DE2821097A1

DE2821097A1 - Verfahren und vorrichtung zur dekontamination von radioaktiven abwaessern

Info

Publication number: DE2821097A1
Application number: DE19782821097
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Brandt; Dietrich Ing Grad Leith; W Dipl Chem Oschmann; Ansgar Dr Schiffers
Original assignee: Apparatebau Rothemuehle Brandt & Kritzler; Apparatebau Rothemuehle Brandt and Kritzler GmbH
Current assignee: Apparatebau Rothemuehle Brandt and Kritzler GmbH
Priority date: 1978-05-13
Filing date: 1978-05-13
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2425705B1; BR7902922A; GB2022466B; JPS54150600A; GB2022466A; FR2425705A1; JPS6057560B2; US4308105A; DE2821097C2

Description

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERJCH · GERD MÖLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER - 3 -

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Apparatebau Rothemühle Brandt & Kritzler; 59 63 Wenden 5 / Rothemühle

Verfahren und Vorrichtung zur Dekontamination von radioaktiven Abwässern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dekontamination von radioaktiven Abwässern durch Verdampfung derselben und Abscheidung der mitgerissenen Radionuklide aus dem Dampf.

Bei der Dekontamination von radioaktiven Abwässern, wie sie bspw. in den Sümpfen von Kernkraftwerken anfallen, wird die Aufbereitung hauptsächlich auf dem Wege der Abwasserverdampfung durchgeführt. Hierbei werden die radioaktiven Abwässer zunächst in einen Umlauf-Verdampfer geleitet, der sie in die Dampfphase überführt. In diesem Dampf sind die die Verunreinigungen bildenden Radionuklide in verschiedener Form enthalten. Flüchtige Verunreinigungen verdampfen und lösen sich dann wieder im Kondensat. Verunreinigungen, die in flüssiger oder fester Form vorliegen, sind im Dampf hingegen als Aerosole enthalten.

Zur Abscheidung der Aerosole aus dem Dampf wird dem Umlaufverdampfer eine Abscheiderkolonne nachgeordnet, wie sie von der chemischen Technik her bekannt ist. Diese Abscheiderkolonne ist als Glockenbodenkolonne, Siebbodenkolonne oder Füllkörperkolonne aufgebaut. Als zusätzliches Bauelement können in solchen Abscheiderkolonnen auch sogenannte Demister, das sind starke Fasergeflechte aus Stahl oder Kunststoff, benutzt werden, die in der chemischen Technik hauptsächlich als Aerosolabscheider im Gebrauch sind.

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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICK · GERD MÖLLER · D. GROSSE · F. POLLMEIER - 4 -

Bei der Dekontamination von radioaktiven Abwässern durch Verdampfung wird zwischen zwei Dekontaminations-Faktoren unterschieden. Einerseits handelt es sich dabei um den sogenannten System-Dekontaminations-Faktor (DF ) und andererseits um den Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF ).

Der System-Dekontaminations-Faktor (DF ) ist der Quotient der spezifischen Aktivität des Abwassers zu derjenigen des Destillats und eine hauptsächlich die Genehmigungsbehörden interessierende Größe. Der Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF . bestimmt das Verhältnis der spezifischen Aktivitäten des Konzentrats zum Destillat und entspricht etwa dem Hundert-

2
fachen (1o ) des System-Dekontaminations-Faktors (DF ). Der Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF ) wird von den Herstellern der Verdampfungsanlagen eingesetzt.

Praktische Erfahrungen mit den bekannten Dekontaminations-Verfahren und -Vorrichtungen haben gezeigt, daß im Betrieb vielfach die angenommenen DF -Werte von 1o bis 1o nicht erreicht werden, sondern daß sich bestensfalls DF -Werte von

4 6 ^s

1o bis 1o einstellen, die aber mit steigender Betriebsstundenzahl weiter abnehmen.

Dieses Betriebsverhalten der bekannten Dekontaminations-Verfahren und -vorrichtungen liegt darin begründet, daß eine fortwährende Kontamination an den Einbauten der Abscheiderkolonne stattfindet. Diese ist darauf zurückzuführen, daß die aus dem Dampf abgeschiedenen Teilchen sich an den Einbauten absetzen und dort zu Ablagerungen führen.

Zur Erhaltung möglichst hoher DF -Werte ist es daher notwendig, die Einbauten der Abscheiderkolonne turnusmäßig zu reinigen und gegebenenfalls auch durch Austausch zu ersetzen. Diese Arbeiten erfordern jedoch lange Stillstandszeiten der Verdampfungsanlage und führen außerdem zu hoher Strahlenbelastung für das Personal.

