultrasonidos. A continuación se esteriliza en autoclave a 121 °C durante 15 minutos. En condiciones asépticas los ovillos se introducen en el biorreactor cilindrico, fabricado en acero inoxidable de 250 mm de altura y 90 mm de diámetro, constando en su parte inferior de una conexión para la entrada del agua y en la superior de otra para la salida. El siguiente paso en este procedimiento consiste en hacer pasar mediante una bomba un caudal medio de 3 metros cúbicos hora de agua radiactiva procedente de una piscina para el almacenamiento de combustible nuclear gastado, en cuya composición cualitativa isotópica habitual se presentan 60Co, 137Cs, 134Cs, 65Zn y 54Mn. A partir de ese momento el material del biorreactor empieza a ser colonizado por los microorganismos presentes en las aguas radiactivas y comienzan a retener los radionúclidos presentes en las mismas. Este procedimiento aplicado a una central nuclear de tipo B R (reactor de agua en ebullición), donde se ha realizado el prototipo experimental permite fundamentalmente la concentración y posterior eliminación del radionúclido 60Co.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Uso del procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionúclidos en las aguas radiactivas en piscinas nucleares.
2. Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionúclidos en las aguas radiactivas de las piscinas nucleares caracterizado por un biorreactor que contiene un ovillo, madeja o artificio similar de titanio, acero inoxidable o cualquier otro material no corrosivo ni degradable por el agua radiactiva de las piscinas nucleares y capaz de ser colonizado por los microorganismos existentes en dichas aguas.
3. Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionúclidos en las aguas radiactivas de las piscinas nucleares según reivindicación 2 caracterizado porque el agua radiactiva a tratar, a su paso por el biorreactor, entra en contacto con el material dispuesto en el interior del biorreactor!, formándose una biopelícula que retiene los radionúclidos.
4. Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionúclidos según reivindicación 2 caracterizado porque el material que constituye el ovillo o artificio similar se puede cultivar previamente en el laboratorio en presencia de microorganismos aislados previamente del agua radiactiva a tratar para acelerar el proceso de concentración de radionúclidos.
PCT/ES2002/000624 2002-01-02 2002-12-31 Procedimiento de biorremediación para concentrar y eliminar radionuclidos en aguas radiactivas WO2003056572A1 (es)

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