CH640427A5

CH640427A5 - Filtrationsverfahren.

Info

Publication number: CH640427A5
Application number: CH444879A
Authority: CH
Inventors: Elias Dr Juelke; Edmund Hartinger; Harald Dr Sandmann
Original assignee: Meyer Maschinenfabrik Ag
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1984-01-13
Also published as: FR2456996A1; SE429799B; DE2925170A1; GB2050186A; GB2050186B; SE8003514L; US4350620A; FR2456996B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abtrennung von in Wasser dispergierten Teilchen mit radioaktiven Anteilen mittels Filtration durch eine Filterschicht und nachträgliches gemeinsames Verdichten von Filterrückstand und Filterschicht.

Zur Filtration technischer Ab- und Prozesswässer ist es üblich, auf einem relativ grobporigen Träger, z.B. einem Siebtuch, einer Filterplatte oder Filterkerze und dergleichen, zunächst ein Filterhilfsmittel anzuschwemmen, um ein Anschwemmfilter aufzubauen; solche Filterhilfsmittel können aus organischem Material, z.B. aus Cellulose, oder aus anorganischem Material, z.B. Asbest, Bentonit usw., bestehen und sind technisch z. B. unter den Markenbezeichnungen LEVASORB, AF 2, SOLCA-FLOC usw. erhältlich. Nach dem Filtrieren des Abwassers wird das Filterhilfsmittel meist zusammen mit dem Filterrückstand verbrannt oder deponiert.

Das Schwemmfilterverfahren bzw. die Verwendung von s Filterhilfsmitteln ist zur Aufarbeitung normaler Prozess-und Abwässer mit filtrierbaren Anteilen sowohl aus Gründen der Wirksamkeit als auch der Wirtschaftlichkeit zweckmässig.

Für die Aufarbeitung von Prozesswässern mit radioak-lo tiven Anteilen sind solche Methoden jedoch nachteilig, weil das Verbrennen des Filterkuchens (Filterrückstand und Filterhilfsmittel) einen radioaktiven Staub liefert bzw. der Filterkuchen vor dem Deponieren verdichtet, d.h. ausgepresst, getrocknet und mit Bitumen imprägniert werden muss, ehe i5 er in Stahlfässern und/oder in Betonumhüllungen endgelagert werden kann.

Für den Betrieb eines mittleren Kernkraftwerkes mit 600 MW Leistung wären zur Filtration des radioaktiven Prozesswassers (Rad-Waste) etwa 40-50 kg Filterhilfsmittel erfor-20 derlich, so dass vergleichsweise erhebliche Volumina an Filterkuchen entstehen. Hinzu kommt, dass die üblichen Filtrationshilfsmittel in Form von Cellulosefasern in Wasser quellen, d.h. sich nur relativ schwierig entwässern lassen, und dass die Imprägnierung der entstehenden trockenen und vo-25 luminösen Masse mit Bitumen problematisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, das die Aufarbeitung der bei der Filtration von Abwasser mit radioaktiven Anteilen entstehenden Filtrationsrückstände, insbesondere deren Umwandlung in eine 30 für die Endlagerung geeignete Form vereinfacht.

Diese Aufgaben werden erfmdungsgemäss in überraschend wirksamer Weise dadurch gelöst, dass eine Filterschicht verwendet wird, die mindestens zum überwiegenden Teil und vorzugsweise praktisch vollständig aus einem für 35 Wasser benetzbaren aber in Wasser praktisch nicht quellenden (vorzugsweise weniger als etwa 5 Gew.-% Quellwasseraufnahme) und in Wasser praktisch unlöslichen (weniger als 0,1 g/Liter bei 20 °C) thermoplastischen Polymer besteht, das bei Temperaturen von über 100 °C, vorzugsweise zwi-40 sehen 100 und 300 °C, insbesondere zwischen 120 und 200 °C, schmelzbar ist, vorzugsweise in Form von Fibriden aus thermoplastischen Polymeren, insbesondere Polyalka-nen, z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polybutylen usw.

