DE2304961B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung radioaktiver oder toxischer Abwasser - Google Patents

Description

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Das Unschädlichmachen der in großen Mengen anfallenden radioaktiven Abwasser mit niedriger bis mittlerer Aktivität stellt eines der wesentlichen Probleme bei der Anwendung der Kernenergie dar. Dabei bietet fcich die Möglichkeit, die radioaktiven Stoffe durch sichere Lagerung über lange 2!eiträume, in denen sie ihre Radioaktivität abgeben, unschädlich zu machen. Durch Aufkonzentrieren wird zwar der Platzbedarf für die notwendige Aufbewahrung bedeutend verringert, doch Stellt die Lagerung der Rückstände in Form von konzentrierten Dicklaugen oder Trockensubstanzen nicht den Idcalz.ustand dar, da die Verbreitung von Radioak-Itivität in die Biosphäre nicht auszuschließen ist. Aus diesem Grund wird die Fixierung der in den Abwässern gelösten oder in Suspension befindlichen Feststoffe. welche die Träger der Radioaktivität sind, an Matrixsubstanzen angestrebt. Diese Einlagerung der Rückstände in geeignete Bindemittel bewirkt, daß eine Verschleppung von Radioisotopen in die Umwelt, sei es ins Trinkwasser, in die Atemlud, in Nahrungsketten usw.. auch bei Störfällen, wie z. B. beim Bruch von gelagerten Blöcken oder bei Wassereintritt in die Lagcrstelle, wirkungsvoll verhindert wird.

Die Vermischung der radioaktiven Substanzen mit Bitumen oder Asphall ist schon seit längerer Zeit bekannt und stellt heule die sicherste Art dar, wie diese Rückstände für die Langzeitlagerung behandelt werden können. Die derzeit angewendeten Verfahren beruhen im wesentlichen auf der Verrührung von Bitumen-Abwasser-Emulsionen, wobei zuerst durch Brechen der Emulsion ein Teil des Wassers mechanisch entfernt wird, worauf durch anschließendes Beheizen und Rühren das restliche Wasser ausgedampft wird. Dies kann in rotierenden Wischblatt-Verdampfern geschehen, wobei hier gleichzeitig mit dem Eindampfungsvorgang die Vermischung mit dem flüssigen Bitumen erfolgt. Ein anderes Verfahren benutzt einen beheizten Doppelschneckenextruder, in welchem ebenfalls unter gleichzeitiger Wasserverdampfung die Vermischung der radioaktiven Rückstände mit den Bitumen vorgenommen wird. Das aus emulsifiziertem Bitumen erzeugte Endprodukt besitzt häufig eine um zwei Größenordnungen schlechtere Auslaugbeständigkei: gegen Wasser, was vom Sicherheitsstandpunkt einen entscheidenden Nachteil bedeutet.

Werden Abwasserkonzentrate nach den beschriebenen Verfahren direkt ins heiße Bitumen eingerührt, ist das Auslaugverhalten des Endprodukts wesentlich besser. Die Vermischung erfolgt entweder durch Einrühren der Konzentrate in heißflüssiges Bitumen in einem Rührwerkbehälter oder in ähnlicher Art, wie weiter oben beschrieben. Dabei kann es leicht zu Schwierigkeiten durch Schäumen kommen. Bei allen Verfahren ist wegen der erforderlichen Dünnflüssigkeit des Bitumens eine hohe Arbeitstemperatur notwendig, was einen entsprechend hohen Wasserdampfdruck zur Folge hat. Dies erfordert vom Standpunkt der Sicherheit eine vollkommene Dichtheit der Anlagen. Weiter besteht die Gefahr von Verkrustunger, weil zur Verdampfung große Wärmemengen eingebracht werden müssen. Als nachteilig ist außerdem der apparative sowie meß- und regeltechnische Aufwand anzusehen, der sich aus der gleichzeitigen Hantierung mit Bitumen und radioaktiven Schlämmen ergibt. Bei diesen Verfahren werden Packungsdichten von 45 bis 55 Gewichtsprozent Feststoffe im Endprodukt erzielt.

So ist es durch das französische Patent 15 20 681 bekannt, daß die Vermischung der bereits getrockneten Rückstände durch Einrühren in flüssiges Bitumen erfolgt. Dafür wird allerdings ein mechanischer Rührer verwendet. Die anfallenden Wartungs- und Reparaturarbeiten sind dadurch erschwert.

In der deutschen Auslegeschrift 15 89 839 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zur Verbesserung der Tiocknung den Rückständen während des Verdampfens des Wassergehalts Körner aus porösem Material großer spezifischer Oberfläche zugefügt werden. Dieser Zuschlagstoff wird gemeinsam mit den Rückständen im Bindemittel eingebettet, wobei jedoch ein Extruder erforderlich ist, um die Vermischung zu bewerkstelligen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung radioaktiver oder toxischer Abwasser, bei dem die nach Verdampfung der Flüssigkeil verbleibenden radioaktiven oder toxischen Feststoffe in ein im flüssigen Zustand befindliches Bindemittel eingebettet werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, den für die Einbettung der Feststoffe in das Bindemittel erforderlichen apparativen Aufwand zu verringern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die ein grö-

ßeres spezifisches Gewicht als das Bindemittel aufweisenden Feststoffe auf die Oberfläche des Bindemittels gebracht werden und infolge der Schwerkraft in diesem sedimentieren.

