DE1272237B - Vorrichtung zum Dekontaminieren von Trinkwasser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 02b

BOId

Deutsche KL: 85 b -1/01

12 d-1/03

12 d-1/05

Nummer: 1272237

Aktenzeichen: P 12 72 237.1-41 (C 33177)
Anmeldetag: 18. Juni 1964
Auslegetag: 4. Juli 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dekontaminieren, d. h. zum Entfernen von radioaktiven Elementen aus damit verunreinigtem Trinkwasser.

Zum Abtrennen von Radioelementen sind verschiedene Verfahren bekannt, nämlich:

1. Fällungsverfahren, wie sie in Wasserwerken benutzt werden. Dabei werden durch Koagulation grobe Flockenausfällungen erzeugt, und das Wasser wird dann dekantiert und filtriert. Die Fällung reißt im allgemeinen bestimmte radioaktive Verunreinigungen mit, vor allem, wenn diese schon in im Wasser suspendierte Stoffe eingebaut sind. Diese Methode ist im allgemeinen selektiv, da man je nach der Art des Fällungsreagens diese oder jene Gruppe von Radio- elementen entfernt. Das Verfahren ist hinreichend wirksam für Schwermetalle und Erdalkalimetalle, bringt jedoch keinen Erfolg bei Ruthenium und Jod.

2. Die Enthärtung durch Kalk und Soda. Dieses Verfahren ist dem vorhergehenden ähnlich und kann als ein Sonderfall desselben betrachtet werden.

3. Die Absorption durch Ionenaustauscher. Sie ist ein teures und nur für bestimmte Radioelemente wirksames Verfahren, weist ähnliche Nachteile wie die obigen Verfahren (begrenzter Wirkungsbereich) auf und läßt sich in der Praxis nur für sehr salzarme Wasser verwenden.

4. Spezialreinigungsverfahren, wie Elektrodialyse und Fällung durch Torf und Metallpulver.

Es ist auch, beispielsweise aus der schweizerischen Patentschrift 293 691, bekannt, zur Erzielung der gewünschten Abtrennung verschiedene Filtriermittel mineralischer Herkunft, aber auch Aktivkohle, Kieselusw. für sich oder in Kombination miteinander zu verwenden. Ferner ist aus der USA.-Patentschrift 2 079 059 bekannt, anorganische Verunreinigungen aus Wasser durch Elektrolyse zu entfernen.

Alle bekannten Verfahren zur Abtrennung der als Kationen (z. B. Cs, Sr, Ba, Y, Pu, Zr, Nb) oder Anionen (z. B. J, Ru — beide auch in kationischer Form vorkommend) gelösten gesundheitsschädlichen Radioelemente aus dem Wasser sind jedoch nur jeweils für einzelne Radioelemente oder bestimmte Gruppen derselben wirksam, und es gibt bislang kein die Entfernung aller etwa im Wasser vorkommender Radioelemente bewirkendes Verfahren.

Insbesondere sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht in der Lage, Radioelemente, wie Ruthenium und Jod, zu entfernen, die im Wasser mindestens teilweise in komplexer Form vorliegen.

Vorrichtung zum Dekontaminieren von
Trinkwasser

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dr. H. U. May, Patentanwalt,

8000 München 2, Ottostr. 1 a

Als Erfinder benannt:

Pierre Bovard, Ecquevilly, Seine-et-Oise;

Andre Grauby, Clamart, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Juni 1963 (939 031)

Die Erfindung bezweckt die Behebung der jedem der erwähnten Verfahren innewohnenden Nachteile durch eine Vorrichtung, die einfach gebaut, als Kleinapparatur tragbar oder für größere Durchsätze als Sammelvorrichtung gestaltet ist und hinsichtlich des Prinzips, der Ausführung und des Ersatzes bzw. Austausches von Einzelteilen so einfach gebaut ist, daß sie ganz allgemein und von jedermann ohne besondere technische Vorbildung verwendet werden kann und ein von allen schädlichen radioaktiven Produkten befreites Trinkwasser liefert, das den einschlägigen Vorschriften der zuständigen Behörden genügt.

Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird durch eine Kombination an sich bekannter, jedoch in einer ganz bestimmten Reihenfolge angeordneter Vorrichtungen zur Entfernung von Ionen aus Wasser.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Dekontaminieren von Trinkwasser durch einen absorbierendes Material enthaltenden Vorfilter und einen Ionenaustauscher und gegebenenfalls Aktivkohle enthaltenden Feinfilter zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen dem Vorfilter und dem Feinfilter eine Elektrolysezelle angeordnet ist.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so gestaltet, daß der Vorfilter, die Elektrolysezelle und der Feinfilter in dieser Reihenfolge unvertauschbar trichterförmig ineinandergesetzt sind.

Auf diese Weise wird jede Auswaschung längs der Wände der Filter vermieden, und man gewinnt un-

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mittelbar ein von Radioelementen vollständig be- die Zusammensetzung des behandelten Wassers bei

freites Trinkwasser, das, falls erforderlich, noch bak- wiederholtem Gebrauch der Vorrichtung wechselt,

teriologisch einwandfrei gemacht werden kann, indem Zur Behebung dieses möglichen Nachteils und zur

man in an sich bekannter Weise dem Feinfilter kollo- weiteren Sicherheit dient die folgende dritte Stufe:

idal verteiltes Silber zur Bakterienabtötung zusetzt, 5 _o „ . . . , , , _, . ,

einen Bakterienfilter nachschaltet oder dfs Trink- ³' Reinigung durch den Femfilter

wasser chemisch keimfrei macht. Der Feinfilter ist mit einem Mischbett von Kationen-

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: und Anionenaustauscherharzen großer Kapazität und

gegebenenfalls mit Aktivkohle gefüllt. In dieser Stufe

1. Grobremigung durch den Vorfilter _{10 er}f_oj_{gt w}i_ed_erum Ionenaustausch und Absorption.

Der Vorfilter enthält ein insbesondere die gefähr- Dieser Feinfilter erfüllt mehrere Aufgaben, die mit liehen Kationen und einen Teil der Anionen zurück- seiner Anordnung in der Reihe der Filter und seiner haltendes Material, wie ein absorbierendes Roh- Zusammensetzung in Beziehung stehen: mineral mit einer Austauscherkapazität von minde- a) Er bietet eine zusätzliche radiologische Sicherstem 10 Milliäquivalerit pro 100 g, das sich in einem 15 heit zur Vervollkommnung der Wirkung der vorinsgesamt zylindrischen, an beiden Enden durch feste angehenden Filter, weshalb eine hohe Aus-Kunststoffgewebe verschlossenen Gefäß befindet. tauscherkapazität sowie das Vorhandensein von

Dieser Vorfilter wirkt durch zwei Eigenschaften: Anionen- und Kationenaustauscherharzen er-

die Absorption, die zur Korngröße in Beziehung forderlich ist;

steht; den Ionenaustausch, der durch die Austauscher- 20 ^ _{er hält durch Adsorpt}i_on bestimmte gelöste

kapazität des Minerals gekennzeichnet ist. Die Ab- _Gas6j Krypton, Xenon und Argon, fest; sorption erstreckt sich auf alle Elemente, während
de/lonenausta»sch „ a_Ue_m die Kafion» bfl

Ä£3S^£T#f££*^Ä . ^gehende» Fi«e,n Stofle wieder in Lösung

Effekt vor. Die Dekontaminierung in dieser Stufe ^ '

betrifft daher insbesondere die Kationen. ^d) ^er gewährleistet die Trinkbarkeit des Wassers

Dieser Vorfilter erfüllt die folgenden Funktionen: ^durch Herabsetzung des Salzgehalts, falls bei

χ,-,.. _nn„, , .... .. . „ .. dem Ionenaustausch im Vorfilter Ionen frei-

a) Fixierung von 90% der gefährlichen Kationen „=«=*■*· worrl™ (im Fall, daß die Austauscherkapazität großen- 3o geheizt weruen.

ordnungsmäßig 15 Milliäquivalent pro 100 g Dieser Feinfilter muß jedoch an dritter Stelle in

