KR100237071B1 - 이동형 방사성 폐액 소형 제염기 - Google Patents

이동형 방사성 폐액 소형 제염기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력 발전소 관리구역에서 방사성 폐액을 신속하게 제거하는 이동형 방사상 폐액 소형 제염기(除鹽機)에 관한 것으로서, 그 특징은 활성탄 여과부, 미세 여과부 및 이온교환수지 여과부 중에서 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에 폐액을 공급하고 상기 제염기를 제어하는 폐액 공급 및 제어부와, 상기 폐액 공급 및 제어부로부터 상기 폐액을 공급받아 유기물질을 제거하는 활성탄 여과부와, 상기 폐액 공급 및 제어부 또는 상기 활성탄 여과부로부터 폐액을 공급받아 방사성 미립자를 제거하는 복수개의 미세 여과부와, 상기 폐액 공급 및 제어부, 상기 활성탄 여과부 및 상기 미세 여과부 중의 어느 하나 이상으로부터 폐액을 공급받아 방사성 이온 성분을 제거하는 이온교환수지 여과부 및 상기 활성탄 여과부, 상기 미세 여과부 및 상기 이온교환수지 여과부 중에서 상기 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에서 나오는 입자의 유출을 방지하기 위한 입자유출 방지부로 구성되는 데에 있으므로, 본 발명은 원자력 발전소 내의 각종 보수작업으로 오염된 장비와 기기들을 제염하는 기기 제염실의 폐액과 주요설비에서 배수되는 계통수뿐만 아니라 일시적으로 생성되는 고오염된 배수조의 폐액을 대용량의 폐액 탱크로 유입되기 전에 신속하게 제염함으로써 방사능 오염의 확산은 물론 환경으로의 방사능 방출을 최소화할 수 있다는 데에 그 효과가 있다.

Description

이동형 방사성 폐액 소형 제염기
제1도는 종래기술에 따른 기존의 방사성 폐액 제염설비 계통도.
제2도는 본 발명에 따른 이동형 방사성 폐액 소형 제염기의 계통도.
본 발명은 이동형 방사성 폐액 소형 제염기(除鹽機)에 관한 것으로서, 특히 원자력 발전소 관리구역에서 방사성 폐액을 신속하게 제거하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기에 관한 것이다.
일반적으로, 원자력 발전소에서는 다양한 형태의 액체 폐기물이 생성되며, 그 중에서 원자력 발전을 하고 나오는 많은 방사성 액체 폐기물을 처리하는 것이 중요한 문제가 된다.
그래서, 종래에도 원자력 발전소에서 원자력 발전을 함으로써 나오는 액체 폐기물을 처리하기 위한 제염설비들이 개발되어 사용되어 왔다.
종래의 제염설비에 대하여 설명하면 다음과 같다.
제1도는 종래 기술에 따른 기존의 방사성 폐액 제염설비 계통도이다.
제1도를 참조하여, 종래 기술에 따른 기존의 방사성 폐액 제염설비 계통을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 오염된 폐액을 제염하기 위하여 탈염수(demineralized water)로 채워진 혼합 탱크(mixing tank)(121)에 분말수지를 넣어 교반기로 혼합한다.
그 후, 필터/이온 교환기(filter/ion exchanger(precoat filter))(131)로 보내 프리코팅(precoating)하여 다음의 운전경로에 따라 폐액 탱크(111)의 물을 계속 순환하면서 제염한다.
제염 운전경로는 다음과 같다.
폐액 탱크(111) → 폐액 이송펌프(141) → 제염펌프(142) → 필터/이온 교환기(131) → 폐액 탱크(111)
필터/이온 교환기(압력용기)(131)는 900ℓ의 용량을 가진 304 SUS 압력용기의 재질을 사용하며 설계 압력과 온도는 각각 100Psig, 60℃이며 필터는 다중 촉광 필터(multiple candle fi lter)를 사용한다.
프리코트 혼합 탱크(121)는 255ℓ의 용량을 가진 304 SUS 압력용기의 재질을 사용하며 교반기는 1/4 HP의 기어 구동추진형이다.
이온교환 수지(Ecodex-X-203-H)는 분말로 되어 있으며, 1회에 10kg 씩 사용한다.
제염 펌프(142)는 초당 9ℓ의 용량을 가긴 탄소강으로 된 원심형 펌프로서 폐액 제염을 위하여 폐액을 순환시킨다.
