KR100352869B1

KR100352869B1 - 붕소 함유 폐액의 처리 방법과 처리 장치

Info

Publication number: KR100352869B1
Application number: KR1020000004023A
Authority: KR
Inventors: 도요하라마수미쓰; 사또다쓰아끼; 노다데쓰야; 스즈끼노리꼬; 다까마쓰요시나리
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2002-09-16
Also published as: US6448461B1; KR20000053644A; CN1262513A; CN1122284C; TW452803B

Abstract

본 발명에 의하면, 폐액 라인의 막힘을 방지하고, 건조기로의 폐액의 공급성을 향상하고, 인-드럼 믹싱법을 가능하게 하고, 시멘트 고화체의 강도를 높이는 붕소 함유 폐기물의 처리 방법과 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 붕소 함유 폐액에, 알칼리 금속 원소 화합물 및 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가하는 공정과, 그 다음에 상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 공정을 가지고, 상기 알칼리 금속 원소 화합물 또는 알칼리 토금속 원소 화합물 중 어느 하나의 첨가시부터 상기 건조 분체화까지 사이의 상기 붕소 함유 폐액의 온도를, 붕소와 알칼리 금속을 포함하는 화합물 및 붕소와 알칼리 토금속을 포함하는 화합물의 석출 온도 이상으로 유지하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법에 관한 것이다.

Description

붕소 함유 폐액의 처리 방법과 처리 장치{PROCESSING METHOD OF WASTE CONTAINING BORON AND DEVICE THEREFOR}

본 발명은 붕소 함유 폐기물의 처리 방법과 처리 장치에 관한 것이고, 특히 원자력 발전소 등의 운전이나 개조 또는 해체에서 발생하는 중 혹은 저레벨의 붕소함유 방사성 폐기물의 처리 방법 및 붕소 함유 방사성 폐기물의 처리 장치에 관한 것이다.

붕소 함유 폐기물, 예를 들면 가압수형 원자력(PWR) 발전소 등의 각종의 방사성 물질을 취급하는 시설에서 배출된다. 이러한 폐기물(농축 폐액 등) 중에는 방사성 핵종을 포함하는 붕산이 포함되기 때문에, 최종적으로 성분을 시멘트 등으로 고정화할 필요가 있다. 그렇지만, 붕산은 시멘트의 고화를 방해하기 때문에, 시멘트 중에 첨가할 수 있는 붕산 양에는 한계가 있고, 예를 들면 200L의 시멘트 고화체 1개 당에 고화할 수 있는 붕산의 중량은 약 1Okg 정도에 지나지 않고, 폐기물 고화체의 양이 많은 것이 문제가 되고 있다. 이 붕산이 시멘트의 경화를 방해하는 메카니즘은 시멘트의 주성분인 Ca가 폐액 중의 붕산과 반응하여 생성하는 붕산 칼슘 화합물의 막이 시멘트 입자의 표면을 덮어, 수화 반응의 진행을 정지시키기 때문이라고 생각되고 있다.

폐기물 고화체의 양을 저감하는 방법으로서는, 농축 폐액 중 붕산을 미리 불용화하고, 시멘트와 혼합할 때에 반응하지 않도록 하는, 예를 들면 농축 폐액 중에 미리 칼슘 화합물을 첨가하여 붕산을 불용성인 붕산 칼슘으로 하는 방법이 제안되어 있다. 특개소 59-12399호 공보에는, 약 70℃의 농축 폐액에 수산화 칼슘 등의 칼슘 화합물을 첨가하여, 40℃ 이하의 온도에서 숙성하고, 붕산 칼슘의 입자를 석출하고, 이 석출 입자를 분리하여 시멘트 고화시키는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의하면, 단순히 농축 폐액을 시멘트에 혼합하여 고화하는 경우에 비하여, 폐기물 고화체의 발생량을 1/3 ~ 1/7로 저감할 수 있다. 또, 특개소 59-18498호 공보에는, 이 숙성한 석출물을 건조기로 건조시켜 분체로 하고, 이 분체를 고화하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 특개평 1O-132997호 공보에는 고온의 슬러리 채로 건조기에 의해 분체화함으로써, 얻어지는 시멘트 고화체의 강도를 높이고, 폐기물 고화체의 발생량을 저감하는 방법이 개시되어 있다. 건조기로서는 전열 효율이 지극히 높고, 기기 구성을 간단하게 할 수 있는 수직형 박막 건조기의 사용이 제안되어 있다.

그렇지만, 이들의 방법으로는, 붕산 칼슘의 침강, 퇴적에 의해 폐액 라인(특히, 건조기까지의 배관의 왜곡부, 유량계, 펌프 체류부, 각 접속부)이 막혀 버리는 문제가 있다. 또, 붕산 칼슘의 석출물을 시멘트와 혼련할 때에는, 설비 비용, 운전 비용 저감의 관점에서 방사성 폐기물 고화 용기 중에서 혼련하는 방법, 소위 인-드럼(in drum) 믹싱법의 적용이 요망되지만, 혼련물의 점도의 높이에 의한 혼련 불량 때문에, 분말이 그대로 남아 실용화할 수 없었다. 또, 인-드럼 믹싱에 있어서 구동력을 높여 혼련력을 강화하여도, 혼련물의 비산, 혼련물의 와동(vortex)의 고려로부터, 저장 용기의 60 ~ 70%까지 밖에 혼련물이 들어가지 않고, 결과적으로 폐기물 발생량이 증대되는 문제가 있었다. 그 때문에 전용의 혼련기를 이용하지 않을 수 밖에 없어, 설비 비용, 운전 비용이 높아지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하려고 하는 것으로서, 본 발명은 폐액 라인의 막힘을 방지하고 건조기로의 폐액의 공급성을 향상한 붕소 함유 폐액의 처리 방법과 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 더욱이 본 발명은 붕소 함유 분체와 시멘트계 분체와의 혼련시의 점도를 저하시킴으로써 인-드럼 믹싱법을 가능하게 하고, 게다가 시멘트 고화체의 강도를 높이는, 붕소 함유 분체의 처리 방법과 처리 장치를 제공하는 것에 있다.

도1은 본 발명에 관한 붕소 함유 폐액의 처리 방법을 나타내는 순서도.

도2는 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 시험예1-1에 있어서의, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화(Na/B 몰비=0)를 나타내는 그래프.

도3은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 시험예1-1에 있어서의, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화(Na/B 몰비=0.1)를 나타내는 그래프.

도4는 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 시험예1-1에 있어서의, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화(Na/B 몰비=0.2)를 나타내는 그래프.

도5는 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 시험예1-1에 있어서의, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화(Na/B 몰비=0.35)를 나타내는 그래프.

도6은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 시험예1-1에 있어서의, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화(Na/B 몰비=0.5)를 나타내는 그래프.

도7은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리에 관계되는 시험예1-2에 있어서의 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화에의 영향을 나타내는 그래프.

도8은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리에 관계되는 시험예1-2에 있어서, 알칼리 토금속 화합물의 다른 예에 의한 불용성 붕산염의 침강률 경시 변화에의 영향을 나타내는 그래프.

도9는 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 장치의 시험예2-1을 나타내는 시스템 계통도.

도10은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 장치의 시험예2-2를 나타내는 시스템 계통도.

도11은 붕소 함유 폐기물의 Ca/B 몰비에 의한 시멘트 혼련물의 점도 변화를 나타내는 그래프.

도12는 붕소 함유 폐기물의 Ca/B 몰비에 의한 시멘트 고화물의 강도 변화를 나타내는 그래프.

도13은 붕소 함유 폐액을 60℃ 이하에서 보관 유지한 후, 건조하여 시멘트와 혼련한 것의 점도를 나타내는 그래프.

도14는 붕소 함유 폐액을 60℃ 이하에서 보관 유지한 후, 건조하여 시멘트와 혼련하여 고화한 것의 강도를 나타내는 그래프.

도15는 붕소 함유 폐액의 처리 장치의 시스템 계통도.

도16은 다른 붕소 함유 폐액의 처리 장치의 시스템 계통도.

도17은 다른 붕소 함유 폐액의 처리 장치의 시스템 계통도.

도18은 혼화제의 첨가량에 의한 시멘트 혼련물의 점도 변화를 나타내는 그래프.

