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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abfallprodukten niedriger
Radioaktivität Die Erfindung beschäftigt sich mit Verbesserungen in der Behandlung
und Verarbeitung von flüssigen Abfallstoffen niedriger Radioaktivität, die aus Kernenergieanlagen
o.dgl. stammen; die Erfindung hat hauptsächlich ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Gegenstand, womit das Volumen derartiger Abfallstoffe reduziert und die Abfallstoffe
als feste, monolithische Pakete abgepackt werden können.
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Mit Kernbrennstoffen betriebene Anlagen gehören zu den am schnellsten
wachsenden Zweig auf dem Gebiete der Erzeugung von Elektroenergie. Wegen der Umweltbelastung
durch weitere Kernenergieanlagen werden die Kraftwerke auf einen geschlossenen Prozeßkreislauf
ausgelegt, d.h.
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auf solche Anlagen, die im wesentlichen sämtliche radioaktive Abfallstoffe
selbst aufarbeiten und dadurch eine Belastung der Luft und des abgegebenen Kühlwassers
vermeiden.
Die Schaffung geschlossener Anlagen führt zu großen Mengen
flüssiger Abfallprodukte von geringer Radioaktivität, die von jeder Kraftwerkstufe
erzeugt werden, und die Abfallstoffe erfordern besondere Behandlung, Transport und
Versenkung an dafür vorgesehenen Ablagerungsstellen. Die Folge der erforderlichen
großen mengenmäßigen Behandlung ist ein vermehrter Kapitalbedarf und erhöhte Betriebskosten,
insbesondere erhöhte, jährlich anfallende Kosten für die Beseitigung der Abfallstoffe.
Weiter steigt mit zunehmender, über Schiffe abzutransportierender Abfallstoffmengen
die Wahrscheinlichkeit von Unfällen, die Gefahr öffentlichen Herumliegens und von
Umweltimmissionen, der für die Versenkung zur Verfügung stehende Raum verbraucht
sich schneller, und für Transporteinrichtungen und die zum Versenken und zur Beseitigung
benötigten Gerätschaften ist erhöhter Kapitalbedarf notwendig. Alle diese Kostenfaktoren
schlagen sich in einem notwendigerweise höheren Abgabepreis für elektrische Energie
an in Verbraucher nieder.
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Flüssige Abfallstoffe niedriger Radioaktivität ohne die mit verbrauchten
Brennstoffen zusammenhängenden Abfallprodukte, werden in der primären Wasserkühlschleife
von Leichtwasserkernreaktoren erzeugt. Diese Abfallstoffe stammen von den Spaltprodukten
aus den Brennerelementen und/oder aus den Korrosionsprodukten, die nach dem Durchlauf
durch die Kühlwege des Reaktorkernes radioaktiv werden. Eine radioaktive Verunreinigung
in annehmbarem Ausmaß innerhalb des primären Kühlmittels wird dadurch erreicht,
daß das Kühlwasser durch Ionentauscher-und Filtrationsstufen geleitet wird. Diese
Einheiten sammeln das radioaktive Material und liefern entweder nach Regeneration
oder durch Rückwaschen flüssige radioaktive Abfälle, die vor der Beseitigung weiter
bearbeitet werden müssen.
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Die gegenwärtig von den einschlägigen Firmen praktizierten Beseitigungsverfahren
sehen vor, daß gelöste und verdünnte radioaktive Stoffe mit Hilfe eines Verdampfers
angereichert werden. Die flüssigen Konzentrate aus dem Verdampfer, in welchem Chemikalien
und Radio-Isotope angereichert sind, werden in konventioneller Weise verdünnt, indem
sie mit verfestigenden Materialien wie beispielsweise Bindemittel und Vermiculit
vermischt werden, und werden in einem Behälter als fester Stoff verpackt. Jedoch
hat der Anteil an konzentriertem Abfallstoff in jedem derartigen Behälter ein relativ
kleines Volumen im Verhältnis zu dem zugefügten verfestigenden Material. Daher ist
es erwünscht, den Volumenanteil an Abfallstoffen in jedem Behälter zu vergrößern
und dennoch die Sicherheitsbestimmungen für das Lagern, Transportieren und Beseitigen
der verpackten Abfallstoffe einzuhalten.