Mineral beträgt)· ^der Reihe der Filterelemente angeordnet werden, da

b) Fixierung einer wechselnden prozentualen Menge ^r eine starke Austauscherkapazität besitzt und der der Anionen, die von dem verwendeten Mineral ^G<?^aIi^{r von} _A Blockieren und Sättigung unterliegt die und der Wasserzusammensetzung abhängt; ³⁵ J* emer Anordnung an erster Stelle wahrschem-

c) Zurückhaltung von suspendierten Teilchen durch

einfache Filtration und Fixierung einer bestimm- 4. Keimfreimachung (falls gewünscht) ten Menge von Kationen, die nicht gesundheits- _{Die K}eimfreimachung des dekontaminierten schädlich sind, jedoch die anschließenden Filter _{40 Wasserg erfoI t wem da}* _für ^ Verwendung als sattigen und deren Wirksamkeit und Lebens- _Trinkwasser gewünscht oder erforderlich ist, in bedauer herabsetzen können. _{kannter wdse dadurch; daß man entwe}der dem Fein-Das gewählte Mineral muß gegen Auswaschen be- filter noch einen Bakterienfilter nachschaltet oder ständig sein. Die Durchlaufgeschwindigkeit wird so für eine Keimabtötung im Feinfilter selbst, beispielsgeregelt, daß die Dekontaminierung möglichst er- 45 weise durch Verwendung von mit metallischem SiI-leichtert wird, während die Wandwirkungen durch ber beladener Aktivkohle, oder anschließend durch die Filtergestaltung verringert sind. Zusatz von Chlor, Permanganat od. dgl. sorgt.

Dieser Vorfilter entfernt aus dem Wasser ins- Die Erfindung wird weiter erläutert durch die fol-

besondere die folgenden Radioelemente: Strontium, gende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, die

Caesium, Barium, Plutonium. Unter den gefähr- 50 sich auf die Zeichnung bezieht,

lichsten bleibt vor allem Jod. Zu dessen Abscheidung F i g. 1 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt

dient die folgende zweite Reinigungsstufe. durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

„ „, , , . , „ . . Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht die er-2. Elektrolytische Reinigung findungsgemäße Vorrichtung aus einem im wesent-Das vom Vorfilter ablaufende vorgereinigte Wasser 55 liehen zylindrischen Behälter 1, dessen Durchmesser gelangt in die Elektrolysezelle, die mit ungiftigen sich bei zwei Verjüngungen 2 und 3 verkleinert und Elektroden, z. B. Aluminiumelektroden, versehen ist der mit einem Deckel 4 verschlossen werden kann, und von Trockenbatterien bzw. einem Akku gespeist der durch eine bei 6 an der Wand des Behälters anwird. In dieser Elektrolysezelle erfolgt die elektro- gelenkte Klammer bzw. einen Hebel 5 festgehalten lytische Abscheidung der Ionen an der Anode oder 60 wird. Der Behälter 1 enthält, in dieser Reihenfolge: Kathode, je nach ihrer Ladung. Hauptzweck dieser zuoberst einen Fülltrichter 8 für das zu reinigende Reinigungsstufe ist die Fixierung der vom vorher- Wasser, der in den folgenden Vorfilter 9 eingesetzt gehenden Element kaum zurückgehaltenen Anionen, ist und auf der Schulter aufsitzt, die von dessen Verinsbesondere des Jods. Ihre Wirkung macht sich je- jüngung 2 gebildet wird, die sich auf der gleichen doch auch bei den Kationen bemerkbar und dient in 65 Höhe wie die entsprechende Verjüngung 2 des Bediesem Fall der Sicherheit. hälters 1 befindet. Der Fülltrichter 8 kann unten mit Nach einer bestimmten Betriebsdauer können ge- einem Filtertuch, Drahtnetz od. dgl. versehen sein, wisse Ionen wieder in Lösung gehen, vor allem, wenn um grobe mechanische Verunreinigungen zurückzu-

halten. Der Vorfilter 9 ist mit absorbierendem Material gefüllt, wofür sich insbesondere folgende Stoffe eignen: Mineralien, vor allem behandelte Mineralien mit hoher Austauscherkapazität, wie Talkum, Kaolin, Bentonit und andere Tone, sowie Kieselgur, Austauscherharze oder Aktivkohle. Das als Filtermaterial verwendete Rohmineral hat vorzugsweise eine Austauscherkapazität von mindestens 10 Milliäquivalent pro 100 g und entfernt aus dem Wasser das Strontium, Caesium, Barium und Plutonium durch Absorption und Ionenaustausch.

