DE1614497A1 - Verfahren zur Konzentrierung radioaktiver Abfaelle - Google Patents

Description

• Verfahren zur Konzentrierung radioaktiver Abfälle . Die vorliegende Erfindung =bezieht sich auf ein Verfahren zur Konzentrierung radioaktiver -Abfälle, die in verdämpfba.ren flüssigen Stoffen enthalten sind oder in solche gebracht werden können. In Strahlungsinstituten-, radiochemischen und-Isotopen-Zaboratorien fallen die verschiedenartigsten Materialien als radioaktiver Abfall an. Diese Materialien werden zunächst in den Läboratorien selbst gelagert, teilweise um dieStrahlung der kurzlebigen Isotopen abklingen zu lassen, und können dann aufbereitet a n Zwischenlagersammelatellen abgegeben werdet: Die endgültige Lagering (Einbringen in Salzbergwerken,, Eing@ebon in Wüstensand, ersenken im Meer, Einbetten'im Festlandbis in den Polarregionen) bestimmt die Art der erforderlichen Aufbereitung der radioaktiven Abfälle. Es muß auf alle Fälle sichergestellt sein, daß die Umgetung in den nächsten 50 oder 100 Jahren nicht weiter kontaminiert wird, d.h. es muß vermieden werden,, daß die radioaktiven Jubstanzen aus den Behältern oder Einbettungsmas.sen austreten und verschleppt werden können. Heute müssen diese Abfälle in genormten 200 Liter-Fässern an die staatlichen Zwischenlagersammelstellen abgeliefert werden, wobei die Strahlungsdosis an der FaQwand in keinem Fall 200 mR/h überschreiten warf. Damit keine Korrosion von innen stattfinden kann, muß der Inhalt in fester Form vorliegen. Es gibt die verschiedenartigsten Verfahren, die radioaktiven Abfälle aufzubereiten, um diesen Forderungen gerecht zu werden. Ein besonderes Problem stellen die voluminösen, schwach radioaktiven t@bfälle dar, wie Abwasser und Abluftfilter, die man wegen der hohen Lagerkosten soweit wie möglich, nämlich bis zur maximal zulässigen Strahlendosis, einzuengen Wünscht. Es ist üblich, die radioaktiven Stoffe in der Abwässern, die einen Feststoffgehalt von etwa-0,1 % haben, in Verdampfern so weit anzureichern, bis der Feststoffgehalt bei 10 bis 15 %'liegt. Eine i Überführung in, feste Form in einem wgiteren reinen Verdampfer bereitet unter anderem wegen der Krustenbildung, die die Ver- , dampfung hemmt, grüßte Schwierigkeiten* Es sind Verdampfer bekannt, die bei hohen Temperaturen (500 bis 800c 0) arbeiten und bei '

  denen `das' hor=zenträt .eingesprüht wird. Neben der Trocknung wird

  iiierb.ei zu gleicher ?Zeit eine Zersetzung organischer -Stoffe er-

  reicht. Diese =Pnlägen sind. sehr aufwendig -fand man wird- sie nur-

  einsetzen; wo höchradiöaktiT,res Mäteriäl, z.B. Ab-falle. von Brenrl--

  st-.ben aus nuklearen Reaktoren aufbereitet werden: In kleineren

  Laboratorien überf'tälir:t man besser die konzentrierten Abwässer

  durch Zementierung öder Bitümnierung in feste Form: Bei .der

  Zementierung wird das-Wasser-als Kristallwasser gebunden, bei

  der I3.; turr.s nierung -sprüht man das- Konzentrat in heißes Bitumen

  ein, so däß ,-das Viasser verdampft und die Feststoffe im Bitumen

  eingeschlossen werden. Diese Verfahren- hallen eine Reihe von,

  t.echnolo,gischen Schwierigkeiten, lassen nicht .die maximal mögliche

  ;;iner-.£Tung zu (im Falle der, Zementeräng_wird das Volumen sogar

  errößert) urd sind aufwendig, insbesondere hinsichtlich der er-

  f'orderl.ichen Strahlenschutzmaßnahmen. -

  Um schwach radioaktive Ablu ftfllter einzuengen, gibt es die Mög-

  lichket, sie mechanisch zu verkleinern. und in Pressen zu ver-- -

  dichten. Der mechanische Aufwand --in Vertndüng mit den erförder-

  lichen Strahleriscliützmäßnähmen ist aber auch hier so-erheblich,

  daß -die Wirtschaftlichkeit: der Einengung in Frage gestellt wird.

