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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und
Vorrichtungen zur Entfernung von Flüssigkeit aus Schlämmen von
flüssigem und teilchenförmigem Material und besonders zur
Entwässerung von Schmutzstoffen wie etwa Ionenaustauschharze und
andere Träger (besonders körnerartige Ionenaustauschharze),
welche in Kernkraftwerken dazu verwendet werden, es zu
ermöglichen, daß solche Stoffe entsorgungsbereit gemacht werden,
bei einer wirksamen Ausnutzung des Volumens des Behälters, der
diese Stoffe enthält und wobei das frei stehende Wasser unter die
behördlich vorgeschriebenen Grenzwerte reduziert wird.
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Für die Wasseraufbereitung in Kernkraftwerken, besonders für die
Entfernung radioaktiver Bestandteile, werden verschiedene
Stoffarten verwendet. Bei der Wasseraufbereitung werden
Feststoffe und lösliche Ione dadurch entfernt, daß Wasser durch
Filter aus natürlichen oder synthetischen Werkstoffen geleitet
wird, deren Eigenschaften eine wirksame Entfernung von
Wasserschadstoffen ermöglichen. Die am häufigsten zur
Wasseraufbereitung in Kernkraftwerken verwendeten Stoffe sind
Ionenaustauschharze. Diese Harze können in Form kleiner Körner
gegeben sein, die im wesentlichen sphärisch sind und für
gewöhnlich Durchmesser von 300-600 Mikron aufweisen. Der am
häufigsten verwendete Stoff ist das Copolymer aus Butadienbenzen
und Vinylbenzen, das so behandelt wird, daß es für viele
Aktivstellen sorgt, die mit dem Wasser reagieren und die somit
freie Wasserschadstoffionen aus dem Wasser entfernen. Wenn das
Harz seine Höchstgrenze an Ionen und/oder suspendierter Partikel
absorbiert hat, so ist es verbraucht und muß ausgetauscht werden.
Die Entfernung des verbrauchten Wasseraufbereitungsmaterials, das
normalerweise wenigstens geringfügig (niedrigaktiv) radioaktiv
ist, ist behördlich vorgeschrieben. Die Vorschriften für das
Vergraben von solchem radioaktiven Abfall schreiben es vor, daß
das Wasser auf einen sehr geringen Pegel entfernt werden muß, zum
Beispiel auf weniger als 1% des Volumens (siehe: United States
Code of Federal Regulations, Band 10, 61,56(a) (3) und
61,56(b) (2))
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In Anbetracht solch strenger Vorschriften wurden für die
Vorbereitung von radioaktivem Abfall für die Entsorgung
verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Diese Verfahren umfassen
die Verfestigung mit Bindemitteln wie etwa Zement (siehe Stock
u. a., U.S. Patent 4.030.788, erteilt am 21. Juni 1977, U.S.
Patent 4.299.722, erteilt am 10. November 1981 und Greaves, U.S.
Patent 4.427.023, erteilt am 24. Januar 1984). Ferner wurden die
Stoffe verbrannt, wobei eine folgende Behandlung der Asche
notwendig ist. In vielen Fällen wird eine Entwässerung des
radioaktiven Abfalls bevorzugt. Bei den herkömmlichen Verfahren
ist jedoch ein kostenintensives Filtern und Zentrifugieren
Voraussetzung.
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Es ist wünschenswert, daß die Entwässerung in dem Behälter
durchgeführt wird, in dem der Stoff entsorgt wird, zum Beispiel
durch Vergraben des Behälters auf einer Deponie. Jedoch
benötigten die Entwässerungsverfahren sehr lange, zum Beispiel
bis zu fünf Tagen, bis das Wasser durch die Schwerkraft auf den
Boden des Behälters geströmt ist. Solche Behälter werden Liner
genannt, da es sich dabei um Stahltrommeln handelt, die so
angepaßt sind, daß sie in schutzgepanzerten Transportbehältern
verwendet werden können. Kennzeichnenderweise wurden unten in dem
Liner Kerzenfilter auf einer Reihe von Kunststoffrohren
installiert und das Wasser wurde durch Pumpen durch die Filter
entfernt. Die Filter verbrauchen einen großen Anteil des Platzes
in dem Liner (dadurch ist die Rauminhaltsausnutzung dieser
normaler Ausführungsart sehr gering). Eine hohe Ausnutzung des
Rauminhalts ist wichtig, da die Kosten für die Entsorgung auf der
Basis des benötigten Volumens auf der Deponie errechnet werden.
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Es wird davon ausgegangen, daß der lange Zeitraum für die
Entwässerung durch Oberflächenspannung und durch
Viskositätseffekte verursacht wird, wodurch das Zwischenwasser
zurückgehalten wird. Dies bringt insbesondere bei einer
Körnerharz-Entwässerung Probleme mit sich, da die
Wasseroberflächenspannung an jedem Berührpunkt zwischen
benachbarten Körnern etwas Wasser zurückhält, das ansonsten durch
die Schwerkraft ungehindert auf den Boden des Liners fließen
könnte.
