KR100423749B1 - Purification apparatus and method for primary cooling water of nuclear power plant using electrodeioniztion process - Google Patents

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KR100423749B1 KR10-2001-0007122A KR20010007122A KR100423749B1 KR 100423749 B1 KR100423749 B1 KR 100423749B1 KR 20010007122 A KR20010007122 A KR 20010007122A KR 100423749 B1 KR100423749 B1 KR 100423749B1
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Abstract

본 발명은 원자로 1차 냉각수 정화를 위한 전기탈이온(Electrodeionization, EDI)장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기탈이온 공정을 이용하여 원자로 1차 냉각수 내의 금속이온을 제거하는데 있어서, 수산화착물의 침전을 방지하기 위하여 이온교환물질의 충전순서 및 전기탈이온 스택(stack) 구성을 조절함으로써, 종래 이온교환수지만을 사용하는 방법과 달리 폐이온교환수지 발생 문제가 근본적으로 해결되고, 종래 초순수 제조분야에 국한되어 사용되어온 전기탈이온 공정과 달리, 금속이온이 수산화이온과 반응하여 착물을 형성하지 않으므로 착물 침전에 의한 장치의 급속한 성능저하를 방지할 수 있어, 정화효율을 극대화하고 제거효율의 신뢰성을 확보할 수 있는 방법에 관한 것이다. 그리고, 상기 공정에서 수득된 농축액 중 반응도 제어재인 붕소를 회수하기 위하여 전기투석과 전기탈이온 공정을 거치며, 전기탈이온 공정에서는 물분해 억제망을 필요한 위치에 충전함으로써, 붕소와 같은 약이온종을 고효율로 회수할 수 있어 폐기물발생과 운영비용을 저감시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrodeionization (EDI) apparatus and method for purifying a reactor primary coolant, and more particularly, to removing hydroxide metal ions in the reactor primary coolant using an electrodeionization process. By controlling the charging order of the ion exchange material and the composition of the electric deion stack to prevent the precipitation of ions, the problem of generating waste ion exchange resins is fundamentally solved, unlike conventional methods using only ion exchange resins. Unlike the electric deionization process, which has been used exclusively in the manufacturing field, since metal ions do not form complexes by reacting with hydroxide ions, it is possible to prevent rapid deterioration of the device due to complex precipitation, thereby maximizing purification efficiency and removing efficiency. The present invention relates to a method for ensuring reliability. Then, in order to recover the boron as a reactivity control material in the concentrate obtained in the process, the electrodialysis and electrodeionization process are carried out. In the electrodeionization process, a weak ion species such as boron are charged by filling the water decomposition suppression network in a necessary position. The present invention relates to a method for reducing waste and operating costs by recovering with high efficiency.

Description

전기탈이온 공정을 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치 및 방법 {Purification apparatus and method for primary cooling water of nuclear power plant using electrodeioniztion process}Reactor primary cooling water purification apparatus and method using an electric deionization process {Purification apparatus and method for primary cooling water of nuclear power plant using electrodeioniztion process}

본 발명은 전기탈이온(Electrodeionization, EDI) 공정을 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기탈이온 공정을 이용하여 원자로 1차 냉각수 내의 금속이온을 제거하는데 있어서, 수산화착물의 침전을 방지하기 위하여 이온교환물질의 충전순서 및 전기탈이온 스택(stack) 구성을 조절함으로써, 종래 이온교환수지만을 사용하는 방법과 달리 폐이온교환수지 발생 문제가 근본적으로 해결되고, 종래 초순수 제조분야에 국한되어 사용되어온 전기탈이온 공정과 달리, 금속이온이 수산화이온과 반응하여 착물을 형성하지 않으므로 착물 침전에 의한 장치의 급속한 성능저하를 방지할 수 있어, 정화효율을 극대화하고 제거효율의 신뢰성을 확보할 수 있는 방법에 관한 것이다. 그리고, 상기 공정에서 수득된 농축액 중 반응도 제어재인 붕소를 회수하기 위하여 전기투석과 전기탈이온 공정을 거치며, 전기탈이온 공정에서는 물분해 억제망을 필요한 위치에 충전함으로써, 붕소와 같은 약이온종을 고효율로 회수할 수 있어 폐기물발생과 운영비용을 저감시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reactor primary cooling water purification apparatus and method using an electrodeionization (EDI) process, and more particularly, in the removal of metal ions in the reactor primary cooling water using an electrodeionization process, By controlling the packing order and ion deion stack composition of the ion exchange material in order to prevent the precipitation of the complex, the problem of waste ion exchange resin generation is fundamentally solved, unlike the conventional method using only ion exchange resin. Unlike the electric deionization process, which has been used only in the field of ultrapure water, metal ions do not form complexes by reacting with hydroxide ions, which prevents the rapid deterioration of the device due to complex precipitation, thus maximizing purification efficiency and removal efficiency. It is about how to ensure the reliability of. Then, in order to recover the boron as a reactivity control material in the concentrate obtained in the process, the electrodialysis and electrodeionization process are carried out. In the electrodeionization process, a weak ion species such as boron are charged by filling the water decomposition suppression network in a necessary position. The present invention relates to a method for reducing waste and operating costs by recovering with high efficiency.

