DE3245443C2 - Einrichtung und Verfahren zur endlagerfähigen Konditionierung von radioaktiven Abfällen - Google Patents

Abstract

Zum endlagerfähigen Konditionieren von unterschiedlichen radioaktiven Abfällen verwendet man einen Durchlaufmischer (13), der kontinuierlich betrieben wird und aus einem Vormischer (33) mit Zement und gegebenenfalls rieselfähigen trockenen Abfällen und aus einem Vorlagebehälter (1), in dem die flüssigen Abfälle chemisch eingestellt werden, beschickt wird. Das Abfüllen in Endlagergebinde (62) erfolgt mit einer Fülleitung (24), die ein haubenförmiges Endstück (61) zum Aufsetzen auf die Endlagergebinde (25) und ein Tauschrohr (82) aufweist, um größere Abfallstücke steigend vergießen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum endlagerfähigen Konditionieren von radioaktiven Abfällen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der DE-OS 30 39 170 bereits bekannt.

Üblicherweise werden die Mehrkomponenten-Bindemittel, insbesondere wasserhärtende Zemente, in den Endlagergebinden, zum Beispiel in den sogenannten Normfässern mit 2001 Inhalt, mit den Abfällen gemischt. Dabei werden zumeist verlorene Rührer eingesetzt, wie zum Beispiel in der DE-AS 30 09 005 angegeben ist.

Aus der Zeitschrift »Power«, Okt. 1979, Seiten 81 bis ist es auch bekannt, daß man flüssige Abfälle aus einem Mischtank über eine Speisepumpe in eine Mischpumpe gibt, die aus einem Zementsilo mit Zement beschickt wird. Die Mischpumpe fördert in eine Abfüllstation, in der über eine weitere Förderpumpe Natriumsilicat zugegeben wird. Alles zusammen gelangt dann in Fässer, die zum Endlager abtransportiert werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, mit einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit möglichst kleinen Maschinen auszukommen, die leicht zu handhaben, zu reparieren, aber auch leicht zu ersetzen sind. Die aus der Zeitschrift »Power« bekannte Anlage ist dafür deswegen nicht geeignet, weil sie umfangreicher ist und nur flüssige Abfälle verarbeiten kann. Außerdem ist zu befürchten, daß schon unterschiedliche flüssige Abfälle zu unterschiedlichen Konsistenzen des Endproduktes führen, so daß der sichere Einschluß der Aktivitätsträger nicht gewährleistet ist. Andererseits ist bei der Anlage nach der eingangs genannten DE-OS 30 39 170 der apparative Aufwand unerwünscht groß.

ίο Die vorgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.

Der Vormischer dient zur Behandlung trockener Abfallstoffe. Hierfür kommen insbesondere getrocknete Kugel- oder auch Pulverharze, Aktivkohle zum Beispiel in körniger Form, aber auch Aschen in Frage, die aus der Verbrennung aktivitätsbeladener Textilien, Papiere usw. stammen. Die Abfallstoffe können in dem Vormischer homogenisiert und mit der einen Bindemittelkomponente vermischt werden. Gegebenenfalls können dort auch Zusatzstoffe eingetragen werden, die für das Abbinden des Bindemittels wesentlich sind, zum Beispiel das nach der Zeitschrift »Power« in die Abfüllstation eingespeiste Natriumsilicat. Der Vormischer ist auch für die Eingabe von Zuschlagstoffen geeignet, die in Form von Sand, Kies oder dergleichen die Festigkeit oder Rißfreiheit des Endproduktes sicherstellen.

An den Vormischer schließt sich der Durchlaufmischer an, in dem flüssige Abfälle vorzugsweise mit einem wasserhärtenden Bindemittel kontinuierlich und gesteuert gemischt werden. Für den Fall, daß nur trokkene Abfälle endlagerfähig zu konditionieren sind, kann in diesen Durchlaufmischer auch nur die andere Komponente des Bindemittels, bei Zement also Wasser, beigegeben werden. Darüber hinaus kann auch in einem Arbeitsgang ein Mischen trockener Abfälle mit flüssigen Abfällen erfolgen, die das Ar.machwasser für die mit den festen Abfällen vorgemischte andere Bindemittelkomponente ergeben.
Die neue Vorrichtung ermöglicht mit ihrer Austrags-Fördereinrichtung nicht nur das Einfüllen in tiefer gelegene Endlagergebinde, sondern auch einen steigenden Guß. Deshalb kann damit auch ein Vergießen von Abfallstoffen erfolgen, die in Form von Filterkerzen oder dergleichen anfallen und mit dem Bindemittel eingeschlossen werden sollen.

