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verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung von kontaminiertem Waschwasser,
insbesondere in Kernkraftwerken.
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In kerntechnischen Anlagen, insbesondere Kernkraftwerken, fallen aus
den verschiedensten Quellen flüssige radioaktive oder auch nur möglicherwe4se radioaktive
Stoffe innerhalb des Kontrollbereiches an, die einer Abwasseraufbereitungsanlage
zugeführt werden. Eine derartige Abwasseraufbereitungsanlage ist z. B. aus Atomwirtschaft,
1968, S.149, Abb. 6, aus Atomwirtschaft, 1965, 5. 626, Abb. 2, und aus dem Sammelband
??Kraftwerk und Umwelt 1973??, herausgegeben von VGB - Technische Vereinigung der
Großkraftwerksbetreiber e.V.
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Bei diesen bekannten Anlagen wird die Aufbereitung aus wirtschaftlichen
Gründen meist in drei Aufbereitungsstraßen vorgehommen: 1. Filtrat ion über mechanische
Filter und nachgeschalteten ~ Ionenaustauschern, 2. Anreicherung in Verdampfern,
3 Filtration nur über mechanische Filter.
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Aus diesen Wasseraufbereitungsstraßen und anderen Reinigungsanlagen
fallen größere Mengen radioaktiver Rückstände an. Eine flüssige Endlagerung ist
gegenwärtig nicht möglich. Es ist daher auch bekannt (DT-PS 2 035 925, Atompraxis
16, 1970, S. 93 - 96) die in Sammelbehältern befindlichen Rückstände an Ort und
Stelle in einer Anlage, der Rückstandsaufbereitungsanlçge, endlagerfähig aufzubereiten.
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Zu den aufzubereitenden Abwässern gehören auch die Waschwässer, die
sich aus dem Wasser der Duschen, der Handwaschbecken und der Waschmaschinen zusammensetzen.
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Zur Aufbereitung dieser Waschwässer haben sich zwei Methoden verschieden
guter Wirksamkeit in der Technik eingeführt.
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1. die Verdampfungsmethode (Straße 2), wobei heute im Destillat Restaktivitäten
in den Kraftwerken um 10 5 Ci/m3 ziemlich unabhängig von der Eingangsaktivität erreicht
werden (Abb. 6 der erstgenannten Literaturstelle); 2- die Filtrationsmethode mit
Filterhilfsmitteln (Straße 3), -3 -4 3 wobei im Filtrat zwischen 10 3 bis 10 Ci/m
je nach Eingangsaktivität erreicht wird. (Kernkraftwerk Würgassen).
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Die Yerdampfungsmethode, welche mit Hilfe-von speziellen Dekontaminationsverdampfern
durchgeführt wird, ist bezüglich ihrer Reinigungswir kung sehr vorteilhaft. Sie
bringt jedoch für die Waschwasserbehandlung eine Reihe von wirtschaftlichen und
betrieblichen Nachteilen, und zwar: a) Großer Heizdampfverbrauch oder bei Ausnützung
der Kondensationswärme der Brüden hohe Anlageninvestitionen.
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b) Relativ geringe Durchsatzleistungen, da die Anlagengrößen wegen
der hohen Investitionskosten möglichst klein gehalten werden.
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c) Anfall eines die Radioaktivität enthaltenden Vorkonzentrates,
das in einer nachgeschalteten gesonderten Anlage bis zum verpackungsfähigen trockenen
Rückstand behandelt werden muß.
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d) Betriebliche Probleme bei der Waschwasserverdampfung durch Schaumbildung
der Waschmittel, Verstopfungen der Heizregister und Regeleinrichtungen durch Stofflusen
und Verkrustungen sowie notwendiger chemischer Reinigungen der Apparate.-Die heute
noch sehr oft angewendete Filtrationsmethode arbeitet nicht sehr wirkungsvoll und
bringt folgende Nachteile: a) eist unzureichende Dekontaminationswirkung (ueKontaminations-Faktor
10), da lediglich nur die an Feststoffe gebundenen Aktivitäten aus dem Wasser entfernt
werden. Die an gelöste Stoffe gebundene Aktivität verbleibt im Filtrat.
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b) Schlechte Filtrierbarkeit, deshalb hoher Filterhilfsmittelverbrauch
mit entsprechenden Betriebsmittelkosten und relativ große Filterflächen erforderlich.
Die Filtergeschwindigkeit beträgt 32 häufig weniger als 1 m3/m /h.
