KR100351033B1 - 시멘타이트표면또는금속표면의오염제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘타이트 표면 또는 금속 표면에 있는 오염물의 오염 제거 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 표면에 적어도 한가지의 미생물을 상기의 미생물의 성장 조건하에 공급하는 단계; 상기 미생물의 성장 조건과 상기 표면을 원하는 깊이로 분해할 수 있도록 산 또는 다른 대사 산물의 생성을 유지하는 단계; 상기 분해를 원하는 깊이 이상으로 얻었을 때 성장을 위한 조건을 종결하는 단계; 상기 분해 생성물을 제거하는 단계; 상기 분해 생성물을 처리하는 단계; 및 상기 처리된 분해 생성물을 처분하는 단계로 이루어지며, 상기 방법은 상기의 적어도 한가지의 미생물이 시트르산을 생성하는 미생물인 것을 특징으로 한다.

Description

시멘타이트 표면 또는 금속 표면의 오염 제거 방법

원자력 산업에서 화학 공장과 원자로를 해체하는 것은 종종 시간과 비용을 요구하는 공정으로, 공장과 원자로들은 주로 밀폐된 곳으로부터 기타 비제한 용도의 개방된 부지를 차지한다. 해체는 많은 비용이 소요되므로, 해체 계획은 가능한 한 비용 효율적일 필요가 있다.

예를 들면, 원자력 반응기 또는 오염된 원자력 설비의 해체는 여러 단계로 실시된다. 첫째로, 연료 및 쉽게 접근할 수 있는 유리된 방사능 물질을 반응기와 설비에서 제거하고, 그 다음 제거된 연료와 물질들 및 관련 장치를 적합하게 오염 제거하고 분해시킨 후, 오염된 폐기 물질을 처분하고, 최종적으로 남은 건물을 파괴하고 잔해를 처분한다.

활성 생성물과 반대로, 오염물은 표면이나 예를 들면, 균열과 구멍 등의 쉽게 접근할 수 있는 부분에 위치한다.

오염 제거 기술은 해체 공정 중, 예를 들면 건물과 다른 설비를 파괴하거나재사용하기 전에 오염물을 제거하는데 사용된다. 오염 제거는 작업영역 내에서 방사능 선량 속도를 감소시킬 수 있을 뿐 만 아니라, 폐기물의 충돌을 감소시키는 효능을 가지며, 낮고 비용이 덜 드는 범주로 재분류하여 처분 비용이 적게 들 수 있도록 하는 중요한 공정이다. 콘크리트 표면과 금속 표면 등의 경우, 오염물은 노출 표면, 표면 근처 또는 접근할 수 있는 균열에 집중되므로 폐기물의 재분류가 가능하다. 따라서, 상기 표면들을 제거할 수 있다면, 대부분의 잔류 물질은 더 낮은 농도의 폐기물로 처분될 수 있다.

콘크리트 표면의 오염을 제거하는 통상적인 방법으로 산탄 발파, 스캐블링, 고압 수분류(水噴流) 분사, 레이저와 플라즈마 등의 고에너지 공정, 분쇄, 톱질, 및 폭약 등의 물리적 방법이 주로 사용되었다. 환경에 따라, 각 기술들은 나름대로의 이점을 갖는다. 그러나, 공통적인 고유 단점은 상기 기술들이 비교적 크고 다루기 어려운 부피의 폐기물을 발생시키는 점과 노동집약적이고 자원 소비가 많다는 점이다. 화학적 방법은 침식성 물질 및/또는 대량의 액체 폐기물을 사용한다.

본 발명과 동일한 소유권의 영국 특허 제 2 261 316호는 표면을 분해하기 위해 미생물을 사용하여 시멘타이트 표면의 오염을 제거하는 방법을 기재하고 있다. 상기 분해에 의해 생성된 잔류물은 순차적으로 제거된다. 상기 발명은 상기 표면을 공격하기 위해 황산을 생성하는 황-산화 박테리아의 사용에 관련되어 있다.

그러나, 상기 오염된 표면에서 제거되는 독성 물질과 미생물 또는 생체물질에서 발생하는 잔류물은 화학적으로 분리되며 단독 취급할 필요가 있다.

과거에는 금속 표면의 오염 제거가 주로 적합한 화학약품, 전기 화학약품,산탄 발파, 제거 가능한 막, 초음파, 및 세제로 표면을 세척하는 것에 한정되어 있었다.

본 발명은 시멘타이트 표면 또는 금속 표면의 오염 제거 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반드시는 아니지만, 주로 표면과 같은 원위치에서의 오염 제거에 관한 것이다.