[부호의 설명]

1 붕산 함유 폐액 2 가열 처리

3 알칼리 금속 원소 화합물 4 알칼리 토금속 화합물

5 건조 처리 6 건조 분체

7 폐액 탱크 8 붕산 폐액

9 알칼리 금속 원소 화합물 탱크 10 알칼리 토금속 화합물 탱크

11 교반기 12 히터

13 건조기 14 폐액 라인

15 가열기 16 온도 제어기

17 유량계 18 액체 공급 펌프

19 건조기 수용기 20 가진기

31 가열 장치 32 방사성 폐액 저장 탱크

33 알칼리 금속 화합물 용액 탱크 34 알칼리 토금속 화합물 저장조

35 수직형 박막 건조기 36 건조 분체 저장조

37 건조 분체 계량조 38 방사성 폐기물 저장 용기

39 혼련 블레이드 40 시멘트 싸일로

41 시멘트 계량조 42 저장 용기 계량기

본 발명자들은 붕소 함유 폐액에, 알칼리 토금속 원소 화합물 뿐만 아니라, 알칼리 금속 원소 화합물을 첨가하여, 고온에 보관 유지함으로써, 폐액 라인의 막힘을 방지하고 건조기로의 폐액의 공급성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다. 더욱이 본 발명자들은, 이 본 발명의 방법 등의 방법에 의해 얻어진 붕소 함유 분체가 혼화제를 함유하는 시멘트계 분체와의 혼련시의 점도를 저하시키고, 인-드럼 믹싱법을 가능하게 하고, 게다가 시멘트 고화체의 강도를 높이는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

따라서, 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법은 붕소 함유 폐액에, 알칼리 금속 원소 화합물 및 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가하는 공정과, 그 다음에 상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 공정을 가지고, 상기 알칼리 금속 원소 화합물 또는 알칼리 토금속 원소 화합물 중 어느 하나의 첨가시부터 상기 건조 분체화까지 사이의 상기 붕소 함유 폐액의 온도를, 붕소와 알칼리 금속을 포함하는 화합물 및 붕소와 알칼리 토금속을 포함하는 화합물의 석출 온도 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 붕소 함유 폐기물의 처리 방법은 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체와, 시멘트계 고화재와, 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제와, 물을 혼련하여 고화하는 것을 특징으로 한다.

더욱이 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 장치는, 붕소 함유 폐액의 저장 수단과, 알칼리 금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 알칼리 토금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단과, 상기 붕소 함유 폐액의 온도를 조절하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 붕소 함유 폐기물의 처리 장치는, 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 시멘트계 고화재를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 물을 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 상기 혼련용 용기 중에서, 상기 붕소 함유 분체와 시멘트계 고화재와 혼화제와 물을 혼련하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

[발명의 실시 형태]

폐액 처리 방법

(붕소 함유 폐액)

본 발명의 폐액 처리 방법에 있어서 처리되는 붕소 함유 폐액는, 특히 한정되지 않지만, 전형적으로는, 방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산을 포함하는 폐액이다.

(알칼리 금속 원소 화합물)

본 발명의 폐액 처리 방법에 있어서는, 알칼리 금속 원소 화합물을 첨가하는 것을 특징으로 한다. 첨가 후의 알칼리 금속 원소 화합물의 양은 붕소에 대해 바람직하게는 몰비로 O.2 이상, 보다 바람직하게는 0.2 ~ 0.5로 한다. 처리되는 붕소 함유 폐액에는, 폐액 처리 이전의 첨가에 의해 알칼리 금속 원소 화합물이 포함되는 것이 있지만, 그 경우는, 알칼리 금속 원소 화합물이 붕소에 대해 바람직하게는 몰비로 0.2 이상이면 또 다시 첨가를 하지 않을 수도 있고, 본 발명은 그러한 경우를 포함한다.

알칼리 금속 화합물로서는, 예를 들면, 나트륨의 수산화물, 황산 화합물, 초산 화합물 및 칼륨의 수산화물, 황산 화합물, 초산 화합물을 들 수 있다.

붕소 함유 폐액에 칼슘 등의 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가할 때, 나트륨 등의 알칼리 금속 화합물을 첨가하면, 석출물의 침강이 억제되고, 배관 내에서의 폐색의 가능성이 작아진다. 또한, 알칼리 금속 화합물의 첨가는 침강 방지의 관점뿐이 아니라, 폐기물 발생량의 저감이나 고화체의 물성 향상도 기대할 수 있다. 그 이유로서는, 알칼리 금속 화합물 첨가에 의해 폐액의 점성이 상승되는 것이나, 폐액의 밀도가 높아지는 것, 또 알칼리 금속 화합물 이온의 존재에 의해 석출물의 입자의 표면 전위가 강하게 되고, 서로 반발하는 효과에 의한 것이라고 생각된다.

(알칼리 토금속 원소 화합물)

본 발명의 폐액 처리 방법에 있어서는, 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가하는 것을 특징으로 한다. 첨가 후의 알칼리 토금속 원소 화합물의 양은, 바람직하게는 붕소에 대해 몰비로 O.2 ~ O.8, 보다 바람직하게는 0.2 ~ 0.7로 한다.

또, 알칼리 금속 원소 화합물을 먼저 첨가하여 용해시킨 후에 알칼리 토금속 화합물을 첨가하여 용해시키면 석출물 침강의 억제 효과의 점에서 바람직하다.

알칼리 토금속 화합물로서는, 예를 들어 칼슘의 수산화물, 황산 화합물, 초산 화합물 및 마그네슘의 수산화물, 황산 화합물, 초산 화합물을 들 수 있다.

(건조 분체화하는 공정)

본 발명의 폐액 처리 방법에 있어서는 건조 분체화 공정을 포함하지만, 바람직하게는 이 건조 공정을 건조기를 이용하여, 보다 바람직하게는 수직형 박막 건조기를 이용하여 행한다.

(붕소 함유 폐액의 온도)

본 발명에 있어서는, 알칼리 금속 원소 화합물 또는 알칼리 토금속 원소 화합물 중 어느 하나의 첨가시부터 상기 건조 분체화까지 사이, 붕소 함유 폐액의 온도를, 붕소와 알칼리 금속과의 화합물의 석출 온도(숙성 온도) 이상으로 또한 붕소와 알칼리 토금속과의 화합물의 석출 온도(숙성 온도) 이상으로 유지한다. 바람직하게는, 붕소 함유 폐액의 온도를 60℃ 이상, 보다 바람직하게는 폐액의 온도를 80℃ 이상으로 유지한다. 이와 같이 온도를 고온으로 유지함으로써, 폐액 중에 분산한 붕산 칼슘 석출물이 숙성하여 거대 입자가 되는 것에 의해 생기는, 배관 내에 존재하는 저유속부에서의 침강, 배관에의 부착에 의한 저항의 증대, 배관의 폐색을 방지할 수 있다.

(바람직한 형태의 순서도)

도1은 본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 하나의 바람직한 형태를 설명하는 순서도이다. 이 형태에 있어서는, 원자력 발전소 등으로부터 발생하는 붕산 주성분의 방사성 붕산 함유 폐액(1)를 80℃ 이상의 온도로 가열(2)한 후, Na나 K와 같은 알칼리 금속 원소 화합물(3)을 첨가하여 폐액(1)를 중화하고, 또한, Ca나 Mg와 같은 알칼리 토금속 화합물(4)을 첨가하여 주성분인 붕산을 불용화한다. 그리고, 얻어지는 불용성의 붕산 화합물을 포함하는 폐액(불용성 붕산 폐액)를 상기 온도를 유지하면서 건조기에 공급하여 건조 처리(5)하고, 건조 분체(6)로서 용적을 축소한다. 이 건조 분체(6)는 시멘트계의 고화재와 함께 고화할 수 있다.

붕소 함유 폐기물(분체)의 처리 방법

(붕소 함유 폐기물의 처리)

본 발명의 붕소 함유 폐기물의 분체는, 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 것이고, 예를 들어 붕산 칼슘과 붕산 나트륨으로 되는 것, 바람직하게는 알칼리성의 분체이다. 또 본 발명은, 이 분체와, 시멘트와, 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제를 조합하는 것에 특징이 있다. 본 발명에서는, 이 조합에 의해서, 혼화제의 점도 저하의 효과를 충분히 얻을 수 없었던 종래의 붕소 함유 폐기물과 다르고, 예상 외로 혼화제의 효과를 충분히 발휘시킬 수 있다. 이 조합에 의해서, 붕소 함유 폐기물과 시멘트계 고화재와의 혼련시의 유동성이 높아지고, 매우 관대한 조건으로 혼련이 가능해지고, 비로서 인-드럼 믹싱이 가능해진다. 또, 고화 후의 시멘트의 강도가 높아지는 효과도 있다.

