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Verfahren und Anlage zur Beseitigung von flüssigen, radioaktiven
Abfällen von Kernkraftwerken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf
eine Anlage zur Beseitigung von flüssigen, radioaktiven Abfällen von Kernkraftwerken,
- wobei die flüssigen Abfälle in einem Verdampfer (der aus der Abwärme des Kernkraftwerkes
energiegespeist wird) konzentriert und das Konzentrat in einem Sammelbehälter gesammelt
sowie aus dem Sammelbehälter die radioaktiven Abfälle unter Beimischung eines Verfestigungsmittels
in Deponiebehälter eingefüllt werden, in denen sie verfestigt werden und die in
einer Endlagerstätte deponiert werden. Deponiebehälter bezeichnet im Rahmen der
Erfindung diejenigen Behälter, mit denen die radioaktiven Abfälle
deponiert
werden, gleichgültig, wo die Deposition erfolgen soll.
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Flüssige radioaktive Abfälle meint solche, die üblicherweise beim
Betrieb eines Reaktors anfallen, z. B. Aufschwemmungen von Ionenaustauscherharzen,
Borsäurekonzentrate und andere Verdampferkonzentrate, Filterabschlemmungen u. dgl.
Als Verfestigungsmittel kommen Zement, bituminöse Bindemittel, Kunstharze und andere
in Frage.
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Bei den (aus der Praxis) bekannten, gattungsgemäßen Maßnahmen werden
die flüssigen Abfälle in dem Verdampfer, der aus der Abwärme des Kernkraftwerkes
energiegespeist wird, auf einen Feststoffgehalt von 10 bis 20% konzentriert und
dann in Sammelbehältern gesammelt, deren Kapazität z. B. die Abfallproduktion eines
Jahres aufnehmen kann. Filterabschlemmungen und ausgeflockte Feststoffe werden jedoch
regelmäßig nicht eingedampft sondern lediglich in den Sammelbehälter eingespült,
wo sie sich absetzen können. Es versteht sich von selbst, daß ein Kernkraftwerk
auch mit mehreren Verdampfern und Sammelbehältern ausgerüstet sein kann. Gemeinsam
gilt für all diese flüssigen Abfälle, daß sie noch im Sammelbehälter einen hohen
Anteil Wasser enthalten und nur als wässrige Suspension oder Lösung gefördert werden
können. In der Praxis werden diese flüssigen Abfälle auf zwei verschiedene Arten
beseitigt: Die erste Art besteht darin, die flüssigen Abfälle im Kernkraftwerk oder
am Kernkraftwerk in Deponiebehälter zu füllen und dort mit Hilfe der Verfestigungsmittel
zu verfestigen. Die Deponiebehälter werden dann sorgfältig verschlossen, vorschriftsmäßig
etikettiert und zur Endlagerstätte gebracht, z. B. in ein Bergwerk.
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Die andere Art besteht darin, die in einem Kernkraftwerk in einem
Sammelbehälter gesammelten flüssigen Abfälle mit Hilfe von Transporttanks zu zentralen
Verfestigungsanlagen zu transportieren, die mehreren Kernkraftwerken zugeordnet
sind. In der Verfestigungsanlage werden die flüssigen Abfälle mit einem Verfestigungsmittel
vermischt, in Deponiebehälter gefüllt und weiter zur Endlagerstätte transportiert.
Sog. mittelaktive flüssige Abfälle, die nur hinter Abschirmungen manipuliert werden
können, werden zur Zeit ausschließlich auf diese Art und Weise beseitigt, da kein
Kernkraftwerk über die notwendigen Ausrüstungen verfügt, diese Abfälle in eine endlagerfähige,
d. h. verfestigte und nicht auslaugbare Form zu bringen.