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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 Uberdosierung von Waschmitteln vor. Weiterhin
ist durch seifige, flockige und faserförmige Bestdndteile die bei der Filtration
benötigte Zudosierung von Kieselgur sehr hoch und erhöht damit die in der Konzentrationsaufbereitungsanlage
zu behandelnde aktive Rückstandsmenge um einen hohen Prozentsatz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Aufbereitung
von kontaminiertem Waschwasser so durchzuführen, daß es unter Vermeidung vorgenannter
Nachteile sehr wirksam und wirtschaftlich (Einsparung von Betriebsmitteln und Energie,
Verkleinerung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens) ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß
man die kontaminierten Waschwässer mit Ionenaustauscherharzen mischt und dann die
entstehende Suspension dem Filter zuführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Kombination vo Ionenaustausch
und Filtration. Dabei wird einmal der meist überwiegenèbe Teil der ionalen radioaktiven
Stoffe aus dem Waschwasser entfernt und andererseits werden die Feststoffe zurückgehalten.
Gegenüber den unter 1. und 2. genannten bekannten Methoden ergeben sich folgende
Vorteile: Üblicherweise erfolgt die Aufbereitung mittels Ionenaustausch im Durchlaufverfahren.
Durch das Vermengen der den Ionenaustausch bewirkenden Harze mit dem Waschwasser
können die optimal notwendigen Kontaktzeiten für den Ionenaustausch eingestellt
werden. Dadurch kann die Gesamtaustauschkapazität der Harze in viel größerem Maße
ausgenützt werden, als dies beim sonst üblichen Durchlaufbetrieb möglich ist.
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Aufgrund dieses Effektes - meist genügt eine Kontaktzeit von 15 bis
20 min. - können gemäß einem weiterbildendem Merkmal im Durchlaufbetrieb nicht mehr
ausnützbare oder nicht völlig erschöpfte Abfallharze verwendet werden.
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Der beim Verfahren nach der Erfindung erzielbare Dekontaminationseffekt
ist für Waschwasser aus Kernkraftwerken demjenigen der Verdampfungsmethode gleichzusetzen,
da dabei Dekontaminationsfaktoren von bis zu 5 und Restaktivitäten von 10 5 bis
10 Ci/m3 erzielt werden.
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Die beim Vermengen des Waschwassers mit dem Harz sich ergebende Suspension
benötigt beim Filtrierprozess im Gegensatz zur unter 2. beschriebenen bekannten
Filtriermethode keine laufende Zudosiefung 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 darüberhinaus die Betriebsmittelkosten für diese Filterhilfsmittel.
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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. Damit entfällt gegenüber der unter 1. genannten
bekannten Verdampfungsmethode eine zusätzliche Anlage zur Trocknung der Rückstände.
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Wird die Harz-Waschwassersuspension über einen Anschwemmfilter filtriert,
ergibt sich ein so lockerer Filterkuchen, daß hierbei mit 32 hohem Durchsatz von
etwa 5 bis 10 m3/m .h filtriert welden kann. Dadurch ergibt sich gegenüber der Filtrationsmethode
nach Punkt 2. für gleiche Durchsatzleistung ein wesentlich kleineres Filter oder
bei gleichem Filter eine erheblich geringere Filtrierzeit.
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Es findet durch das erfindungsgemäße Verfahren eine pHWertregulierung
des Waschwassers statt, die eine Neutralisation durch Chemikalien vor der Abgabe
an die Umwelt überflüssig macht.
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Für das Verfahren nach der Erfindung können Pulverharze oder auch
Kugelharze verwendet werden, wobei in beiden Fällen neues oder anderweitig bereits
eingesetztes und dort nicht mehr brauchbares Harz verwendet werden kann. Die gemäß
einem weiterbildenden Merkmal bereits erwähnte Verwendung von gebrauchtem Harz,
insbesondere Pulverharz, wie es als Abfall von Kondensatreinigungsanlagen aus Siedetasserkernkraftwerken
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 (Aufbereitungsstraße Nr. 1) werden
nämlich wegen der hohen geforderten Kondensatqualität nur zu einem sehr geringen
Teil ihrer nutzbaren Volumenkapazität erschöpft. Sie geben durch deren elektrostatische
Wirkungsweise einen großvolumigen Schlamm (Rückstand), dessen Feststoffgehalt nur
etwa zwischen 5 - 10 Gewichtsprozent liegt. Dies beeinflußt nachteilig die Lagerkapazität
bei der 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 (Wasser 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 Waschwasser,
werden die Altharze ohne zusätzliche Bei gabeln erschöpft und verringern ihr Schlammvolumen
um den Faktor 2 bis 4.
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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.
