DE69705704T2

DE69705704T2 - Reinigung von radioaktiv contaminiertem material

Info

Publication number: DE69705704T2
Application number: DE69705704T
Authority: DE
Inventors: Tahera Ismail Docrat; Howard Greenwood; Alan Rushton
Original assignee: British Nuclear Fuels PLC
Current assignee: Sellafield Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: KR19990081873A; RU2166809C2; GB9601956D0; ZA97833B; AU710222B2; DE69705704D1; WO1997028539A1; US6117248A; ES2159107T3; JP2000504109A; CA2243971A1; EP0878012A1; EP0878012B1; AU1552097A; UA44350C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung radioaktiv kontaminierten Materials. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, bezieht sich die Erfindung auf die Reinigung von radioaktiv kontaminierten Filtermedien, die eine Glaskomponente enthalten, um die Medien für die Entsorgung geeignet zu machen.
Vor der Versendung von radioaktiv kontaminiertem Material zu einer Abfallentsorgungseinrichtung, zum Beispiel einer Abfalldeponie, muss die Kontamination des Materials unter die festgesetzten Entsorgungsgrenzwerte der Einrichtung herabgesetzt werden. Es ist daher notwendig, gewisse Materialien vor der Entsorgung zu behandeln, um sicher zu stellen, dass die Kontaminationsniveaus innerhalb der Entsorgungsgrenzwerte liegen.
Ein bekanntes Verfahren beinhaltet die Veraschung des Materials. Es ist jedoch ein Problem entstanden, insbesondere hinsichtlich der Veraschung gebrauchter, mit Uran kontaminierter Filtermedien, die Borsilikatglasfasern enthalten oder aus diesen bestehen. Filtermedien dieses Typs aufweisende Filter, zum Beispiel Hoch-Leistungs-Partikel-Luft - (High Efficiency Particulate Air = HEPA) - Filter, werden in Lüftungssystemen verwendet, die in Kernbrennstoff verarbeitenden Einrichtungen installiert sind. Die Anwesenheit der Borsilikatglasfasern hat die Einkapselung des Urans während der Veraschung zur Folge, was es schwer macht, das Uran aus dem Veraschungsprodukt auszulaugen.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung radioaktiv kontaminierten Materials vorzusehen, wodurch das Material genügend dekontaminiert wird, um seine sichere Entsorgung zu erlauben. Es ist eine besondere Aufgabe dieser Erfindung, ein radioaktiv kontaminiertes Filtermedium zu behandeln, das Borsilikatglasfasern enthält oder aus diesen besteht, um das Medium für eine sichere Entsorgung geeignet zu machen.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung eines mit radioaktiven Substanzen kontaminierten Materials vorgesehen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Einfüllen des Materials in einen Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen, Einbringen des Behälters und des Materials in ein rotierbares Gefäß mit einer oder mehreren Öffnungen, Unterwerfen des Materials einem Auslaugungszyklus, der das Zuführen Einer Auslaugungsflüssigkeit in das Innere des Gefäßes und das Rotieren des Gefäßes umfasst, wodurch sich die Auslaugungsflüssigkeit mit dem kontaminierten Material vermischt, um die radioaktiven Substanzen aufzulösen, Beenden der Rotation des Gefäßes und Abführen der Auslaugungsflüssigkeit daraus, und dann Unterwerfen des Materials einem Waschzyklus, der das Zuführen einer Waschflüssigkeit in das Innere des Gefäßes und Rotation des Gefäßes umfasst, um der Waschflüssigkeit zu ermöglichen, sich mit dem Material zu vermischen, Beenden der Rotation des Gefäßes und dann Abführen des Waschmaterials daraus.
Vorzugsweise wird das Material wenigstens einem weiteren Waschzyklus unterworfen.
Das Material kann drei Waschzyklen unterworfen werden.
Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt: Unterwerfen des Materials einem Trockenschleuderlauf nach dem Abführen der Waschflüssigkeit aus dem Gefäß, der ein Rotieren des Gefäßes umfasst, um das Material einer Zentrifugalkraft auszusetzen, wodurch Überschussflüssigkeit von dem Material ausgestoßen wird.