(붕소 함유 분체)

본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 처리되는 분체를 상기 붕소 함유 폐액의 처리 방법에 의해 얻어진 붕소 함유 분체로 한다. 상기 방법에 의한 경우, 바람직하게는 폐액을 80℃ 이상으로서 건조기에 공급함으로써, 혼련시의 유동성 향상, 고화 후의 물성 향상 효과가 높아진다. 또한, 조작이 도중에서 중단하는 사태, 예를 들면 일직 종료나 점심 시간, 혹은 만일의 사고로 폐액의 온도가 저하된 경우에서도, 재차 폐액을 80℃ 이상으로 가열하면, 상기 효과가 인정된다.

또한, 시멘트계 고화재는 미리 폐기물 저장 용기에 수납하여 고화 시설에 반입하면, 방사선 관리 구역에서의 작업 뿐만 아니라, 호퍼(hopper)나 계량기와 같은 기기류를 관리 구역에 설치할 필요가 없어, 건물 용적을 저감할 수 있고, 방사성 폐기물 처리에 관계되는 비용을 대폭적으로 저감할 수 있는 효과가 있다. 또 건조 분체의 폐기물 저장 용기로의 첨가는, 전용의 계량조와 계량기를 사용하는 것도 가능하지만, 폐기물 저장 용기의 중량 계량에 의한 제어도 가능하며, 이 경우는 계량조 및 계량기를 생략할 수 있는 효과가 있다.

(시멘트계 고화재)

본 발명에 있어서 붕소 함유 폐기물을 고화하기 위해서 이용되는 시멘트계 고화재는, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 포틀랜드 시멘트 단독, 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그의 혼합물 및 포틀랜드 시멘트와 플라이 에쉬의 혼합물을 들 수 있다.

시멘트계 고화재의 공급에 있어서는, 예를 들면 방사성 폐기물 처리 설비에 설치된 시멘트계 고화재 싸일로로부터 폐기물 저장 용기 중에 시멘트계 고화재를 공급하는 방법, 폐기물 저장 용기 중에 미리 고화에 필요한 양의 시멘트계 고화재를 공급하는 방법을 들 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 폐기물 저장 용기 중의 시멘트계 고화재는 상기 방사성 폐기물 처리 설비 이외의 시설에서 계량 첨가된 후, 상기 방사성 폐기물 처리 시설에 반입한다. 이와 같이, 시멘트계 고화재를 미리 폐기물 저장 용기에 수납하여 고화 시설에 반입하면, 방사선 관리 구역에서의 작업 뿐만 아니라, 호퍼나 계량기와 같은 기기류를 관리 구역에 설치할 필요가 없어, 건물 용적을 저감할 수 있고, 방사성 폐기물 처리에 관계되는 비용을 대폭적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.

(시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제)

시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제로서는, 일반적으로 이용되는 것도 좋지만, 붕산을 알칼리 금속 원소 화합물 및 알칼리 토금속으로 전처리하여 알칼리성을 띤 입자로 전환했기 때문에, 이에 의한 효과가 있다는 이유에 의하여, 바람직하게는 인산 나트륨, 탄산 칼륨, 인산 유리, 리그닌 설폰산, 카본산 및 나프탈린 설폰산 포름알데히드를 들 수 있다.

이 혼화제는, 상기 시멘트계 고화재 100 중량부에 대해 0.5 중량부 이상으로 하면, 인-드럼 믹싱을 바람직하게 할 수 있다.

(혼련)

본 발명에 있어서 시멘트계 고화재와 붕소 함유 폐기물과의 혼련은 전형적으로는 폐기물의 저장 용기 중에서 하지만, 폐기물의 저장 용기 이외의 용기나 장치에서 혼련하는 것을 배제하는 것이 아니다. 폐기물의 저장 용기로서는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 드럼 통일 수 있다.

(순서)

본 발명에 있어서 시멘트계 고화재와 붕소 함유 폐기물과의 혼련의 순서는 특히 한정되는 것이 아니지만, 바람직하게는, 시멘트계 고화재와 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제와 물을 혼련하여 시멘트 슬러리를 제조하고, 이 시멘트 슬러리 중에, 붕소 함유 폐기물(분체)을 투입한 후 시멘트를 고화시킨다. 보다 바람직하게는, 혼화제와 상기 시멘트계 고화재를 미리 혼합하고, 그 후 혼련을 한다. 이 조작에 의해 슬러리의 점성은 매우 작게 되는 한편, 혼화제는 슬러리 중에 균질하게 또한 용이하게 분산된다.

폐액 처리 장치

(붕소 함유 폐액의 처리 장치)

본 발명의 붕소 함유 폐액의 처리 장치는, 적어도, 붕소 함유 폐액의 저장 수단과, 알칼리 금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 알칼리 토금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단과, 상기 붕소 함유 폐액의 온도를 조절하는 수단을 구비하고 있다.

(붕소 함유 폐액의 저장 수단)

본 발명의 붕소 함유 폐액의 저장 수단은 붕소 함유 폐액을 저장할 수 있는 용기이면 한정되지 않지만, 예를 들면 방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산 폐액을 저장하는 폐액 탱크이고, 바람직하게는 이하에 기재하는 각종의 수단이 장착되어 있는 것이다.

(알칼리 금속 화합물의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 알칼리 금속 화합물의 공급 수단은 특히 한정되지 않고, 단순한 알칼리 금속 화합물을 넣는 용기이어도 좋지만, 바람직하게는 폐액 탱크에 접속한 알칼리 금속 원소 화합물 탱크로 한다.

(알칼리 토금속 화합물의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 알칼리 토금속 화합물의 공급 수단은 특히 한정되지 않고, 단순한 알칼리 토금속 화합물을 넣는 용기이어도 좋지만, 바람직하게는 폐액 탱크에 접속한 알칼리 토금속 원소 화합물 탱크로 한다.

(붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단)

본 발명에 있어서, 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단은 특히 한정되지 않고, 배치식의 건조 장치인 것도 가능하지만, 바람직하게는 폐액 라인에 접속한 건조기, 보다 바람직하게는, 수형 박막 건조기로 한다.

(붕소 함유 폐액의 온도 조절 수단)

본 발명에 있어서, 붕소 함유 폐액의 온도 조절 수단은 특히 한정되지 않고, 저장 수단이나 폐액 라인의 외부에서 온도 조절을 하는 방법, 분위기 전체를 가열하는 방법, 폐액 내에 온도 조절 수단을 삽입하는 방법 등이어도 좋지만, 바람직하게는 붕산 폐액 내에 가열 장치를 삽입하여 온도 제어하는 온도 제어기로 한다.

(폐액 라인)

본 발명에 있어서는, 반드시 폐액 라인은 필요하지 않지만, 바람직하게는, 붕소 함유 폐액 탱크와 건조기를 폐액 라인으로 접속한다. 이 폐액 라인은 바람직하게는 건조기에 접속하기까지, 수평면에 대해 평행 또는 하향 구배로 접속한다. 또, 이 폐액 라인은 건조기에 들어가기까지, 동일한 구경, 또는 상기 건조기 방향을 향하여 큰 구경이 되도록 형성한다. 이와 같이 함으로써, 폐액의 체류를 없애고, 침전 생성이나 배관 막힘을 더 효율적으로 방지할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서 설치할 수 있는 폐액 라인에는, 더욱이 유량계, 온도 제어기(가열기), 액체 공급 펌프 및 가진기의 1종 이상을 마련하는 것이 바람직하다. 이들 중, 유량계는, 바람직하게는 폐액 탱크로부터 유출하는 폐액의 유량을 비접촉으로 측정하는 것, 보다 바람직하게는 전자 유량계로 한다. 액체 공급 펌프는 바람직하게는 스크류 펌프, 가진기는 바람직하게는 초음파 발진기로 한다. 또, 바람직하게는 온도 제어기(가열기)는, 폐액 라인 내에 요철을 형성하지 않는 형태로 한다. 이들은, 석출물을 폐액 중에 안정하게 분산시켜 침강을 억제하여 관 중의 폐색을 방지하는데 유효하고, 특히 가진기를 설치하여 폐액 유체에 진동을 주는 것은, 석출물의 분산성을 높여서 입자의 거대화를 방지하거나, 만일 침강한 입자를 다시 유체 중에 분산시키는데 유효하다. 이와 같이 유량계나 펌프의 구조가 유체 통로에 저항을 만드는 일이 없도록 전자 유량계로 하거나, 스크류 펌프로 함으로써, 석출물의 숙성에 의한 거대화를 방지할 수 있고, 입자를 유체 중에 분산 침강을 일으키지 않고, 더욱이 침강한 입자를 재차 유체 중에 분산할 수 있고, 배관 폐색이 없는 극히 신뢰성의 높은 붕소 함유 폐액의 처리 장치를 제공할 수 있게 된다.