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Ausgehend von diesen in der Praxis gewonnenen Erkenntnissen ist es Zweck der Erfindung, die bestehenden Nachteile zu beseitigen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dekontamination von radioaktiven Abwässern zu finden, bei dem bzw. mit der die Abscheidung der Radionuklide aus dem Dampf der Abwässer optimiert wird, ohne daß während eines längeren Betriebszeitraumes eine Verringerung des DF -Wertes eintritt.

Zur Lösung dieses Problems wird nach der Erfindung in verfahrenstechnischer Hinsicht vorgeschlagen, daß der Dampf durch elektrische Felder geleitet und darin die festen und flüssigen, als Aerosole vorliegenden Komponenten abgeschieden werden.

Versuche haben gezeigt, daß durch diese Verfahrensart der Verdampfer-Dekontaminations-Faktor DF gegenüber dem bisher zum Einsatz gelangten, unter Verwendung der aus der chemischen Technik bekannten Abscheiderkolonnen arbeitenden Verdampfungs-

2 verfahren um mindestens den Faktor I00 (1o ) verbessert werden. Das heißt aber, der erfindungsgemäß erreichbare Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF ) entspricht etwa dem Wert der bishe erreichten System-Dekontaminations-Faktoren (DF ).

Es ist zwar bereits bekannt, staubförmige Ballaststoffe aus Gasen mittels elektrischer Felder abzuscheiden. Da aber die elektrische Leitfähigkeit (S/cm) der bei der Gasreinigung abzuscheidenden Teilchen wesentlich verschieden von derjenigen der erfindungsgemäß abzuscheidenden Radionuklide ist, konnte nicht erwartet werden, daß die Anwendung von Elektrofiltern für die Dekontamination des Dampfes radioaktiver Abwässer zur besseren Dekontaminations-Faktoren (DF ) und (DF ) führen würde, als

S V

die aus der chemischen Technik bekannten Abscheiderkolonnen der Glockenboden-, Siebboden-, Füllkörper- und/oder Demister-Bauart. Vielmehr mußte der Fachmann davon ausgehen, daß die Gasreinigungs-Technologie mittels Elektrofiltern zur Dekontamination des Dampfes radioaktiver Abwässer wegen der dort vor-

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liegenden, völlig anderen Voraussetzungen (äußerst geringer Gewichtsanteil (g/m ) der Radionuklide im Dampf; kleinere Teilchengröße; andere elektrische Leitfähigkeit) zu schlechteren Dekontaminations-Faktoren (DF ) und (DF ) führen würde als die aus der chemischen Technik bekannten Abscheiderverfahren. Trotz dieser für den Durchschnittsfachmann nach dem Stand der Technik naheliegenden negativen Erwartungen hat sich jedoch in Versuchen gezeigt, daß bei erfindungsgemäßer Durchführung ein Dekontaminationsverfahren mit Hilfe von Elektrofiltern in besonders vorteilhafter Weise möglich ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich nach der Erfindung erwiesen, wenn der Dampf der radioaktiven Abwässer nacheinander durch mehrere, und zwar mindestens durch zwei, im Abstand hintereinanderliegende elektrische Felder geleitet wird. Dabei ist jedes Feld so ausgelegt, daß es für sich allein den optimalen Abscheide-effekt erzielt, derart, daß die Betriebssicherheit selbst beim Ausfall eines der Felder voll erhalten bleibt.

Auch hat es sich bewährt, den Dampf unterhalb der elektrischen Felder zunächst tangential zuzuführen und peripher nach unten abzulenken sowie anschließend axial nach oben in die Elektrofilter einzuleiten. Durch diese Verfahrenstechnik wird die Geschwindigkeit des Dampfes (m/s) auf ihrem Weg zu den elek7 trischen Feldern mehrfach stark variiert. Es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Abscheidewirkung im Bereich der elektrischen Felder wesentlich begünstigt werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche aus einem Umlaufverdampfer, einer damit einerseits über einen Abwasser- bzw. Verdampfersumpf und andererseits über eine Ausdampfkammer in Verbindung stehenden Abscheiderkolonne und einem der Abscheiderkolonne unter Zwischenschaltung eines Kondensators nachgeschalteten Destillatsammler besteht, zeichnet sich erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch aus, daß in

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der Abscheiderkolonne in Strömungsrichtung nach der Ausdampf kammer Elektrofilter vorgesehen sind, die vorzugsweise oberhalb der Ausdampfkammer angeordnet sind.

