DE2460872A1

DE2460872A1 - Radioactive effluent esp. sewage is decontaminated by decay - through successive stages with thorough mixing to equalise dwell times

Info

Publication number: DE2460872A1
Application number: DE19742460872
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-21
Filing date: 1974-12-21
Publication date: 1976-11-04

Abstract

A method of decay-decontamination of radioactive sewage or other effluent consists of passing the effluent, after clarification, through (on the once-through principle) a series of several mixing stages which determine the dwell time behaviour. More specifically, it is passed alternately through pipes and relatively wide tanks, and is agitated and mixed in the tanks e.g. by blowing in air. Esp. for treating toilet effluent from hospitals where nuclear medicine is practised. The method enables the dwell time to be kept the same for all parts of the flow, and to be increased or decreased to suit requirements.

Description

Verfähren und Anlage zur Dekontaminierung radioaktiver Abwässer Die Dekontaminierung kurzlebig radioaktiver Abwässer, insbesondere der Toilettenabwässer von nuklear medizinischen Krankenhausanstalten geschieht üblicherweise in Behältern, die je nach Anfall gefüllt und nach angemessener Abklingzeit abgelassen werden. Die komplette Abklinganlage besteht dabei aus mindestens zwei, in der Regal aber einer größeren Anzahl solcher Einzelbehälter, die durch Rohrverbindungen und Absperrorgane Im Verein mit Uberwachungsgeräten gegen UberlauSen und unbeabsichtigtes Leerlaufen gesichert sind. Process and facility for the decontamination of radioactive waste water Decontamination of short-lived radioactive waste water, especially toilet waste water of nuclear medical hospitals is usually done in containers, which are filled depending on the attack and drained after an appropriate cooldown time. The complete decay system consists of at least two, but on the shelf a larger number of such individual containers, which are through pipe connections and shut-off devices In conjunction with monitoring devices against overflows and unintentional draining are secured.

Nachteilig ist neben den hohen Investitionskosten für eine solche Anlage insbesondere der hohe Bedienungsaufwand Gegenstände der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dekontaminierung radioaktiver Abwässer, insbesondere der Fäkalabwässer nuklear-medizinischer Krankenhausanstalten, welche im Durchlauf arbeitet und aufgrund seiner Einfachheit die erwähnten Nachteile nicht besitzt, sondern sich durch niedrige Investitions- und Betriebskosten, hohe Sicherheit und einen hohen Grad an Verfügbarkeit auszeichnet.It is disadvantageous in addition to the high investment costs for such Plant, in particular, the high operating costs. Objects of the invention are a Method and device for decontaminating radioactive waste water, in particular of the fecal waste water from nuclear medical hospitals, which in transit works and due to its simplicity does not have the disadvantages mentioned, but through low investment and operating costs, high security and is characterized by a high degree of availability.

Es ist eine Abklinganlage bekannt (OS 1.584.978), in der das Abwasser nach Durchlaufen eines Klärbehälters zur Abscheidung grober Feststoffe einem kontinuierlich arbeitenden System zugeführt wird, das bezüglich seines Verweilzeitverhaltens dem Rohrreaktor entsprechen soll, wobei aber ausdrücklich betont wird, daß der Durchlauf möglichst wirbelfrei zu erfolgen habe.A decay system is known (OS 1.584.978), in which the wastewater after passing through a clarification tank to separate coarse solids one continuously working system fed that with regard to its residence time behavior should correspond to the tubular reactor, but it is expressly emphasized that the flow should be carried out as free from eddies as possible.

Ziel der Prozeßführung ist es dort, in der Abklinganlage dem Idealfall möglichst nahezukommen, daß alle gleichzeitig in das System eintretenden Flüssigkeitselemente das System auch gleichzeitig wieder verlassen.The aim of the process management is there, the ideal case in the decay plant as close as possible to all liquid elements entering the system at the same time leave the system at the same time.

