СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО ХИРУРГИЧЕСКОГО КОСТЮМА В ЯДЕРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
METHOD OF USING WATER-SOLUBLE SURGICAL SUIT IN NUCLEAR INDUSTRY

Данная заявка подана 04 декабря 2003 г. как заявка РСТ на имя компании «Майкротек Медикал Хоулдингс, Инк.» [Microtech Medical Holdings, Inc.], являющейся юридическим лицом США и заявителем во всех странах, кроме США.
Область техники
Настоящее изобретение относится к водорастворимым изделиям для их использования в промышленности. Настоящее изобретение также относится к способам изготовления и использования водорастворимых изделий.
Уровень техники
В двадцатом столетии международные соглашения, национальные законы и административные распоряжения создали ряд постановлений по регулированию всех аспектов экологических, здравоохранительных правил и правил техники безопасности применительно к рабочему месту. В частности, действует много строгих постановлений в отношении удаления промышленных отходов. Свалки по всей стране закрыты, и предприятия должны были искать такие альтернативы, как консервация, повторное использование отходов в производстве и сжигание. Характерным примером является медицина, создающая ежегодно миллионы фунтов отходов. Образующиеся отходы большей частью относятся к использованным расходным материалам, таким как личная защитная спецодежда, оборудование и принадлежности, необходимые для медицинского обслуживания пациентов. Эти расходные материалы загрязняются патогенами крови и поэтому небезопасны при повторном использовании. Для предотвращения распространения заболеваний эти материалы обычно выбрасывают после одноразового использования.
Кроме того, ядерная промышленность также ежегодно дает миллионы фунтов отходов. Образующиеся в ядерной промышленности отходы также большей частью относятся к использованным расходным материалам, таким как защитная спецодежда, мешки, швабры, протирочные материалы и прочие вспомогательные средства, загрязненные радиоактивными материалами и которые становятся небезопасными или непрактичными для повторного использования. Практика удаления отходов и поверхностное захоронение отходов ядерной промышленности ограничены строгими постановлениями, и места захоронения ядерных отходов ограничены.
Различные прочие отрасли промышленности также создают большие количества отходов с аналогичными характеристиками. В качестве альтернатив поверхностному захоронению и сжиганию разработаны изделия одноразового использования, водорастворимые. Эти изделия обеспечивают нужную защиту от загрязнителей, но ограничены разовым использованием ввиду соображений безопасности и структурной целостности.
Работы по обеспечению действенной и эффективной обработки отходов и других загрязнителей в других отраслях промышленности продолжаются. Существует необходимость обеспечения способов и изделий для обработки и сведения к минимуму отходов и загрязнителей разных отраслей промышленности, таких как медицина и ядерная промышленность.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение направлено на решение упоминаемых выше трудностей и проблем путем изыскания изделий ограниченного повторного использования, которые можно стирать или повторно использовать несколько раз после стирки. Хотя изделия ограниченного повторного использования содержат водорастворимый материал, они все же сохраняют свою структурную целостность в течение нескольких циклов стирки, и поэтому изделие можно повторно использовать между циклами стирки. Кроме того, изделия ограниченного повторного использования по существу не имеют загрязнителей после стирки благодаря их способности высвобождать загрязнители во время стирки. Изделия ограниченного повторного использования могут использоваться в неограниченном числе отраслей промышленности и в неограниченном числе применений, и особенно целесообразны в медицине и в ядерной промышленности.
Изобретение также относится к способам изготовления и использования изделий ограниченного повторного использования. В приводимом в качестве примера способе изделия ограниченного повторного использования применяют для определенной цели, стирают для существенного удаления загрязнителей, находящихся на или в изделии после использования, и затем используют вновь для той же определенной цели или для другой цели. После нескольких циклов стирки изделия ограниченного повторного использования удаляют путем растворения водорастворимого материала данного изделия ограниченного повторного использования.
Настоящее изобретение также относится к способам удаления одного или более загрязнителей с изделия, содержащего водорастворимый материал, согласно которым стирают изделие в водной ванне в таких условиях стирки, при которых водорастворимый материал не становится растворимым. Способ может также включать несколько дополнительных этапов, включая высушивание стираного изделия. В одном приводимом в качестве примера варианте осуществления настоящего изобретения способ используют для удаления одного или более загрязнителей с комбинезонов, например, с комбинезона, используемого в ядерной промышленности.
Настоящее изобретение также относится к способам уменьшения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием, причем такой способ включает этапы (а) стирки по меньшей мере одного загрязненного изделия в водной ванне в таких условиях стирки, при которых по меньшей мере одно изделие не становится растворимым; и (б) стирки по меньшей мере одного загрязненного изделия в водной ванне в таких условиях стирки, при которых по меньшей мере одно изделие становится растворимым. Приводимый в качестве примера способ может включать несколько дополнительных этапов, включая высушивание выстиранного изделия после этапа (а) стирки и повторное использование стираного изделия. В приводимом в качестве примера осуществлении настоящего изобретения применяется способ для уменьшения количества радиоактивных отходов, создаваемых загрязненной защитной спецодеждой, такой как комбинезоны.
Помимо изделий ограниченного повторного использования и способов их применения настоящее изобретение также относится к новому изделию одноразового использования и к способам использования нового изделия одноразового использования в различных применениях.
Эти и прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приводимого ниже подробного описания примеров осуществления изобретения и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1А изображена передняя проекция приведенного в качестве примера комбинезона согласно настоящему изобретению;
на фиг.1В изображен вид сзади приведенного в качестве примера комбинезона, показанного на фиг.1А;
на фиг.2А изображена передняя проекция приведенного в качестве примера комбинезона дозиметриста согласно настоящему изобретению; и
на фиг.2В изображен вид сзади приведенного в качестве примера комбинезона дозиметриста, показанного на фиг.2А.
Подробное описание изобретения
Для пояснения принципов настоящего изобретения ниже приводится описание определенных вариантов осуществления настоящего изобретения, и для описания определенных вариантов осуществления изобретения используются определенные термины. Тем не менее, предполагается, что использование определенных терминов не ограничивает объем настоящего изобретения. Предполагается, что специалистам в области техники, к которой относится изобретение, будут очевидны любые изменения, последующие модификации и прочие применения принципов данного изобретения.
Настоящее изобретение направлено на водорастворимые изделия и способы использования водорастворимых изделий.
I. Выполненное с возможностью его стирки изделие, содержащее водорастворимый материал
Настоящее изобретение относится к выполненному с возможностью его стирки изделию, содержащему водорастворимый или диспергируемый в воде материал. Соответствующее изделие включает, но не ограничивает, волокна, ткани, пленки, нетканые ткани, тканые ткани, трикотаж, одежду, защитную спецодежду, хирургические костюмы, комбинезоны, чехлы для обуви, маски, перчатки, верхнюю одежду, белье, покрывала, полотенца, слоистые материалы, содержащие по меньшей мере одну ткань или одну пленку, губки, швабры, рулонные материалы, пакеты, марлю, тампоны, салфетки, подушки, перевязочный материал или их комбинации. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие является одним или несколькими изделиями из числа следующих: защитная спецодежда, такая как хирургические костюмы, комбинезоны, чехлы на обувь, маски и перчатки.
Выполненные с возможностью их стирки изделия содержат водорастворимый материал либо могут быть изготовлены без содержания такового. Используемый здесь термин «водорастворимый» относится к материалам, обладающим некоторой степенью растворимости в воде при температуре 37°С или выше. Если выполненное с возможностью его стирки изделие содержит и водорастворимый материал, и материал, нерастворимый в воде, то комбинированные материалы формируется таким образом, что смесь является «диспергируемой в воде». Используемый здесь термин «дисперигируемый в воде» относится к композитному материалу, который обычно содержит водорастворимый материал в комбинации в нерастворимым в воде материалом и может образовывать дисперсию в водной ванне при температуре окружающей среды (около 20°С) или выше, и в некоторых случаях - в водной ванне при температуре окружающей среды (около 20°С) или выше, и при рН выше 7,0.