Nach dem Abführen der Auslaugungsflüssigkeit aus dem Gefäß kann ein Trockenschleuderlauf ausgeführt werden.
Das kontaminierte Material umfasst vorzugsweise ein Filtermedium, das eine Glaskomponente beinhaltet.
Das zu reinigende Material kann mit radioaktiven Uransubstanzen kontaminiert sein.
Vorzugsweise enthält die Auslaugungsflüssigkeit Stickstoffsäure und die Waschflüssigkeit ist vorzugsweise Wasser.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Reinigung radioaktiv kontaminierten Materials vorgesehen, wobei die Vorrichtung einen Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen zur Aufnahme des Materials, ein Gefäß mit einer oder mehreren Öffnungen, in welches der das Material enthaltende Behälter eingebracht werden kann, Antriebsmittel für die Rotation des Gefäßes, Mittel zur Zuführung einer Auslaugungsflüssigkeit zum Inneren des Gefäßes und Mittel zur Zuführung einer Waschflüssigkeit zum Inneren des Gefäßes, umfasst.
Vorzugsweise ist der Behälter zur Aufnahme des Materials permeabel.
Vorteilhafterweise umfasst der Behälter einen permeablen Beutel.
Das Gefäß umfasst vorzugsweise eine hohle zylindrische Trommel.
Vorzugsweise ist eine zylindrische Wand der Trommel mittels einer Vielzahl an Löchern perforiert.
Vorzugsweise ist die Trommel innerhalb eines Gehäuses zur Rotation um eine horizontale Achse montiert, wobei das Gehäuse eine Zugangsöffnung aufweist, die normalerweise durch eine Tür verschlossen ist, die nahe einem offenen Ende der Trommel gelegen ist.
Die Vorrichtung kann weiterhin einen ersten Tank zum Halten der Auslaugungsflüssigkeit und einen zweiten Tank zum Halten der Waschflüssigkeit, und Pumpmittel zur Zuführung der Auslaugungs- und Waschflüssigkeiten vom ersten und zweiten Tank zum Inneren der Trommel umfassen.
Weitere Pumpmittel können zur Abführung der Auslaugungs- und Waschflüssigkeiten vom Inneren der Trommel zum ersten und zweiten Tank vorgesehen sein.
Vorzugsweise umfassen die Pumpmittel eine pneumatisch angetriebene Membranpumpe.
Strahlungsnachweismittel können in der Nähe der Trommel vorgesehen sein, um die Radioaktivität des Materials innerhalb der Trommel anzuzeigen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsaufsicht auf eine Maschine zur Reinigung radioaktiv kontaminierten Materials und
Fig. 2 eine schematische Anordnung einer Reinigungsvorrichtung, die eine in Fig. 1 gezeigte Maschine enthält, darstellt.
Die Erfindung ist insbesondere, obwohl nicht ausschließlich, zur Reinigung von Filtermedien, die mit Uran kontaminiert sein können, geeignet. Solche Filtermedien können in Filtern des als Hoch-Leistungs-Partikel-Luft - (High Efficiency Particulate Air = HEPA) - Filter bekannten Typs enthalten gewesen sein, die beispielsweise in Lüftungssystemen für Gebäude, in denen radioaktives Uran verarbeitet wird oder gegenwärtig ist, benutzt wurden. Filter des als Vorfilter bekannten Typs können ebenso in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung behandelt werden.
Ein typischer HEPA-Filter umfasst ein viereckiges oder kreisförmiges, aus Graupappe oder Sperrholz hergestelltes Gehäuse und innerhalb des Gehäuses ein aus Borsilikatfaserbögen gebildetes Filtermedium, das mit Abstandsbögen aus Papier verschachtelt ist. Einige Typen von HEPA-Filtern sind mit Plastikgittern ausgestattet. Vorfilter weisen eine ähnliche Konstruktion auf, wobei das Gehäuse aber aus Pappe besteht.
Bevor ein mit Uran kontaminierter HEPA-Filter einer Reinigungsbehandlung unterworfen wird, wird das Filtermedium aus dem Gehäuse entfernt. Das Gehäuse, und falls vorhanden das Plastikgitter, können einer Düsen-Waschbehandlung unterzogen werden, um sie für die direkte Entsorgung geeignet zu machen. Das entfernte Filtermedium wird in Abschnitte zerteilt und in einen mit Löchern versehenen Behälter, vorzugsweise einen permeablen Polyesterbeutel, eingebracht, der dann mit Montagekabelbändern verschlossen wird. Ein geeignetes Gewicht an Filtermedium in dem Beutel kann im Bereich von 2,5 Kilogramm liegen. Vorfilter können ohne Entfernung des Filtermediums von dem Pappgehäuse direkt in die permeablen Beutel gefüllt werden. Falls die Vorfilter zerlegt oder gefaltet sind, können drei von ihnen in einem Beutel untergebracht werden.