Der Durchlaufmischer weist eine vertikale Durchsatzrichtung auf, wobei der Vormischer am oberen Ende abgeschlossen ist. Der Vormischer seinerseits kann dagegen eine horizontale Durchsatzrichtung haben. Der Anschluß des Vorlagebehälters ist darunter so vorgesehen, daß sich eine genügend lange Mischstrecke ergibt.

An der Eingangsseite der Austrags-Fördereinrichtung kann vorteilhaft noch ein Anschluß zur Eingabe von Schmierstoffen angeordnet sein. Solche Schmierstoffe können zum Beispiel Schmieröle von Hauptkühlmittelpumpen sein, die in großen Mengen anfallen. Hierbei ist wesentlich, daß die Komponenten des Bindemittels, insbesondere also Wasser und Zement, bereits vermischt sind, bevor die Schmierstoffe zugegeben wer-

6ö den, die sonst die Mischung der Bindemittelkomponen= ten beeinträchtigen könnten.

Die Austrags-Fördereinrichtung ist vorzugsweise für stetigen Durchsatz und veränderlichen Druck ausgelegt. Damit wird eine geringe Energie benötigt, wenn Fässer von oben gefüllt werden. Andererseits ist aber, wie schon erwähnt, auch ein steigender Guß möglich, bei dem ein Gegendruck durch die steigenden Füllhöhen entsteht.

Der Auslaß des Durchlaufmischers ist über eine absperrbare Rückspülleitung mit dem Anschluß des Vorlagebehälters verbunden. Damit kann mit geringem Spülmittelaufwand eine intensive Reinigung des für die Naßmischung vorgesehenen Teils der Vorrichtung erhalten werden. Vor allem aber ist so eine Rückspülung dann vorteilhaft, wenn als Bindemittel Kunststoffe verwendet werden. Hierbei kann nämlich nach dem eine Aushärtung bewirkenden Vermischen der Komponenten schnell eine Spülung mit der einen Komponente, zum Beispiel den Monomeren der mit einem Härter polymerisierenden Kunststoffe vorgenommen werden, bevor durch das Aushärten der Kunststoffe ein Verkleben des Durchlaufmischers eintritt. Die Reinigungsmischung kann dann gegebenenfalls aufgefangen und zum Abbinden einer nächsten Charge verwendet werden.

Bei der Erfindung sind die beweglichen Verschleißteile des Durchlaufmischers kleiner als 700 mm lang und 500 mm breit. Diese Ausbildung führt dazu, daß die Verschleißteile ohne weitere Bearbeitung in normalen End-Iagergebinden, den sogenannten Normfässern von 2C0 1 Inhalt, untergebracht werden können. In gleicher Weise können auch andere Verschleißteile, zum Beispiel die des Vormischers, vorteilhaft ausgestaltet sein.

Das Produktvolumen des Durchlaufmischers beträgt zweckmäßig weniger als 5 1. Dies bedeutet, daß der Aktivitätsinhalt begrenzt ist. Dennoch kann die Vorrichtung große Durchsatzmengen erreichen, zum Beispiel 1 m³/h oder mehr. Dabei empfiehlt sich eine »schlanke« Bauweise des Durchlaufmischers, damit der Durchmesser kleiner als 200 mm ist, weil dies für die Strahlenbelastung der Umgebung wesentlich ist.

Die konstruktive Gestaltung der Vorrichtung kann in Form einer festinstallierten Anlage ausgeführt sein, aber auch fahrbar mit Hilfe eines Fahrgestells. In jedem Fall ist eine Auffangwanne empfehlenswert, mit der Vormischer, Durchlaufmischer und Fördereinrichtungen sowie Silos und Behälter versehen sind, um Tropfen oder Spritzer aktivitätsführender Abfälle sicher aufzufangen. Mindestens für den Vormischer sollte durch Be- und Entlüftungsstutzen eine Kontrolle der Pendelluft gegeben sein, die einem Lüftungssystem zugeführt werden kann.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anschließend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den F i g. 1 und 2 vereinfacht dargestellt ist.

