DE2607951A1

DE2607951A1 - Verfahren und anlage zur ausscheidung, lagerung und beseitigung von radioaktiven feststoffen

Info

Publication number: DE2607951A1
Application number: DE19762607951
Authority: DE
Inventors: Gene Hirs
Original assignee: Amsted Industries Inc
Current assignee: Amsted Industries Inc
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1977-09-01

Description

Verfahren und Anlage zur Ausscheidung, Lagerung
und Beseitigung von radioaktiven Feststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur Ausscheidung, Lagerung und Beseitigung von radioaktiven Feststoffen alS einer, in einer nuklearen Reaktoranlage verwendeten Flüssigkeit, die hinte:einander Filter passiert, und aus der zunächst die gröberen und danach die feineren Verunreinigungen ausgeschieden und gesammelt werden, wobei die bisher zur Ausscheidung von radioaktiv verseuchten Verunreinigungen benötigte Menge von Koagulierungsmitteln und Filtrierhilfsmaterialien, die radioaktiv verseucht werden und zur Entseuchung gelagert werden müssen, wesentlich reduziert wird.
Das Ausfiltern von Feststoffverunreinigungen aus einer Flüssigkeit, die in Atomkraftwerken verwendet wird, wie z. B. bei Druckwasser-oder Siedewasserreaktoren, hat den vorbekannten Stand der Technik mit zahlreichen Problemen konfrontiert. Natürlich sind einige dieser Probleme ein unmittelbares Resultat der radioaktiven Natur der Flüssigkeit und der Feststoffverunreinungen. Ein anderer Grund für die bekannten Probleme resultiert aus dem großen Größenbereich der Verunreinigungen zwischen sehr feinen Eisenoxiden und Oxidprodulcten, die praktisch nicht filtrierbar sind und Kunstharzkörnern, die in Ionenaustauschfiltern verwendet werden. Zwischen diesen beiden Extremen können in der zirkulierenden Flüssigkeit des Atomkraftwerkes andere Feststoffverunreinigungen, wie z. B.
Flusen, Fußboden- und Wäscheschmutz, Kunstharzpulver, das in Ionenaustauschfiltern verwendet wird, und Filterhilfsmaterial, wie z. B. Filtergur oder faseriges Zellulosefiltermaterial vorhanden sein.
Zahlreiche Versuche sind bisher gemacht worden, um die verschieden großen Feststoffverunreinigungen wirksam zu entfernen, wobei diese bekannten Versuche jedoch mangelhaft waren, da es unmöglich war, die sehr feinen Verunreinigungen zu entfernen, oder auch wegen ihrer hohen Herstellungs und Betriebskosten.
Bei einer bekannten Anlage, sollten alle die verschiedenen Abfallprodukte getrennt und in gesonderten Behältern zur getrennten Filtrierung und Entfernung einer jeden Verunreinigungsart getrennt werden. Dies hat sich jedoch in einigen Fällen als wlbefriedigend erwiesen, da es nicht möglich war, die Verunreinigungen ardnunzsgemäß bis auf ein annehmbares Niveau zu entfernen, und da fast in allen Fällen die Kosten für die Bereitstellung von Filtern für jede Verunreinigungsart zu hoch waren.
Bei einem anderen bekannten Verfahren werden große uerbehälter verwendet, in denen sich die schwereren schwebenden Feststoffverunreinigungen absetzen können, worauf dann die dartiberliegende Flüssigkeit durch vorbeschichtete Filter filtriert wird. Dieses bekannte Verfahren hat sich als unbefriedigend erwiesen, da es notwendig ist, Vorbeschichtungsmaterial, wie z. B. Filtergur oder Zellulosefasern zu verwenden, die radioaktiv verseucht werden und eine Lagerung erforderlich machen. Ein zusätzlicher Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht in der Notwendigkeit, den gesammelten Verunreinigungen Hilfsstoffe zuzuführen, um eine ausreichende Porosität aufrechtzuerhalten, damit die Filtrierung über eine annehmbare Zeitdauer fortgesetzt werden kann. Daß einer solchen Einheit zugeführte Filterhilfsmaterial wird eben, falls radioaktiv verseucht und muß ebenfalls gelagert werden.
Es hat sich in vielen Fällen dieser Art Filtrierung gezeigt, daß das Zehnfache. au Filterzusatzmaterial gegenüber den ursprünglichen radioaktiven Verunreinigungen erforderlich ist. Somit wird das zu lagernde Volumen der verunreinigten Feststoffe bei diesen Filteranlagen mit zehn multipliziert.
Ein Beispiel eines bekannten Filterverfahrens, das beide zuvor erwähnten Filteranordnungen mit den Wrteigenen Nachteilen verwendet, ist in der US-Patentschrift 3 773 177 beschrieben.
Zentrifugierung ist ein drittes Beispiel eines bekannten Versuches, um Feststoffverunreinigungen aus der Flüssigkeit eines Atomkraftwerkes zu entfernen. Das hauptsächliche Problem bei dieser Art von Trennung, besteht in der Unmöglichkeit, die sehr feinen und sehr leichtes spezifisches Gewicht aufweisenden Feststoffverunreinigungen zu entfernen. Ein weiteres Problem ist in der beträchtlichen Abnutzung der Zentrifuge infolge des körnigen in Reaktorflüssigkeiten vorhandenen Materials zu sehen.