Nun Bezug nehmend auf die Fig. 1, ist eine Reinigungsmaschine 1, die zur Behandlung des Filtermediums geeignet ist, schematisch gezeigt. Die Maschine 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einer Zugangsöffnung 3, die normalerweise durch eine Tür 4 verschlossen ist, die bei 5 ausschwenkbar montiert ist und eine verschließbare Befestigungsvorrichtung 6 aufweist. Es sind Dichtungen vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Tür 4 wasserdicht ist, wenn sie geschlossen ist. Verriegelungen stellen sicher, dass die Tür nicht geöffnet werden kann, wenn die Maschine 1 in Betrieb ist. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich ein zylindrisches Gefäß, vorzugsweise eine Trommel 7, das eine durch eine Vielzahl an Löchern perforierte zylindrische Wand aufweist und zur Rotation um eine horizontale Achse innerhalb eines feststehenden zylindrischen Gehäuses 8 angeordnet ist. Vorzugsweise bestehen die Trommel 7 und das Gehäuse 8 aus rostfreiem Stahl. Die Trommel 7 besitzt angrenzend an die Tür 4 ein offenes Ende und ist fest an einer Welle 9 angebracht, die sich nach hinten durch das äußere Gehäuse 8 erstreckt. Eine angetriebene Riemenscheibe 10, die auf dem Ende der Welle 9 montiert ist, wird von einem Treibriemen 11 gedreht. Die Bewegung des Treibriemens 11, und folglich die Rotation der Trommel 7, stammt von einem Antriebsaggregat 12, das einen Elektromotor und ein Schaltgetriebe mit variabler Abgangsgeschwindigkeit umfassen kann. Es wird geschätzt, dass für die Trommel auch andere Typen von Antriebsarrangements mit variabler Geschwindigkeit benutzt werden können. Ein Strahlungsmessgerät 13, zum Beispiel ein Gamma-Strahlungsmonitor, kann an der Außenseite des Gehäuses 2 angebracht sein.
Ein schematischer Plan eines vereinfachten Rohrleitungssystems ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher die Reinigungsmaschine 1 mit einem Tank 14, der eine Auslaugungsflüssigkeit enthält, und mit einem Tank 15, der eine Waschflüssigkeit enthält, verbunden ist. Vorzugsweise enthält die Auslaugungsflüssigkeit Stickstoffsäure und die Waschflüssigkeit frisches Wasser. Die Maschine 1 ist mit einer Zuführpumpe 16 und einer Abführpumpe 17 ausgerüstet. Jede der Pumpen 16, 17 ist vorzugsweise vom Typ druckluftbetriebene Doppelmembranpumpe aus rostfreiem Stahl, wobei die Druckluft durch Leitungen 18 zugeführt wird. Die Zuführpumpe 16 ist über ein Rohr 19, das mit einem Ventil 20 versehen ist, mit dem Stickstoffsäuretank 14 und über ein Rohr 21, das mit einem Ventil 22 versehen ist, mit dem Wassertank 15 verbunden. In ähnlicher Weise ist die Abführpumpe 17 über ein Rohr 23, das mit einem Ventil 24 versehen ist, mit dem Wassertank 15 und über ein ein Ventil 26 aufweisendes Rohr 25 mit dem Stickstoffsäuretank 14 verbunden. Stickstoffsäure kann dem Tank 14 durch ein Rohr 27 zugeführt werden und Wasser kann dem Tank 15 durch ein Rohr 28 zugeführt werden.
Im Gebrauch wird die Tür 4 geöffnet und ein permeabler Beutel 29, der ein Filtermedium 30 enthält, wird durch die Zugangsöffnung 3 in die Trommel 7 eingesetzt. Mehre Beutel 29 können in die Trommel 7 eingebracht werden, um eine typische Ladung von ungefähr 22 Kilogramm zu bilden. Die Tür 4 wird dann ge- und verschlossen und es wird sichergestellt, dass das Ventil 20 geöffnet ist und die Ventile 22, 24 und 26 geschlossen sind. Dann wird durch Zuführung von Druckluft durch die Leitung 18 zur Membranpumpe 16, welche die Stickstoffsäure vom Tank 14 durch das Rohr 19 und das offene Ventil 20 in die Maschine 1 zu pumpen bewirkt, ein Auslaugungszyklus in Gang gesetzt. Die Stickstoffsäure wird in das Gehäuse 8 geleitet und durchdringt die perforierte Wand der Trommel 7. Nach Außerbetriebsetzung der Zufuhr