Соответствующие водорастворимые материалы для использования в настоящем изобретении включают, но не ограничивают, поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту, полиметакриловую кислоту, полиакриламид; водорастворимые производные целлюлозы, такие как метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза; карбоксиметилхитин, поливинилпирролидон, каучук сложного эфира; водорастворимые производные крахмала, такие как гидроксипропилкрахмал и карбоксиметилкрахмал, и водорастворимые оксиды полиэтилена. Соответствующие щелочные водорастворимые материалы для использования в настоящем изобретении включают, но не ограничивают, этиленовые сополимеры акриловой кислоты и метакриловую кислоту и ее соли; и иономеры, содержащие акриловую кислоту и/или метакриловую кислоту. Водорастворимый материал предпочтительно содержит поливиниловый спирт с ацетильными группами или без таковых, сшитый или несшитый. Соответствующие материалы на основе поливинилового спирта описаны в патентах США №№5181967; 5207837; 5268222; 5620786; 5885907; 5891812.
Соответствующие водорастворимые материалы для использования в настоящем изобретении включают, но не ограничивают, полиуретановый полимер, ионообменные полимеры, полиакрилат натрия, полимер малеиновой кислоты, полиакрилат аммония, микробные сложные эфиры, полигидроксибутират,
полигидроксибутират-валерат, полигидрокси-алканоаты, сложные эфиры, полимер гликолевой кислоты, полигидроксикислоты,
алифатические сложные эфиры, ароматические сложные эфиры, алифатические-ароматические сополимеры сложных эфиров,
алифатические сополимеры простых-сложных эфиров, ароматические сополимеры простых-сложных эфиров, алифатические-ароматические сополимеры простых-сложных эфиров, алифатические полиэфирамиды, ароматические полиэфирамиды, алифатические-ароматические амиды сополимера сложных эфиров, алифатические амиды сополимера простых-сложных эфиров, ароматические амиды сополимера простых-сложных эфиров, алифатические-ароматические амиды сополимера простых-сложных эфиров, полиэтилентерефталат, ацетаты целлюлозы, поликапролактон; крахмал, комбинации крахмалов или их смеси; полистирол, найлон, сложный эфир, полиолефин, полипропилен, поликарбонат, акрилонитрилбутадиенстирол, полиэтилен, сополимер этилена, винила и ацетата, сополимер этилена и метакрилата, сополимер этилена и олефина; хлопок, искусственное волокно, целлюлозу или их смесь.
Выполненное с возможностью его стирки изделия может содержать любые водорастворимые материалы, по одному или в комбинации с любым из нерастворимых в воде материалов. Структура выполненного с возможностью его стирки изделия предпочтительно такова, что она либо (1) полностью растворяется, или (2) распадается на мелкие частицы при воздействии на нее условий, при которых водорастворимый компонент выполненного с возможностью его стирки изделия становится растворимым.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие содержит только водорастворимый материал или его комбинацию с нерастворимым в воде материалом. Если используются нерастворимые в воде материалы для формирования выполненного с возможностью его стирки изделия согласно настоящему изобретению, то используются предпочтительно приблизительно менее 50 весовых частей нерастворимого в воде материала в комбинации по меньшей мере с 50 весовыми частями, приблизительно, водорастворимого материала для образования выполненного с возможностью его стирки изделия, от общего числа весовых частей выполненного с возможностью его стирки изделия. Более предпочтительно, чтобы выполненное с возможностью его стирки изделие содержало по меньшей мере приблизительно 70 вес.ч. растворимого в воде материала и по меньшей мере приблизительно менее 30 вес.ч. нерастворимого в воде материала; и более предпочтительно по меньшей мере около 90 вес.ч. водорастворимого материала и приблизительно менее 10 вес.ч. нерастворимого в воде материала от общего числа весовых частей выполненного с возможностью его стирки изделия.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие по существу состоит из водорастворимого материала. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие состоит из водорастворимого материала.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие является нетканой тканью из формованных волокон поливинилового спирта. Либо нетканую ткань можно сформировать методом раздува из расплава волокон поливинилового спирта. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения нетканую ткань можно сформировать сухим прочесыванием или гидроперепутыванием волокон поливинилового спирта. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения нетканую ткань можно сформировать способом термосвязывания волокон. Помимо этого, ткань можно сформировать сухой укладкой волокон. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения после сухой укладки волокна можно прочесать для более единообразного распределения волокон, и затем перфорировать иглой для повышения прочности ткани. Наконец, после их прочесывания и перфорирования иглой волокна можно, как вариант, подвергнуть термосвязыванию. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения нетканую ткань можно сформировать с помощью химической связи волокон.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие является тканой тканью, сформированной путем ткацкого переплетения волокон поливинилового спирта. Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, выполненное с возможностью его стирки изделие является трикотажем, выполненным вязанием волокон поливинилового спирта. Для формирования выполненных с возможностью их стирки изделий можно использовать любой метод вязания и/или ткацкого переплетения волокон.
Согласно прочим предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие содержит по меньшей мере один слой ткани, по меньшей мере один слой пленки или их комбинацию, при этом каждый из этих слоев, по существу, состоит из поливинилового спирта (ПВС). Поливиниловый спирт может иметь вид волокна или пленки. Соответствующие волокна и пленки из ПВС и способы изготовления волокон и пленок из ПВС описаны в патентах США №№5181967; 5207837; 5268222; 5620786; 5885907; 5891812. Примером соответствующего волокна из поливинилового спирта для использования в настоящем изобретении является гомополимер поливинилового спирта, который в значительной степени кристаллизован дополнительным волочением или отжигом.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения выполненное с возможностью его стирки изделие содержит выполненный с возможностью его стирки комбинезон многократного использования, содержащий водорастворимый материал. Здесь термин «комбинезон» обозначает одежду, которая закрывает, по существу, все тело человека. Пример комбинезона показан на чертежах Фиг.1А и 1В. Согласно Фиг.1А и 1В приведенный в качестве примера комбинезон 10 содержит один или более листовых материалов 11, воротник 12, застегивающую систему 13, рукава 14, штанины 15 и один или более швов 17 для соединения друг с другом отдельных листовых материалов 11. На фиг.1А показана передняя проекция приведенного в качестве примера комбинезона 10. На фиг.1В показан вид сзади приведенного в качестве примера комбинезона 10. Комбинезон 10 закрывает, по существу, все тело пользователя (не показано), кроме кистей рук, ступней и головы. В некоторых случаях комбинезон 10 может иметь дополнительные компоненты, чтобы закрывать кисти рук (например, перчатки), ступни (например, чехлы на обуви) и/или голову (например, капюшон). Дополнительные компоненты могут быть соединены с комбинезоном как единое целое с ним, либо они могут к нему прикрепляться.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон может продаваться как нестираная одежда или как предварительно выстиранная. Здесь термин «предварительно выстиранная» обозначает одежду (i), выстиранную один раз, обычно только один раз, и (ii) не использовавшуюся еще для каких-либо целей (т.е. изделие не подвергалось воздействию загрязнителей). Выполненный с возможностью его стирки комбинезон предпочтительно выполнен с возможностью его стирки в водной ванне (в таких условиях стирки, при которых водорастворимый материал не становится растворимым согласно приводимому ниже описанию) до 20 раз, без отрицательных при этом последствий для структурной целостности комбинезона. Обычно выполненный с возможностью его стирки комбинезон, до прекращения пользования им, стирается приблизительно до 10 раз.