Die Erfindung überwindet diese bekannten Probleme, indem die Verunreinigungen auf ein kleines, leicht lagerbares Volumen konzentriert werden, da es nicht notwendig ist, große Dosen von Filterhilfsmaterialien zuzufügen. Was noch wichtiger ist, wird mit der Erfindung ein geklärter Abfluß erzielt, der allen Vorschriften fast aller Atomkraftwerke in der Welt entspricht, so daß die geklirte Flüssigkeit wiederverwendbar ist.
Zur Vereinfachung der Bezeichnungen der Filtergrößen, sind alle Angaben auf eine besondere Siebfeinheit, nämlich die genormte US-Siebfeinheit bezogen. Eine Bezeichnung mit einem vorgesetzten Minuszeichen (-3.zeigt an, daß alle Teilchen diese Siebgröße passieren oder im Durchschnitt kleiner als diese Siebgröße sind, wenn eine Durchschnittsgröße eines Filterelementes bestimmt wird.
Eine Bezeichnung mit einem vorgesetzten Pluszeichen (+) zeigt an, daß alle Teilchen auf dieser Siebgröße festgehalten werden oder im Durchschnitt gröber sind als die Siebgröße, wenn eine Durchschnittsgröße eines Filterelementes bestimmt wird. Wenn beispielsweise eine Granulatfilterschicht mit einer Siebgröße von minus 8 bis plus 30 bezeichnet ist bedeutet dies, daß alle Teilchen, die Nr. 8 US-Siebfeinheiten passieren und alle Teilchen auf der Nr. 30 US-Siebfeinheit zurückgehalten werden. Anders ausgedrückt, alle Teilchen sind kleiner als eine Nr. 8 US-Siebfeinheit, jedoch größer als eine Nr. 30 US-Siebfeinheit. Ein mit einer Durchschnittsgröße von minus 8 bis plus 30 bezeichnetes Medium bedcutet, daß die Durchschnittsgröße des Granulats im Medium eine Nr. 8 US-Siebgröße passiert und auf einer Nr. 30 US-Siebgröße zurückgehalten wird.
Die "Durchschnittsgröße" des Filtermediums wird durch eine machen matisch abgeleitete Zahl bestimmt, die gleich der Summe der einzalnen Produkte der Fraktion in Gewicht einer Jeden Maschengroße in einer Schicht des Mediums multipliziert mit der entsprechendlen Maschengröße ist Zum Beispiel bei einer Filterschicht, die aus granulierten schwarzen Walnußschalen besteht, die 40 % Gewichtsanteile von Nr. 6 siebgröße aufweisendes Granulat und 60 % Gewichtsanteile von Nr. 8 Siebgröße aufweisendes Granulat und eine Silikasandschicht mit 59 % Gewichtsamteilen, einer yr, 20 Siebgräße sowie 50 s Gewichtsanteilen einer Nr. 30 Siebgröße aufweist, beträgt die "Durchschnittsgröße" des Filtermediums in den entsprechenden Schichten 7,2 Siebgröße (0,40 X 6 Siebgröße + 0,60 x 8 Siebgröß = 7,2 Siebgröße) und 25,0 Siebgröße (0,50 x 20 Siebgröße + 0,50 x 30 Siebgrölle = 25,0 Siebgröße).
Bei dem zunehmenden Bedarf an Kraftenergie wird es immer wichtiger, Anlagen zu entwickeln, mit denen die in Atomkraftanlagen verwendete Flüssigkeit wieder verwendbar ist, und das Volumen der verseuchtlen Feststoffe muß diesen Anlagen, die eine Lagerung zur radioaktiven Entseuchung erforderlich machen, reduzieren. Die Erfindung schlägt sowohl ein Verfahren, wie auch eine Anlage vor, die besonders zweckmäßig bei Siedewasserreaktoren ist, und die gleichfalls wirksam bei anderen Nuklearanlagenarten, wie z. B. Druckwasseranlagen ver wendbar ist.
Die Filteranlage weist ein System zur Entfernung radioaktiv verseuchter Feststoffe aus einer eine geringe Leitfähigkeit aufweisende Flüssigkeit, einer nuklearen Reaktoranlage auf. Die Anlage weist einen ersten Filter mit einem flachen Filterelement auf, hat das Durchgangsöffnungen von etwa 0,0508 bis 0,635 mm durch die mit eine radioaktiv verseuchten Feststoffen strömt, um einen Teil der Feststoffe zu entfernen. Ein zweiter Filter ist über eine Leitung mit dem ersten Filter verbunden und weist eine Schicht granttlierten Filtermediums auf, um im wesentlichen alle radioaktiven Feststoffe verunreinigungen zn sammeln und susammenzubacken, die den ersten Filter passiert haben Der Ausfluß aus dem zweiten Filter ist eine geklärte Flüssigkeit mit einem reduzierten Verunreinigungsgehalt, die zur Wiederverwendung in dem Atomkraftwerk verwendbar ist. Es sind Rundspülmittel vorgesehen, um Flüssigkeit durch die Granulatfilterungsschicht in umgekehrter Richtung zum normalen Filterstrom zu schicken, um die Schicht aufzulockern und im wesentlichen alle angesammelten und zusammenhaftenden Feststoffverunreinigungen zu beseitigen. Ein Behälter nimmt die Rückspülflüssig keit mit den entfernten Verunreinigungen auf und hält die Rückspülflüssigkeit in ruhigem Zustand, sodaß sich die aneinanderhaftenden Feststoffe ahlagern können Nach einer gewissen Ruhezeit wird die Flüssigkeit aus dem Behälter abgezogen, um die radioaktiven Feststoffe zu konzentrieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das flächige Filterelement Durchgangsöffnungen, die kleiner als 0,254 mm sind, während bei einer noch bevorzugteren Ausführungsform die Durchgangsöffnungen kleiner als 0,127 mm sind. Das flächige Filterelement kann aus einem Gewebe wie beispielsweise Polyprypolen, Nylon oder Filz, oder aus einem Papiermedium, wie z. B. einer Zellulosefaser bestehen.