종래의 제염설비의 성능을 검사하기 위하여 여러 차례 방사성 핵종이 함유된 폐액을 일정용량(25m3) 수집한 후에 일정시간 동안 제염설비를 운전하였다.
그 결과로 운전전의 시료와 운전후의 시료를 분석한 결과 평균 DF(제염계수)가 2.35로서 DF 제염기준인 10 이상을 만족하지 않았다.
더욱이, 상기 성능시험 결과에 따르면 폐액의 시험용 폐액의 전도도가 14.5 μ/㎝ ∼ 509 μ/cm까지 다양했으며 수질 설계기준인 2 μ/cm를 크게 초과하므로 액체 폐기물 수질에 비해 이온교환수지의 교환용량이 상당히 부족할 뿐 아니라 운전조작이 까다롭고 제염하는 데에 장시간이 소요된다는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 원자력 발전소 관리구역에서 생성되는 고 방사성 폐액과 전도도가 높은 폐액을 별도로 수집하여 신속하게 제거하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 활성탄 여과부, 미세 여과부 및 이온교환수지 여과부 중에서 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에 폐액을 공급하고 상기 제염기를 제어하는 폐액 공급 및 제어부와, 상기 폐액 공급 및 제어부로부터 상기 폐액을 공급받아 유기물질을 제거하는 활성탄 여과부와, 상기 폐액 공급 및 제어부 또는 상기 활성탄 여과부로부터 폐액을 공급받아 방사성 미립자를 제거하는 복수개의 미세 여과부와, 상기 폐액공급 및 제어부, 상기 활성탄 여과부 및 상기 미세 여과부 중의 어느 하나 이상으로부터 폐액을 공급받아 방사성 이온 성분을 제거하는 이온교환수지 여과부 및 상기 활성탄 여과부, 상기 미세 여과부 및 상기 이온교환수지 여과부 중에서 상기 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에서 나오는 입자의 유출을 방지하기 위한 입자유출 방지부로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 폐액 공급 및 제어부는, 상기 폐액을 여과하는 제1 여과수단과; 폐액 제염을 위해 소정의 유량을 공급하는 공급수단 및; 제염기의 기동 및 정지를 제어하기 위한 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 이동형 방사성 폐액 소형 제염기의 계통도로서 이를 참조하여 본 발명에 따른 이동형 방사성 폐액 소형 제염기의 계통을 설명하면 다음과 같다.
수집된 폐액은 펌프(241)를 작동시켜 먼저 활성탄 필터 컬럼(231)으로 보낸다. 활성탄 필터 컬럼(231)은 폐액의 유기물질과 미립자를 제거하여 정제된 것은 유출시키고 아직 다 정제되지 않은 것은 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233) 중의 하나에 보낸다.
제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)은 3μm 이상의 미립자를 제거한 뒤에 이온교환수지 컬럼(234)으로 보낸다.
이온교환수지 컬럼(234)은 폐액 중 방사성 이온성분을 제거한 뒤에 다시 폐액 탱크(211)로 보낸다.
본 발명에 따른 이동형 방사성 폐액 소형 제염기의 설계 사양을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 재질은 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)의 본체와 파이프 부분이 모두 동일한데, 컬럼 본체와 파이프 부분이 SUS 304로 되어 있다.
내용물 장입량은 활성탄 필터 컬럼(231)이 활성탄 35ℓ이고, 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)이 둘 다 마이크로 필터 1개이며, 이온교환수지 컬럼(234)이 이온교환수지 35ℓ이다.
설계 유량은 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)이 모두 55ℓ/분로서 동일하다.
운전 유량은 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)이 모두 45ℓ/분로서 동일하다.
설계 온도는 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)이 모두 60℃로서 동일하다.
설계 압력은 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)이 모두 100Psig로서 동일하다.
운전 압력은 활성탄 필터 컬럼(231)과 제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)과 이온교환수지 컬럼(234)이 모두 70Psig로서 동일하다.
소형 제염기는 바퀴 달린 대차 위에 소정의 기기들을 배치하여 취급 및 교체가 간편하도록 하였으며, 사용한 활성탄 및 폐수지는 처리가 용이하다.
원심펌프(241)의 운전유량은 45ℓ/분 정도이며, 통상 1000ℓ의 폐액을 2∼3회 정도 반복 제염 처리하는 데에 1시간 가량 걸린다.
활성탄 필터 컬럼(231)은 컬럼 내부의 활성탄 카트리지가 스프링이 부착된 플레이트에 수직으로 고정되어 있으며, 폐액중의 유기물질 및 미립자를 제거한다.