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон предпочтительно содержит поливиниловый спирт с ацетильными группами или без них, сшитый или несшитый. Выполненный с возможностью его стирки комбинезон может состоять, по существу, из водорастворимого материала. Комбинезон может содержать один, или более следующих компонентов: (а) два, или более листов ткани и/или пленки, соединенных друг с другом, (б) одно, или более устройств фиксирования листов; (в) застегивающая система для соединения прилегающих листов материала из ткани и/или пленки друг с другом; (г) дополнительно, указатель стирок, который указывает число циклов стирки, которые прошел данный комбинезон. Соответствующие листы ткани и/или пленки включают, но не ограничивают, листы нетканой ткани, листы тканой ткани, листы трикотажного материала, листы пленки и их комбинации. Соответствующими устройствами, фиксирующими листы, являются, но не ограничиваются, нитки, клеящие вещества, застежки-«репейник» или их комбинации. Соответствующими застегивающими системами, но не ограничивающими, являются одно, или более средств из числа следующих средств: молнии, завязки, защелки, кнопки, клеящие вещества, застежки-«репейник» или их комбинации. Соответствующими указателями являются, но не ограничиваются, отсоединяемые полоски материала комбинезона.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон может быть выполнен без карманов или может иметь один или более карманов. Обычно выполненный с возможностью его стирки комбинезон имеет до 15 карманов. Один или более карманов могут иметь клапан для закрытия кармана. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения выполненный с возможностью его стирки комбинезон, применяемый для дозиметрических целей, может иметь 11 карманов. Пример выполненного с возможностью его стирки комбинезона, используемого в дозиметрических целях, показан на чертежах Фиг.2А и 2В. Согласно Фиг.2А, приведенный в качестве примера комбинезон 10, используемый в дозиметрических целях, содержит один или более листовых материалов 11, воротник 12, застегивающую систему 13, рукава 14, штанины 15, карманы 16а-16k (карман 16k показан на чертеже Фиг.2В) и один или более швов 17 для соединения отдельных листовых материалов 11 друг с другом. Карманы 16а-16k имеют следующие местоположения: карманы 16a-16d - на рукавах 14; карман 16е - на груди комбинезона 10; карман 16f - в паховой области комбинезона 10; карманы 16g-16h - на верхней части штанин 15 и карманы 16i-16j - на нижней части штанин 15. Согласно Фиг.2В карман 16k находится на спине комбинезона 10.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон и все его компоненты (т.е. листы, устройства фиксирования листов, застегивающие системы, индикаторы числа стирок и карманы) предпочтительно содержат водорастворимый материал, диспергируемый в воде материал или их комбинацию. Более предпочтительно, комбинезон и все его компоненты состоят, по существу, из водорастворимого материала или из диспергируемого в воде материала. Еще более предпочтительно, комбинезон и все его компоненты состоят из водорастворимого материала или диспергируемого в воде материала.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон может предварительно пройти химическую обработку для улучшения одного или более следующих свойств: непроницаемость, проницаемость, огнестойкость, влагопаронепроницаемость, прочность на разрыв и немаркость.
Выполненный с возможностью его стирки комбинезон может быть бесцветным, крашеным или с отпечатанным на нем рисунком с помощью обычных красителей и/или красящих веществ. Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, по меньшей мере, часть выполненного с возможностью его стирки комбинезона окрашена или имеет отпечатанный на нем рисунок.
Как упоминалось выше, выполненный с возможностью его стирки комбинезон может также содержать по меньшей мере один из следующих компонентов: выполненные заодно с комбинезоном капюшон, чехлы на обувь, перчатки, или их комбинацию.
II. Способы стирки изделий, содержащих водорастворимый материал
Настоящее изобретение также относится к способам удаления одного или более загрязнителей с изделия, содержащего водорастворимый материал, причем согласно предлагаемому способу стирают изделие в водной ванне в таких условиях стирки, при которых водорастворимый материал не становится растворимым. Способ можно также использовать для удаления одного или более загрязнителей с любого изделия. Этот способ особенно целесообразен в медицине и в ядерной промышленности для удаления загрязнителей, таких как биологически опасные или радиоактивные отходы, с защитной одежды.
Способ может также включать два или более этапов стирки, при этом изделие повторно используют между стирками. Изделия предпочтительно повторно используют и стирают до 20 раз. В некоторых приводимых в качестве примеров вариантах осуществления настоящего изобретения изделие используют ограниченное число раз (т.е. повторно используют и стирают ограниченное число раз). В некоторых случаях изделие повторно используют и стирают приблизительно до 10 раз.
Стирку можно выполнять обычными выпускаемыми промышленностью стиральными машинами. Соответствующие стиральные машины включают, но не ограничивают, стиральные машины компании Pellerin Milnor Corporation (Kenner, LA). Примеры соответствующих стиральных машин включают, но не ограничивают, стиральные машины компании Pellerin Milnor Corporation, имеющие нужную загрузку. Стиральная машина предпочтительно имеет загрузку (т.е. вес самой одежды без воды) по меньшей мере около 45 кг, более предпочтительно, по меньшей мере около 113 кг, и более предпочтительно, по меньшей мере около 227 кг.
Стирку осуществляют в условиях, при которых водорастворимый материал не становится растворимым. Желательно, в водной ванне температура составляет приблизительно менее 90°С во время стирки. Более желательно, в водной ванне температура составляет приблизительно менее 75°С, и более желательно, менее 50°С; и более желательно, менее 37°С во время стирки. В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения температура водной ванны составляет около 15°С во время стирки.
Во время стирки используется водная ванна. Водная ванна может содержать одну воду или воду в комбинации с одним или более дополнительных компонентов. Помимо воды, водная ванна может содержать один или более дополнительных компонентов, включая, но не ограничивая, поверхностно-активные вещества, моющие средства или другие очищающие вещества. Во время стирки можно использовать моющие средства, выпускаемые промышленностью. Примером соответствующего поверхностно-активного вещества является Е-500, которое выпускает Paragon Corporation (Birmingham, AL). Примером соответствующего моющего средства является ASSERT, которое также выпускает Paragon Corporation (Birmingham, AL).
Способ удаления одного или более загрязнителей из изделия, содержащего водорастворимый материал, целесообразен для удаления разнообразных загрязнителей. Примерами загрязнителей, помимо прочих, являются радиоактивные материалы, инфекционные отходы, биологически опасные отходы, промышленные отходы, содержащие нефтяные загрязнители. Используемый здесь термин «радиоактивный материал» включает, но не ограничивает, трансурановый элемент, продукт ядерного синтеза, природный радиоактивный элемент, активационный продукт ядерного процесса, медицинские изотопы или их комбинацию.
Способ удаления одного или более загрязнителей из изделия, содержащего водорастворимый материал, может предусматривать один или более дополнительных этапов, помимо этапа стирки. Соответствующие дополнительные этапы включают, но не ограничивают, вымачивание и/или перемешивание изделия или водной ванны на этапе стирки; химическую чистку изделия; извлечение воды из изделия; высушивание изделия; проверку изделия на обнаружение наличия одного или более загрязнителей (например, радиоактивного материала); и маркировку изделия тем или иным способом для указания числа выполненных циклов стирки, которые прошло изделие. Например, этап проверки стираного изделия для обнаружения наличия одного или более загрязнителей является нормативной процедурой в ядерной промышленности. Соответствующие этапы маркировки включаются, но не ограничивают, удаление снимаемой части изделия, перфорирование отверстия в изделии в соответствии с количеством стирок и прикрепление ярлыка к изделию.
После стирки изделия его далее обрабатывают для удаления из него воды. В одном приводимом в качестве примера способе изделие отжимают в выпускаемом промышленностью устройстве с приблизительным центробежным усилием от 200 до 220 г в течение некоторого времени для удаления избыточной воды из изделия. Обычно изделие отжимают в отдельном выпускаемом промышленностью устройстве либо его можно отжимать в упомянутых стиральных машинах.