붕소 함유 폐기물의 처리 장치

(붕소 함유 폐기물의 처리 장치)

본 발명의 붕소 함유 폐기물(고체상, 바람직하게는 분체상의 것)의 처리 장치는, 적어도 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 시멘트계 고화재를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제를 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 물을 혼련용 용기에 공급하는 수단과, 혼련용 용기 중에서, 붕소 함유 분체와 시멘트계 고화재와 혼화제와 물을 혼련하는 수단을 구비한 것이다. 이하 이들에 대하여 설명한다.

(붕소 함유 분체의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체(붕소 함유 분체)의 공급 수단은 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 붕소 함유 분체를 저장하는 저장조, 바람직하게는 하부에 배출구가 있는 것으로 한다.

(시멘트계 고화재의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 시멘트계 고화재의 공급 수단은 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 시멘트계 고화재를 저장하는 저장조, 바람직하게는 하부에 배출구가 있는 것으로 한다.

(혼화제의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 혼화제의 공급 수단은 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 혼화제를 저장하는 저장조, 바람직하게는 하부에 배출구가 있는 것으로 한다.

(물의 공급 수단)

본 발명에 있어서, 물의 공급 수단은 통상 이용되는 것이면 특히 한정되지 않는다.

(혼련용 용기)

본 발명에 있어서, 혼련용 용기는 특히 한정되지 않고, 전용의 혼련용 용기인 것도 가능하지만, 바람직하게는, 폐기물 저장 용기 그것, 예를 들면 드럼 통으로 한다.

(혼련 수단)

본 발명에 있어서, 혼련 수단은 특히 한정되지 않고, 전용의 혼련기를 이용하는 것도 배제되지 않지만, 바람직하게는, 인-드럼 믹싱이 가능한 폐기물 저장 용기 중의 물질을 혼련하는 혼련 블레이드를 들 수 있다.

(붕소 함유 분체의 생성 수단)

본 발명의 붕소 함유 폐기물 의 처리에 있어서의 붕소 함유 분체의 생성 수단은, 예를 들면 상기와 같이, 붕소 함유 폐액의 저장 수단과, 알칼리 금속 원소 화합물을 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 알칼리 토금속 원소 화합물을 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과, 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단과, 붕소 함유 폐액의 온도를 조절하는 수단으로 될 수 있다. 시멘트 고화체의 제조까지 포함하면, 구체적으로는 예를 들면, 적어도 방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산 폐액을 저장하는 폐액 탱크와, 이 폐액 탱크에 접속한 알칼리 금속 원소 화합물 탱크와, 이 폐액 탱크에 접속한 알칼리 토금속 화합물 탱크와, 붕산 폐액을 가열하여 온도 제어하는 온도 제어기와, 폐액 탱크에 접속한 폐액 라인과, 탱크로부터의 용액을 받는 수직형 박막 건조기와, 이 건조기와 폐액 탱크를 접속하는 폐액 라인에 설치된 유량계, 가열기 및 액체 공급 펌프와, 건조기로부터 발생하는 건조 분체를 저장하는 저장조와, 저장조로부터의 건조 분체를 받는 방사성 폐기물 저장 용기와, 혼화제를 첨가하는 저장조와, 폐기물 저장 용기 중의 물질을 혼련하는 혼련 블레이드로 될 수 있다.

[실시예]

본 발명의 실시의 형태의 예를 도면을 이용하면서 설명한다.

붕소 함유 폐액의 처리

도1은 본 발명에 관한 붕소 함유 폐액의 처리 방법의 형태를 설명하기 위한 순서도이다. 본 형태에 있어서는, 원자력 발전소 등으로부터 발생하는 붕산 주성분의 방사성 붕산 함유 폐액(1)를 80℃ 이상의 온도로 가열(2)한 후, Na나 K와 같은 알칼리 금속 원소 화합물(3)을 첨가하여 폐액(1)를 중화하고, 더욱이 Ca나 Mg와 같은 알칼리 토금속 화합물(4)을 첨가하여 주성분인 붕산을 불용화한다. 그리고, 얻어지는 불용성의 붕산 화합물을 포함하는 폐액(불용성 붕산 폐액)를 상기 온도를 유지하면서 건조기에 공급하여 건조 처리(5)를 하고, 건조 분체(6)로서 용적 축소한다. 이 건조 분체(6)는 시멘트계의 고화재와 함께 시멘트 고화체로 한다.

다음에, 본 발명의 시험예에 대해서 설명한다.

(폐액 처리의 시험예 1 - 실험실 레벨에서의 시험)

<시험예1-1>

붕산을 물에 용해하고, 붕소(B) 농도로서 21000ppm으로 조정하고, 이것을 모의 폐액로 하였다. 그 다음에 이 모의 폐액을 80℃로 가열한 후, 알칼리 금속 원소 화합물로서 수산화 나트륨을 첨가하고, 계속하여 알칼리 토금속 화합물로서 수산화 칼슘을 첨가하여 불용성의 붕산 폐액을 얻었다.

이 불용성 붕산염 폐액을 1OOml 메스실린더에 투입하여 정치하고, 이 때의 불용성 붕산염 침강의 침강률에 대해서, Na/B 몰비와 Ca/B 몰비를 파라미터로서 얻은 결과를 표1에 모아서 나타낸다. 정치 시간은 60분간으로서, 이 사이 정기적으로 침강 표면의 높이를 측정하였다. 또, 폐액는 정치 중에도 80℃의 온도를 유지하도록 하였다.

표1은, 첨가재의 첨가율을 바꾼 경우의 정치 시간과의 관계를 시험예1 ~ 5에 대해서, 각각 1로부터 5까지 세분화하여 나타내고 있다.

또한, 실제의 장치에 있어서는, 예를 들면 폐액을 40L/h의 유량으로 내경 16.1 mm의 배관 1.5m를 이송하고 있고, 이 이송 시간은, 약 30초간이다. 이 사이에 석출물을 극력 침강시키지 않으면서 공급하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 침강률의 기준은, 30초간에서 95% 이상으로 하였다.

먼저, 수산화 나트륨을 첨가하지 않았던 경우, 즉 Na/B 몰비가 0인 경우에, Ca/B 몰비를 파라미터로 한 때의 침강률을 그래프로서 도2에 나타낸다. 불용성 붕산염의 석출물은, 정치 후 30초간에서 초기의 약 80% 이하의 높이까지 침강하고, 약 1 ~ 3분간에서 완전히 침강하였다.

계속하여, Na/B 몰비가 0.1인 경우에, Ca/B 몰비를 파라미터로 한 때의 침강률을 도3에 나타낸다. 결과는, Na/B 몰비가 0인 경우와 거의 동등하고, 석출물은 정치 후 약 30초간에서 초기의 약 80% 이하의 높이까지 침강하고, 약 1 ~ 3분간에서 완전히 침강하였다.

계속하여, Na/B 몰비가 0.2인 경우에, Ca/B 몰비를 파라미터로 한 때의 침강률을 도4에 나타낸다. 결과는 상기의 경우와 약간 다르고, Ca/B 몰비를 0.2 이상으로 한 경우, 정치 후 30초간에 있어서도 95% 이상의 침강률이었다. 또, 그 후의 침강 속도도 상기보다 늦고, 석출물이 완전히 침강하여 침강률이 안정될 때까지 약 10분간의 시간이 필요하였다.

계속하여, Na/B 몰비를 0.35로 한 경우, Ca/B 몰비를 파라미터로 한 때의 침강률을 도5에 나타낸다. Ca/B 몰비를 0.2 이상으로 한 경우, 역시 침강 속도가 늦고, 30초간 정치 후도 95% 이상의 침강률을 유지하고 있었다. 또, 석출물이 완전히 침강하여 침강률이 안정될 때까지 약 20 ~ 30분의 시간을 필요하기에 이르렀다.