Das Filtermaterial liegt in einer zweckentsprechenden körnigen oder pulvrigen Form vor und ist im Vorfilter 9 zwischen einem oberen und unteren festen Kunststoff gewebe eingeschlossen. Der Vorfilter 9 reicht mit seinem unteren Ende bis in die folgende, ebenfalls zylindrisch-trichterförmig ausgebildete Elektrolysezelle 10, in der (nicht gezeigte) ungiftige Elektroden angeordnet sind, die von den Trockenbatterien 22 oder einem Akku mit Strom versorgt werden.

Die Elektrolysezelle 10 ist in den oberen Teil des wiederum unten trichterförmig ausgebildeten Feinfilters 21 eingesetzt und ruht mit dem trichterförmigen Rand ihres bis auf einen Wasserauslauf geschlossenen Bodens auf dem Beginn des Trichterkonus des Feinfilters und somit, wie dieser, auf der Schulter, die von der konischen Verjüngung 3 des Behälters 1 gebildet wird.

Der Feinfilter 21 ist mit einem Mischbett von Anionen- und Kationenaustauscherharzen sowie gegebenenfalls Aktivkohle gefüllt, und die enge Mündung seines Auslauftrichters befindet sich gegenüber dem Reinwasserauslauf 7 des Behälters 1.

Die Trockenbatterien sind in dem unterhalb des Feinfilters verfügbaren Batterieraum 23 angeordnet, wodurch die gesamte Vorrichtung auch an Standfestigkeit gewinnt.

Gegebenenfalls kann auch ein Bakterienfilter unterhalb des Feinfilters 21 angeordnet sein.

Das Hauptmerkmal der Erfindung liegt in der sorgfältig ausgewählten Folge der verschiedenen Filter und ihrer praktischen Gestaltung, wodurch sich einfache und leicht zu handhabende Vorrichtungen herstellen lassen.

Die Filter lassen sich sehr leicht handhaben und weisen eine solche Form auf, daß beim Zusammensetzen kein Irrtum hinsichtlich der Reihenfolge auftreten kann. Außerdem kann je nach der zu behebenden Gefahr die Vorrichtung rasch abgewandelt werden, indem man ein oder mehrere Bestandteile der Filter auswechselt.

Im logischen Aufbau der Vorrichtung muß das erste Filterelement, der Vorfilter, stets zuoberst angeordnet sein. Dieser leistet den Hauptteil der Arbeit, während die feineren Folgeelemente, die Elektrolysezelle und der Feinfilter, die Abschlußarbeit übernehmen. Die Notwendigkeit der Elektrolysezelle zeigt sich darin, daß beispielsweise bei Verwendung einer sonst gleichen Vorrichtung, jedoch ohne Elektrolysezelle, eine zehnfach höhere Ruthenium- und Jodkonzentration im dekontaminierten Wasser zurückblieb.

Die bei verschieden stark angenommener radioaktiver Verunreinigung erzielten Dekontaminierungsfaktoren liegen in der Größenordnung von 100 bis 1000, wobei die niedrigsten Faktoren den geringsten Verunreinigungen (200 Zerfallserscheinungen pro Minute und pro Kubikzentimeter) entsprechen.

Dei Leistung der Einzelvorrichtung beträgt ungefähr 11/Std.; entsprechend den Vorschriften und Empfehlungen, die in dieser Hinsicht von den Fachleuten für den Strahlenschutz herausgegeben wurden, ist die Vorrichtung in den ungünstigsten Fällen ohne weiteren Unterhalt 10 Tage betriebsfähig.

Die Leistung der erfindungsgemäßen Sammelvorrichtungen hängt von ihrer Größe ab, wobei der Strahlenschutz entweder durch Abschirmung oder durch Signaleinrichtung, wenn erforderlich, gewährleistet wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Dekontaminieren von Trinkwasser durch einen absorbierendes Material enthaltenden Vorfilter und einen Ionenaustauscher und gegebenenfalls Aktivkohle enthaltenden Feinfilter, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vorfilter (9) und dem Feinfilter (21) eine Elektrolysezelle (10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfilter (9), die Elektrolysezelle (10) und der Feinfilter (21) in dieser Reihenfolge unvertauschbar trichterförmig ineinandergesetzt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1033 184;
schweizerische Patentschrift Nr. 293 691;
USA.-Patentschrift Nr. 2 079 059.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 568/557 6.68 © Bundesdruckerei Berlin