ULTIMATE LIQUID WASTE NUCLEAR DECONTAMINATION

DECONTAMINER DEFINITIVEMENT LES REJETS LIQUIDES RADIOACTIFS

Je préconise l’association d’ozone et de désinfectants chimiques appliqués à de grands bassins d’eaux susceptibles d’être contaminées, avant rejet dans l’environnement. Nous allons voir pourquoi.

On peut dire de L'OZONE qu'il est:

• Le composé le plus oxydant après le fluor, dû à sa facilité à capter les électrons
• De décomposition facile
• De plus, dans des conditions équivalentes, il est plus stable dans l'eau que dans l'air.

Les avantages liés à l'utilisation sont nombreux:

• L'ozone  élimine une grande quantité de substances préjudiciables, qu'ils oxydent comme le fer ou le manganèse, l’Uranium… décomposant les détergents, les pesticides, les herbicides, les trihalométhanes et neutralisant le cyanure, l'ammoniac, les nitrites, l'urée, etc.
• Il possède une efficacité beaucoup plus importante par rapport aux autres espèces désinfectantes, provoquant l'élimination et l'inactivation des virus, bactéries, champignons, spores, algues et protozoaires.
• Il élimine tout type d'odeurs et de couleurs dans l'eau.

• Il augmente  la transparence de l'eau et le rendement des filtres puisqu'il agit comme un floculant.

• Pour le traitement des piscines, l'ozone est le plus efficace connu. En plus d'améliorer substantiellement la qualité de désinfection par rapport à une piscine traitée avec du chlore, il évite de nombreux problèmes que ce traitement traditionnel implique: typique odeur de piscine due à la formation de chloramines, irritations, gênes, asthme, maillots de bain déteints, etc.

Utilisations de l'ozone :

 L'ozone peut être employé dans le traitement de l'eau avec comme objectifs :

+La décontamination nucléaire, par oxydation des métaux et alcalino-terreux et de leurs complexes organiques, jusqu’à les rendre insolubles à pH neutre; c’est le cas de l’Uranium.

+La floculation des colloïdes fins : Les colloïdes fins responsables du résiduel de contamination des eaux,  sont composés par des particules entre 0.001 microns (µ) et 30 µ. La petite taille de ces particules leur permet de rester en suspension et d'échapper à la plupart des méthodes mécaniques de filtration. L'ozone permet de supprimer ces colloïdes en les regroupant (ozofloculation), ce qui permet leur évacuation par la filtration et la sédimentation. 

+ La suppression des composés organiques dissous : Les composés organiques dissous (Cod) ou les produits organiques donnent à l'eau une nuance couleur thé caractéristique. Les Cod sont non-biodégradables et s'accumulent en fonction du renouvellement de l'eau. Ces Cod réduisent l'efficacité de nitrification du filtre biologique.  

+L’élimination des nitrites : L'ozone élimine les nitrites par oxydation directe en nitrates réduisant la masse organique ce qui améliore l'efficacité et la nitrification dans le filtre biologique.

+La désinfection : L’ozone peut efficacement inactiver les microbes pathogènes bactériens, viraux, fongiques et les protozoaires parasites.

 

 Purification de l'eau potable 

L’ozone est employé dans le traitement de l’eau pour plusieurs fonctions :

§                     oxydation des métaux;

§                     amélioration de la performance de filtres à sable ;

§                     amélioration de la floculation (appelée "ozofloculation") ;

§                     désinfection de l’eau (attention toutefois au risque de contamination par les parasites cryptosporidium);

§                     élimination de composés organiques nocifs, en particuliers pesticides et herbicides. Pour cette application l’ozone est en général injecté en amont d’un filtre à charbon actif.