Die neue Einrichtung umfaßt einen Vorlagebehälter 1 für flüssige Abfälle. Der Vorlagebehälter hat ein Volumen von zum Beispiel 1 rn³ Er kann in Form eines Stahltanks mit austenitischer Auskleidung hergestellt sein und wird entsprechend den Pfeil 2 mit verschiedenen Flüssigkeiten beschickt. Dazu zählen

a) Wasser, das aktiv oder inaktiv sein kann,

b) Flüssigkonzentrat aus Verdampfern oder dergleichen,

c) Suspensionen von aktiven Schwebstoffen in Wasser,

d) Altharz aus Ionentauscherfiltern mit der zum Ausschwemmen erforderlichen Flüssigkeit,

e) ander wäßrige Abfälle.

Die genannten Flüssigkeiten werden in dem Behälter 1 mit einem Rührer 3 in Bewegung gesetzt, der von einem Antriebsmotoi 4 betätigt wird. Jedenfalls soll in dem Vorratsbehälter 1 eine Durchmischung erreicht werden, die für die Endlagerung und das Zusammenwirken mit dem Bindemittel geeigneten chemischen und physikalischen Werte ergibt. Hierzu gehört der pH-Wert, der möglichst neutral sein sollte, ein begrenzte; Feststoffgehalt von etwa 20%, die maximale Aktivität, die durch die Verarbeitung und die Endlagerbestimmungen vorgegeben ist.

Die Einhaltung der gewünschten Konsistenz wird zusätzlich durch einen Homogenisierungskreislauf 6 unterstützt. Er umfaßt eine Saugleitung 7, die an der Unterseite des Vorlagebehälters 1 zu einer Pumpe 8 führt.

ίο Die Druckleitung der Pumpe endet an der Oberseite des Vorlagebehäiters 1.

Von dem Homogenisierungskreislauf 6 führt eine Stichleitung tO mit einer Dosierpumpe 11 zum Anschluß 12 eines Durchlaufmischers 13. Der Durchlaufmischer 13 ist ähnlich wie die aus dem Bauwesen bekannten kontinuierlich arbeitenden Zementmischmaschinen ausgebildet. Allerdings weist er bei der Erfindung mehrere unterschiedliche Einspeisungsmöglichkeiten für unterschiedliche Abfälle auf. Als Bindemittel wird im folgenden ebenfalls Zement angenommen.

Mit der von der Dosierpumpe 11 koi.imenden Leitung 12 wird das für das Abbinden erforderliche Wasser eingegeben. Ferner ist ein Silo 14 von 2501 Inhalt für den Zement, insbesondere Portlandzement, als wasserhärtende;» Bindemittel vorgesehen, das über eine Leitung 15 in den Durchlaufmischer 13 gelangt.

Mit 16 ist ein ähnlicher Vorratsbehälter bezeichnet, der rieselfähige Trockenstoffe zur Verarbeitung in der Mischanlage 13 bereitstellt. Hierzu zählen Pulver und Granulate mit radioaktiver Verseuchung, zum Beispiel Aktivkohlefilter aus Abgasanlagen, getrocknete Pulverharze von Ionenaustauschern oder dergleichen, aber auch Aschen von verbrannten radioaktiven Abfällen. Sie werden über eine Leitung 17 in den Durchlaufmischer 13 eingegeben.

Mit 18 ist ein Behälter für Aitöi bezeichnet, der zum Beispiel ein Volumen von 500 1 haben kann. Der Begriff Altöl soll Schmierstoffe aller Art umfassen, sowek ihre Konsistenz für die Förderung mit einer Dosierpumpe 19 geeignet ist, die über eine Leitung 20 aus dem Behälter 18 ansaugt und in den Anschluß 21 des Durchlaufmischers 13 drückt.

Der Ausgang 24 des Durchlaufmischers 13 führt zu einem Endlagergebinde 25, das auf einem Rütteltisch 26 angeordnet ist. Einrichtungen für die Bereitstellung leerer Fässer und den Abtransport gefüllter Fässer sind nicht dargestellt.

Aus Fig.2, die weitere Einzelheiten der Erfindung zeigt, wird ersichtlich, daß neben dem Silo 14 mit einem Inhalt von zum Beispiel 250 1 nicht radioaktivem Zement ein Behälter 27 für nicht radioaktive Zusatzstoffe zum Zement vorgesehen ist, die das Abbinden verbessern. Gegenüber dem Behälter 16 mit einer Silokapazität von ebenfalls 2501 ist durch eine Wand 28 eine Trennung angedeutet, damit die aktiven Abfälle des Behälters 16 in Form von Abfallpulver, Kohle, Asche oder dergleichen von dem nicht radioaktiven Bindemittel abgeschirmt bleiben.