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Im Jahre 1969 wurden nach der bekannten Behandlungsart von radioaktiven
flüssigen Abfallstoffen in der Größenordnung von 4000 Fässern zu je etwa 210 Litern
Inhalt (55 Gallonen) produziert, die beseitigt werden mußten.
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Ohne Verbesserungen an dem bekannten Verarbeitungsverfahren kann man
schätzen, daß diese Menge auf mehr als 200 000 Fässer des genannten Inhalts im Jahre
1980 ansteigen wird. Es ist klar, daß der zur Beseitigung zur Verfügung stehende
Raum beschränkt ist und zusammen mit der dauernden Überwachung un dem Kostenaufwand
die Forderung nach einer Verbesserung der Behandlung für radioaktlve Abfallstoffe
deutlich unterstreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazu verwendbare Vorrichtung
führt zu einer Volumenabnahme der radioaktiven Abfallstoffe, die während des Kraftwerkbetriebs
anfallen, etwa um den Faktor 10. Das sich ergebende kleinvolumige Abfallprodukt
ist von fester Konsistenz und kann unbegrenzt
auf Halde in einer
wiedergewinnbaren Form gelagert werden, wodurch der radioaktive Zerfall vor der
Verschiffung besonders groß gehalten werden kann. Alternativ kann es an haldenferner
Stelle auf übliche Weise beseitigt werden.
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Die auf jede Einheit entfallenden Transport- und Beseitigungskosten
für das Abfallprodukt gemäß der Erfindung können unter Umständen höher liegen als
die auf die Einheit umgerechneten Kosten bei konventionellen Beseitigungsverfahren.
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Trotzdem führt eine Volumenverminderung auf wenigstens 1/10 des ursprünglichen
Volumens gemäß der Erfindung zur einer außerordentlichen Einsparung an Gesamtkosten
für die Beseitigung der Abfallstoffe.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Verarbeitungseinheit
in Form eines Röst-Trockners, der den flüssigen Anteil der Abfallprodukte austreibt
und den Rückstand in Form eines entwässerten, gekörnten Feststoffes zurückläßt,
der im wesentlichen sämtliche Chemikalien sowie die radioaktiven Stoffe der ankommenden
Abfallprodukte enthält. Der Feststoff, dessen Volumen etwa fünfmal kleiner als dasjenige
der in die Verarbeitungseinheit eingegebenen Abfallstoffe ist, wird einer Verpackungsstation
zugeführt, bei welcher eine Anzahl von Behältern oder Paketen mit diesem Feststoff
gefüllt werden. In jedes Paket wird ein verfestigendes Agens eingefüllt, das den
Raum zwischen den Partikeln ausfüllt, wobei nach dem Abbinden eine Verfestigung
eintritt, welche einen monolithischen Block ergibt, der zur Bevorratung, zum Transport
und zur Haldenlagerung gut geeignet ist. Das Volumen der in jede Packung eingegebenen
Feststoffe beträgt das 2-2,5fache des Volumens der gemäß konventioneller Verpackung
in einen Behälter eingegebenen flüssigen Abfallstoffe, weil bislang der Behälter
nur zu 40% oder 50% seines Füllvolumens gefüllt wurde, wonach Bindemittel oder Vermiculit
zum abschließenden Füllen der Packung zugegeben wurde. Somit kann bei Verwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gesamte Volumenverkleinerung erreicht werden,
die
wenigstens in der Größenordnung von 10:1 liegt, was im einzelnen von den angelieferten
radioaktiven und zu verarbeitenden Abfallstoffen abhängt. Das aus der Verarbeitungseinheit
abgezogene Abgas kann weiter behandelt werden, beispielsweise durch Filtrieren,
Auswaschen und Kühlen, um wiederverwendbares Wasser sowie unschädliche Gase zu gewinnen,
welche in die Luft abgelassen werden können. Der Erfindung liegt in erster Linie
die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine für dieses geeignete
Vorrichtung zur Beseitigung von flüssigen Abfällen niedriger Radioaktivität zu schaffen,
wobei das Volumen der Abfallstoffe um wenigstens den Faktor 10 reduziert werden
soll, um die Kosten für das Bevorraten und die endgültige Beseitigung der Abfallstoffe
möglichst klein zu halten, wobei die Abfallstoffe außerdem noch in einer für das
Lagern, den Transport und das Versenken geeigneten Form anfallen sollen, natürlich
unter Einhaltung der üblichen Sicherheitsvorkehrungen und -bestimmungen.
