Published November 4, 2008 | Version v1
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Study of the radioactive liquid waste treatment by coprecipitation: from modelling to design of new processes

Description

To decontaminate liquid nuclear wastes, the coprecipitation process is the most commonly used in nuclear field because it can be applied to any type of aqueous effluents whatever their composition may be. This process deals with the in situ precipitation of solid particles to selectively remove one or more radioelements. The aim of this PhD work is to investigate phenomena which take place during the coprecipitation of a trace component. To reach this objective, we have proposed a new modelling of the coprecipitation mechanism. The originality of this new approach lies in the possibility to simulate the phenomenon in non equilibrium conditions and at the reactor scale. This modelling combined with the resolution of the population balance, enable to identify the influence of process parameters (flowrates, stirring speed...) on crystal size and ultimately on decontamination. To test this new modelling, simulations of the coprecipitation of strontium ions with barium sulphate have been performed in continuous and semibatch reactors. Thanks to these simulations, laws of the treatment efficiency variation as a function of several process parameters (mean residence time, stirring speed, BaSO4 concentration) have been determined and experimentally verified. This study leads to the determination of optimal treatment conditions. Three apparatus (recycling apparatus, fluidized bed and reactor/settling tank) providing these optimal conditions have been successfully tested and offered significant outlooks for the reduction of the volume of sludge produced by the process. Two new processes are patent pending. (author)

Abstract (French)

Le procede par coprecipitation est l'un des plus utilise dans l'industrie nucleaire pour le traitement des effluents liquides radioactifs car il peut etre applique a tous les effluents quelque soit leur composition. Ce procede consiste a former in situ des particules solides par precipitation dans le but de capter selectivement un ou plusieurs radioelements. L'objectif de ce travail de these est de mettre en evidence les phenomenes impliques lors de la coprecipitation d'un element present en faible concentration. Pour cela, cette etude propose une nouvelle modelisation des phenomenes de coprecipitation dont l'originalite tient dans la possibilite de simuler le phenomene hors equilibre thermodynamique et a l'echelle d'un reacteur chimique. Ce modele, couple avec la resolution du bilan de population, permet d'identifier l'influence des parametres de procedes (debits, agitation...) sur la decontamination. Afin d'eprouver ce nouveau modele, celui-ci est applique au traitement, dans les conditions industrielles, du strontium par le sulfate de baryum en reacteur continu et semi-ferme. A partir de ces simulations, des lois d'evolution de l'efficacite du traitement en fonction de differents parametres de procede (Temps de passage ou d'injection, agitation, concentration de BaSO4) ont ete degagees puis verifiees experimentalement. Cette etude permet de definir les meilleures conditions de traitement. Trois dispositifs (a recyclage, a lit fluidise et reacteur/decanteur) permettant d'approcher ces meilleures conditions ont ete testes avec succes. Ceux-ci ouvrent d'importantes perspectives pour la reduction de la quantite de boue produite. Deux brevets ont ete deposes suite a ce travail

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Original title (French)
Etude des procedes de decontamination des effluents liquides radioactifs par coprecipitation: De la modelisation a la conception de nouveaux procedes

Publishing Information

Imprint Pagination
276 p.
Report number
FRCEA-TH--2616

Optional Information

Notes
199 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/INIS/contacts/