계속하여, Na/B 몰비를 0.5로 한 경우, Ca/B 몰비를 파라미터로 한 때의 침강률을 도6에 나타낸다. Ca/B 몰비를 0.2 이상으로 한 경우, 역시 침강 속도가 늦고, 30초 정치 후도 95% 이상의 침강률을 유지하고 있었다. 이 결과는, Na/B 몰비가 0.35의 경우와 거의 동등하고, 석출물이 완전히 침강하여 침강률이 안정될 때까지의 시간도 약 20 ~ 30분이었다.

이 결과로부터, 붕산 함유 폐액의 Na/B 몰비를 0.2 이상, Ca/B 몰비를 0.2 ~ 0.8로 조정함으로써, 폐액 중 붕산을 침강 속도가 늦은 불용성의 붕산염으로 할 수 있는 것을 확인하였다. 또한, Ca/B 몰비는 0.6 ~ 0.8에서 얻어지는 결과와 거의 동등하였기 때문에, 상한을 0.8로 하였다.

<시험예1-2>

상기 시험예1-1과 같은 조작으로, 붕산 모의 폐액에 알칼리 금속 원소 화합물과 알칼리 토금속 화합물을 첨가한 불용성 붕산염 폐액에 대해서, 석출물의 침강성을 비교하였다. 본 시험예에서는, 알칼리 금속 원소 화합물로서 수산화 칼륨, 황산 나트륨, 황산 칼륨, 초산 나트륨, 초산 칼륨을, 알칼리 토금속 화합물로서 수산화 마그네슘, 황산 칼슘, 황산 마그네슘, 초산 칼슘, 초산 마그네슘을 사용하였다. 얻어진 불용성 붕산염 폐액의 정치중의 침강률을 표2에 모아서 나타냈다.

표2는 첨가재 첨가율, 첨가 재료 및 정치 시간과의 관계를 시험예6과 7에 대해서 각각 1로부터 6까지 세분화하여 비교예와 대비하고 있다.

알칼리 금속 원소 화합물로서 수산화 칼륨, 황산 나트륨, 황산 칼륨, 초산 나트륨, 초산 칼륨, 수산화 나트륨과 수산화 칼륨의 혼합물을 사용하여 비교한 결과를 도7에 나타낸다.

모의 폐액 중의 B에 대한 알칼리 금속 원소의 몰비는 0.35, 또한 수산화 칼슘을 첨가하여 Ca/B 몰비 0.6으로 조정하였다. 이 결과, 도7에 나타나는 바와 같이, 본 예에서 사용한 알칼리 금속 원소 화합물 어느 것에 대해서도 수산화 나트륨을 사용한 경우와 같은 결과가 얻어지고, 비교예에 비해 붕산염 석출물의 침강 속도의 저하가 보였다. 정치 후 30초간에 있어서도 95% 이상의 침강률을 유지하고 있고, 또한, 침강률이 안정될 때까지 약 20 ~ 30분의 시간을 필요로 하였다.

한편, 알칼리 토금속 화합물로서 수산화 마그네슘, 황산 칼슘, 황산 마그네슘, 초산 칼슘, 초산 마그네슘, 수산화 칼슘과 수산화 마그네슘의 혼합물을 사용하여 비교한 결과를 도8에 나타낸다. 모의 폐액 중을 수산화 나트륨에 의해 Na/B 몰비 0.35로 조정 후, 알칼리 토금속 화합물을 투입하여 알칼리 토금속 원소/B 몰비를 0.6으로 조정하였다.

이 결과, 도면에 나타낸 바와 같이 본 시험예에서 사용한 알칼리 토금속 화합물 어느것에서도 수산화 칼슘을 사용한 경우와 같은 결과가 얻어지고, 비교예에 비해 붕산염 석출물의 침강 속도의 저하가 보였다. 정치 후 30초간에 있어서도 95% 이상의 침강률을 유지하고 있고, 또한, 침강률이 안정될 때까지 약 20 ~ 30분의 시간을 필요로 하였다.

(폐액 처리의 시험2 - 실제의 기계를 이용한 시험)

<시험예2-1>

다음에, 본 발명의 방법의 시험예1-1에 나타낸 조건에서 작성한 모의 폐액에 대해서, 수형 박막 건조기로의 공급성 및 건조 처리성에 대해서 확인한 예를, 본 발명에 관한 방사성 폐기물의 처리 장치의 시험예2-1로서 도9에 의해 설명한다.

도9에 있어서, 부호7은 폐액 탱크로, 방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산 폐액(8)를 저장하는 것이다. 폐액 탱크(7)의 상단부에는 알칼리 금속 원소 화합물 탱크(9)와 알칼리 토금속 화합물 탱크(10)가 각각 밸브를 개재하여 접속되어 있다. 또 폐액 탱크(7) 내에는 교반기(11)와 히터(12)가 설치되어 있다.

폐액 탱크(7)의 저부에는 폐액 라인(14)이 접속되고, 폐액 라인(14)의 타단은 건조기(13)에 접속하고 있다. 폐액 탱크(7)와 건조기(13)를 접속하는 폐액 라인(14)에는 유량계(17), 가열기(15) 및 액체 공급 펌프(18)가 접속되어 있고, 가열기(15)는 온도 제어기(16)에 접속하고 있다. 온도 제어기(16)는 히터(12)에도 접속하고 있다. 건조기(13)의 출구측에는 건조기 수용기(19)가 접속되어 있다.

이러한 처리 장치에 있어서, 폐액 탱크(7) 내에 붕소(B) 농도 21000ppm의 붕산 폐액(모의 폐액)(8)를 저장하고, 이것에 알칼리 금속 원소 화합물 탱크(9)로부터 수산화 나트륨을 투입하여, Na/B의 몰비를 0.35로 조정하였다. 그 다음에, 알칼리 토금속 화합물 탱크(10)로부터 수산화 칼슘을 투입하여, Ca/B의 몰비를 0.6으로 조정하여 불용성의 붕산염 폐액을 얻었다.

교반기(11)는 불용성의 붕산염 폐액 중의 석출물의 침강을 방지하기 위한 것으로 히터(12)는 붕산 폐액(8)를 가열하기 위한 것이다. 폐액(8)를 교반하면서 80℃의 온도로 가열하고 폐액 라인(14)을 통과시켜 건조기(13)에 40L/h의 유량으로 공급하였다. 본 시험예에서 건조기(13)는 전열 면적 0.5m²의 수직형 박막 건조기를 사용하였다. 건조기(13)의 가열 온도는 175℃로 하였다.

또, 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에 공급하는 폐액 라인(14)에는 가열기(15)를 설치하고, 또한 폐액 라인(14) 전체가 80℃의 온도를 유지하도록 보온하고, 온도 제어기(16)에 의해 온도 제어하였다. 유량계(17)는 폐액 라인(14) 내부에 센서가 돌기물 같이 나와 있지 않은 비접촉식의 전자 유량계로 하고, 스크류형의 자급식 액체 공급 펌프(18)에 의해 유량을 조정하면서 폐액을 공급하였다.

또, 건조기(13)에 도달하는 폐액 라인(14)은 모두 동일 구경의 15A 스테인리스 배관으로 하였다. 상기 사양으로 붕산 폐액(8)의 건조 처리를 8시간 행하고, 정기적으로 건조 분체를 건조 분체 수용기(19)에 샘플링하여 성상(性狀)(분체 함수율, 분체 성상)을 측정한 결과를 표3에 나타낸다. 또한, 분체 함수율이 10wt%를 넘으면 분체 성상이 저하되기 때문에, 기준치를 1Owt% 이하로 하였다. 표에 나타내는 바와 같이, 건조 분체의 함수율은 8시간의 운전에 있어서도 l0wt% 이하이고, 성상도 가루 형상의 양호한 분체였다. 또, 운전 중의 액체 공급 유량은 상시 안정되어 있던 것을 확인하였다.

<시험예2-2>

계속하여, 모의 폐액의 건조기로의 공급 방법에 대해서, 폐액을 통과시키는 폐액 라인(14)에 가진기(20)를 설치함으로써, 폐액의 건조기(13)로의 이송성을 향상시킨 예에 대해서, 도10에 의해 설명한다.

