DE3544270C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung
kontaminierter Flüssigkeiten oder Lösungen, insbesondere
schwach radioaktiver flüssiger Verbindungen unter der
Einwirkung von in einem Magnetron erzeugten und über einen
Hohlleiter zugeführten Mikrowellen innerhalb eines ge
schlossenen Gefäßes mit Mikrowellen reflektierenden
Wandungen und kontinuierlichem Abzug der Brüden sowie
eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Kontaminierte Flüssigkeiten werden mittels entsprechender
apparativer Einrichtungen in mehreren Stufen behandelt,
indem sie beispielsweise durch Eindampfung zunächst
konzentriert und dann für die Endlagerung in eine Matrix,
beispielsweise einen Zement- oder einen bituminösen Körper
eingebunden werden.
Es sind zahlreiche Vorschläge für die Trocknung unter
Verwendung von Mikrowellen bekannt, nachdem es mit
diesen gelingt, die zu behandelnde Flüssigkeit direkt
und mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad zu er
wärmen. Diese Art der Trocknung bietet zudem für radio
aktive Flüssigkeiten den Vorteil, daß die Wärmebehand
lung einerseits und die hierfür erforderlichen Handhabungen
andererseits voneinander räumlich getrennt werden können,
wodurch radioaktive Belastung für das Bedienungspersonal
ausgeschlossen oder doch weitestgehend vermindert werden
kann.
Die Trocknung wird in geschlossenen Gefäßen durchgeführt.
Als Material für die Wandungen dieser Gefäße wurden sowohl
mikrowellenreflektierende als auch mikrowellendurchlässige
Materialien vorgeschlagen. Mikrowellenreflektierende
Materialien setzen den Wirkungsgrad der Mikrowellen
trocknung herab. Werden demgegenüber Glas- oder Tonerde
als Wandungsmaterial der für die Trocknung verwendeten
Gefäße eingesetzt, besteht die Gefahr ihrer Beschädigung
bzw. Zerstörung bei unachtsamer Handhabung. Bei Trocknungs
gefäßen aus organischem Material sind örtliche Mikrowellen
absorptionen und hieraus folgend ein Durchbrennen der
Wandung an diesen Stellen nicht auszuschließen.
Es ist bereits ein Verfahren und eine zugehörige Einrichtung
bekannt (DE-PS 31 09 513), bei denen eine Trocknung in
einem Gefäß aus mikrowellenreflektierendem Material
durchgeführt wird, wobei im Gefäß eine Vielzahl kugel
förmiger Körper aus mikrowellendurchlässigen Materialien
vorgesehen sind. Die kugelförmigen Körper werden hierbei
- sei es durch Schwerkraft, durch entsprechende Einbauten
nach Art eines Rührers oder durch Vibrationen - einer
laufenden Bewegung unterworfen. Dabei wird von der
Erkenntnis ausgegangen, daß die bei der Mikrowellen
trocknung innerhalb von Gefäßen, deren Wandungen aus
Materialien bestehen, welche die Mikrowellen reflektieren,
auftretenden Energieverluste dadurch herabgesetzt werden
können, daß die Trocknung auf der Oberfläche kugelförmiger
Körper durchgeführt wird, die laufend in Bewegung ge
halten werden.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde,
kontaminierte Flüssigkeiten innerhalb des für die End
lagerung bestimmten Gebindes aus der flüssigen Phase
unmittelbar in die feste Phase umzuwandeln bzw. ihre
Konzentration durchzuführen.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die zu behandelnde Flüssigkeit oder Lösung in das Gebinde
zur Endlagerung eingebracht und die Mikrowellenenergie
während des Trocknungsvorgangs unter Phasenverschiebung
der Mikrowellen in Anpassung an den jeweiligen Füllstand
innerhalb des Innenraums des Gebindes und das sich ändernde
Absorptionsvermögen des Inhalts zugeführt wird, wobei die
reflektierte Leistung der Mikrowellenenergie über ein
dem Magneten zugeordneten Detektor gemessen und abhängig
von der gemessenen Größe ein Anpassungstransformations
glied innerhalb des Hohlleiters derart geregelt wird, daß
die reflektierte Leistung gegen ein Minimum geführt wird.
