KR100355457B1 - 오존 발생 유브이 램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 공정 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 원자력 발전소에서 발생되는 액체 방사성폐기물에 함유되어 있는 유기물 제거를 위한 것으로서, 오존 램프와 UV 램프가 내장된 광산화 반응기를 이용하여 계면활성제 및 오일 성분을 포함한 여러 가지 종류의 유기성 물질을 효율적으로 처리할 수 있도록 한 것이다. 원자력 발전소의 방사성 폐액 중에는 방사성 핵종 외에 다양한 성분의 오염물질들이 함유되어 있기 때문에 방사성 폐액 처리 공정의 운전 성능을 저하시키는 요인이 되고 있다. 따라서 이러한 오염물질들 중에서도 특히 증발기나 이온교환공정, 역삼투막 공정 등의 처리 효율에 크게 영향을 미칠 수 있는 유기물질의 처리가 매우 중요하며 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 설비가 복잡하고 값비싼 오존 발생 장치 대신에 설비가 단순하고 값이 저렴한 오존 발생 램프와 산소 발생기만으로 유기물 제거 효율을 크게 증가시킨 것이다. 본 발명은 저출력의 오존 발생 램프(51)와 고출력의 파장이 다른 UV 램프(52)를 하나의 반응기(50)에 설치하고 반응기 내에 산소를 주입하여 오존을 발생시킴으로써 기존의 오존 발생기를 이용한 오존 산화 분해법에서 발생할 수 있는 위험도를 크게 감소시켰다. 또 H2O2산화제를 주입함으로써 반응기 내에서 UV/O3/H2O2산화 반응이 일어나 유기물들을 분해할 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 원자력발전소로부터 발생되는 방사성폐기물의 처리에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 방사성폐기물의 처리시 전처리공정으로서 방사성폐기물에 함유된 유기물을 미리 분해하여 제거함으로써 액체 방사성 폐기물의 처리효율을 향상시킬 수 있도록 한 오존 발생 유브이 램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 공정 및 장치에 관한 것이다.
폐기물중의 유기물은 원자력발전소의 기기 보수 및 제염 시 발생되는 액체 방사성 폐기물을 처리하는 증발기나 증발기 대체 공정인 선택성이온교환 공정, 혹은 역삼투막 공정의 효율을 감소시킬 수 있으므로 액체 방사성 폐기물의 처리효율을 향상시키기 위해서는 이러한 유기물을 미리 분해하여 제거하여야 한다.
종래의 액체 방사성 폐기물 처리 공정으로는 증발기와 널리 이용되고 있는 역삼투막, 선택성 이온교환 수지탑들이 있으며 이들 공정의 처리효율을 높이기 위한 전처리 공정으로는 원심분리법과 기름폐기물 분리법(Oil Coalescer), 고급여과공정, UV 광분해 공정 등이 있다. 이 중에서 액체 폐기물 처리 공정의 처리효율을 크게 감소시킬 수 있는 유기물에 대한 처리공정으로는 기름 분리법과 UV 광분해 공정이 있으며, 특히 유기물을 근본적으로 분해시킬 수 있는 UV 광분해 공정에 대한 연구가 활발하게 추진되고 있다.
현재 1000 MWe 가압경수로(PWR) 원자력발전소 1개 호기에서 년간 발생되고 있는 액체 방사성 폐기물량은 1 만 ton 이상으로 15 또는 30gpm의 증발기로 폐액을 증발 처리하여 방사능 농도가 기준치 이하가 되면 환경으로 방출하고 있다.그러나, 기존의 증발 공정은 폐액 내 함유되어 있는 유기물을 사전 처리할 수 있는 공정이 설치되어 있지 않아서 유기물을 함유한 폐액이 발생되어 증발기로 유입될 경우 증발기의 효율이 크게 저하되는 문제점을 안고 있기 때문에 증발기를 이용한 폐액 처리 공정의 성능을 유지하기 위해서는 유기물 제거를 위한 전처리 공정이 반드시 필요하다.
따라서 본 발명에서는 기존 유기물 분해 처리 공정의 효율을 높이면서 운전 조작이 용이하고 운전비용도 저렴하며 현재 운전중인 방사성 폐액 처리 공정에 쉽게 추가시킬 수 있는 공정을 개발하며, 또 증발기 대체 공정인 선택성이온교환 공정이나 역삼투막 공정의 유기물 제거용 전처리 공정으로도 활용할 수 있는 공정을 개발하는데 본 발명의 기술적 과제 목표를 두었다.