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Das Patent U.S.-A-3.448.859 zeigt ein Entwässerungssystem, bei
welchem, nachdem das in einem Behälter stehende Wasser entfernt
worden ist, trocknendes Gas durch die verbleibenden Feststoffe
geblasen wird.
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Bereitgestellt wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem
Schlamm von Flüssigkeit und Feststoffteilchen, mit den folgenden
Schritten: Auffüllen eines Behälters mit dem genannten Stoff;
Trennung der Flüssigkeit von dem Feststoff des genannten
Schlamms, an dem Boden des genannten Behälters; Sammeln der
genannten getrennten Flüssigkeit an dem Boden des genannten
Behälters; Entladen der gesammelten Flüssigkeit von dem Boden des
genannten Behälters, um so die meiste Flüssigkeit aus dem
genannten Schlamm zu entfernen, wobei eine Auflage von nassem
Feststoff in dem genannten Behälter verbleibt; Durchführen von
Gas durch die genannte Auflage, von oben nach unten, um an den
Teilchen haftende Flüssigkeit zu dem Boden des genannten
Behälters zu übertragen; und Entladen der durch das Gas
übertragenen Flüssigkeit von dem Boden des genannten Behälters,
gekennzeichnet durch die Schritte der Ermittlung des Unterschieds
zwischen der Höhe des genannten flüssigkeitsentzogenen Schlamms
und der Höhe der separaten Flüssigkeit in dem genannten Behälter
und der Wiederauffüllung des genannten Behälters mit neuem
Schlamm, wenn die genannte Höhe der separaten Flüssigkeit um eine
vorbestimmte Tiefe geringer ist als die Höhe des genannten
flüssigkeitsentzogenen Schlamms, wodurch die genannten Teilchen
sich in der genannten Auflage setzen können, und zwar in
volumeneffizienter Weise, solange sie sich unter Flüssigkeit
befinden.
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Bereitgestellt wird gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung, ein System zur Entfernung von Flüssigkeit aus einem
Schlamm von flüssigen und festen Teilchen, mit einem Behälter,
einer Einrichtung zum Füllen des genannten Behälters mit dem
genannten Stoff, einer Einrichtung zum Trennen der Flüssigkeit
von dem Feststoff an dem Boden des genannten Behälters, einer
Einrichtung zum Sammeln der genannten getrennten Flüssigkeit an
dem Boden des genannten Behälters, einer Einrichtung zum Entladen
der angesammelten Flüssigkeit von dem Boden des genannten
Behälters, um den größten Teil der Flüssigkeit aus dem genannten
Schlamm zu entfernen, wobei in dem genannten Behälter eine
Auflage von nassem Feststoff zurückbleibt, einer Einrichtung zum
Durchführen von Gas von oben nach unten durch die genannte
Auflage, um so an den genannten Teilchen haftende Flüssigkeit zu
dem Boden des Behälters zu übertragen und zum Entladen der mit
dem genannten Gas übertragenen Flüssigkeit von dem Boden des
genannten Behälters, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur
Ermittlung der Differenz zwischen der Höhe des
flüssigkeitsentzogenen Schlamms von Teilchen und der Höhe der
separaten Flüssigkeit in dem genannten Behälter und eine
Einrichtung zum Wiederauffüllen des genannten Behälters mit neuem
Schlamm, wenn die genannte Höhe der separaten Flüssigkeit um ein
vorbestimmtes Stück geringer ist als die Höhe des genannten
flüssigkeitsentzogenen Schlamms, wodurch sich die genannten
Teilchen in der genannten Auflage setzen können, solange sie sich
unter Flüssigkeit befinden.
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Durch Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen wird vorstehendes deutlicher. In den
Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm, welches ein die Erfindung
verwendendes System darstellt;
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Fig. 2 eine bruchstückartige Schnittansicht, welche das
Oberteil des in der Fig. 1 dargestellten Behälters darstellt, in
dem der Schlamm entwässert wird;
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Fig. 3 einen bruchstückartigen, Aufriß, der den Aufbau des
Unterteils des in der Fig. 1 dargestellten Behälters genau
darstellt;
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Fig. 4A eine bruchstückartige Schnittansicht mit teilweise
aufgebrochenen Teilen, zur Darstellung des Flüssigkeitsfilters
und des Teilchenauflageträgers, der auf dem Unterteil des
Behälters angewendet wird und der in Fig. 3 genau dargestellt
ist;
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Fig. 4B eine bruchstückartige Schnittansicht entlang der
Linie 4b-4b in Fig. 4a; und
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Fig. 4C eine Skizze, die den Filter und die Tragkonstruktion
zeigt, die in den Fig. 4a und 4b dargestellt sind.