Durch Minimierung der reflektierten Mikrowellenenergie
wird der Anlagenwirkungsgrad erhöht. Die von Bedienungs
personen durchzuführenden Manipulationen werden auf die
Handhabung des Gebindes beschränkt und der apparative
Aufwand sowie die zugehörigen Anlagenkosten erheblich
herabgesetzt, wobei mechanische Teile innerhalb der
Flüssigkeit bzw. des Konzentrats vermieden sind.
Die Messung der reflektierten Leistung der Mikrowellen
energie erfolgt zweckmäßig kontinuierlich, wobei die
Nachregelung des Anpassungstransformatorgliedes abhängig
von den gemessenen Werten bei ansteigender reflektierter
Leistung entsprechend vorgenommen wird.
Durch Zuführung von Glas bzw. Keramik bildenden Stoffen
oder Kunststoffen als Zusatz zur Flüssigkeit oder der
Lösung vor der Einbringung in das Gebinde und durch homogene
Verteilung härten die zugeführten Stoffe während der
Trocknung oder während der anschließenden Abkühlung aus,
so daß ein im wesentlichen homogen verfestigtes Endprodukt
gebildet wird, welches nicht nur mechanischen Bean
spruchungen, sondern auch dem Angriff auslaugender Medien
widersteht.
Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensweise, bei welcher
die kontaminierte Flüssigkeit oder Lösung während der
Einbringung in das Gebinde zur Endlagerung durch Ver
sprühung derart in Teilstrahlen aufgeteilt wird, daß die
den Mantel des Sprühkegels beschreibenden äußersten Teil
strahlen im Bereich der Innenwandung des Gebindes auf
treffen. Hierdurch wird einer erhöhten Kontamination des
Innenraums der Gebindeabdeckung oder ihrer unteren Abschluß
organe - beispielsweise durch kristallisierte Salze oder
ausgeschiedener Feststoffe - wirksam begegnet.
In vorteilhafter Weise wird die Einbringung der Flüssigkeit
mit dem Effekt nach Art einer Sprühtrocknung verbunden,
wenn die Mikrowellenenergie bereits während der Einbringung
der kontaminierten Flüssigkeit oder Lösung in das Gebinde
zugeführt wird.
Während der Zufuhr von Mikrowellenenergie können Wärme
verluste entweder durch Isolation und/oder Zufuhr von
Wärmeenergie von außen unterbunden werden.
Bei der Trocknung kontaminierter Salzlösungen kann das
Konzentrat der Salzlösung durch Zufuhr von Mikrowellen
energie im Überschuß weiter eingeengt, d. h. dessen Porenraum
vermindert und die Salzlösung verfestigt werden.
Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist ein
Magneten zur Erzeugung von Mikrowellenenergie, einen diesem
nachgeschalteten Mikrowellenhohlleiter, eine Zuleitung für
die zu behandelnde Flüssigkeit bzw. Lösung und eine Abführ
leitung für die entstehenden Brüden auf, und ist gekennzeichnet
durch eine statisch abgestützte haubenartige Gebindeabdeckung,
deren Oberteil ein für Flüssigkeiten und Gase undurchlässiges,
jedoch für Mikrowellen durchlässiges Fenster im Bereich der
Ankoppelung des Mikrowellenhohlleiters und Stutzen für den
Anschluß der Zuleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit sowie
der Abführleitung für die entstehenden Brüden aufweist, und deren
Unterteil mindestens im Bereich des Randes mit einer für Mikro
wellen undurchlässigen Dichtung in Zuordnung zum oberen Abschluß
des Gebindes versehen ist, und durch ein innerhalb des Hohl
leiters angeordnetes, die aus dem Gebinde in den Hohlleiter
zurückreflektierte Mikrowellenenergie in Betrag und Phase
minimierendes Anpassungstransformationsglied, sowie einen
zwischen diesem und dem Magnetron im Hohlleiter vorgesehenen,
die reflektierte Restenergie in Kühlwasser abführenden Zirkulator.
