-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entwässern von
einer oder mehreren feststoffhaltigen Substanzen, wie Kugelharzen,
Pulverharzen, Filterhilfsmitteln, Filterschlämmen, Abrasivmitteln und/oder
Schlämmen,
wobei die Substanz in Form einer Suspension in einen verschließbaren Behälter gefüllt und über ein
in dem Behälter
angeordnetes Filter Flüssigkeit über ein
Saugrohr abgesaugt wird,
wobei in einem ersten Entwässerungsschritt über das
zumindest eine Filter Flüssigkeit
derart abgesaugt wird, dass ein Zusetzen des Filters durch Feststoffe
unterbleibt oder weitgehend unterbleibt, während oder nach dem ersten
Entwässerungsschritt
der Behälter
luftdicht verschlossen wird und durch weiteres Absaugen von Flüssigkeit
der zumindest abschnittsweise flexibel ausgebildete Behälter zusammengedrückt und
auf die in dem Behälter
vorhandenen Feststoffe zum Herausdrucken von weiterer Flüssigkeit
als zweiten Entwässerungsschritt
drückt, wie
beispielsweise aus der
EP
238 895 B1 bekannt.
-
Ferner
bezieht sich die Erfindung auf eine Anordnung zum Entwässern von
einem oder mehreren feststoffhaltigen Substanzen wie Kugelharzen, Pulverharzen,
Filterhilfsmitteln, Filterschlämmen,
Abrasivmitteln und/oder Schlämmen
wie Seilsägeschlämmen, umfassend
einen Behälter
und zumindest ein in dem Behälter
angeordnetes Filter mit an eine Unterdruckquelle anschließbarem Saugrohr, wobei
der Behälter
eine flexible Hülle
ist, in dem das zumindest eine Filter angeordnet ist, wie beispielsweise
aus der
DE 38 33 134
A1 bekannt.
-
In
kerntechnischen Anlagen fallen während des
Betriebs diverser Wasseraufbereitungen, wie zum Beispiel Primärkreisreinigung,
Kondensatreinigung oder Abwasserreinigung, bei Reinigungsarbeiten
zum Beispiel des Brennelementbeckens, von Sümpfen oder bei einer Dekontamination
oder auch bei Um- oder Abbauarbeiten Feststoffe an, die entsorgt
werden müssen.
Hierbei handelt es sich zum Beispiel um Kugelharze, Pulverharze,
Filterhilfsmittel, Aktivkohle, Filtersand, Zeolite, Abrasivmittel,
Sägeschlämme oder
andere Schlämme,
die grundsätzlich
radioaktiv beladen sind.
-
Um
den Entsorgungskriterien der Zwischen- und Endlager zu genügen, müssen diese
entsprechend der geltenden Lagerbedingungen mit weniger als 1% freies
Wasser in dem Zwischen- bzw. Endlagergebinde (Behälter) konditioniert
sein. Aus wirtschaftlichen Gründen
ist es anzustreben, dass die Behälter
nahezu vollständig
mit den entwässerten Feststoffen
befüllt
werden.
-
Während die
Entwässerung
von relativ groben Feststoffen wie zum Beispiel Kugelharzen oder Abrasivmitteln über eine
mechanische Absaugung über
einen Filterkorb möglich
ist, müssen
feinere Feststoffe wie Filterhilfsmittel oder Schlämme thermisch
entwässert
werden.
-
Es
ist gängige
Praxis, dass nicht manuell handhabbare Rückstände zur Entwässerung über Zwischenbehälter in
Endlagerbehälter
gefüllt
werden. Dabei ist zu beachten, dass im Regelfall der Endlagerbehälter bei
höher aktiven
Abfällen
nur wenige Öffnungen – häufig nur
drei Öffnungen – mit Durchmessern
von ca. 60 mm aufweisen. Dabei befinden sich die Öffnungen
auf einem engen Teilkreis im Zentrum des den Endlagerbehälter verschließenden Deckels.
In der Praxis gelangen aber auch Endlagenbehälter mit größeren Öffnungen zum Einsatz.
-
Üblicherweise
erfolgt die Befüllung
der Behälter
chargenweise, indem eine Feststoffe enthaltende Suspension über eine
Befüllöffnung eindosiert, das
Transportwasser entfernt und sodann in das frei gewordene Volumen
erneut Suspension eingefüllt wird.
-
Um
hohe Füllgrade
in dem Behälter
(Endlagergebinde) zu erreichen, sind häufige Wiederholungen der immer
kleiner werdenden Chargenvolumina erforderlich. Typische und wirtschaftlich
mit vertretbarem Aufwand erzielbare Füllgrade liegen bei 80%–90% des
Gebindes (Behälter).
-
Zur
Entwässerung
von Kugelharzen und anderen Abfällen,
also Substanzen mit einer relativ großen Feststoffgröße ist es
bekannt, in einer Senke am Boden des Behälters ein Filterkasten mit
Absaugrohr einzubauen, der über
das Absaugrohr durch Unterdruck abgesaugt werden kann. Der Filterkasten,
d. h. das Filter ist horizontal über
Abstandshalter zum Boden beabstandet angeordnet und hat die Funktion, Feststoffpartikel
zurückzuhalten.
Als Filter kommen Kantenspaltfilter in Frage, bei denen es sich
um ein reines Oberflächenfilter
(Siebeffekt) handelt. Andere Ausgestaltungen von Filtern sehen ein
poröses,
gesintertes Rohr zur Entwässerung
vor.