После отжима изделие можно высушить в выпускаемом промышленностью сушильном аппарате. Соответствующими сушильными аппаратами, помимо прочих, являются, выпускаемые промышленностью сушильные аппараты компании Cissell Manufacturing Company (Louisville, KY) и имеющие загрузку, аналогичную загрузке стиральных машин. Изделие высушивают предпочтительно при температуре высушивания по меньшей мере 38°С в течение времени, достаточного для удаления остаточной воды. Температуры высушивания могут превышать 38°С, например 49°С, по меньшей мере 60°С, по меньшей мере 71°С, по меньшей мере 91°С и до 104°С. Время высушивания может превышать 30 мин при таких более низких температурах, как около 60°С. При более высоких температурах время высушивания может быть менее 30 мин. Время высушивания предпочтительно составляет менее 20 мин, приблизительно и как минимум 10 мин.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения способ удаления одного или более загрязнителей с изделия, содержащего водорастворимый материал, включает следующие этапы: (i) стирку изделия в водной ванне в условиях стирки, при которых водорастворимый материал не становится растворимым; (ii) как вариант, перемешивание ткани или водной ванны во время этапа стирки; (iii) извлечение воды из выстиранного изделия (например, центрифугируют изделие); (iv) высушивание выстиранного изделия; (v) использование выстиранного изделия для определенной цели; причем определенная цель может предусматривать воздействие на выстиранное изделие со стороны одного или более загрязнителей; и (vi) при необходимости повторение этапов (i)-(v).
Одним из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения является способ удаления одного или более загрязнителей с комбинезона, содержащего водорастворимый материал, причем способ предусматривает этап стирки комбинезона в водной ванне в условиях стирки, при которых водорастворимый материал не становится растворимым. Способ может также включать любой из перечисленных этапов, таких как, извлечение воды (центрифугирование) и высушивание стираного комбинезона. Способ удаления одного или более загрязнителей с комбинезона предпочтительно включает два или более этапа стирки/извлечения воды/высушивания и 20 этапов стирки/извлечения воды/высушивания. Комбинезон предпочтительно содержит поливиниловый спирт с ацетильными группами или без таковых, сшитый или несшитый.
Способ удаления одного или более загрязнителей с комбинезона, содержащего водорастворимый материал, целесообразен в ряде применений и особенно целесообразен в ядерной промышленности и в медицине в случаях, когда один или более загрязнителей содержат радиоактивные отходы биологически опасные отходы, или их комбинации.
III. Стираные изделия, содержащие водорастворимый материал
Как указано выше, выполненный с возможностью его стирки комбинезон может быть предварительно выстиранным (т.е. выполненный с возможностью его стирки комбинезон выстиран по меньшей мере один раз, но еще не использован для определенной цели и не подвергался воздействию загрязнителями) с помощью описанного выше способа. Предварительно выстиранный выполненный с возможностью его стирки комбинезон, по существу, не имеет пуха или статических зарядов. Кроме того, выполненный с возможностью его стирки комбинезон не дает какую-либо существенную усадку при последующих циклах стирки/высушивания. В первоначальном цикле стирки/высушивания материалы, используемые для формирования выполненного с возможностью его стирки комбинезона, могут дать усадку до 20%. Например, выполненный с возможностью его стирки комбинезон, сформированный из спутанных нетканых тканей из волокон поливинилового спирта, обычно дает усадку приблизительно до 16% в первоначальном цикле стирки/высушивания. Эта первоначальная усадка сильно изменяет исходный размер (т.е. размер до стирки) выполненного с возможностью его стирки комбинезона, и это может представлять трудности для пользователя. Для устранения таких возможных трудностей (i) выполненный с возможностью его стирки комбинезон либо предварительно стирают, либо (ii) листы материала, используемого для формирования выполненного с возможностью его стирки комбинезона заранее подвергают усадке (т.е. стирают/высушивают) до того, как его применяют в выполненном с возможностью его стирки комбинезоне.
Усадку комбинезона можно измерить между двумя точками на комбинезоне. Обычный способ измерения усадки комбинезона предусматривает измерение степени усадки в следующих местоположениях: (а) от центра спины до конца рукава; (б) по шву внутренней стороны штанины; (в) поперек груди; и (г) от заднего шва воротника до соединения шаговых и среднего шва штанин. Другие измерения: (д) от конца одного рукава до конца другого рукава; и (е) от заднего шва воротника до конца шва внутренней стороны штанины. Таким образом, предварительной выстиранный выполненный с возможностью его стирки комбинезон или выполненный с возможностью его стирки комбинезон с предварительной усадкой предпочтительно имеют совокупную усадку приблизительно менее 10% в каждом из перечисленных мест (а)-(е) во время второго или последующего цикла стирки (т.е. до 20 циклов стирки). То есть предварительно выстиранный выполненный с возможностью его стирки комбинезон или имеющий предварительную усадку выполненный с возможностью его стирки комбинезон имеет усадку менее 10% в любом из мест (а)-(е) в течение срока службы комбинезона после первоначального цикла стирки. Более предпочтительно, чтобы предварительно выстиранный выполненный с возможностью его стирки комбинезон или имеющий предварительную усадку выполненный с возможностью его стирки комбинезон имели совокупную усадку приблизительно менее 5% в каждом из размеров (а)-(е) во втором или в последующем цикле стирки (т.е. до 20 циклов стирки).
Способ удаления одного или более загрязнителей из изделия, содержащего водорастворимый материал, обеспечивает заранее выстиранное или выстиранное изделие, по существу, не имеющее загрязнителей. Заранее выстиранное изделие можно использовать в первый раз и повторно использовать после второй или последующей стирки. Выстиранное изделие можно повторно использовать после стирки. Повторно используемое заранее выстиранное и выстиранное изделие более желательно для рабочих по причине его безопасного выстиранного состояния, по существу не имеющего загрязнителей.
Например, в ядерной промышленности повторно используемые хлопковые или содержащие хлопок комбинезоны стираются и повторно используются рабочими. Повторно используемую одежду проверяют перед повторным использованием, чтобы свести к минимуму воздействие на рабочих со стороны радиоактивного материала. Измерение распадов в минуту используется для определения степени воздействия со стороны радиоактивного материала. Применяемое при стирке контрольно-измерительное устройство, которое обычно называют «автоматическим измерителем стирки» (АИС), используют для измерения величины остаточного радиоактивного загрязнения, измеряемого в распадах в минуту, или р/м. Обычно этап контролирования стирки предусматривает процедуру, согласно которой одежду или другое изделие помещают на сеточный транспортер шириной 150-180 см. Одежду расстилают на транспортере, который проходит между двумя группами детекторов радиации, причем один ряд детекторов расположен над транспортером, и другой ряд детекторов расположен под транспортером. Детекторами могут быть бета-детекторы, гамма-детекторы или оба вида детекторов. Перед обработкой каждого вида одежды заранее задается значение уровня предупреждающего сигнала. Если на данное изделие срабатывает сигнализация детектора, то изделие снимают, стирают снова и проверяют снова. Если изделие не проходит успешно повторную проверку, то изделие помещают в пакет с пометкой отбраковки и возвращают поставщику.
В настоящее время хлопковые или содержащие хлопок комбинезоны обычно показывают около 50000-100000 р/м согласно АИС: после стирки и до повторного использования. Стираные изделия согласно настоящему изобретению показывают гораздо меньшие значения, которые, до появления данного изобретения, не могли достигаться в ядерной промышленности. Стираные комбинезоны из поливинилового спирта согласно настоящему изобретению показывают приблизительно менее 25000 р/м на одном и том же АИС. Стираные комбинезоны из поливинилового спирта согласно настоящему изобретению показывают предпочтительно менее приблизительно 5000 р/м на том же АИС и более предпочтительно приблизительно от 1000 до 5000 р/м на том же АИС.
