DE2219485B2 - Verfahren zur Aufbereitung von radioaktiv kontaminiertem Waschwasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von radioaktiv kontaminiertem Waschwasser in kerntechnischen Anlagen mittels eines mechanischen Filters und lonenaustauscherharzen. Ein derartiges Verfahren ist aus der Zeitschrift »Atomwirtschaft« (1965), S. 624 bis 626, bekannt.

Bei dieser bekannten Anlage wird die Aufbereitung aus wirtschaftlichen Gründen in drei Aufbereitungsstraßen vorgenommen:

1. Filtration über mechanische Filter und nachgeschalteten Ionenaustauschern,

2. Anreicherung in Verdampfern,

3. Filtration nur über mechanische Filter.

Aus diesen Wasseraufbereitungsstraßen und anderen Reinigungsanlagen fallen größere Mengen radioaktiver Rückstände an. Diese Rückstände werden in Konzentratsammelbehälter geleitet und anschließend einem mechanischen Rückstandsfilter zugeführt.

Zu den aufzubereitenden Abwässern gehören auch die Waschwässer, die sich aus dem Wasser der Duschen, der Handwaschbecken und der Waschmaschinen zusammensetzen.

Zur Aufbereitung dieser Waschwässer sind zwei Methoden verschieden guter Wirksamkeit in der Technik eingeführt.

1. Verdampfermethode, wobei heute im Destillat Restaktivitäten in den Kraftwerken um 1O^-5Ci/m³ ziemlich unabhängig von der Eingangsaktivität

erreicht werden,

2. die Filtrationsmethode mit Filterhiltsmitteln, wobei im Filtrat zwischen 10-* und 10"Ci/m3 je nach Eingangsaktivität erreicht wird.

Die Verdampfungsmethode, weiche mit Hilfe von speziellen Dekontaminationsverdampfern durchgeführt wird, ist bezüglich ihrer Reinigungswirkung sehr vorteilhaft Sie bringt jedoch für die Waschwasserbehandlung eine Reihe von wirtschaftlichen und betrieblichen Nachteilen, insbesondere sind drin:

ein großer Heizdampfverbrauch oder bei Ausnutzung der Kondensationswärme der Brüden hohe Anlageninvestitionen,

relativ geringe Durchsatzleistungen, da die AnIagengrößen wegen der hohen Investitionskosten möglichst klein gehalten werden, Anfall eines die Radioaktivitäl enthaltenden Vorkonzentrates, das in einer nachgeschalteten gesonderten Anlage bis zum verpackungsfähigen trockener* Rückstand behandelt werden muß, und betriebliche Probleme bei der Waschwasserverdampfung durch Schaumbildung der Waschmittel, Verstopfungen der Heizregister und Regeleinrichtungen durch Stoffflusen und Verkrustungen sowie notwendige chemische Reinigungen der Apparate. Die Filtrationsmethode arbeitet nicht sehr wirkungsvoll und hat meist eine unzureichende Dekontaminationswirkung, da lediglich nur die an Feststoffe gebundenen Aktivitäten aus dem Wasser entfernt werden. Die an gelöste Stoffe gebundene Aktivität verbleibt im Filtrat.

Auch ist die Filtrierbarkeit bei dieser Methode relativ schlecht, und es entsteht deshalb ein hoher Filterhilfsmittelverbrauch mit entsprechenden Betriebsmittelkosten und relativ großen FiI rflächen. Die Filtergeschwindigkeit beträgt häufig weniger als 1 mVm? · h.