Der beim erfindungsgemässen Verfahren entstehende 45 Filterkuchen aus Filterrückstand und Filtermaterial lässt sich relativ einfach entwässern, z.B. mechanisch durch Pressen oder Schleudern, gegebenenfalls unter Einwirkung von Temperaturen unter dem Schmelzbeginn des thermoplastischen Polymers, und wird dann unter Erwärmung auf Tem-50 peraturen über dem Schmelzpunkt des thermoplastischen Polymers unter mindestens teilweiser Verschmelzung des Polymers verdichtet, gegebenenfalls unter Druck, z.B. in üblichen Thermoplastverarbeitungsmaschinen, wie Schnek-kenextrudern oder Spritzgussmaschinen. Auf diese Weise 55 kann der voluminöse Filterkuchen in wirtschaftlicher Weise zu massiven Körpern verarbeitet werden, z.B. Kugeln, die ohne besondere Schwierigkeit in üblichen Einbettungsmaterialien für die Endlagerung, z. B. Beton, eingebettet werden können. Alternativ können auch grössere kompakte Massen 6o aus dem entwässerten Filterkuchen durch direktes oder stufenweises Verschmelzen des thermoplastischen Polymers erhalten werden.

Geeignete und bevorzugte thermoplastische Polymere dieser Art sind an sich bekannt und zum Teil technisch z. B. 65 als Rohstoffe für die Herstellung synthetischer nassreissfe-ster Papiere in Form von sogenannten Fibriden auf Basis von Polyethylen und/oder Polypropylen erhältlich, die sich infolge einer entsprechenden Hydrophilisierungsbehandlung

in Wasser dispergieren und auf normalen Papiermaschinen zu Papieren verarbeiten lassen. Beispiele solcher Produkte sind die folgenden Markenprodukte:

PULPEX (Solvay), HOSTAPULP (Farbwerke Höchst), CARIFIL (Shell). Weitere Angaben über derartige für das erfindungsgemässe Verfahren grundsätzlich geeignete Fi-bride zur Herstellung synthetische Papiere sind in der Literatur, z.B. Z. Angew. Chem., 90,1978, Seiten 833-839, zu finden.

Die Verwendung von anderen Formen von thermoplastischen Polymeren, z.B. Fasern, Pulvern oder Flocken, sowie die Verwendung von anderen Polymeren als homo- oder co-polymere Ethylen- oder Propylen- bzw. Alkylenderivate, ist nicht ausgeschlossen.

Das thermoplastische Polymer bzw. die daraus bestehenden Fibriden, Fibridaggregate, Flocken, Fasern oder Pulver zur Verwendung als Filter bzw. Filterhilfsmittel für das erfindungsgemässe Verfahren können ferner durch Zusätze, wie Füllstoffe entsprechender Dichte (z.B. BaS04), modifiziert sein und dadurch eine absolute Dichte ähnlich der von Wasser oder darüber besitzen.

Thermoplastfibride können für das erfindungsgemässe Verfahren entweder als Filterhilfsmittel (Anschwemmfilter), z.B. in Form von Pulver, Fibriden, Fasern oder Flocken, verwendet werden und gegebenenfalls zur Benetzbarkeit in an sich bekannter Weise behandelt, z.B. oberflächenmodifiziert, sein.

Hydrophilisierungsbehandlungen für an sich durch Wasser nicht benetzbare Polymere sind bekannt. Spezielle für die Hydrophilisierung von Polyalkylenfibriden geeignete Behandlungen sind in der oben genannten Literaturstelle beschrieben, z.B. die Oberflächenbehandlung mit Harnstoff/ Formaldehyd-Kondensat oder Tensid sowie die strukturelle Hydrophilisierung.

Bevorzugte Thermoplastfibride haben eine mittlere Faserlänge (CFL) von 0,5 bis 2,5 mm und spezifische Oberflächen von 5-10 m2/g. Charakteristische Dicken lassen sich für Fibride in der Regel nicht angeben, liegen aber typisch im Bereich von bis etwa 10 Mikrometer.

Fibride und fibrillierte Fasern aus Thermoplast können durch verschiedene, an sich bekannte Kristallisationsverfahren, durch Verdampfung von Lösungen, durch Extrusion, Verstrecken oder durch quetschendes Vermählen in den aus der Papier- bzw. Holztechnologie bekannten Refinern erhalten werden.

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Man nimmt an, dass viele solche Fibriden durch Kristallisationsphänomene bedingt sind, weshalb für die Zwecke der Erfindung kristallisationsfähige thermoplastische Polymere bevorzugt werden, insbesondere solche, die eine durch Scherkräfte erzielbare Kristallisation zeigen.