Bewährt hat es sich ferner, in der Abscheiderkolonne mindestens zwei baulich gleiche, aber unabhängig voneinander betriebsfähige Elektrofilter im Abstand zueinander anzuordnen.

Unterhalb des ersten Elektrofilters kann erfindungsgemäß der Zulaufstutzen des Umlaufverdampfers tangential in einen nach unten offenen Ringraum der Austauschkammer münden, welche wiederum einen koaxial zum Ringraum liegenden Durchlaß zu den Elektrofiltern aufweist. Unterhalb des ersten Elektrofilters und oberhalb des Durchlasses läßt sich nach einem weiterbildenden Erfindungsmerkmal bei entstehendem Schaum durch Kurzschlußverhalten des ersten Elektrofilters ein Schaltkreis schließen, der wiederum eine Schaumbremse, z. B. in Form eines Heizgitters oder eines Sprühkranzes, automatisch in Tätigkeit setzt und die Schaumbildung verhindert. Solche befürchteten Schaumbildungen treten insbesondere beim alkalischen Betrieb der Dekontaminations-Verdampferanlagen auf, d. h., wenn die radioaktiven Abwässer auf pH-Werte eingestellt werden, die über 7 liegen, wie das bspw. erforderlich ist, wenn Jod-131 reduziert werden muß, damit es zum Zwecke der Abscheidung in ionisierbarer Form in das Aerosol gelangt.

Schließlich hat es sich noch als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn den Elektrofiltern Wascheinrichtungen für die Elektroden zugeordnet und vorzugsweise im Zwischenraum zwischen den aufeinanderfolgenden Filterabschnitten vorgesehen sind. Hierdurch wird es nämlich möglich, die Elektroden der Elektrofilter während der Stillstandszeiten der Anlage durch Abspülen der radioaktiven Rückstände zu dekontaminieren.

Durch das erfindungsgemäße Dekontaminationsverfahren und die zu dessen Durchführung verwendete Dekontaminations-Verdampfungsanlage ergeben sich eine Reihe beträchtlicher Vorteile. So wird

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der Dekontaminations-Faktor des Destillats um mindestens 1o besser als bei den herkömmlichen Verfahrensarten. Auch über eine längere Betriebszeit tritt keine Verminderung der Dekontaminations-Faktoren (DF ) und (DF ) ein. Erfindungsgemäß ergibt sich auch eine höhere Wirtschaftlichkeit, weil kein Rücklauf notwendig ist und außerdem nur geringe Druckverluste in der Abscheiderkolonne auftreten. Schließlich werden auch wesentlich längere Standzeiten und eine leichtere Dekontamination der Abscheiderkolonne erreicht.

An Hand einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend im einzelnen erläutert werden. Dabei ist in

Figur 1 schematisch der Aufbau einer Versuchsanordnung dargestellt, die zur Dekontamination der Dampfphase radioaktiver Abwässer mit einem Elektrofilter arbeitet, während

Figur 2 ebenfalls in schematischer Darstellung den Aufbau einer für den praktischen Betrieb geeigneten Dekontaminations-Verdampfungsanlage zeigt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Versuchsanordnung wurde ein Umlaufverdampfer 1 mit elektrischen Heizelementen 2 verwendet, die eine stallierte Heizleistung in insgesamt 8 kW aufwiesen. Dieser Umlaufverdampfer 1 war einerseits unter Zwischenschaltung einer Pumpe 3 mit dem Abwasser- bzw. Verdampfersumpf 4 einer Abscheiderkolonne 5 und andererseits über ein Verbindungsrohr 6 mit der Ausdampfkammer 7 dieser Abscheiderkolonne 5 verbunden.

Das Verbindungsrohr 6 mündete tangential in eine nach unten zur Ausdampfkammer 7 offene Ringkammer 8, und die Ausdampfkammer 7 war koaxial zur Ringkammer 8 über einen Durchlaß 9 mit einem darüber angeordneten Elektrofilter 1o verbunden. Dieses Elektrofilter 1o war für den Betrieb mit Hochspannungs-Gleichstrom von 13,5 kV ausgelegt und wies einerseits eine

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rohrförmige Niederschlagselektrode 11 sowie andererseits eine durch einen zur Niederschlagselektrode 11 koaxial angeordneten Draht gebildete Sprühelektrode 12 auf.

Das obere Ende der Niederschlagselektrode 11 des Elektrofilters war über ein Rohr 13 unter Zwischenschaltung eines Kondensators 14 mit einem Destillatsammler 15 verbunden.