Es hat sich in nicht zu erwartender Weise gezeigt, daß diese Verdampfungsrückstände sich durch Sedimentation im flüssigen Bindemittel, beispielsweise Bitumen, vollkommen von diesem umhüllen lassen. Dabei kommt es zu keiner Ausbildung eines Diclvegrad ;nten im Gemisch. Dies gilt allgemein für Verdampfungsrückstünde, deren Dichte größer ist als die des Bindemittels. Die auf die Oberflache des Bindemittels gebrachten Stoffe sinken infolge der Schwerkraft in diesem ab und bauen von unten nach oben wachsende Schichten auf. ini erstarrten Zustand ergibt sich sodann über den gesamten Bereich eine dichte Packung, wobei die Verteilung der Feststoffe im Bindemittel vollkommen homoge;. ist.

Der Bruch solcher Art erzeugter Biriemittei-Feststoffblöcke zeig! vollkommen umschlossene hinkigerungen. so daß die Blöcke hinsichtlich der Beständigkeit gegen Auslaugung duich Grundwasser usw. den gestellten Anforderungen entsprechen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren lallt sich der Nachteil der im allgemeinen sehr schlechten Warme leitfähigkeit des Bindemittels vermeiden, indem die Verdampfung des Wasseranteils vor der Vermischung durchgeführt wird. Weiters ist die Gefahr des Schäumens gebannt.

Die Gefahr der Bildung von Verkrustung-.·η ist gleichfalls wesentlich vermindert, da nur geringe Wärmemengen zur Erhaltung der Vcrfahrenstempcratur in das Bindemittel eingebracht werden müssen.

Ferner ergibt sich die Möglichkeit, unter gegenüber der Umgebung vermindertem Druck arbeiten zu können, wodurch der Austritt radioaktiver oder toxischer Substanzen aus der nach der Erfindung wirkenden Vorrichtung verhindert wird. ^

Das Fehlen aufwendiger Rühr- oder Mischvorrichtungen bedingt, daß die erforderlichen Anlagen zur Behandlung der radioaktiven ode toxischen Abwasser sehr einfach gestaltet werden können. Hin/u kommt noch die wesentlich vereinfachte Wartung, da insbesondere auch die Dekontamination der Anlagenteile leichter zu bewerkstelligen ist.

Von Vorteil ist auch die erhöhte Wirtschaftlichkeit. da beispielsweise weder emulsifizierte Biiumensorten noch irgendwelche Zuschlagstoffe verwendet werden müssen.

Zur Behandlung der radioaktiven oder toxischen Abwasser nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erweist sich eine Vorrichtung als vorteilhaft, die aus einem Speicherbehälter für das zu behandelnde radioaktive oder toxische Abwasser, einer Dosierungspumpe, einem Konzentrattrockner, der gleichzeitig noch als Dünnschichtverdampfer mit rotierender Trommel und feststehenden Wischerblättern ausgebildet ist, einem beheizten Sammelgefäß für das Bindemittel-Feststoffgcmisch. einem Kondensator für die Kondensierung der entstehenden Dämpfe und einem .Staubfilter zur Reinigung der Restluft besteht.

In einer weiteren Variante besteht eine solche Vorrichtung im Anschluß an den Konzentraltrockner aus einer rotierenden und beheizten Trommel zur Aufnahme einer Bindemittelschicht, einem beheizten Bindemittelbehältcr und einem Sammelgefäß für das Bindemittel-Feststoffgemisch. Die Trommel und der Bindeminplbehälter befinden sich dabei in einer nach außen abgeschlossenen Abdeckung zwischen Konzentrat-

aDgescniosseneii nuut\.».un_B ,..,.„.

trockner und Sammelgefäß. Die übrigen Anlagenteiie sind in gleicher Weise vorhanden wie bei der zuerst beschriebenen Vorrichtung.

Wie sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigte, konnte eine Packungsdichte von feO Volumenprozent Feststoffen im Endprodukt festgestellt werden, unabhängig von der Art dieser Feststofte. Bei Anwendung von Kochsalz entspricht dies beispielweise einer Einbettungsrate von etwa 75 Gewichtsprozent, das ist relativ um 40 bis 60¹V,, mehr, als bei den bekannten Verfahren erreicht werden kann.