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Gemäß Fig. 1 wird ein Behälter (10) dargestellt, in dem ein
Schlamm aus Flüssigkeit (Wasser) und festem, teilchenförmigem
Stoff (zum Beispiel erschöpfte Ionenaustauschharzkörner)
entwässert und containerisiert wird. Der Behälter ist
zylinderförmig und es kann sich dabei um eine aus Stahl
hergestellte Trommel handeln, mit einer zylinderförmigen Wand
(12), einem Oberteil (14) und einem konischen Unterteil (16). Der
Scheitel des konischen Unterteils befindet sich in der Mitte des
Behälters. Der Konus ist mit anderen Worten koaxial zu dem
Behälter. Der Konus weist einen stumpfen Winkel von vorzugsweise
etwa 164 bis 168 auf. Bei diesem Winkel handelt es sich um
einen Kompromiß zwischen den hydraulischen Anforderungen des
Systems und der Maximierung des Volumens des Behälters, der das
entwässerte Harz enthält. Eine Maximierung der Ausnutzung des
Rauminhalts ist wünschenswert, da sich die Entsorgungskosten mit
dem benötigten Deponievolumen verändern; wobei die Behälter auf
der Deponie vergraben werden.
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Der konische Unterteil definiert in dessen Mitte einen
Sammelbereich (19), zur Ansammlung des Wassers von der Auflage
(18) des teilchenförmigen Stoffes in dem Behälter (10). Der
Sammelbereich wird durch eine umgekehrte Pfanne (20) definiert,
die aus Metall sein kann. Die Pfanne weist einen Oberteil (22)
und eine zylinderförmige Wand (24) auf (siehe auch Fig. 3 und
4c). Die Kanten der Wand (24) sind mit einem Rand (26) aus einem
elastischen Werkstoff bedeckt, wie etwa PVC (Polyvinylchlorid),
wobei der Rand an der Wand verbunden, geformt oder
schrumpfverpackt ist. Die Kanten ruhen auf einem porösen Träger
und der Filterplatte (28), die sich auf dem konischen Unterteil
(16) des Behälters (10) befindet. Diese Platte (28) ermöglicht
einen radialen Wasserfluß durch die Platte in den Sammelbereich
(19) in der Mitte des konischen Unterteils. Die Platte (28) trägt
die Auflage (18) des festen, teilchenförmigen Stoffs
(Harzkörner).
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In der Mitte des Behälters (10) und insbesondere koaxial zu dem
Behälter (10) und dem konischen Unterteil (16) befindet sich ein
Auslaßrohr bzw. eine Auslaßröhre (30). Die Röhre erstreckt sich
durch ein Auslaßverbindungsrohr (32) (Fig. 2) aus dem Oberteil
(14) des Behälters (10). Das Unterteil des Rohrs (30) ist an
einer Halbschale (34) (siehe Fig. 3) angebracht und erstreckt
sich in den Sammelbereich (19). Eine Mehrzahl von Löchern (36) (6
Löcher sind eine geeignete Anzahl) erstreckt sich radial durch
die Wand des Rohrs (30) und die Halbschale (34) in den
Sammelbereich (19) und ermöglicht den Durchfluß von Wasser, das
sich in dem Bereich gesammelt hat, in das Rohr (30). Eine Mutter
(38) auf einer an dem Scheitel des Unterteils (16) angeschweißten
Schraube (37), befestigt die Halbschale (34) und somit das Rohr
(30) und dadurch die Pfanne (20) und den porösen Filter (28) an
dem konischen Unterteil (16). Das Rohr (30) erstreckt sich durch
ein Loch in der Mitte der Pfanne (20). eine Abdichtung (40) um
das Rohr (30) verschließt das Loch (39). Bei der Abdichtung kann
es sich um ein elastisches Polymer handeln, das durch einen
Flansch (42) an der äußeren Peripherie des Rohrs (30)
zusammengedrückt wird.
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Ein Füllstandsfühler bzw. eine Füllstandssonde (44) erstreckt
sich ferner der Länge nach entlang dem Rohr (30) durch den
Behälter. Bei dem Füllstandsfühler (44) handelt es sich um eine
zylinderförmige Einrichtung. Dessen unteres Ende erstreckt sich
in den Sammelbereich, um so eine Messung des Füllstands tief in
den Sammelbereich hinein und unter die Unterseite der Löcher (36)
zu ermöglichen. Die Löcher (26) sind so bemessen, daß die Summe
deren Querschnittsfläche gleich oder größer ist als die
Querschnittsfläche des Rohrs (30). Sie sind aber auch klein
genug, um einen Luftstrom durchzulassen, um in den Sammelbereich
eintretendes Wasser abzusaugen. Das in dem Sammelbereich unter
den Löchern verbleibende Wasservolumen liegt klar innerhalb der
vorgeschriebenen Grenzen für frei stehendes Wasser (z. B.
innerhalb von 10% der vorgeschriebenen Grenze). Der Winkel des
konischen Unterteils erhöht die Ansprechung des Füllstandsfühlers
von etwa 2,54 cm (1 Inch) bei einem ebenen Unterteil bis auf 10
cm (4 Inch) bei einem Konus von 164º, bei einem vorgeschriebenen
Grenzwert von 1/2 Prozent eines Behälters von 4,8 Kubikmetern
(170 Kubikfuß). Es wird hiermit aus der folgenden Beschreibung
der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems festgestellt,
daß das ausgelassene Wasser das meiste Wasser in den
Sammelbereich sogar unter die Höhe der Löcher (36) entwässert.