도 1은 공급 원료를 제조하기 위해 미생물과 영양분이 함께 공급되는 본 발명에 따른 개략적인 공정계통도이다.

본 발명자들은 의외의 특정한 이점을 갖는 생물 시스템이 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따르면, 오염물을 함유하는 시멘타이트 또는 금속 표면의 오염제거 방법이 제공되며, 상기 방법은, 상기 표면에 적어도 한가지의 미생물을 상기의 미생물의 성장 조건하에 공급하는 단계; 상기 미생물의 성장 조건과 상기 표면을 원하는 깊이로 분해할 수 있도록 산 또는 다른 대사 산물의 생성을 유지하는 단계; 상기 분해를 원하는 깊이 이상으로 얻었을 때 성장 조건을 종결하는 단계; 상기 분해 생성물을 제거하는 단계; 상기 분해 생성물을 처리하는 단계; 및 상기 처리된 분해 생성물을 처분하는 단계로 이루어지며, 상기 방법은 상기의 적어도 한가지의 미생물이 시트르산을 생성하는 미생물인 것을 특징으로 한다.

상기 오염물의 침투 깊이는 최대 약 20mm일 수 있다.

미생물의 성장 조건에는 통기, 온도, 광선 및 습도 조절과 성장 유지에 적합한 영양 공급이 포함된다.

본 발명에 따르면, 발생된 산은 시트르산이다. 시트르산은 오염물의 금속 이온과 킬레이트되어 표면으로부터 오염물을 제거하는 특별한 장점을 갖는다. 대부분의 중금속 시트르산염은 수용액에 용해되고, 따라서 오염된 표면으로부터 제거된다.

시트르산은 진균류, 효모, 또는 박테리아 등의 균류를 사용하여 생성될 수 있다. 전자의 예로 아스퍼질러스 속(A 니거, A 웬티, A 카보나리우스등), 글리오클라디움 속, 트리코데르마 속, 스코풀라리오프시스 속, 파에실로마이세스 속, 페니실리움 속, 및 뮤코르 속, 사카로마이코프시스 리폴리티카, 아토박터 속, 및 로도코커스 속이 있다.

예를 들면 연강, 스테인레스 강, 구리, 알루미늄 및 지르코늄 합금 등의 금속의 생물 오염 제거의 경우에는, 유리된 오염물을 제거하는 초기 세척 과정 전후에 상기 미생물을 오염된 표면에 적용할 수 있다. 미생물은 부식 메카니즘 또는 선택 여과에 의해 오염물에서 방출된다. 또한, 상기 미생물은 균열, 틈 및/또는 과립 경계(작업 중 또는 금속 제조 중에 생성)에 있는 오염물을 방출시킬 수 있으며, 이들은 부식 또는 선택적인 침출 메카니즘에 의해 표면을 용해시키지 않는 기술에 대해 내성을 갖는 경향이 있다. 금속의 경우, 생성되어 생물 막 아래 표면에 있는 (대사에 의해 생성된 물질인) 침식성 대사 산물은 이들 표면 굴곡을 관통하는데 더 많은 시간을 필요로 한다. 따라서, 표면과 대사산물 간의 접촉 시간이 또한 증가할수록 오염 제거가 더욱 용이해진다.

적어도 한가지의 시트르산을 생성하는 미생물의 접종원은 연속 배양, 반(半) 간헐 배양 또는 간헐 배양으로 생성될 수 있다. 생물 반응기가 접종원을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 접종원은 단일 미생물 종 또는 연합 미생물 종으로 구성될 수 있다. 진균 종의 경우에는, 포자가 성숙한 포자 형성 배양물로부터 수확될 수 있고 포자 현탁액으로 제조될 수 있다. 포자 현탁액은 저온에서 장기간 보존할수 있는 이점을 갖는다. 따라서, 적합한 현탁액은 실험실의 조절된 조건하에 생성되어 오염 제거가 요구되는 부위로 운송될 수 있다.

오염을 제거시킬 표면에 미생물을 적용하기 직전에, 미생물 접종원과 적합한 영양 배지를 함께 혼합하여 공지 농도의 세포 또는 포자를 생성하였고, 상기 영양 배지는 시멘타이트 표면이나 금속 표면에서 쉽게 사용할 수 없는 영양분을 제공한다. 이 단계에서, 기본 공급물은 오염 제거될 표면에 사용할 담체 배지와 결합할 수 있다. 이러한 담체 배지에는 오염 제거될 표면에 부착되는 도료, 겔 또는 포말 매트릭스가 포함된다. 바람직하게는 상기 담체 배지에는 영양분 원(原)이 포함된다. 담체 배지의 역할은 표면에 초기 미생물의 콜로니화를 촉진하는 것이다. 미생물의 연속 성장은 담체에 영양분을 공급하고, 온도와 습도 등에 대한 적합한 환경을 충족시킴으로써 유지된다.