Das Silo 14 und die Behälter 16 und 27 sind über Dosiereinrichtungen 29, 30, 31 in Form von Zellradschleusen mit einem Vormischer 33 verbunden, eier zur Homogenisierung der Trockenbestandteile der endlagerfähigen Mischung dient. Dabei wird mit Hilfe der Zellradschleusen 29, ?Q, 31, die von Elektromotoren 34, 35, 36 angetrieben werden, der gewünschte Anteil der Komponenten der Mischung gesteuert.

Die Ausgangsleitungen 15, 17 und 37 führen in das eine Ende des Vormischers 33, dessen Schnecke 38 dort

mit einem über die Leitung 39 durchsatzabhängig gesteuerten Antriebsmotor 40 betätigt wird. Damit erhält man bei horizontaler Durchsatzrichtung eine Trockenmischung. Das vorgemischte Trockengut wird dann über eine Fördereinrichtung 41 in den eigentlichen i Durchlaufmischer 13 eingegeben.

Der Durchlaufmischer 13 umfaßt, wie F i g. 2 zeigt, eine Rühreinrichtung 42, die von einem Elektromotor 43 angetrieben wird, in einem zylindrischen Gehäuse 76 mit vertikaler Achse und einem Durchmesser von 150 mm. Der untere Teil 75 der Rühreinrichtung wirkt als Förderschnecke, mit der das Mischgut bei stetigem Durchsatz von zum Beispiel 1,5 mVh und einem durch den Widerstand in der Leitung 24 gegebenen Druck kontinuierlich ausgetragen wird. Der Durchlaufmischer 13 ist der sogenannte Naßmischer. Er hat von seinem eingangsseitigen oberen Ende 44, an dem die Fördereinrichtung 41 vorgesehen ist, bis zum ausgangsseitigen Ende ein Produktvolumen von weniger als 5 I, so daß das Aktivitätsinventar begrenzt ist. Dies führt zu einer geringen Strahlung.

Der Anschluß 12 von der Dosierpumpe 11 liegt im oberen Drittel des Rührers 42. Die Leitung 10 von dem in Fig.2 nicht weiter dargestellten Vorlagebehälter 1 ist über ein Absperrventil 45 mit einer Druckmeßleitung verbunden, deren Druckmeßgerät 46 auch bei 47 an einem Steuerpult 48 abgelesen werden kann. Außerdem ist im Verlauf der Leitung 10 vor der Dosierpumpe 11 ein Ventil 10 angeordnet, das vom Steuerpult 48 aus betätigt werden kann, wie durch einen Handgriff 51 angedeutet ist. Die Druckmessung ist wichtig, um die Flüssigkeitsmenge genau einstellen und einhalten zu können. Gegebenenfalls kann ein Druckminderer zur Begrenzung des Wasserdrucks auf 2 bar vorgesehen werden.

In Förderrichtung unter dem Einlaß 12 ist an dem Durchlaufmischer 13 noch der Anschluß 21 für die Zuführung von Altöl vorgesehen, das über die Dosierpumpe 19 eingegeben wird. Der Anschluß 21 liegt unmittelbar über der Förderschnecke 75, so daß das Altöl in das »fertige« Gemisch eingegeben wird. Die Leitung 20 zu dem nicht weiter dargestellten Behälter 18 (Fig. 1) ist mit einem Ventil 54 versehen und ebenfalls mit einer Druckmeßeinrichtung sowie mit einem Ventil 55 versehen, das von dem Steuerpult 48 aus betätigt werden kann.

Das Steuerpult 48 weist eine Anzeige 56 der Zellradschleuse 29 auf, so daß die Zementzufuhr kontinuierlich gesteuert werden kann. Eine weitere Anzeige 57 gehört zu der Zellradschleuse 31, so daß auch die Menge des dem Vormischer 33 zugeführten Trockenabfalls (Feststoffabfall) angezeigt wird. Eine weitere Anzeige 58 läßt erkennen, in welchen Mengen wäßrige Abfälle, bzw. Altöl, in den Durchlaufmischer 13 gelangen, so daß die Konsistenz der Abfallmischung gleichbleibend eingestellt werden kann.

Die Auslaßleitung 24 des Durchlaufmischers 13 führt über eine flexible Leitung 60 zu einer Haube 61, die auf den als Endiagergebinde dienenden Abschirmbehälter 62 aufgesetzt werden kann. Die Bindemittel-Abfall-Mischung wird bis zu einem Spiegel 63 eingefüllt, dessen Höhe über einen Anschluß 64 mit einer Füllstandsmeßeinrichtung überwacht wird. Die Anzeige 65 am Steuerpult 48 läßt den momentanen Füllstand erkennen. Sie kann mit einer Automatik zum Stillsetzen des Durchlaufmischers 13 verbunden sein.