  Zur weitgehenden 'fermeiduhg dieser .geschilderten Nachteile ,werden

  .die mit- radioaktiven Abfällen angereicherten flüssigen :Stoffe er-

  noungsem?r r,--a en für die Jufbcwahrung vorgesehenen Behälter

  in f'eirer @ert,ei.!ung eingetracht Gang ir.it Hilfe eines irre geschlos--

  senerr.Kreial=@ü.i' zirkul=iei#eiiden-he@lltn Luf'tsträmes verdatri-Ff t bzw.

  verd'ÜYitet.-@. _

  der erste Grundgedanke der vorliegenden Erfincung besteht darin, die schwach.radioaktiven voluminösen Abfälle, insbesondere Abluftfi lter, in Flüssigkeiten aufzulösen oder sie zumindest in eine @lapensiorl zu überführen, ,o daß für die weitere Behandlung in beiden Fällen verdampfbare Flüssigkeiten vorliegen, die einen

  radioaktiven Fests toffgehal t 'Ton etwa 10 ö haben. Beide J-iuf-

  gaben lassen sich dadurch mit einem Verfahren lösen: Dieses hier

  vorgeschlagene Verfahren zeigi, im wesentlichen fol.Kende Merkmale:

  cinengurlr; direkt in dem 2f"1_`., Liter-Normfaß oder in einem etwas

  kleineren ieh@:l. ter, der in dieses Faß eingesetzt werden kann.

  her Raum zwischen Behälter und Paß kann mit :'_rschirmr,@@@ terial

  bei höher aktiven Feststoffen und mit Bitumen für den Korro-

  sionsschutz gefüllt werden. ?_. Überführung des Konzentrates in einen festen 7.ustand durch ;erdampfen und Verdunsten der Flüssigkeit. Das Konzentrat wird in das Paß oder den Behhl ter eingetropft oder eingesprüht, so daß nur ein dünner Flissitkeitsfilm mit einer.großen Oberfläche t@r.t;.teht, der der Trocknungsprozeß beschleunigt und die Schwierigkeiten des reinen Verdampfers aufhebt. Getrocknet Wird mittels eines heißen, trockenen Luftstromes, der die Peuchtigkeit aufnimmt. Dieser.rrozeß.wird unterst:itzt durch rlrwcirmang des Passes Von außen durch Konvektion.(beispielpweise mittels .eines Glyzerinbades) oder durch Strahlung,_bzw. von inner.
• durch Einbringung von Heizkörpern, die in den Feststoffen mit eingebettet Urerden und deshalb bei jedem Faß neu eingetracht, werden müssten. Die Temperatur im F'aß kann damit oberhalb des

  Sieäcpunktes gehalten-werden, womit vermieden wird, daß

  1:@sigkei. t in die bereits ;e trockneten Feststoffschichten

  eindr@n.#7", t. - -

  Rührung des Luftstromes in einem geschlossenen Kreislauf, so

  daß keine evtl. mitgefiihrten radioaktiven Substanzen in die

  riu2enlüft geraten können. Der-Kreislauf-besteht aus- Faß bzw:

  Beh@:l-ter, Kondensator- zur arscheidung der Feuchtigkeit; Lüfter

  fand ui'reizstre@:ke.