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Beiden Maßnahmen ist gemeinsam, daß nicht nur der eigentliche radioaktive
Abfall, (d. h. der Feststoffanteil in der Flüssigkeit) sondern auch das Medium der
Suspension bzw. Lösung, nämlich das Wasser, sowohl transportiert, verfestigt und
schließlich endgelagert wird. Das bedeutet einen erheblichen zusätzlichen Aufwand
an Verfestigungsmitteln, Verfestigungsarbeit, Deponiebehälter, Einlagerungsarbeit
und Endlagerstättenvolumen. Zudem ist es offensichtlich, daß die zweite Alternative,
nämlich die Verfestigung in einer zentralen Verfestigungsanlage, die im Falle von
mittelaktiven flüssigen Abfällen eine sog. heiße Zelle sein muß, eine Vielzahl von
gefährlichen Manipulationen beinhaltet und damit aufwendig und teuer ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
so zu führen, daß auf den Transport, die Verfestigung und die Endlagerung des Wasseranteils
in den flüssigen Abfällen verzichtet
werden kann. Der Erfindung
liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, eine für das Verfahren besonders geeignete
Anlage anzugeben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von flüssigen,
radioaktiven Abfällen von Kernkraftwerken, wobei die flüssigen Abfälle in einem
Verdampfer konzentriert und das Konzentrat in einem Sammelbehälter gesammelt sowie
aus dem Sammelbehälter die radioaktiven Abfälle unter Beimischung eines Verfestigungsmittels
in Deponiebehälter eingefüllt werden. Die Erfindung besteht darin, das Konzentrat
durch mechanische Entwässerung in einen Feststoffanteil und in einen Flüssigkeitsanteil
aufzuteilen, wonach nur der Feststoffanteil unter Beimischung des Verfestigungsmittels
in die Deponiebehälter eingefüllt wird, während der Flüssigkeitsanteil in den Sammelbehälter
zurückgeführt wird. -Der Ausdruck Feststoffanteil bedeutet nicht, daß dieser Anteil
nicht noch Wasser oder andere Flüssigkeit enthält. Er ist jedoch stets stark eingedickt.
Der Ausdruck Flüssigkeitsanteil bedeutet nicht, daß dieser Anteil nicht noch in
suspendierter oder auch in gelöster Form radioaktive Substanzen mitführt, was jedoch
für das erfindungsgemäße Verfahren nicht stört, da der Flüssigkeitsanteil in den
Sammelbehälter zurückgeführt wird und folglich die radioaktiven Substanzen über
Konzentration, Eindickung, Verfestigung und Einfüllung in die Deponiebehälter letzten
Endes der Endlagerstätte zugeführt werden. Wach bevorzugter Ausführungsform der
Erfindung wird der Flüssigkeitsanteil in den Verdampfer und von dem Verdampfer in
den Sammelbehälter zurückgeführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Flüssigkeitsanteil
unmittelbar in den Sammelbehälter zurückzuführen. Das hängt letzten Endes von der
Beladung
des Flüssigkeitsanteils mit radioaktiven Substanzen ab.
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Die mechanische Entwässerung des Konzentrates kann im Rahmen der Erfindung
auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Am einfachsten ist es, das Konzentrat
einstufig kontinuierlich mechanisch zu entwässern, was einen zügigen Arbeitsfluß
zuläßt, wenn die radioaktiven Abfälle aus dem Sammelbehälter in die Deponiebehälter
eingefüllt und dort verfestigt werden. Dabei kann der Feststoffanteil vor dem Einfüllen
in die Deponiebehälter mit dem Verfestigungsmittel gemischt und kann die Mischung
dann in die Deponiebehälter eingefüllt werden. Das bereitet deshalb keine Schwierigkeiten,
weil durch die mechanische Entwässerung die ei dieser Mischung zu manipulierenden
Mengen verhältnismäßig gering sind. Aus gleichem Grund kann man auch so vorgehen,
daß der Feststoffanteil beim Einfüllen in die Deponiebehälter mit dem Verfestigungsmittel
gemischt wird, welches sich beim Einfüllen des Feststoffanteils bereits in den Deponiebehältern
befindet.