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Bei dem Füllstandsfühler handelt es sich um ein koaxiales,
Doppel-Füllstandsfühlsystem mit einem äußeren Fühler (46) zur
Ermittlung der Höhe der Harz/Wasser-Mischung und mit einem
inneren Fühler (48) zur Ermittlung der Wasserhöhe. Der äußere
Fühler ist aus einem Rohr (50) eines Isoliermaterials
hergestellt, wie etwa Kunststoff (PVC ist geeignet). Eine Folie
eines leitfähigen Werkstoffs ist um die Außenoberfläche des Rohrs
(50) gewickelt. Die Folie wird durch eine Schicht (52) eines
Isoliermaterials isoliert, wie etwa durch eine an dem Rohr (50)
durch Schrumpfsitz angebrachte PVC-Ummantelung. Der innere Fühler
(48) für die Wasserhöhe befindet sich koaxial zu dem äußeren
Fühler und ist aus einem Rohr (54) eines leitfähigen Werkstoffs
hergestellt, auf dem sich eine Isolationsschicht wie etwa eine
PVC-Ummantelung (56) befindet. Die Ummantelung ist an der
Unterseite abgedichtet, um das Rohr (54) zu verschließen. Ein
Filtersieb (58) verschließt das Unterteil des äußeren Fühlers
(46) und ermöglicht den Auslaß von Wasser, während Feststoffe
gesperrt werden. Das leitfähige Element des äußeren Fühlers (46)
erstreckt sich über die Länge des inneren Fühlerrohrs und von der
Unterseite des Fühlers tief in den Sammelbereich bis zu der
Oberseite des Fühlers, wo es sich durch den vertieften Teil (60)
der Oberseitenabdeckung (14) erstreckt. Die elektrischen
Verbindungen, die in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien
dargestellt sind (die schematisch einen oder mehr Drähte als
notwendig anzeigen), werden aus einer Verbindungseinrichtung
herausgeführt, die sich an dem Oberteil (14) des Behälters in
dessen vertieftem Teil (60) befindet.
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Die Leiter und Isolierschichten der Fühler (46) und (48)
definiern Kondensatoren, deren Kapazitätswert von der Wasserhöhe
(bei dem inneren Fühler (48)) und von dem Pegel des Wassers und
der festen Harzkörner (oder der nassen Körner alleine), welcher
sich um den äußeren Fühler (46) erstreckt, abhängt. Da der innere
Fühler nur auf die Wasserhöhe anspricht, kann die Differenz
zwischen dem Pegel des Wassers und des Körnerharzes als Folge des
durch den inneren und den äußeren Fühler dargestellten
Kapazitätsunterschied ermittelt werden. Das Fühlersystem, welches
die Fühler und die Schaltkreisanordnung zur Gewinnung von
Ausgaben als Folge der durch die Fühler dargestellten Kapazität
umfaßt, ist Gegenstand der U.S. Patentanmeldung, die gleichzeitig
zu dieser Anmeldung im Namen von John C. Homer (ST-112)
eingereicht worden ist.
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Die Pfanne (20) lokalisiert auch den Fühler (44) in dem
Sammelbereich. Eine elastische, konische Abdichtung (62) (eine
ebene Gummiplatte, die konisch verformt ist) dichtet gegen die
äußere Peripherie des Fühlers (44) ab, der durch das Loch (64) in
das Oberteil (22) der Pfanne (20) verläuft.
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Der Behälter (12) kann in einer Praxisausführung einen
Durchmesser von 1,8 m (sechs Fuß) und eine Höhe von 1,8 m (sechs
Fuß) aufweisen (Rauminhalt etwa 4,8 bis 5,7 Kubikmeter (170 bis
200 Kubikfuß)). Die poröse Tragkonstruktionsplatte (28) bedeckt
von der Mitte des Liners den Radius von 0,76 m bis 0,9 m (2,5 bis
3 Fuß). Die Pfanne kann einen Radius von 17,8 cm (7 Inch)
aufweisen. Das Auslaßrohr kann einen geeigneten Radius von 7,6 cm
(3 Inch) aufweisen und der Fühler (44) kann mit einem Durchmesser
von 3,5 cm (1,375 Inch) versehen sein. Somit ist ersichtlich, daß
der Sammelbereich im Vergleich zu dem Rauminhalt des
Linerbehälters (12) einen verhältnismäßig geringen Rauminhalt
aufweist. Der gefüllte Rauminhalt des Liners (12) kann zum
Beispiel 4,8 Kubikmeter (170 Kubikfuß) oder mehr betragen.
Demgemäß wird leicht erkannbar, daß das in dem Sammelbereich (19)
zurückgebliebene freie stehende Wasser unter dem behördlich
vorgeschriebenen Rauminhalt liegt. Somit sorgt das System dafür,
daß das in dem Behälter zurückbleibende Wasser 0,5% des
Rauminhalts des Behälters nicht übersteigt.