Geeignete Filterschichten für das erfindungsgemässe Verfahren können, wie oben erwähnt, durch Anschwemmen gebildet und gewünschtenfalls im Zuge der Filtration durch Zusatz von weiterem Thermoplastfibridmaterial weiter aufgebaut werden. Anderseits können auch vorgeformte Thermoplastfilterschichten entsprechender Porosität verwendet werden.

Beispiel 1

Hydrophiles thermoplastisches Polymer auf Basis von Polyethylen (technisches Produkt der Firma Solvay, «PE-PULPEX» der Qualität F 041/GP) wurde in überschüssigem Wasser mit einem Rührer zur Bildung eines wässrigen Breis zerfasert.

Dieser Brei wurde dem zunächst mit Reinwasser betriebenen Filterkreis einer Reinigungsanlage für Rad-Waste in solcher Menge zudosiert, dass sich auf der Trägerfläche für den Anschwemmfilter eine Filterschicht von >20 g/m2 (Trockengewicht) PE-Fibrid bildete. Dann wurde Abwasser mit einem Feststoffgehalt von bis etwa 1 Gew.-% durch die Filterschicht geleitet, und zwar unter kontinuierlicher Zudo-sierung von weiterem Fibridbrei in Gewichtsmengen, welche (bezogen auf den Fibridanteil) annähernd dem Schmutzanteil des Abwassers entsprachen.

Die Filteranlage wurde bis etwa zum Erreichen der zulässigen Obergrenze des Druckabfalls durch den Filter betrieben und dann abgeschaltet.

Der auf der Trägerfläche gebildete Filterkuchen (PE-Fi-brid und Schmutzstoffe mit radioaktivem Anteil) wurde von der Trägerfläche abgeschält, abgepresst und bei Temperaturen von bis zu 100 °C auf einen Restfeuchtigkeitsgehalt von 5-10 Gew.-% getrocknet.

Der getrocknete Filterkuchen wurde in einer handelsüblichen Schneckenspritzgussanlage bei Temperaturen von 130-190 °C zu Kugeln mit etwa 30 mm Durchmesser verarbeitet, die in Mischung mit Beton in 200-Liter-Fässer für die Endlagerung abgefüllt wurden.

Die nach dem Trocknen des Filterkuchens verbleibende Restfeuchtigkeit wurde in der Spritzgussanlage ausgetrieben.

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Claims

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1. Verfahren zur Abtrennung von in Wasser dispergier-ten Teilchen mit radioaktiven Anteilen mittels Filtration durch eine Filterschicht und nachträgliches gemeinsames Verdichten von Filterrückstand und Filterschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht mindestens zum überwiegenden Teil aus einem thermoplastischen Polymer besteht, das für Wasser benetzbar, aber in Wasser praktisch nichtquellend und unlöslich und bei Temperaturen von über 100 °C schmelzbar ist, und dass die den Filterrückstand enthaltende Filterschicht unter Erwärmung auf Temperaturen über der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymers und mindestens teilweiser Verschmelzung des Polymers verdichtet wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer ein Homo-und/oder Copolymer von Ethylen oder Propylen ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polymer als Filterhilfsmittel, z. B. in Form von Fibriden, Flocken, Fasern oder als Pulver, verwendet wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterschicht mindestens teilweise durch Anschwemmen einer wässrigen Suspension von Fibriden aus dem thermoplastischen Polymer gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die den Filterrückstand enthaltende Filterschicht mechanisch und/oder thermisch bei einer Temperatur unter der des Schmelzbeginns des thermoplastischen Polymers mindestens teilweise entwässert und dann durch Erwärmen auf Temperaturen über dem Schmelzbeginn des thermoplastischen Polymers, gegebenenfalls unter Druckeinwirkung, zu praktisch massiven Gebilden verformt wird.

6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Filterrückstand enthaltende Filterschicht nach dem Entwässern in einer Thermoplastverarbeitungsmaschine, z.B. einem Spritzguss-Schneckenex-truder, zu einer Vielzahl von praktisch gleichmässig geformten Körpern, z.B. Kugeln, verarbeitet wird.

7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichmässig geformten Körper für die Endlagerung in einem Matrixmaterial, z. B. aus Beton, eingebettet werden.

8. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Körper in einem Behälter zur Bildung einer im wesentlichen kompakten Masse verschmolzen werden.