Der erste Filter kann ferner ein Förderrsystem aufweisen, das eine Vielzahl von Querstäben aufweist, die über die Fläche des Filterelementes bewegbar sind, um gewisse Verunreinigungen, wie z. B. Kunsharzfilterkörner zu entfernen, die in der Reaktorflüssigkeit enthalten sein können. Weiterhin kann der erste Filter auch Mittel zur Entfernung der Verunreinigungen von der flächigen Filterelementfläche aufweisen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform einen Kettenförderer vorsieht, mit dem das Filterelement verbundes ist. Der Kettenförderer kann geschaltet werden, um das flächige Filterelement in eine Stellung zur Austragung der ange-Sammelte Verunreinigungen zu bewegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Filter zwei vertikal angeordnete Schichten eines Granulatmaterials auf, dessen oberste Schicht aus grobem Material besteht, das über einer unteren aus feinem Material bestehenden Schicht angeordnet ist, wobei zwischen den Schichten eine aus den Materialien der oberen und der unteren Schicht bestehenden Schicht vorgesehen ist.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform besteht die oberste Schicht aus granulierten schwarzen Walnußschalen mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,3 und einer Durchschnittsgröße von etwa minus 8 bis plus 12 Siebgröße, wohingegen die untere Schicht Anthrazit mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,6 und einer Durchschnittsgröße von etwa minus 12 bis plus 30 Siebgröße aufweist. Es ist erwünscht, daß die beiden die Schicht aus granuliertem Filtermedium bildenden Materialien ein spezifisches Gewicht aufweisen, das geringer als 1,6 ist, sodaß sie im Falle einer radioaktiven Verseuchung aus dem zweiten Filter ausgespült werden können. Wenn beispielsweise Sand als Filtermedium im zweiten Filter verwendet werden würde, würde dieses Material irgendeine Art manueller Betätigung erforderlich machen, was ineiner radioaktiven Umgebung unerwünscht ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß man eine mit radioaktiven Feststoffen verseuchte Flüssigkeit eines Nuklearreaktors ein flächiges Filterelement mit Öffnungen in der Größenordnung von etwa 0,0508 bis 0,635 mm passieren läßt.
Während dieses Vorganges lagern sich Feststoffverunreinigungen, die größer als die Öffnungensiaed'Filterkuchbn auf dem Filterelement ab. Auch einige der kleineren Verunreinigungen als die Öffnungen werden wahrscheinlich in dem angesammelten Filterkuchen eingefangen. So passieren einige der nichteingefangenen Verunreinigungen, die kleiner als die Öffnungen sind, das Filterëlement mit einer teilweise geklärten Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit durchströmt dann eine Schicht eines granulierten Filtermediums in dem alle zuvor nicht aus, gefilterten Verunreinigungen angesammelt werden, wobei eine geklärte Flüssigkeit erzielt wird, die zur Wiederverwendung im Nuklearreaktor geeignet ist. Der D'ircli gang der Flüssigkeit durch das flächige Filterelement wird abgehalten nachdem sich ein Filterkuchen gebildet hat, der zur Weiterbehandlung entfernt wird. Der Durchgang durch das granula förmige Filterbett wird ebenfalls angehalten, worauf eine Rckspülflüssigkeit in entgegengesetzter Richtung zum normalen Filtrierungsstrom durch das Bett geschickt wird, um das selbe aufzulockern und im asentlichen alle angesammelten Feststoffverunreinigungen zu entfernen. Die Rücksptilflüssiekeit mit den entfernten Verunreinigungen wird in einem Ruhebehälter aufgefangen und gehalten, damit sich die Verunreinigungen niederschlagen können. Danach wird Flüssigkeit beispielsweise durch Abziehen aus dem Behälter entfernt, um die Verunreinigungen zu konzentrieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
werden die Verunreinigungen koalesziert, während sie sich in dem Bett des granulatförmigen Filtermediums ansammeln, sodaß sich die Verunreinigunger leichter in Ruhebehälter niederschlagen können.
Das Verfahren sieht ferner den Zueatz eines Koagulierungsmittels vor, wie zum Beispiel Poiyelectroryt zur Rundspülfliissigkeit und den angesammelten Verunreinigungen vor, um weiterhin die Ablagerung der Verunreinigungen in Behälter zu unterstützten.
