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Verfahren zur Herstellung fester Endlagerprodukte von radio-
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aktiven Abfällen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung fester Endlagerprodukte von radioaktiven Abfällen, wobei diese mit einem
aushärtenden Bindemittel fixiert und zur Bildung von transportablen Abfallgebinden
mit einer Ummantelung versehen werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Ein solches Verfahren kommt insbesondere bei der Verfestigung von
radioaktiven Abfällen aus kerntechnischen Anlagen zur Anwendung.
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In kerntechnischen Anlagen fallen vor allem Verdampfungskonzentrate,
Altharze und Festabfälle z.B. in Form von Maschinenschrott in größeren Mengen an.
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Die Verdampferkonzentrate mit ca. 20 bis 30 Gew % Trockensubstanz
entstehen beim Eindampfen radioaktiver Abwässer.
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Die Aktivitätskonzentrationen von Verdampfungskonzentraten aus kerntechnischen
Anlagen liegen vorwiegend im Bereich zwischen 5x10-2 und ca. 50 Ci/m3.
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Die Altharze, bei denen es sich um Pulver- bzw. Kugelharze handelt,
entstehen bei der Reinigung des Kühlwassers aus dem Primär- und Sekundärkreislauf,
sowie den Brennelementlagersicken. Diese Altharze werden in Suspensionsform weiterverarbeitet.
Sie werden mit Rückspülwasser aus den Filtern ausgetragen und hydraulisch in den
Vorlagebehälter der Verfesti-Jungsanlage befördert.
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Damit diese oben genannten radioaktiven Abfälle von kerntechnischen
Anlagen gefahrenlos in einem hierfür vorgesehenen Endlager deponiert werden können,
müssen sie verfestigt und mit einer Ummantelung umgeben werden.
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Es ist allgemein bekannt, den anfallenden radioaktiven Abfall in einer
Zementmatrix zu fixieren. Dabei werden die Abfälle, nach Sorten getrennt, innerhalb
solcher Matrizen verfestigt.
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Der mit Zement vermischte bzw. umgossene Abfall wird zusätzlich in
Rollreifenfässer eingefüllt. Diese haben ein Fassungsvermögen von ca. 200 1. Bei
der derzeitig durchgeführten separaten Verfestigung von radioaktiven Abfällen mit
Zement, wie oben beschrieben, beträgt das Volumenverhältnis zwischen dem Rohabfall
(radioaktive Abfälle) zu den Zuschlagstoffen, inaktiver Zement und inaktives Wasser
ca. 1 : 2. Dadurch kommt es pro Jahr zu einer sehr hohen Anzahl von Abfallgebinden.
Dies ist sehr nachteilig, da für die Lagerung der verfestigten Endprodukte von radioaktiven
Abfällen nur betriebseigene Zwischenlager sowie Landessammelstellen zur Verfügung
stehen, deren Aufnahmekapazität begrenzt ist. In
Deutschland sind
im Augenblick noch keine Endlagerstätten vorhanden, so daß die Kosten für die Zwischen-
und Endlagerung schon heute sehr stark von der Faßzahl abhängen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit denen die Anzahl der festen, endlagerungsfähigen Abfallgebinde
pro Jahr unter gleichzeitiger Beibehaltung bzw. Erhöhung des in den Abfallgebinden
enthaltenen Anteils an radioaktiven Abfällen reduziert werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens ein aushärtendes Mischprodukt
aus vorgebbaren Anteilen an inaktivem Zement, sowie flüssigen und getrockneten radioaktiven
Abfällen hergestellt und in Behälter gefüllt wird.
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In vorteilhafter Weise wird das Mischprodukt in Rollreifenfässer mit
jeweils einem Aufnahmevolumen von ca. 200 1 gefüllt.
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Es besteht ferner die Möglichkeit, das nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Mischprodukt über bereits in Rollreifenfässer eingefüllte
Festabfälle zu gießen, wobei das Nutzvolumen der Rollreifenfässer etwa zu 50 % von
den Festabfällen ausgefüllt wird.