-
Mit
entsprechenden Verfahren lassen sich radioaktiv beladene Feststoffe
(Substanzen) entwässern,
die eine gravimetrische Drainage des Wassers erlauben, also genügend Poren
bzw. Lückenvolumen aufweisen.
Typische Vertreter entsprechender Feststoffpartikel sind Kugelharze
oder andere Substanzen mit Feststoffgrößen, bei denen die Partikel
zum Beispiel größer als
0,5 mm sind.
-
Beladene
Feststoffe wie zum Beispiel Filterhilfsmittel oder andere Schlämme mit
kleineren Partikelgrößen und
geringeren Lückenvolumina
zwischen den Feststoffpartikeln können auf diese Weise nicht entwässert werden,
da in den Poren befindliches freies Wasser nicht oder nur sehr langsam
gravimetrisch zum Boden des Behälters
fließt.
-
Entsprechende
Substanzen bzw. Feststoffschüttungen
mit nahezu ausschließlich
sehr feinen Partikeln, wie diese bei Filterhilfsmitteln oder Seilsägeschlämmen anfallen
und Partikelgrößen sehr
viel kleiner als 0,5 mm aufweisen, können mit dem zuvor geschilderten
Verfahren aufgrund des Zusetzen des Filters sowie der entstehenden
hohen Druckunterschiede im Filterkuchen nicht bis zu den Entsorgungskriterien
entwässert
werden, d. h., dass das freie Wasser nicht unter 1% liegt.
-
Aufgrund
der fehlenden Möglichkeit,
entsprechende Substanzen mechanisch zu entwässern, können diese Feststoffe nur durch
thermische Trocknung endlagergerecht entsorgt werden. So ist zum Beispiel
die Trocknung außerhalb
des Endlagergebindes möglich,
um sodann dieses mit einem trockenen Produkt zu befüllen. Allerdings
zeigt diese Verfahrensweise folgenden Nachteil:
- – Schüttvolumen,
- – Hantierung
der Trockenstoffe (Dosis, Aerosolbildung, Kontamination),
- – Kosten
für Trockner
und Hantierungsgeräte.
-
Alternativ
wurde versucht, Filterhilfsmittel durch chargenweises Dosieren abzufüllen und
mittels eines Fasstrockners das Wasser zu entfernen. Die erreichten
Füllgrade
betrugen ca. 30%. Daher sind die entsprechenden Maßnahmen
zeitlich, technisch und wirtschaftlich aufwendig und daher wenig sinnvoll.
-
Im
Fall von Fasstrocknern findet zunächst ein sehr langsamer und
somit teurer und zeitaufwendiger Trocknungsvorgang statt. Ursächlich hierfür sind die
Aufheizzeiten des Endlagerbehälterwerkstoffs
von acht Stunden und mehr, da Endlagerbehälter üblicherweise aus globularem
Grauguss bestehen und Wandstärken
von 12–15
cm aufweisen. Sodann sind der Wärmeübergang
bzw. -transport in den Feststoff, Diffusion des Wasserdampfes durch
die Feststoffmatrix, das Fehlens eines Transportmediums für Wasserdampf,
Abkühlung
des Gebindes über
acht und mehr Stunden zu berücksichtigen,
um mit den Behältern
nach der Konditionierung wieder hantieren zu können.
-
Daher
ist kein technisch relevantes und wirtschaftliches Verfahren bekannt,
welches effizient Schlämme
und andere Feststoffe als Substanzen mit hohem Feinanteil endlagergerecht
konditionieren kann.
-
Ein
gattungsgemäßes Verfahren
ist der
EP 0 238 895
B1 zu entnehmen. Dabei sind in einem Behälter übereinander
Lamellen aufweisende Filter angeordnet, über die Flüssigkeit abgesaugt wird.
-
Gegenstand
der
DE 34 15 606 A1 ist
eine Filtriereinrichtung zur Behandlung feststoffhaltiger radioaktiver
Abwässer,
die in ein starres Fass eingefüllt werden.
-
In
der
DE 38 33 134 A1 wird
eine Einrichtung zum Aufbewahren radioaktiver Stoffe beschrieben. Dabei
ist in einem Außenbehälter ein
Einsatz vorgesehen, der einen dünnwandigen
Zwischenbehälter aus
elastischem Material umfasst.
-
Der
US 4 983 282 A ist
eine Anordnung zum Entwässern
radioaktiven Schlamms zu entnehmen. In einem steifen Außenbehälter ist
ein Vakuumfilter angeordnet, das eine Hohlzylinderform aufweist.
Das Vakuumfilter ist von einer Membran umgeben, um durch Druckbeaufschlagung
den von der Membran umgebenen Raum zusammenzudrücken.
-
-
Um
Flüssigkeit
aus Schlämmen
zu entfernen, sieht die
DE
37 88 241 T2 einen starren Behälter vor, der bodenseitig konisch
ausgebildet ist.
-
Um
das Volumen einer Feststoffe enthaltenden Dispersion zu reduzieren,
ist nach der
WO 2005/087343
A1 ein zusammendrückbarer
Behälter vorgesehen,
der umfangsseitig Öffnungen
aufweist, in denen Filter eingesetzt sind, um beim Zusammendrücken des
Behälters
Filtrat austreten zu lassen.
-
Radioaktive
Abfälle
werden nach der
US 6 040
491 A in einen als Sack ausgebildeten Filtriercontainer
eingebracht, um Flüssigkeit
mittels Unterdruck aus dem Sack zu entfernen.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass
ein effizientes und wirtschaftliches Entwässern von feststoffhaltigen
Substanzen möglich
ist, um Lagerbedingungen zu erzielen, bei denen der Anteil des freien
Wassers weniger als 1% beträgt.