기존의 경수로형 원자력 발전소에서는 1차 계통 냉각수 정화를 위해 이온교환수지를 가장 많이 이용하고 있다. 이온교환수지법은 시설비가 낮고 제염효과가 우수하며 운전비용이 저렴하다는 장점이 있다. 현재 사용된 이온교환수지의 처리는 감용처리기술이 확립되어 있지 않기 때문에, 대부분 원자력 발전소 내에 장기간 저장하거나 시멘트로 고화시켜 처리해 오고 있다. 폐수지를 시멘트와 같은 고화재를 써서 고화시키는 경우에, 방사능 피폭의 위험이 원전 작업자에게 항상 노출되어 있고, 폐수지의 방사능은 고화 자체의 기술적인 문제와 함께 고화된 폐기물의 취급과 저장공간의 확보에도 어려움이 있으며, 팽윤성, 부피 감용의 한계 및 금속성분의 침출 가능성이 높다.Conventional light-water reactors use ion exchange resins most often for primary system cooling water purification. The ion exchange resin method has the advantages of low facility cost, excellent decontamination effect and low operating cost. Since the treatment of ion exchange resins currently used has not been established, most of them have been stored in nuclear power plants for a long time or solidified with cement. In the case of solidifying waste resins using solid fires such as cement, the risk of radiation exposure is always exposed to nuclear power workers, and the radioactivity of waste resins is not only related to the technical problems of solidification itself but also to the handling of solidified wastes and securing storage space. There are difficulties, and there is a high possibility of swelling, limit of volume reduction, and leaching of metal components.

전기탈이온 공정은 전기투석 장치의 탈염실에 이온교환물질(이온교환수지 또는 이온교환섬유 등)을 충전한 혼합공정으로서, 이온교환수지 공정의 장점인 높은 제염효과와, 전기투석의 장점인 폐수의 농축으로 폐수처리에 대한 환경부담을 줄이는 효과를 동시에 가진다. 또한, 전기탈이온 장치에 사용된 이온교환물질은 이온 전달매개체로만 작용하기 때문에 교체 없이 연속적으로 사용할 수 있어, 폐이온교환수지의 발생문제를 근본적으로 해결할 수 있다.Electrodeionization process is a mixing process in which ion exchange material (ion exchange resin or ion exchange fiber, etc.) is filled in the desalination chamber of an electrodialysis apparatus. Has the effect of reducing the environmental burden on wastewater treatment. In addition, since the ion exchange material used in the electrodeionization device acts only as an ion transfer medium, the ion exchange material can be used continuously without replacement, thereby fundamentally solving the problem of generating the waste ion exchange resin.

전기탈이온 장치는 1987년 밀리포어사(Milipore Co.)에 의해 처음으로 상업화된 이래 초순수 제조분야에만 적용되어 왔고, 미국 남부 캘리포니아 에디슨 발전소에 적용된 유에스 필터(U.S Filter)의 전기탈이온 시스템도 순수(Make up Water)처리에만 적용되었다.Electrodeionizers have only been applied to ultrapure water production since it was first commercialized by Miloreore Co. in 1987, and the US Filter's electrodeionization system applied to the Edison plant in Southern California, USA Only applied to Make up Water treatment.

1차 냉각수와 같이 금속이온들이 포함된 유입수의 경우, 기존의 상업화된 전기탈이온 장치를 적용하면, 스택 내에서 물의 전리로 발생한 수산화이온과 금속이온들이 반응하여 수산화착물이 형성된다. 이러한 침전물은 전기저항을 증가시키고 분극을 형성하게 된다. 따라서, 기존의 양이온교환수지와 음이온교환수지를 섞은 혼합이온교환수지를 충전한 전기탈이온 장치로는 1차 냉각수와 같이 금속이온들이 포함된 유입수를 지속적으로 처리할 수 없다. 이와 같은 이유로 원자로 1차 냉각수 정화에 전기탈이온 공정을 적용한 예는 전무하다.In the case of inflow water containing metal ions such as primary cooling water, when a commercially available electric deionization device is applied, hydroxide ions and metal ions generated by ionization of water in a stack react to form a hydroxide complex. These deposits increase the electrical resistance and form polarization. Therefore, the electric deionization device filled with the mixed cation exchange resin mixed with the existing cation exchange resin and the anion exchange resin cannot continuously process the influent containing the metal ions such as the primary cooling water. For this reason, there are no examples of applying the electrodeionization process to the purification of the reactor primary cooling water.

