DE3110491C2

DE3110491C2 - Verfahren und Anlage zum Einengen eines in einem Kernkraftwerk anfallenden, Borsäure enthaltenden radioaktiven Abwassers

Info

Publication number: DE3110491C2
Application number: DE3110491A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. 6843 Biblis-Wattenheim Ambros; Norbert 6842 Bürstadt Brenner; Jürgen Ing.(grad.) 4300 Essen Fischer; Gottfried Dr. 6521 Hohen Sülzen Paffrath; Heinrich J. Dr. 6843 Biblis Schroeder
Original assignee: RHEINISCH-WESTFAELISCHES ELEKTRIZITAETSWERK AG 4300 ESSEN DE; Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE Energie AG
Priority date: 1981-03-18
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1985-02-14
Also published as: US4476048A; DE3110491A1; CA1182776A; JPS6367878B2; BR8201373A; JPS57161699A

Abstract

Bei einem Verfahren bzw. mit einer Anlage zum Einengen eines in einem Kernkraftwerk anfallenden, Borsäure enthaltenden radioaktiven Abwassers konzentriert man das Abwasser zunächst in einem Verdampfer (1) bis auf eine Borsäurekonzentration auf, die bei Verdampfungstemperatur unterhalb und bei Raumtemperatur oberhalb der Borsäuresättigungskonzentration liegt. Das dabei anfallende Abwasserkonzentrat läßt man in einem nachfolgenden Lagerbehälter (2) abkühlen, wobei Borsäure ausfällt, die man sedimentieren läßt. Anschließend wird das Obenstehende vom Sedimentschlamm getrennt und über eine Rückführleitung (5) wieder dem Verdampfer (1) zugeführt und als Abwasser weiterbehandelt. Im Rahmen dieser Maßnahmen kommt man wirtschaftlich zu einem besonders gut lagerbaren und konditionierbaren Einengungsprodukt, wenn man den pH-Wert des Abwassers bei der Verdampfung im Verdampfer (1) im Bereich dessen Neutralpunktes (6,8 bis 7,2) hält, im Lagerbehälter (2) weitere Borsäure durch Erniedrigung des pH-Wertes ausfällt sowie sedimentieren läßt und abschließend den Sedimentschlamm durch Vakuumdestillation in einem Vakuumdestillator (3) mit Pulverabfülleinrichtung (8) in ein erdfeuchtes Pulver überführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechendes Verfahren und eine dem Oberbegriff des Patentanspruches 10 entsprechende Anlage zum Einengen eines in einem Kernkraftwerk anfallenden, Borsäure enthaltenden radioaktiven Abwassers. — Solche Abwasser enthalten bis zu 400 ppm Bor, was — als Feststoff gerechnet — einem Borsäuregehalt von 2,4 Gew.-% entspricht und sind schwach sauer.

Bei einem bekannten Verfahren bzw. einer bekannten Anlage der genannten Art (DE-OS 29 11 272) wird das Abwasser ohne weitere Maßnahme der Verdampfung zugeführt und der sich dabei ergebende Borsäureschlamm mit etwa 30 Gew.-% Borsäure zum gegebenen Zeitpuakt durch Einbetten in eine Matrix aus Beton, Bitumen, Kunststoff oder dergleichen konditioniert. Bis zur Konditionierung muß der Borsäureschlamm im Kernkraftwerk gelagert werden. Bei bestehenden Kernkraftwerken ist das hierfür zur Verfügung stehende Lagervolumen beschränkt und es besieht das Bedürfnis, gröbere Mengen eingeengten Abwassers lagern zu können, nachdem in neuerer Zeit zunehmend Schwierigkeiten bestehen, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, nämlich bei Erschöpfung des vorhandenen Lagervolumens den Sedimentschlamm aus dem Kernkraftwerk entfernen zu können.