Hinzu kommt, daß das bisher verwendete Filterhilfsmittel Kieselgur bei konzentrierten warmen Laugen aus den Waschmaschinen für die Filtration wenig geeignet ist, da es dann in der Struktur nicht mehr beständig ist; es liegt nämlich im allgemeinen eine Waschlauge mit Überdosierung von Waschmittel vor. Weiterhin ist durch seifige, flockige und faserförmige Bestandteile die bei der Filtration benötigte Zudosierung von Kieselgur sehr hoch und erhöht damit die in der Konzentratsaufbereitungsanlage zu behandelnde aktive Rückstandsmenge um einen hohen Prozentsatz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Aufbereitung von kontaminiertem Waschwasser so durchzuführen, daß unter Vermeidung vorgenannter Nachteile die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit verbessert wird und insbesondere Betriebsmittel und Energie gespart wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das kontaminierte Waschwasser mit den lonenaustauscherharzen gemischt, die entstehende Harz-Wasser-Suspension dem mechanischen Filter zugeführt und filtriert wird, so daß sich ein Filterkuchen ergibt, indem die in Form von Ionen vorliegenden und die festen radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser gebunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Kombination von Ionenaustausch und Filtration. Dabei wird einmal der meist überwiegende Teil der in Form von Ionen vorliegenden radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser entfernt und andererseits werden die Feststoffe zurückgehalten. Gegenüber dem bekannten Verfahren ergeben sich folgende Vorteile: Durch das

Vermengen der den Ionenaustausch bewirkenden Harze mit dem Waschwasser sind bei der Erfindung optimal lange Kontaktzeiten möglich.

Dadurch kann die Gesamtau; iauschkapazität der Harze in viel größerem Maße ausgenutzt werden, als dies beim sonst üblichen Durchlaufbetrieb möglich ist.

Auf Grund dieses Effektes — meist genügt eine Kontaktzeit von 15 bis 20 Min. — können gemäß einem weiterbildenden Merkmal im Durchlaufbetrieb nicht mehr ausnutzbare oder nicht völlig erschöpfte Abfallharze verwendet werden.

Der beim Vorfahren nach der Erfindung erzielbare Dekontaminationseffekt ist für Waschwasser aus Kernkraftwerken demjenigen der Verdampfungsmeihode gleichzusetzen, da dabei Dekontaminationsfaktoren von bis zu 10⁶ und Restaktivitä'en von 10⁵ bis 10* OVm³ erzielt werden.

Die beim Vermengen des Waschwassers mit dem Harz sich ergebende Suspension benötigt beim Filtrierprozeß im Gegensatz zur bekannten Filtriermethode keine laufende Zudosierung von Filterhilfsmitteln. Letztere erhöhen nämlich den radioaktiven festen Rückstand aus dem Waschwasser um den Faktor 2 bis 3 an Volumen und bei Verwendung von Altharzen gemäß dem weiterbildenden Merkmal entfallen darüber hinaus die beachtlichen Betriebsmittelkosten für diese Filterhilfsmittel.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind die ionalen und festen radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser im Filterkuchen gebunden, welcher ein Konzentrat darstellt, das zweckmäßig im Filter selbst getrocknet und als Rückstand von dort direkt in Endlagerbehälter verpackt werden kann.

Wird die Harz-Waschwasser-Suspension filtriert, ergibt sich ein so lockerer Filterkuchen, daß hierbei mit hohem Durchsatz von etwa 5 bis 10 mVm² · h filtriert werden kann. Dadurch ergibt sich gegenüber der bekannten Filtrationsmethode für gleiche Durchsatzleistung ein wesentlich kleineres Filter oder bei gleichem ' Filter eine erheblich geringere Filtrierzeit.

Es findet durch das erfindungsgemäße Verfahren eine pH-Wertregulierung des Waschwassers statt, die eine

■ Neutralisation durch Chemikalien vor der Abgabe an die Umwelt überflüssig macht.