Auf diese Weise überwindet die Erfindung die zuvor angegebenen Nachteile der -bekannten Vorrichtungen und Verfahren, wobei folqen(lr Vorteile erzielt werden: 1) Es wird eine wirksame Entfernung der Feststoffverunreiniquncen aus einer in einem Nuklearreaktor verwendeten Flüssigkeit erzielt sodaß die Flüssigkeit wiederverwendbar ist; und 2. das Volumen der radioaktiven Feststoffverunreinigungen, die während des Filtervor ganges erzeugt werden, wird drastisch reduziert.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung soll milch folgend in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden. Fs zeigen: Figur 1) eine schematische Gesamtansicht der Filteranlage gc.m?' der Erfindung; Fig. 2 eine Ansicht des Vorfilters gemäß der Erfindung ; und Fig. 3 einen Teilschnitt des Vorfilters nach Linie 3 - 3 der Figur 2.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Ausfiltern von stark unterschiedlichen Feststoffverunreinigungen, die in einer eine geringe Leitfähigkeit aufweisende Kernreaktorflüssigkeit enthalten sein können. Beispielsweise können die in einer Nuklearreaktorflüssigkeit enthaltenen Verunreinigungen verschiedene Eisenoxide Oxidationsprodukte, gunstharzkörner die in Icnenaustauschfiltern verwendet werden, verschiedene Arten von Vorbeschichtungsmaterialien Filterhilfen, wie z. B. Filtergur oder faseriges Zellulosefiltermaterial, sowie zusätzlich Fußboden- oder Wäscheflusen enthalten. Darüberhinaus werden gemäß der Erfindung diese Verunreinigungen ausfiltriert, ohne große Mengen von Körperzusätzen oder Filterhilfsmaterialien zuzufügen. wodurch der gesamte Feststoffabfall radioaktiv verseucht werden würde, und eine Lagerunq zur Entgiftung erforderlich machen würde.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, wird über eine Leitung R 10 Flüssigkeit ( in den meisten Fällen Wasser ), aus einem Atomkraftwerk 12, einem geeigneten Sammelbehälter 14 zugeführt, der ein Rührwerk 16 enthalten kann, um die Feststoffverunreinigungen in einem Schlammzustand zu halten. Der Schlamm ( oder Mischung ) wird durch eine Pumpe P 1 über ein geöffnetes Ventil V 1 aus dem Behälter 14 über eine Leitung 18 in einem ersten Filter 20 gepumpt, in dem die relativ großen Feststoffverunreinigungen entfernt werden. Bez lich Einzelheiten gewisser Merkmale des Filters 20, wird auf die US-Patenschriften 2 867 3 24, 2 867 325 und 2 867 326 als vorbekannt hingewiesen.
Andere Einzelheiten des Vorfilters 20 sind in den Figuren 2 und.3 gezeigt, in denen der Filter 20 einen ortsfesten unteren Behälter 22 und einen vertikal beweglichen oberen Behälter 24 aufweist.
Der obere Behälter weist ein oben offenes Ende begrenzende Seiten--wände auf, um verunreinigte Flüssigkeit aus der Leitung 18 aufzunehmen. Es sind einwärtsgerichtete Flansche 26 vorgesehen, an denen Dichtungen in bekannter Weise befestigt sind. Ferner weist der obere Behälter einen oberen Querträger 28 auf,-der sich Uber die gegenüberliegenden Seitenwände erstreckt. Eine Kolbenstange 30, eines hydraulischen Zylinders 32, ist fest mit dem Querträger 28 verbunden, um den oberen Behälter je nach Wunsch anzuheben oder abzusenken. Der obere Behälter weist ferner eine geneigte Endwand 34 mit einem unteren Abschnitt 35 auf, der mit einem flächigen Filterelement konvergiert, das zwischen dem oberen und unteren Behälter 24 bzw. 22 befestigt ist, wie dies nachfolgend noch eingehender beschrieben werden soll. Die geneigte Endfläche 34 endet am oberen Ende mit einer Lippe 37, die einen Austrag der Verunreinigungen aus dem ersten Filter gestattet, wie dies ebenfalls noch nachfolgend beschrieben werden soll. Der untere Behälter weist ebenfalls einwärtsgerichtete Flansche 38 auf, an denen Dichtungen 40 in bekannter Weise befestigt sind. Die Dichtungen können eine beliebige Form aufweisen oder aus einem beliebigen Material bestehen, um eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem oberen und dem unteren Behälter zu schaffen, wenn sie, wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, angeordnet sind.
Der Vorfilter 20 weist ferner einen Rost 42 auf, der bei der bevorzugten Ausführungsform aus einem Drahtgeflecht besteht, um das Filterelement 36 abzustützen. Eine Flüssigkeitskammer ist unter dem Rost vorgesehen, durch die die Flüssigkeit strömt, nachdem sie das Filterelement 36 aufdem Weg zur Leitung 46 passiert hat.
Das Filterelement 36 kann aus irgendeinem gelochten Element, wie z. B. aus Drahtgeflecht, aus einer Papierscheidewand, wie z. B.
Zellulose oder aus einer Gewebescheidewand,wie z. B. Nylon,Polytropylen oder Filz bestehen, und sollte vorzugsweise ein; wiederverwendbare Scheidewand sein, um eine Unschädlichmachung zu vermeiden, nachdem sie mit radioaktiv verseuchten Feststoffen in Berührung gekommen ist. Da das flächige Filtetrlement 36 ein Vorfilter ist, sollten die speziellen Uffnungen so gewählt werden, daß wahlweise reststoffverunreinigungen entfernt werden, um eine teilweise geklärte Flüssigkeit zu erhalten, die dann weiter bis zu einem Punkt geklärt wird, bei dem sie wiederverwendbar ist,, nachdem sie weiter in einem an nachfolgenden Filter bearbeitet worden ist. Bei einer erwünschten Ausführungsform weist die Scheidewand Durchgangsöffnungen in der Größenordnung von etwa 0,0508 bis 0,635 mm auf. Ein bevorzugterer Größenbereich beträgt etwa 0,0508 bis 0,254 mm, während der bevorzugteste Größenbereich etwa 0,0508 bis 0,127 mm beträgt, sodaß die teilweise geklärte Flüssigkeit einen Feststoffverunreinigungsgehalt von etwa 10 Teilen je eine Million,basierend auf dem Durchschnittfeststoffgehalt bei-Atomkraftwerken aufweist. Auf diese Weise sammelt der Vorfilter Verunreinigungen, wie z. B. Filtergur, zellenartige Filterhilfen, Flusen und andere große Teile.