Erreicht werden soll dies durch einen durchströmten Abklingbehälter in Form eines Rohres oder Schlauches, der z. B. in Schraubenlinienform aufgewickelt sein kann. Auch durch Trennwände in einem Behälter soll eine entsprechende Strömungsführung bewirkt werden können.This is to be achieved by means of a decay container with a flow through it in the form of a tube or hose, which z. B. wound in a helical shape can be. Corresponding flow guidance should also be provided through partition walls in a container can be effected.

Im Gegensatz dazu will die vorliegende Erfindung die die Abklinganlage durchströmende Flüssigkeit auf ihrem Weg vom Anlageneintritt zum Austritt mehrfach einer Quermischung unterwerfen, so daß die Anlage bezüglich ihres Verweilzeitverhaltens einer Kaskade aus idealen Rührkesseln nahekommt.In contrast, the present invention seeks the decay system liquid flowing through several times on its way from the system inlet to the outlet subject to a cross-mixing, so that the system with regard to its residence time behavior comes close to a cascade of ideal stirred kettles.

Eine solche Strömungsführung hat folgende Vorteile: Erstens wird mit Sicherheit ein "Durchschießen" eines nennenswerten Anteils der eintretenden Flüssigkeit durch die Anlage vt'rmieden. Bei einer rohrförmigen Anlage hingegen, die im laminaren Strömungsbereich arbeitet, bildet sich ein parabelförmiges Geschwindigkeitsprofil mit erheblichen Differenzen zwischen mittlerer und maximaler Geschwindigkeit aus.Such a flow guidance has the following advantages: First, with Safety is a "shoot through" of a significant proportion of the incoming liquid vt'rmieden through the system. In the case of a tubular system, on the other hand, the laminar If the flow area works, a parabolic velocity profile is formed with considerable differences between medium and maximum speed.

(v max Mittel = 2) Zweitens kann die Anlage so bemessen werden, daß nicht alle gleichzeitig in das System eintretenden FlUssigkeitselemente das System auch gleichzeitig wieder verlassen. Eine solche Verweilzeitverteilung gleicht Konzentrationsschwankungen am Eingang - wie sie in nuklear-medizinischen Stationen erwartet werden mUssen - wesentlich besser aus als eine Anlage, die in ihrem Verhalten einem Strömungsrohr nahekommt. Auch wird bei einer ausreichenden Halbwertsbreite der Verweilzeitverteilung bei kontinuierlicher Uberwachung der Aktivität am Ausgang eine Uberlastung der Anlage sehr frUh bemerkt, so daß Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.(v max mean = 2) Second, the system can be dimensioned so that not all liquid elements entering the system at the same time the system also leave again at the same time. Such a residence time distribution resembles concentration fluctuations at the entrance - as you must be expected in nuclear medical stations - much better than a system that is in their behavior one Flow tube comes close. The residence time distribution is also given a sufficient half-width if the activity at the exit is continuously monitored, the system is overloaded noticed very early so that countermeasures can be initiated.

Zur Ausführung besonders geeignet ist eine Anlage, bestehend aus mehreren hintereinander geschalteten Behältern, in denen die Durchmischung durch Einblasen von Luft vorzugsweise am Behälterboden bewirkt wird.A system consisting of several is particularly suitable for execution containers connected in series, in which the mixing is carried out by blowing in is preferably effected by air at the bottom of the container.

Eine solche Ausführung vermeidet mechanisch bewegte Elemente und Einbauten in den Behältern. Die aufsteigenden Gasbiasen erzeugen im Behälter Umlaufwirbel und bewirken, daß sich jeder einzelne Behälter weitgehend wie ein idealer Rührkessel verhält.Such a design avoids mechanically moving elements and fixtures in the containers. The rising gas biases generate circulating eddies in the container and cause each individual container to act largely like an ideal stirred tank behaves.