 

Eaux usées et décontamination

L’ozone est utilisé dans des procédés de traitement des eaux usées, en particulier pour rendre digestible par des bactéries la DCO dite "dure", et pour la désinfection de l’eau en sortie de stations d’épuration (traitement dit tertiaire). Les colloïdes fins responsables de la contamination des eaux,  sont composés par des particules dont la petite taille leur permet de rester en suspension et d'échapper à la plupart des méthodes mécaniques de filtration. L'ozone permet de supprimer ces colloïdes en les regroupant, ce qui permet leur évacuation par la filtration et la sédimentation.

Ces applications nécessitent la maîtrise de plusieurs technologies : ozonisation, filtration, et éventuellement bio-réacteurs.

Caractéristiques du système :

 La conception du réacteur d'ozone est très importante pour la réussite et la sécurité de l'ozonation. Il y a une gamme disponible de réacteurs qui utilisent différentes conceptions (diffuseurs fins de bulles, turbine, injecteurs, colonnes, mélangeurs statiques, chambre de contact...) pour transférer l'ozone à l'eau. Pour choisir un réacteur il faut tenir compte de :

§    L'efficacité de transfert de l'ozone ;

§    L'étanchéité de la conception et construction ;

§    La construction avec les matériaux résistants à l'ozone.

L'utilisation de matériaux inadéquats peut conduire à l'érosion de l'unité de production et causer des fuites dangereuses et coûteuses. De tels systèmes ne sont pas appropriés pour une production d'ozone régulière ou à long terme. La génération de l'ozone dans des systèmes équipés avec des matériaux de qualité inférieure est également moins efficace car l'ozone est perdu pendant que les matériaux du réacteur sont oxydés.

Régimes de traitement :

 L'ozone peut être appliqué sans interruption, comme traitement permanent ou simplement quelques heures par jour.

Si la décontamination est le but primaire de l'ozonation, la quantité d'ozone nécessaire dépend en grande partie du chargement en ions métalliques et alcalino-terreux de l'eau à traiter. Dans l'eau pure, une concentration résiduelle de 0.01 à 0.1 ppm pendant des périodes aussi courtes que 1 heure peuvent être efficaces. Cependant, dans l'eau en présence de charges organiques plus élevées, la période résiduelle de concentration et/ou de contact en ozone doit être augmentée pour produire une décontamination significative. Les eaux normales exigent généralement des concentrations résiduelles en ozone entre 0.1 à 0.2 ppm et des périodes de contact entre 1 à 5 heures pour la décontamination.

 

Emplacement de l'appareil 

 Il y a plusieurs endroits dans un bassin où l'ozone peut être ajouté en fonction des résultats attendus.  

La mesure de l'ozone dans le bassin :

La mesure directe de l'ozone dans un échantillon d'eau est généralement réalisée en utilisant les kits colorimétriques et la spectrophotométrie d'essai. Il est préférable d'utiliser des sondes mesurant le potentiel d’oxydo-reduction (ORP). En gardant les mesures d'ORP dans une certaine marge, on peut contrôler les niveaux des oxydants.

 Les risques : L'ozone est un agent d'oxydation très efficace dans le cadre du traitement à l'eau et de la réduction des charges de microbes pathogènes du bassin. Cependant, l'utilisation de l'ozone comme n'importe quel autre produit chimique de cette nature est accompagnée de risques considérables:

·    La réduction par l'ozone du niveau des nitrites comporte un risque. Le filtre biologique reçoit moins de nitrite et la population des bactéries responsables du traitement des nitrites en nitrates diminue (les bactéries nitrobacter ont besoin d'un taux de nitrites de 2,5 mg/l pour pouvoir se développer). Si n'importe quelle rupture de l'ozonation se produit, une variation dangereuse de la concentration en nitrite peut survenir plus tard. 

·    Les concentrations résiduelles élevées d'ozone sont un risque pour la faune pouvant causer une mortalité ou des dommages (lésions) sur les tissus. Elles sont aussi un risque pour le biofilm (films bactériens) des masses de filtration biologique. La rupture du fonctionnement de la filtration biologique peut engendrer de grandes fluctuations dans les niveaux d'ammoniac et de nitrite. Ceci peut avoir un effet mortel sur la faune aquatique ou pour le moins des effets sur la santé et la croissance des poissons.