Das flächige Filterelement 36, ist bei der bevorzugten Ausführungsform lösbar durch eine klammer 50 mit einem Kettentrieb 48 verbunden, wobei diese Konstruktion entsprechend der US-Patenschrift 3 807 559 ausgeführt sein kann. Der Kettentrieb besteht aus einer endlosen Schleife, die über ein Leerlaufkettenrad 54 und ein Antriebskettenrad 52, das in geeigneter Weise beispielsweise durch einen nichtdargestellten Elektromotor angetrieben sein kann, geführt.
Der Vorfilter 20 weist ferner einen Kettenförderer 56 zur Entfernung gewisser Feststoffe auf. Speziell Kunstharzfilterkörner aus Ionenaustauschern sind manchmal in der Flüssigkeit von Atomkraftwerken enthalten. In den meisten Fällen müssen diese Filterkörjier gesondert entfernt oder gesondert durch chemische Regeneration mft kaustischen Materialien oder Säuren behandelt werden, sodaß sie gesondert von den anderen sich im Filterkuchen in dem Vorfilter 20 ansammelnden Verunreinigungen getrennt werden müssen. Der Kettenförderer 56 weist 2 mit seitlichem Abstand angeordnete Ketten 58 auf ( in Fig. 3 nur eine gezeigt ), die über ein angetriebenes Kettenrad 60 und Leerlaufkettenrädern 62 und 64 laufen, die auf Wellen angeordnet sind, die sich durch die gegentiberliegenden Seitenwände des oberen Behälters erstrecken. Jedes der angetriebenen Kettenräder 60, weist eine Welle 66 auf, die sich durch Lager 68 in den gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt, und mit einem geeigneten Antrieb ( nicht dargestellt ).beispielsweise einem Elektromotor verbunden sein können. Die Lager können Dichtungen aufweisen, um ein Durchlecken der Flüssigkeit aus dem Vorfilter 20 zu verhindern.
Eine Vielzahl von Querstäben 70 , sind geeigneterweise mit den Gliedern der Ketten 58 verbunden und nahe dem Filterelement 36 angeordnet, um während der Bewegung zwischen den Kettenräder 60 und 62 Filterkörner oder ähnliche Verunreinigungen auf die konvergierende Kante 35 zu fördern. Die Querstabbewegung zwischen den Kettenrädern 62 und 64 fördert die Körner, die geneigte Endwand 34 hoch, über die Lippe 37 und ffñ einen Sammelbehälter 72 zur weiteren Behandlung oder Entfernung. Es wird darauf hingewiesen, daß die einzelnen Fördererquerstäbe 70 nicht in Berührung mit dem Filterelement 36 kommen, sondern einen geringen abstand von denselben aufweisen, um nur die großen Feststoffverunreinigungen, die auf Wunsch gesondert entfernt fernen sollen.
Der Betrieb Ges soweit beschriebenen Teiles der Filteranlage umfaßt den Fluß der verunreinigten Flüssigkeit aus dem Atomkraftwerk über die Leitung 10 in den Sammelbehälter 14. Hier wird die verunreinigte Flüssigkeit durch die Pumpe P 1 über das geöffnete Ventil V 1 und die Leitung 18 in den oberen Behälter 24 des Vorfilters 20 gepumpt.
Wie in Figur 2 dargestellt, ist der Verunreinigte Flüssigkeitsspiegel im Filter 20 beispielsweise durch die Linien 11 gezeigt. Eine Pumpe P 2 in einer Leitung 46, saugt dann die verunreinigte Flussigkeit durch das Filterelement 36, wobei ein Filterkuchen aus Feststoff verunreinigungen gebildet wird. Der Filterkuchen weist Feststoffe auf, die größer als die Durchgangsöffnungen i flächigen Filterelement 36 sind, wobei wahrscheinlich einige Feststoffe, die kleiner als die Durchgangsöffnungen sind,eingefangen werden.
Eine Leitung 74 mit einem normalerweise geschlossenen Ventil V 2 ist vorgesehen, sodaß der Fluß aus dem Vorfilter je nach Wunsch oder Erfordernisiaen Sammelbehälter 14 zurückgerichtet werden kann, beispielsweise zu Beginn des Durchlaufs durch; den Vorfilter. Normalerweise wird jedoch die teilweise geklärte Flüssigkeit aus dem Vorfilter durch die Pumpe P 2 über ein geöffnetes Ventil V 3 in einen Sammelbehälter 76 gepumpt. Im Falle, daß sich extrem große Feststoffverunreihigungen, wie z. B. Kunstharzfilterkörner aus einem Ionenaustauscher auf dem Filterelement 36 ansammeln, kann es erwünscht sein, den die Querstäbe 70 aufweisenden Förderer 56 zu betätigen, um die Körner über die geneigte Endwand 34, wie zuvor -beschrieben aus dem Vorfilter zu entfernen.
Nach einer vorbestimmten Zeit oder nachdem der Filterkuchen auf dem Filterelement 36 eine bestimmte Dicke aufweist, was durch einen Anstieg des Flüssigkeitsspiegels im oberen Behälter-24 eder durch eine Druckänderung der Leitung 46 ersichtlich wird, ist es notwendig, den Kettenförderer 48 zu betätigen, nachdem der obere Behälter 24 durch die Kolbenstange 30 angehoben ist. Durch die Bewegung des Kettenförderers wird das Filterelement 36 weiterbewegt und trägt den zuvor angesammelten Filterkuchen in'einen Sammelbehälter 78 aus. Auf diese Weise bildet der Kettenförderer ein Mittel, um die angesammelten Verunreinigungen von der Filteroberfläche des Filterelementes zu entfernen. Es können natürlich ähnliche andere Mittel zur Entfernung der angesammelten Verunreinigungen verwendet werden. Die in den Sammelbehälter 78 ausgetragene Verunreinigungsmasse weist etwa 30 bis 50 % oder mehr Feststoffe auf und ist für eine umittelbare Lagerung geeignet. Darum kann die Verunreinigsmasse weiterbehandelt werden, beispielsweise durch Zentrifugieren, um die Feststoffe vor der Lagerung weiter zu konzentrieren.