Mit dieser, unter Verwendung von Glaskolben erstellten, Versuchsanlage wurden verschiedene Versuchsreihen gefahren, und zwar einerseits unter Einsatz einer wässrigen Lösung von inaktivem Natrium sowie andererseits unter Einsatz radioaktiver Abwässer.

Im ersteren Falle wurc.e die eingesetzte Lösung aus verschiedenen Wasch- bzw. Spülmitteln, aus Borsäure, aus Natriumchlorid, aus Natriumtetraborat, aus Siliconöl und Antischaummittel zusammenge:
Natrium gebracht.

mittel zusammengesetzt, und auf einen Wert von 5,14 χ 1o ppb

In den durchgeführten Versuchsreihen zeigte sich dabei, daß bei reinem Verdampferbetrieb, d. h., bei abgeschaltetem Elektrofilter, der Natriuragehalt im Kondensat auf 14o ppb abgesenkt werden konnte. Es wurde hier also ein Dekontaminations-

4 faktor von S,7 χ 1ο erreicht.

Wurde in der gleichen Versuchsreihe zusätzlich das Elektrofilter eingeschaltet, dann konnte im Kondensat der Natriumgehalt auf 6 ppb abgesenkt werden. Damit ergab sich ein Mindestdekontaminations-Faktor vono,85 χ 1o , da die restlichen Natriumspuren mit Sicherheit aus den verwendeten Glasgeräten stammen. Durch den Einsatz des Elektrofilters konnte also der Dekonta-

2 minations-Faktor um 4,35 χ 1ο verbessert werden.

Bei der Versuchsreihe mit radioaktivem Abwasser wurde Rohwasser eingesetzt, in welchem u. a. die in Spalte 1 der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Radionuklide enthalten waren. In Spalte 2

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dieser Tabelle ist dabei zu den einzelnen Radionukliden die gemessene Strahlungsaktivität Ci/m aufgeführt, welche vor c Einführen des Rohwassers in den Verdampfer vorhanden war.

In Spalte 3 der Tabelle ist ein Versuch aufgezeigt, bei dem der Umlaufverdampfer 1 mit einer Heizleistung von 8 kW betrieben und im Rohwassersumpf 4 der Kolonne 5 ein Wasserstand von 44o mm Höhe aufrechterhalten wurde.

In Spalte 3.1. sind die Strahlungsaktivitäten Ci/m zu den in Spalte 1 angegebenen Radionukliden aufgeführt, welche bei reinem Verdampferbetrieb der Versuchsanlage im Kondensat gemessen wurden, während in Spalte 3.2. die Strahlungsaktivitäten Ci/m angegeben sind, die sich nach zusätzlicher Einschaltung des Elektrofilters im Kondensat eingestellt haben.

Spalte 4 der Tabelle führt die Werte eines Versuches auf, bei dem der Verdampfer mit einer Heizleistung von 6 kW betrieben wurde und der Wasserstand im Rohwassersumpf 4 ebenfalls auf 44o mm Höhe gehalten wurde. Hierbei sind in Spalte 4.1. die Werte der Strahlungsaktivitäten Ci/m eingetragen, die bei reinem Verdampferbetrieb erreicht wurden, während die Spalte 4.2. die Strahlungsaktivitäten Ci/m wiedergibt, die sich nach zusätzlicher Einschaltung des Elektrofilters einstellen.

In Spalte 5 der Tabelle ist ein Vergleichsversuch zu demjenigen nach Spalte 4 aufgeführt, der jedoch unter geringfügiger Änderung der verdampften Wassermenge und des Volumens der Ausdampfkammer 7 und daraus resultierender Änderung der Dampfgeschwindigkeit sowie der Verweilzeit im Elektrofilter durchgeführt wurde. Die entsprechend geänderten Werte sind jeweils am Fuß der Tabelle zu den einzelnen Spalten angegeben.

Auch in Spalte 5 sind unter 5.1. die Strahlungsaktivitäten Ci/m aufgezeigt, die bei reinem Verdampferbetrieb im Kondensat gemessen wurden, während unter 5.2. die Angaben gemacht sind, die sich nach Einschaltung des Elektrofilters einstellten.

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In Spalte 6 der Tabelle ist schließlich ein Versuch aufgezeigt, bei welchem der Verdampfer 1 mit einer Heizleistung von 8 kW betrieben wurde, bei welchem jedoch der Wasserstand im Rohwasserdampf 4 nur auf 14o mm Höhe gehalten wurde.