Auch sollen die entwässerten
Substanzen raumsparend lagerbar sein. Eine Kontamination durch das
zum Einsatz gelangende Filter soll ausgeschlossen werden.
-
Zur
Lösung
der Aufgabe sieht die Erfindung verfahrensmäßig vor, dass als Filter ein
verlorenes Filter in Form einer Filterlanze mit dem unter Einhaltung
eines Ringspalts von einem Filtermedium umgebenden Saugrohr verwendet
wird.
-
Insbesondere
ist vorgesehen, dass das Saugrohr mit Unterdruck derart beaufschlagt
wird, dass sich zwischen Außen-
und Innenseite des eine Hohlzylindergeometrie aufweisenden Filtermediums eine
Druckdifferenz Δp
ausbildet, die ein Ansaugen von Luft ausschließt. Dabei wird der Unterdruck
zwischen der Innenseite und der Außenseite des Filtermediums
derart eingestellt, dass die Druckdifferenz Δp ≤ 800 mbar, vorzugsweise 100 mbar ≤ Δp ≤ 600 mbar
bei einer Porenweite W des Filtermediums von vorzugsweise 5 μm ≤ W ≤ 50 μm, insbesondere
W in etwa 10 μm,
beträgt.
-
Bei
dem Aufbau des Unterdrucks, also der Druckdifferenz zwischen Innen-
und Außenseite
des hohlzylinderförmigen
Filtermediums ist darauf zu achten, dass eine Staffelung derart
erfolgt, dass der Unterdruck langsam gesteigert wird, um zu Beginn der
Entwässerung
eine zu hohe Druckdifferenz zu vermeiden. Durch diese Maßnahme werden
in dem beim Befüllen
des Endlagenbehälters
um den Tiefenbettfilter quasi angeschwemmten Filterkuchen feine Kapillaren
gebildet. Hierdurch wird gleichzeitig vermieden, dass mit dem zu
entfernenden Wasser zu hohe Anteile an Feinanteilen aus dem Feststoff
mitgerissen werden, die gegebenenfalls vorzeitig das Filter zusetzen.
-
Die
Filterlanze kann beim zweiten Entwässerungsschritt eine gewünschte Position
in der flexiblen Hülle
einnehmen, muss folglich nicht vertikal angeordnet werden. Beim
ersten Entwässerungsschritt sollte
jedoch bei der Verwendung einer oder mehrerer Filterlanzen eine
vertikale Ausrichtung bevorzugt sein.
-
Erfindungsgemäß wird in
dem zweiten Entwässerungsschritt
ein weiteres Entwässern
dadurch erreicht, dass durch das Zusammenziehen des flexiblen Behälters die
Flüssigkeit
aus den Feststoffen quasi herausgequetscht wird. Dabei sind die
eine oder mehreren Filterlanzen – nachstehend auch allgemein
als Filter bezeichnet – mit
einer Saugvorrichtung wie Vakuumpumpe verbunden, um Flüssigkeit abzusaugen.
Gleichzeitig bildet sich in dem Behälter ein Unterdruck aus, der
ein Zusammenziehen des Behälters
bewirkt. Um hierbei eine optimale Verformung zu ermöglichen,
ist der Behälter
insbesondere als flexible Hülle
ausgebildet. Die flexible Hülle
kann z. B. aus einem ein- oder mehrlagigen Plastiksack oder einer
anderen geeigneten eine Eigensteifigkeit in einem Umfang nicht aufweisenden
Umhüllenden, die
beim Absaugen der Flüssigkeit
sicherstellt, dass die Umhüllende
durch den auf diese einwirkenden Luftdruck zusammengedrückt wird,
bestehen.
-
Durch
diese Maßnahmen
besteht die Möglichkeit,
dass bei vollständiger
Evakuierung der flexiblen Hülle
auf diese durch den Luftdruck eine Flächenpressung von ca. 10 000
kg/m2 wirkt.
-
Erfindungsgemäß erfolgt
ein Entwässern von
Flüssigkeit
enthaltenden Feststoffen bzw. Suspensionen, bei denen es sich nicht
um radioaktive Materialien handeln muss, dadurch, dass zunächst in den
Behälter
die Suspension bzw. die Feststoffe eingefüllt werden. Dabei kann bereits
eine Feststoffabscheidung durch Sedimentation in dem sogenannten dritten
Entwässerungsschritt
erfolgen. Anfallende Flüssigkeit
wird abgesaugt. Sollte hierbei ein Filtrationselement eingesetzt
werden, so wird dieses bevorzugt zusätzlich zu dem für den zweiten
und dritten Entwässerungsschritt
erforderlichen Filter eingebaut. Dieses zusätzliche Filter kann bei der
Anpassung der Filterfläche
berücksichtigt
werden.
-
In
dem nach dem Befüllen
und ggfs. dem Sedimentieren durchzuführenden ersten Entwässerungsschritt
wird ein sanftes Entwässern
durchgeführt,
wobei sichergestellt ist, dass das Filter bzw. die Filter während der
Anschlämmung
mit Feststoffen nicht unzulässig
beladen werden. Nach der Anschlämmung
der Feststoffe werden sodann Lücken- oder Kapillarwasser
vorsichtig abgesaugt, und zwar aufgrund der geringen Druckdifferenz
wischen Innen- und Außenfläche des
Filtermediums, so dass das Wasser aus den Kapillaren abfließt, ohne
größere Mengen
an Feststoffpartikeln mitzureißen.