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Diese Trennung der Abwässer 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 Kern-3 kraftwerken in
Revisionszeiten anfällt, brauchen nur lO m3/d nach der erfindung behandelt zu werden.
Der Rest, nämlich die Spülwässer, können häufig direkt abgegeben oder auf bekannte
Weise durch Verdampfung bzw. Filterung unter Umgehung der genannten Nachteile bei
stark verschmutzten waschwässer behandelt werden.
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Es ist zweckmäßig, als Waschwasser vollentsalztes Wasser zu verwenden,
wodurch das Dosierverhältnis der Waschwässer zu den Pulveraltharzen wesentlich vergrößert
werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugt Anwendung im Rahmen
des verfahrens und der Vorrichtung nach dem genannten DT-Patent 2 035 925. Das dabei
zur Herstellung der trockenen Rückstände vorgesehene wuckstandsfilter dient im halle
der erfindung auch als Filter für die Waschwasser, wobei das Harz als Filterhilfsmittel
verwendet wird.
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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusführungsDelspieles
wird die erfindung näher erläutert.
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Dargestellt ist in der Zeichnung lediglich die Aufbereitung der Waschwässer
sowie die Behandlung der dabei anfallenden Rückstände.
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Nicht dargestellt sind die übrigen Teile der Abwasseraufbereitung
bzw. die Anlage zur Verarbeitung der dabei auftretenden Rückstände.
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Hierfür können die eingangs genannten bekannten Anlagen verwendet
werden.
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Die Waschwässer entstehen in Duschen 1, Handwaschbecken 2 und Waschmaschinen
3. Die Waschwässer der einzelnen Quellen sind unterschiedlich kontaminiert. So liegt
die stärkste Kontamination bei dem Wasser der Handwaschbecken 2 und der Waschlauge
der Waschmaschinen 3 vor.
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Dagegen sind die Duschabwässer sowie das Spülwasser bei den Waschmaschinen,
wenn überhaupt, dann nur ganz gering kontaminiert. Es ist daher zweckmäßig, eine
Trennung der unterschiedlich kontaminierten Waschwässer vorzunehmen, damit der Durchsatz
für die erfindungsgemäße Anlage möglichst gering ist, so daß sie in wirtschaftlicher
Weise relativ klein ausgelegt werden kann und auch wenig lonenaustauscherharze benötigt.
Die Waschlauge und die Spülwässer der Waschmaschinen werden dabei durch ein vom
Programm der Waschmaschine gesteuertes Ventil getrennt.
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Die wenig kontaminierten Waschwässer werden daher einer Sammelleitung
4 zugeführt, die in einen Behälter 5 einmündet. Je nach der vorhandenen Kontamination
kann dieses Wasser direkt unter Umgehung der Abwasseraufbereitung abgegeben werden,
oder es wird auf bekannter Weise in der Abwasseraufbereitung durch Verdampfung bzw.
Filtrierung behandelt.
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Die Stärker kontaminierten Waschwässer werden der Sammelleitung 7
zugeführt, die im dargestellten Beispiel in zwei Mischbehälter 8,8' einmündet. Diesen
beiden Behältern wird über die Leitung 9 das Ionenaustbuschermaterial, das Harz,
zugeführt. Diese Harze werden in den beiden Behältern 8,8' intensiv mit den kontaminierten
Waschwässern mittels Rührwerken iO,iO' verrührt. Das Mischungsverhältnis Waschwasser
/ Harz beträgt vorzugsweise 2 : 1. Nach Beendigung des Rührvorganges kann man bis
zum Ablauf der optimalen Kontaktzeit abwarten,
bis sich die festen
Bestandteile, das sind die aktiven Schmutzteilchen der Waschwässer und die Harze,
die nunmehr die ionalen radioaktiven Stoffe aus dem Waschwasser entfernt haben,
zu einem gewissen Teil abgesetzt haben. Dann kann nämlich ein Teil des Behälterinhaltes
über die Leitungen 11,11' durch Dekantieren abgezogen und in die Sammelleitung 6
zur üblichen Abwasseraufbereitung im Durchlaufverfahren oder direkt abgegeben werden,
da dieser Wasseranteil im allgemeinen nur noch sehr schwach kontaminiert ist. Diese
beiden Behälter sind so geschaltet, daß in einem der Behälter der Absetzvorgang
stattfindet, während in den anderen Behälter Waschwasser eingespeist wird. Dadurch
ist ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet.
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Zur Aufbereitung des in den Behältern 8,8 befindlichen Schlammes wird
dieser über die Leitungen 12,12', die in die Sammelleitung 13 einmünden, einem Filter
14 zugeführt. Dieses Filter 14 ist zweckmäßig als Rückstandsfilter ausgebildet.