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Weiter soll die Erfindung ein Verfahren zur Beseitigung von flüssigen
Stoffen mit niedriger Radioaktivität schaffen, bei der die Abfallstoffe in ihrem
Volumen auf eine Masse aus riesel- oder fließfähigen Feststoffpartikeln durch Kalzinieren
eingeengt werden und die Feststoffpartikel in Anwesenheit eines Verfestigers verpackt,
oder die Feststoffpartikel komprimiert, gesintert oder geschmolzen werden, um auf
diese Weise den Abfall in ein monolithisches Produkt zu verwandeln, das leicht und
sicher bevorratet und zu einer Lagerhalde transportiert werden kann.
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Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
der Erfindung hervor, bei der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
zur Ausführung der Erfindung geeigneten Anlage; Fig. 2 eine graphische Darstellung
des Abfallstoffvolumens gegen die Flüssigkeitszugabe zur Erläuterung der mit der
Erfindung erzielbaren Volumverkleinerungen; und Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche
graphische Darstellung zur Erläuterung der relativen Volumenverkleinerungen für
verschiedene Flüssigkeitszusammensetzungen und eine Anzahl von relativen Packungsgraden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer der Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens geeigneten Anlage 10 weist einen Flüssig-Abfall-Behandlungsturm 12, bestehend
aus einem Kalzenier-Trockner auf, der bei Temperaturen von etwa 2000 C (4000Fahrenheit)
bis etwa 6500C (1200°Fahrenheit) arbeitet, jedoch auf ein spezielles Temperaturintervall
nicht beschränkt ist. Die Temperaturen hängen im einzelnen von der Zusammensetzung
der zugegebenen Abfalllösungen ab. Der Behandlungsturm 12 besitzt einen unteren
Abschnitt 13, in welchem ein fluidisiertes Bett enthalten ist, sowie einen Abschnitt
13, in welchen fluidisierendes Gas einströmt. Der Abschnitt 13 besitzt ferner einen
Abfalleinlaß 18 zur atomisierung im Bett durch eine einzige oder mehrere, nicht
dargestellte Einspritzdüsen. Der Behandlungsturm 12 kann weiteS einen anderen Abfall-Einlaß
12 haben, der an nicht dargestellte Düsen gekoppelt ist und Abfallstoffe auf das
fluidisierte Bett von der Kopfseite her sprüht.
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Ein Abfluß-Auslaß 21 ist über ein Rohr 22 mit dem Eingang eines Partikelabscheider
24 gekoppelt. Der Abscheider 24 kann von üblicher Art sein, beispielsweise ein Späneabscheider,
ein Filter, eine Absetzkammer, etc. Der Abschnitt 13 besitzt einen Auslaß 26, aus
welchem Feststoffe in der Form entwässerter Partikel abgegeben werden können und
an einen Vorratsbehälter 28 für Abfallstoffe weitergegeben werden können. Die Partikel
können entweder in einzelnen
Chargen oder kontinuierlich entweder
mechanisch, pneumatisch oder einfach unter dem Einfluß der Schwerkraft entnommen
werden. Der Abscheider 24 steht ferner mit dem Behälter 28 in Verbindung und führt
diesem die in ihm abgeschiedenen Partikel aus dem Abstrom des Behandlungsturms zu.