한편, 붕소는 반응도 제어제로서 노심 초기에는 1200 ppm으로 매우 높은 농도로 운전하며 원자로의 활성이 약해지는 노심 말기에는 30 ppm 이하로 운전되고 있다. 현재, 1차 냉각수에서 붕소의 제거를 위해 사용되는 장치는 수산화이온 형태로 충전된 음이온 교환수지가 사용되고 있다. 붕소 회수공정은 사용되지 않고 있으나 다음과 같은 회수 공정이 고려되고 있다. 노심 말기에 붕소 제거를 위해 수산화이온과 치환되어 붕소화된 음이온 교환수지를 노심 초기에 다시 사용하는 방법이다. 그러나, 이온교환수지의 선택성으로 인해 노심 말기에 붕소만이 충전된 음이온 교환수지를 얻기는 힘들다. 다른 방사화된 금속 이온들이 함께 충전되기 때문에 이러한 방법이 사용되기 위해서는 이온교환수지의 붕소 선택성을 높이는 연구가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.Boron, on the other hand, is a reactivity regulator and operates at a very high concentration of 1200 ppm at the beginning of the core and at 30 ppm or less at the end of the core, when the activity of the reactor is weakened. At present, the apparatus used for the removal of boron from the primary cooling water is an anion exchange resin filled in the form of hydroxide ions. Boron recovery process is not used, but the following recovery process is considered. At the end of the core, boron anion exchange resin substituted with hydroxide ions to remove boron is used again at the beginning of the core. However, due to the selectivity of the ion exchange resin, it is difficult to obtain an anion exchange resin filled with boron only at the end of the core. As other radioactive metal ions are charged together, further studies are needed to increase the boron selectivity of ion exchange resins.

이에, 본 발명자들은 종래의 원자로 1차 냉각수의 정화에 이용되어진 이온교환수지법의 단점을 개선하기 위하여 기존의 전기탈이온 장치에서 이온교환물질의 충전방법을 변화시킴으로써, 안정적으로 1차 냉각수를 정화하고 폐수처리에 대한 환경부담을 줄일 수 있음을 알아내었다. 또한, 전기탈이온 농축수 중 포함된 붕산을 회수함으로써, 폐기물 발생과 운영비용을 저감시키는 방법을 완성하였다.Accordingly, the present inventors stably purify the primary cooling water by changing the charging method of the ion exchange material in the existing electric deionizer in order to improve the disadvantage of the ion exchange resin method used in the purification of the primary reactor primary cooling water. It has been found that the environmental burden for wastewater treatment can be reduced. In addition, by recovering boric acid contained in the electro-deionized concentrated water, a method of reducing waste generation and operating costs was completed.

따라서, 본 발명은 기존의 원자로 1차 냉각수 정화공정인 이온교환수지 공정을 전기탈이온 공정으로 대체시켜, 처리의 신뢰성과 안정성을 확보함과 동시에 환경친화적인 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to replace an existing ion exchange resin process, which is a primary cooling water purification process of a nuclear reactor, with an electrodeionization process, to secure process reliability and stability, and to provide an environment-friendly process.

도 1은 전기탈이온법을 적용하여 원자로 1차 냉각수를 정화하는 공정의 계통도이다.1 is a system diagram of a process for purifying a reactor primary cooling water by applying an electrodeionization method.

도 2는 3개의 순차적인 전기탈이온 스택을 이용하여 수산화착물의 형성 없이 원자로 1차 냉각수를 정화하는 공정의 계통도이다.FIG. 2 is a schematic diagram of a process for purifying reactor primary cooling water using three sequential electrodeionization stacks without formation of hydroxide complexes.

도 3은 도 2와 달리 하나의 전기탈이온 스택 내에서 탈염/농축할 수 있는 스택의 상세도이다.FIG. 3 is a detailed view of a stack capable of desalting / concentrating in one electrodesorption stack unlike FIG. 2.

도 4는 양극성(Bipolar) 막을 이용하여 원자로 1차 냉각수를 정화할 수 있는 전기탈이온 스택의 상세도이다.4 is a detailed view of an electrodeionization stack capable of purifying the reactor primary cooling water using a bipolar membrane.

도 5는 다중 셀쌍(multi cell pairs)의 전기탈이온 스택구성에 대한 상세도이다.FIG. 5 is a detailed diagram of an electrodeionization stack configuration of multi cell pairs.