일부 환경에서는 이식을 돕기 위해, 오염된 표면에 산 생성 박테리아로 초기 예비 처리를 적용하는 것이 바람직하다. 이러한 예비 처리는 묽은 산의 형태 또는 미생물 배양을 형성하는 생물막의 형태일 수 있다. 생물막은 박테리아를 함유하는 층이고, 박테리아가 성장하기에 적합한 환경이다.

공급물은 다음과 같은 여러 기술에 의해 그의 담체 배지에 적용될 수 있다;

(a) 오염 제거할 구조물에, 안개 내지 제트 범위로 분무;

(b) 구조물을 플러딩(flooding) 및/또는 구조물 표면 주위에 공급물을 진동시킴(pulsing) 등과 같은 습식 및 건식 순환;

(c) 표면 상에 공급물을 점적(trickle application);

(d) 공급물이 도료 배지에 병합되도록 페인팅, 상기 페인트는 상기와 같이 분무되거나 솔질하여 도포됨;

(e) 공급물이 겔로 생성된 경우, 상기와 같이 페인팅 또는 분무가 사용될 수 있음; 또는

(f) 포말.

기초 공급물을 표면에 적용시킨 후, 산-생성 미생물 생물막이 확립될때까지 상기 과정을 유지할 필요가 있다. 일단 생물막이 확립되면, 영양분이 지속적으로 공급된다. 이와 같은 공급은 연속 방식, 반회분 방식, 또는 회분 방식일 수 있다.

예를 들면 영양분의 재순환은 가장 비용 효과적으로 물질을 이용하기에 적합하다.

오염 제거 과정 중에, 원하는 양이나 깊이의 분해를 얻을 때까지 때때로 또는 지속적으로 분해 생성물과 유출 폐기물을 제거할 필요가 있다. 선택적으로, 분해 생성물은 원하는 분해 사이클의 마지막에 제거될 수 있다.

분해 단계가 달성되면 상기 과정은 중지된다. 중지는 영양분 공급의 제거 또는 중지에 의해, 또는 열, 압력, 조사 또는 살충제의 적용에 의해 달성된다.

표면에서 분해 생성물의 제거는 진공 흡입, 스크래핑, 스캐블링, 침식발파, 세척 또는 어느 특정 환경에서 사용되는 습식 공정 또는 건식공정에 적합한 어느 기타 공지 기술에 의해 이루어질 수 있다.

죽은 생체물질, 미사용 영양분, 고체 및 액체 폐기 형성물의 처리 및 분리는 여과; 예를 들면 이온 교환, 증류와 침전과 같은 화학적 방법; 예를 들면, 생물 흡수, 생물 분해, 생물 누적 및 생물 형질 전환 등의 생물학적 방법과 같은 공지 기술에 의해 이루어질 수 있다.

처리한 생체물질의 최종 처분은 여과 속도를 감소시키는 시멘타이트 접합 등과 같은 어느 공지 기술에 의할 수 있다.

본 발명의 방법은 여러 종류의 위해(危害) 물질, 예를 들면 방사능 또는 비-방사능 중금속 종으로 오염된 표면의 오염 제거에 사용할 수 있다.

상기 금속 종에는 원자 형태, 합금 형태 또는 이온 형태의 금속 뿐만 아니라 금속 화합물 및 금속 복합체가 포함된다.

표면 오염물로 존재할 수 있고 상기 방법으로 처리할 수 있는 위해(危害) 금속 종에는 다음이 포함될 수 있다;

(i) 악티니드 또는 그 방사능 분해 생성물 또는 그의 화합물;

(ii) 핵분열 생성물;

(iii) 독성 중금속 또는 그의 화합물.

악티니드는 89 내지 104의 주기율 번호를 갖는 원자이다.

본 명세서에 사용된 "핵분열 생성물" 용어는 원자력 연료의 핵분열에서 직접 생성물로 형성된 원자와 이러한 직접 생성물에서 베타 붕괴에 의해 형성된 생성물을 언급한다. 핵분열 생성물은 Ba, Zr, Te, Cs 및 Ce 등의 원자를 포함한 셀레늄 내지 세륨 범위의 원자를 포함한다.

본 발명의 방법으로 처리된 표면상에 오염물로 존재할 수 있는 비 방사능 중금속에는 산업 공장에서 오염물로서 쉽게 발견되는 코발트, 크롬, 납, 카드뮴, 및수은 등의 독성 금속이 포함될 수 있다.