Greift man beispielsweise aus der Tabelle die Werte für das im Rohwasser besonders strahlungsaktive Co-6o (Kobalt-6o) heraus,

— 1 3 welches eine gemessene Strahlungsaktivität von 1,2 χ 1o Ci/m aufweist, dann ergibt sich für den Versuch nach Spalte 3 der Tabelle, daß nach 3.2., also bei reinem Verdampferbetrieb die Strahlungsaktivität auf 1,19 χ 1o Ci/m abgebaut werden konnte, während nach 3.2. beim Betrieb mit eingeschaltetem Elektrofilter die Strahlungsaktivität auf 8,23 χ 1o ° weiter abgesenkt wurde. Durch Einschaltung des Elektrofilters konnte also der Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF ) um 1,45 χ 1o verbessert werden.

Bei dem in Spalte 4 aufgezeigten zweiten Versuch ergab sich nach 4.1. bei reinem Verdampferbetrieb eine Absenkung der Strahlungsaktivität auf 7,92 χ 1o Ci/m , während sich nach 4.2. beim Verdampferbetrieb mit eingeschaltetem Elektrofilter eine Absenkung der Strahlungsaktivität auf 8,2 3 χ 1o eingestellt hat.

Es wurde also eine Verbesserung des Verdampfer-Dekontaminations-

2
Faktors (DF ) um 9,62 χ 1ο erreicht.

Beim dritten Versuch gemäß Spalte 5 der Tabelle wurde entsprechend den Angaben unter 5.1. eine Absenkung der Strahlungsaktivität auf 2,8 χ 1o Ci/m erreicht, während unter 5.2. aufgezeigt ist, daß bei zusätzlicher Einschaltung des Elektrofilters

— die Strahlungsaktivität im Kondensat unter einen Wert von 1,6 χ

Ci/m - die dort zur Verfügung stehende Nachweisgrenze - abgesunken ist.

Trotz Verwendung eines weniger empfindlichen GeLi-Strahlungs-Detektors (Germanium-Lithium-Detektor) konnte auch in diesem Falle nachgewiesen werden, daß der Verdampfer-Dekontaminations-Faktor (DF ) durch den Einsatz des Elektrofilters um mehr als 1,75 χ 1o verbessert wird.

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1

Ag - 11ο η

2

3

3.2.

VordwpfT-

4

Ht E-FiHpp

Verdampfer-

5

5.2.

Verdampfer-

6

mit E-Filter

Vfrdampfer-

Ci -137

Tit E-Filter

Heizleiütung: 8 h/h

4,7 . Ιο"¹⁰

Heizleistung: 6 kW/h

mit E-Filter

Heizleistunq: 6 W/h

H»izl»i^rtung: Bk,/h

T₄ Einzeinuklid

;; ei -134

Strahlungs

Wnuch 1

4.7 . Ιο"¹⁰

Wasserstand: 44o mn ■.

Versuch 2

6,77 . Ιο"¹⁰

Wasserstand: Ho mm ·,

V.-rsuch 3

WcSferstand: 44o «w .,

Vornxh 4

I

fesserst.md: 14o mm λ

ö . Co - 6o

aktivität i«

3tra^uiQ^^ivitit

6,o . 1o~

Verdaitpferleistung: o,oo5 m /t

Strahlungsaktivität

4,o1 . 1o"

Verdampferleistung: 0,00425 » /i

im !-on^rniat Ci/»'

I

Verdairpferlei-tung: 0,0045 m^J/s

StrahiungsaktivitJt

Verd.TTpfer1ei'.tung: 0,004 m/s

Sb -124

Rohwasser

ir Kondensat Ci/m'

4,11 . 1o[¹⁰

DartfGeschwindigkeit:

im Kondensat CiAr

8,23 . 1o"¹°

Dampfgeschwindigkeit:

5.1.

^x vor.
t ·- ι

Dampfgetchwindi;keit:

im Kondensat Ci/r

c: τ—
ι-- ro
,r? -4-1 *

Dampfgeschwindigkeit:

Λ.

(O ——————
CD

3.1 . 1

8,23 . io "^1o

ir· Äusdartfraum 0,936 «/i

4.1. ι 4.2.