도 6은 붕소 회수공정에 대한 계통도이다.6 is a schematic diagram of a boron recovery process.

도 7은 붕소 제거와 회수에 대한 상세도이다.7 is a detailed view of boron removal and recovery.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

100 : 전처리 장치 110 : 열교환기100: pretreatment device 110: heat exchanger

120 : pH 조정 탱크 121 : pH 조정용 산(acid) 탱크120: pH adjustment tank 121: acid tank for pH adjustment

122 : pH 조정용 염기(base) 탱크 130 : 정밀여과장치122: pH tank base tank 130: precision filtration device

200 : 전기탈이온(EDI) 장치 210 : 전기탈이온 스택(stack)200: electrical deionization (EDI) device 210: electrical deionization stack (stack)

211 : 탈염실 212 : 농축실211 desalination chamber 212 concentration chamber

213 : 양이온 교환막 214 : 음이온 교환막213: cation exchange membrane 214: anion exchange membrane

215 : 양극성 막 216 : 물분해 억제망215 bipolar membrane 216 water decomposition suppression network

220 : 전원공급장치 230 : 전극액 탱크220: power supply device 230: electrode liquid tank

240 : EDI 탈염액 탱크 250 : EDI 농축액 탱크240: EDI desalting tank 250: EDI concentrate tank

300 : 전기투석 장치300: electrodialysis apparatus

본 발명은 양이온 교환막과 음이온 교환막 사이에 이온 교환물질이 충전되어 탈염실이 구성되고, 상기 교환막으로부터 탈염실 양측에 농축실이 장착되며, 이러한 탈염실과 농축실이 음극과 양극 사이에 배치되어 이루어진 전기탈이온 스택(stack)이 포함된 전기탈이온 장치에 있어서,According to the present invention, a desalting chamber is formed by filling an ion exchange material between a cation exchange membrane and an anion exchange membrane, and a concentration chamber is mounted on both sides of the desalting chamber from the exchange membrane, and the desalting chamber and the concentration chamber are disposed between the cathode and the anode. An electric deionization apparatus comprising a deion stack,

하나의 전기탈이온 스택 내에서, 탈염실의 피처리수 입구측으로부터 순차적으로 양이온 교환물질과, 음이온 교환물질과, 그리고 양이온과 음이온의 혼합이온 교환물질이 충전된 것을 특징으로 한다.In one electrodeion stack, the cation exchange material, the anion exchange material, and the mixed ion exchange material of the cation and anion are sequentially filled from the inlet side of the treated water in the desalination chamber.

또한, 상기 장치는 하나의 전기탈이온 스택 내에서, 탈염실 내부 중앙에 양극성(bipolar) 막이 장착되고, 이 막을 기준으로 탈염실 입구측 부분에는 양이온 교환물질이 충전되며, 그 반대편에는 음이온 교환물질이 충전되고, 두 이온교환물질층을 연결하는 통로가 설치된 형태로 이루어질 수도 있다.In addition, the apparatus is equipped with a bipolar membrane in the center of the desalting chamber in a single electrodeionization stack, and the cation exchanger is filled at the inlet side of the desalting chamber based on the membrane, and the anion exchanger on the opposite side thereof. It may be made of a form filled with a passage connecting the two ion exchange material layers.

그리고, 상기 장치는 3개의 전기탈이온 스택으로 구성되며, 양이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택, 음이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택, 그리고 혼합이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택이 순차적으로 배열된 형태로 이루어질 수도 있다.In addition, the apparatus comprises three electrodeionization stacks, an electrodeionization stack filled with only cation exchange material, an electrodeionization stack filled with only anion exchange material, and an electrodeionization stack filled with mixed ion exchange material only. It may be made in a form arranged sequentially.

이러한 전기탈이온 장치에 전압을 인가하면서 탈염실에 피처리수를 유입함과 동시에 농축실에 농축수를 유입하는 공정 등을 통하여 원자로 1차 냉각수 중의 금속이온들을 제거할 수 있다.The metal ions in the reactor primary cooling water can be removed through a process of introducing the treated water into the desalination chamber and introducing the concentrated water into the concentration chamber while applying a voltage to the electric deionization apparatus.