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Die zum Kalzinieren bzw. Rösten der Abfallstoffe benötigte Energie
kann in geeigneter Weise zugeführt werden, etwa durch eine oder mehrere nachfolgend
genannter Quellen: Äußere Heizung oder innere Widerstandsheizung; Induktionsheizung,
Infrarot-Bestrahlung; Mikrowellen-Bestrahlung; innere Wärmetauscher; im-Bett-Verbrennung
von Brennstoff; sowie über-Kopf-Verbrennung von Brennstoffen. Als Beispiel ist ein
äußerer Widerstandsheizer 30 dargestellt, der den Abschnitt 13 umgibt. Die Energieaufnahme
durch den Behandlungsturm 12 wird sehr genau von einem nicht-dargestellten, entfernten
Schaltbild aus gesteuert, was im übrigen auch von dem Volumen des durch den Gaseinlaß
14 in den Abschnitt 13 eingeleiteten fluidisierenden Gas sowie für das Volumen der
zugegebenen Abfallflüssigkeiten gilt.
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Die flüssigen Abfallstoffe mit niedriger Radioaktivität gelangen in
den Behandlungsturm 12 auf geeignete Weise aus einem Vorratstank 31. Wenn die ankommende
Lauge in aufgelösten Feststoffen verdünnt ist, kann sie durch Hindurchleiten durch
einen Verdampfer 32 weiter konzentriert werden, welcher in geeigneter Weise geheizt
werden kann, beispielsweise durch Verbrennen von Brennstoffen, durch andere anfallende
Wärme, durch Dampf oder elektrische Widerstandsheizung. Der Verdampfer arbeitet
in der Weise, daß die zugeführte Lauge vor-konzentriert wird, so daß sie den gewünschten
prozentualen Anteil an Abfall-Feststoffen enthält, um auf diese Weise größere Wirkungsgrade
des Betriebs zu erzielen. Der Abstrom aus dem Verdampfer 32 wird
über
ein Rohr 33, einem Kondensator 34 zugeführt, aus welchem das Kondensat aufgesammelt
und unter Berücksichtigung der chemischen und radioaktiven Verunreinigung dem Kraftwerk
über eine Pumpe 36 zur Wiederverwendung erneut zugeführt. Der Flüssigkeitsstrom
aus dem Verdampfer 32 wird durch eine Pumpe 38 einem Speicher 40 zugeführt, aus
welchem die flüssigen Abfallprodukte direkt durch eine Pumpe 42 dem einen oder anderen
der beiden Einlässe 18 und 20 des Behandlungsturms zugeführt werden.
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Der Abscheider 24 kann von an sich bekannter Art sein und ist so ausgelegt,
daß die größten Dreckpartikel, die von ihm eingefangen werden, durch Schwerkraft,
pneumatische Förderung o.dgl. in einen Speicherbehälter 28 weitergeleitet werden
können; eine Beschränkung ist in dieser Maßnahme jedoch nicht zu sehen. Alternativ
können diese Dreckpartikel in das Fluidbett im Abschnitt 13 des Behandlungsturmes
12 so zurückgeführt werden, daß sie Kerne zum Bettwachstum bilden können. In das
Fluidbett zurückgeführte Partikel können auch in anderer Weise erhalten werden,
etwa durch fluidisierte Überlaufkästen mit Dipleg-Dichtungen" oder durch eine Förderschnecke,
oder auch durch pneumatisches Impfen bzw. Einspritzen.