Die gemäß einem weiterbildenden Merkmal bereits erwähnte Verwendung von gebrauchtem Harz, insbesondere Pulverharz, wie es als Abfall von Kondensatreinigungsanlagen aus Siedewasserkraftwerken in großen Mengen anfällt, macht das Verfahren besonders wirtschaftlich. Dabei tritt folgender weiterer Vorteil auf:

Die in einem Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktoren eingesetzten Pulverharze zur Kondensatreinigung werden nämlich wegen der hohen geforderten Kondensatqualität nur zu einem sehr geringen Teil ihrer nutzbaren Volumkapazität erschöpft. Sie geben durch deren elektrostatische Wirkungsweise als Rückstand einen großvolumigen Schlamm, dessen Feststoffgehalt nur etwa zwischen 5 und 10 Gewichtsprozent liegt. Dies beeinflußt nachteilig die Aufbereitung des Rückstandes. Eine Erschöpfung zur Volumenverringerung der Altharze durch Zugabe von Chemikalien wäre denkbar, jedoch bedingt dies einen wesentlichen erhöhten Anfall von in den Fluß abzugebendem radioaktivem Abwasser mit hoher Leitfähigkeit und erhöhte Kosten für Prozeßkomponenten und Chemikalien. Durch die Vermengung der Altharze mit dem Waschwasser bzw. durch die Verwendung der Altharze als Filterhilfsmittel für die

■ ohnehin vorhandenen Waschwässer werden die Althar-

ze ohne zusätzliche Beigaben erschöpft und verringern ihr Schlammvolumen um «twa den Faktor 2 bis 4. Gemäß einem anderen weiterbildenden Merkmal der Erfindung wird durch einen Programmeingriff in den Waschmaschinen dafür gesorgt, daß nur die stärker aktiven Laugen der Vor-, Haupt- und der ersten beiden Spülgänge, die auch einen sehr hohen Feststoffanteil aufweisen, separat aufgefangen und auf die erfindungsgemäße Weise behandelt werden. Diese Trennung der

to Abwasser von den Waschmaschinen der radioaktiven Wäschereien in die reine Waschlauge, welche mehr als 90% Radioaktivität enthält, und in die Nachspülwässer, die nur geringfügig verschmutzt und kontaminiert sind, bringt für deren Dekontamination erhebliche Vorteile.

Denn das Verhältnis von Waschlauge zu Spülwasser beträgt abhängig vom jeweiligen Programm etwa 1 :3. Bezogen auf etwa 40 m³ Waschmaschinenabwasser pro Tag, wie es bei größeren Kernkraftwerken in Revisionszeiten anfällt, brauchen nur 10 mVd nach der Erfindung

ίο behandelt zu werden. Der Rest, nämlich die Spülwässer, kann häufig direkt abgegeben oder in bekannter Weise durch Verdampfung bzw. Filterung unter Umgehung der genannten Nachteile bei stark verschmutzten Waschwässern behandelt werden.

Es ist zweckmäßig, als Waschwasser vollentsalztes Wasser zu verwenden, wodurch das Dosierverhältnis der Waschwässer zu den Pulveraltharzen wesentlich vergrößert werden kann.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt zunächst eine Rückstandsaufbereitungsanlage, in Verbindung mit der die Erfindung bevorzugt Anwendung findet, insofern, als ein wesentliches Bauelement dieser Anlage, das Filter 11, auch beim Verfahren nach der Erfindung mitbenutzt werden kann. In den Behältern 1 bis 6 werden die Rückstände aus der vorgeschalteten, nicht dargestellten Abwasseraufbereitung gesammelt, und zwar werden in den Behältern 1,4 und 5 die Rückstände aus den Pulverharz-Ionenaustauschfiltern im Kondensat- und Reaktorwasserreinigungsstrang gesammelt, während im Behälter 2 die Rückstände unter anderem des Filters im Waschwasserstrang zusammengeführt werden. In dem Behälter 3 werden die Kugelharz-Filterrückstände und im Behälter 6 die Verdampferrückstände gesammelt. Diese Verdampferrückstände werden in einer Anlage 17 bis 19 mit den entsprechenden, nicht bezeichneten Umluftankgen, direkt im Endlagerfaß eingedickt. Weiterhin werden die Rückstände der Behälter 1, 2, 4 und 5 mit denen des Behälters 3, der die Kugelharze aufnimmt, gemischt, und zwar abgezogen durch Pumpen 7, 8 in dem Vorlagebehälter 9; anschließend wird die Mischtung einem Rückstandsfilter 11 zugeführt, das eine drehbare Hohlwelle 12 mit tellerförmig angeordneten Filterplatten 13, eine nicht näher bezeichnete Heißluftanlage, eine Anschwemmeinrichtung 14 und eine Austragsvorrichtung 15 zur Abfüllung der getrockneten Rückstände in ein Endlagerfaß 16 besitzt.