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Die Wasserübertragung in den Sammelbereich erfolgt durch die
poröse Auflagentragkonstruktion, welche durch die Platte (28)
bereitgestellt wird. Die Platte kann von jeder Form sein, die
ausreichend stark ist, um die Auflage zu tragen und dabei auch
ausreichend porös ist, um nur das Wasser durchzulassen, während
die festen Teilchen gesperrt werden. Bei der in den Fig. 3 und
4a, b und c dargestellten Konstruktion, wird die Platte durch ein
Paar von Platten (70) und (72) aus Wabenkunststoff
bereitgestellt. Die Platten weisen kugelförmige Teile auf, welche
durch Stege verbunden sind. Die kugelförmigen Teile sind in den
benachbarten Platten versetzt, um so für einen im wesentlichen
klaren Wasserweg durch den Kern der Platte zu sorgen. Es können
auch andere Konstruktionen verwendet werden, die ein Labyrinth
von Wegen bereitstellen, wie etwa geblasenes Aluminum oder
Schaumstoffe mit kleinen, miteinander verbundenen Zwischenräumen.
Für das Filtern wird durch eine Gewebebespannung gesorgt. In dem
veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfaßt die Bespannung eine
obere und eine untere Bahn (74) und (76), die vorzugsweise aus
einem Kunststoff wie etwa Polypropylen bestehen, der entlang dem
Außenrand (74) abgedichtet wird. Die Platten (70) und (72)
springen an den Stellen, an denen sie nicht durch den Rand (26)
der Pfanne (28) (siehe Fig. 3) eingezwängt werden, etwas
auseinander. Um in den zylinderförmigen Behälter (10) zu passen,
sollte die Platte acht eckig sein, wobei die Wand des Behälters in
Fig. 4c durch lange und kurze Striche dargestellt ist. Der
Durchmesser der Pfanne (20) wird ebenfalls durch eine Linie aus
langen und kurzen Strichen dargestellt, um so die relativen
Durchmesser der Inneneinrichtungen des Behälters als Plan
darzustellen. In die Platte (28) kann entlang einer Seite ein
Aussparungsschlitz (80) geschnitten werden, so daß die Platte mit
dem konischen Unterteil (16) des Linerbehälters zusammenpaßt.
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Der obere Teil des Linerbehälters (10) ist in den Fig. 1 und 2
am besten dargestellt. Neben dem Verbindungsrohr (32) für die
Auslaßröhre (30) existiert ein Füllrohr (82) und ein
Entlüftungsverbindungsrohr (84). Die Verbindungsrohre sorgen für
eine Verbindung mit den Schläuchen (86, 88 und 90), deren andere
Enden mit den Verbindungseinrichtungen (92, 94 und 96) verbunden
sind. Ferner gibt es einen elektrischen Steckverbinder (98) (die
Verbindungseinrichtungen sind alle mit CN bezeichnet). Diese
Verbindungseinrichtungen sind in einem portablen Schlepper
vorhanden, in dem die verschiedenen Bestandteile des
Entwässerungssystems angebracht sind. Der Schlepper kann sich
außerhalb eines abgeschirmten Bereichs in der Kernkrafteinheit
befinden, während sich der aufzufüllende Behälter (10) in dem
abgeschirmten Bereich befindet.
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Alle Verbindungsrohre und das Verbindungsende (100) des
Füllstandsfühlers (44) sind in dem vertieften Teil (60) des
Oberteils (14) des Behälters an einer Dichtungsplatte (101)
angebracht. Die Dichtungsplatte (101) verhindert ein Austreten
von potentiell verunreinigter Luft zur Umgebung. Desweiteren kann
der vertiefte Teil mit einer Abdeckung (102) abgedichtet werden,
nachdem die Schläuche (86, 88 und 90) entkoppelt worden sind und
nach den Entwässerungsvorgängen. Dann kann der gefüllte Behälter
unter Verwendung von Hebehaken (nicht abgebildet) entfernt und
zur Deponie transportiert werden.
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Um während dem Anheben und dem Transport des Behälters (10) eine
übermäßige Belastung des Auslaßrohrs zu vermeiden, ist nahe der
Oberseite des Auslaßrohrs für eine Ausdehnungskupplung (104) mit
Dichtungen (106) gesorgt. Der Füllstandsfühler kann auch durch
eine Strebe (108) zwischen dem Fühler und dem Auslaßrohr (30)
stabilisiert werden.
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Die Entlüftungsverbindung (84) dient während einem Teil des
Entwässerungsverfahrens auch als Luftweg in den Behälter. Zur
Verteilung der in den Behälter geblasenen Luft ist eine U-förmige
Röhre bereitgestellt, welche die Luft zu dem Oberteil (14) des
Behälters leitet, so daß die Luft von der Oberseite wieder durch
die Auflage (18) nach unten geleitet werden kann. Dieses U-
förmige Rohr (110) besteht aus zwei Knierohren (112) und (114),
die in geeigneter Weise aus herkömmlichem PVC-Rohrmaterial
bestehen, welche an der Stelle (116) zusammengeschraubt bzw.
zusammengeklebt werden. Diese Rohre können beispielsweise einen
Durchmesser von 7,6 cm (drei Inch) aufweisen.