Falls es erwünscht ist, den ersten Filter wieder in Betrieb zu nehmen, wird die Kolbenstange 30 mit dem hydraulischen Zylinder 32 und damit der obere Behälter 24 wieder abgesenkt und eine flüssigkeitsdichte Verbindung der Dichtungen 27 und 40 zwischen dem oberen und unteren Behälter wiederhergestellt.
Wie zuvor beschrieben,wird teilweise geklärte Flüssigkeit aus dem Vorfilter durch die Pumpe P 2 über die Leitung 46 in einen Sammelbehälter 76 gepumpt, aus dem die Flüssigkeit durch eine Pumpe P 3 über ein geöffnetes Ventil V 4 und V 5 die Leitung 78 und die Zweigleitung 79 durch ein Tiefbettfeinfilter gepumpt wird. Der Feinfilter 80 weist ein Gehäuse 82 mit einem Granepiiiltfiltermedium auf, das ausgewählt sein muß, um einen sehr geringen Verunreinigungsgehalt auszufiltern und den Vorschriften zu entsprechen. Beispielsweise kann die aus dem Feinfilter austretende Flüssigkeit unter die behördlichen Vorschriften fallen, nach denen der Verunreinigungsgrad geringer als ein Teil je eine Million ist. Verunreinigungen werden im Feinfilter durch Einfangen in den Zwischenräumen zwischen dem Filtergranulat eingefangen.
Bei der bevorzugtesten Ausführungsform weist das Granulatfilterbett des Feinfilters 80 eine untere SChicht 86 aus Anthrazit, mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,6 und eine Maschengröße von etwa minus 12 bis plus 30 Maschengröße auf. Ober der unteren Schicht 86 ist eine obere Schicht 84 angeordnet, die aus granulierten schwarzen Walnußschalen mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,3 und einer Durchschnittsgranulatgröße von etwa minus 8 bis plus 12 Maschengröße angeordnet.Die obere und untere Schicht ist miteinander vermischt, um eine Zwischenschicht 88 zu bilden, die eine Granulatreduzierung der Filtergranulatgröße vorsieht, sodaß die Feststoffverunreinigungen in die untere Granulatschicht eindringen können. Gemäß der bevorzugtesten Ausführungsform der Erfindung, ist das Granulatmedium im Feinfilter 80 auf ein spezifisches Gewicht von etwal,6 beschränkt, unabhangig von dem besonderen verwendeten Feststoff, sodaß das Material aus dem Gehäuse im Falle einer radioaktiven Verseuchung ausgespült werden kann.
Die aus dem Feinfilter 80 austretende Flüssigkeit hat vorzugsweise einen Verunreinigungsgrad von nur etwa ein Teil je eine Million und noch bevorzugter nur etwa 0,5 Teile je eine Million, wobei sie. über eine Leitung 90 und ein geöffnetes Ventil V 6 in einen Sammelbehälter 92 fließen. Von hier kann die geklärte Flüssigkeit über eine Leitung 94 und geöffnete Ventile V 7 und V 13 in einen Sammelbehälter strömen, bevor sie wieder in den Kreislauf des Atomkraftwerkes zurückgeleitet wird. ( Beispielsweise kann hier eine Prüfung der mitgeführten Verunreinigungen durchgeführt werden.) Wahlweise kann die geklärte Flüssigkeit in einen Entmineralisierer 96 ( durch Schließen des Ventils V 13) über ein geöffnetes Ventil V 8 geleitet werden, aus dem sie dann durch eine Pumpe P 4 über eine Leitung 98 in den Reaktor gepumpt wird. Der Entmineralisierer 96 weist eine übliche allgemein bekannte Konstruktion auf. und braucht daher nicht mehr beschrieben zu werden.
Es wurde festgestellt, daß die angesammelten Feststoffe im Feinfilter 80 dazu neigen, sich zu verbinden und Feststoffe zu bilden, die 3 bis 4 mal großer als diejenigen sind, die in der teilweise geklärten, durch die Leitung 79 strömenden Flüssigkeit, enthalten sind. Nach der Entfernung der angesammeltenFeststcffverunreinigungen durch einen Rückspülvorgang aus dem Feinfilter 80, wird es romit leichter, den Verunreinigungen aus der Flüssigkeit durch Herniederschlagen zu entfernen.
Ein Rückspülvorgang wird nach einer vorbestimmten Zeit oder nach einem vorbesçimmten Druckdifferenzial eingeleitet. Die Ventile V 9 und V 10 werden geöffnet, die Ventile V5 und V 6 geschlossen, die Pumpe P 3 stillgesetzt und die Pumpe P 5 angelassen, um Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 92 über eine Leitung 100,-in den Feinfilter 80 in umkekehrter Richtung zur normalen Filtrierungsströmung einzuführen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Rückspülung wird so gewählt, daß die Filterbettschichten gelockert werden, damit die angesammelten Verunreinigungen entfernt werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,beträgt die Strömungsgeschwindigkeit etwa 58 bis 97 l/m2 je Minute. Nachdem im wesentlichen alle Verunreinigungen aus dem Filtermaterial entfernt worden sind, wird die Rückspülung unterbrochen. Die Schichten 84 und 86 mit der Zwischenschicht 88 werden wiederhergestellt, indem sie sich in die in Figur 1 gezeigte Stellung absetz en.