본 발명을 더욱 상세히 이해하기 위해서, 실시예를 본 발명에 따른 개략적인 공정계통도를 나타낸 첨부 도면을 참조로, 오직 설명을 위해 다음과 같이 기재하였다.

공급 원료를 제조하기 위해 미생물과 영양분을 함께 공급한다. 그리고 오염이 제거되도록 공급물을 분무, 잠수, 또는 겔 형태 등의 어느 원하는 방법으로 표면에 적용한다. 새로운 공급 원료 또는 영양분을 반복 또는 연속 적용하여 미생물의 성장을 유지하고, 열, 습도, 또는 어느 기타 인자의 적합한 환경 조건을 적용하여 필요한 산 또는 대사산물의 성장과 발생을 유지한다. 오염 제거 공정 중에 발생되는 분해 생성물은 반응 진행 동안 제거될 것이다. 공급 원료 및/또는 영양분은 반응을 유지하면서, 영양분 원에서 발생하는 비용과 오염을 최소화하기 위해 재순환된다. 분해물의 필요한 부피 또는 깊이가 달성되면, 반응은 공급 원료, 영양분의 공급을 중지하거나 박테리아 또는 균주를 말살하는 조건을 사용하여 종결시킨다. 일단 분해 반응이 멈추면, 상기 과정 중에 형성된 죽은 생체물질은 적합한 구성물을 분리 및 단리하기 위해 처리한다.

상기 예로서, 아스퍼질러스 카보나리우스 포자는 현탁제의 형태로 예비 처리된 표면에 적용되어 콘크리트의 오염을 제거하며, 여기에서 예비 처리는 수크로즈 또는 당밀 등의 탄소원과 같은 영양원 용액을 이용한다. 포자가 발아하고 균류가 성장함에 따라 생성된 시트르산은 콘크리트와 함께 불용성인 시트르산 칼슘을 형성하며, 표면에 존재하는 중금속 오염물 대부분과 함께 중금속 시트르산염을 형성한다. 가용성 오염물 시트르산염은 중금속 시트르산염의 제거에 적합한 처리 공장을 통해 증류액 순환 등에 의해 시스템에서 제거된다. 고체 분해 생성물은 상기의 공지 기술에 의해 제거할 수 있다.

Claims (12)

1. 시멘타이트 표면 또는 금속 표면의 오염물 제거 방법으로, 상기 표면에 적어도 한가지의 미생물을 상기의 미생물이 성장할 수 있는 조건하에 공급하는 단계; 상기 미생물의 성장 조건과 상기 표면을 원하는 깊이로 분해할 수 있도록 산 또는 다른 대사 산물의 생성을 유지하는 단계; 상기 분해를 원하는 깊이 이상으로 얻었을 때 상기 성장 조건을 종결하는 단계; 상기 분해 생성물을 제거하는 단계; 상기 분해 생성물을 처리하는 단계, 및 상기 처리된 분해 생성물을 처분하는 단계로 이루어지며, 상기 방법은 상기의 적어도 한가지의 미생물이 시트르산을 생성하는 미생물인 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 시트르산이 A 니거, A 웬티, A 카보나리우스 등의 아스퍼질러스 속, 글리오클라디움 속, 트리코데르마 속, 스코풀라리오프시스 속, 파에실로마이세스 속, 페니실리움 속, 및 뮤코르 속, 사카로마이코프시스 리폴리티카, 아토박터 속, 및 로도코커스 속으로 이루어진 군에서 선택된 진균류에서 생성되는 것인 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 시트르산이 효모에서 생성되는 것인 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한가지의 항에 있어서, 접종원이 상기의 오염제거될 표면에서 떨어진 곳에서 제조되는 것인 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 접종원이 상기 표면에 적용되기 전에, 공급 원료를 형성하기 위해 영양 배지와 혼합되는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 접종원 또는 상기 공급 원료가 담체 배지와 병합되는 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 담체 배지가 도료 또는 포말 중에서 선택되는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 표면이 콜로니화를 자극하기 위해 시트르산 생성 미생물로 예비 처리되는 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 예비 처리가 미생물 배양을 형성하는 생물막 형태인 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 표면이 시트르산으로 예비 처리되는 방법.
11. 제 8항에 있어서, 상기 표면이 탄소원으로 예비 처리되는 방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 시트르산을 생성하는 적어도 한가지의 미생물이 분무, 플러딩, 점적, 및 도포로 이루어진 군에서 선택되는 기술에 의해 표면에 적용되는 방법.

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