Nachdem dieser sanfte Entwässerungsschritt
abgeschlossen ist, wird der Behälter,
der erwähntermaßen vorzugsweise
als flexible Hülle
ausgebildet ist, luftdicht verschlossen. Sodann wird mittels der
Saugvorrichtung die flexible Hülle über das
bzw. die Filter evakuiert. Der zunehmende Unterdruck führt dazu,
dass die Feststoffe mit dem herrschenden Luftdruck zusammengequetscht
werden. Das dabei aus der Feststoffmatrix herausgedrückte Wasser
wird über
die Filterelemente und die Saugrohre abtransportiert.
-
Beim
Absaugen kann die flexible Hülle
aus Gründen
der Abschirmung bzw. Hantierung permanent oder temporär in einen
strukturgebenden Behälter
wie z. B. 200-Liter-Fass oder Gussbehälter eingebracht werden.
-
Sofern
die Druckdifferenz zwischen Luftdruck und Innendruck in der flexiblen
Hülle nicht
ausreicht, die Feststoffe im erforderlichen Umfang zu entwässern, ist
in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die flexible Hülle von
einem geeigneten Druckbehälter
wie Druckhülle
umgeben wird und der Zwischenraum zwischen dem Druckbehälter und
der flexiblen Hülle
mit einem Fluid wie Wasser oder Luft beaufschlagt wird. Hierdurch
erfolgt eine weitere Komprimierung der Feststoffe.
-
Das
bzw. die Filter verbleiben in der Umhüllenden, sind also verlorene
Filterelemente. Somit wird jede flexible Hülle im Gegensatz zu etablierten Entwässerungsverfahren
mit einem neuen unbelasteten Filter und damit einer unbelasteten
Filterfläche bestückt.
-
Um
auszuschließen,
dass beim Zusammendrücken
der flexiblen Hülle
aufgrund unregelmäßig geformter
Feststoffklumpen, die während
des Entwässerungsvorgangs
sich ausbilden, unerwünschte Verformungen
der flexiblen Hülle
auftreten, die ein gleichmäßiges Entwässern der
Feststoffe verhindern könnten,
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Formveränderung
der flexiblen Hülle
beim Absaugen der Flüssigkeit
durch eine Strukturierung und/oder Einlagen in der flexiblen Hülle beeinflusst wird.
Dies kann z. B. mittels Spiralen erfolgen, die einen Ziehharmonika-Effekt
hervorrufen können.
-
Durch
die Formbeeinflussung der „schrumpfenden" flexiblen Hülle ist
eine Volumenoptimierung erreichbar. Dies wiederum ermöglichst
eine Optimierung der Füllgrade
in Überbehältern, in
die mehrere erfindungsgemäß entwässerte und
feststoffgefüllte flexible
Hüllen
zum Transport oder Lagerung eingebracht werden.
-
In
Abhängigkeit
von der Feststoffmasse, deren Entwässerungsverhalten und Zielsetzung
ist ein mehrfaches Nachbefüllen
der flexiblen Hülle
möglich, wodurch
die in einer flexiblen Hülle
einbringbare Feststoffmasse optimiert wird.
-
Die
erfindungsgemäße Lehre
ermöglicht, dass
das in Feststoffzwickeln vorliegende Wasser abgesaugt und Schwundrisse
noch in der Entstehungsphase zusammengedrückt werden.
-
Die
erfindungsgemäße Lehre
bietet jedoch noch weitere Vorteile. Um Lager- wie Endlagerbehälter optimal
befüllen
zu können,
besteht die Möglichkeit,
dass die in der flexiblen Hülle
entwässerten Feststoffe
aus der Hülle
entfernt werden, um in einen Lagerbehälter eingebracht zu werden.
Dies kann erfolgen, da eine Aerosolfreisetzung nicht zu befürchten ist.
-
Zur
Unterstützung
der Entwässerung
besteht in hervorzuhebender Weiterbildung der Erfindung die Möglichkeit,
die flexible Hülle über ein
Zuluftventil pulsierend zu belüf ten,
wobei darauf zu achten ist, dass unter Einhaltung einer Druckdifferenz
zur Umgebung weiterhin eine Entwässerung
erfolgt. Die Luft ist vorzugsweise getrocknet, so dass beim Durchströmen der
flexiblen Hülle
eine weitere Entwässerung
durch Sättigung
der durchströmenden
Luft erfolgt.
-
Abhängig von
der Wassermenge und Abluftführung/-Konditionierung
kann auch eine Nachkondensation über
Kühler
und Destillatsammelbehälter entfallen
und die feuchte Luft direkt an die Umgebung bzw. an ein Abluftsystem
abgegeben werden.
-
Bei
einer pulsierenden Betriebsweise, insbesondere schnellen Druckveränderungen
kann ein Aufbrechen des Feststoffkuchens und damit ein Einhergehendes Öffnen neuer
Kapillare erfolgen, die sowohl die mechanische Entwässerung
verbessern als auch einen schnelleren Feuchtigkeitsabtransport durch
die trockene Spülluft
ermöglichen.
-
Durch
Erhöhung
der Zulufttemperatur bzw. Absenkung der relativen Feuchte besteht
die Möglichkeit,
weiteres Wasser aus den Feststoffen zu entfernen, das durch die
aufgrund der Druckdifferenz erzeugbaren mechanischen Drücke nicht
entfernbar, also „herausquetschbar" ist.
-
Abgesehen
von thermischen Trocknungsverfahren wird dadurch ein Vortrocknen
mit hygroskopischen Substanzen ein Großteil des Wassers entzogen,
das Organismen zum Metabolisieren und damit zur Gasbildung benötigen.