그리고, 상기와 같은 공정을 거쳐 수득된 농축수에는 금속이온 뿐 아니라 붕소와 같은 약이온종 등이 포함되어 있는데, 본 발명에서는 붕소를 회수하기 위한 방법으로 전기투석 및 전기탈이온 공정을 거친다. 붕소를 회수하기 위한 전기탈이온 장치는 상기 금속이온 제거를 위한 장치와는 다른 점이 있으며, 다음과 같이 구성된다. 전기탈이온 장치에 있어서,In addition, the concentrated water obtained through the above process includes not only metal ions but also weak ionic species such as boron. In the present invention, electroporation and electrodeionization are performed as a method for recovering boron. The electric deionization apparatus for recovering boron is different from the apparatus for removing metal ions, and is configured as follows. In the electric deionizer,

1) 탈염실의 피처리수 입구측으로부터 순차적으로 양이온 교환물질과, 음이온 교환물질이 충전되고, 2) 양이온 교환물질과 음이온 교환막 사이, 음이온 교환물질과 양이온 교환막 사이, 그리고 양이온 교환물질과 음이온 교환물질 사이에 물분해 억제층이 장착되어 있다.1) cation exchange material and anion exchange material are sequentially charged from the treated water inlet side of the desalting chamber, 2) between cation exchange material and anion exchange membrane, between anion exchange material and cation exchange membrane, and cation exchange material and anion exchange A water decomposition inhibiting layer is mounted between the materials.

본 발명을 첨부도면을 중심으로 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 전기탈이온법을 적용하여 원자로 1차 냉각수를 정화하는 공정의 계통도를 나타낸 것이다. 원자로 입구관으로부터 배출된 원자로 1차 냉각수는 열교환기(110)를 거쳐 이온교환수지탑의 운전에 적합한 온도인 60 ℃미만으로 유지된다. 핵연료피복관의 크러드 침적과 크러드에 의한 지르칼로이 산화를 최소화하기 위하여 원자로 1차 냉각수는 pH 6.9 ∼ 7.4에서 운전해야 한다. 원자로 출력에 수반되는 pH를 최소화하기 위해 pH 조정용 산탱크(121)와 염기탱크(122)를 지닌 pH조정탱크(120)를 거쳐 pH를 조절한 다음 정밀여과장치(130)에서 용존불순물을 제외한 부유고형물을 제거하게 된다. 정밀여과장치에 의해 농축된 액상폐기물은 폐기물처리 계통으로 배출되며 정밀여과 처리수는 전기탈이온 장치(200)로 유입된다. 전기탈이온 장치(200)는 전기탈이온 스택(210), 전기탈이온 전원공급장치(220), 전극액 탱크(230), 탈염액 탱크(240)와 농축액 탱크(250)로 구성된다. 전기탈이온 장치에 의해 농축된 액상폐기물은 붕소회수공정(도 6)으로 보내어진다. 전기탈이온 탈염액 탱크(240)에는 1차 냉각수 보충수가 유입되어 전기탈이온 처리수로서 원자로 입구관으로 보내어 진다. 따라서, 전기탈이온 탈염액 탱크(240)는 기존 원자로 화학 및 체적제어계통(CVCS)의 체적제어탱크(VCT)와 같은 역할을수행하게 된다.Figure 1 shows a schematic diagram of a process for purifying the reactor primary cooling water by applying the electric deionization method. The reactor primary cooling water discharged from the reactor inlet pipe is maintained below 60 ° C., which is a temperature suitable for operation of the ion exchange resin tower via the heat exchanger 110. The reactor primary cooling water should be operated at pH 6.9 to 7.4 to minimize the deposition of fuel cladding and the minimization of zircaloy oxidation by the clad. In order to minimize the pH associated with the output of the reactor, the pH is adjusted through the pH adjustment tank 120 having the pH adjustment acid tank 121 and the base tank 122, and then suspended in the precision filtration device 130 except the dissolved impurities. The solids will be removed. The liquid waste concentrated by the microfiltration device is discharged to the waste treatment system and the microfiltration treatment water is introduced into the electric deionizer 200. The electric deionization apparatus 200 includes an electric deionization stack 210, an electric deionization power supply device 220, an electrode liquid tank 230, a desalination liquid tank 240, and a concentrate liquid tank 250. The liquid waste concentrated by the electric deionizer is sent to the boron recovery process (FIG. 6). The primary coolant replenishment water flows into the electrodeionization desalting liquid tank 240 and is sent to the reactor inlet tube as the electrodeionization treatment water. Accordingly, the electrodeionized desalination tank 240 performs the same role as the volume control tank (VCT) of the existing reactor chemistry and volume control system (CVCS).