즉, 본 발명은 UV 광분해 공정의 원리와 UV의 오존 발생 반응 원리를 이용하여 2차 폐기물이 발생되지 않으면서도 운전이 용이하고 유지비가 저렴하도록 고안된 오존 발생 UV 광산화 기술을 이용한 유기물 분해 공정으로서 오존 발생 UV 램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 공정 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 액체 방사성폐기물의 유기물을 처리하는 오존 발생 UV 반응기와 주변 장치를 보여 주는 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서 액체 방사성폐기물의 유기물 처리용 오존 발생 UV 램프와 UV램프를 설치한 반응기의 내부 구조의 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예로서 액체 방사성폐기물의 유기물 처리용 오존 발생 램프를 설치한 반응기의 내부 구조의 개략도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 폐액 저장 탱크 20 : 폐수 주입 펌프
30 : 첨가제 저장 용기 31 : 산화 첨가제(H2O2) 주입기
32 : 첨가제 주입량 조절 펌프 40 : 연결 배관
41 : 시료 채취구 42 : 압력계기
43 : 온도측정 장치 50 : UV 반응기
51 : 오존 발생 램프 52 : UV 램프
53 : 조절판 54 : 변환기 (내장)
55 : 폐액 배수구 57 : 램프 삽입구
56 : 첨가제 주입구 58 : 공기 주입구
59 : 램프 보호 수정관(quartz sheath)
60 : 산소 또는 공기 주입 펌프 61 : 산소 또는 공기 발생기
62 : 디지털 유량 측정기 70 : 후 공정 연결 배관
71 : 유량계
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 액체 방사성 폐기물 내 유기물을 처리함에 있어서, 오존 발생 램프(51)와 UV 램프(52) 두 종류가 하나의 반응기(50)에 설치되어 액체 방사성 폐기물의 용존 산소와 오존 발생 램프의 184.9nm의 파장이 반응하여 O3나 〔O〕를 생성함과 동시에 생성된 O3및 별도로 주입된 H2O2와 UV의 반응을 이용하여 유기물을 분해시키는 공정으로 이루어지며, 상기 반응기(50)와; 상기 반응기(50)에 폐액을 주입할 때 산화 반응을 돕기 위한 별도의 산화제 주입장치(30, 31, 32)로 구성된 액체 방사성 폐기물 내 유기물을 처리할 수 있는 오존 발생 램프를 이용한 UV 광산화 분해 처리 장치로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 오존 발생 UV 램프를 사용한 유기물 제거용 광분해 반응 시스템의 개략도이다. 이 반응 시스템은 폐액 저장 탱크(10), 폐수 주입 펌프(20), 첨가제 주입기(31), 첨가제 저장 용기(30), 시료 채취구(41), 첨가제 주입량 조절 펌프(32), UV 반응기(50), 오존 발생 램프(51) 및 램프보호 수정관(59), UV 램프(52), 조절판(53), 산소 또는 공기 발생기 (61), 산소 또는 공기 주입 펌프 (60), 압력계기(42), 디지털 유량 측정기(62), 후공정 연결 배관(70), 온도 측정 장치(43), 유량계(71), 연결 배관(40), 변환기(54)로 구성되어 있다.
상기 UV 반응기(50)내 오존 발생 램프(51)는 저출력의 (수백 W) 184.9nm UV 램프로서 물 속의 용존 산소와 외부로부터 공급된 산소와 반응하여 오존을 발생시키며 고출력(수 kW급)의 UV 램프(52)는 과산화수소와 오존을 수산화 라디칼 등으로 변환시켜 유기물을 산화 분해시키는 광촉매원 역할을 한다.
처리 폐수는 방사성 폐기물로서 방사성 기기배수, 화학폐수, 세탁폐수, 붕산 함유 방사성 폐수 등을 포함하며, 폐수저장탱크(10)로부터 연결 배관(40)을 통해 반응기(50) 내로 주입된다. 이때, 주입하는 순서는 폐액을 먼저 주입하고 램프를 가동시킨 다음 과산화수소 첨가제와 산소를 공급하면서 유량을 조절하여 반응기를 가동한다.
반응기(50)에서 빠져나온 폐수는 유기물 처리 효율이 일정율에 도달할 때까지 폐수저장탱크(10)로 재 순환시켜 Batch 운전으로 처리하거나 여러 개의 반응기를 직렬로 구성하여 폐수를 연속식으로 처리한다. 유기물이 분해된 폐수는 방사성 핵종 처리를 위해 다음 공정으로 이송된다. 유기물은 UV 램프를 함께 사용할 경우 과산화수소수와 같은 산화제와 함께 유기물이 산화 분해되며 오존 발생 램프의 사용 시에는 오존 발생 램프가 방사하는 184.9nm의 파장으로 인하여 다음 식에 의해 오존이 발생되며 이때 발생된 오존에 의해 산화 분해된다.
