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Vorrichtung zum Abtrennen von Feststoffen
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aus Schlämmen und Suspensionen Gegenstand der Erfindung ist eine
Vorrichtung zum Abtrenen von Feststoffen aus Schlämmen und Suspensionen, inshesondere
aus radioaktiven Schlämmen und Suspensionen,im wesentlichen aus einer Sedimentationskammer,
einer Zuführungs- und Abführungsleitung sowie aus einem Austragsventil für die abgetrennten
Feststoffe bestehend.
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Schlämme und Abfallsuspensionen fallen in der Industrie vielfältig
an und müssen - oft sehr aufwendig - in eine umweltfreundlicheç deponiefähige Form
gebracht Werden.
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Dabei ist die Volumeneinengung z.B. von toxischen Schlämmen oft sehr
problematisch. Darüberhinaus fallen insbesondere in technischen Einrichtungen radioaktive
Schlämme und radioaktive Suspensionen als Kieselgurschlämme, Filterschlämme, Fällungsschlämme,
Flockungsschlämme sowie als Ionenaustauscherschlämme und hochkonzentrierte Salzschlämme
an. Die Radioaktivität ist bei den genannten Schlämmen weitestgehend an die darin
befindlichen Feststoffe gebunden. Diese Schlämme stellen.
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ebenfalls nicht weiter verwertbare Abfälle dar. Zum Schutz vor Verbreitung
von radioaktiven Stoffen in der Biosphäre werden diese Abfälle u.a. mit einem Bindemittel
verfestigt und der Endlagerung, z.B. in einem Salzstock zugeführt.
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In manchen Fällen ist es erforderlich, den ständig anfa'# -lenden
radioaktiven Abfall bis auf weiteres auf dem Gelande eines Kernkraftwerkes oder
einer kerntechnischen Einrichtung zwischenzulagern. Wegen der dort nur begrenzt
vorhandenen Lagerkapazität ist daher die Minimierung der Abfallvolumina von großer
sicherheitstechnischer und wi-;r-tschaftlicher Bedeutung.
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Die Minimierung des Abfalivolumens kann bei Schlämmen und bei wässrigen
Suspensionen durch Wasserentzug erfolgen.
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Die dabei angewendeten bekannten Techniken wie Zentrifugieren und
Verdampfen sind jedoch sehr aufwendig, in vielen Fällen nicht praktikabel, gegenüber
toxischen und radioaktiv-en S-toffe-n kontaminationsanfällig und erschweren und
verteuern somit die Abfallbehandlung. Auch eine in der DE-GM 7609009 beschriebene
Entwässerungsvorrichtung weist wegen ihrer desintegrierten Bauweise die entsprechenden
Nachteile auf.
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Der Erfindung lag -daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Abtrennen von Feststoffen aus Schlämmen und Suspensionen, insbesondere aus radioaktiven
Schlämmen und SuspensiP-nenlzu-schaffens bestehend aus einer Sedimentationskammer,
einer Zuführungs- und einer Ab-TUhrungslei tung sowie aus einem Auslaßventil für
die abgetrennten Feststoffe , mittels der eine einfache Volumenreduzierung möglich
ist, die kompakt und kontaminationsfreundlich gebaut ist, und die auf einfache Weise
an die Abfallübergabesysteme angeschlossen werden kann.
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Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß d-adurch gelöst, daß die Sedimentationskammer
aus einem Oberteil besteht, an dem eine ein Ventil enthaltende Schlammzuführungsleitung
und ei-n-ewein #e-nt-i-ie#thal-tende- Abführleitung angeschlossen ist, -cias Oberteil
sich über ein trichterförmiges Mittelteil in ein zylinderförmiges Absetzkammerteil
fortsetzt und über der Sedimentationskammer ein Preßzylinder mit einem Preß-/Ausstoßkolben
so angeordnet ist, daß der vertikal bewegliche Ausstoßkolben und das zylinderförmige
Absetzkammerteil eine gemeinsame Achse besitzen, der Preß-/Ausstoßkolben (4) in
herabgefahrener Ausstoßposition durch das zylinderförmige Absatzkammerteil und durch
ein im Bedarfsfall geöffnetes Austragsventil ragt, der Preß-/
Ausstoßkolben
mit Dichtelementen gegen das zylinderförmige Absetzkammerteil abgedichtet ist, und
die Sedimentationskammer eine Füllstandsmeßeinrichtung für den Feststoff enthält.
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In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist die Füllstandsmeßvorrichtung
gegenüber der Schlammzuführungsöffnung angeordnet und als Schwinggabelsonde ausgebildet.
Auch ist es aus Entwässerungsgründen zusätzlich besonders günstig, wenn der Preß-/Ausstoßkolben
an der preßseitigen Stirnseite mit Bohrungen versehen ist, die über Kanäle mit entsprechenden
Bohrungen in einer unteren Zone der Mantelfläche des Preß-/Ausstoßkolbens verbunden
sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn als Austragsventil für
den Feststoff ein Quetschventil und als Zu- und Ablaufventile für den Schlamm bzw.
die Suspension Klappventile eingebaut sind.