도 2는 3개의 순차적인 전기탈이온 스택(210)을 이용하여 수산화착물의 형성 없이 원자로 1차 냉각수를 정화하는 공정의 계통도를 나타낸 것이다. 기존의 양이온교환물질(이온교환수지 또는 이온교환섬유 등)과 음이온교환물질을 섞은 혼합이온교환수지를 충전한 전기탈이온 스택 내에서는 물의 전리로 발생한 수산화이온과 금속이온들이 반응하여 수산화착물을 형성한다. 따라서, 양이온교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택에 원자로 1차 냉각수를 유입하여 금속이온들을 제거한 다음, 수소이온과 음이온들만이 남아있는 처리수를 저장탱크에 보관한다. 그리고, 다시 음이온교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택에 유입되어 음이온들이 제거된다. 그 결과, 저장탱크에 수집되는 처리수는 금속이온들과 음이온들이 대부분 제거되어 1 ㏁-㎝ 이상의 초순수가 형성된다. 이때, 음이온교환물질의 이온형태(Ion form)는 수산화이온이 아닌 다른 이온형태를 취해야 한다. 수산화이온 형태일 경우 양이온교환물질을 충전한 전기탈이온 스택의 처리수에 포함된 미량의 금속이온과 반응을 일으켜 수산화착물이 형성될 수 있기 때문이다. 세 번째 전기탈이온 스택은 양이온 및 음이온교환물질을 섞은 혼상이온교환물질을 충전하여 첫 번째와 두 번째 전기탈이온 스택의 처리수 중 잔존하는 미량의 금속이온들과 음이온들을 제거하며 처리수의 pH를 중성으로 유지하게 한다.FIG. 2 shows a schematic diagram of a process for purifying the reactor primary cooling water using three sequential electrodeion stacks 210 without formation of hydroxide complexes. Hydroxide and metal ions generated by ionization of water react to form a hydroxide complex in an electrodeionized stack filled with a conventional cation exchange material (ion exchange resin or ion exchange fiber, etc.) and a mixed ion exchange resin mixed with anion exchange material. do. Therefore, the reactor primary cooling water is introduced into the electrodeionization stack filled with only the cation exchange material to remove metal ions, and the treated water containing only hydrogen ions and anions is stored in the storage tank. In addition, the negative ions are removed by flowing into the electrodeionization stack filled with only the anion exchange material. As a result, the treated water collected in the storage tank is mostly metal ions and anions are removed to form ultrapure water of 1 ㏁-cm or more. In this case, the ion form of the anion exchange material should take an ion form other than hydroxide ion. This is because in the case of the hydroxide ion, the hydroxide complex may be formed by reacting with a trace amount of metal ions contained in the treated water of the electrodeionized stack filled with the cation exchange material. The third electrodeionized stack is filled with a mixed phase ion exchanger mixed with cation and anion exchanger to remove trace metal ions and anions from the treated water of the first and second electrodeionized stacks, and the pH of the treated water Keep it neutral.

도 3은 도 2와 달리 하나의 전기탈이온 스택 내에서 탈염/농축할 수 있는 스택의 상세도이다. 1 셀쌍의 전기탈이온 스택에서 전기탈이온의 탈염실(211)에 양이온교환물질을 먼저 충전하고 그 다음 음이온교환물질을 충전하며 마지막으로 혼합이온교환물질을 충전한다. 원자로 1차 냉각수 중 방사능 피폭의 영향이 가장 큰 코발트이온을 기준으로 나타내었다. 코발트 이온은 전기장 하에서 음극으로 양이온교환막(213)을 통과하여 농축실(212)로 이동하며 탈염실(211)과 농축실(212)사이에서 물의 전리로 인해 수소이온과 수산화이온이 발생된다. 이러한 원인은 양이온교환물질과 음이온교환막 사이에 반대되는 전하로 인해 물의 전리가 발생하기 때문이다. 양이온교환물질을 통과한 원자로 1차 냉각수에는 음이온인 질산이온과 수소이온만이 존재하게 된다. 양이온교환물질을 충전한 층에서도 소량의 질산이온이 음이온교환막(214)을 통해 제거된다. 음이온교환물질을 충전한 층에서는 질산이온이 제거되며 음이온교환물질과 양이온교환막사이의 반대되는 전하로 인해 물의 전리가 발생된다. 양이온교환물질을 충전한 층에서 발생한 수소이온과 음이온교환물질을 충전한 층에서 발생한 수산화이온은 혼합이온교환물질을 충전한 층에서 반응하여 물을 형성한다.FIG. 3 is a detailed view of a stack capable of desalting / concentrating in one electrodesorption stack unlike FIG. 2. In the cell deionization stack of one cell pair, the deionization chamber 211 of the electric deionization is first charged with cation exchange material, followed by anion exchange material, and finally mixed ion exchange material. Cobalt ions with the largest impact of radiation exposure in the reactor primary cooling water are shown. Cobalt ions pass through the cation exchange membrane 213 to the cathode under an electric field and move to the concentration chamber 212. Hydrogen ions and hydroxide ions are generated by ionization of water between the desalination chamber 211 and the concentration chamber 212. This is because ionization of water occurs due to the opposite charge between the cation exchange material and the anion exchange membrane. Only primary nitrate ions and hydrogen ions are present in the reactor primary cooling water passing through the cation exchange material. Even in the layer filled with the cation exchange material, a small amount of nitrate ions are removed through the anion exchange membrane 214. In the layer filled with anion exchange material, nitrate ions are removed and ionization of water occurs due to the opposite charge between the anion exchange material and the cation exchange membrane. Hydrogen ions generated in the layer filled with the cation exchange material and hydroxide ions generated in the layer filled with the anion exchange material react with each other to form water.