IV. Новые изделия одноразового использования, содержащие водорастворимый материал
Настоящее изобретение также относится к новому изделию одноразового использования, содержащему водорастворимый материал. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления настоящее изобретение относится к дозиметрическому комбинезону одноразового пользования согласно Фиг.2А-2В, описанному выше. Согласно еще одному приведенному в качестве примера варианту осуществления настоящего изобретения оно относится к хирургическому костюму одноразового использования, содержащему водорастворимый материал, такой как волокна поливинилового спирта. Здесь термин «хирургический костюм» обозначает изделия из ткани, обычно используемые в медицине. «Хирургический костюм» включает (i) рубашку в виде блузы, с острым вырезом на груди, с короткими или длинными рукавами, и имеющую до шести карманов, обычно один карман, (ii) брюки с длинными или короткими штанинами, имеющие до четырех карманов, обычно два кармана.
Изделия одноразового использования согласно настоящему изобретению могут содержать любой из перечисленных выше водорастворимых материалов, по одному или в сочетании с нерастворимыми в воде материалами. Продукция одноразового использования предпочтительно содержит по меньшей мере 50 весовых частей (вес.ч.) водорастворимых материалов от общего веса изделия одноразового использования, описанного выше.
Дозиметрический комбинезон одноразового использования и хирургический костюм одноразового использования предпочтительно содержат по меньшей мере 50 вес.ч. водорастворимых материалов от общего веса изделия одноразового использования. Более предпочтительно дозиметрический комбинезон одноразового использования и хирургический костюм одноразового использования состоит по существу из водорастворимых материалов. Более предпочтительно дозиметрический комбинезон одноразового использования и хирургический костюм одноразового использования состоят только из водорастворимых материалов.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения хирургический костюм одноразового использования состоит, по существу, из водорастворимых материалов и по меньшей мере из одного красящего вещества для обеспечения хирургическому костюму нужного цвета - синего или зеленого.
V. Способы удаления изделий, содержащих водорастворимый материал
Настоящее изобретение также относится к способу удаления любых изделий многократного и разового использования, содержащих водорастворимые материалы. Способы удаления изделий многократного и разового использования будут зависеть от типов загрязнителей, присутствующих на изделии многократного или разового использования при удалении. Например, если загрязнители являются бытовыми загрязнителями или материалами, в отношении которых не действуют какие-либо особые постановления, то способ удаления изделия может предусматривать этап удаления, согласно которому изделие растворяют на этапе удаления; и остатки изделий, если таковые есть, удаляют вместе с водной ванной. Примеры целесообразных способов удаления этого типа описаны в патентах США №№5181967 и 5891812. Для других типов загрязнителей, таких как загрязнители, имеющие место в медицине и/или в ядерной промышленности, способы удаления изделий многократного или одноразового использования могут включать несколько этапов по отделению и обработке загрязнителей и также водорастворимых материалов изделий многократного и/или одноразового использования.
Если один или более загрязнителей содержат радиоактивный материал, то способ удаления изделия многократного или одноразового использования предпочтительно является одним из способов, описанных в патентной заявке США №09/863014 от 23 мая 2001 г.; в РСТ публикации № WO 01/36338, соответствующей Заявке РСТ № PCT/US00/26553; и в Заявке PCT/US02/16184 от 22 мая 2002 г. Согласно этим способам рассматриваемый способ может включать один или более следующих этапов:
(1) помещают изделие многократного использования в реакционный аппарат удаления;
(2) вводят в реакционный аппарат воду, для получения раствора;
(3) вводят в раствор реагент усиления распада или предшественник реагента усиления распада;
(4) нагревают водный раствор, чтобы предшественник прореагировал с образованием реагента усиления распада, если необходимо, и проводят реакцию с водорастворимым полимером для образования продуктов распада;
(5) как вариант, осуществляют фильтрацию нерастворенного материала из водной среды;
(6) как вариант, измеряют показатель концентрации полимерного материала в водной среде;
(7) как вариант, фильтруют материал, например, радиоактивный материал из водной среды;
(8) как вариант, изменяют, например, нейтрализуют, рН водной среды;
2
2
(9) как вариант, осуществляют биологическое разложение полученных продуктов распада в водной среде; например, органические кислоты образуют CO, НO и биомассу; и
(10) удаляют нерастворимые компоненты из реакционного аппарата.
Соответствующие реагенты усиления распада или их предшественники включают, но не ограничивают, такие окислители, как
2
2
2
3
4
2
4
2
2
7
4
2
2
2
8
3
+3
+2
+
-
НO, Fe, Cu, Ag, O, Cl, ClO, NHO, KMnO, КCrO, KCrO, Ce(SO), KSO, KIO,
озон, перекиси или их комбинации. В осуществлениях с применением перекиси водорода в качестве окислителя его концентрация может иметь следующие минимальные величины, %%: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90 или 95. Но в предпочтительном варианте осуществления изобретения используется выпускаемая промышленностью перекись водорода с концентрацией 30-35%. Конкретным примером перекиси водорода, применяемой в настоящем изобретении, является выпускаемая промышленностью перекись CAS No.7722-84-1, которую можно приобрести, помимо других поставщиков, у VWR Scientific Products, West Chester, PA. 19380, Catalog No. VW 9742-1.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления способ удаления также предусматривает нагревание водного раствора, содержащего изделие многократного использования и/или изделие однократного использования и реагент/предшественник усиления распада, например окислитель, при такой температуре и в течение такого времени, которые достаточны для растворения водорастворимого полимера в изделии многократного использования и/или изделии одноразового использования, и для проведения реакции с окислителем. Это можно осуществить путем варки под давлением раствора в водной ванне при высокой температуре при постоянном объеме, например, автоклавной обработкой. Емкость с водным раствором и изделием многократного использования и/или изделием однократного использования можно нагреть до температуры в приблизительных пределах 100-121°С под давлением насыщения. Варка под давлением водного раствора и изделия многократного использования и/или одноразового использования таким образом обеспечивает более высокие температуры растворения, которые можно достигнуть в воздухе окружающей среды без кипячения. Более высокая температура раствора передает больше тепловой энергии твердому полимерному материалу, и повышенная тепловая энергия более эффективно проходит в сплошные массы полимерных материалов, чтобы полностью их растворить. Кроме того, более высокая температура автоклава обеспечивает стерилизацию отходов, которую невозможно обеспечить при более низких температурах. Более высокая температура, применяемая в варке под давлением раствора водорастворимого полимера, достаточна, чтобы обеспечить химическое разложение окислителя, особенно в присутствии реагента Fenton в количестве 100 частей на миллион. Например, если окислителем является перекись водорода, то более высокая температура достаточна для получения гидроксильных радикалов, молекулярного кислорода или комбинации и того, и другого. При использовании реагента Fenton в количестве 100 частей на миллион, в сочетании с перекисью водорода, значительно увеличивается образование гидроксильных радикалов, молекулярного кислорода или комбинации и того и другого, и разложение полимера значительно усиливается, сокращая время реагирования, нужное для разложения полимера.
Желательно, чтобы вода в реакционном аппарате фильтровалась сетчатыми фильтрами в целях удаления нерастворенного полимерного материала и нерастворимых в воде составляющих полимера в растворе. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сетчатые фильтры имеют номер сита в приблизительных пределах от 20 до 50. Согласно более предпочтительному варианту осуществления изобретения сетчатые фильтры имеют номер около 30. Нерастворенный полимерный материал, оставшийся на сетчатых фильтрах, можно направить на повторную обработку для окончательного растворения. В предпочтительном варианте осуществления изобретения полимерный материал может составлять приблизительные значения от более 0 до 10 вес.% раствора. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения полимерный материал будет составлять приблизительное значение от более 4 до 6 вес.% раствора. В еще более предпочтительном варианте осуществления изобретения полимерный материал будет присутствовать в количестве около 5,0 вес.% раствора. Кроме того, в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения температура раствора во время осуществления этапа фильтрации выдерживается на уровне 66°С или выше, чтобы предотвратить осаждение ПВС из раствора до его разложения.