도10은, 상기의 본 발명에 관한 방사성 폐기물의 처리 장치의 형태를 설명하는 것이다. 상기 시험예2-1에 나타낸 조건과 같이 폐액 탱크(7)에 붕소(B) 농도 21000ppm의 붕산 폐액(8)(모의 폐액)를 저장하고, 이것에 알칼리 금속 원소 화합물 탱크(9)로부터 수산화 나트륨을 투입하여 Na/B 몰비 0.35로 조정하였다. 그 다음에, 알칼리 토금속 화합물 탱크(10)로부터 수산화 칼슘을 투입하여 Ca/B 몰비를 0.6으로 조정하여 불용성의 붕산염 폐액을 얻었다. 폐액는, 석출물의 침강을 방지하기 위한 교반기(11)로 교반하고, 히터(12)에 의해 80℃의 온도로 가열하여 건조기(13)에 40L/h의 유량으로 공급하였다.

본 시험예에서 건조기(13)는, 전열 면적 0.5m²의 수직형 박막 건조기를 사용하였다. 건조기(13)의 가열 온도는 175℃로 하였다. 또, 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에 공급하는 폐액 라인(14)에는 가열기를 설치하지 않고, 가진기(20)를 설치하여 가진함으로써 폐액 라인(14) 중의 침강을 방지할 수 있다.

가진은, 본 시험예에서는 에어녹커에 의해 행하고, 빈도는 5초/회로 하였다. 유량계(17)는 폐액 라인(14) 내부에 센서가 돌기물 같이 나와 있지 않은 비접촉식의 전자 유량계로 하고, 스크류형의 자급식 액체 공급 펌프(18)에 의해 유량을 조정하면서 폐액을 공급하였다. 또, 건조기(13)에 이르는 폐액 라인(14)은 모두 동일 구경(내경 16.1 mm)의 스테인리스 배관으로 하였다.

상기 사양으로 붕산 폐액(8)의 건조 처리를 8시간 행하고, 정기적으로 건조 분체를 건조 분체 수용기(19)에 샘플링하여 성상(분체 함수율, 분체 성상)을 측정하였다. 그 측정 결과를 표4에 나타낸다. 표4에 나타낸 바와 같이, 건조 분체의 함수율은 8시간의 운전에 있어서도 1Owt% 이하에서 안정되어 있고, 성상도 가루 형상의 양호한 분체였다. 또한, 운전 중의 액체 공급 유량은 상시 안정되어 있었다.

본 시험예로부터, 폐액 라인(14)에 가진기(20)를 부착하여 가진시킨 것에 의한 효과를 확인하였다. 또한, 가진기(20)로서 초음파 발신기를 사용하여 별도 시험을 실시하였고, 문제없이 폐액을 건조기에 공급하여 건조 처리할 수 있는 것도 확인하였다.

<시험예2-3>

상기 시험예2-1과 같은 사양 및 조작으로 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에서 건조 처리할 때, 폐액 라인(14)의 가열기(15)를 기동하지 않고, 또한, 보온하지 않으면서 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에 공급하였다. 이 결과, 액체 공급 후 약 1시간에서 폐액 라인(14) 내가 폐색되어 액체 공급 유량이 저하되고, 건조 처리 정지에 도달하였다.

이 후, 폐액 라인(14) 내를 확인한 결과, 액체 공급 펌프(18)와 건조기(13)의 중간부에서 붕산염의 침전이 퇴적하여 폐색하였다. 이것은, 폐액 라인(14) 중에서 붕산 폐액(8)의 온도가 저하됨으로써 불용해염이 더 석출된 것이라고 생각된다. 이 결과로부터, 폐액 온도 80℃ 이상에서 폐액 라인(14) 전체를 가열기(15)에서 가열 보온하는 것에 의한 효과를 확인하였다.

<시험예2-4>

상기 시험예2-1과 같은 사양 및 조작으로 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에서 건조 처리할 때, 폐액 라인(14)을 건조기(13)를 향하여 약15°의 각도로 수평면에 대해 상향 구배의 구조로 하였다. 이 결과, 액체 공급 후 약 1시간에서 폐액 라인(14) 내가 폐색되어 액체 공급 유량이 저하되고, 건조 처리 정지에 도달하였다.

이 후, 폐액 라인(14) 내를 확인한 결과, 상향 구배의 초기 부분에서 붕산염의 침전이 퇴적하여 폐색하였다. 이 결과로부터, 폐액 라인(14)이 건조기(13)에 들어갈 때까지 수평면에 대해 평행이 되어 있는 것의 효과를 확인하였다. 또한, 폐액 라인(14)이 건조기(13)에 들어갈 때까지 수평면에 대해 하향 구배로서도 문제가 없는 것도 확인하였다.

<시험예2-5>

상기 시험예2-1과 같은 사양 및 조작으로 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에서 건조 처리할 때, 폐액 라인(14)에 설치한 액체 공급 펌프(18)로부터 앞의 배관의 구경을 내경 12.7mm로 가늘게 한 구조로 하였다. 이 결과, 액체 공급 후 약 45분간에서 폐액 라인(14) 내가 폐색되어 액체 공급 유량이 저하되어, 건조 처리 정지에 이르렀다.

이 후, 폐액 라인(14) 내를 확인한 결과, 배관 라인의 구경을 내경 12.7 mm로 가늘게 한 부분으로부터 붕산염의 침전이 퇴적하여 폐색하였다. 이 결과로부터, 폐액 라인(14)이 건조기(13)에 들어갈 때까지 동일한 구경으로 하는 것의 효과를 확인하였다. 또한, 폐액 라인(14)이 건조기(13)에 들어갈 때까지 건조기(13) 방향을 향하여 큰 구경으로 함으로써 문제없이 폐액을 공급할 수 있는 것도 확인하였다.

<시험예2-6>

상기 시험예2-1과 같은 사양 및 조작으로 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에서 건조 처리할 때, 폐액 라인(14)에 설치한 유량계(17)로서, 센서가 라인 내면에 돌출한 사양의 것으로 하였다. 이 결과, 액체 공급 후 약 1시간에서 폐액 라인(14) 내가 폐색되어 액체 공급 유량이 저하되고, 건조 처리 정지에 도달하였다.

이 후, 폐액 라인(14) 내를 확인한 결과, 유량계(17)의 부분에서 붕산염의 침전이 퇴적하여 폐색하였다. 이 결과로부터, 폐액의 유량 제어에 사용하는 유량계(17)로서, 내면에 센서가 나와 있지 않은 비접촉식의 전자 유량계를 사용하는 것에 의한 효과를 확인하였다.

<시험예2-7>

상기 시험예2-1과 같은 사양 및 조작으로 붕산 폐액(8)를 건조기(13)에서 건조 처리할 때, 폐액 라인(11)에 설치한 액체 공급 펌프(18)로서, 튜브식의 롤러 펌프를 사용하였다. 이 결과, 액체 공급 후 약 1. 5시간에서 폐액 라인(14) 내가 폐색되어 액체 공급 유량이 저하되고, 건조 처리 정지에 도달하였다.

이 후, 폐액 라인(14) 내를 확인한 결과, 액체 공급의 롤러 펌프가 튜브를 밀어 내는 부분에서 붕산염의 침전이 퇴적하여 폐색하였다. 이 결과로부터, 폐액의 액체 공급 펌프(18)로서, 스크류 펌프를 사용하는 것에 의한 효과를 확인할 수 있었다.

붕소 함유 폐기물의 처리(고화)

(폐기물 고화처리의 시험예3 - 실험실 레벨에서의 시험)

<시험예3-1>

붕산의 모의 폐액로서 붕소 농도가 21000ppm인 폐액을 80℃에서 제작하고, 나트륨을 붕소에 대해 0으로부터 0.35몰, 칼슘을 붕소에 대해 0으로부터 0.7몰이 되도록 조정하였다. 이 폐액을 그 온도를 유지한 채로 건조기에 보내고, 전열 면적 O.5m²의 건조기로 건조 분체화 하였다. 이 분체(200L 드럼 통 환산으로 붕산 중량이 80kg), 포틀랜드 시멘트, 혼화제로서의 인산 나트륨을 인-드럼 믹서로 혼합하였다. 혼화제 양은 시멘트에 대해 1중량%의 첨가율로 하였다. 혼련물의 점도를 회전 점도계로 측정한 후, 별도 샘플링한 혼련물을 높이 10cm, 직경 5cm의 틀에 나누어서, 28일간 양생 후, 경화물의 일축 압축 강도를 측정하였다. 또, 수산화 나트륨 및 수산화 칼슘으로 Na/B=0.2, Ca/B=0.2의 몰비로 조정한 폐액을 60℃ 이하로 냉각한 후, 그대로의 온도에서 건조한 경우와, 80℃로 재가열하여 건조한 경우에 대해서, 마찬가지로 혼련물의 점도 및 경화물의 일축 압축 강도를 측정하였다.