Die Leitung 90 kann wahlweise übliche Sammler ( nicht dargestellt ) im unteren Abschnitt des Feinfilters 80 aufweisen. Diese Sammler oder ähnliche Elemente, verteilen die Rückspülflüssigkeit über den Querschnitt des Granulatfiltermediums, um die Bildung von Taschen oder Kanälen im Granulatmedium während des Riickspülens zu verhindern. Diese Sammler sind aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt, da sie allgemein bekannt sind.
Die Rückspülflüssigkeit mit den entfernten zusammenhaftenden Feststoffen strömt aus dem Feinfilter 80 über Leitungen 79 und02 aus, in denen zusätzliche kleine Dosen eines Koagulierungsmittels zugesetzt werden können, um eine weitere Zunahme der Partikelgröße zu unterstützen. Die Rückspülflüssigkeit strömt aus der Leitung 102 in einen Rückspiilkonzentrierbehälter 104, indem die Flüssigkeit für eine gewisse Zeitdauer ruhig gehalten wird, damit sich die koagulierten, zusammenhaftenden Partikel ablagern können.
-Die spezielle Zeitdauer kann von den besonderen, durch den Feinfilterausgeschiedenen Verunreinigungen abhängen, beträgt jedoch im allgemeinen wenigstens etwa 30 Min. Ein zusätzliches Koaleszieren sollte im Konzentrierbehälter 104 der Rückspülflüssigkeit stattfinden, selbst wenn in der Leitung 102 kein Koagulierungsmittel zugesetzt wird, was auf die Ablagerung der Verunreinigungen am Boden des Behälters zurückzuführen ist.
Nach einer ausreichenden Zeitdauer der Ruhe kann die Flüssigkeit aus dem Konzentrierbehälter flir aückspülfliissigkei t beispielsweise durch Absaugen durch eine Leitung 106 und durch ein geöffnetes Ventil V 11 in einen Sammelbehälter 108 entfernt werden, aus dem die Flüssigkeit dann durch eine Pumpe P 6 über eine Leitung 110 und ein geöffnetes Ventil V 12, zurück inden ursprünglichen Sammelbehälter 14 zur weiteren Behandlung gepumpt werden kann.
Es wurde festgestellt, daß ein großer Teil der im Konzentrierbehälter 104 befindlichen Flüssigkeit von dem Gemisch der Feststoffverunreinigungen nach der Ruheperiode getrennt werden kann.
Nach der Flüssigkeitsentfernung beträgt die im Behälter verbleibende Verunreinigungskonzentration etwa 10.000 bis 15.000 Teile je eine Million. Dieser hochkonzentrierte Schlamm wird' aus dem Konzentrierbehälter 104 entfernt, indem ein Ventil V 13 beispielsweise ein Grosselklappen- oder Kegel ventil geöffnet wird, worauf der Schlamm in einen Sammelbehälter 112 fließt.
Wahlweise ist ein Rührwerk 114 in diesem Behälter vorgesehen, um die Verunreinigungen in einem Schlammzustand zu halten, der durch eine Pumpe P 7 über eine Leitung 116 zur weiteren Behandlung oder Wasserentzug herausgepumpt werden kann, wobei die Entwässerung beispielsweise durch Entspannungstrockner, Verdampfer oder Zentrifugen, vorgenommen werden kann. Auf diese Weise brauchen gemäß der Erfindung von etwa 4.500 bis 6.750 Litern, die in die Filteranlage gelangen, nur 4,5 Liter durch die EntwässerungS-ausrüstung hinter dem Sammelbehälter 112 weiterbehandelt werden, um die Feststoffe zur Lagerung zu konzentrieren. Wie zuvor erwähnt,, beträgt die Konzentration der Verunreinigungen nach dem Ablagern und Abziehen der Flüssigkeit etwa 10.000 bis 15.000 Teile je Million (oder 1 - 1,5 % Feststoffe). Die weitere Ent-Wässerung durch Zentrifugieren oder Verdampfung konzentriert die Feststoffe bis zu etwa 25 - 40 t. Daher wird die Gesamtkonzentration der Feststoffverunreinigungen, in der aus dem Vorfilter strömenden Flüssigkeit etwa 10 Teile je 1 Million bis 500.000 Teile je 1 Million betragen, mit anderen Worten, eine 40.000fache Konzentration. Was noch wichtiger ist, wird diese Konzentration erfindungsgemäß ohne zusätzlich große Mengen von Filterhilfen erreicht, die das Gesamtvolumen der radioaktiv verseuchten Partikel, die gelagert werden müssen, erhöhen.
Wie zuvor erwähnt, ist die Erfindung besonders geeignet, um bei geringer Leitfähigkeit aufweisendem radioaktiven Abfall An Flüssigkeiten eines Atomkraftwerkes verwendet zu werden.
Damit müssen Flüssigkeiten, die Ionenaustauschregenerationschemikalien, die sauer oder kaustisch sind, aus der Erfindungsgemäßen Filteranlage ferngehalten werden. Die Flüssigkeitsmenge in einem Atomkraftwerk mit geringer Leitfähigkeit ist bei weitem die gesamte Anlagenflüssikgeit, woraus die sehr wichtigen Vorteile gemäß der Erfindung hervorgehen.