도 4는 양극성(Bipolar) 막을 이용하여 원자로 1차 냉각수를 정화할 수 있는 전기탈이온 스택의 상세도이다. 양극성 막(215)은 전기장 하에서 수소이온과 수산화이온을 생성하는 막이다. 원자로 1차 냉각수 중 방사능 피폭의 영향이 가장 큰 코발트이온을 기준으로 설명하였다. 원자로 1차 냉각수 중 코발트이온이 양이온교환물질만을 충전한 탈염실(211a)로 유입되어 농축실(212)로 이동하며탈염실(211a)을 통과한 1차 냉각수는 음이온교환물질만을 충전한 탈염실(211b)로 유입된다. 탈염실(211a)에서 발생한 수소이온은 탈염실(211b)에서 발생한 수산화이온과 반응하여 물을 형성한다. 도 3의 전기탈이온 스택에서 설명한 원리와 같음을 알 수 있다.4 is a detailed view of an electrodeionization stack capable of purifying the reactor primary cooling water using a bipolar membrane. The bipolar membrane 215 is a membrane that generates hydrogen ions and hydroxide ions under an electric field. Cobalt ions with the largest impact of radioactive exposure in the reactor primary cooling water are described. Cobalt ions in the reactor primary coolant flow into the desalination chamber 211a filled with only the cation exchange material and move to the concentration chamber 212. The primary coolant passing through the desalination chamber 211a is the desalination chamber filled with only the anion exchange material. Flows into 211b. Hydrogen ions generated in the desalting chamber 211a react with hydroxide ions generated in the desalting chamber 211b to form water. It can be seen that the same as the principle described in the electrodeionization stack of FIG.

도 5는 다중 셀쌍(multi cell pairs)의 전기탈이온 스택 구성에 대한 상세도이다. 이는 탈염실(211)과 그 양측의 농축실(212)로 구성된 셀쌍이 음극과 양극 사이에 2겹 이상 연결되어 다중 셀쌍(Multi cell pairs)의 스택(stack)이 구성된 것이며, 이때 셀쌍과 셀쌍 사이에는 농축실이 1칸씩 추가 장착되어야 한다. 도 3과 도 4는 전기탈이온 스택이 1 셀쌍일 때에 해당하는 경우로서, 셀쌍이 증가되면 도 5에서 보는 바와 같이 4 실(four compartments) 전기탈이온 스택(농축실 1, 탈염실, 농축실 2, 농축실 3)의 셀구조를 가져야 한다. 2 실 전기탈이온 스택일 경우 양쪽의 탈염실에서 농축실로 이동한 수산화이온과 코발트이온이 반응하여 수산화착물을 형성하기 때문이다. 따라서, 4 실 전기탈이온 스택의 경우 탈염실에서 이동한 수산화이온과 코발트이온의 혼합을 억제함으로서 착물이 형성되지 않게 하였다.FIG. 5 is a detailed diagram of an electrodeionization stack configuration of multi cell pairs. The cell pair consisting of the desalination chamber 211 and the concentration chambers 212 on both sides thereof is connected to the cathode and the anode more than two times to form a stack of multi cell pairs. The enrichment room is to be equipped with one additional compartment. 3 and 4 correspond to the case where the electrical deionization stack is one cell pair, and when the cell pair is increased, as shown in FIG. 5, the four compartments electrical deionization stack (concentration chamber 1, desalination chamber, and concentration chamber) 2, cell structure of concentration room 3). This is because, in the case of the 2-room electrodeionization stack, the hydroxide ions and the cobalt ions moved from both desalting chambers to the concentration chamber react to form a hydroxide complex. Therefore, in the case of the four-room electrodeionization stack, the complex was not formed by suppressing the mixing of the hydroxide ions and the cobalt ions moved in the desalination chamber.

또한, 양극성 막을 이용할 경우 도 4에서 나타낸 바와 같이 탈염실이 두 개(211a, 211b)이다. 이러한 경우, 다중 셀쌍을 가진 전기탈이온 스택을 적용하기 위해서는 농축실 1, 탈염실, 탈염실, 농축실 2, 농축실 3의 셀구조가 반복되는 5 실 전기탈이온 스택이 요구된다.In addition, when using a bipolar membrane, as shown in FIG. 4, there are two desalination chambers 211a and 211b. In this case, in order to apply the electrodeionization stack having multiple cell pairs, a 5-room electrodeionization stack in which cell structures of concentration chamber 1, desalination chamber, desalting chamber, concentration chamber 2, and concentration chamber 3 are repeated is required.