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In den Abbildungen I - IV ist die Erfindung schematisch und beispielhaft
näher erläutert.
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Abb. I : Unbefüllte Vorrichtung Abb. II: Mit Schlamm befüllte Vorrichtung
Abb.III: Vorrichtung mit abwärts gefahrenem Stempel in Ausstoßposition ~ Abb.IV
: Vorrichtung mit Stempel in Rückfahrpositionv Eine Sedimentationskammer (1) mit
einem Durchmesser von bespielsweise 250 mm und einem Volumen von z.B. 20 - 30 1
enthält Anschlüsse für die Schlammzuführungsleitung (2) bzw. -abführungsleitung
(3) mit beispielsweise je einem Innendurchmesser von 50 mm, die als by-pass an eine
Schl ammkrei sl aufl ei tung der zu entsorgenden Anlage angeschlossen sind. Für
die Behandlung von radioaktiven Schlämmen kann die Kammer (1) und die Zu- bzw. Abführung
(2, 3) zusätzlich abgeschirmt sein. Die Anschlüsse
befinden sich
im oberen Bereich der Kammer (1), so daß nach dem Befüllen der Kammer (1) und fortlaufendem
Pumpen von Schlamm (10) durch die Kammer (1) mit einem Durchsatz von beispielsweise
1 - 10 m3/h sich der Feststoff aus dem Oberteil (13) über ein trichterförmiges Mittelteil
in dem zylinderförmigen Absetzkammerteil (12) absetzt. Vorteilhaft ist es, wenn
die Sedimentationskammer (1) im Oberteil etwa einen Durchmesser von 400 - 500 mm
aufweist, so daß die Strömungsgeschweindigkeit des durchströmenden Schlammes - im
Vergleich zur Rohrleitung - hier erniedrigt wird und dadurch für den Sedimentati
onsvorgang eine günstige, längere Verweilzeit erzielt wird. Hierdurch wird ein verhältnismäßig
dichtes entwässertes Sediment (16) an Feststoffen erhalten.
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Der zylindrische Absetzkammerteil (12) der Sedimentationskammer (1)
stellt ein Gefäß für das Portionieren des abzutrennenden Feststoffes dar. Eine Füllstandsmeßvorrichtung
(5) zur Detektion der Höhe des sedimentierten Feststoffes (16) ist im oberen Teil
des Absetzkammerteils (12) angebracht. Die Meßvorrichtung ist mit einem Zulaufventil
(8) in der Zuführungsleitung (2) und einem Ablaufventil (14) in der Abführungsleitung
(3) ansteuerbar verbunden. Bei Erreichen eines vorgegebenen Feststoffniveaus werden
über die Füllstandsmeßvorrichtung (5) die Ventile (8, 14) geschlossen. Die Sedimentationskammer
(1) ist dann gegen den weiterlaufenden Schlammkreislauf abgetrennt. Senkrecht über
de r der Sedimentationskammer. (1) ist ein Preß- /Ausstoßkolben (4) in einem Zylinder
(21) angeordnet, der einen nur geringfügig kleineren Durchmesser als der Absetzkammerteil
(12) aufweist und mit dieser eine gemeinsame Achse (15) besitzt.
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Zum Austragen des Feststoffsedimentes (16) befördert der Preß-/Ausstoßkolben
(4) nach Offenen des Austragsventils (6) ents-prechender Nennweite den Feststoff
aus dem Absetzkammerteil (12) in einen Behälter (20). Der Kolben (4) kann hydraulisch
oder pneumatisch aus dem Führungszyrinder (21) aus- und eingefahren werden. Im obersten
Bereich des Absetzkammerteils (12) der Sedimentationskammer (1) sind Dichtelemente
(7) angeordnet. Dadurch wird im Verlaufe des Absenkens des Kolbens (4) - nach Uffnen
des Austragsventils (6) - der obere Bereich (11, 13) der Sedimentationskammer (1)
vom unteren, nun nach außen offenen Teil (12) abgedichtet. Die noch im oberen Teil
verbliebene restliche Flüssigkeit kann damit nicht nach außen gelangen. Zur Niveaumessung
für den sedimentierten Feststoff (16) können verschiedene Methoden, wie Ultraschall,
Schwimmerschaltung, Radioaktivitätsmessung, Laserstrahl eingesetzt werden. Es ist
besonders günstig, wenn als Füllstandsmeßeinrichtung (5) eine nur auf Feststoff
ansprechende Schwinggabelsonde verwendet wird, da diese für alle Arten der o.g.
Feststoffe geeignet und überaus robust und zuverlässig ist, zudem einfach einzubauen
ist.