  
L'ozone est extrêmement toxique et l'exposition de l'homme constitue un risque sanitaire sérieux. Diminution des capacités pulmonaires, inflammation des tissus, aggravation de l'asthme, irritation de la gorge, toux... sont des symptômes typiques d'exposition à l'ozone. Dans les cas d'exposition prolongée ou grave, les maladies respiratoires chroniques telles que l'emphysème, la bronchite chronique et le vieillissement prématuré des poumons peuvent se produire. Les normes d'exposition (diverses administrations internationales de salubrité professionnelle et de sécurité) pour l'ozone résiduel s'étendent entre 0.05 et 0.1 ppm pendant une période de 8 heures et un contact maximum de 0.3 ppm pendant moins de 10 minutes.

Il est donc important d'insister sur la qualité des composants, l'étanchéité du réacteur et l'installation de production d'ozone. La mise à l'air libre des abris techniques dans lesquels sont installées les unités de production est également fortement recommandée (ventilation haute et basse). Les humains peuvent détecter les niveaux bas de l'ozone résiduel grâce à son odeur pointue et piquante, mais une exposition continue à l'ozone devient indétectable à cause de la perturbation des sens. Pour cette raison, il ne faut jamais se reposer sur la simple perception de l'odeur comme moyen d'indication de la présence d'ozone.

Des systèmes portatifs de détection de l'ozone sont disponibles dans le commerce et sont un outil utile pour aider à assurer la sûreté de personnes intervenantes dans le local technique ou près du bassin.

Il est de ma compétence d’installer et de tester un prototype simple de décontamination d’eaux faiblement chargées selon les principes exposés ci-dessus,

 

 

JR COSTES, Ingénieur Chimiste & Nucléaire

Tél 06 74 36 91 85

Email : omogine@yahoo.fr

 

 

PS : On pourra se reporter avec profit, à ma publication  sur la décontamination d’échangeurs en acier inoxydable, par des mousses au Ce, repompé à l’ozone.

REMOTE DISMANTLING OPERATIONS -WAGR DECOMMISSIONING

Remote dismantling operations -Wagr decommissioning
Exploring Innovative Approaches 2002
JR COSTES, Ch. LEGOALLER,: CEA/UDINMarcoule – France
P. VALENTIN: CEA/CEREM Pierrelatte; G. PILOT: CEA/IPSN Saclay

The WAGR (Windscale Advanced Gas Reactor) dismantling, bridgehead of future dismantlings of graphite-gas reactors, is an extremely important textbook case, which rightly should use the most modern techniques, enabling the choice of the scenario which is best-suited to lowering the doses received by the operators, the costs and the volume of the wastes.

Looking toward the future, the European Community provided precious assistance (Contract Number FI4D-CT95-0006 )
which helped to successfully implement four promising techniques on a major site:

3-D simulation of remote-operation work, is vital for:
- operators training
- specifying the machines and the tasks they must accomplish
- optimizing the cutting.

This work, which was conducted with the ROBCAD software package, was finally converted to IGRIP upon request from the Prime Contractor. The entire environment and the machines were simulated, as were the first steps of the dismantling operations.
The Remote Dismantling Machine was modelled, i.e. the mast, the manipulator hoist platform, the manipulator arm and gripper, the 3 Te hoist and the maintenance and sentencing cells.

The reactor core has also been modelled including the hot box, loop tubes and the top sections of the pressure vessel (see figure 1)


Setting up the man/machine interface:
Significant CAD modelling progress has been made with the building of a Control Panel replicating the actual WAGR RDM Panel, including 4 joysticks and switches that control the rotating floor shield, the transfer hoist slew beam and the 2 hoist transfer movements (see figure 2). Additionally most of the detailed comprehensive dismantling tasks for the removal of the hot-box using RDM, have been included in the 3D CAD modelling application.