Полимер можно разрушить реакцией, например окислительно-восстановительной реакцией, которая превращает полимерный материал в новые и совершенно другие органические соединения, которые не имеют тех же физических или химических характеристик первоначального полимерного материала. Характеристики этих соединений можно использовать для определения масштаба реакции. Этот этап необходим только тогда, когда необходимо определить ход или завершение разрушения полимерного материал в растворе. Например, если полимером является ПВС и реагентом/предшественником усиления распада является перекись водорода, то полученный при этом раствор будет содержать воду и органические кислоты, например уксусную кислоту. Поэтому рН полученного при этом раствора значительно понизится во время окисления ПВС. Степень завершения реакции можно измерить по снижению рН раствора. Завершенная реакция (полное разрушение ПВС в растворе) будет определена значением рН ниже по меньшей мере около 6,0, либо ниже по меньшей мере 5,0, или даже ниже по меньшей мере 4,0, либо ниже по меньшей мере 3,0, или даже ниже по меньшей мере 2,0. Аналогично, соответствующее снижение рН может иметь приблизительные значения от 1,0 до 6,0 единиц ниже рН солюбилизированного раствора. Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения предпочтительное понижение рН имеет приблизительные значения от 2,7 единиц до 3,9 единиц ниже рН солюбилизированного раствора.
Либо разрушение ПВС подтверждается по колориметрическому анализу концентрации ПВС в растворе. Измерение в соответствии с колориметрическим анализом можно выполнить совместно с измерениями рН. См. Amended Assay by Joseph H.Finley, "Spectrophotometrirc Determination of Polyvinyl Alcohol in Paper Coatings," Analytical Chemistry 33(13) (December 1961), и см. раскрываемые в упомянутой статье колориметрические растворы йода, включая предпочтительный раствор, содержащий 12,0 г борной кислоты, 0,7 6 г йода и 1,5 г йодида калия на литр. Спектрофотометрическое измерение поливинилового спирта предпочтительно осуществляют при его максимуме абсорбции, равном 690 нм. Этот анализ можно завершить следующим образом: размещают 20,0 мл колориметрического раствора йода в кювете; добавляют 0,5 мл образца; выдерживают раствор при 25°С в течение пяти минут. Спектрофотометрическое измерение можно выполнить при максимуме абсорбции, 690 нм, при помощи спектрофотометра Hach DR2010 или Odysey DR2500. Можно приготовить нормативные растворы поливинилового спирта и построить нормативную кривую с использованием концентраций ПВС в растворе до 10,0%. Калибровочную кривую можно вывести из значений абсорбции при 690 нм (при 25°С), вычерченных в зависимости от количества ПВС в данном анализе.
-
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения разложение полимерного материала в растворе можно также осуществить путем облучения раствора электромагнитным излучением. Этот этап процесса дает фотохимическую реакцию, определяемую как фотолитическая реакция. Фотолиз является химическим разложением под воздействием излучаемой электромагнитной энергии. Ультрафиолетовое излучение является электромагнитным излучением на длине волны в диапазоне приблизительных значений от 4 до 400 нм. В предпочтительном варианте осуществления используется ультрафиолетовое излучение в диапазоне приблизительных значений 180-250 нм. На этом этапе процесса воздействие на перекись водорода в растворе электромагнитной энергией на длине волны ультрафиолетового излучения приводит к фотолизу перекиси водорода в гидроксильные свободные радикалы (НО) согласно следующему уравнению
2
2
-
НO+hυ→2НО
-34
-
где "h" представляет собой постоянную Планка (6,6261×10 Дж/сек), и υ - частота ультрафиолетового излучения, (НО) - гидроксильный свободный радикал. Гидроксильные радикалы являются сильной коррозионной окисляющей средой, в которой гидроксильные свободные радикалы разлагают органические составляющие жидкого потока, тем самым, инициируя окислительный каскад реакций, включая полное разложение полимерного материала в растворе. Компоненты полимерного материала в основном образуют простые органические кислоты.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения разложение полимерного материала в растворе можно выполнить без облучения раствора электромагнитным излучением согласно вышеизложенному. В этом случае по меньшей мере один реагент/предшественник усиления распада, например, окислитель, вводят в раствор, содержащий полимер. Раствор затем нагревают при температуре от 100 до 121°С, приблизительно, под давлением насыщения. Комбинация тепла, окислителя (например, перекиси водорода) и, дополнительно, катализатора (например, реагента Fenton) приводит к получению гидроксильных радикалов, молекулярного кислорода, или того и другого, которые эффективно разлагают полимер.
Способ удаления также может включать по меньшей мере один этап фильтрации, если в растворе присутствует радиоактивный материал. Если изделие многократного использования подвергается воздействию радиоактивности, отрицательно сказывающейся на степени удаления раствора, то нужно применить этот этап процесса. При введении этого этапа процесса будет создана система обработки отходов с низким уровнем радиации. Эту систему обработки отходов можно использовать как альтернативный подход в замену применяемых в настоящее время способов сухой активной обработки радиоактивных отходов.
Этап устранения радиоактивности обычно осуществляют до этапа биологического разложения. Более подробное предпочтительное осуществление этого этапа процесса предусматривает этапы
(а) фильтрации раствора, и
(б) ионного обмена в растворе.
На ядерных объектах радиоактивность может присутствовать в технологической текучей среде как в свободном виде, так и в виде частиц. Фильтрация раствора удаляет радиоактивные частицы. В предпочтительном варианте осуществления изобретения раствор пропускают через фильтр частиц с номинальным размером пор от 10 до 100 микрон приблизительно. В более предпочтительном варианте осуществления раствор затем пропускают через второй фильтр частиц с номинальным размером пор от 0,1 до 1,0 микрона приблизительно.
Этап ионного обмена можно использовать для обеднения солюбилизированных радиоактивных частиц или солюбилизированных свободных радиоизотопов, остающихся после микрофильтрации, в результате чего раствор станет пригодным для удаления или для последующей обработки. В предпочтительном варианте осуществления изобретения раствор направляют через ионообменную емкость, которая содержит ионообменный полимер в виде анионного, катионного слоя, или комбинации этих слоев. Во время этапа этого процесса радиоактивные ионы в растворе будут меняться местами с радиоактивными ионами, прикрепленными к полимеру в твердой форме. Радиоактивный материал собирается на полимере, оставляя раствор пригодным для удаления или повторного использования, в зависимости от необходимости.
Согласно одному из вариантов осуществления изобретения полученный органический содержащий кислоту раствор нейтрализуют в отношении рН введением реагента-основания. В более предпочтительном варианте осуществления изобретения гидроокись натрия является реагентом-основанием, который используют для повышения рН до диапазона приблизительных значений от 3,0 до 10,0. Согласно еще одному более предпочтительному варианту осуществления изобретения, если раствор подвергается биологической обработке согласно приводимому ниже описанию, то при этом гидроокись натрия используется в качестве реагента-основания для повышения рН до диапазона приблизительных значений от 5,0 до 8,0. Считается, что гидроокись натрия сочетается с ацетатом уксусной кислоты в растворе с образованием буферного ацетата натрия, важного для этапа процесса биологического разложения. В наиболее предпочтительном варианте осуществления изобретения рН полученного потока органических кислотосодержащих отходов нейтрализуют до диапазона приблизительных значений от 6,0 до 7,0.
Для настоящего изобретения термин «изменяют» относится к регулированию рН, и термин «нейтрализация» означает повышающее регулирование рН кислотного раствора в раствор, содержащий в большей степени основание и являющийся менее кислотным, с рН в диапазоне приблизительных значений от 3,0 до 10,0.
Этот способ может также включать удаление растворенных и коллоидных органических углеродных соединений, остающихся в водном потоке после окисления. Нейтрализованный раствор разрушенного полимерного материала имеет высокое содержание углеродных соединений, которые могут сделать раствор непригодным для его сброса в бытовые канализационные системы. Концентрацию органического материала в растворе можно напрямую измерить по общему содержанию органического углерода (ОСОУ). Кислород, нужный для полного разложения органического материала, и/или кислород, требуемый для окисления восстановленных азотных соединений, измеряется биохимической потребностью в кислороде (БХПК). Химическую потребность в кислороде (ХПК) используют как меру кислородного эквивалента содержания органического вещества в образце, подверженном окислению сильным химическим окислителем. Один или более этих параметров обычно используются в государственных очистных сооружениях, регулирующих выходящие потоки отходов.