  4 . .'rE:r@::erdur@g e in'r @rehströmunö durch schrägtangentiales' Ein-

  ,-

  b.Inten der trockenen Luft. l)!:.-durch wird eine Führung der

  rL31._`'ch.e n bis- zum T@'aß- oder Behältergrund uhd eine intensive

  Luftaurchwirtelung erreicht; so daB-auch eingesprühte Flüssig-

  ' kei±@tei lchen cir,.f2 längere 'Terweilzeit in der Luft haben und

  nicht so'leicht von der austretenden Luft in den Kondensator

  . m.1 tg-erisserii-werderi.-

  @-.- ä@ink@ringen der Rl-is sigke'ten durch ein drehbares Tropf- oder

  =-.;prührohr-, das die Flüssigkeit an die Faß- oder Behälterwand

  führt,»so daß eine möglichst große Fläche zur Wärmeübertragung

  zzür Verfügung steht und damit ein großer Flüssigkeitsdurchsatz

  . erreicht wird. Auf ein Einsprühen mit feststehenden Düsen an*

  -densEinblasöffnungen unter-Ausnutzung des eintretenden Luft-

  stro'mes `ist möglich.

  16. Die äbgeech`iedene 'Flüssigkeit bleibtrim System und muß nietet

  ge,tren:nt. behandelt werden. Wasser, das noch schwäch radioaktiv'

  sein kann,- wird dem -vorgeschalteten Verdampl'er zugeführt. Lösungsmittel werden zur erneuten -Auflösung vor...Abluf'tfil-Lern und anderen voluminösen verseuchten Teilen herangezogen. Geschlossene Kreisläufe vermeiden auch hier eine Kontaminierund der Umgebung.' 7. Durch wechselweises Einbringen von Abwasserkonzentrat und aufgelösten verseuchten Teilen-kann erreicht werden, daß Trennschichten z.B. aus Polystyrol entstehen, die ein Wiederauflösen der unteren Salzschicht verhindern. Cum anderen ist es cJaaürch möglich, bei höherem Gehalt an radioaktiven Abfällen im bwzsser und dem im allgemeinen geringeren in den Abluftfiltern durch entsprechende Mischung die Bedingung 200 mR/h an der Faßoberfläche einzuhalten, ohne daß zusätzliche Abschirmmalinahmen im Faß erforderlich werden. Dies kann auch durch die zusätzliche Einbringung einer Einbettmässe, z.B. Bitumen, erreicht werden. Weitere Einzelheiten der vorstehenden Erfindung sind aus den nachstehend an lland der Figuren 1 bis 3 beschriebenen Beispielen zu entnehmen, wobei selbstverständlich in konstruktiver Hinsicht auch roch viele andere technische Varianten möglich sind. Figur ? zeiht in teilweiser schematischer Darstellung den Aufbau einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die mit. radioaktiven Abfällen angereicherten flüssigen Stoffe in den Innenraum des Aufbewahrungsbehälters eingeleitet werden.

  Figur 2 und fir#iz r 3'eigen Einzelheiten vner technisohen Variante

  der Ltaftzuführurig.'`Gezechnet ist -dabei nur ein Zuluftrohr, das

  di_Fschräg@areentiale Luftzufuhr zur F,rzeugung der Dreh_f3tröiri:u@g

  ardeutet-.#Mer#rere üirblhsäffnungen sind ztenkbar, g_re zweite- ist

  angedeutet. _ -

  Eich den Figuren ist a1: ijui'-bev;a:hrungsbeflälter :ein Faß 15 vorge-

  sehen, das evti. gegen Korrosion -eire innere Schutzschicht er-

  Ida; tten Karen. Das Faß wird eingesetzt in einen isolierten Kessel

  der bel ents-prechender Ausbildung -auch .einen Strahlenschutz

  1 _ef E'x'ri- kann. Per Kesse wird bei Anwendung einer Ionvektions=

  Klei aung von innen durch Heizkörper 1-6 unter dem Faßboden beheizt,

  wobei eine ,liissigkeit '4,@ z.13. Gly=zerin, -zur Wärmeübertragung

  verwendet wird. Bei Verwendung _einer St.rahl:ungsheizung-- in.