폐액의 온도를 80℃로 유지한 상태에서의 시험 결과를 도11 ~ 12에 나타낸다.

Na/B=0.2 이상, Ca/B=0.2 이상인 경우에, 혼련물이 인-드럼 믹싱이 가능한 점도이고, 혼련물의 고화 후의 강도도 평가 기준을 상회하고 있는 것을 확인하였다. 상기한 Na/B비, Ca/B비 이하에서는, 혼련물의 점도가 50dPa·s 이상이고, 혼련물 중에 건조 분체의 덩어리가 군데군데 관찰되어, 혼련 불량이라고 판단하였다.

한편, 폐액의 온도를 변화시킨 경우, 온도가 60℃ 이하인 경우의 결과를 도13 ~ 14에 나타낸다. 60℃ 이하의 온도에서 건조한 경우는, 수형 박막 건조기로의 폐액의 공급이 곤란하고, 건조 분체는 건조 덩어리 등이 발견되어, 혼련물의 점성, 압축 강도도 작은 것이 확인되었다.

(폐기물 고화처리의 시험예4 - 실제의 기계를 사용한 시험)

<고화 시험예4-1>

도15에 본 발명의 구체적인 장치 구성을 나타낸다. 가열 장치(31)를 가지는 방사성 폐액 저장 탱크(32)와, 방사성 폐액 저장 탱크(32) 중에 알칼리 금속 원소 화합물의 용액을 공급하기 위한 알칼리 금속 화합물 용액 탱크(33), 또한 알칼리 토금속 원소 화합물을 넣는 알칼리 토금속 화합물 저장조(34)를 갖추고 있다. 방사성 폐액 저장 탱크(32)에서, 방사성의 붕산 폐액와 알칼리 금속 원소의 용액 및 알칼리 토금속 원소 화합물이 혼합된다. 이 때의 각 약제의 혼합비는, 시험예3-1에 기재된 각 원소와 붕소의 몰비로 조정된다. 또 폐액의 온도도 마찬가지로 시험예3-1의 온도로 조정된다. 조정 후의 혼합 용액은 수직형 박막 건조기(35)에 공급되어 건조 분체가 되어 건조 분체 저장조(36)에 저장된다. 건조 분체 저장조(36)로부터의 건조 분체는 필요에 따라서 건조 분체 계량조(37)를 거쳐서 방사성 폐기물 저장 용기(38)에 공급된다. 방사성 폐기물 저장 용기(38)에는 미리 시멘트계 고화재와, 시멘트계 고화재의 유동성을 개선하는 혼화제와 물이 혼련되어 들어 있고, 이 안에 혼련 블레이드(39)를 넣어 건조 분체를 혼련하여 그 후 고화한다. 또한, 도16에 나타내는 바와 같이, 시멘트 싸일로(40)로부터 시멘트 계량조(41)를 거쳐서 시멘트계 고화재를 방사성 폐기물 저장 용기(38)에 공급하는 것도 가능하다. 또 도17에 나타내는 바와 같이, 건조 분체 계량조(37)를 제거하고, 방사성 폐기물 저장 용기(38)의 중량을 저장 용기 계량기(42)에서 계량하고, 건조 분체의 중량을 제어하는 것도 가능하다. 본 장치 구성은 장치의 크기, 구성의 순서, 첨가하는 약제의 순서에 관계없이 이러한 기기류를 갖춘 것 모두가 본 발명에 포함된다.

<시험예4-2>

본 발명의 효과를 첨가하는 원소의 종류를 변화시켜 확인하였다.

붕소 농도로 21000ppm 포함하는 붕산 폐액을 80℃까지 가열하고, 알칼리 금속 원소 화합물로서 수산화 칼륨 용액을, 또 알칼리 토금속 원소 화합물로서 황산 칼슘, 초산 칼슘, 수산화 마그네슘을 첨가하고, 알칼리 금속 원소/붕소=0.2, 알칼리 토금속 원소/붕소=0.6의 몰비로 조정하였다. 이 폐액을 전열 면적 O.5m²의 수직형 박막 건조기로 건조하여 얻어진 분체에, 포틀랜드 시멘트를 시멘트계 고화재로서, 인산 나트륨을 혼화제로서 첨가하고, 인-드럼 믹싱 고화하였다. 고화량은, 시험예3-1과 같이, 200L 드럼 통 환산으로 붕산 중량으로서 80kg으로 하였다. 이 때, 시멘트계 재료와 건조 분체의 혼련물의 점도, 고화체 물성의 기계적 물성을 측정하였다. 그 결과를 표5에 나타낸다.

혼련물의 점도는, 약제에 수산화 나트륨, 수산화 칼슘을 사용한 경우와 마찬가지로 50dPa·s 이하이고, 인-드럼 믹싱이 가능한 충분히 낮은 점성인 것을 확인하였다. 또 생성한 고화체의 압축 강도도 평가 기준치를 충분히 상회하는 것을 확인하였다.

<시험예4-3>

본 발명에 의한 효과를 시멘트계 고화재의 종류를 바꾸어 확인한 예를 나타낸다.

붕소 농도가 21000ppm인 붕산 폐액을 80℃로 가열하고, 수산화 나트륨 및 수산화 칼슘에 의해서, Na/B=0.2, Ca/B=0.6으로 조정하였다. 이 폐액을 전열 면적 O.5m²의 수직형 박막 건조기로 건조하여 얻어진 분체에, 시멘트계 고화재료를 첨가하여 인-드럼 믹싱 고화하였다. 시멘트계 고화재의 종류로서, 용광로 시멘트, 플라이 에쉬 시멘트를 사용하였다. 혼화제는 인산 나트륨을 사용하였다. 고화량은, 시험예3-1과 같이, 200L 드럼 통 당 붕산 중량을 80kg으로 하였다. 혼련시에 시멘트계 재료와 건조 분체의 혼련물의 점도를, 고화 후에 고화체의 기계적 물성을 측정하였다. 그 결과를 표6에 나타낸다.

혼련물의 점도는 어느 시멘트계 고화재를 사용한 경우라도 50dPa·s 이하이고, 인-드럼 믹싱에서 충분한 점성인 것을 확인하였다. 또 생성한 고화체의 압축 강도도 평가 기준치를 충분히 상회하는 것을 확인하였다.

<시험예4-4>

본 발명에 의한 효과를 혼화제의 종류와 그 첨가량에 대해서 확인한 예를 나타낸다.

붕소 농도가 21000ppm인 붕산 폐액을 80℃로 가열하고, 수산화 나트륨 및 수산화 칼슘에 의해서, Na/B=0.2, Ca/B=0.6으로 조정하였다. 이 폐액을 전열 면적 O.5m²의 수직형 박막 건조기로 건조하여 얻어진 분체에, 시멘트계 고화재료를 첨가하여 인-드럼 믹싱 고화하였다. 시멘트계 고화재는 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 포틀랜드 시멘트에 혼화제로서 인산 나트륨을 미리 시멘트에 대해 0.5%첨가하였다. 또, 혼화제로서 탄산 칼륨, 인산 유리, 리그닌 설폰산, 카본산, 나프탈린 설폰산 포름알데히드를 별개로 첨가한 시료를 작성하였다. 고화량은, 시험예3-1과 같이, 200L 드럼 통 당 붕산 중량을 80kg으로 하였다. 혼련시에 시멘트계 재료와 건조 분체의 혼련물의 점도를, 고화 후에 고화체의 기계적 물성을 측정하였다. 그 결과를 표7에 나타낸다.

또, 나프탈린 설폰산 포름알데히드와 인산 나트륨에 대해서, 시멘트에 대한 첨가량을 변화시켰을 때의 혼련물의 점성 변화를 도18에 나타낸다.

혼련물의 점도는 어느 것에 대해서도 50dPa·s 이하이고, 인-드럼 믹싱이 충분히 가능한 점성인 것을 확인하였다. 또 생성한 고화체의 압축 강도도 평가 기준치를 충분히 상회하는 것을 확인하였다. 또, 나프탈린 설폰산 포름알데히드, 인산 유리와 함께, 시멘트에 대해 0.5%의 첨가량 이상을 가하면, 인-드럼 믹싱이 가능한 고화재의 점성이 되는 것을 확인하였다.