Gemäß der Erfindung werden die anfallenden Waschwässer, ohne daß sie über das mechanische Filter im Waschwasserstrang laufen, dessen Rückstände im Behälter 2 gesammelt werden, direkt in den Behälter 20 geleitet, der unmittelbar nach Vermischung mit den lonenaustauscherharzen, insbesondere Pulveraltharzen aus oben genannten Behältern 1, 4 und 5 im Verhältnis 2:1, auf das Rückstandsfilter 11 gegeben wird. Das Rückstandsfilter 11 der Rückstandsaufbereitungsanlage

dient im Falle der Erfindung gleichzeitig als mechanisches Filter für die Waschwässer, wobei das Harz als Filterhilfsmittel für die gelösten festen Stoffe verwendet wird. Gleichzeitig wird in zweckmäßiger Weise das Filter auch zur Behandlung, d. h. Trocknung des beim erfindungsgemäßen Verfahren entstehenden Rückstandes benutzt.

Um die Ionenaustauscherharzmenge möglichst klein zu halten, werden die stärker kontaminierten Waschwässer zweckmäßig von den schwach bzw. gar nicht kontaminierten Waschwässern getrennt. Bei den Waschmaschinen wird durch ein vom Programm gesteuertes Ventil dafür gesorgt, daß nur die stärker aktiven Laugen der Vor-, Haupt- und ersten beiden Spülgänge in dem Behälter 20 aufgefangen werden, während die anderen Waschwässer der Waschmaschine, wie bisher, über das mechanische Filter im Waschwasserstrang geleitet werden, dessen Rückstände dann schließlich in den Behälter 2 gelangen.

Es ist zweckmäßig, als Waschwassser vollentsalztes

S Wasser zu verwenden, wodurch das Dosierverhältnis der Waschwässer zu den Harzen wesentlich vergrößert werden kann.

Der wesentliche erfindungsgemäße Effekt besteht in der Kombination von Ionenaustausch und Filtration.

ίο Durch das Vermischen der Waschwässer mit den Harzen im Behälter 20 wird zunächst der meist überwiegende Teil der ionalen radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser entfernt. Durch den anschließenden Filtriervorgang mit den Harzen als Filterhilfsmittel werden auch die im Waschwasser gelösten Feststoffe zurückgehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufbereitung von radioaktiv kontaminiertem Waschwasser in kerntechnischen Anlagen mittels eines mechanischen Filters und Ionenaustauscherharzen, dadurch gekennzeichnet, daß das kontaminierte Waschwasser mit den Ionenaustauscherharzen gemischt, die entstehende Harz-Wasser-Suspension dem mechanischen Filter zugeführt und filtriert wird, so daß Sieh ein Filterkuchen ergibt, indem die in Form von Ionen vorliegenden und die festen radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser gebunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen in dem mechanischen Filter getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung der in einem Kernkraftwerk mit Siedewasserreaktor für die Kondensatreinigung verbrauchten Pulverharze aus den Ionenaustauschfiltern.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur das separat aufgefangene, stärker kontaminierte Waschwasser mit dem lonenaustauscherharz vermischt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Mischbehälter (20) vorgesehen ist, dem über eine erste Leitung das kontaminierte Waschwasser und über eine zweite Leitung die Ionenaustauscherharze zuführbar sind und dessen Austragöffnung über eine Leitung mit einem mechanischen Filter (11) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Filter (11) als Rückstandsfilter ausgebildet ist.