von Stickstoffsäure zur Maschine 1 wird das Antriebsaggregat 12 betrieben, um die Rotation der Trommel 7 mit etwa 30 Umdrehungen pro Minute (UpM) zu bewirken. Die Permeabilität des Beutels 29 erlaubt der Stickstoffsäure auf das Filtermedium 30 einzuwirken, aber der Beutel verhindert, dass das Material, welches durch die Stickstoffsäure in eine breiige Konsistenz gebracht wird, die Öffnungen in der Trommel 7 verstopft. Die Rotation der Trommel 7 fördert ein inniges Mischen von Stickstoffsäure und Filtermedium, so dass eine wirkungsvolle Auflösung der Uransubstanzen innerhalb einer kurzen Zeitspanne stattfinden kann. Wir haben gefunden, dass eine zufriedenstellende Konzentration an Stickstoffsäure 4 M beträgt. Falls gewünscht, kann die Trommel 7 für eine Zeitspanne in die entgegengesetzte Richtung oder hintereinander abwechselnd in Richtung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden, um die Vermischung der Stickstoffsäure mit dem Filtermedium zu verbessern. Nach einem Zeitabschnitt von etwa 15-90 Minuten, wird die Rotation der Trommel 7 gestoppt und die Pumpe 17 betrieben, um die Stickstoffsäure von der Maschine 1 durch das Rohr 25 und das nun offene Ventil 26 zu dem Tank 14 zu pumpen. Die Trommel 7 wird dann mit hoher Geschwindigkeit, zum Beispiel mit 400 UpM, gedreht, um das Material einem Trockenschleuderlauf auszusetzen, um aus dem Filtermaterial weitere Stickstoffsäure auszustoßen, worauf die ausgestoßene Stickstoffsäure dann zu dem Tank 14 gepumpt wird.
Dann wird ein Waschzyklus durch Inbetriebnahme der Pumpe 16 bei geschlossenem Ventil 20 und geöffnetem Ventil 22 gestartet. Wasser wird so vom Tank 15 durch das Rohr 21 der Maschine 1 zugeführt. Durch Ingangsetzung des Antriebsaggregates 12 wird die Trommel mit etwa 30 UpM rotiert, so dass das Wasser sich innig mit dem Filtermedium 30 vermischt und die gelösten Uransubstanzen auswäscht, die nach dem Stickstoffsäure-Auslaugungszyklus in dem Medium verblieben sind. Nach einem Zeitabschnitt, typischerweise 15 Minuten, wird die Rotation der Trommel 7 gestoppt und bei geöffnetem Ventil 24 und geschlossenem Ventil 26 die Pumpe 17 in Gang gesetzt, um das Wasser durch das Rohr 23 in den Tank 15 zurückzuführen. Falls gewünscht, kann der Waschzyklus wiederholt werden. Wir haben gefunden, dass in der Praxis drei Waschzyklen zufriedenstellende Ergebnisse liefern.
Die Trommel 7 wird dann mit hoher Geschwindigkeit, typischerweise 400 UpM, gedreht, um das Filtermedium 30 einem Trockenschleuderprozess auszusetzen, wodurch Überschussfeuchtigkeit von dem Medium ausgestoßen wird. Vorzugsweise wird die Trommel 7 mit einer Geschwindigkeit gedreht, die ausreicht, um das Filtermedium einer Zentrifugalkraft im Bereich von 150 g zu unterwerfen. Nach dem Trockenschleuderlauf wird der das getrocknete, behandelte Medium enthaltende Beutel 29 von der Maschine 1 entfernt.
Die Radioaktivität des Inhalts der Maschine 1 kann durch den Gamma-Monitor 13 gemessen werden. Vor der Entfernung der Beutel 29 von der Maschine kann der Gamma-Monitor 13 benutzt werden, um zu prüfen, ob das behandelte Filtermedium ausreichend gesäubert worden ist, um eine sichere Entsorgung zu erlauben. Falls gewünscht, kann eine separate Überwachungsstation für die Prüfung des Kontaminationsniveaus des behandelten Filtermediums vorgesehen werden.
In der Praxis werden der Arbeitsablauf und die Betriebsdauer der Pumpen, Ventile und Antriebsmittel automatisch nach einem vorbestimmten Programm ausgeführt. Variationen der Zykluszeiten können durch Programmmodifikation bewirkt werden.
Falls gewünscht, kann die vorstehend beschriebene Vorrichtung verwendet werden, um anderes Material als Filtermedium zu dekontaminieren. Solches Material kann Gegenstände einschließen, die kontaminierte Handschuhe, Textilien und Papier etc. umfassen.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung eines mit radioaktiven Substanzen kontaminierten Materials, das die Schritte umfasst:

Einfüllen des Materials in einen Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen,

Einbringen des Behälters und des Materials in ein rotierbares Gefäß mit einer oder mehreren Öffnungen,

Unterwerfen des Materials einem Auslaugungszyklus, der das Zuführen einer Auslaugungsflüssigkeit in das Innere des Gefäßes und das Rotieren des Gefäßes umfasst, wodurch sich die Auslaugungsflüssigkeit mit dem kontaminierten Material vermischt, um die radioaktiven Substanzen aufzulösen,

Beenden der Rotation des Gefäßes und Abführung der Auslaugungsflüssigkeit daraus,

und dann Unterwerfen des Materials einem Waschzyklus, der das Zuführen einer Waschflüssigkeit in das Innere des Gefäßes und das Rotieren der Trommel umfasst, um der Waschflüssigkeit zu ermöglichen, sich mit dem Material zu vermischen,

Beenden der Rotation der Trommel und dann Abführen des Waschmaterials daraus.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Material wenigstens einem weiteren Waschzyklus unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Material drei Waschzyklen unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin den Schritt umfasst: Unterwerfen des Materials einem Trockenschleuderlauf nach dem Abführen der Waschflüssigkeit aus dem Gefäß, der ein Rotieren des Gefäßes umfasst, um das Material einer Zentrifugalkraft zu unterwerfen, wodurch Flüssigkeit von dem Material ausgestoßen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin den Schritt umfasst: Unterwerfen des Materials einem Trockenschleuderlauf nach dem Abführen der Auslaugungsflüssigkeit aus dem Gefäß.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das kontaminierte Material ein Filtermedium umfasst, das eine Glaskomponente beinhaltet.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Material mit radioaktiven Uransubstanzen kontaminiert ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Auslaugungsflüssigkeit Stickstoffsäure umfasst.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Waschflüssigkeit Wasser umfasst.

10. Vorrichtung zur Reinigung radioaktiv kontaminierten Materiales, wobei die Vorrichtung umfasst:

einen Behälter mit einer oder mehreren Öffnungen zur Aufnahme des Materiales,

ein Gefäß (7) mit einer oder mehreren Öffnungen, in welches der das Material (30) enthaltende Behälter (29) eingebracht werden kann,

Antriebsmittel (12) für die Rotation des Gefäßes (7),

Mittel (14, 19, 16) für die Zuführung einer Auslaugungsflüssigkeit zum Inneren des Gefäßes (7) und

Mittel (15, 21, 16) für die Zuführung einer Waschflüssigkeit zum Inneren des Gefäßes.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, worin der Behälter (29) zur Aufnahme des Materiales permeabel ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin der Behälter einen permeablen Beutel (29) umfasst.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin das Gefäß eine hohle zylindrische Trommel (7) umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, worin eine zylindrische Wand der Trommel (7) durch eine Vielzahl an Löchern perforiert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, worin die Trommel (7) innerhalb eines Gehäuses (8) zur Rotation um eine horizontale Achse montiert ist, wobei das Gehäuse (8) eine Zugangsöffnung aufweist, die normalerweise durch eine Tür (4) verschlossen ist, die nahe einem offenen Ende der Trommel (7) gelegen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, die weiterhin umfasst einen ersten Tank (14) zum Halten der Auslaugungsflüssigkeit und einen zweiten Tank (15) zum Halten der Waschflüssigkeit, und Pumpmittel (16) zur Zuführung der Auslaugungs- und Waschflüssigkeiten vom ersten und zweiten Tank zum Inneren der Trommel.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, worin weitere Pumpmittel (17) vorgesehen sind zur Abführung der Auslaugungs- und Waschflüssigkeiten vom Inneren der Trommel (7) zum ersten und zweiten Tank.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, worin die Pumpmittel (16, 17) eine pneumatisch angetriebene Membranpumpe umfassen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, worin Strahlungsnachweismittel (13) in der Nähe der Trommel (7) vorgesehen sind, um die Radioaktivität des Materials (30) innerhalb der Trommel anzuzeigen.