Tính toán thông so kỹ thuật cho bể thải

PHÓNG XẠ DẠNG LỎNG

2.3 Tính toán thông so kỹ thuật cho bể thải

Đe thiết kế một hệthong bể phân hủy với số lượng bể tối ưuđế đáp ứng cả điều kiện cụ thể của cơ sởvà yêucầu về khối lượng công việc. Điều này sè bao gom việc xem xét các vấn đề như thể tích nước thải, mức độ phóng xạ, chu kỳ bán rà của hạt

nhân phóng xạ và tần suất phát sinh nước thải. Chi phí của hệ thống nên được xem xét trong giai đoạn thiết kế và một nghiên cứu tối ưu hóa nên được thực hiện đế đạt được việc lắp đặt số lượngbể tối ưu sè tiết kiệm chi phí khi vận hành. Các hệ thống bể chứa phân rãthường đượcthiết kế thành hai hoặc nhiềube nối tiếp, mặc dù trong một số trường hợp, các bể cũng có thể được lắp đặt theo cấu hình song song. Việc thiết ke hệthong bểphải đáp ứng các yêu cầu chung sau đây :

- Be phải được xây dựng bằng vật liệu phù hợp, ví dụ như thép không gỉ, bê tông hoặc polyetylen tỷ trọng cao (HDPE), phải có chất lượng tốt để không bị rò rỉ trongtoàn bộ thời gian hoạt động của hệ thống be phân hủy;

- Cần cóđủ dungtíchđe lưutrữsản lượng nước thải hiện tại và có khả năng đáp ứng sự gia tăng về lượng có the xảyra trongtương lai.

- Nó phải dễ tiếp cận đối với hoạt động bình thường, bảo tri và đối với trường hợp khẩn cấp can thiệp;

- Mục tiêu là giảm thiểu khối lượngcông việc của người vận hành. Một phương pháp màđiều này thường có thể đạt được là bằng cách đảm bảo lắp đặt số lượng bể chứa tối ưu, sao cho có đủ dung tích đe cho phép chất chứa trong các be chứa đầy phân hủytrước khi xả;

- Cần có sẵn các hệthong an toàn phùhợp vàđầy đủ, đế đưa ra cảnhbáo trước nếu các be có nguy cơ bị tràn, ví dụ như bộ điều khiênmức nước;

- Cần cómộthệthốngthiếtbị vàvan điều khiển thích hợp để hoạt động khi mức bể chứa gần như đầy dung tích, sao cho nước thải có the được chuyển sang be tiếp theo hoặc xả ra ngoàitheocách tự động nếu hàm lượng đáp ứng các tiêuchí quyđịnh;

- Cần có các điều khoản đểkiểm soát vệ sinh;

- Cần có các dấu hiệu cảnh báothích hợp; Nó phải kết hợp các tính năng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc ngừng hoạtđộng trong tương lai.

Hoạt động của hệ thống bể phân rã bao gồm một số hoạt động. Giai đoạn đầu tiên làthugomnước thải, trong giai đoạn thứ hai, được lưu trừ trongmộtkhoảng thời gian xác định trước. Giai đoạn thứ ba có the bao gồm lấy mầu và phân tích, mặc dù điều nàycóthể không phải lúc nào cũng cầnthiết,vì cóthểđạtđược sự đảm bảo rằng nước thải đầura sẽ phù hợp đểxả thải thông qua thiếtkế của hệthốngvận hành. Giai đoạn tiếp theo là xả nước thải sau khi đà đạt được giới hạn xả thải cho phép thông qua quá trình phân rã.

Giả sửđầuvào chất thải xảy rađềuđặn, với hoạt độ xungđầu vào bể vô hạn và hoạt độ bị phân rã trong một khoảng thời gian bằng thời gian giữa các lần đầu vào chất thải, lượng phóng xạ tích lũy trongbe vào đầu khoảng thời gian giừa lần thứn và lần thứ n+1 đầu vào chấtthải có the được tính toán thông qua công thức 1:

<=n-l _ /í

Tb(n) = A X -> —- _.,ư as n —> 00 1 -e

trongđó Tb là hoạt độ của bể, t là khoảng thời gian giữa các lần đưa chất thải vào, là hằng số phân hủy và A là hoạt độ chất thải thường xuyên được đưa vào bế.