Es besteht vorzugsweise aus mehreren, durch eine vertikale Hohlwelle 15 getragenen
tellerförmigen Filterelementen 16, auf deren Oberseite der Rückstand aufgegeben
wird. Das Filtrat wird über die Hohlwelle 15 abgezogen und über eine Leitung 17
in die Abwasseraufbereitung eingespeist. Um zu verhindern, daß das Filtrat radioaktive
Stoffe aus dem Rückstand mitführt, wird vor Beginn des Filtriervorganges mit bekannten
Methoden eine Grundanschwemmschicht dem Rückstandsfilter 14 aufgegeben.
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Die über die Leitung 13 ankommende Harz-Waschwasser-Suspension wird
den mit einer Anschwemmschicht versehenen tellerförmigen Elementen 16 zugeführt.
Der sich dabei bildende Filterkuchen wird gleichzeitig als Filterhilfsmittel für
die Herausfilterung der festen Bestandteile des Waschwassers benützt. Wenn das Filter
genügend beladen ist, erfolgt zweckmäßig bereits im Filter die Trocknung des Schlammkuchens
auf den Filterplatten mit Heißluft, die mittels eines Erhitzers 18 über die Leitung
19 dem Filter zugeführt wird. Das Filter wird während dieser Zeit zweckmäßig dampfbeheizt.
Die Feuchtigkeit der Trocknungsluft ergibt schließlich ein Maß für die Trockenheit
des Filterkuchens. Die Trocknungsluft wird dabei über einen Kühler 20 und ein Filter
der vor handenen Abluftanlage zugeführt.
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Zweckmäßig ist die Hohlwelle 15 mittels eines Motors 21 drehbar ausgebildet,
so daß durch Rotation der Filterplatten 16 der Filterkuchen abgeschleudert wird
und in einen unter dem Filter schwingfähig angeordneten Konzentratbunker 21 mit
angebauter Feststoffaustrag- und Dosiervorrichtung fällt. Mit dieser Vorrichtung
wird der getrocknete Feststoff volumetrisch dosiert in ein Faß 22 ausgetragen, daß
dann der Endlagerung zugeführt wird.
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Als Filter weden zweckmäßig die FUNDA-Rückstandsfilter der Firma CHEMAP
AG eingesetzt. Diese haben den erläuterten Vorteil, daß die Filtration und die Trocknung
der Rückstände im gleichen nach außen geschlossenen Apparat durchgeführt werden
können, die Fest stoffe bis zu großen Filterkuchenschichten aufgebracht werden können,
der Filtrations-und Trocknungsprozeß ohne Schädigung jederzeit unterbrochen werden
kann, der Abwurf der Feststoffe von den Filterplatten durch deren Rotation auf einfache
Weise möglich ist und der Austrag durch die spezielle Konstruktion begünstigt wird.
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Es sind jedoch auch andere Methoden zur Aufbereitung des im Filter
14 entstehenden Filterkuchens denkbar.
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Ist in der kerntechnischen Anlage, bei der die Waschabwässer anfallen,
eine Konzentrationsaufbereitungsanlage gemäß der DT-PS 2 035 925 vorhandeln, so
kann das in dieser Anlage ohnehin vorhandene Rückstandsfilter als Filter 14 für
das erfindungsgemäße Verfahren mitbenutzt werden.
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Die Harze, die über die Leitung 9 eingespeist werden, können Pulverharze
oder auch Kugelharze sein, wobei in beiden Fällen neues oder anderweitig bereits
eingesetztes und dort nicht mehr brauchbares Harz verwendet werden kann. Bei Kernkraftwerken
mit Siedewasserreaktoren, für die die Erfindung besondere Bedeutung hat, ist es
für die Gesamtanlage besonders wirtschaftlich, wenn man die Altpulverharze der Kondensatreinigung
verwendet. Neben dem Vorteil, daß dann kein zusätzliches neues Harz benötigt wird,
ergibt sich der Vorteil, daß die Altharze in einer günstigen Weise hinsichtlich
ihrer Aufbereitung beeinflußt werden.
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Der wesentliche erfindungsgemäße Effekt besteht in der Kombination
von Ionenaustausch und Filtration. Durch das Vermischen der Waschwässer mit den
Harzen im behälter 8,' wird zunächst der meist überwiegende Teil der ionalen radioaktiven
Stoffe aus dem Waschwasser entfernt. Durch den anschließenden Filtriervorgang mit
den Harzen als Filterhilfsmittel werden die im waschwasser gelösten Feststoffe zurückgehalten.