  Pigur !.nicht aargeste-llt - werden dis Heizkörper zweckmäßiger-

  weise zwischen Kessel- und Faßwand angeordnet.. Mittels eines -

  Wagens und einer Hebevorrichtung 17 kann der Kessel 13 mit dem

  Paß ?5 gegen die-feststehende Deckplatte 11 gefahre.n und_luft-

  d.-aht/ierschlossen werden, Lufterhitzer 2.1 und. Gebläb.e 22 erzeug

  gen Über die sel@rä@@;targentle inhl.asdüse ?U einen Luftstrom

  im :Faß 15 -gestrichelt -gezeichnet - der ein Dreh-str mungsver-

  haten hat.. Die Neigung der --Einblasdüse 10 (siehe Figur -3) Pe-

  -timmt teilweise die Geschwindigkeitsverhältnisse im raB, die,

  je nach dem wie voal das Fe ß ist-, sehr, untersehied1ich seizkörnen.

  Der kbluftstrom.wird zentrisch dem Faß über die Leitung 24 entzö-

  gen und über den Kondensator 23, wo ein Teil der Luftfeuchtigkeit

  abgesahteden wird, wieder dem -Gebl.se 22 zugeführt: Lntscheidend

  bei geschlossenem Luftkreislauf ist die Abstimmung der Druckver.-

  häl triise-i so daß im FIß 1 - und den i)ichtiizgsstellen ein Unter-

  drück gegehüber der Auß;enluf t @dntstehtdamit eine mnglich'e koh-.

  t#Aminierung der Umgebühg verhindert wirdEine Üf'f'üüßr; mit eihem

  :,ciauglas 18 abgedeckt; eröglieht die Ehbringun ; voh zueätz-

  liehen Abdichtmässeh-. Eingebracht wird die fit rädoäktiven

  fällen angerechbrte Plüseigkeit aus dctn @il.teräüi'lösebehä@ teer :3d;

  das die Flüssigkeit an die Fäßwä-nd spritzt :bzw. .aüs töche-n im

  waagrechten Teil d-es Rohres gleichmäßig in das Fäß tropfbi oder

  über eine oder mehrere feste Einspritzdüsen 35 (siehe Figur 3),

  Wobei der "iäi.!@ t't:;tröm zür 'Zerteilung der Flüssigkeit in 1 einer

  r'orm tt;i ttehutzt -Die dadurch in Lesbe Form- übergehenden

  rädiooktiveri @;tofa'e schlagen sich dabei-als Schichten 3e; 37 und

  38 ah der ßehl terwand nieder.

  Des Yondensät wir-'de 1P näe-hdef ob Wasser oder hr@;=@an: i

  mittel; zumpesebehl @,er 31 ödertti'irise'@ehälter 33 ziii#üdkg-e-

  # p ürb ti, Me 'r@lü'ssigkeiteii -leiben also euch in Kreisibuferi4 so

  dran dernekontatitirlatidrlsfak,torbei der I'röcknu-g nicht so hoch

  zu sein braucht WIL 2.B. 'bLitti Verdattip@er oder ehein Ionenaub=

  tauscher

  Durch ciie `Vrerinung der Ae.zurig (K(,ssel ühd Luft) ünd einem steh=

  tälls steuerbaren Cetläse köhnen je nach verweridete>^ F1;ssigkeit

  Und der err:eiehten Päßfüllühg aptitnele Tr6dkriiingeverhältni's§e

  eingeZtel.lt werten: 1'rnzHell kann der k-essel auch vor; inrieh

  beheizt werddh @= in' den T'igurer flieht dargestellt= Wöbei die Heiz

  körper ein;etettet Werden und däinit verlereh Bind: Düs hat.V.er

  teile t)ei dielen 8älz.schidhten, die dine schlechte Wärmeleit=

  lähigket haben. ;solche Heizkörper, die sehr verschieden ausge-

  bildet sein können., ermöglichen-einen höheren Flüssigkeitsdurch-

  satz, instesordere bei vollerem Faß. Entscheidend für das Ver-

  fahren Ist nur,'aaß der Luftstrom nicht wesentlich-gestört wird.