The acoustic declogging of the electro filters:
ESP filters could be rapidly be overloaded with the abundant and very fine aerosols produced by the thermal cutting. For these reasons, a method applicable in situ without removal of the filter elements and without liquid waste production was developed: acoustic cleaning ( fig 3).

Waves produced by the vibration of a membrane displace the air in which they travel: this is acoustic energy. This energy has two main parameters: the fundamental frequency measured in Hertz and its intensity measured in decibels (dB).

Compressed air is used to vibrate the membrane of the used horn, producing sufficient acoustic energy to break the adhesive bonds between the particles and the collection surfaces and thus cleaning the electrostatic precipitator.

Thanks to the addition of silencers placed in a ring around the acoustic horn, a very acceptable sound level was reached. This device is efficient and very easy to use. The horn is compressed air driven and the supply is controlled by a solenoid valve mounted in the supply line pipework.
First trial in WAGR
In February 1998, first trials on the effectiveness of the acoustic horn have been completed although the efficiency of the declogging of the ESP internal structure was not easy because the ionizer and the collector were rather clean. However, after pulses of 1 second, the radiation dose rate measurements in contact with the collection pot showed an increase from 28 µSvh-1 to 50 µSvh-1 and up to 70 µSvh-1 with 5 more pulses of 1 second due to a removal of a small amount of particulate probably from the ESP internal walls.
The noise due to the horn was heard by a man placed at the floor just above but not by a man whose position was higher (with two floors of difference).
Anticipated use for hot-box cutting, campaign 3, was considered.


The ultra-violet laser cleaning, which enables remote removal (2 to 6 meters) of the smearable and/or fixed contamination.
The optical equipment called LECDIN enables the laser to be focussed to a spot of 25 mm wide by 2 mm high at a distance of 2 m, which uniformly scans an area 1.5 m by 1.5 m. Each shot has 350 mJ of energy, 306nm, 12 Mw of power and a repetition rate of 150 Hz.

A He-Ne red laser beam, coaxial to the UV beam, enables remote focusing of the laser impact. A camera built into the LECDIN optics locates the red pointer. The zone to be treated is defined using a beam control joystick. The computer (PC) does the rest .
During two 2-day campaigns, the instrumentation was received and tested.
On 23 and 24 June 1999, we proceeded with real shots on the following :
-a cylindrical grab, with fixed contamination set at 200 c/s/cm² (figure 4). It is set flat on the turntable and is treated on both sides by 180° rotation of the turntable. Large streams of violet light stream spurt out from the flush impacts, as shown by the figure. The dull surface of this stainless steel object shines like new after the treatment, some hot points at 10-20 c/s/cm² remain, but the treatment is not continued.

-on 23 and 24 February 2000, a second campaign was launched. This time corrugated sheet aluminium is proposed for decontamination. Its contamination was also set at 200 c/s/cm².

As in the preceding case, the dull alumina is removed by the laser scanning, and a shiny surface appears. The unevenness themselves are cleaned well (figure 5). After thorough treatment, then a second partial treatment, the object is left at less than 20 c/s/cm² in spots. No contamination is observed in the turntable premises.
Here again, tests show the machine's high efficiency, which does not cause any thermal effect and returns the surface to its original condition. Even painted objects can be treated without significant paint stripping
The LECDIN device would consist mainly of a powerful Exciplex laser and a penetration through the concrete wall opposite the RDM, as laser beam positioning and control provisions. This type of laser does not involve any thermal phenomena and therefore presents no danger.

The Video Gamma Camera, allows remote detection of any slightly irradiating object.
With this type of tool, on can control the cutting, movement and management of any irradiating object. This enables to improve the work scenario, insofar as the irradiating objects can be removed by remote operations, the remainder of the structure being cut manually.

Although the application of these four tools was hindered by the evolution on the dismantling site itself, we hope that their intrinsic qualities will make them more widely used in the future.