-
In
dem ersten Entwässerungsschritt
wird das Filter nicht im klassischen Sinne eingesetzt. Klassisch
wird eine Suspension zum Filter gespült und darin enthaltene Feinanteile
setzen das Filtermedium mit der Zeit nach und nach über den
sich ausbildenden Filterkuchen zu.
-
Aufgrund
der erfindungsgemäßen Lehre
wird der Filterkuchen, d. h. die Feststoffe unabhängig von dem
Filter angeschwemmt, so dass das Filter während der Anschwemmung nicht
beladen wird.
-
Nach
der Anschwemmung der Feststoffe kann sodann Lücken- oder Kapillarwasser vorsichtig abgesaugt
werden, und zwar aufgrund der geringen Druckdifferenz, so dass das
Wasser aus den Kapillaren abfließt, ohne größere Mengen an Feststoffpartikeln
mit zureißen.
Vielmehr werden die Feststoffpartikel wie in einem Tiefenfilter
in den angeschwemmten Feststoffen durch Adhäsion, Koagulation und andere Kräfte zurückgehalten
und nahezu nur Flüssigkeit zum
und durch das Tiefenbettfilter transportiert.
-
Hierdurch
bedingt entsteht ein mit Kapillaren durchsetztes Feststoffgefüge, wodurch
effizient freies Wasser abgesaugt wird, ohne dass sich das Filterelement
vorzeitig zusetzen kann.
-
Durch
das Eigengewicht des Feststoffes wird der Entwässerungsvorgang zusätzlich unterstützt und
freies Wasser in die Kapillaren gedrückt, von denen aus in zuvor
beschriebener Art das Wasser abgesaugt werden kann.
-
Dabei
können
Trocken-/Schwundrisse in dem Feststoffgefüge auftreten. Die Entwässerungsrate
ist nach Entfernung des freien Wassers abhängig von der durch die Feststoffeigenverdichtung
aus der Feststoffmatrix herausgedrückte Wassermenge.
-
In
Abhängigkeit
von der Steifigkeit der Feststoffmatrix können bei bestimmten Abfällen wie
Sägeschlämmen oder
bestimmten Filterschlämmen
auf diese Weise noch teilweise erhebliche Mengen an Wasser in den
Zwickeln der Feststoffpartikel vorliegen. Die Menge an Wasser kann
bis zu 60% betragen.
-
Erfindungsgemäß wird die
weitere Entwässerung
in dem zweiten Entwässerungsschritt
durch den von dem zumindest abschnittsweise flexiblen Behälter auf
die Feststoffe beim weiteren Absaugen von Flüssigkeit einwirkenden Druck
durchgeführt.
-
Insbesondere
ist vorgesehen, dass dem ersten Entwässerungsschritt ein weiterer
als dritter bezeichneter Entwässerungsschritt
vorgeschaltet wird, indem durch Sedimentation Feststoffe aus der
in den Behälter
eingebrachten Suspension abgeschieden und frei werdende Flüssigkeit
abgesaugt wird. Bei diesem Entwässerungsschritt
ist der Behälter
nicht luftdicht verschlossen.
-
Ein
entsprechender vorgeschalteter dritter Entwässerungsschritt ist jedoch
dann nicht erforderlich, wenn in den Behälter bereits Feststoffe in
einem Umfang eingebracht werden, dass eine Sedimentation nicht mehr
oder nicht im merklichen Umfang auftreten kann, so dass die weiteren
Entwässerungsschritte
zur Anwendung gelangen.
-
Als
Filter kann dem Grunde nach jedes zum Einsatz gelangen, bei dem
ein oder mehrere Filtermedien einen Zwischenraum umgeben, aus dem über das
Saugrohr Flüssigkeit
abgesaugt werden kann. So können
als Filter z. B. Filtermatten, Plattenfilter oder Taschenfilter
zum Einsatz gelangen. Allerdings sollten die Filter Tiefenbettfiltrationselemente als
Filtermedien aufweisen.
-
Die
erfindungsgemäß als Luftdruckentwässerung
zu bezeichnende Lehre bietet zusammenfassend im Wesentlichen folgende
Vorteile:
- – relativ
einfachen Anlagenaufbau,
- – keinen Überdruck,
- – inhärent sicher,
- – gerichtete
Strömung,
- – Kontaminationsschutz
durch Barriere „flexible" Hülle.
-
Eine
Anordnung der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus,
dass das zumindest eine Filter eine Filterlanze ist, dass das unter
Einhaltung eines Ringspalts konzentrisch von einem Filtermedium
umgebene Saugrohr mit einer Bodenplatte verbunden ist, die gegenüber dem
Filtermedium abgedichtet ist, dass das Saugrohr bodenplattenseitig Durchbrechungen
aufweist und dass das eine Hohlzylindergeometrie aufweisendes Filtermedium
gegenüber
dem Saugrohr über
eine Kopfplatte abgedichtet ist.
-
Das
eine oder mehrere entsprechende Filter in Form der Filterlanze bzw.
-lanzen sind in der flexiblen Hülle
in gewünschter
Orientierung bzw. Ausrichtung angeordnet. Ferner ist die flexible
Hülle über ein Ventil
mit einer Luft-, vorzugsweise Trockenluftquelle verbunden, um insbesondere
entsprechende Luft pulsierend dem flexiblen Behälter zuzuführen.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der flexiblen
Hülle deren
Formveränderung
beim Absaugen beeinflussende Elemente zugeordnet sind, die insbesondere
als Einlagen in der flexiblen Hülle
ausgebildet sind.