폐수 속의 O2→ 〔O〕 + 〔O〕 (식 1)
폐수 속의 일부 O2+ 〔O〕→ O3(식 2)
도 2는 UV 반응기 내부 구조의 개략도로서 오존 발생 램프와 UV 램프의 배치를 보여 준다. 유기물 제거 효율은 유기물의 종류에 따라 차이가 있지만 계면활성제의 경우 오존 램프 1개만을 사용하면 산화제 첨가 없이 50% 정도를 유지할 수 있으며 램프 두 개를 모두 가동하고 과산화수소수를 주입할 경우 90% 이상 유기물을 제거할 수 있도록 하였다.이때, 참고 도면 도 2의 미설명 부호 55는 폐액 배수구이고, 57은 램프 삽입구이며, 56은 첨가제 주입구이고, 58은 공기 주입구이다.
도 3과 같이 상기 UV램프(52) 대신에 오존 발생 램프(51) 만을 사용하여도 무방하다.
특히 오존 발생 램프(51)만을 사용할 경우 발열량이 적어 추가적인 냉각기의 설치가 불필요하고 오존 잔류량이 없어 잔류 오존에 대한 추가 처리 설비가 불필요하다는 장점이 있다. 따라서 유기물의 농도가 낮은 경우에는 산소를 주입하면서 오존 발생 램프만을 가동하더라도 충분한 처리효율을 얻을 수 있도록 하였다.
본 발명에서 중요한 처리공정은 산소와 184.9nm의 UV가 반응하여 발생된 (식 1)의 〔O〕원자이다. 상기〔O〕원자는 O2와 반응하여 오존을 생성하기도 하지만 그 자체적으로 산화력이 높기 때문에 물과 직접 반응하여 다음과 같이 수산화 라디칼을 생성시킨다.
〔O〕+ H2O → HO˙ + HO˙ (식 3)
따라서 식 3의 반응에 의해 유기물을 분해시키는 수산화 라디칼의 농도가 크게 증가될 수 있는데, 본 발명은 이러한 반응을 이용할 수 있도록 오존 발생 램프와 산소 주입기를 설치한 것이 그 특징이라 할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 원자력 발전소에서 발생되는 방사성 폐액의 처리 시 오존 발생 UV 광분해 공정을 전처리 설비로 사용할 경우 방사성 폐액 처리 설비인 증발기의 성능이 향상되어 증발기 수명을 연장할 수 있으며 증발기 운전 유지 관리가 용이해져 운전 경비를 절약할 수 있다. 또 이로 인해 운전원과 작업자의 작업량이 줄어들므로 방사선 피폭량을 감소시킬 수 있는 부차적인 이득도 따르게 된다.
또 일반적인 UV 광산화 공정에 비해 별도로 오존을 주입하지 않고 오존 발생 UV 램프와 산소 주입기를 이용해 유기물 분해에 필요한 미량의 오존을 발생시켜 유기물 분해 공정에 이용하기 때문에 잔류 오존을 별도로 처리할 필요가 없다. 따라서 잔류 오존처리 설비에 따른 비용을 절약하고 잔류 오존 처리과정에서 발생되는 2차 폐기물이 발생되지 않아 처분 방사성 폐기물량이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
따라서 공정이 단순하고 운전이 용이하며 오존을 별도로 주입하는 공정에 비해 경제적이고 잔류 오존 처리가 불필요하기 때문에 2차 폐기물 발생이 없어 최종처리되는 고체 폐기물의 양을 감소시킬 수 있다.
Claims (4)
- 액체 방사성 폐기물 내 유기물을 처리하는 공정에 있어서,오존 발생 램프(51)와 UV 램프(52) 두 종류가 하나의 반응기(50)에 설치되어 액체 방사성 폐기물의 용존 산소와 오존 발생 램프의 184.9nm의 파장이 반응하여 O3나[O]를 생성함과 동시에 생성된 O3및 별도로 주입된 H2O2와 UV의 반응을 이용하여 유기물을 분해시켜 유기물을 처리하도록 함을 특징으로 하는 오존 발생 유브이램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 공정.
- 폐수저장탱크(10)내의 폐액을 폐수주입펌프(20)의 작동과정에서 연결배관 (40)을 통해 공급받아 폐액의 유기물을 처리하는 반응기(50)로서,반응기(50)에, 폐수 속의 용존산소와 외부로부터 공급되는 산소의 반응을 통해 오존을 발생시키는 오존 발생 램프(51)와, 과산화수소와 오존을 수산화라디칼로 변화하여 유기물을 산화분해시키는 UV 램프(52)와, 유기물의 산화분해를 위한 산소를 생성시키는 산소발생기(61)가 구비됨을 특징으로 하는 오존 발생 유브이램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 장치.
- 삭제
- 제 2항에 있어서,연결배관(40)에, 산화 반응을 돕기 위하여 산화제 주입장치인 첨가제저장용기(30)와 상기 첨가제저장용기(30)의 첨가제를 주입하도록 하는 첨가제주입기(31)와 첨가제 주입량조절펌프(32)가 구비됨을 특징으로 하는 오존 발생 유브이램프와 산소발생기로 구성된 액체 방사성 폐기물내 유기물 분해 장치.
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