8,5 . Ιο"¹⁰

im Ausdaipfrauis 0,795 m/s

ohne E-Filter

im Ausdarpfrauir 0,842 m/s

6.1. . 6.2.

im AusdampfrauB 0,749 m/s

^co Bemerkungen

1,67 . 1o"³

C¹Tr E-Filt.-r

8,6 . 1ο"¹⁰

im E-Filter 1,7 b/s

ohne E-F)ltrr

im E-Filter 1,5 m/s

2,6 . 1o"⁷

CO -£ r—

im E-Filtxr 1,59 ff/s

ohne E-Filt<r

in E-Filter 1,42 m/s

cn

2,1 . 1o"²

5,64 . 1o"⁷

Verweilzeit im E-Filter: 0,45 t

. 1,8.1ο"⁷

Verweilzeit im E-Filter:

4,8 . 1o"⁷

Verveilzeit im E-Filter:

2,5 . 1o"⁷

Verweilze it im E-Filter:

4S--

5.4 . 1o'³

7,42 . 1o"⁷

Filterspannung 14₍2 kV ο

4,68 . 1o"⁷

o,53 s

1,7 . 1o"⁷

0,5 s

5,7 . 1o"⁷
7

o,56 s

1,2 . 1o"¹

2,47 . 1o"⁷

bei 14o_AA - 0,927 «A/»

1,9 . V⁷

Filterspannung 14 kV ο

2,8 . 1o"⁷

Filterspannung 14 kV -

1,5 . 1<f'
_7

Filterspannung 15 kV ο

3J5 . 1o"²

1,19 . 1o"⁶

7,92 . 1o"⁷

bei 16o^A - 1,o6 ιγΑ/λ

3,5 . 1o"'

bei 19o;.A - 1,26 irA//

6,5 . 1o

: bei Uo ^A . o,927 «iA//

O

4,21 . 1o*⁷

2,29 . 1o"⁷

^eEplatz mit sch'echfer

4,1·. 1o-7

fefiplatz mit

_Λ

pH-6,o

Nachweisgrenze

I schlerhtor

Nachweisgrsnze

_i

282 IU97

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Unter 6.1. ist bei reinem Verdampferbetrieb eine Strahlungs-

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aktivität von 6,5 χ 1o Ci/m angegeben, während unter 6.2. erkennbar wird, daß bei zusätzlicher Benutzung des Elektrofilters die Strahlungsaktivität des Kondensates ebenfalls unter der Nachweisgrenze von 1,6 χ 1o Ci/m angeordnet werden muß. Hier ergibt sich eine Verbesserung des Verdampfer-Dekontaminations-Faktors (DP ) um den Wert 4,o6 χ 1o . Zum Nachweis der Strahlungsaktivität wurde hier der gleiche GeLi-Detektor eingesetzt, wie bei dem in Spalte 5 aufgezeigten Versuch.

In Fig. 2 der Zeichnung ist eine für den praktischen Einsatz geeignete Anlage zur Dekontamination von radioaktiven Abwässern dargestellt. Diese hat einen Verdampfer 21, der über ein Röhrenregister 22 durch Heizdampf betrieben werden kann. Dieser Verdampfer 21 steht mit Abstand über seinem anderen Ende über eine Rohrleitung 23 mit dem unteren Ende einer Dekontaminationskolonne 25 in Strömungsverbindung, während er nahe seinem oberen Ende durch Stutzen 26 ebenfalls an die Dekontaminationskolonne 25 angeschlossen ist. Dabei münden die Stutzen 2 6 tangential in einen Ringraum 28, der unten mit einer Ausdampfkammer 27 in Verbindung steht, die oberhalb des Rohwasserspiegels in der Dekontaminationskolonne 2 5 gebildet ist.

Konzentrisch zum Ringraum 28 ragt ein Stutzen 29 in die Ausdampfkammer 27 von oben hinein. Dieser stellt eine Verbindung zu einem oberhalb der Ausdampfkammer liegenden Raum der Dekontaminationskolonne 25 her, in welchem mit Abstand übereinander zwei Elektrofilter 3o' und 3o" angeordnet sind.

Die beiden Elektrofilter 3o' und 3o" haben einen übereinstimmenden Aufbau. Sie bestehen jeweils aus einer Anzahl von Niederschlagselektroden 31 und Sprühelektroden 32. Die Niederschlagselektroden bestehen entweder aus vertikalen Platten, zwischen denen die Sprühelektroden in Form von Drähten senkrecht aufgehängt sind, oder aus Rohren, in deren Inneren die Sprühelektroden verlaufen.

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Zur Erzeugung hoher Feldstärke zwischen den negativ gepolten Sprühelektroden und den Niederschlagselektroden werden beide Elektrofilter 30' und 30'' getrennt voneinander an Hochspannungsgleichstromquellen angeschlossen, so daß sie unabhängig voneinander betrieben und geregelt werden können.

Das obere Ende der Dekontaminationskolonne 25 weist ein Dampfauslaßrohr 33 auf, welches mit einem Kondensator (nicht dargestellt) in Verbindung steht.