Ist dies der Fall, so ergibt sich als weiterer Vorteil, daß die Anlage bezUglich ihrer Wirksamkeit exakt und zuverlässig vorausberechnet werden kann, wenn Abwasseranfall, Applikationsmengen und Halbwertszeiten der verwendeten Isotope bekannt sind. Die der eigentlichen Abklinganlage vorgeschaltete Feststoffabscheidevorrichtung kann als Zweikammerklärbehälter mit anaerober Faulung oder als Belebtschlamm- oder Mineralisationsanlage ausgebildet werden. Die zweite Möglichkeit bietet den vorteil, bei ausreichender Dimensionierung neben dem Absetzen ier festen-StofSe auch eine weitgehende Mineralisierung der suspendierten und gelösten organischen Stoffe zu bewirken.If this is the case, there is a further advantage that the system its effectiveness can be precisely and reliably calculated in advance if Wastewater accumulation, application quantities and half-lives of the isotopes used are known are. The solids separation device upstream of the actual decay system can be used as a two-chamber septic tank with anaerobic digestion or as activated sludge or Mineralization system to be trained. The second option offers the advantage If the dimensions are sufficient, in addition to the settling of solid substances, there is also one extensive mineralization of the suspended and dissolved organic substances cause.

Die Schlammbelastung der folgenden Behälter wird dadurch auf einen leicht zu beherrschenden Mindestwert herabgesetzt.The sludge load of the following containers is thereby reduced to one easily manageable minimum value is reduced.

Die neue Gestaltung ergibt eine Abklinganlage, die ohne Ventile und Schieber, ohne mechanisch bewegte Teile und auch ohne Pumpe im Abwasserstrom auskommen kann.The new design results in a decay system that has no valves and Slide, without mechanically moving parts and also without a pump in the wastewater flow can.

Die Erfindung betrifft weiter die Ausbildung der Quermischeinrichtungen und anderer Einrichtungen, wie anhand der Zeichnung erörter wird. In dieser zeigt Fig. 1 ein Schema der Anlage, Fig. 2 ein Diagramm der Konzentrationsabgleichung und Fig. 3 bis 5 eine schematische Darstellung der Mischwirkung in einem Kessel.The invention also relates to the design of the cross mixing devices and other facilities, as will be discussed with reference to the drawing. In this shows Fig. 1 shows a scheme of the system, FIG. 2 shows a diagram of the concentration adjustment and FIG. 3 to 5 a schematic representation of the mixing action in a boiler.

Nach Figur 1 gelangt das Abwasser aus der Leitung 1 in die Belebtschlämmanlage 2, in welcher nicht nur die Feststoffe ausgefällt, sondern auch die gelösten Bestandteile durch Mineralisation ausgeschieden werden. Zu diesem Zweck wird in das Abwasser Belebtschlamm aus dem Nachklärbecken 3 Uber den Durchlaß 4 zugeführt. Bei 5 eingeblasene Luft ruft eine Umwälzung im Raum 2 hervor. Fällstoffe und/oder Flock.lngsmittel werden bei 6 zugegeben. Nach ausreichender Belürtungszeit wird das Abwasser in das Nachklärbecken 3 Uberführt, in welchem sich der Schlamm absetzt.According to Figure 1, the wastewater from line 1 enters the activated sludge plant 2, in which not only the solids precipitate, but also the dissolved components be excreted through mineralization. This is done in the sewage Activated sludge from the secondary clarifier 3 is supplied via the passage 4. Blown in at 5 Air causes a circulation in room 2. Precipitants and / or flocculants are added at 6. After a sufficient aeration time, the wastewater is poured into the Secondary clarifier 3 transferred, in which the sludge settles.

Das von den Fällstroffen breite und mineralisierte Abwasser gelangt durch die Rohrleitung 7 in den ersten geschlossenen RUhrkessel 11mit der Lufteinblaavorrichtung 12. Infolge der RUhr- und Mischbewegung gelangen die Abwasserteilchen erst nach Durchwirbelung in einer'vorgesehenen Verweilzeit, also nicht in direkter Strömung zum Auslauf des Kessels 11, um Leber die Rohrleitung 13 zum zweiten Rührkessel 14 Uberzutreten und darin einer weiteren gleichartigen Durchwirbelung unterzogen zu werden. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zum Kessel 20.The broad and mineralized wastewater from the falling streams arrives through the pipe 7 into the first closed stirred tank 11 with the air injection device 12. As a result of the stirring and mixing movement, the wastewater particles only get behind Turbulence in a predetermined dwell time, i.e. not in a direct flow to the outlet of the kettle 11, around the liver the pipe 13 to the second stirred kettle 14 To step over and then subjected to another similar vortex will. This process is repeated up to boiler 20.