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Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Verwirklichung
des erfindungsgemäßen Verfahrens das Volumen des einzulagernden radioaktiven Abfalls
erheblich reduziert wird, weil der Flüssigkeitsanteil der flüssigen Abfälle nicht
mehr der Verfestigung und der Endlagerung bedarf. Dabei lassen sich nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren alle bei einem Kernkraftwerk anfallenden flüssigen radioaktiven Abfälle
behandeln, also auch mittelaktive Abfälle. In diesem Falle kann die aufwendige,
mit zahlreichen gefährlichen Manipulationen verbundene Verfestigung in heiseen Zellen
außerhalb des Kernkraftwerkes eingespart werden und es kann der den Annahmebedingungen
der Endlagerstätte entsprechende
verfestigte Abfall unmittelbar
zur Endlagerstätte transportiert werden. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache,
daß das erfindungsgemäße Verfahren sich mit Hilfe einer sehr einfachen Anlage verwirklichen
läßt. Zu einer solchen Anlage gehören zunächst der ohnehin vorhandene Verdampfer
für die radioaktiven Ab fälle, der Sammelbehälter und die Einrichtung für die Einfüllung
der radioaktiven Abfälle in die Deponiebehälter. Die erfindungsgemäße Anlage ist
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sammelbehälter und Einrichtung für die Einfüllung
der radioaktiven Abfälle in die Deponiebehälter eine mechanische Entwässerungseinrichtung
angeordnet ist, deren Ablauf für den Flüssigkeitsanteil mittelbar oder unmittelbar
in den Verdampfer bzw. in den Sammelbehälter zurückgeführt ist und deren Abzug für
den Feststoffanteil an die Einrichtung für die Einfüllung der radioaktiven Abfälle
in die Deponiebehälter angeschlossen ist. Die mechanische Entwässerungseinrichtung
kann als kontinuierliche oder diskontinuierliche Entwässerungszentrifuge ausgebildet
sein. Einfacher und weniger aufwendig ist es jedoch, mit einem sog. Dekanter zu
arbeiten. Dekanter bezeichnet bekanntlich Vorrichtungen, in denen die bei Suspensionen
bekannte Dekantierung unter Schwerkrafteinfluß unter dem Einfluß von Zentrifugalkräften
erfolgt, die um Größenordnungen größer sind als der Schwerkrafteinfluß. Beispielsweise
besteht ein Dekanter aus einer rotierenden Trommel und einer zusätzlichen Schnecke
für den Transport des Feststoffanteils, während die Gutaufgabe und der Flüssigkeitsabzug
in geeigneter Weise erfolgen. Bei einer erfindungsgemäßen Anlage kann der Feststoffaustrag
unmittelbar an die Einrichtung für die Einfüllung der radioaktiven Abfälle in die
Deponiebehälter angeschlossen sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Feststoffaustrag
über
eine Mischeinrichtung zur Zumischung des Verfestigungsmittels und eine Schneckendosierpumpe
(Monopumpe) an die Einrichtung für die Einfüllung der radioaktiven Abfälle in die
Deponiebehälter anzuschließen. - Das alles wird im folgenden anhand einer lediglich
ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen
in schematischer Darstellung Fig. 1 eine Anlage zur Beseitigung von flüssigen, radioaktiven
Abfällen von Kernkraftwerken, Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes
nach Fig. 1.
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Zu der in den Figuren dargestellten Anlage gehört zunächst ein Verdampfer
1, der aus der Abwärme des Kernkraftwerkes energiegespeist ist. Es gehört fernerhin
ein mit dem Verdampfer 1 nachgeschalteter Sammelbehälter 2 mit einer zugeordneten
Einrichtung 3 für die Einfüllung der radioaktiven Abfälle 4 in die Deponiebehälter
5 dazu.