제1 마이크로 필터 컬럼(232)과 제2 마이크로 필터 컬럼(233)은 병렬로 설치되어 있으며, 컬럼 내부에 수직으로 고정된 환봉지지심에 미세 필터를 장착하여 상부의 캡으로 고정시키며, 직경 3μm의 미세입자까지 제거할 수가 있다.
이온교환수지 컬럼(234)의 내부는 활성탄 필터 컬럼(231)과 동일하며 폐액의 이온성분에 따라 음이온 수지와 양이온 수지 중에서 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
본 제염기는 컬럼 및 배관 내의 압력이 100 Psig(설계압력)에서도 용접부위나 기타 접합부위 등에서 누수나 변형이 없는 구조이다.
본 제염기의 여과기(strainer)는 막혔을 때에 청소가 용이한 구조이다.
각 컬럼 내부에는 1개의 활성탄 필터 카트리지와 2개의 마이크로 필터와 1개의 이온교환수지 카트리지가 각각 고정되어 있으며, 수동으로 교체가 가능하다.
상기 복수개의 미세 여과부는 병렬로 설치되어 운전중에도 필터 교체가 가능하도록 한다.
제염기의 기동 및 정지를 위한 온/오프 스위치는 콘트롤 패널에 설치되며, 구동 모터의 전원은 220V를 사용하도록 되어 있다.
본 발명에 따른 제염기의 폐액 수집조의 연결방법은 고무호스 및 Q-커낵터(Q-Connector)를 이용하여 연결이 가능하다.
제염기의 이동용 수레는 이동이 용이하고, 자체 하중에 충분히 견딜 수 있는 바퀴가 각 모서리에 부착되어 있으며, 이동용 손잡이는 전면에 부착되어 있다.
그리고 인양할 때를 고려해 각 모서리에 자체 하중에 충분히 견딜 수 있는 리프트 러그(Lift Lug)가 부착되어 있다.
제염기는 작업이 용이하도록 전체 높이는 1.8m 이내로 하고 Q-커낵터 부분은 약 1m ∼ 1.2m 높이에 부착되어 있다.
제염기의 이동형 수레에는 방사선 차폐를 위한 납담요를 걸 수 있는 울타리가 수레의 각 면에 설치되어 있으며, 필요에 따라 탈부착이 가능한 구조이다.
각 컬럼 본체와 뚜껑을 분리할 때에 볼트/너트를 풀고 뚜껑 상부에 설치된 핸들을 돌리면 용이하게 분리될 수 있는 구조이다.
컬럼 내부에 장입되는 활성탄과 이온교환수지는 카트리지 내에 장입되며 카트리지 고정은 카트리지 캡의 스프링으로 고정되어지고 마이크로 필터는 컬럼 내부에 수직으로 고정된 판봉지지심에 마이크로 필터를 장착하여 상부의 캡으로 고정되어지며 폐액은 상부에서 하부로 흘러가는 형태로 되어 있다.
그리고 각 컬럼에 장입되는 카트리지와 마이크로 필터의 재질 및 규격은 다음과 같다.
마이크로 필터는 셀룰로우즈 파이터(cellulose fiber)로 된 미디어(media)와 스테인레스 스틸(stainless steel)로 된 코어(core)로 되어 있으며 내경이 223mm이고 외경이 260mm이고 높이가 666mm이다.
활성탄 카트리지와 이온수지 카트리지는 외경이 260mm이고 높이가 666mm이며 하부는 두 겹의 다공철판(purching plate) 사이에 60 mesh 스크린이 부착되어 있으며 재질은 SUS 304, 1t이다.
컬럼 상부에는 공기 배출을 위한 밸브가 설치되어 있으며 하부에는 배수 라인이 설치되어 있다.
제염기의 전후단에는 3개의 여과기가 설치되어 있어 펌프의 보호는 물론 마이크로 필터의 교체주기를 연장시켜준다.
제염기의 각 컬럼 사이에는 총 3개의 투시경(Sigh Glass)과 1개의 유량계가 설치되어 있어 직접 유량율과 운전상태를 파악할 수 있다.
제염기의 컬럼 내부 카트리지 교체 및 보수 작업이 용이하도록 상부 플랜지 볼트는 조금 풀면 옆으로 재끼는 형으로 되어있다.
그리고, 본 발명에 따른 이동형 방사성 폐액 소형 제염기의 운전방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.