Unterhalb des unteren Elektrofilter 30', aber oberhalb der Ringkammer 28 und des Stutzens 29 ist in die Dekontaminationskolonne 25 eine Schaumbremse 34, bspw. in Form eines Heizgitters oder eines Sprühkranzes eingebaut, während im Zwischenraum zwischen den beiden Elektrofiltern 30' und 30'' Wascheinrichtungen 35 angeordnet sind, welche gleichzeitig in beide Filter 30' und 30'' ein Waschmedium einsprühen können.

Die radioaktiven Abwasser werden in regelbarer Menge durch eine Rohrleitung 36 in der Nähe des unteren Endes in die Dekontaminationskolonne 25 eingeführt und strömen von dort aus durch die Rohrleitung 23 in den Umlaufverdampfer 21.

Das untere Ende der Dekontaminationskolonne 2 5 bildet dabei einen Rohwassersumpf 24', welcher über die Rohrleitung 2 3 mit dem Verdampfer 21 verbunden ist. Unterhalb der Einmündung der Rohrleitung 23 ist im Verdampfer 21 ein Konzentratsumpf 24'' ausgebildet, von dem ein Rohr 37 zur Ableitung des Konzentrates wegführt.

Das vom Rohwassersumpf 24' durch die Rohrleitung 2 3 in den Verdampfer 21 strömende Rohwasser steigt nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren innerhalb des Verdampfers 21 auf die dem Rohwasserspiegel im Sumpf 24" der Dekontaminationskolonne 2 5 entsprechende Höhe. Durch das Rohrregister 22 wird das Wasser im Verdampfer 2 7 überhitzt, so daß es sich ausdehnt und einesteils auf die Höhe der Rohrstutzen 26 ansteigt sowie andernteils als Dampf in den Dom 38 hochsteigt.

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• F. POÜLMEIER -

Ein Teil des erhitzten Wassers fließt dabei durch die Rohrstutzen 26 in den Rohwassersumpf 24' der Dekontaminationskolonne 2 5 zurück, so daß ein Zwangsumlauf zwischen dieser und dem Verdampfer 21 entsteht. Andererseits tritt der bspw. mit einer Geschwindigkeit von 2 m/s in den Dom 38 hochsteigende Dampf mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit von z.B. 10 m/s tangential in den Ringraum 2 8 über. Von dort aus strömt der Dampf dann unter peripherer Bewegung durch die Ringkammer 28 zunächst nach abwärts in die Ausdampfkammer 27, wird dort durch den Wasserspiegel des Rohwassers abgelenkt und steigt daraufhin wieder mit verminderter Geschwindigkeit von bspw. 1 m/s durch den Stutzen 29 hoch.

Der Dampf durchströmt sodann die elektrostatischen Hochspannungs-Gleichstromfelder der beiden Elektrofilter 30' und 30'', wobei die vom Dampf mitgerissenen Radionuklide, gleichgültig ob sie als Feststoffteilchen oder aber als gelöste Salze oder als suspendierte Kolloide in Form von Aerosolen anfallen, in den beiden Elektrofiltern 30' und 30'' abgeschieden werden.

Damit auch dampfflüchtige Radionuklide wie bspw. Jod-131 in den Elektrofiltern 30' und 30'' abgeschieden werden können, müssen diese reduziert werden, damit sie in ionisierbarer Form in das Aerosol gelangen. Im Falle von Jod-131 ist es dabei notwendig, die Dekontclminations anlage im alkalischen Betrieb also mit pH-Werten größer als 7, zu fahren. Die alkalische Tahrweise der Dekontaminationseinrichtung kann jedoch eine starke Schaumbildung innerhalb des Verdampfers 21 nach sich ziehen , wobei der Schaum das Bestreben hat., in den Abscheidebereich hochzusteigen. Diese Tendenz muß jedoch unterbunden worden, weil durch den hochsteigenden Schaum die Einbauten des Abscheiderteils schon nach kurzer Betriebszeit

kontaminiert werden und dadurch zu einer unerwünschten Absenkung der Dekontaminationsfaktoren führen.

Einem Hochsteigen von Schaum in den Abscheiderteil der Dekontaminationskolonne 2 5 wirkt die entweder als Heizgitter

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oder aber als Sprühkranz ausgelegte Schaumbremse 34 völlig selbsttätig entgegen. Diese Schaumbremse 34 arbeitet nämlich mit dem unteren Elektrofilter 30' zusammen. Dieser ist so ausgelegt, daß er dann, wenn sein unteres Ende mit dem hochsteigenden Schaum in Berührung kommt mit elektrischen Durchschlägen und Kurzschlußverhalten reagiert. Das Kurzschlußverhalten des unteren Elektrofilter 30" kann dabei als Schaltimpuls benutzt werden, welcher die Schaumbremse 34 automatisch in Tätigkeit setzt, so daß das weitere Hochsteigen des Schaumes verhindert und dessen Rückbildung bewirkt wird.