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Man entnimmt aus den Fig. 1 und 2, daß zwischen Sammelbehälter 2 und
Einrichtung 3 für die Einfüllung der radioaktiven Abfälle 4 in die Deponiebehälter
5 eine mechanische Entwässerungseinrichtung 6 angeordnet ist. Der Ablauf 7 des Flüssigkeitsanteils
der mechanischen Entwäs serungseinrichtung 6 ist im Aus führungsbeispiel in den
Verdampfer 1 zurückgeführt. Der Abzug 8 für den Feststoffanteil 9 ist bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 unmittelbar in einen Deponiebehälter 5 einführbar, in Fig. 2 mittelbar
über eine besondere Mischvorrichtung 10.
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Die mechanische Entwässerungseinrichtung 6 mag eine kontinuierliche
oder diskontinuierliche Entwässerungszentrifuge oder auch ein Dekanter sein.
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Die mechanische Entwässerungseinrichtung 6 wird über einen Antriebsmotor
11 angetrieben. Das Konzentrat tritt durch das Einlaufrohr 12 in diese mechanische
Entwässerungseinrichtung 6 ein.
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Das geklärte Wasser läuft durch das Austragsrohr 13 zurück zum Verdampfer
1. An der öffnung 14, die als Rohr verlängert ist, wird der Feststoffanteil 9 ausgetragen.
Die mechanische Entwässerungseinrichtung 6 kann gasdicht ausgeführt sein, um das
Austreten von Aerosolen zu verhindern. Sie kann außerdem mit einer Kühlvorrichtung
versehen sein, um die Ausfällung von gelösten Salzen bei Verarbeitung erwärmter,
flüssiger radioaktiver Konzentrate zu erleichtern. Der Feststoffanteil 9 fällt bei
der Ausführungsform nach Fig. 1 unmittelbar in einen Deponiebehälter 5. Dieser enthält
bereits eine vorher dosierte Menge an Verfestigungsmittel 15. Es handelt sich dabei
um eine Verfestigungsflüssigkeit. Das spezifische Gewicht der Verfestigungsflüssigkeit
ist so gewählt, daß der Feststoffanteil 9 auf den Boden 16 sinkt. Dadurch hebt sich
der Spiegel 17 der Verfestigungsflüssigkeit, bis über einen Füllstandsmesser 18
der Zulauf abgeschaltet wird. Der Deponiebehälter 5 wird über die Feststoffzuleitung
19 und die mechanische Entwässerungseinrichtung 6 entlüftet. Der Deponiebehälter
5 kann sich, wenn es sich um mittelaktive, radioaktive Abfälle 4 handelt, bereits
in einer Abschirmung 20 befinden, die einerseits als mobile heiße Zelle dient und
andererseits gleichzeitig als Transportbehälter ausgebildet sein kann.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 fällt der Feststoffanteil 9 durch
das Rohr 21 in einen mit einem Einlauftrichter 22 versehenen Schneckenförderer 23.
Dieser fördert den Feststoffanteil 9 zu der Pumpe 24. Beide Aggregate werden über
eine gemeinsame Welle 25 von dem Antriebsmotor 11 angetrieben. Der Einlaufbereich
des Schneckenförderers 23 kann mit einer gasdichten Kapselung 26 versehen sein.
Ebenfalls in den Schneckenförderer 23 wird das Verfestigungsmittel 15, welches sich
in dem Behälter 27 befindet, über ein Ventil 28 beigegeben. Die Art des Verfestigungsmittels
15 richtet sich nach der Zusammensetzung des Feststoffanteils 9, z. B. nach seiner
Restfeuchte. Das Verfestigungsmittel 15 wird jedenfalls so eingestellt, daß eine
Art Paste entsteht, die über die dargestellte Pumpe 24, die Rohrleitung 27 und das
Tauchrohr 30 in den Deponiebehälter 5 gefördert wird. Durch das Tauchrohr 20 wird
erzielt, daß sich im Deponiebehälter 5 keine Hohlräume bilden. Der Deponiebehälter
5 wird über eine Leitung 31 und eine Filtereinheit 32 entlüftet.
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Der Deponiebehälter 5 kann sich wiederum bereits in einer Abschirmung
20 befinden.