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Bei der Herstellung des Mischprodukts werden radioaktive flüssige
Verdampfungskonzentrate mit einem maximalen Feststoffanteil von 20 bis 30 Gew %
Trockensubstanz verwendet. Ferner werden dem Mischprodukt getrocknete Altharze mit
einem maximalen Wassergehalt von 30 % zugefügt. Anstelle der flüssigen Verdampferkonzentrate
kann zur Herstellung des Mischprodukts auch das beim Trocknen der Altharze ausgeschiedene
Wasser verwendet werden. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Mischprodukt
wird vorzugsweise aus 37,7 % in-
aktivem Zement, 27,7 % Verdampferkonzentrat
und 33,3 % Altharz hergestellt. Überschüssige Verdampferkonzentrate, die bei der
Bildung des Mischprodukts nicht aufgebracht werden, können mit einer für die Verfestigung
erforderlichen Menge an Zement vermischt und direkt in Rollreifenfässer gefüllt
werden. Ebenso kann mit dem beim Trocknen der Altharze ausgeschiedenen Wasser verfahren
werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine beachtliche Verringerung
des Gesamtvolumens der endzulagernden Abfallgebinde möglich. Insbesondere können
mit diesem Verfahren gegenüber den bisher bekannten Maßnahmen ca. 20 % des bisherigen
Gesamtvolumens an Abfallgebinden eingespart werden, wobei die jährliche Menge des
radioaktiven Abfalls beibehalten und auf die jetzige Anzahl der Abfallgebinde verteilt
wird. In vorteilhafter Weise kann das mit dem erfindungsgemäße Verfahren hergestellte
Mischprodukt ebenfalls in transport- und lagerungsgünstige Behälter, insbesondere
in die bereits bekannten Rollreifenfässer eingefüllt werden.
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Die Erfindung bedient sich durch Durchführung des Verfahrens einer
Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Trockner für Altharze
und ein Verdampfer für Verdampferkonzentrate mit jeweils mindestens einem nachgeschalteten
Vorlagebehålter vorgesehen sind, und daß ein Mischer über mindestens eine Zuleitung
mit diesen Vorlagebehältern und einem zusätzlichen Vorlagebehälter für Zement verbunden
ist.
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In vorteilhafter Weise sind in die den Mischer mit den Vorlagebehältern
verbindenden Zuleitungen steuerbare Ventile eingebaut, mit denen die dem Mischer
zuführbaren Mengen an Altharzen, Verdampferkonzentraten und Zement geregelt werden
können.
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In vorteilhafter Weise ist der Mischer mit mindestens einer Austrittsöffnung
versehen, die über der Öffnung des jeweils zu füllenden Fasses angeordnet werden
kann.
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In vorteilhafter Weise können mit der Vorrichtung die Altharze getrocknet
und die radioaktiven Abwässer soweit verdampft werden, daß sie etwa 20 bis 30 Gew
% an Trockensubstanz aufweisen.
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Die getrockneten Altharze sowie die Verdampferkonzentrate können auf
einfache Weise in getrennten Vorlagebehältern gespeichert werden. Die Herstellung
des erfindungsgemäßen Mischprodukts erfolgt auf einfache Weise, da der Mischer mit
den hierfür erforderlichen Vorlagebehältern direkt verbunden ist, so daß ihm über
eine entsprechende Steuerung jeweils die für die Erzeugung des MisPhprodukts erforderlichen
Mengen der oben angegebenen Stoffe zugeführt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert
und der mit der Erfindung erzielbare Fortschritt dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf in einer Diagrammdarstellung,
Fig. 2 die für die Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung, Fig. 3 das
bisher angewandte Verfahren, ebenfalls in einer Diagrammdarstellung.
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Wie dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm zu entnehmen ist, dient das
erfindungsgemäße<Verfahren der Verfestigung von in kerntechnischen Anlagen anfallenden
radioaktiven Stoffen, insbesondere von Festabfällen, Altharzen und Verdampfungskonzentraten.
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Bei dem in Fig. 1 im Diagramm schematisch dargestellten Verfahren
wird zur Erläuterung desselben beispielsweise davon ausgegangen, daß jährlich etwa
50 m3 Festabfälle, 300 m3 Verdampfungskonzentrate und 150 m3 Altharze anfallen.