Da bei einem Kurzschluß im unteren Elektrofilter 3o' der obere Elektrofilter 3ο¹¹ noch voll weiterarbeitet, wird der Wirkungsgrad der Dekontaminationskolonne 25 nicht beeinträchtigt .

Da in den beiden Elektrofiltern 30' und 30'' sämtliche Abscheide-flächen im wesentlichen vertikal orientiert sind, ist auch eine verhältnismäßig leichte Reinigung dieser Abscheide-flachen während der Stillstandszeiten der Dekontaminationsanlage möglich. Es braucht dann nämlich lediglich die zwischen den beiden Elektrofiltern 30' und 30'' in die Dekontaminationskolonne 25 eingebaute Waschvorrichtung 35 in Tätigkeit gesetzt zu werden. Diese spritzt dann ein geeignetes Waschmedium, bspw. eine Waschflüssigkeit auf die Abscheide-flachen, so daß die daran haftenden Rückstände abgelöst werden und in der Dekontaminationskolonne 25 nach unten fließen. Dort gelangen sie in den Rohwassersumpf 24' und gegebenenfalls weiter durch die Leitung 23 in den Verdampfersumpf 24", aus dem sie sich durch die Leitung 37 abziehen lassen.

Beim Ausführungsbeispiel sind die beiden Elektrofilter 30' und 30'' übereinander angeordnet. Selbstverständlich ist aber auch eine andere räumliche Zuordnung möglich,

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ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So kann es z.B. in besonderen Fällen zweckmäßig sein/ wenn die Elektrofilter sich in horizontaler Anordnung neben der Ausdampf kammer befinden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Dekontamination von radioaktiven Abwässern durch Verdampfung derselben und Abscheidung der Radionuklide aus dem Dampf,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf durch elektrische Felder (3ο¹, 3o") geleitet und darin die festen und flüssigen, als aerosole vorliegenden Komponenten abgeschieden werden'.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Dampf nacheinander durch mehrere, und zwar mindestens durch zwei, im Abstand hintereinanderliegende elektrische Felder (3ο¹ und 3o") geleitet wird (Figl 2).
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Dampf unterhalb der elektrischen Felder (3ο¹; 3o") zunächst tangential zugeführt (6 bzw. 26), peripher (8 bzw. 28) nach unten abgelenkt und anschließend axial nach oben in die elektrischen Felder (3ο¹, 3o") eingeleitet wird (9 bzw. 29).
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

' bestehend aus einem Umlaufverdampfer, einer damit einerseits über einen Abwasser- bzw. Verdampfersumpf und andererseits über eine Ausdampfkammer in Verbindung stehenden Abscheiderkolonne, und einem der Abscheiderkolonne unter Zwischen-

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ORIGINAL INSPECTED

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schaltung eines Kondensators nachgeschalteten L)estillatsammler,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Abscheiderkolonne (5 bzw. 25) in Strömungsrichtung nach der Ausdampfkammer (7 bzw. 27) vom Dampf durchströmte Elektrofilter (10 bzw. 30', 3O") vorgesehen sind, die vorzugsweise oberhalb der Ausdampfkammer (7 bzw. 27) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß in der Abscheiderkolonne (25) mindestens zwei baulich gleiche, aber unabhängig voneinander betriebsfähige Elektrofilter (30¹ und 30"') mit Abstand zueinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet,

daß unterhalb des unteren Elektrofilters (30¹) der Zulaufstutzen (26) des Umlaufverdampfers (21) tangential in einen Ringraum (28) mündet, der nach unten zur Ausdampfkammer (27) hin offen ist, wobei die Ausdampfkammer (27) wiederum einen koaxial zum Ringraum (28) liegenden Durchlaß (29) zu den Elektrofiltern (30¹ 30") aufweist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß unterhalb des unteren Elektrofilters (30¹) und oberhalb des Durchlasses (29) eine durch Kurzschluß des unteren Elektrofilter (30') auslösbare Schaumbremse (34), z.B. in Form eines Heizgitters oder eines Sprühkranzes, vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß den Elektrof iltern (30¹, 30") Wascheinrichtungen (35) für die Elektroden zugeordnet und vorzugsweise im Zwischenraum zwischen den übereinanderliegenden Filterabschnitten (30¹, 30'') angeordnet sind.

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