본 발명에 의해서, 붕소 함유 폐액의 건조기로의 공급성 향상, 건조 분체와 시멘트계 고화재와의 혼련시의 인-드럼 믹싱법의 실현, 고화체 강도의 향상 및 고화체의 대폭적인 용적 축소를 실현하는 붕소 함유 분체의 처리 방법과 처리 장치를 제공할 수 있다.

구체적인 예로서는, 본 발명에 의하면, 원자력 발전소 등으로부터 발생하는 붕산 주성분의 농축 폐액을 붕산염의 형성에 의해 불용화하여 건조시키는 공정에 있어서, 폐액 중의 불용성 붕산염의 침강 속도를 저감할 수 있고, 폐액 라인의 폐색 방지의 점에서 지극히 신뢰성이 높은 방사성 폐기물의 처리 장치를 제공할 수 있다. 또한, 이러한 붕산 함유 폐액을, 안정하고 강고한 방사성 폐액의 고화체로 할 수 있을 뿐만이 아니라, 방사성 폐기물 처리 설비의 기기를 간편화할 수 있고 또한 시설의 소규모화를 할 수 있기 때문에, 방사성 폐기물 처리에 소요되는 비용을 저감할 수 있다.

Claims

붕소 함유 폐액에, 알칼리 금속 원소 화합물 및 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가하는 공정과,

그 다음에 상기 붕소 함유 폐액에 상기 알칼리 금속 원소 화합물 또는 알칼리 토금속 원소 화합물 중 어느 하나의 첨가시부터 상기 붕소 함유 폐액의 건조 분체화까지 사이의 상기 붕소 함유 폐액의 온도를, 붕소와 알칼리 금속을 포함하는 화합물 및 붕소와 알칼리 토금속을 포함하는 화합물의 석출 온도 이상으로 유지하면서 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 공정을 갖고, 상기 붕소와 알카리 금속과 알카리 토금속을 포함하는 분체와 시멘트계 고화재와 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제와 물을 혼련하여 고화하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 붕소 함유 폐액이, 방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산을 포함하는 폐액으로서, 상기 폐액의 온도를 60℃ 이상으로 하고, 상기 건조 분체화를 건조기로 행하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 붕소 함유 폐액 중에서, 상기 알칼리 금속 원소 화합물을 붕소에 대해 몰비로 0.2 이상으로 하고, 상기 알칼리 토금속 화합물을 붕소에 대해 몰비로 0.2 ~ 0.8로 하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 붕소 함유 폐액 중에서, 상기 알칼리 금속 원소 화합물을 붕소에 대해 몰비로 0.2 ~ 0.5로 하고, 상기 알칼리 토금속 화합물을 붕소에 대해 몰비로 O.2 ~ O.7로 하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 알칼리 금속 원소 화합물을 첨가하여 용해시킨 후에, 상기 알칼리 토금속 화합물을 첨가하여 용해시키는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체가,

붕소 함유 폐액에, 알칼리 금속 원소 화합물 및 알칼리 토금속 원소 화합물을 첨가하는 공정과,

그 다음에 상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 공정을 가지고,

상기 알칼리 금속 원소 화합물 또는 알칼리 토금속 원소 화합물 중 어느 하나의 첨가시부터 상기 건조 분체화까지 사이의 상기 붕소 함유 폐액의 온도를, 붕소와 알칼리 금속을 포함하는 화합물 및 붕소와 알칼리 토금속을 포함하는 화합물의 석출 온도 이상으로 유지하는 붕소 함유 폐액의 처리에 의해 생성한 것인 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

폐기물의 저장 용기 중에서,

상기 시멘트계 고화재와,

상기 시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제와,

상기 물을 혼련하여 시멘트 슬러리를 제조하고,

상기 시멘트 슬러리 중에, 상기 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 함유하는 분체를 투입한 후, 시멘트를 고화시키는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 혼화제와 상기 시멘트계 고화재를 미리 혼합하고, 그 후 혼련을 하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체를 계량 용기에 투입하여 중량을 계측한 후에 폐기물 고화 용기로 이송하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체를 폐기물 저장 용기에 투입하여 중량을 계측함으로써 계량하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 폐기물 저장 용기 중에, 미리 고화에 필요한 양의 시멘트계 고화재를 상기 방사성 폐기물 처리 설비에 설치한 시멘트계 고화재 싸일로로부터 공급하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
제1항에 있어서,

상기 폐기물 저장 용기 중의 시멘트계 고화재는 상기 방사성 폐기물 처리 설비이외의 시설에서 계량된 후, 상기 방사성 폐기물 처리 시설로 반입하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 방법.
붕소 함유 폐액의 저장 수단과,

알칼리 금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과,

알칼리 토금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과,

상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단과,

상기 붕소 함유 폐액의 온도를 조절하는 수단을 구비하고,

붕소와 알카리금속과 알카리 토금속을 포함하는 분체를 혼련용 용기에 공급하는 수단과,

시멘트계 고화제를 상기 혼련용 용기에 공급하는 수단과,

시멘트의 유동성을 개선하는 혼화제를 상기 혼련용 용기에 공급하는 수단과,

물을 상기 혼련용 용기에 공급하는 수단과,

상기 혼련용 용기 중에서 상기 붕소 함유 분체와 상기 시멘트계 고화제와 상기 혼화제와 물을 혼련하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제14항에 있어서,

방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산 폐액을 저장하는 폐액 탱크와,

이 폐액 탱크에 접속한 알칼리 금속 원소 화합물 탱크 및 알칼리 토금속 화합물 탱크와,

상기 붕산 폐액을 가열하여 온도 제어하는 온도 제어기와,

상기 폐액 탱크에 접속한 폐액 라인과,

이 폐액 라인에 접속한 건조기와,

이 건조기와 상기 폐액 탱크를 접속하는 상기 폐액 라인에 설치된 유량계, 가열기 및 액체 공급 펌프를 구비한 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제15항에 있어서,

상기 폐액 라인은 상기 건조기에 접속하기까지, 수평면에 대해 평행 또는 하향 구배로 접속된 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제15항에 있어서,

상기 폐액 라인은 상기 건조기에 들어가기까지, 동일한 구경, 또는 상기 건조기 방향을 향하여 큰 구경이 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제15항에 있어서,

상기 폐액 라인에 가진기가 설치된 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제15항에 있어서,

상기 유량계는 상기 폐액 탱크로부터 유출하는 폐액의 유량을 비접촉으로 측정하는 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
삭제
제14항에 있어서,

상기 붕소와 알칼리 금속과 알칼리 토금속을 포함하는 분체를 저장하는 저장조와,

상기 붕소 함유 분체를 저장하는 저장조로부터 상기 붕소 함유 분체를 받는 폐기물 저장 용기와,

상기 혼화제를 첨가하는 저장조와,

상기 폐기물 저장 용기 중의 물질을 혼련하는 혼련 블레이드를 갖춘 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제14항에 있어서,

붕소 함유 폐액의 저장 수단과,

알칼리 금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과,

알칼리 토금속 원소 화합물을 상기 붕소 함유 폐액에 공급하는 수단과,

상기 붕소 함유 폐액을 건조 분체화하는 수단과,

상기 붕소 함유 폐액의 온도를 조절하는 수단을 더 갖춘 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.
제14항에 있어서,

방사성 물질을 취급하는 시설에서 발생하는 붕산 폐액을 저장하는 폐액 탱크와,

이 폐액 탱크에 접속한 알칼리 금속 원소 화합물 탱크와,

이 폐액 탱크에 접속한 알칼리 토금속 화합물 탱크와,

상기 붕산 폐액을 가열하여 온도 제어하는 온도 제어기와,

상기 폐액 탱크에 접속한 폐액 라인과,

이 폐액 라인에 접속한 수직형 박막 건조기와,

이 건조기와 상기 폐액 탱크를 접속하는 상기 폐액 라인에 설치된 유량계, 가열기 및 액체 공급 펌프와,

상기 건조기로부터 발생하는 건조 분체를 저장하는 저장조와,

상기 저장조로부터의 건조 분체를 받는 방사성 폐기물 저장 용기와,

혼화제를 첨가하는 저장조와,

상기 폐기물 저장 용기 중의 물질을 혼련하는 혼련 블레이드를 더 갖춘 것을 특징으로 하는 붕소 함유 폐액의 처리 장치.