Die erfincungsgemäßen Vorrichtungen werden an zwei Ausiührungsbeispielen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt in schematischer Anordnung die Behandlung der Abwässer und die Einbringung der radioaktiven oder toxischen Rückstände. Das von einer Aufbereitungsanlage 1 kommende radioaktive oder toxische Abwasser wird zuerst in einem Speicherbehälter 2. der als Puffergefäß dient, gesammelt. Das Abwasser isi zweckniäßigerweise bereits vorkon/.entriert, wobei sich die gesamten enthaltenen Feststoffe noch in Lösung befinden können. Über die Dosierpumpe 3 gelangt das Konzentrat in den Konzenmiurockner 4, der in geeigneter Weise als Dünnschichtverdampfer mit rotierender Trommel und feststehenden Wischerblät-U" η 5 ausgebildet sein kann. Die Trommel ist von außen mittels Heizwendeln 6 beheizt. Die Wischerblätter bewirken im Verein mit der Trommelroiution die Fortbewegung des Konzentrats, das seinen Wasseranteil abgibt, bis die gesamten Feststoffe ausgefallen sind. Diese werden bis ans Ende der Trommel geschoben und geben so ihre Restfeuchtigkeit ab. Am Ende der Trommel streift ein geeignet ausgebildeter Löftel das pulverförmige Schüttgut in das darunterstehende Sammelgefäß 7, das mit einer Heizung 8 versehen ist. Vorteilhaft ist das Sammelgefäß bis zu einer Höhe von 40% der vorgesehenen Endhöhe mit flüssigem Bindemittel gefüllt.

Die entstehenden Dämpfe werden über einen Kondensator 9 geführt, wo sie kondensiert werden. Das Kondensat wird auf seine Restaktivität überprüft und kann bei Einhaltung der zulässigen Werte abgelassen werden. Ist die Aktivität des Kondensats zu hoch, so kann dieses zur Aufbereitungsanlage 1 zurückgeführt werden. Die beim Verdampfungsvorgang mitgerissenen Staubteilchen werden von einem auswechselbaren Staubfilter 10 zurückgehalten. Die Restluft, die praktisch zur Gänze aus Leckagen stammt, wird gereinigt

abgeblasen.

Die Füllung des Sammelgefäßes wird so lange fortgesetzt, bis das vorgesehene Füllniveau erreicht ist. worauf die weitere Zufuhr von Konzentrat in den Konzentrattrockner 4 unterbrochen wird. Das Sammelgefäß wird zum Erkalten weggestellt und verschlossen.

F i g. 2 zeigt eine weitere Vo richtungsvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei jedoch die Sedimentierung der radioaktiven oder toxischen Feststoffe in einer Bindcmittelschicht erfolgt.

Im Anschluß an den Konzentrattrockner 4 befindet sich eine beheizte, rotierende Trommel 11, die in den beheizten Bindemitlelbehälter 13 eintaucht, wodurch cmc flüssige Bindemitielschicht auf die Trommel aufgebracht wird. Die radioaktiven oder toxischen Feststoffe fallen vom Konzcntratirockner 4 auf diese Bindemitielschicht, und während der Drehung der Trommel erfolgt die Einlagerung der Teilchen durch Sedimentieren im Bindemittel. Die entstandene Mischschicht wird sodann

laufend mittels eines Abstreifers 12 abgc/.ogen und das Bindemittel-Feststoffgemisch in das unbehei/tc .Sammelgefäß 7 eingebracht. Die Trommel und der Bindemittelbehältcr sind durch die Abdeckungen 14 nach außen verschlossen. Die übrigen Vorrichuingsteile sind die gleichen wie in F i g. 1 gezeigt, jedoch nicht nochmals dargestellt.

Durch diese Vorrichtungen ist es möglich, bc Wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens das gcnvcrhältnis von radioaktiven oder toxischen Ei ruiigssioffcn und Bindemitteln zueinander zu var um bestimmte Hinbettungsraten zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung radioaktiver oder toxischer Abwasser, bei dem die nach Verdampfung der Flüssigkeit verbleibenden radioaktiven oder toxischen Feststoffe in ein im flüssigen Zustand befindliches Bindemittel eingebettet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ein größeres spezifisches Gewicht als das Bindemittel aufweisenden Feststoffe auf die Oberfläche des Bindemittels gebracht werden und infolge der Schwerkraft in diesem sedimentieren.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem das zu behandelnde Abwasser aufnehmenden Speicherbehälter (2). einer Dosierungspumpe (3). einem Konzentrattrockner (4). der als Dünnschichtverdampfer mit rotierender Trommel und feststehenden Wischerblättern ausgebildet ist. einem das flüssige Bindemittel enthaltenden Sammclgefäß (7) mit der Heizung (8) sowie einem Kondensator (9) zur Kondensierung der entstehenden Dämpfe und einem Staubfilter (10) zur Reinigung der Restluft besteht.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem das zu behandelnde Abwasser aufnehmenden Speicherbehälter (2), einer Dosierungspumpe (3). einem Konzcntrattrockner (4). der als Dünnschichtverdampfcr mil rotierender Trommel und feststehenden Wischerblättern ausgebildet ist. einer die flüssige Bindemittelschicht tragenden, rotierenden und beheizten Trommel (II), einem beheizten Bindemittelbehälter (13)_v einem zur Aufnahme des durch Scdimcntierung erhaltenen Bindemittel-Feststoffgemisches dienenden Sanimeigcfäß (7). einer Abdeckung (14), sowie einem Kondensator (9) zur Kondensierung der entstehenden Dämpfe und einem Staubfilter (10) /ur Reinigung der Rcstlufl besteht.