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In bezug auf Fig. 1 fließt der radioaktive Abfallstoff (der
Schlamm aus verbrauchtem Ionenaustauschharz) von einem Behälter
durch ein Strombegrenzungsventil (152) mit einer
Bedienungseinrichtung (154) (betätigt durch Druckluft oder einen
Elektromotor). Dieses Ventil (152) kann selbsttätig von einer
Steuerlogik (138) betätigt werden, die auf den Füllstandsfühler
(44) anspricht. Der Füllstandsfühler sorgt für zwei Ausgaben,
wenn automatische Entwässerungsvorgänge erwünscht sind. Dabei
handelt es sich um eine Hochpegelausgabe, wenn sich der Behälter
fast ganz oben befindet. In Fig. 1 ist eine Pegellinie (124)
dargestellt, die an den vollständig gefüllten Zustand des
Behälters (10) angenähert ist. Bei der anderen Fühlerausgabe
handelt es sich um die Pegeldifferenzumschaltausgabe, die dann
eintritt, wenn die Wasserlinie unter den Pegel des Schlamms bzw.
der nassen Teilchen (Harzkörner) fällt, auf welchen der
Außenfühler (46) (Fig. 3) anspricht. Die Hochpegel-
Ermittlungsschaltkreise (126) und die Schaltkreise zur Ermittlung
des Zustands, wenn der Wasserpegel um eine vorbestimmte Höhe
(oder Tiefe) geringer ist als der Schlammpegel, was durch den
LDS-Schaltkreis (128) angezeigt wird, sind in Einzelheiten in der
vorstehend verwiesenen Anmeldung (ST-112), die in dem Namen von
John C. Homer gleichzeitig mit dieser Anmeldung eingereicht
wurde, beschrieben. Die Steuerlogik erhält eine weitere Eingabe
durch einen Pegeldetektor, der an dem Sammelbereich (130)
schematisch dargestellt ist, in einem Luft/Wasser-Separator
(132). Dieser Separator kann vom Zyklontyp sein, wobei ein
Tangentialstrom von zerstäubtem (versprühtem) Wasser und Luft in
den Separator eingeführt wird und das Wasser sich durch den
Aufprall gegen die Wände des Separators trennt. Der Pegeldetektor
(130) erkennt, wenn sich der Wasserpegel in dem Separator über
einem vorbestimmten Pegel befindet. Der Pegeldetektor (130)
umfaßt einen bei LE angezeigten Ermittlungsschaltkreis und einen
bei LSH dargestellten Schaltkreis, der eine Ausgabe bereitstellt,
wenn der Pegel den vorbestimmten Pegel in dem Separator (132)
übersteigt.
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Wenn durch Einschalten des Systems und bei leerem Behälter (12)
eine Übertragung eingeleitet wird, so fließt der Schlamm (der
etwa 5% bis 20% Feststoffe (Harzkörner) aufweist) in das Oberteil
(14) des Linerbehälters (12). Die Strömungsgeschwindigkeiten
können bis zu 189 Liter (50 Gallonen) je Minute betragen, bei
einer Verwendung von Behältern mit einer Kapazität von etwa 5,9
Kubikmetern (200 Kubikfuß). Wenn der Harzschlamm etwa 50% der
Kapazität des Linerbehälters erreicht, wird eine Verdrängerpumpe
(140) eingeschaltet, bei der es sich in geeigneter Weise um eine
druckluftbetriebene Diaphragmapumpe handeln kann. Diese Pumpe
wird durch herkömmliche Ventile und Regler betrieben, wie dies in
Fig. 1 bei (142) graphisch dargestellt ist. Das System umfaßt
ferner ein Gebläse (144), welches in Form einer Drehschieberpumpe
gegeben sein kann. Die Pumpe wird durch einen Motor (146)
angetrieben und durch die Steuerlogik (138) gesteuert. Durch den
Handschalter (HS) kann für eine manuelle Steuerung gesorgt
werden, falls dies notwendig ist. Bei der Verwendung der
manuellen Steuerung geben Leuchtanzeigen oder Meßinstrumente und
von den Ausgaben des Füllstandsfühlers (44) angetriebene
Warnungen, der Bedienungsperson Anweisungen, um das System so zu
bedienen, daß dieses die Schritte des Entwässerungsverfahrens
ausführt. Bei der ersten Auffüllung des Behälters läuft das
Gebläse nicht. Der Strom des Auslaßwassers verläuft von dem
Sammelbereich (19) durch das Auslaßrohr (30), den Schlauch (86)
und andere Rohre (150), durch den Wasser/Luft-Separator (132) in
die Pumpe (140). Das Wasserfiltrat wird aus dem System, in
geeigneter Weise in Behälter für radioaktiven Abfall entladen.
Der Strahlungs- und Kontaminationspegel des Auslaßwassers ist
normalerweise von geringem Gehalt und wird als Schlammharz
wiederverwendet oder gereinigt und an anderer Stelle in der
Einrichtung verwendet.