첫째로, 유기물질과 방사성 미립자와 방사성 이온성분을 함유한 폐액인 경우에는 활성탄 필터 컬럼(231)과 마이크로 필터 컬럼(232,233)과 이온교환수지 컬럼(234)을 모두 사용한다.
그래서, 폐액 수집조(211)에서 활성탄 필터 컬럼(231)으로 폐액을 보내면 활성탄 필터 컬럼(231)에서 유기물질을 제거하고 나서 마이크로 필터 컬럼(232,233)으로 보낸다.
마이크로 필터 컬럼(232,233)에서는 미립자를 제거한 후 이온교환수지 컬럼(234)으로 보낸다.
이온교환수지 컬럼(234)에서는 폐액의 방사성 이온성분을 제거한 후 다시 폐액 수집조(211)로 보낸다.
둘째로, 방사성 미립자와 방사성 이온 성분을 함유한 폐액의 경우에는 폐액이 유기물질을 함유하지 않으므로 활성탄 필터 컬럼(231)을 사용하지 않는다.
그래서, 폐액 수집조(211)에서 마이크로 필터 컬럼(232,233)으로 폐액을 보내면 마이크로 필터 컬럼(232,233)에서 미립자를 제거한 후 이온교환수지 컬럼(234)으로 보낸다.
그런 다음, 이온교환수지 컬럼(234)에서 폐액의 방사성 이온성분을 제거한 후 다시 폐액 수집조(211)로 보낸다.
셋째로, 유기물질과 방사성 미립자를 함유한 수질에서는 폐액이 이온성분을 함유하지 않으므로 이온교환수지 컬럼을 사용하지 않는다.
그래서, 폐액 수집조(211)에서 활성탄 필터 컬럼(281)으로 폐액을 보내면 활성탄 필터 컬럼(231)에서 유기물질을 제거하고 나서 마이크로 필터 컬럼(232,233)으로 보낸다.
그 후, 마이크로 필터 컬럼(232,233)에서 미립자를 제거한 후 다시 폐액 수집조(211)로 보낸다.
넷째로, 방사성 미립자만을 함유한 경우에는 마이크로 필터 컬럼(232,233)만을 사용한다.
그래서, 폐액 수집조(211)에서 폐액 수집조(211)에서 마이크로 필터 컬럼(232,233)으로 폐액을 보내면 마이크로 필터 컬럼(232,233)에서 미립자를 제거한 후 다시 폐액 수집조(211)로 보낸다.
그리고, 기존의 이동형 방사성 폐액 제염기의 축소형으로 안출된 본 발명에 따른 제염기를 제작하여 그 성능을 시험해 보았다.
시험용 폐액으로 제염폐액과 핵 기계계통 배수와 사용후의 연료 저장조 계통수 등을 각각 200ℓ씩 채취하여 본 발명에 따른 제염기의 활성탄 필터 컬럼과 마이크로 필터 컬럼과 이온교환수지 컬럼의 순으로 반복하여 통과시킨후에 제염전후의 방사능 농도를 측정하여 제염계수를 산출하였다.
총 3 차에 걸쳐서 시험하였는데, 제1 차 시험에서 사용된 이온교환수지로는 양이온 교환수지(SKN-UPC)이었으며, 제염전의 폐액의 상태는 다음과 같았다.
폐액의 종류는 제염폐액이며, 유량은 200ℓ이고, 평균 유량율은 2.7m3/h이며, 전도도는 20 μ/cm이고, 핵종별 농도는 코발트(Co)-60을 3.11×10-5μCi/cc만큼, 세슘(Cs)-137을 1.22×10-5μCi/cc만큼, 세륨(Ce)-144를 4.63×10-5μCi/cc만큼, 철(Fe)-59를 5.63 × 10-5μCi/cc만큼, 루테늄(Ru)-106을 7.62 × 10-5μCi/cc만큼 함유하고 있었다.
그래서 폐액의 총 방사능 농도는 1.72×10-4μCi/cc만큼이었다.
이 폐액을 15분간 제염하였는데, 그 결과 코발트-60이 1.65×10-6μCi/cc로, 세슘-137이 1.09×10-6μCi/cc로, 세륨-144가 3,98×10-6μCi/cc 루테늄-106이 7.86×10-6μCi/cc로서 총 방사능 농도가 1.46×10-5μCi/cc가 되어 전체적으로 크게 줄었다.
따라서 계산된 제염계수는 11.8이다.