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Der Abzug aus dem Abscheider 24 wird durch ein Rohr 44 einem Berieselungssystem
46 zugeführt oder wird direkt in einen Kondensator 68 geleitet, wenn das Berieselungssystem
46 nicht notwendig sein sollte, um den erwünschten Umfang an Reinigung des Abgases
zu erhalten. Das Berieselungssystem 46 kann verschiedenartige an sich bekannte Einrichtungen
für das Gaswaschen umfassen, beispielsweise einen Vorkühler 48, eine Venturi-Waschdüse
50 von hoher Leistung, einen Abscheiderabschnitt 52 und einen Leichtwascher 54.
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In dem dargestellten Berieselungssystem 46 wird sämtliche Lauge aus
den Berieselern gekühlt und aufgesammelt, zur Feststoffkonzentration aufbereitet
und auf pH eingestellt
und zum weiteren Waschen zurückgeführt.
Ein Teil der Waschlauge wird über Leitung 57 zu einem Tank 31 oder Tank 40 abgezweigt,
um die Waschlaugen-Zusammensetzung zu steuern.
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Ein Waschlösungssumpf 56 nimmt die gewaschene Lauge aus dem Vorkühler
48 und dem Berieselungsabschnitt 52 auf und eine Pumpe 58 führt diese Lauge durch
einen Wärmetauscher 60 zurück zum Vorkühler 48 über einen Pfad 62, zurück zum Wascher
50 über einen Pfad 64 und zum Abschnitt 52 und Wascher 54 über eine Leitung 66.
Während der Waschoperationen werden die entweichenden Gase auf ihren Taupunkt gekühlt,
so daß in geringfügigem Umfang eine Kondensation stattfindet und die im wesentlichen
vollständige Partikelabscheidung aus dem Abgas hergestellt wird.
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Mehr als 50% des aus dem Endwascher 54 oder dem Abscheider 24 (wenn
das Waschersystem 46 nicht benötigt wird) entweichenden Abstrom wird durch einen
Kondensator 68 kondensiert, der über ein Rohr 70 an den Auslaß des Waschers 54 oder
über ein Rohr 44 mit dem Auslaß des Abscheiders 24 verbunden ist. Der Kondensator
68 kann ein Oberflächenkondensator oder ein barometrischer Kondensator sein. Die
aus ihm extrahierte Wassermenge ist nur durch die Kondensationstemperatur beschränkt.
Das Kondensat wird in einem Tank 72 aufgefangen und mit einer Pumpe 74 in das Kernkraftwerk
zur Wiederverwendung zurückgegeben. Zur Sicherheit wird das Kondensat kontinuierlich
auf Qualität überwacht und wenn die Qualität eine vorbestimmte Grenze erreicht,
wird das Kondensat automatisch in den Tank 31 zur Rückkehr in den Behandlungsturm
12 geleitet. Das Kondensat kann auch als Auffrischwasser für die Waschlösung und/
oder als Abwaschwasser für das Berieselungssystem und seine einzelnen Einheiten
Verwendung finden.
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Die Abgase aus dem Kondensator 68 laufen durch einen Heizer 76, um
die Trockentemperatur der Gase anzuheben und eine weitere Kondensation vor Eintritt
in die hochwirksamen Filter
und Absorber 78 zu verhindern. Strahlungsüberwachungsgeräte,
die nicht dargestellt sind, überwachen die Gasqualität während dieser Zeit und nach
der Prüfung werden die Gase durch einen Kamin 80 an Atmosphäre entlassen.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine offene Prozeßschleife
zur Behandlung des Abzuges aus dem Behandlungsturm 12. Wenn die Qualität des Abgases
aufgrund öffentlicher Vorschriften stärker beschränkt werden muß, kann dieser Geradeaus-Prozeß
in einen solchen mit geschlossener Schleife dadurch umgewandelt werden, daß die
den Kondensator 68 verlassenden Abgase in den Einlaß des Gebläses 16 gerichtet werden.
Auf diese Weise können die Abgase in das Fluidbett zur Fluidisierung gelenkt werden.