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Bei weiterer Auffüllung des Behälters (12), wenn das Wasser mit
einer geringeren Geschwindigkeit entzogen wird als mit welcher es
in das Füllrohr in den Linerbehälter (12) eintritt, sammelt sich
das Wasser schließliche soweit an, bis es den Hochpegel erreicht,
der durch den Hochpegel-Schaltkreis (126) ermittelt wird. Dann
wird das Strombegrenzungsventil (152) geschlossen, bis der Pegel
deutlich unter den Hochpegel fällt oder bis er unter den Pegel
der sich in dem Behälter gesetzten Feststoffe fällt. In beiden
Fällen wird die Übertragung des Schlamms durch Öffnen des
Strombegrenzungsventils (152) wieder eingeleitet. Das
Auffüllverfahren dauert solange an, bis die Wasserentfernung den
Hochpegelzustand nicht beseitigt. Dann sorgen die Körnerharze für
den Warnungszustand und der Linerauffüllteil des Verfahrens ist
beendet.
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Wenn das Wasser jedoch mit einer höheren Geschwindigkeit entzogen
wird als die Einlaßgeschwindigkeit des Schlamms in das Füllrohr,
so fällt der Wasserpegel solange, bis er unter die Oberseite der
Auflage der abgesetzten Feststoffe fällt. Dann stellt der LDS-
Schaltkreis (128) der Steuerlogik (138) Signale bereit, um die
Entladepumpe (140) abzuschalten. Dann hält die Entwässerung
vorübergehend an; und zusätzlicher Füllschlamm fließt weiter in
den Behälter, wodurch für einen Wasserpegel über der Auflage
gesorgt wird. Die Körner können sich in dichten Anordnungen
absetzen, wobei es sich um den wirkungsvollsten Zustand zur
Ausnutzung des Rauminhalts des Behälters handelt. Durch diesen
Zustand werden auch die Kontakte zwischen den Körnern in einer
Tetraederanordnung mit drei Berührungspunkten zwischen vertikal
benachbarten Körnern maximiert. Eine solche Anordnung maximiert
die Strömungswege durch die Auflage für den Wasserfluß zu dem
Unterteil (16) des Liners (12)
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Während der Liner (12) gefüllt wird, erlaubt die
Entlüftungsöffnung (84) den Durchgang von verdrängter Luft aus
dem Behälter (101) (in entgegengesetzter Richtung des in Fig. 1
bei (110) dargestellten Stroms). Die Entlüftungsöffnung kann
durch einen Teilchenfilter mit hohem Wirkungsgrad (120)
(überwacht durch das Differenzdruckelement (DPE) (122)) mit der
Luftumgebung oder dem HVAC-System (Heizen, Entlüften und
Klimatisieren) der Anlage verbunden sein.
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Wenn der Linerbehälter (10) mit Körnerharz gefüllt ist und durch
die Pumpe (140) kein Wasser mehr entfernt werden kann (das
Ansaugen an der Pumpe (140) ist unterbrochen), so wird eine kurze
Warteperiode (statisches Entwässern) von fünf bis fünfzehn
Minuten zur Transpiration gewährt. Danach wird die Pumpe (140)
wieder eingeschaltet, um sämtliches Wasser abzulassen, das von
der Auflage gelaufen ist. Die fünf bis fünfzehnminütige Wartezeit
ist deshalb wünschenswert, da der Wasser/Luft-Separator (132)
eine begrenzte Kapazität aufweist und da es möglich ist diesen
während dem nächsten Verfahrensschritt zu überfüllen, wenn ein
Zeitraum zur statischen Entwässerung nicht gewährt wird. Wenn der
Wasser/Luft-Separator hingegen wesentlich größer ist, so kann auf
den Zeitraum der statischen Entwässerung verzichtet werden.
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Nach dem Wartezeitraum wird das Gebläse (144) eingeschaltet. Über
das Gebläse ist ein Unterdruckentlastungs-Sicherheitsventil (156)
verbunden, um so die Funktionsweise der Entladepumpe (140)
gleichzeitig aber intermittierend zu dem Gebläse zu ermöglichen,
wobei der Unterdruck in dem System gesenkt wird, um den Betrieb
der Diaphragmapumpe (140) zu ermöglichen. Der Druck kann zum
Beispiel auf weniger als 38 cm (15 Inch) Quecksilber gesenkt
werden, um so den durch das Gebläse, die Vakuumpumpe (144)
erzeugten Differenzdruck zu reduzieren. An dem Auslaß des
Gebläses (144) ist ferner ein Rückschlagventil (158) vorhanden,
um so während den ersten Schritten der Entwässerung jeglichen
Strom durch das Gebläse zu vermeiden. Dieses Rückschlagventil
(158) verhindert während dem ersten Auspumpen durch die
Diaphragmapumpe (140) den Strom in die entgegengesetzte Richtung
durch das Gebläse (144), wodurch die Diaphragmapumpe das System
bis zu dem Linerbehälter (10) auf einen Druck auspumpen kann, der
ausreichend ist, um Wasser aus dem Liner durch das Auslaßrohr
(30) zu saugen.