Alle Ventile und Pumpen, die beim Erfindungsgegenstand verwendet werden, sind von üblicher Konstruktion und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben werden.

Claims

A n 5 p r U c ii e: Clì Verfahren zur Ausscheidung, Lagerung und Beseitigung von radioaktiven Feststoffen aus einer in einer nuklearen Reaktoranlage verwendeten Flüssigkeit, die hintereinander Filter passiert, und aus der zunächst die gröberen und danach die feineren Verunreinigungen ausgeschieden und gesammelt werden, wobei die bisher zur Ausscheidung von radioaktiv verseuchten Verunreinigungen benötigte Menge von Koagulierungsmitteln und Filtrierhilfsmaterialien, die radioaktiv verseucht werden nd zur Entseuchung gelagert werden müssen, wesentlich reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit radioaktiven Feststoffen verseuchte Flüssigkeit zunächst durch ein gelochtes Element mit Uffnungen in der Größenordnung von 0,asc8 bis 0,635 mm geleitet wird, auf den Verunreinigungen gesammelt und die nichtgesammelten Verunreinigungen in der teilweise geklärten Flüssigkeit durch eine Schicht aus granulatfbrmigem Filtermedium weitergeleitet, in der im wesentlichen alle zuvor nichtausgefilterten Verunreinigungen gesammelt werden und eine geklärte, in nuklearen Reaktor wiederverwendbare Flüssigkeit geschaffen wird, daß eine Rückspülung der Filtermediumschicht mit einer Rückspülflüssigkeit vorgenommen wird, bei der wenigstens ein Teil der gesammelten Feststoffverunreinigungen entfernt wird, daß die Rückspülflüssigkeit mit den entfernten Feststoffverunreinigungen in einem Ruhebehälter gesammelt wird, indem sich wenigstens ein Teil der Verunreinigungen ablagert und dah dann die Flüssigkeit aus dem Ruhebehälter dekantiert wird und die Verunreinigungen konzentriert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der teilweise geklärten Flüssigkeit, bevor sie die Schicht des granulierten Filtermediums durchströmt, nur ein Koagulierunnsmittel Tn-derGrößenordnung von etwa 0,25 je 1 Million zugefügt wird.
3. F-ilteranlage zur Ausscheidung radioaktiv verseuchter Feststoffpartikel aus einer in einer nuklearen Reaktoranlage verwendeten Flüssigkeit, mit wenigstens zwei getrennten hintereinander angeordneten Filtern zur Ausscheidung und Sammlung zunächst der gröberen und dann der feineren Verunreinigungen aus der Flüssigkeit, wobei Einrichtungen zur Entfernung und Sammlung der Verunreinigungen aus jedem der Filter vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Ausscheidung der gröberen Verunreinigungen dienende Filter (20) ein gelochtes Filterelement (36) mit Durchgangsöffnungen von etwa 0,0508 bis 0,635 mm aufweist, während der zur Ausscheidung der feineren Verunreinigungen dienende Filter (80) eine Schicht eines granulatförmigen Filtermediums (84) (88) ( 86) aufweist, das durch eine, in zur normalen Filtrierungsströmung umgekehrten Richtung stremende Rückspülflüssigkeit durch Auflockerung der granulatförmigen Schicht und Entfernung von im wesentlichen allen angesarn melten radioaktiven Verunreinigungen neu aufbereitbar ist, daß ein die Rückspülflüssigkeit mit den Verunreinigungen aufnehmen der Ruhebehälter (104) vorgesehen ist, indem sich die Verunreinigungen ablagern und daß Einrichtungen (106 V 11) zum Dekantieren der Flüssigkeit aus dem Ruhebehälter(104) und zum Konzentrieren der Verunreinigungen und Lagern derselben vorgesehen sind.
4. Filteranlage nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das gelochte Filterelement (36) Durchgangsöffnungen in der Größenordnung von etwa 0,127 bis 0,0508 mm hat, und daß die Schicht des granulatförmigen Filtermediums (84) (86) (88), f eine obere Schicht (84) aus relativ grobem Material aufweist, die über einer Schicht (86) aus verhältnismäßig feinem Material angeordnet ist, während zwischen der oberen und unteren Schicht eine aus relativ grobem und feinem Material bestehenden Zwischenschicht (88) vorgehen ist, und daß das spezifische Gewicht,sowohl des groben als auch des feinen Materials, geringer als 1,6 ist.
5. Filteranlage nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die untere Schicht (86) des granulatförmigen Filtermediums Anthrzit mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,6 ist und eine Maschengröße von etwa 12 bis 30 (USA) aufweist.
6. Filteranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Schicht 684) des granulatförmigen Filtermediums im wesentlichen aus granuliertem schwarzen Walnußschalen, mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,3 und einer Maschengröße von etwa 8 bis 12 (USA) besteht.
7. Filteranlage nach Anspruch 3, dadurch gekennZeichnet, daß die Einrichtung (48) (56) (70) (34) zur Entfernung der Verunreinigungen von dem gelochten Filterelement (36) eine an einem Teil des gelochten Elementes angrenzende geneigte Endwand (34) sowie einen Förderer (56) mit Querstäben (70) aufweist, die über das gelochte. Filterelement(36) und entlang der geneigten Endwand (34) bewegbar sind.
8. Filteranlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (48) (56) (70) (34) zur Entfernung der Verunreinigungen von den gelochten Filterelement (36) einen Förderer (48) aufweisI'tdem das gelochte Filterelement in eine Stellung zur Austragung der angesammelten Verunreinigungen schaltbar ist.