DE2304961C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung radioaktiver oder toxischer Abwässer - Google Patents

Description

45

Das Unschädlichmachen der in großen Mengen anfallenden radioaktiven Abwässer mit niedriger bis mittlerer Aktivität stellt eines der wesentlichen Probleme bei der Anwendung der Kernenergie dar. Dabei bietet eich die Möglichkeit, die radioaktiven Stoffe durch sithere Lagerung über lange Zeiträume, 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 Idealzustand dar, da die Verbreitung von Radioaktivität 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 Atemluft, in Nahrungsketten usw., auch bei Störfällen, wie z. B. beim Bruch von gelagerten Blöcken oder bei Wassereintritt in die Lagerstelle, wirkungsvoll verhindert wird.

Die Vermischung der radioaktiven Substanzen mit Bitumen oder Asphalt ist schon seit längerer Zeit bekannt und stellt heute die sicherste Art dar, wie diese Rückstände für die Langzeitlaeerung 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 emdsifiziertem Bitumen erzeugte End produkt besitzt häufig eine um zwei Größenordnungen schlechtere Auslaugbeständigkeit gegen Wasser, was vom Sicherheitsstandpunkt einen entscheidenden Nachteil bedeutet.

VVerJen 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 rolge hai. Dies erfordert vom Standpunkt der Sicherheit eine vollkommene Dichtheit der Anlagen. Weiter besteht die Gefahr von Verkrustungen, 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 Trocknung 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 Flüssigkeit 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-

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

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

Der Bruch solcher Art erzeugter Bindemittel-Fest-Stoffblöcke zeigt vollkommen umschlossene Einlagerungen, so daß die Blöcke hinsichtlich der Beständigkeit gegen Auslaugung durch Grundwasser usw. den gestellten Anforderungen entsprechen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich der Nachteil der im allgemeinen sehr schlechten Wärmeleitfähigkeit 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 Verkrusiungen ist gleichfalls wesentlich vermindert, da nur geringe Wärmemengen zur Erhaltung der Verfahrenstemperatur 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 Misch vorrichtungen bedingt, daß die erforderlichen Anlagen zur Behandlung der radioaktiven oder toxischen Abwässer sehr einfach gestaltet werden können. Hinzu 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 Bitumensorten 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-Feststoffgemisch, 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 Konzentrattrockner aus einer rotierenden und beheizten Trommel zur Aufnahme einer Bindemittelschicht, einem beheizten Bindemittelbehälter und einem Sammelgefäß für das Bindemittel-Feststoffgemisch. Die Trommel und der Bindemittelbehälter befinden sich dabei in einer nach außen abgeschlossenen Abdeckung zwischen Konzentrattrockner und Sammelgefäß. Die übrigen Anlagenteile sind in gleicher Weise vorhanden wie bei der zuerst beschriebenen Vorrichtung.

Wie sich bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigte, konnte eine Packungsdichie von 60 Volumenprozent Feststoffen im Endprodukt festgestellt werden, unabhängig von der Art dieser Feststoffe. Bei Anwendung von Kochsalz entspricht dies beispielsweise einer Einbettungsrate von etwa 75 Gewichtsprozent, das ist relativ um 40 bis 60% mehr, als bei den bekannten Verfahren erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden an zwei Ausführungsbeispielen 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 Speicherbehäher 2. der als Puffergefäß dient, gesammelt. Das Abwasser ist zweckmäßigerweise bereits vorkonzentriert, wobei sich die gesamten enthaltenen Feststoffe noch in Lösung befinden können. Über die Dosierpumpe 3 gelangt das Konzentrat in den Konzentrattrockner 4, der in geeigneter Weise als Dünnschichtverdampfer mit rotierender Trommel und feststehenden Wischerblättern 5 ausgebildet sein kann. Die Trommel ist von außen mittels Heizwendeln 6 beheizt. Die Wischerblätter bewirken im Verein mit der Trommelrotation 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 Löffel 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 Vorrichtungsvariante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei jedoch die Sedimentierung der radioaktiven oder toxischen Feststoffe in einer Bindemittelschicht erfolgt.

Im Anschluß an den Konzentrattrockner4 befindet sich eine beheizte, rotierende Trommel 11, die in den beheizten Bindemittelbehälter 13 eintaucht, wodurch eine flüssige Bindemittelschicht auf die Trommel aufgebracht wird. Die radioaktiven oder toxischen Feststoffe fallen vom Konzentrattrockner 4 auf diese Bindemittelschicht, und während der Drehung der Trommel erfolgt die Einlagerung der Teilchen durch Sedimentieren im Bindemittel. Die entstandene Mischschicht wird sodann

aufend mittels eines Abstreifers 12 abgezogen und das Jindemittel-Feststoffgemisch in das unbeheizte Samnelgefäß 7 eingebracht. Die Trommel und der Bindenittelbehälter sind durch die Abdeckungen 14 nach lußen verschlossen. Die übrigen Vorrichtungsteile sind jie gleichen wie in F i g. 1 gezeigt, jedoch nicht nochmals dargestellt.

Durch diese Vorrichtungen ist es möglich, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Mengenverhältnis von radioaktiven oder toxischen Einlagerungsstoffen und Bindemitteln zueinander zu variieren, um bestimmte Einbettungsraten zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Behandlung radioaktiver oder toxischer Abwasser, bei dem die nach Verdampfung iler Flüssigkeit verbleibenden radioaktiven oder tonischen Feststoffe in ein im flüssigen Zustand befindliches Bindemittel eingebettet werden, d a iurch 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 ■ach 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 Sammelgefäß (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 Konzentrattrockner (4), der als Dünnschichtverdampfer mit rotierender Trommel und feststehenden Wischerblättern ausgebildet ist. einer die flüssige Bindemittelschicht tragenden, rotierenden und beheizten Trommel (11), einem beheizten Bindemittelbehälter (13), einem zur Aufnahme des durch Sedimentierung erhaltenen Bindemittel-Feststoffgemisches dienenden Sr.mmelgefäß (7), einer Abdeckung (14), sowie einem Kondensator (9) zur Kondensierung der entstehenden Dämpfe und einem Staubfilter (10) zur Reinigung der Restluft besteht.