-
Des
Weiteren ist vorgesehen, dass die flexible Hülle beim Befüllen mit
der Suspension in einer strukturgebenden Umhüllenden wie Fass oder Gussbehälter angeordnet
ist.
-
Des
Weiteren besteht die Möglichkeit,
dass die flexible Hülle
in einem Behälter
angeordnet ist und dass der Zwischenraum zwischen dem Behälter und
der flexiblen Hülle
mittels eines Fluids wie Druckluft oder Wasser druckbeaufschlagt
ist. Hierdurch ist ein weiteres Entwässern möglich.
-
Ein
Trocknen erfolgt insbesondere durch ein Molsieb, das in der außerhalb
des Behälters
führenden
Absaugleitung angeordnet ist. Andere Maßnahmen, um z. B. über Silikatgel
Feuchtigkeit abzuziehen, sind gleichfalls möglich.
-
Das
Absaugen der Flüssigkeit
erfolgt quasi zweistufig, also zunächst in einem sanften Entwässerungsprozess,
bei dem die Filtermedien nicht mit Feststoffen erschöpft werden
und sodann in einem weiteren Schritt, in dem Flüssigkeit aus den Feststoffen
durch das Filtermedium hindurchgequetscht und sodann abgesaugt wird.
-
Auch
wenn entsprechend der zuvor erfolgten Erläuterungen zum Entwässern der
Feststoffe zumindest ein erster und zweiter Entwässerungsschritt vorgesehen
sind, wird die erfindungsgemäße Lehre dann
nicht verlassen, wenn allein der zweite Entwässerungsschritt durchgeführt wird.
-
Um
zu vermeiden, dass sich nach der Entwässerung außerhalb der Feststoffmatrix
freie Flüssigkeit
bildet, die bei den Endlagekriterien ein wesentlicher Faktor darstellt,
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass ggfs. nach dem ersten Entwässerungsschritt,
also bevor Flüssigkeit
durch die flexible Hülle
herausgedrückt
wird, insbesondere aber nach dem zweiten Entwässerungsschritt, ein oder mehrere Sorbentien
zugegeben werden. Es können
vorgegebene Mengen an z. B. Zementstaub, Zeolith oder andere geeignete
hygroskopische Stoffen benutzt werden, um zusätzliches Wasser zu binden.
-
Eine
andere Möglichkeit,
den Wassergehalt zu reduzieren, besteht darin, dass bei z. B. Sägeschlämmen durch
bewusste Wahl des Sägekörpers, wie
Seil oder Trennscheibe, die Schlammqualität vorbestimmt wird, so dass
ein leichteres Entwässern
des Schlammes erzielbar ist. Dies stellt eine Alternative dar.
-
Zum
weiteren Entwässern
kann auch eine thermische Entwässerung
erfolgen, wodurch Abhilfe geschafft wird, dass Flüssigkeit
freigesetzt wird.
-
Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht
nur aus den Ansprüchen,
die diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern
auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Zeichnungen entnehmenden
bevorzugten Ausführungsbeispielen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,
-
2 eine
Prinzipdarstellung eines in einer flexiblen Hülle angeordneten Filters und
-
3 einen
Ausschnitt des Filters gemäß 2 im
Bodenbereich.
-
In 1 ist
prinzipiell ein Behälter 10 dargestellt,
der flexibel ausgebildet ist, also eine flexible Hülle ist,
die eine Beutel- oder Sackgeometrie aufweisen kann. Geeignet als
Material für
die flexible Hülle
ist z. B. eine ein- oder mehrlagiger Plastiksack mit einem Fassungsvolumen
von z. B. 200 Liter. In der flexiblen Hülle 10 sind ein oder
mehrere ebenfalls nur prinzipiell dargestellte Filterelemente 12 angeordnet,
die als Filterlanzen ausgebildet sind, wie diese prinzipiell den 2 und 3 zu
entnehmen sind.
-
Die
Filterlanzen 12 sind über
eine in der flexiblen Hülle 10 verlaufende
Saugleitung 14 und eine Leitung 18 mit einer Unterdruckquelle
in Form einer Absaugpumpe 16 verbunden. In der Leitung 18 kann ein
Wärmetauscher 20 angeordnet
sein. Ferner befindet sich in der Leitung 18 ein Entwässerungsbehälter 22,
aus dem über
eine Leitung 24 abgesaugte Flüssigkeit abgeführt wird.
Von der Absaugpumpe 16 geht druckseitig eine Leitung 26 aus,
die zu einem Abluftsystem (Pfeil 28) führt. Optional kann von der Leitung 26 eine
Rückführleitung 30 ausgehen,
die mit der flexiblen Hülle 10 über ein
Ventil wie Reduzierventil 32 verbunden ist. Auch kann ggfs.
unmittelbar über
eine Leitung 34 Zuluft zugeführt werden.
-
Insbesondere
in kerntechnischen Anlagen fallen während des Betriebs diverser
Wasseraufbereitungen wie z. B. Primärkreisreinigung, Kondensatoreinigung
oder Abwasserreinigung, während
Reinigungsarbeiten von z. B. Brennelementbecken, Sümpfen oder
Dekontamination oder bei Um- oder Abbauarbeiten Feststoffe an, die
zu entsorgen sind. Hierbei kann es sich um Kugelharze, Pulverharze, Filterhilfsmittel,
Aktivkohle, Filtersand, Zeolite, Abrasivmittel, zum Teil abgestorbene
oder lebende Mikroorganismen oder Schlämme wie Seilsägeschlämme handeln,
die in der Regel radioaktiv beladen sind. Es ist jedoch ausdrücklich darauf
hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Lehre nicht auf die Entwässerung von
Substanzen beschränkt
ist, die radioaktiv oder radioaktiv beladen sind.