Кроме того, в примерах, когда полимерный материал может содержать радиоактивность или подвергся радиоактивности, имеется вероятность того, что даже после микрофильтрации частиц и ионообменного обеднения солюбилизированных радиоактивных частиц нейтрализованный раствор может еще содержать некоторый уровень радиоактивного материала, и поэтому такой раствор будет непригоден для удаления или последующей обработки. Соответственно, обеднение органического углеродного материала из раствора может в еще большей степени обеднить остаточные радиоактивные частицы, содержащиеся в нейтрализованном растворе.
Биологическое разложение органических кислот и других органических продуктов в растворе поэтому используется для (1) обеднения и/или удаления органических углеродных соединений и для (2) последующего содействия обеднению остаточного радиоактивного материала. На этом этапе процесса нейтрализованному раствору прививают микроорганизмы. Микроорганизмы используют органические кислоты, образующиеся окислением-восстановлением водорастворимого полимерного материала, такого как углерод, и используют источник энергии. В предпочтительном варианте осуществления изобретения микроорганизмы, по существу, состоят из аэробных, гетеротрофных бактерий. Виды бактерий известны из уровня техники, и обеспечить их легко. Организмами разложения обработанного ПВС могут быть следующие:
Arthrobacter ilicis,
Bacillus amyloliquefaciencs
Bacillus pumilus GC, подгруппа В
Bacillus subtilis
Brevibacterium mcbrellneri
Comamonas testosterone
Flavobacterium resinovorum
Kocuria kristinae
Microbacterium liquefaciens
Micrococcus luteus GC, подгруппа С
Pseudomonas balearica
Pseudomonas chlororaphis
Pseudomonas putida, биотип A
Pseudomonas pseudoalcaligenes A
Rhodococcus equi GC, подгруппа В
Все эти организмы можно приобрести у компании Advanced Microbial Solutions, 801 Highway 3 77 South, Pilot Point, TX 76258. Следующие организмы можно приобрести в American Type Culture Collection, 12301 Parklawn Drive, Rickville, MD 20852 (http://www.atcc.org):
Arthrobacter ilicis,
Bacillus amyloliquefaciencs
Bacillus pumilus GC, подгруппа В
Bacillus subtilis
Brevibacterium mcbrellneri
Comamonas testosteroni
Flavobacterium resinovorum
Kocuria kristinae
Microbacterium liquefaciens
Micrococcus luteus GC, подгруппа С
Pseudomonas chlororaphis
Pseudomonas putida, биотип A
Pseudomonas pseudoalcaligenes A
Rhodococcus equi GC, подгруппа В
2
Аэробные гетеротрофные бактерии осуществляют обмен веществ в отношении органических кислот в растворе, тем самым снижая ХПК в растворе и делая его пригодным для сброса в бытовую канализацию. Предпочтительная экспериментальная питательная среда, используемая в экспериментах с обработанным ПВС, для здоровой и стойкой популяции бактерий на литр НO содержит:
Уксусную кислоту
0,5%
Мелассу
0,002%
(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
1,0 г
КН<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>
1,0 г
КН<sub>2</sub>PO<sub>4</sub>
0,8 г
MgSO<sub>4</sub> 7КН<sub>2</sub>O
0,2 г
NaCl
0,01 г
CaCl<sub>2</sub> 2Н<sub>2</sub>O
0,2 г
FeSO<sub>4</sub>
0,01 г
Na<sub>2</sub>MoO<sub>4</sub> 2Н<sub>2</sub>O
0,5 мг
MnSO<sub>4</sub>
0,5 мг
Дрожжевой экстракт
10,0 г
рН предпочтительно регулируют в приблизительных пределах значений от 3,0 до 10,0 до этапа биологического разложения. Согласно более предпочтительному варианту осуществления изобретения рекомендуется регулировать рН приблизительно до 7,5 и выращивать организмы при 25. Согласно более предпочтительному варианту осуществления изобретения раствор направляют в камеру распыленного активированного углерода (РАУ), которая содержит аэрированный ожиженный слой РАУ. Распыленный углерод становится подложкой-взвесью для питания бактерий. После того, как ОСОУ понизится до нужного уровня ниже действующих в данном регионе законодательных ограничений, биологически обработанный раствор затем можно декантировать и направить для удаления.
VI. Способы сокращения радиоактивных отходов
Настоящее изобретение также относится к способам сокращения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием; причем согласно одному из этих способов (а) стирают по меньшей мере одно загрязненное изделие в водной ванне в условиях стирки, при которых по меньшей мере одно изделие не становится растворимым; и (б) обезвреживают по меньшей мере одно загрязненное изделие в водной ванне в условиях, при которых по меньшей мере часть изделия становится растворимой. При реализации этого способа получают повторно используемое изделие после этапа стирки (а), и удаляют повторно используемое изделие после этапа обезвреживания (б). Этот способ сокращает количество радиоактивных отходов путем (1) устранения объема радиоактивных отходов, относящихся к обычным повторно используемым изделиям, таким как хлопковые или содержащие хлопок комбинезоны, которые нужно удалять путем захоронения отходов, и/или (2) устранения объема радиоактивных отходов, относящихся к водорастворимым изделиям одноразового использования, таким как нерастворимые компоненты (т.е. застежки-молнии, нитки и пр.), которые тоже надо удалять путем захоронения отходов.
Способы сокращения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием, могут включать любой из перечисленных выше этапов способа, относящихся к стирке изделия и удалению компонентов этого изделия. Способ предпочтительно включает два или более этапов стирки (а) и до 20 этапов стирки (а). Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения способ содержит до 10 этапов стирки (а).
Как указано выше, каждый из этапов стирки (а) имеет предпочтительную температуру водной ванны приблизительно ниже 90°С, в некоторых случаях ниже 75°С, в других случаях ниже 50°С и в других случаях ниже 37°С, приблизительно. Помимо воды каждый из этапов стирки (а) предусматривает использование одного или более поверхностно-активных веществ, моющих средств или других очищающих средств.
На этапе удаления: этап удаления (б) предпочтительно имеет температуру ванны свыше 37°С, в некоторых случаях выше 50°С, в других случаях выше 75°С и в других случаях выше 90°С, приблизительно. Помимо воды, этап удаления (б) может предусматривать использование одного или более реагентов усиления распада, предшественника реагента усиления распада, окислители, такие как озон, или их комбинацию согласно вышеизложенному.
Способ сокращения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием, можно использовать для любых изделий, включая, но не ограничивая, волокна, ткани, пленки, нетканые ткани, тканые ткани; трикотажные ткани, одежду, защитную спецодежду, комбинезоны, чехлы на обувь, маски, перчатки, верхнюю одежду, белье, покрывала, полотенца; слоистые материалы, содержащие по меньшей мере одну ткань или пленку; губки, швабры, рулонный материал, пакеты, марлю, тампоны, салфетки, подушки, перевязочный материал, или их комбинации. Этот способ особенно целесообразен, когда по меньшей мере одно загрязненное изделие является одним или более комбинезонами многократного использования, содержащими водорастворимый материал согласно вышеизложенному, в частности комбинезонами многоразового использования, содержащими поливиниловый спирт с ацетильными группами или без таковых, сшитые или несшитые.