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Nachdem das Gebläse eingeschaltet worden ist, sorgt es für einen
Luftstrom von hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel mit 8,5
Kubikmetern (300 Kubikfuß) je Minute, durch die Auflage (18) und
die poröse Platte (28) in den Sammelbereich (19). Der Luftstrom
durch die Auflage drückt das Wasser in den Zwischenräumen durch
die Auflage. Bei Körnerharzen setzt der Luftstrom das Wasser an
den Flächen der Punkt-Berührung der Körner frei. Das Wasser wird
nach unten zu dem Sammelbereich (19) gedrängt. Dort bewirken die
Löcher (36) eine Zerstäubung des Wassers mit der
Hochgeschwindigkeitsluft. Ein geeigneter Druck an dem
Gebläseeinlaß liegt zwischen einem fast atmosphärischen Druck und
61 cm (24 Inch) Quecksilber. Die obere Druckhöhe des Liners auf
der Auflage (18) wird nahe dem atmosphärischen Druck gehalten, um
in diesem Bereich des Behälters eine Überbelastung des Materials
zu vermeiden. Der Auslaß aus dem Behälter (in dem Sammelbereich
(19)) sinkt im Druck (das System stellt ein Unterdrucksystem
dar). Der Druckabfall wird durch den Luftstrom bestimmt. Wie dies
bereits vorstehend erwähnt worden ist, wird bei einer
Geschwindigkeit von 8,5 Kubikmetern je Minute (300
Kubikfuß/Minute) und bei einer nominalen Körnerharzauflage (18)
in dem Liner (10) von dessen Oberseite zu dessen Unterseite ein
Druck von etwa 25 cm (10 Inch) Quecksilber erzeugt.
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Die Luft wird in dem Wasser/Luft-Separator (132) vom Wasser
getrennt. Wenn der Wasserpegel in dem Separator-Sammelbecken
steigt, so wird die Diaphragmapumpe (140) wieder eingeschaltet,
wie dies bereits vorstehend erwähnt worden ist, und das Wasser in
dem Sammelbecken wird wieder ausgelassen, wie etwa in die
Behälter, welche die Abwasserschlammfüllung halten. Die durch den
Wasser/Luft-Separator (132) getrennte Luft verläuft durch einen
Absetzungsfilter (160). Dort werden mitgerissenes Wasser,
Feuchtigkeit und Feststoffe entfernt. Das Wasser sammelt sich in
dem schwammartigen Filterelement des Absetzers und fließt durch
die Schwerkraft zu dem unteren Ende des Absetzerelements, wo es
dann in die abscheidende Kapsel fällt und durch eine Leitung und
ein Rückschlagventil (162) zurück zu dem Auslaßrohr des
Wasser/Luft-Separators (132) zu der Diaphragmapumpe (140)
verläuft.
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Nach einer weiteren Entwässerung durch den Absetzer (160),
verläuft die Luft zu dem Einlaß des Gebläses (144). Das Gebläse
führt die Luft dann zurück zu dem Oberteil des Behälters. Während
die Luft durch das Gebläse (144) verläuft, nimmt sie Wärme auf.
Die Entwässerung wird unterstützt, da die zu der Auflage (18)
zurückgeführte Warmluft ungesättigt ist und somit mehr Wasser
halten kann, freies Wasser erwärmt und somit dessen Viskosität
verringert und schließlich die Stoffe (die Körner) an dem
Oberteil des Linerbehälters (12) entwässert und diese
Feuchtigkeit weiter unten in dem kühleren Teil der Auflage (18)
wieder ablagert. Dort wird diese durch die gekühlte Luft solange
weitergeschoben, bis sie den Sammelbereich (19) erreicht. Das
Verfahren dauert so lange an, bis der Füllstandsfühler in der
Trennpumpe (130) keinen weiteren Auslaß von Wasser in den
Sammelbereich erkennt. Natürlich entwässert ein andauerndes
Blasen die Auflage zunehmend. Es ist nach einem Zeitraum des
Blasens (zum Beispiel nach 4 Stunden in den Entwässerungskreis)
auch möglich, den Luftstrom durch die Auflage dadurch umzukehren,
daß die Schläuche (88) und (86) vertauscht werden. Dann verläuft
die Warmluft von dem nassen Unterteil der Auflage zu den
entwässerten Feststoffen nahe des Oberteils der Auflage. In
Versuchen konnte festgestellt werden, daß der durch den
Füllstandsfühler (44) ermittelte Wasserpegel nach einem
Entwässerungszyklus von 4 bis 8 Stunden die behördlich
vorgeschriebenen Grenzwerte nicht übersteigt, selbst nach
längeren Perioden des Stehens.
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Der den Wasserpegel ermittelnde Fühler ist mit dem gefüllten
Linerbehälter (10) zusammen entsorgbar; der Fühler (44) kann dazu
verwendet werden, den vollen stehenden Wasserpegel von Zeit zu
Zeit zu überprüfen, falls dies gewünscht wird. Es ist ein Merkmal
der Erfindung, daß die Inneneinrichtungen des Behälters, welche
entsorgt werden, verhältnismäßig kostengünstig sind und dabei
doch für eine schnelle Entwässerung und eine effiziente
Ausnutzung des Rauminhalts des Behälters sorgen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß ein
verbessertes System (Verfahren und Vorrichtung) zum Entfernen von
Flüssigkeit aus Schlämmen von flüssigem und teilchenförmigem
Material bereitgestellt wird und insbesondere zum Entwässern
radioaktiver Abfallstoffe wie etwa Ionenaustauschharzkörner.