제2 차 시험에서는 사용된 이온교환수지로 제1 차 시험과 동일한 양이온 교환수지(SKN-UPC)를 사용하였으며, 제염전의 폐액의 상태는 다음과 같다.
폐액의 종류는 핵 기계계통 배수이며 유량은 200ℓ이고, 평균 유량율은 2.5m3/h이며, 전도도는 1.5 μ/cm이고, 핵종별 농도는 코발트(Co)-60을 2.90×10-6μCi/cc만큼, 세슘(Cs)-137을 1.76×10-6μCi/cc만큼 함유하고 있었다.
그래서, 폐액의 총 방사능 농도는 4.66×10-6μCi/cc이었다.
이 폐액을 15분간 제염하였는데, 그 결과로 코발트-60과 세슘-137은 거의 검출되지 않았다.
그리하여, 계산된 제염계수는 ∞이었다.
제3 차 시험에도 사용된 이온교환수지로는 제1 차 시험과 동일한 양이온 교환수지(SKN-UPC)이었으며 제염전의 폐액의 상태는 다음과 같다.
폐액의 종류는 기사용 핵연료 저장조 계통수이며, 유량은 200ℓ이고, 평균 유량율은 2.3m3/h이며, 전도도는 1.0 μ/cm이고, 핵종별 농도는 코발트 -60을 1.6×10-6μCi/cc만큼, 세슘-134를 2.14×10-6μCi/cc만큼, 세슘-137을 5.49×10-6μCi/cc만큼, 요오드(I)-131을 5.11×10-7μCi/cc만큼 함유하고 있었다.
그래서, 폐액의 총 방사능 농도는 9.74×10-6μCi/cc이었다.
이 폐액을 20분간 제염하였는데, 그 겪과로 코발트-60과 세슘-134와 세슘-137과 요오드-131이 거의 검출되지 않았다.
그리하여, 계산된 제염계수는 ∞ 이었다.
시험결과, 전도도가 10 μ/cm인 수질조건에서도 매우 짧은 시간 내에 제염계수가 10 이상음 나타내었고, 또한 전도도가 1 μ/cm ∼ 1.5μ/cm에서는 더욱 우수한 성능을 나타내었다.
그래서, 수시로 생성되는 폐액과 회수되는 계통수 및 배수조의 방사성 폐액을 신속하게 제염처리할 수 있게 되었다.
그러므로, 상술한 바와 같은 본 발명은 원자력 발전소 내의 각종 보수작업으로 오염된 장비와 기기들을 제염하는 기기 제염실의 폐액과 주요설비에서 배수되는 계통수뿐만 아니라 일시적으로 생성되는 고오염된 배수조의 폐액을 대용량의 폐액 탱크로 유입되기 전에 신속하게 제염함으로써 방사능 오염의 확산은 물론 판경으로의 방사능 방출을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 활성탄 여과부, 미세 여과부 및 이온교환수지 여과부 중에서 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에 폐액을 공급하고 상기 제염기를 제어하는 폐액 공급 및 제어부; 상기 폐액 공급 및 제어부로부터 상기 폐액을 공급받아 유기물질을 제거하는 활성탄 여과부; 상기 폐액 공급 및 제어부 또는 상기 활성탄 여과부로부터 폐액을 공급받아 방사성 미립자를 제거하는 복수개의 미세 여과부; 상기 폐액 공급 및 제어부, 상기 활성탄 여과부 및 상기 미세 여과부중의 어느 하나 이상으로부터 폐액을 공급받아 방사성 이온 성분을 제거하는 이온교환수지 여과부; 및 상기 활성탄 여과부, 상기 미세 여과부 및 상기 이온교환수지 여과부 중에서 상기 미세 여과부를 포함한 어느 하나 이상에서 나오는 입자의 유출을 방지하기 위한 입자유출 방지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐액 공급 및 제어부는, 상기 폐액을 여과하는 제1 여과수단과; 폐액 제염을 위해 소정의 유량을 공급하는 공급수단 및; 제염기의 기동 및 정지를 제어하기 위한 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어수단은 온/오프 스위치와 표시등을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 미세 여과부는 병렬로 설치되어 운전중에도 필터 교체가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 이동형 방사성 폐액 소형 제염기.
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KR100819871B1 (ko) 2006-09-19 2008-04-07 한국원자력연구원 원자력 핫셀 내에서 원격가동이 가능한 ｐｆｃ 제염폐액여과장치

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