Weiter kann die anfallende Wärme aus dem Abstrom aus dem Behandlungsturm 12 dazu
dienen, die fluidisierende Luft aus dem Gebläse 16 vorzuwärmen oder einen Teil der
für den Verdampfer 32 benötigten Wärmeenergie zu liefern. Weiter kann diese anfallende
Wärme in anderen Energiegewinnungssystemen oder dafür verwendet werden, daß die
Temperatur des Speicherbehälters 28 des Tanks 31 gesteuert wird.
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Das in dem Vorratsbehälter 28 ankommende Feststoffpartikelmaterial
wird in Behälter oder Pakete verpackt, die von der öffentlichen Verwaltung und Transportgesellschaft
zugelassen sind. Das Abpacken der Feststoffe aus dem Behälter 28 wird in einer mit
82 bezeichneten Abpackstation ausgeführt, wobei die Abfall-Feststoffe dieser in
geeigneter Weise zugeführt werden, sei es unter dem Einfluß der Schwerkraft, durch
mechanische oder pneumatische Einrichtungen. Bei der Abpackstation werden die Feststoffe
in jedes Paket soweit eingefüllt, daß dessen Maximalkapazität ausgefüllt ist.
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Dann wird ein Verfestiger in jede Packung gegeben, und zwar speziell
in die Zwischenräume zwischen den Partikeln, die auf diese Weise ausgefüllt werden.
Nach einer vorbestimmten
Aushärtzeit findet die Verfestigung statt,
so daß die Partikel schließlich zusammen einen monolithischen Block bilden, wodurch
einerseits eine maximale Beladung des Paketes aufrecht erhalten und andererseits
die Umgebung in geringstmöglichem Umfang verschmutzt oder belastet wird, falls eine
Packung oder ein Behälter während des Transportes und/oder der Beseitigung beschädigt
werden und aufreißen sollte.
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Die Feststoffpartikel aus dem Behälter 28 gelangen längs einer Leitung
29 in einen Behälter an der Station 82,und zwar durch eine Dunstabzugshaube 81.
Im wesentlichen wird der Behälter in enge Anlage an die Haube angehoben und nach
dem Füllen wird er von der Haube nach unten abgesenkt.
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Der Behälter an der Station 82 wird von einem Heizer 87 auf konstanter
Temperatur gehalten.
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Ein Verfestiger ist in dem Verfestigungs-Mischtank 83 enthalten und
wird von einem äußeren Heizer 86 aufgewärmt.
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Der Verfestiger wird aus dem Tank 82 durch eine Zumeßpumpe 84 entnommen
und direkt über Leitung 85 in die Haube 81 und danach in den an der Haub anliegenden
Behälter eingeführt.
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Der Verfestiger kann von einer beliebigen, geeigneten Zusammensetzung
sein. Beispielsweise kann er eine Mischung aus Polyäthylen und Paraffin sein oder
er kann auch ein Styrol-Copolymer sein, dem ein Polyester Harz zugefügt wurde. Normalerweise
wird der Verfestiger in fester Form vorliegen und kann in verpacktem Zustand bis
zur Verwendung leicht bevorratet werden. Bei seiner Verwendung wird der Verfestiger
in seinen fließfähigen Zustand aufgewärmt und in den Behälter gegossen oder eingespritzt,
und zwar entweder vor oder nach der Zugabe der festen Abfallstoffe in das Paket.
Um eine maximale Volumenreduktion des Abfallproduktes zu erreichen, kann das in
dem Lagerbehälter 28 aufgenommene Feststoffgranulat komprimiert, gesintert oder
zu
einer monolithischen Struktur so zusammengeschmolzen werden, daß die theoretische
Dichte der Verbindungen nahezu erreicht wird.
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Die Vorrichtung oder Anlage 10 umfaßt außerdem nicht dargestellte
Einrichtungen zur Wartung und Überwachung.
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Beispielsweise umfaßt die Anlage Rohrleitungen, Ventile und Steuerungen
für das Säuberungsverfahren, die ein periodisches inneres Auswaschen sämtlicher
Einrichtungen erlauben.