  Aus die-:.-.en Beispielen ist ersichtlich, daß es. sich.bei vorlie-

  gend,efirfd@.;na um ein weitgehend kontinuierliches Arbeitsver-

  fahren hanel t. Geschlossene Kreisläufe vermindern die Gefahr einer

  7erseuchang aer imgebur£g_. Strahlungsschäden .für das Personal sind,

  nicht zu befiir;:hten, .auch die Wegni"#hme der gefüllten Fässer kann

  ohne t,eser.r;er@:iors-ichtsmaß-nahmen Erfolgen, wenn wie bereits er-- -

  wähnt, die :;trah=4--ng an keiner Stelle der FaBwänd' 200 Milliräntgen

  pro ::@turcie iberschreitet. Alle diese Vorteile werden erreicht

  durch d.e Kombination von Konzentrationseinrichtungen und Aufbe-

  wahrurigsbe-h'.: ter. :1mf';illvorgänge verhältnismäßig stark- strahlen-

  der Materie entf`aLlen damit vollkommen.

  ist von vornherein mit höheren Aktivitäten zu rechnen, kann -man k:.einere .Behälter in der gleichen-Einrichtung verwenden, die dann in ein mit Abschirmmaterial vorbereitetes Normfaß eingesetzt ,,erden. können. Der Zwischenraum kann zur-Verhinderung von Korrosion, uie von außen einsetzen könnte, noch mit Bitumen vergossen werden: 'r _

Claims (4)

1. Patentansprüche .'erfahren zur Konzentrierung radioaktiver Abfälle, die in verdampfbaren flüssigen Stoffen enthalten sind oder in solche gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die mit radioaktiven @,bfä-l1-en angereicherten flüssigen Stoffe in den für die :auf bE:wahrung vorgesehenen Behälter in feiner Verteilung eingebracht und mit Hilfe eines im geschlossenen Kreislauf zirkulierenden*h.eißen Luftstromes verdampft bzw. verdunstet werden. 1. ".:cr:'@:hrer. räch Anspruch 1, dadur-h gekennzeichnet, daß die nicht verdampfenden riadioäktiven u-rd trockenen Rückstände schichtenweise. i.r. einen wasserunlöslichen Stoff, wie z.8.
2. Paraffin, Bitumen u5w. eingebettet werden.
3. 3. 'erfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Strom eine für eine schnelle Verdampfung zweckmäßig erhöhte Temperatur hat, den Behälter auf einem möglichst langen Weg, z.B. nach der an sich bekannten Drehstr.ömung.durchsetzt und anschliessend die mitgenommenen, nicht. radioaktiven Lösungsmitteldämpfe in einem Kondensator wieder abgibt.
4. 4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch.1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der-Behälter nach außen hin abgeschlossen-i.st und Vorrichtungen zur Erzielung möglichst großer Verdempfungsoberflächen der eingebrachten Stoffe voraeaehen sind. i:i r@r@ rhu:@h Ahsprueh 9 @ dä:dutci gi:ehiieh-@ä@ zbr rt.::i..gug :Üez au -äerdiiz'hnzüsyettm# a s vorzc:gsweis e ärv?i=@= oder sekwyün-#:ber bhgebred.ht e@t :kät.,# vrge# v - so he r, -ist, t`. Einrieh.tÜng.rpsh a- ruch,-ctard g nht.lä 2,.'eh üb@3. `r'erci@if'a@nßssr.nE @aü' z'. tai;.@gi trd. übel idä Lu und i;t@Er'.citp i?;ehä7.eräußehwnhä 2:13; eui t Hilfe e-itieb. fleitbädes ih einem @..@ic-@ tekänhtet Weise -,so 1iütteh U.hd.-,bg)eedhii@. P:es:el;- i.r den der .Behj:iter eihg-L- 2etzt 1Wird dädurch ge.h.h21%ebär Auf'heiz-ung :-ges E- hälteririhältd@ hÜteh :der btskähhtei @öi@@epi@s- oder Otrehlurg@heiZu.ng @r@erlörer:-Cdrpr ?. .Beh.i' e e ti e ri-: fi i nd : _