Bei den Mengenangaben bezüglich der radioaktiven Abfälle handelt es sich nur um
angenommene Werte, mit denen die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
erläutert werden soll. Das Verfahren kann selbstverständlich auch beim Vorliegen
größerer oder kleinerer Mengen der oben genannten radioaktiven Abfälle angewendet
w rden.
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Die drei oben genannten Arten von radioaktiven Stoffen sind nicht
die einzigen Abfallprodukte, die in kerntechnischen Anlagen anfallen Es handelt
sich hierbei jedoch um drei wesentliche Abfallprodukte, da sie in sehr großen Mengen
entstehen und ihre Beseitigungskosten den größten Anteil an den gesamten Entsorgungskosten
für rasdioaktive Abfälle ausmachen.
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Bei den Verdampferkonzentraten handelt es sich um flüssige radioaktive
Abfälle mit ca. 20 bis 30 Gew % Trockensubstanz.
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Die Verdampferkonzentrate entstehen beim Eindampfen der in kerntechnischen
Anlagen anfallenden radioaktiven Abwässer.
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Die Altharze, insbesondere Pulver- bzw. Kugelharze, entstehen bei
der Reinigung des Kühlwassers vom Primär- und Sekundär-
kreislauf,
sowie der Brennelementlagerbecken. Sie werden in Suspensionsform bzw. nutschenfeucht
weiterverarbeitet.
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Werden die Altharze als Suspension weiterbehandelt, so werden sie
mit Rückspülwasser aus den Filter apparaturen ausgetragen und hydraulisch in die
Verfestigungsanlage befördert.
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Bei nutschenfeuchten Altharzen wird das stichfeste Produkt mit einer
mechanischen Förderschnecke in die Verfestigungsanlage transportiert.
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Bei den ebenfalls in sehr großen Mengen anfallenden Festabfällen handelt
es sich um kontaminierten bzw. aktivierten Maschinenschrott und ähnliches Material.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird die in Fig. 2 dargestellte
Vorrichtung verwendet. Sie umfasst im wesentlichen einen Trockner 1, einel Verdampfer
2, sowie drei Vorlagebehälter 3,4 und 5 für Altharz, Verdampferkonzentrate und Zement
sowie einen Mischer 6. Wie bereits oben erwähnt, wird das Altharz mittels Rückspülwasser
aus den Filterapparaturen ausgetragen und hydraulisch in den Trockner 1 befördert.
Hierin wird das Altharz so lange behandelt, insbesondere getrocknet, bis es nur
noch einen Wasseranteil von ca. 30 % aufweist. Anschließend wird es in den für getrocknete
Altharze bestimmten Vorlagebehälter 3 weitergeleitet.
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Die vorliegenden radioaktiven Abwässer werden dem Verdampfer 2 zugeführt.
Die hierin gebildeten Verdampferkonzentrate werden in den Vorlagebehälter 4 gefüllt.
Der Mischer 6 ist über mindestens je eine Zuleitung 8,9,10 mit jedem der drei Vorlagebehälter
3,4, und 5 verbunden. In die Zuleitung 8, 9 und 10 sind steuerbare Ventile (hier
nicht dargestellt) eingebaut, mit denen sich die dem Mischer 6 zuführbarenMengezan
Altharz,
Verdampferkonzentrat und Zement regeln läßt.
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Zur Herstellung der festen Endlagerprodukte von radioaktiven Abfällen
wird unter Zuhilfenahme des Mischers 6 aus dem inaktiven Zement, dem getrockneten
Altharz und den Verdampferkonzentraten das erfindungsgemäße Mischprodukt erzeugt.
Bei dem hier beschriebenen Beispiel erhält das Mischprodukt 33,3 % Altharz, 27,7
% Verdampferkonzentrat und 37,7 % inaktiven Zement. Das im Mischer erzeugte Mischprodukt
wird nach dessen Fertigstellung entnommen und in die bereit gestellten Rollreifenfässer
7 gefüllt.