Um ein Austreten von reflektierten Mikrowellen über die Brüden-
Abführleitung und damit verbundene Energieverluste auszuschließen,
empfiehlt es sich, in der Abführleitung für die Brüden, und zwar
vorzugsweise im Bereich von deren Anschlußstutzen auf dem Ober
teil der Gebindeabdeckung ein für Mikrowellen undurchlässiges,
jedoch für Gase und Dämpfe durchlässiges Filter vorzusehen.
Ein derartiges Filter kann beispielsweise so ausgebildet sein,
daß es in an sich bekannter Weise (DE-OS 24 24 778) von einem
zylindrischen Block gebildet wird, dessen Länge das Ein-,
vorzugsweise das Mehrfache der halben Wellenlänge der ver
wendeten Mikrowellen beträgt, und der eine Mehrzahl von
Bohrungen für den Durchgang der Brüden aufweist.
Unter Berücksichtigung der korrosiven Eigenschaften des zu
trocknenden Mediums wird als Material für den Filter-Block
Edelstahl, Messing oder auch Aluminium gewählt.
Um das Entstehen von Konzentrat-Ablagerungen in den
Funktionsbereichen der Innenseite der Gebinde-Abdeckung
zu unterbinden, können innerhalb der Gebinde-Abdeckung
eine oder mehrere Sprühdüse(n) für ein Reinigungsmedium
angeordnet werden, welche auf den Bereich des Mikrowellen
fensters und/oder die Mündung der Zuleitung und/oder der
Brüden-Abführleitung im Oberteil der Gebinde-Abdeckung
ausgerichtet ist bzw. sind.
Mit der vorstehend angegebenen Einrichtung wird unter
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Trocknung
und Konzentration des Rückstandes aus der zu behandelnden
Flüssigkeit oder Lösung innerhalb des für die Endlagerung
vorgesehenen Gebindes in einem einzigen Verfahrensschritt
durchgeführt, wobei auf bewegliche Teile verzichtet werden
kann und der Energieaufwand minimiert wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der
Zeichnung näher erläutert.
Die kontaminierte Flüssigkeit wird über eine Leitung 1 in einen
über eine Leitung 2 belüfteten Vorlagebehälter 3 geführt. Aus
diesem Vorlagebehälter gelangt die Flüssigkeit über eine
Leitung 5 mit Pumpe 7 und Anschlußleitung 9 zu einer Gebinde
abdeckung 11 und über diese in das an die Unterseite der
Gebinde-Abdeckung gas- und flüssigkeitsdicht anschließbare
Gebinde 60. Um die radioaktive Flüssigkeit möglichst
fein verteilt einzubringen,
weist die Gebinde-Abdeckung eine Sprühdüse 11 a auf.
Von einem Magnetron 20 werden Mikrowellen über einen
Hohlleiter 22 der Gebinde-Abdeckung 11 zugeleitet. Im
Bereich des Eintritts des Hohlleiters in die Gebinde-
Abdeckung ist ein für Mikrowellen durchlässiges, für Dampf
und Gase jedoch undurchlässiges Fenster 11 b vorgesehen,
ein derartiges Mikrowellenfenster kann aus Teflon, Quarz,
Aluminum-Oxid oder auch Capton hergestellt sein. Über
dieses Fenster 11 b gelangen die Mikrowellen über den Innen
raum der Gebinde-Abdeckung in den Innenraum des Gebindes.
Durch die in diesen Raum eingebrachte oder in diesem bereits
enthaltene Flüssigkeit oder Lösung bzw. das gebildete
Konzentrat wird die Mikrowellenenergie mehr oder weniger
absorbiert. Durch Geometrie- und Anpassungsänderungen
sowie Lastvariationen während des Trocknungsprozesses
wird aber auch ein Anteil der eingebrachten Mikrowellen
energie in den Hohlleiter zurück reflektiert. Diese
reflektierte Leistung wird durch ein Anpassungstrans
formationsglied 24 innerhalb des Hohlleiters 22 in Betrag
und Phase minimiert. Ein geringer Anteil der eingebrachten
Mikrowellenenergie, der bis zum Magnetron reflektiert wird,
ist dann noch über Kühlwasser abzuleiten. Für diese
Aufgabe ist ein Zirkulator 21 vorgesehen, der die reflek
tierte Leistung über Kühlwasser abführt. Dieser Zirkulator
ist derart ausgelegt, daß bei fehlender Last die gesamte
reflektierte Leistung an das Kühlwasser übertragen werden
kann.