Untersuchungen haben gezeigt, daß selbst die zuweilen auftretenden hohen Konzentrationen strahlender Stoffe in der Kaskade abgeglichen werden. In Figur 2 oberhalb der Kessel ist dies symbolisch angegeben. Die durch den Kurvenpunkt 22 angezeigte Konzentration wird im Kessel 11 auf den aus Kurvenpunkt 22 Betrag abgeglichen und von Kessel zu Kessel weiter abgebaut, bis schließlich vor dem letzten Kessel der geringe, durch Kurvenpunkt 24 gekennzeichnete Betrag erreicht und spä testens im letzte Kessel die Konzentration gänzlich abgeglichen ist.Research has shown that even the occasional high concentrations of radiating substances in the cascade. In figure 2 above the boiler this is indicated symbolically. The curve point 22 The displayed concentration is adjusted in the boiler 11 to the amount from curve point 22 and further reduced from boiler to boiler until finally before the last boiler reached the small amount indicated by curve point 24 and at the latest the concentration in the last tank is completely balanced.

Die Ausbildung der Mischeinrichtung in den Kesseln trägt wesentlich zum Erfolg der Verhinderung das Durchschlagens hoher Konzentrationen bei. Nach Figur 3 bis 5 sind die mit Austritt-söffnungen für die Luft versehenen Rohre oder Schläuche am Grunde der Kessel 11 usf. kreuzförmig angeordnet, so daß getrennte Zonen im Kessel entstehen. Die' Zuführung der Luft erfolgt durch die Achsmitte des Kessels, und zwar durch einen löSbaren Deckel, die gesamte Mischeinrichtung kann nach oben herausgezogen werden.The design of the mixing device in the boilers is essential contributes to the success of preventing high concentrations from breaking through. According to figure 3 to 5 are the pipes or hoses provided with outlet openings for the air at the bottom of the boiler 11 and so on. Arranged in a cross shape, so that separate zones in the boiler develop. The air is supplied through the center of the boiler axis, and through a detachable cover, the entire mixing device can be pulled out upwards will.

Versuche haben erwiesen, daß die durch die eingeblasene Luft entstehenden Zonen in der aus dem Vergleich der Figuren 3 bis 5 ersichtlichen Weise gewissermaßen stufenweise gefüllt werden, d. h., das neu eingetretene Abwasser verbleibt zunächst in der Zone lla, bis es sich in dieser weitgehend ausgebreitet hat. Erst dann tritt es allmählich in die Zonen 11b und llc ein, bis es sich auch in diesen in einer bestimmbaren Verweilzeit verteilt hat, um schließlich in die Zone lid zu gelangen, wobei jedesmal in der Zone selbst und an den übergängen durch die entstehenden Querströmungen eine kräftige Durchmischung eintritt. Das Verweilzeitverhalten und die Abgleichung der Konzentrationen sind in dieser Verfahrensweise begründet.Experiments have shown that the air created by the blown in Zones in the manner evident from the comparison of FIGS. 3 to 5, so to speak be filled in stages, d. In other words, the newly entered wastewater remains for the time being in zone lla until it has largely spread in this. Only then occurs it gradually enters the zones 11b and 11c until it is also in these in a has distributed a determinable dwell time in order to finally reach the zone lid, each time in the zone itself and at the transitions through the resulting cross currents vigorous mixing occurs. The dwell time behavior and the alignment the concentrations are justified in this procedure.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anlage nach dem Verdrängerprinzip arbeitet, wenn also das aus dem Uberlauf 8 zur Abklingkaskade austretende Abwasser das in den nachfolgenden RUhrkesseln 11 bis 20 befindliche Wasser in entsprechender Menge bis zum Austritt aus der Kaskade verdrängt. Eine Abwasserpumpe ist dann nicht erforderlich.It is particularly advantageous if the system operates on the positive displacement principle works, so if the waste water emerging from the overflow 8 to the decay cascade the water in the subsequent stirred tanks 11 to 20 in the corresponding Quantity displaced until it emerges from the cascade. A sewage pump is then not necessary.