-
Um
Feststoffe zu entwässern,
wird zunächst in
die flexible Hülle 10 eine
entsprechende Feststoffsuspension manuell oder gravimetrisch eingebracht. Auch
können
bereits in einem Umfang Feststoffe in die Hülle 10 eingegeben
werden, die Flüssigkeit
enthalten, ohne dass im eigentlichen Sinne von einer Suspension
gesprochen werden kann.
-
Wird
eine Suspension eingebracht, so wird in einem ersten Schritt eine
Feststoffablagerung durch Sedimentation durchgeführt. Überstehendes Wasser wird abgesaugt.
Dabei ist die flexible Hülle 10 nicht luftdicht
verschlossen. Das Absaugen kann dabei über die Leitung 18 erfolgen,
ohne dass diese mit der bzw. den Filterlanzen 12 verbunden
ist.
-
Nachdem
im hinreichenden Umfang Flüssigkeit
abgesaugt und Feststoffe in der Hülle eingelagert sind, erfolgt
ein sanftes Entwässern,
indem Flüssigkeit über die
zumindest eine Filterlanze 12 abgesaugt wird. Dabei sollten 12 Filterlanzen,
wie diese der 2 zu entnehmen sind, bei dem
sanften Entwässerungsschritt
vertikal ausgerichtet werden. Das sanfte Entwässern erfolgt dabei derart,
dass das Filtermedium von den Feststoffen nicht verschlossen wird,
vielmehr Kapillaren vorhanden sind, über die Wasser abgesaugt werden
kann.
-
Die
Filterlanze 12 weist bevorzugterweise eine Konstruktion
auf, wie diese den 2 und 3 zu entnehmen
ist.
-
Die
Filterlanze 36 weist ein in die Saugleitung 14 übergehendes
Saugrohr 38 auf, das bodenseitig mit einer Fußplatte 40 verbunden
ist. Im fußplattenseitigen
Bereich des Saugrohrs 38 sind Durchbrechungen wie Schlitze 42 vorgesehen,
so dass sich eine durchbrochene Krone darstellt.
-
Das
Saugrohr 38 ist konzentrisch von einem einen Hohlzylinder
bildenden Tiefenbettfilter 44 in einem Abstand umgeben,
so dass ein Ringspalt 46 vorliegt, der folglich konzentrisch
das Saugrohr 38 umgibt. Kopfseitig ist das Tiefenbettfilter 44 über eine Kopfplatte 48 abgedichtet,
die mit dem Saugrohr 38 verbunden ist. Auch die Bodenplatte 40 ist
gegenüber
dem Tiefenbettfilter 44 abgedichtet.
-
Der über die
Saugleitung 14 und dem Saugrohr 38 aufgebaute
Unterdruck setzt sich über
die Schlitze 42 im Bodenbereich der Filterlanze 36 bis
in den Ringspalt 46 fort, wodurch durch das Tiefenbettfilter 44 Wasser
in den Ringspalt 46 hineingesaugt wird, das sodann zur
Bodenplatte 46, also zur Krone fließt und schließlich über das
Saugrohr 38 und die Saugleitung 14, die eine Einheit
bilden können,
abgesaugt wird.
-
Um
das Absaugen des Wassers sicherzustellen, ist darauf zu achten,
dass die Druckdifferenz zwischen Innenseite 50 des Filtermediums,
also des Tiefenbettfilters 44 und Außenseite 52 des Filtermediums
in Abhängigkeit
von der Höhe
der Filterlanze 36 auf Werte zwischen vorzugsweise 100
mbar und 600 mbar eingestellt wird, wobei die Druckdifferenz auch
von der Porenweite des Filtermediums des Tiefenbettfilters 44 abhängig ist.
Zuvor angegebene Druckwerte beziehen sich dabei auf ein Filtermedium mit
einer Porenweite im Bereich von ≈ 10 μm.
-
Durch
die diesbezüglichen
Maßnahmen kann
im erforderlichen Umfang Wasser abgesaugt werden, ohne dass sich
ein Filterkuchen auf dem Filtermedium derart aufbaut, dass es zu
einem unerwünschten
Beladen des Filtermediums 30 und damit quasi Abblocken
bzw. Abdichten kommt.
-
Des
Weiteren sollte die Druckdifferenz langsam gesteigert werden, wobei
in Abhängigkeit
der Absaugzeit die Druckdifferenz zwischen Innenseite 50 und
Außenseite 52 des
Filtermediums 44 zu steigern ist, um im erforderlichen
Umfang Flüssigkeit
abzusaugen.
-
Durch
die Einstellung der Druckdifferenz ergibt sich insbesondere der
Vorteil, dass das Filtermedium nicht durchbricht.
-
Ein
vergrößerter Ausschnitt
des Filtermediums 44 ist in 2 dargestellt.
In dem Filtermedium 44 können Wassertropfen 54 durch
Adhäsion
ggfs. auch geringe Anteile von angeschwemmten Feststoffen eingelagert
werden, wobei ein Verschließen
des Flies 56 des Filterelements 54 in einem Umfang
erfolgt, dass auch dann, wenn das Filtermedium von Flüssigkeit
nicht bedeckt ist, ein Luftdurchbruch verhindert wird. Ungeachtet
dessen kann das Filtermedium von Flüssigkeit durchsetzt werden,
ohne dass ein Beladen des Filtermediums 44 derart erfolgt,
dass dieses verstopft ist. Vielmehr kann weiterhin lückenlos
Kapillarwasser abgesaugt werden, wobei Feststoffpartikel in der
Suspension durch Adhäsion,
Koagulation und andere Kräfte
zurückgehalten
werden.