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Auf diese Weise wird der größere Anteil der radioaktiven Verschmutzung
entfernt, wodurch menschlicher Zugriff auf die verschiedenen Vorrichtungsteile ermöglicht
wird. Weiter kann die Anlage so konstruiert sein, daß sie eine kompakte Einheit
bildet, die nur minimalen Raum einnimmt und mit kaum nennenswerter Schwierigkeit
an eine gewünschte Einsatzstelle gebracht werden kann.
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Betriebsverhalten Von einem Kernkraftwerk stammende Abfallauge wird
dem Tank 31 zugeführt, in welchem sie bis zur Verwendung bevorratet werden kann.
Bei Benutzung eines Verdampfers wird die Abfall-Lauge oder schwarze Lauge im Tank
31 in den Verdampfer 32 durch eine Pumpe 35 gepumpt und der Ausfluß des Verdampfers
wird in den Tank 40 geleitet, aus welchem die Lauge entweder in eine oder in beide
Einlässe 18 und 20 des Behandlungsturmes 12 gepumpt wird. Die in dem Behandlungsturm
12 einlaufende Lauge hat gewöhnlich von 2% bis 50% Feststoffkonzentration.
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In dem Behandlungsturm läßt die vorhandene Wärmeenergie sofort sämtliches
ankommende Wasser in den flüssigen Abfallstoffen verdampfen. Der Behandlungsturm
12 arbeitet daher als Trockner. Er arbeitet weiter so, daß sämtliche kohlenstoffhaltigen
Materialien, falls sie vorhanden sind, oxidiert werden, wobei die verbleibenden
Feststoffrückstände
in dem Abschnitt 13 des fluidisierten Bettes
abgeschieden werden. Die Bettpartikel, die im wesentlichen kugelige Form haben und
frei fließen, werden aus dem Auslaß 26 in den Vorratsbehälter 28 abgezogen. Die
Feststoffe aus dem Behälter 28 werden dann der Abpackstation 82 zugeführt, in welcher
die verschiedenen Pakete mit den Feststoffen gefüllt werden, wonach oder wovor der
Verfestiger in jedes Paket eingefüllt wird. Das Ergebnis ist, daß die Feststoffe
in jedem Paket zu einem monolithischen Block verfestigen, der entweder bevorratet
oder in einfacher und vor allem auch sicherer Weise zu einer Halde oder dergleichen
Beseitigungsstelle transportiert werden kann.
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Der Abstrom aus dem Behandlungsturm 12 wird durch den Abscheider 24
geleitet, um Dreckpartikel daraus abzutrennen und zu entfernen. Die Abgase aus dem
Abscheider 24 werden wirksam durch Waschen, Berieseln und/oder Filtrieren gesäubert,
um sie soweit zu reinigen, daß die Abgase endlich in die Luft abgelassen werden
können, wenn das Gas den öffentlichen Anforderungen, also insbesondere den Vorschriften
über die radioaktive Umweltbelastung entspricht.
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Der Behandlungsturm 12 verwendet Druckgefälle, um den Fluidisier-Wirkungsgrad
und die Fluidbetthöhe zu messen. Der Behandlungsturm reguliert ferner die Durchsatzrate,
mit der die Feststoffe aus dem Fluidbett abgegeben werden.
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Das fluidisierende, den Einlaß 14 in den Behandlungsturm 12 durchlaufende
Gas wird so gesteuert, daß sich Bett-Oberflächen-Geschwindigkeiten in der Größenordnung
von 0,5 bis 4 Fuß pro Sekunde (entsprechend etwa 15 cm/s bis 125 cm/s)ergebent welche
Werte jedoch nicht begrenzend aufzufassen sind. Die verschiedenen nicht dargestellte
Instrumente dienen zur Aufrechterhaltung und Überwachung der Zusammensetzung und
Eigenschaft der zugegebenen Lösung, der Waschlösung-Konzentration, der Kondensat-Eigenschaft
und Durchsatzrate, und ferner zur Aufrechterhaltung von
Rohrleitungstemperaturen
der ankommenden Zugabelauge, die recht gut über den normalen Kristallisations-Temperaturen
liegen.