Bei einem anderen Verfahren zum Einengen eines borsäurehaltigen radioaktiven Abwassers ist zwar auch schon bekannt (DD-PS 1 06 732), das Abwasser durch Zugabe von Natronlauge bzw. durch Einstellen eines Mol-Verhältnisses Borsäure/Natronlauge zwischen 3,5 und 4,5 in die Natriumboratform zu überführen und nach Einstellen eines pH-Wertes zwischen 6,5 und 7,5 bis zu t-inem Borgehalt von 4,5% einzudampfen. Weiterhin ist es bekannt (Ullmann's Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 8, (1974), Seiten 666 bis 669), daß man Borsäure aus entsprechenden Lösungen durch Ansäuern ausfällen kann. Schließlich ist es bei der Behandlung von Abwässern aus chemischen Aufbereitungsanlagen von Uranerzen auch bekannt (DE-OS 24 47 471), unter anderem eine Vakuumdestillation durchzuführen. Alles das konnte aber keine Hilfe bei dem Bestreben sein, die Zwischenlagerkapazität eines Kernkraftwerkes optimal zu nutzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man die Einengung der erwähnten Abwasser weiter als bisher treiben kann, und zwar wirtschaftlich bis zu einem Produkt, das später praktisch jeder üblichen Konditionierung zugänglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale und in anlagenmäßiger Hinsicht die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 10 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung nutzt hierbei zunächst die überrasehende Tatsache, daß man im Zuge der Verdampfung die Aufkonzentrierung des Abwassers mehr als doppelt so weit (24 bis 54 Gew.-% Borsäure) treiben kann, ohne unerwünschte Ausfällungen befürchten zu müssen,

wenn man den pH-Wert unmittelbar vor und während der gesamten Verdampfung etwa beim Neutralpunkt hält Fällt man darüber hinaus im Abwasserkonzentrat bzw. Borsäureschlamm noch zusätzlich Borsäure durch Erniedrigung des pH-Wertes aus, so erhält man nach Sedimentation und Abtrennung der überstehenden Konzentratlösung einen Schlamm mit pastöser bis sirupöser Konsistenz, der bereits 50 bis 70 Gew.-°/o Borsäure enthält und ohne großen Energieaufwand durch Vakuumdestillation in ein erdfeuchtes Pulver überführt werden kann. Mit dem gemäß dem bekannten Verfahren (DE-OS 29 11 272) gewonnenen Borsäureschlamm war das noch nicht möglich. Das erdfeuchte Pulver kann zwecks Lagerung in Fässer abgefüllt werden und zum gegebenen Zeitpunkt auf praktisch beliebige Art und Weise für die Konditionierung aufgearbeitet werden. Vorteilhaft ist jedenfalls, daß das erdfeuchte Pulver bezogen auf den Abwasseranfall wesentlich weniger Volumen beansprucht sowie leichter gelagert wurden kann und daß bezüglich der Anlage lediglich ein verhältnismäßig kleiner Vakuumdestillator zusätzlich erforderlich ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, deren Figur schematisch eine Anlage zum Einengen eines in einem Kernkraftwerk anfallenden, Borsäure enthaltenden radioaktiven Abwassers zeigt.

Die Anlage besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Reihenschaltung eines Verdampfers !, eines beheizbaren Lagerbehälters 2 und eines Vakuumdestillators 3. An den Eingang des Verdampfers 1 sind ein Abwasserstrang 4 und eine Rückführleitung 5 angeschlossen. Der Ausgang des Verdampfers 1 ist über eine Verbindungsleitung 6 mit dem Einlaß des Lagerbehälters 2 verbunden. Die Rückführleitung 5 ist im Bereich der Oberhälfte des Lagerbehälters 2 aus letzterem herausgeführt. Ein unterer Schlammauslaß des Lagerbehälters 2 ist über eine Anschlußleitung 7 mit dem Vakuumdestillator 3 verbunden, der noch mit einer Pulverabfülleinrichtung 8 ausgerüstet ist. Die im Verdampfer 1 dem Abwasser bzw. im Vakuumdestillator 3 dem Sedimentschlamm 3 entzogene Flüssigkeit wird über jeweils eine Leitung 9 bzw. 10 abgeführt, beispielsweise in einem Fluß.