Этот способ целесообразен для сокращения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием, когда по меньшей мере одно загрязненное изделие загрязнено радиоактивным материалом, содержащим, помимо прочего, трансурановый элемент, продукт деления, природный радиоактивный элемент, продукт активации ядерного процесса, медицинский изотоп или их комбинацию.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения способ сокращения количества радиоактивных отходов, создаваемых по меньшей мере одним загрязненным изделием, включает следующие этапы:
(а) стирают по меньшей мере одно загрязненное изделие в водной ванне в условиях стирки, при которых по меньшей мере одно изделие не становится растворимым;
(б) извлекают лишнюю воду из стираного изделия;
(в) высушивают стираное изделие;
(г) проверяют высушенное изделие на наличие одного или более радиоактивных материалов;
(д) используют стираное изделие для определенной цели, причем при использовании изделия для этой цели изделие подвергается воздействию со стороны одного или более радиоактивных материалов;
(е) стирают по меньшей мере одно загрязненное изделие в водной ванне в условиях стирки, при которых по меньшей мере одно изделие не становится растворимым;
(ж) извлекают лишнюю воду из стираного изделия;
(з) высушивают стираное изделие;
(и) проверяют высушенное изделие на наличие одного или более радиоактивных материалов;
(к) повторяют этапы (д)-(и) нужное число раз (обычно менее 20), заканчивая либо этапом (д) (т.е. по меньшей мере одно загрязненное изделие) или этапом (е) или (з) (т.е. стираное изделие);
(л) помещают изделие многократного использования из этапа (к) в реакционный аппарат удаления;
(л1) вводят воду в реакционный аппарат для образования водного раствора;
(л2) вводят один или более компонентов в реакционный аппарат, включая, но не ограничивая, реагент усиления распада, предшественник реагента усиления распада, окислитель, такой как озон, или их комбинацию;
(л3) нагревают водный раствор для осуществления реакции предшественника для образования реагента усиления разложения, если необходимо, и осуществляют реагирование с водорастворимым полимером для сформирования продуктов разложения;
(м) фильтруют несолюбилизированный материал из водного раствора;
(н) как вариант, измеряют показатель параметра концентрации полимерного материала в водном растворе;
(о) отделяют радиоактивный материал от водного раствора таким способом сепарации, как фильтрация;
(п) собирают радиоактивный материал для соответствующего удаления;
(р) как вариант, изменяют или нейтрализуют рН водного раствора, по существу не имеющего радиоактивный материал;
2
2
(с) осуществляют биологическое разложение полученных продуктов разложения в водном растворе, по существу не имеющем радиоактивный материал, например, органические кислоты COНO и биомасса; и
(т) удаляют нерастворимые компоненты из реакционного аппарата.
Изобретение также поясняется следующими примерами, которые никоим образом не следует истолковывать как примеры, налагающие ограничения на объем изобретения. Напротив, явным образом подразумевается, что можно выполнить различные другие осуществления, изменения и эквиваленты изобретения, которые могут стать очевидными специалистам в данной области техники при изучении данного описания, в рамках существа изобретения и/или объема прилагаемой формулы изобретения.
ПРИМЕР 1
Сравнительные данные выделения загрязнителей из хлопковых тканей/содержащих полиэстер тканей и тканей OREX с ПВС
Испытания по выделению загрязнителей были проведены в лаборатории компании Eastern Technologies Inc. (ETI), Ashford, AL. (ETI) - одного из немногих изготовителей промышленных стиральных машин, обслуживающих американскую ядерную промышленность. Испытания проводились для определения относительных характеристик «выделения» у стандартных тканей, содержащих хлопок и полиэстер в соотношении 65/35, и тканей OREX™, которые являются нетканым, необработанным материалом на основе поливинилового спирта весом 65 г/кв.м. В настоящее время промышленность использует повторно используемые ткани в личной защитной спецодежде. «Загрязнители», использованные в этом испытании, были радиоактивными поверхностными загрязнителями, типичными для обычных установок цикла топлива ядерного деления. Использованные загрязнители в основном были в твердой форме или в виде частиц. Также присутствовали некоторые растворимые формы (т.е. цезий-137, 134). Был использован ETI-процесс стирки для (а) обеззараживания одежды и затем (б) для фильтрации загрязнителей из технологической воды. Осадок на фильтре в этом исследовании использовался как источник загрязнения. Проверяемые участки были сильно загрязнены в эквиваленте нескольких миллионов распадов в минуту (большинство видов защитной спецодежды на практике никогда не загрязняются до такой степени).
Было использовано несколько образцов ткани с соотношением 65/35 и ткани OREX™ весом 65 г/кв.м (которые были вырезаны из настоящих комбинезонов). Величина каждого образца составляла около 0,15 кв.м. Образцы ткани были загрязнены осадками с фильтра. Осадки имели консистенцию влажного шлама. Образцы ткани пропитали шламом умеренным давлением руки, чтобы воспроизвести фактические условия контакта человека с поверхностным загрязнением.
Затем загрязненные образцы ткани были проанализированы с помощью оборудования гамма-спектроскопии в лаборатории ETI. Система гамма-спектроскопии представляла собой детектор NaI размером 5,1×5,1 см, установленный в экранированной полости для образцов. Детектор был связан с многоканальным анализатором производства компании Canberra Industries, сконструированный для работы со средствами программного обеспечения Genie 2000 компании Canberra. Все образцы анализировались при помощи счетной геометрии, калиброванной для анализа 1 литра образцов почвы. Из данных анализа были выведены коэффициенты снижения загрязнения, с получением точных результатов по двум типам образцов.
Каждый образец ткани был проанализирован как до, так и после стирки (дезактивации). Процесс дезактивации завершился выполнением обычного цикла стирки в одной из промышленных стиральных машин компании ETI. Оба типа образцов были выстираны одновременно в одной и той же машине в каждой проверке. Машиной была промышленная стиральная машина Milnor производства компании Pellerin Milnor Corporation (Kenner, LA). Температура воды составляла 15°С. После последнего цикла стирки образцы ткани отжимали с усилием 200-212 г в течение 2-4 мин и затем высушивали при температуре около 60°С в промышленном сушильном аппарате производства компании Cissell Manufacturing Company (Louisville, KY) в течение 30 мин.
Образцы ткани были загрязнены достаточным радиоактивным материалом таким образом, что образцы после стирки имели по меньшей мере более низкий уровень детектируемости, обнаруженный детектором. По предыдущим и последовавшим значениям были определены точные коэффициенты дезактивации.
Образцы ткани проверяли при помощи упомянутого детектора, и подсчет производили в течение 60 мин, чтобы определить значения присутствующих концентраций (т.е. образцы ткани находились в экранированной камере для образцов в течение 60 мин). Результаты приведены в Таблице.
Таблица
Данные по выделению загрязнителя за 60 мин подсчета
основа
изотоп
до
после
коэфф. загрязн.
Ткань
Mn-54
6,10 Е + 5
3,52 Е + 4
17
OREX
Mn-54
3,51 Е + 5
5,71 Е + 2
615
Ткань
Со-58
6,13 Е + 5
3,54 Е + 2
17
OREX
Со-58
3,53 Е + 5
5,74 Е + 2
615
Ткань
Со-60
1,08 Е + 6
6, 54 Е + 4
17
OREX
Со-60
5,82 Е + 5
1, 62 Е + 3
359
Ткань
Cs-134
1,30 Е + 5
7,38 Е + 3
18
OREX
Cs-134
8,37 Е + 4
Уровень ниже детекти руемого
>36
Примечание: (1) активность: пКИ/г
Из данных, приводимых в Таблице, следует, что сравнительные данные показывают следующее значительное улучшение по сравнению с обычными повторно используемыми комбинезонами из хлопковой/полиэстеровой ткани:
(1) Коэффициенты дезактивации для ткани состава 65/35: порядка 17-20. То есть активность после стирки составляла около 1/20 активности до стирки.
(2) Коэффициенты дезактивации для ткани OREX™ весом 65 г/кв.см превысили 600. То есть по меньшей мере 99,8% радиоактивности во время стирки были удалены.
Несмотря на то что данное описание подробно изложено в отношении его определенных вариантов осуществлений, необходимо отметить, что специалистам в данной области техники будут очевидны изменения, варианты и эквиваленты этих осуществлений. Соответственно, диапазон настоящего изобретения следует рассматривать в рамках прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.