Durch Absorption von Mikrowellen innerhalb der zugeführten
Flüssigkeit oder Lösung verdampft dessen flüssige Phase.
Die entstehenden Brüden gelangen über die an das Oberteil
der Gebinde-Abdeckung anschließende Brüden-Abführleitung
31 mit eingeschaltetem Mikrowellenfilter 33 in den
Kondensator 35. Das Mikrowellenfilter 33 unterbindet
den Austritt von Mikrowellen aus dem Innenraum des
Gebindes 60 über die Gebindeabdeckung in die Brüden
leitung 31 hinein. In dem Kondensator 35 werden die
Brüden niedergeschlagen und das anfallende Destillat
wird über eine Destillatleitung 37 in einen Destillat
behälter 39 abgeleitet. Der Destillatbehälter wird über
eine Leitung 41 be- und entlüftet. Aus diesem Destillat
behälter wird das Destillat kontinuierlich oder diskonti
nuierlich über eine Entsorgungsleitung 43 und eine
Destillatpumpe 45 abgezogen.
Die Trocknung ist beendet, sobald die Zone höchster
Temperatur ca. 5 cm unter der Oberkante des Applikations
raumes innerhalb des Gebindes 60 über eine - nicht darge
stellte - Temperaturregistrierung ermittelt wird. Darauf
folgend wird die Zufuhr der kontaminierten Flüssigkeit
über die Leitung 9 durch Abschalten der Pumpe 7 unter
brochen. Mikrowellenenergie wird jedoch noch solange
zugeführt, bis eine Nachtrocknung durch Austreiben rest
lichen Wassers aus dem Konzentrat erfolgt ist. Der Abschluß
der Nachtrocknung wird über den Stillstand des Destillat
flusses innerhalb der Leitung 37 und den Temperaturanstieg
im Gebinde festgestellt. Nach einer Abkühlphase für das
Konzentrat innerhalb des Gebindes 60 wird der Innenraum
der Gebindeabdeckung über ein unteres Abschlußorgan 11 c
- beispielsweise in Form eines Verschlußschiebers -
verschlossen und das Gebinde 60 von der Gebindeabdeckung
abgekoppelt. Für diese Abkoppelung ist eine auch der
Ankoppelung vor Beginn der Konzentration dienende Hub
vorrichtung 70 in Verbindung mit einer Transportbahn,
beispielsweise einer Rollenbahn, vorgesehen.
Claims (11)
1. Verfahren zur Trocknung kontaminierter Flüssigkeiten
oder Lösungen, insbesondere schwach radioaktiver
flüssiger Verbindungen unter der Einwirkung von in
einem Magnetron erzeugten und über einen Hohlleiter
zugeführten Mikrowellen innerhalb eines geschlossenen
Gefäßes mit mikrowellenreflektierenden Wandungen und
kontinuierlichem Abzug der Brüden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit oder
Lösung in das Gebinde zur Endlagerung eingebracht und
die Mikrowellenenergie während des Trocknungsvorgangs
unter Phasenverschiebung der Mikrowellen in Anpassung
an den jeweiligen Füllstand innerhalb des Innenraums
des Gebindes und das sich ändernde Absorptionsvermögen
des Inhalts zugeführt wird, wobei die reflektierte
Leistung der Mikrowellenenergie über ein dem Magnetron
zugeordneten Detektor gemessen und abhängig von der
gemessenen Größe ein Anpassungstransformationsglied
innerhalb des Hohlleiters derart geregelt wird, daß
die reflektierte Leistung gegen ein Minimum geführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die reflektierte Leistung der Mikrowellenenergie
kontinuierlich gemessen und das Anpassungstransformations
glied bei einer Erhöhung der reflektierten Leistung
entsprechend nachgeregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flüssigkeit oder der Lösung Glas bzw. Keramik
bildende Stoffe oder Kunststoffe vor der Einbringung
in das Gebinde oder in diesem homogen verteilt zugesetzt
und diese gemeinsam während der Trocknung und Abkühlung
zu einem im wesentlichen homogenen Endprodukt ver
festigt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die kontaminierte
Flüssigkeit oder Lösung während der Einbringung in
das Gebinde zur Endlagerung durch Versprühung
derart in Teilstrahlen aufgeteilt wird, daß die den
Mantel des Sprühkegels beschreibenden äußersten Teil
strahlen im Bereich der Innenwandung des Gebindes
auftreffen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Mikrowellenenergie bereits während
der Einbringung der kontaminierte Flüssigkeit oder
Lösung in das Gebinde zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß während der Zufuhr von Mikrowellen
energie Wärmeverluste durch Isolation und/oder Zufuhr
von Wärmeenergie von außen unterbunden werden.