Die kegelförmige Haube 61 besitzt an ihrem höchsten Punkt eine Entlüftungsleitung 67 mit einer flexiblen Leitung 68 zum Anschluß an eine Absaugleitung 69. Eine entsprechende Entlüftung kann auch für den Vormischer 33 zweckmäßig sein, damit dieser mit einem geschlossenen Gehäuse versehen werden kann, dessen unterschiedliche Füllung zur Vermeidung von Luftdruckschwankungen ausgeglichen werden muß.

Zum Reinigen des Durchlaufmischers 13 wird nicht radioaktives Wasser verwendet, das über die Leitung 10 mit der Dosierpumpe Il zugeführt werden kann. Dabei ist zur Intensivierung der Reinigungswirkung ein Spülkreislauf mit einer Leitung 70 vorgesehen, die mit einem Ventil 71 an der Leitung 24 beginnt und in die Leitung 12 zurückführt, wie mit dem Pfeil 72 angedeutet ist. Die Spülung kann mit einem erhöhten Flüssigkeitsstand betrieben werden. Zu dessen Überwachung ist eine Füllstandsmessung vorgesehen, die bei 73 an der Durchlaufmischanlage angeschlossen ist. Die Anzeige ist bei 74 am Steuerpull 48 vorgesehen.

In Fi g. 2 ist strichpunktiert eine Wanne 81 angedeutet, die zum Auffangen radioaktiver Tropfen und Spritzer dient. Die Wanne 81 kann als Konstruktionsplattform für die ganze Einrichtung dienen. Sie kann auch mit Rädern versehen sein, so daß sich eine mobile Einrichtung ergibt.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Förderschnecke 75 mit der Rühreinrichtung 42 baulich vereinigt. Es kann sich aber auch um eine getrennte Dickstoffpumpe handeln. Dies gilt besonders für den Fall, daß mit der Einrichtung größere Feststoff-Abfälle steigend umgössen werden sollen. Zu solchen Abfällen zählen auch die Verschleißteile des Durchlaufmischers 13. So kann die Rühreinrichtung 42 mit ihrer Länge von 600 mm und die Förderschnecke 75 mit ihrer Länge von 400 mm angesichts des geringen Durchmessers von 120 mm ohne weiteres in ein Normfaß abgelegt und mit Zementbrei oder einer Zement-Abfallmischung steigend, d. h. aus einem zum Boden des Behälters 62 führenden Rohr 82 umgössen werden.

Hierzu 2 Biatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum endlagerfähigen Konditionieren von radioaktiven Abfällen unter Verwendung eines Bindemittels, mit einer Vormischstrecke (3, 4, 6, 7, 8, 33) und einem Durchlaufmischer (13) zur Vermischung des Bindemittels mit den Abfällen, mit einem Behälter (16) für rieselfähige Abfallstoffe, der über eine Durchsatzmeßeinrichtung (31) mit dem Durchlaufmischer (13) verbunden ist. mit einem Silo (14) für das Bindemittel, das ebenfalls über eine weitere Durchsatzmeßeinrichtung (29) mit dem Durchlaufmischer (13) verbunden ist, mit einem Vorlagebehälter (1) für flüssige Abfallstoffe, der am Ende der Vormischstrecke (3,4,6—8,33) mit dem Durchlaufmischer (13) verbunden ist, und mit einer dem Durchlaufmischer (13) nachgeordneten Austragsfördereinrichiang, die Endlagergebinde (25) speist, dadurch gtefcennzetchneu daß der Durchlaufmischer (13) eine vertikale Durchsatzrichtung aufweist, daß der Vormischer (33) am oberen Ende des Durchlaufmischers (13) angeordnet und mit einem separaten beweglichen Glied (38) ausgerüstet ist und daß die beweglichen Verschleißteile (42, 75) des Durchlaufmischers (13) kürzer als 700 mm und schmaler als 500 mm sind.

2. Vorrichtung nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktvolumen des Durchlaufmischers (13) weniger als 51 beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dtuvhmesser des Durchlaufmischers (13) kleiner als 200 mm ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eingangsseite der Austragsfördereinrichtung (75) ein Anschluß (21) zur Eingabe von Schmierstoffen angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragsfördereinrichtung (75) für stetigen Durchsatz und veränderlichem Druck ausgelegt ist.