-
Es
entsteht ein mit Kapillaren durchsetztes Feststoffgefüge, das
es gestattet, effizient freies Wasser abzusaugen, ohne dass das
Filterelement 44 zugesetzt wird. Das Eigengewicht der abgelagerten Feststoffe
drückt
dabei automatisch sonstiges freies Wasser in die Kapillaren, von
denen es abgesaugt wird. Somit erfolgt ein sanftes Absaugen von
Flüssigkeit,
und zwar in dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Entwässerungsschritt.
-
Um
nach dem sanften Absaugen weitere in den Feststoffen vorhandene
Flüssigkeit
abzusaugen, wird die flexible Hülle 10 gegenüber der
Umgebung druckdicht verschlossen. Um sodann in Zwickeln der Feststoffpartikel
eingelagertes Wasser zu entfernen, wobei in Abhängigkeit von der Steifigkeit
der Feststoffmasse das Wasser bis z. B. 60 Gew.-% der verdichteten
Feststoffe bilden kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die flexible
Hülle 10 die
auf dem Filterelement 44 vorhandenen Feststoffe zusammenquetscht,
wodurch aus der Feststoffmatrix Wasser herausgedrückt und
von dem Filterelement 12, also der oder den Filterlanzen 36 abgesaugt
werden kann. Dabei quetscht die flexible Hülle 10 die abgeschiedenen
Feststoffe umso mehr zusammen, je höher die Druckdifferenz zwischen
Innenraum der Hülle 10 und
Umgebung ist. Bei vollständiger
Evakuierung der flexiblen Hülle 10 kann
diese durch den Atmosphärendruck
mit einer Flächenpressung
von ca. 10 000 kg/m2 zusammengedrückt werden.
Wird eine höhere
Flächenpressung
benötigt,
kann die flexible Hülle 10 in
einen geeigneten Druckbehälter
eingebracht werden, um sodann den Zwischenraum zwischen flexibler
Hülle 10 und
dem Druckbehälter
mit einem Fluid wie Wasser oder Luft erforderlichen Drucks zu beaufschlagen.
-
Damit
bei der Entwässerung
entstehende unregelmäßig geformte
Feststoffklumpen nicht zu einer unerwünschten Formbeeinflussung der
flexiblen Hülle 10 führen, kann
diese strukturgebende Elemente aufweisen oder mit diesen verbunden
sein. Hierdurch kann eine Volumenoptimierung der Feststoffe bei
schrumpfender Form der flexiblen Hülle 10 erzielt werden.
-
Nach
ggfs. mehrfachem Beladen der flexiblen Hülle 10 mit entsprechenden
Suspensionen und nach der erfindungsgemäßen Lehre durchgeführten Entwässerungsprozessen
kann sodann die Hülle
mit in dieser vorhandenen Feststoff und der von diesen umgebenden
Filterlanze 36 in einen Lagerbehälter eingebracht werden. Durch
die Volumenoptimierung besteht die Möglichkeit, mehrere entsprechende
mit Feststoffen gefüllte
flexible Behälter
in einem Lagerbehälter
einzulagern.
-
Alternativ
bestünde
auch die Möglichkeit, den
flexiblen Behälter 10 z.
B. aufzuschneiden und die eingelagerten Feststoffe mit dem bzw.
den Filterelementen in einen Lagerbehälter einzubringen. Dies kann
ohne Gefahr einer Aerosolfreisetzung erfolgen, da das Feststoffprodukt
oberflächenfeucht
ist.
-
Unabhängig hiervon
sollte nach dem Herausdrücken
der Flüssigkeit
mittels der flexiblen Hülle 10 den
einzulagernden Feststoffen hygroskopisches Material zugegeben, d.
h. die Feststoffe mit solchen Materialien umgeben werden, um etwaige
noch vorhandene und austretende freie Flüssigkeit zu binden. Dies kann
durch Bestäuben
mit Zementstaub, Zeolith oder anderen hygroskopischen Stoffen erfolgen.
Insbesondere wird der Zwischenraum zwischen dem Feststoff und dem
Lagerbehälter
mit entsprechenden hygroskopischen Materialien ausgefüllt.
-
Aus
der Prinzipdarstellung der 1 ergibt sich
des Weiteren, dass die Möglichkeit
besteht, während
der Entwässerung
den Innenraum der flexiblen Hülle 10 mit
Luft, insbesondere vorgewärmter Luft
pulsartig zu beaufschlagen (Ventil 32), wobei sicherzustellen
ist, dass eine gewünschte
Druckdifferenz zwischen Hülleninnerem
und Umgebung herrscht. Durch die pulsartige Belüftung wird erreicht, dass aus
dem Filtermedium abgeschiedener Feststoffkuchen derart aufgebrochen
wird, dass sich neue Kapillaren öffnen.
Gleichzeitig wird erreicht, dass Schwundrisse bereits beim Entstehen
geheilt werden.
-
Des
Weiteren kann beim Durchströmen
des Innenraums der flexiblen Hülle 10 mit
erwärmter
trockener Luft Feuchtigkeit ausgetragen werden, wodurch der Entwässerungsgrad
der Feststoffe erhöht wird.