Mit dieser Anlage wird das im Kernkraftwerk anfallende, radioaktive Abwasser mit einem Borsäuregehalt bis zu 2,4 Gew.-% folgendermaßen eingeengt: Das schwachsaure Abwasser wird durch Zugabe von Natronlauge auf einen pH-Wert zwischen 6,8 und 7,2, vorzugsweise 7, eingestellt und über den Abwasserstrang 4 in den Verdampfer 1 eingeführt. Im Verdampfer 1 wird das Abwasser durch Verdampfung bis auf eine bei Verdampfungstemperatur unterhalb sowie bei Raumtemperatur oberhalb der Borsäuresättigungskonzentration liegende Borsäurekonzentration aufkonzentriert. Durch weitere gesteuerte Zugabe von Natronlauge wird der pH-Wert des Abwassers während der gesamten Verdampfungszeit im Bereich des Neutralpunktes gehalten. Hierdurch können im Verdampfer 1 Konzentrationen zwischen 40 000 und 90 000 ppm Bor (entsprechend 24 bzw. 54 Gew.-% Borsäure) angefahren werden, ohne daß Ausfällungen zu beobachten sind. Das so erzeugte Abwasserkonzentrat wird nun noch aus der Verdampfungshitze heraus über die Verbindungsleitung 6 in den Lagerbehälter 2 überführt. In diesem läßt man das Abwasserkonzentrat abkühlen und die ausfallende Borsäure sedimentieren. Die überstehende Konzentratlösung wird über die Rückführleitung 5 zum Eingang des Verdampfers 1 zurückgeführt und als Abwasser weiterbehandelt In dem zurückbleibenden Borsäureschlamm wird durch Erniedrigung des pH-Wertes infolge Oxalsäurezusatzes weitere Borsäure ausgefällt, die man ebenfalls sedimentieren läßt Die überstehende oxalsäurehaltige Konzentratlösung wird wieder über die Rückführleitung 5 abgezogen, jedoch vor Einführung in den Verdampfer 1 zwecks Zerstörung der Oxalsäure mit Kaüumpermanganat versetzt Der im Lagerbehälter 2 zurückgebliebene Borsäureschlamm mit 50 bis 70 Gew.-°/o Borsäure wird nun im Lagerbehälter 2 auf 50 bis 6O⁰C erwärmt und dann sofort über die Anschlußleitung 7 in den Vakuumdestillator 3 überführt, in welchem er bis zu einem erdfeuchten Pulver getrocknet wird, das mit Hilfe der Pulverabfülleinrichtung 8 in Fässer abgefüllt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einengen eines in einem Kernkraftwerk anfallenden. Borsäure enthaltenden radioaktiven Abwassers, wobei das Abwasser zunächst in einem Verdampfer bis auf eine bei Verdampfungstemperatur unterhalb sowie bei Raumtemperatur oberhalb der Borsäuresättigungskonzentration liegende Borsäurekonzentration aufkonzentriert wird, das dabei anfallende Abwasserkonzentrat mit noch über Raumtemperatur liegender Temperatur in einen Lagerbehälter überführt wird, in dem das Abwasserkonzentrat abkühlen gelassen wird, wodurch Borsäure ausfällt und sedimentiert, und wobei die über dem sedimentierten Borsäureschlamm stehende Konzentratlösung in den Verdampfer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Abwassers unmittelbar vor und während der Verdampfung am Neutralpunkt gehalten wird, daß in dem Lagerbehälter weitere Borsäure durch Erniedrigung des pH-Wertes ausgefällt und sedimentiert wird, und daß der sedimentierte Borsäureschlamm durch Vakuumdestillation in ein erdfeuchtes Pulver überführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der pH-Wert des Abwassers bei der Verdampfung zwischen 6,8 und 7,2 gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Abwassers bei der Verdampfung durch Zugabe von Natronlauge eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Abkühlung des Abwasserkonzentrats einerseits, durch pH-Wert-Erniedrigung andererseits hervorgerufenen Borsäureausfällungen nacheinander durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischeirden beiden Borsäureausfällungen die überstehende Konzentratlösung in den Verdampfer zurückgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pH-Wert-Erniedrigung durch Zugabe von Oxalsäure vorgenommen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetrennte oxalsäurehaltige überstehende Konzentratlösung vor der Rückführung in den Verdampfer mit Kaliumpermanganat versetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Borsäureschlamm durch Erwärmung in einen pumpfähigen Zustand versetzt wird und danach außerhalb des Lagerbehälters der Vakuumdestillation unterworfen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eorsäureschlamm auf 50 bis 6O⁰C erwärmt wird.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Verdampfer, an dessen Eingang ein Abwasserstrang und eine Rückführleitung angeschlossen sind, und mit einem Lagerbehälter, dessen Einlaß über eine Verbindungsleitung mit dem Ausgang des Verdampfers verbunden ist, wobei an der Oberhälfte des Lagerbehälters die Rückführleitung angeschlossen ist und der Lagerbehälter einen unteren Schlammauslaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlammauslaß des beheizbaren Lagerbehälters (2) über eine Anschlußleitung (7) mit einem Vakuumdestillator (3) verbunden ist