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Sobald der sedimentierende Feststoff (16) aus dem Schlamm die vorgegebene
Höhe erreicht hat#, spricht die Sonde an und unterbindet weiteres Pumpen durch die
Sedimentationskammer (1). Die Feststoffmeßeinrichtung (5) ist so angeordnet, daß
sie das Austragen des Feststoffes (16) nicht beeinträchtigt. Außerdem ist es besonders
günstig, wenn die Füllstandsmeßvorrichtung (5) direkt gegenüber der Einlaßöffnung
(9) für den Schlamm (10) angeordnet ist, da sie beim erneuten Befüllvorgang mit
einem Schwall Schlamm automatisch von gegebenenfalls noch anhaftendem Feststoff
(16) gereinigt wird und somit sicher funktionsfähig bleibt.
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Nach dem Ausstoßen des sedimentierten Feststoffes (16) muß der Preß-/Ausstoßkolben
vor der erneuten Befüllung der Sedimentationskammer (1) in seine obere Position
zurückfahren. Die Pneumatik oder Hydraulik für den Kolben (4) ist dabei so eingerichtet,
daß das Zurückfahren in zwei Schritten möglich, wobei ein unzulässiges Auslaufen
von restlichen Flüssigkeit durch das offene Ventil (6) verhindert wird. Im ersten
Schritt fährt der Kolben (4) in eine Zwischenposition, in der die Abdichtung mittels
Dichtelemente (7) noch wirksam ist. Dannn schließt das Austragsventil (6) und der
Kolben (4) fährt im zweiten Schritt endgültig in seine obere Ausgangsposition. Hierdurch
wird in der Sedimentationskammer (1) ein Unterdruck erzeugt.
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Nach Offenen der Ventile (8, 14) kann der nächste Sedimentationsvorgang
beginnen. Durch den erzeugten Unterdruck strömt der Schlamm mit erhöhter Geschwindigkeit
in die Kammer (1) und reinigt die Füllstandsmeßvorrichtung (5) automatisch von eventuell
noch abgesetztem Feststoff. Das Austragsventil ist so bemessen, daß sein freien
Durchgang mindestens dem Durchmesser des zylinderförmigen Absetzkammerteils (12)
entspricht. Einsetzbar sind hier Ventile wie z.B. Kugel hähne, Plattenschieber oder
eine Irisblende.
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Vorteilhafterweise wird jedoch ein Quetschventil (6) verwendet, da
Feststoffanteile, die nach dem Ausstoßen zurückbleiben können, im Gegensatz zu anderen
Ventilarten die Funktionsweise nicht beeinträchtigen. Zudem ist hierbei der geringste
Verschleiß durch abrasive Stoffe oder Medien zu verzeichnen. Als Ventile für Zu-
(8) und Ableitung (14) für den Schlamm (10) bzw. Suspension werden vorzugsweise
Klappenventile eingebaut, die trotz fallweise hohem Feststoffgehalt dicht schließen.
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Es ist besonders günstig, den Preß-/Ausstoßkolben (4) an der preßseitigen
Stirnseite mit Bohrungen (17) zu versehen, die über Kanäle mit entsprechenden Bohrungen
in
einer unteren Zone (19) der Mantelfläche des Preß- / Ausstoßkolbens verbunden sind.
Beim Absenken des Kolbens (4) in einer ersten Stufe kann, bevor das Austragsventil
(6) geöffnet ist, dadurch eine zusätzliche Entwässerung des sedimentierten Feststoffes
durch den Preßdruck erzielt werden. Das dabei verdrängte Wasser wird durch die Bohrungen
(17, 18) in den oberen, später durch die Dichtelemente (7) abgedichteten Raum oberhalb
der Dichtelemente (7) zurückgeführt. Bei weiterem Absenken des Kolben (4) (2. Stufe)
tritt die Dichtfunktion der Dichtung (7) ein, danach kann Ventil (6) geöffnet und
feuchtigkeitsarmer Feststoff ausgestoßen werden Die erfindungsgemäße Sedimentationskammer
kann mit einem Deckel (22), der eine Kolbendurchlaßöffnung enthält, abgeschlossen
sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auf überraschend einfache
Weise möglich, Schlämme und Suspensionen und damit das Abfalivolumen zu reduzieren.
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Das gilt in vielen Fällen auch für entsprechende ölhaltige Abfälle.
Die Vorrichtung ist infolge ihres kompakten Aufbaues und ihrer einfachen Arbeitsweise
ohne besondere periphere Zusatzeinrichtungen für den störungsfreien umweltfreundlichen
Dauerbetrieb auch bei der Behandlung gefährlicher und agressiver Industrieabfälle
hervorragend geeignet. Bei zu entwässernden radioaktiven Suspensionen oder Schlämmen
kann die Vorrichtung, falls erforderlich, leicht abgeschirmt werden oder aber unproblematisch
fernbedient werden. Die Vorrichtung ist zudem wegen fehlender besonderer pheripherer
Zusatzeinrichtungen dekontaminationsfreundlich.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Dimensionierung der Sedimentationskammer
und ihre materialmäßige Ausstattung den jeweiligen Erfordernissen angepaßt ist.