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Die oben erwähnten Festabfälle werden ebenfalls in solche Rollreifenfässer
7 gefüllt. Die Abfüllung erfolgt separat und ist hier nicht dargestellt. Insbesondere
werden die Rollreifenfässer 7 nicht vollständig mit den Festabfällen ausgefüllt.
Insbesondere werden in die hierfür vorgesehenen Rollreifenfässer nur so viele Festabfälle
eingefüllt, daß diese in einer Schüttdichte von ca. 50 % vorliegen. Das restliche
Nutzvolumen dieser Rollreifenfässer wird mit dem im Mischer 6 aus Verdampferkonzentraten,
Altharzen und Zement erzeugten Mischprodukt ausgefüllt.
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Die Rollreifenfässer 7, die keine Festabfälle enthalten, werden vollständig
mit dem Mischprodukt gefüllt. Um eine kontinuerliche Entleerung des Mischers 6 zu
gewährleisten, wird fortlaufend immer ein zu füllendes Rollreifenfaß 7 unter der
Öffnung des Mischers angeordnet. Fallen, wie beispielsweise angenommen, jährlich
50 m3 Festabfälle an und werden die Festabfälle in Rollreifenfässer 7 mit einem
Fassungsvermögen von 200 1 eingefüllt, so können in dem restlichen Nutzvolumen dieser
Rollreifenfässer 7 etwa 50 m3 des Mischprodu]cts untergebracht werden. Insgesamt
werden dann jährlich 500 der oben erwähnten Rollreifenfässer 7 mit den Festabfällen
und dem erwähnten Mischprodukt gefüllt.
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Weitere 400 m3 des aus Verdampferkonzentraten, Altharzen und Zement
erzeugten Mischprodukts werden ohne Zugabe weiterer Abfälle ebenfalls in Rollreifenfässer
7 mit einem Fassungsvermögen von 200 1 gefüllt. Es entsteht dadurch eine Anzahl
von 2000 Fässern pro Jahr, die nur mit dem oben beschriebenen Mischprodukt gefüllt
sind.
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Sind, wie bei dem hier beschriebenen Beispiel jährlich 300 m3 Verdampferkonzentrate
zu verfestigen, so kann beim Vorliegen der oben angegebenen Menge an Altharzen und
Zement diese Menge nicht vollständig bei der Herstellung des Mischprodukts aufgebracht
werden. Der verbleibende Rest an Verdampferkonzentrat wird getrennt verfestigt.
Insbesondere wird dieser Verdampferkonzentratüberschuß nur mit inaktivem Zement
vermischt und in Rollreifenfässer gefüllt. Es entstehen dadurch weitere 1700 Abfallgebinde.
Wie bereits oben erwähnt, werden die aus den Filtern ausgespülten Altharze getrocknet.
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Das hierbei abgeschiedene radio aktive Wasser kann ebenfalls durch
Zufügen von Zement und Abfüllen in Rollreifenfässer endlagerungsfähig verfestigt
werden.
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Bei dem zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen
Beispiel werden insgesamt 4200 Rollreifenfässer a 200 1 gefüllt, die als endlagerungsfähige
Abfallgebinde zunächst in den hierfür vorgesehenen Zwischenlagern untergebracht
werden.
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In Fig. 3 ist ebenfalls schematisch im Diagramm das bisher angewendete
Verfahren zur Verfestigung radioaktiver Abfälle dargestellt. Wie dem Diagramm zu
entnehmen ist, fallen bei dem bisherigen Verfahren jährlich 5500 Rollreifenfässer
a 200 1 mit radioaktiven Abfällen anq wobei die Menge der in den Abfallgebinden
enthaltenen radioaktiven Abfälle genau so groß ist, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten,
erfindungsgemäßen Verfahren. Bei der herkömmlichen Verfestigungsart werden die radioaktiven
Abfälle nach Sorten getrennt, separat
mit inaktiver Zementmilch
verfestigt. Zur Herstellung dieser Zementmilch wird inaktives Wasser verwendet.
Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig auf die Verwendung
von inaktivem Wasser verzichtet. Beim Vorliegen gleicher Mengen an radioaktiven
Abfällen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt 1300 Rollreifenfässer
a 200 1 pro Jahr eingespart werden.