Hoạt động sèđược tíchlũy trong bế (TA) nhanh chóng đạt đen mức bào hòa và đó là một trong những thông số thiết kế. Phương trình liên quan đến hoạt độ xả (RA) và hoạt độ bể tích lũy (TA) được đưa ra trong công thức 2

RA = TA X e~**‘

Khoảngthời gian phân rã (t) cầnthiết để đạtđược RAcho bể có thể được biểu thị bằng:

t = -(l/Ấ)xIn( RA/TA)

Hang số phân rã ( Ầ.) là tham số thiết kế thứ ba. Khoảng thời gian (TP) ke từ đầu tích lũy nước thải cho đến khi nó được thải ra hệ thống nước thải bằngvới việc thu gochu kỳ (X) cộng với chu kỳ phân rã (t). Khoảng thời gian thu thập (X) là một

tham số thiết kế khác.Tổngsố bể cần thiết(TN) cho hệthống bể phân rã có thểđược biểu thị như trong công thức 4.

, ln(2^/7>Ể) TA = 1 + — —

-ẰX

Ví dụ tínhtoán cho hệthốngbe:

Giả sử sau đây đã được đưa ra đối với các phương pháp điều trị bằng liệu pháp Iodine-131 - thời gian lưutrú tại bệnh viện là 5ngày cho mồi bệnh nhân và tốiđa hai bệnh nhân được điềutrị cùng một lúc. Giảđịnh rằng hai bệnh nhân liên tục được điều trị trongsuốtcảthánglàtrường hợp xấu nhất; do đó,tính toángiả định mười hai bệnh nhân mồi tháng được điềutrị. Mồi bệnh nhân được tiêm 5,55 GBq 1-131 và người ta cho rằng 80% chất phóng xạ (đại diện cho thành phần quan trọng nhất của chất thải phóng xạ từ cácphương pháp điềutrị này) được bài tiết rakhỏi cơthebệnh nhân qua nước tiểu trong 24 giờđầu tiên. 20% còn lại không được xem xét cho mục đích tính toán vì phần này sẽ được giừ lại trong cơ the sống hoặc sẽ bị phân rã. Người ta cho rằng mồi bệnh nhântạo ra 55 lítnước thải mồi ngày từ chất phóng xạ bài tiết và nước dùng đedội nhà vệ sinh. Hoạt động tốiđa được tích lũy trongbe vô hạn được tính là 25,3 GBqsửdụngcông thức 1. Dừliệu cho sáu khoảng thời gian thu gom khác nhau (X), với thời gian đổ đầy bể trong khoảng thời gian từ 10 đến 60 ngày. Kết quả ở bảng 2.3.

Báng2.2: Kết quả tinh toán

Lựa chọn I II III IV V VI

Thời gian thugom (X)(day)

10 20 30 40 50 60

Hoạt độbê(TA) (GBq)

18.4 22.4 24.1 24.8 25.1 25.3

Hoạt độ xả (RA) (MBq)

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

Thời gianphân rã (t) (days)

116.5 118.8 119.6 120.0 120.1 120.2 Thời gian chứa

(TP=X+t) (days)

126.5 138.8 149.6 160.0 170.1 180.2 Tính toán số bể

(TN=TP/X)

12.6 6.9 5.0 4.0 3.4 3.0

Sô bê xây dựng 13 7 5 4 4 3

Thê tích bê chứa(L) (V=x X so bệnh nhân X lượng nước sử dụng)

1100 2200 3300 4400 5500 6600

Theo IAEA (Cơ quan NănglượngNguyêntửQuốc tế), khi mộtbệnh nhân được tiêmdược chất phóng xạ, có80% lượngchất phóng xạ được đào thải quađường nước tiếu. Trong trường hợp này, Tc-99m có thời gian phân rã là 6 giờ và 1-131 có thời gian phân rã là 8 ngày.

Đối với chất thải Tc-99m, mồi tuần có 80 bệnh nhân được chia đều trong các ngày, trừ 2 ngày cuối tuần, nghĩa là mồi ngày có 16 bệnh nhân và mồi bệnh nhân được tiêm 15 mCi. Vìvậy, ta có the tính lượng chất thải phóng xạ tích lũy theo từng ngày. Tươngtự, chúng ta có thể áp dụngcông thức tích lũy cho cácngày còn lại. Tuy nhiên, trong khi tích lũy chất thải phóng xạ trong những ngày tiếp theo, lượng chất thải phóng xạ ở những ngày trước đó đã bắt đầu phân rã. Do đó, ta cần lưu ý rằng lượng chất thải phóng xạ tích lũytrong các ngày sau sè bị ảnh hưởng bởi sự phân rã của chất thải phóng xạ từ những ngày trước. Đe tính toán dễ dàng hơn ta sè sử dụng cánh tính bên dưới:

Giả sử mồi ngày có 16 bệnh nhân và mồi bệnh nhân xả 6 lít nước, từ đó ta có công thức tích lũy lượng nước thải trong 3 ngày

