Могут ли Dictionary Keys быть одинаковыми?

Dictionary < Key, Val> foo;

Dictionary<TKey, Tvalue> содержит элементы KeyValuePair(TKey, TValue). Ключи должны быть уникальными. При удалении элемента - удаляется пара целиком, т.е. никаких null-значений в ключах быть не может. Если существует хотя бы одна активная достижимая ссылка на объект - объект не будет удален из памяти.

Отдельный случай, когда объект реализует IDisposable и был вызван метод Dispose(). Но тут есть два важных момента: 1. Использовать такие объекты в качестве ключей не самая хорошая идея; 2. Вызов Dispose(), как правило, выполняет освобождению критичных и/или неуправляемых ресурсов и не влияет на доступность самого объекта. Таким образом может существовать объект на котором применили Dispose(), но он при этом не собран сборщиком мусора, так как на него есть ссылки. Пользы от такого объекта чуть меньше чем ни какой, но он вполне может висеть в словаре в качестве ключа. Таким образом и тут описанной вами проблемы не наблюдается.

Как вариант...

Использоуйте LINQ для определения ключей, value которых = null:

var keys = dictionary.Where(x => x.Value == null).Select(s => s.Key);

Ну и дальше пройтись циклом и удалить из словаря:

foreach (var key in keys)
{
    dictionary.Remove(key);
}

Можно объединить и сделать один LINQ запрос на удаление подобных ключей:

dictionary.Where(x => x.Value == null)
          .Select(s => s.Key).ToList()
          .ForEach(d => dictionary.Remove(d));

Ну а вообще, это желательно делать при удаление value из словаря, а не "когда то, в далекие времена..".

Реализуйте классу объекта-ключа публичный метод Remove().
В этом методе класс будет удалять себя из словаря, в котором он записан, а потом уничтожать свой объект. Когда объект-ключ нужно удалить - вызывайте этот метод.

Решение с поиском null ключей может не помочь, в связи с особенностями реализации сравнения в Unity. Там у них своя обёртка на c# объектом. В итоге, объекта может уже не быть, а обёртка ещё жива и при сравнении с null - будет выдавать false, а при попытке вызвать метод - будет падать ошибка.