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Die Ergebnisse bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind graphisch aus den Figuren 2 und 3 zu entnehmen. Beispielsweise zeigt in Fig.
2, Kurve A die ungefähre Volumenabnahme flüssiger Abfallstoffe von verschiedenen
Konzentrationen aufgelöster Feststoffe verglichen mit der Kurve B, die den flüssigen
Rohabfall darstellt. Kurve A zeigt, daß eine auffallende Volumenverkleinerung auftritt,
wenn der Abfall kalziniert (gec röstet) wird und zeigt ferner, daß eine derartige
Volumen-Verkleinerung als Funktion der in der Zugabelauge enthaltenen Feststoffe
schwankt. Die erreichbaren Volumenverkleinerungen sind beeindruckend und die verbesserten
physikalischen Eigenschaften der Feststoffabfälle, verglichen mit jenen der flüssigen
Abfallstoffe, ermöglichen ein wirtschaftlicheres Packen derselben, wodurch sich
noch eine weitere, größere Volumenverminderung ergibt.
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Gemäß Fig. 3 werden die Packvolumina röst-getrocknerter flüssiger
Abfallstoffe mit jenen unbehandelter flüssiger Abfallstoffe für verschiedene Flüssigkeits-Zusammensetzungen
und relative Packungsdichten verglichen. Die relative Packungsdichte ist das Verhältnis
des Volumens des verpackten Produktes, das aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten
wurde und in einen gegebenen Behälter eingesetzt wurde, zu dem Volumen des rohen
flüssigen Abfallstoffes, der in die gleiche Packung gemäß konventioneller Technik
der radioaktiven Flüssigkeitsbeseitigung eingegeben wurde. Da die flüssigen Rohabfälle
gewöhnlich mit sehr großen Mengen an Zusätzen, wie beispielsweisF Bindemittel und
als Verdünner wirkender Vermiculit, verpackt werden, liegt die relative Packungsdichte
üblicherweise nahe bei 2:1.
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Wenn ferner die Feststoffpartikel komprimiert, gesintert
zusammengeschmolzen
werden, steigt der Wert der relativen Packungsdichte auf nahezu 4:1.
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Schließlich ist nahezu das sämtliche radioaktive Material, das in
dem flüssigen radioaktiven, ankommenden Abfallstrom enthalten war, in der Form von
festen Produkten endgültig entfernt.
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Insgesamt wurde ein fern-bedientes, voll automatisiertes, fluidisiertes
Bett-System zur Umwandlung verdünnter oder konzentrierter Abfallverdampferlauge
niedriger Radioaktivität aus Kernkraftwerken stammend in bequem behandelbare, entwässerte
Feststoffe, wiederverwendbares Wasser und unschädliche Gase beschrieben. Die Anlage
umfaßt einen Vor-Verdicker oder -Konzentrierer, einen Behandlungsturm oder dergleichen
Behandlungsbehälter mit einem Fluidbett, sowie eine Abpackeinheit. In dem Behandlungsturm
werden flüssige Abfälle kalziniert oder geröstet und in ihrem Volumen zu einem trockenen,
partikulierten Material reduziert.
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In der Verpackungseinheit werden jie trockenen Abfälle in Pakete,
Kisten oder dergleichen placiert und die Zwischenräume zwischen den Partikeln in
jeder Packung werden mit Verfestiger ausgefüllt, so daß der verpackte Inhalt zu
einem monolithischen Block verfestigt, dessen Volumen etwa 10% desjenigen der flüssigen
Abfallstoffe beträgt, aus welchen die Abfall-Feststoffe in dem Block stammten.
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Der Abstrom aus der Behandlungseinheit kann so weiter behandelt werden,
daß sich wiederverwendbares Wasser und unschädliche Gase ergeben.