Vrc-99m = 16 bệnh nhản X 6 lít X 3ngày = 288 lit

Vậy ta có đầu vào bể thải chứa Tc-99m là 204.75 mCi và bể phải chứa được 288 lít nước thải

• Đối vớichấtthải 1-131

Đối với dược chấtphóng 1-131 thì mồi tuần có 10 bệnh nhân chia đều cho các ngày trừ 2 ngày cuối tuần thì ta có 2 bệnh nhân 1 ngày và mỗi bệnh nhân tiêm 80 mCi. Từ đó, ta có công thức tích lũy phóng xãtheo từng ngày

Bỵ = 2 bềnh nhân X 80 mCi X 80% hièu suất thải xạ = 128 mCí

Mồi ngày có 2 bệnh nhân, mồi bệnh nhân xả 60 lít nước và lưu lại phòng cách ly 3 ngày, từ đóta có công thức tích lũy lượng nướcthải trong 5 tuần

^/-131 = 10 bệnh nhản X 60 lít X 3 ngày X 5 tuần = 9000 lít

Vậy ta có đầu vào bể thải chứa 1-131 là 9.54E+02 mCi và be phải chứa được 9000 lítnước thải

Theo thông tư 22/2014/TT-BKHCN có quyđịnh vềquản lý chấtthải phóng xạ và nguồnphóng xạ đã qua sử dụng,đối với chất thải lỏng của 1-131 có mức cho phép xả thải ramôi trường là 1X1 o7 Bq/năm

Theo thông tin cung cấp, mức hoạt độ đầu vào của chất thải là 9.54E+2 mCivà thể tích nước thải là 9000 lít. Tuy nhiên, vì mồi be chỉ chứa được khoảng 75% the tích, vì vậy để chứa đủ 9000 lít nước thải, ta cần sử dụngmột bể có thể tích 12000 lít (12m3). Mức xả thải chophép là 1x107 Bq/năm(0.27 mCi/năm), ta có the lay số này làm mức hoạt độ xả thải đầu ra và tính được thời gian chờ phân rã theo công thức hoạt độ phân rãtheo thời gian.

t

A = i40 X 2 T

^£=-ũíỹln A

j40

8 , / 0.27 \ 7—77VIn ————T

In(2) \9.54 X 102/ ~ 94ngày (13.5 tuần')

Từ đó, ta có thể tính được rằng mồi bể cần khoảng 13.5 tuần để hoạt độ trong bể giảm xuống tới mức xả thải cho phép. Đe cóđượcmộthệthốngtuần hoàn để chứa và xả thải, ta cần có 4 bể đểhoạt độngxen kẽ. Khi bể 1 đã chứa đầy, bể 2 sẽ tiếp tục chứa chất thải, và tiếp tục như vậy chođến khi bể 4 chứađầy. Lúc này, bể 1 đã hoàn thành việc xả thải và sằn sàng chứachất thải mới (mồibế có thời gian tích lũyđầybe là 5 tuần). Dựa vào những thông tin trên, ta có the mô tả hệ thống tuần hoàn chứa và xả thải chất thải phóng xạ một cách chính xác hơntừ mặt khoa học.

Theo Thông tư 22/2014/TT-BKHCN, có quy định về quản lý chất thải phóng xạvà nguồn phóng xạ đã qua sửdụng. Đối với chấtthải lỏng Tc-99m, mức cho phép xả thải ramôi trường là 1X1o9 Bq/năm.

Đầu vào bể thải Tc-99m là 204.75 mCi và thể tích nước thải là 288 lít (theo phần 3.1.3). Vì bể chỉ chứa được 75% thể tích, vìvậy đểchứa đủ 288 lítnước thải, ta cầnsử dụng mộtbecóthetích 384 lít (0.4m3). Mức xả thải cho phép là 1x109 Bq/năm (27.03 mCi/năm). Ta có the lấy số này làm mứchoạt độ xả thải đầu ra và tính được thời gian chờ phân rãtheo công thức hoạt độ phân rãtheo thời gian.

t

A = i40 X 2 T

V

ị 1 KJ 27.03 ^

In (2) ln\204.757 0.7 ngày

Khác vớibê thải I-131, bể thải Tc-99mcó thời gianchờ phân rã rất nhanh, chưa đến 1 ngày hoạt độ trong be đã đạt mức xả thải cho phép. Vì vậy, hệ thống be tuần hoàn của Tc-99m cũng chỉ cần 2 bể để hoạt động xen kẽ. Be 1 sau khi chứa đầy, bể 2 sè tiếp tụchoạt động. Khi bể 2 đã chứa đủ trong 1 ngày, bể 1 đã xảthải xong vàsằn sàngchứa chất thải mới.