Das dekontaminierte Abwasser durchläuft einen Kontrollbehälter 25, in welchem seine Radioaktivität kontinuierlich gemessen und registriert wird.The decontaminated wastewater runs through a control container 25, in which its radioactivity is continuously measured and registered.

Die Rührkessel können sämtlich in gleicher Höhenlage aufgestellt sein und gleiche Abmessungen haben.The stirred kettles can all be set up at the same height and have the same dimensions.

Die Druckluft für die Rohre und Mischvorrichtungen in den Rührkesseln wird durch die Leitung 27 zugeführt. Die Abluft gelangt durch die Leitung 28 zum Filter 29 oder dgl. und schließlich ins Freie.The compressed air for the pipes and mixing devices in the stirred tanks is fed through line 27. The exhaust air passes through line 28 to Filter 29 or the like. And finally outside.

Die Erfindung kann in mehrfacher Richtung abgewandelt werden.The invention can be modified in several directions.

Die am Grunde der Kessel angeordnete Einblasvorrichtung kann aus mehreren parallel liegenden Rohren, in einfachen Fällen auch aus einem einzigen geraden oder gebogenen Rohr oder Schlauch bestehen. Die Einblasrichtung kann von der Senkrechten abweichen. Immer ist es vorteilhaft, durch die Lufteinführung die Kessel in Sektoren oder Zonen aufzuteilen, so daß mehrere große Wirbel entstehen, die von den Flüssigkeitselementen nacheinander durchlaufen werden.The injection device arranged at the bottom of the boiler can be selected from several parallel pipes, in simple cases also from a single straight or bent pipe or hose. The blowing direction can be from the vertical differ. It is always advantageous to divide the boiler into sectors by introducing air or to divide zones so that several large eddies are created by the fluid elements are run through one after the other.

Auch eine Ausführung der Abklingkaskade als durchlaufender Kanal mit wiederholter Quermischung, z. B. mit staffelweise angeordneten Durchmischungseinrichtungen, etwa mechanisch durch gegenläufige Flügelräder oder besser durch kräftige Lufteinblasvorrichtungen quer zum Abwasserstrom ist ausführbar. 7Also a design of the decay cascade as a continuous channel with repeated cross mixing, e.g. B. with staggered mixing devices, mechanically, for example, through counter-rotating impellers or, better, through powerful air injection devices transversely to the sewage flow is possible. 7th

Claims

Claims 1. A method for decontamination by decay radioactive waste water in the flow, characterized in that the pre-clarified Wastewater in the flow stream several times a determinant of the residence time behavior Mixing is subjected.

2. The method according to claim 1, such that the waste water flow alternately is passed through pipes and expanded spaces in which the mixture z. B.

takes place by blowing air.

3. Plant for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized by a decay cascade of cascades connected in series Stirring vessels (11 to 20) with mixing devices, for example air injection devices (12), stirrers, pumps, injector mixers or static mixers.

4. Plant according to claim 3, characterized by devices (12) inside the boilers (11 to 20), which generate vortices through rising air bubbles, effectively prevent breakthrough currents.

5. Plant according to claims 3 and 4, characterized in that at the bottom of the boiler (11 to 20) pipes (12) or hoses with tuft outlet openings are arranged which, together with their carrier, can be removed from the boiler at the top.

6. Plant according to claims 3 to 5, characterized by rows of air injection openings or pipes (12) with these, which are arranged in a cross shape, are. (Fig. 3)

7. Plant according to claim 3, characterized in that the boiler (11 to 20) are designed to be identical and interchangeable among themselves.

8. Plant according to claim 3, characterized in that the decay system is designed as a displacement system. (Fig. 1)

9, system according to claim 3, characterized by a mineralization device upstream of the cascade boilers (11 to 20) (2 to 6), in particular an activated sludge system in connection with a settling tank.

10. Plant according to claim 9 and 9, characterized by a precipitation and flocculant adding device (6).