Brevet FR3089674A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Procédé et installation de traitement d'effluents aqueux issus du circuit primaire d'une centrale nucléaire comprenant de l'acide borique Domaine technique 100011 La présente invention concerne le traitement d'effluents aqueux provenant du circuit primaire des centrales nucléaires utilisant de l'eau comme caloporteur et du bore comme poison neutronique, présent sous forme d'acide borique dilué dans l'eau. 100021 Plus précisément, la présente invention concerne la séparation de l'acide borique de l'eau du circuit primaire d'une centrale nucléaire. Technique antérieure [0003] Une centrale nucléaire est principalement constituée d'une part, d'un premier circuit fermé, appelé circuit primaire comprenant un réacteur nucléaire traversé par l'eau à rôle caloporteur. Cette eau est mise en circulation par des pompes. [0004] L'eau est chauffée à environ 320°C reste à l'état liquide car à saturation sous pression à 155 bars. Ces calories sont cédées au travers d'un échangeur de chaleur parcouru par un second circuit de l'eau dit circuit secondaire. [0005] Cette eau devenant vapeur est destinée à actionner une turbine elle-même entraînant un alternateur pour produire de l'électricité. [0006] La vapeur une fois détendue est condensée au travers d'un second échangeur dit condenseur refroidi par une source froide indépendante. [0007] Cette eau à l'état liquide mue par des pompes suit un autre cycle en retraversant l'échangeur de chaleur. [0008] Il est bien connu de l'état de la technique que l'eau du circuit primaire des centrales nucléaires peut contenir de manière non désirable des composés radiochimiques comme notamment l'acide borique. [0009] Un des objectifs du traitement des effluents est la séparation de l'eau de ce composé radiochimique. Généralement, l'eau du circuit primaire contient également des composés gazeux comme le Xénon, le Krypton, du diazote, du dihydrogène, du dioxygène ou encore des composés iodés gazeux. Il est également généralement souhaité dc séparer également ces composés gazeux. La séparation des composés gazeux peut en particulier avoir lieu en amont de la séparation dc l'acide borique. [0010] L'eau ainsi récupérée peut être recyclée et les composés traités, confinés et éliminés par des processus dédiés. [0011] Différents processus ont déjà été proposés pour assurer le traitement de l'acide borique précités. 2 [0012] En pratique, on utilise aujourd'hui dans les centrales nucléaires en fonctionnement un procédé thermique d'évaporation dont le principe général est présenté en figure 1. [0013] Les effluents à traiter, dits « effluents primaires » proviennent de décharges vo- lontaires de fluide provenant du circuit primaire. De telles décharges peuvent avoir lieu lors du fonctionnement normal ou lors d'arrêt du réacteur. Après des étapes préliminaires de traitement, notamment passage sur filtres, résines échangcuses d'ions et dégazeur, les effluents contiennent toujours du Bore qui doit être concentré de manière à produire simultanément de l'eau borée concentrée et de l'eau purifiée. [0014] L'effluent à traiter 1 est alimenté vers un évaporateur pour réaliser une séparation eau / acide borique. L'effluent est évaporé à travers un bouilleur 2 et alimente la colonne de distillation 3. Dans la colonne 3, la différence de température d'ébullition entre l'eau et l'acide borique permet de générer un courant de vapeur enrichi en eau en tête de colonne 3a et un courant liquide enrichi en acide borique en pied de colonne 3h. Le gaz 4 s'échappant en tête de colonne 3a est condensé intégralement dans un condenseur 5. Une fraction 6 de cc courant est extrait et refroidi pour former l'eau purifiée 7. L'excédent 8 sert de reflux à la colonne de distillation 3. De façon similaire, une fraction 9 de l'acide borique concentrée est extraite puis refroidie. Les dimensions caractéristiques sont typiquement de l'ordre de 10 m de hauteur et 3 m de diamètre pour la colonne de d'évaporation. [0015] Une recirculation (non présentée sur la figure 1) permet de recycler une partie du débit des produits (6, 9) en amont de chaque colonne 3 pour satisfaire les contraintes hydrauliques dans les colonnes. Le contrôle des températures, pressions opératoires, ainsi que des débits liquides, permet de satisfaire les objectifs de pureté et de contraintes hydrauliques. [0016] Les procédés thermiques ont pour principaux avantages d'être très matures. Le procédé est en place sur nombre de centrales nucléaires en fonctionnement. Un grand retour d'expérience est disponible. D'autre part, le procédé est constitué de matériaux durables (acier). Il ne génère pas de déchet radioactif durant l'exploitation. [0017] Cependant, la mise en oeuvre de procédé thermique requiert des installations de di- mensions importantes et conduit à des opérations complexes notamment en termes de démarrage et de flexibilité, ainsi que des coûts élevés résultant notamment de la taille des installations, de leur consommation énergétique et de l'ensemble des composés connexes nécessaires. [0018] Dans ce contexte on a tenté d'améliorer la situation en proposant une solution al- ternative à base de traitement mettant en oeuvre un procédé membranaire, c'est-à-dire utilisant une membrane adaptée pour assurer une séparation du composé radiochimique à partir de l'effluent issu du circuit primaire des centrales nucléaires. [0019] On trouvera notamment des informations sur ces solutions alternatives envisagées 3 dans les documents US 3380889, « Processing of nuclear power plant waste strouns containing borie acid » (MEA-TECDOC-911 - October 1996), « Reverse osmosis for the recovery of borie acid front the primat-y coulant al tzuclear power plants » (Sarka Bartova - Nuclear Engineering and Design 300 (2016 107-116), ou encore dans le document « Best Available Technique Minimising All Nuclides » (Ulrika Bark, Rune Dergstrihn - April 2006 - Swedish Envirotztnetnal Research Institute). [0020] Globalement les documents précités relatent des tests sur la solution alternative de traitement membranaire utilisant un module d'osmose inverse pour la séparation de l'acide borique. Cependant, si les modules d'osmose inverse ont démontré leur intérêt industriel pour la séparation de l'acide borique à une échelle industrielle, jusqu'ici les tentatives d'utilisation de modules d'osmose inverse pour la séparation de l'acide borique dans des effluents issus du circuit primaire d'une centrale nucléaire n'ont pas donné totalement satisfaction et n'ont par conséquent pas été mis en oeuvre. [0021] Dans ce texte, on utilisera indifféremment les termes module d'osmose inverse et module membranaire. [0022] Ce manque de développement pour les techniques de traitement membranaires semble dû essentiellement au fait que l'on n'a pas su atteindre jusqu'ici avec ces techniques les concentrations requises avec une production d'acide borique concentré -typiquement 7500 mgE/L - une production d'eau très peu concentrée en acide borique - typiquement