7. Verfahren zur Trocknung kontaminierter Salzlösungen
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß Mikrowellenenergie im Überschuß derart
zugeführt wird, daß das Konzentrat der Salzlösung
weiter eingeengt wird.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 mit einem Magnetron zur Erzeugung
von Mikrowellenenergie, einem diesem nachgeschalteten
Mikrowellenhohlleiter, einer Zuleitung für die zu
behandelnde Flüssigkeit bzw. Lösung und einer
Abführleitung für die entstehenden Brüden, gekennzeichnet
durch eine statisch abgestützte haubenartige Gebinde
abdeckung (11), deren Oberteil ein für Flüssigkeiten
und Gase undurchlässiges, jedoch für Mikrowellen durch
lässiges Fenster (11 b) im Bereich der Ankoppelung
des Mikrowellenhohlleiters (22) und Stutzen für den
Anschluß der Zuleitung (9) für die zu behandelnde
Flüssigkeit bzw. Lösung sowie der Abführleitung
(31) für die entstehenden Brüden aufweist, und deren
Unterteil zumindest im Bereich des Randes mit einer
für Mikrowellen undurchlässigen Dichtung in Zuordnung
zum oberen Abschluß des Gebindes (60) versehen ist, und
durch ein innerhalb des Hohlleiters (22) angeordnetes, die
aus dem Gebinde (60) in den Hohlleiter zurückreflektierte
Mikrowellenenergie in Betrag und Phase minimierendes An
passungstransformationsglied (24), sowie einen zwischen
diesem und dem Magnetron (20) im Hohlleiter vorgesehenes,
die reflektierte Restenergie in Kühlwasser abführenden
Zirkulator (21).
9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein für
Mikrowellen undurchlässiges, jedoch für Gase und Dämpfe
durchlässiges Filter (33) in der zu einem Kondensator (35)
führenden Brüden-Abführleitung (31), vorzugsweise im Bereich
des Anschlußstutzens dieser Abführleitung (31) auf dem
Oberteil der Gebinde-Abdeckung (11).
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Filter (33) von einem zylindrischen Block gebildet wird,
dessen Länge das Ein-, vorzugsweise das Mehrfache der
halben Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen beträgt, und
der eine Mehrzahl axialer Bohrungen für den Durchgang der
Brüden aufweist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeich
net durch eine oder mehrere innerhalb der Gebindeabdeckung
(11) angeordnete Sprühdüse(n) (11 d) für ein Reinigungs
medium, welche auf den Bereich des Mikrowellenfensters
(11 b) und/oder die Mündung der Zuleitung (9) und/oder der
Brüden-Abführleitung (31) im Oberteil der Gebindeabdeckung
ausgerichtet ist bzw. sind.
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3544270A1 DE3544270A1 (de) | 1987-06-25 |
DE3544270C2 true DE3544270C2 (de) | 1988-10-13 |
Family
ID=6288448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19853544270 Granted DE3544270A1 (de) | 1985-12-14 | 1985-12-14 | Verfahren und einrichtung zur trocknung kontaminierter fluessigkeiten und loesungen |
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