도 6은 붕소 회수공정에 대한 계통도이다. 여기서, 전기투석(300) 장치는 도 1의 전기탈이온 공정을 거친 농축액을 전기탈이온 장치(200)의 최적처리 범위까지 처리한다. 전기투석 장치는 높은 전기저항으로 인해 전기전도도 1 ㎳/㎝ 이하까지 처리하는 데에는 사용되지 않으며, 전기탈이온 장치는 전기전도도 1 ㎳/㎝ 이하의 피처리수를 처리하는데 이용된다. 따라서, 전기투석과 전기탈이온 공정을 순차적으로 거침으로서 붕소를 제외한 이온들을 처리하고, 붕소를 회수하게 되는 것이다. 여기서 전기탈이온 장치(200)는 물분해 억제층을 충전한 전기탈이온 장치이다.6 is a schematic diagram of a boron recovery process. Here, the electrodialysis apparatus 300 treats the concentrated solution that has undergone the electrodeionization process of FIG. 1 to the optimum treatment range of the electrodeionization apparatus 200. Electrodialysis devices are not used to treat electrical conductivity up to 1 kW / cm because of their high electrical resistance, and electrodeionization devices are used to treat water to be treated with electrical conductivity 1 kW / cm or less. Therefore, by sequentially going through the electrodialysis and electrodeionization process to treat ions other than boron, and to recover the boron. Here, the electrodeionization apparatus 200 is an electrodeionization apparatus filled with a water decomposition inhibiting layer.

도 7은 붕소 제거와 회수에 대한 상세도를 나타낸 것으로, (a)붕소제거원리는 음이온교환물질을 충전한 층에서 양이온교환막(213)과 음이온교환물질의 반대되는 전하로 인한 물의 전리현상으로 음이온교환물질에서 국부적으로 pH의 급격한 상승이 있게 된다. 붕산은 이러한 pH의 상승으로 이온화하게 되어 음이온교환막(214)을 통해 농축실(212)로 이동하여 제거된다. (b)붕소회수원리는 붕산이 pH 9 이하에서는 이온화하지 않는 특성을 이용한 것으로 물분해 억제층(216)을 물이 전리하는 이온교환물질과 이온교환막 사이에 충전하여 전기투석과 같이 확산경계층을 형성하게 한다. 이때, 물분해 억제층(216)은 플라스틱 계열의 망(net)을 사용하며, 두께는 80㎚ ∼ 2㎜로 하는 것이 바람직하다. 즉, 물분해 억제층(216)은 양극성 경계면(Bipolar interface)을 억제하기 위한망(Inhibitory layer)으로서, 물의 전리현상을 억제함으로서 이온교환물질의 국부적인 pH 상승을 방지하여 붕산이 이온화되지 않게 한다.Figure 7 shows a detailed view of the boron removal and recovery, (a) the principle of boron removal is anion ionization of water due to the opposite charge of the cation exchange membrane 213 and the anion exchange material in the layer filled with anion exchange material anion There is a sharp rise in pH locally in the exchange material. Boric acid is ionized by such a rise in pH, and moves to the concentration chamber 212 through the anion exchange membrane 214 and is removed. (b) The boron recovery principle utilizes the property that boric acid does not ionize at a pH of 9 or lower, and the water decomposition inhibiting layer 216 is filled between the ion exchange material ionized with water and the ion exchange membrane to form a diffusion boundary layer like electrodialysis. Let's do it. At this time, the water decomposition inhibiting layer 216 uses a plastic-based net, and the thickness thereof is preferably 80 nm to 2 mm. That is, the water decomposition inhibiting layer 216 is an inhibitor layer for suppressing a bipolar interface, and suppresses ionization of water to prevent local pH rise of the ion exchange material, thereby preventing boric acid from being ionized. .

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by Examples.

실시예 1Example 1

양이온교환물질과 음이온교환물질 그리고 혼합이온교환물질을 순차적으로 배열한 전기탈이온 스택의 원자로 1차 냉각수 정화원리를 설명하고자 순차적으로 분리실험을 실시하여 이온교환물질의 충전에 따른 제거효율과 에너지 소모량 등을 비교하였다. 정밀여과 처리수를 순차적으로 배열한 3 개의 전기탈이온 스택에 유입시켰다. 원자로 1차 냉각수에는 발전주기가 거듭될수록 코발트, 니켈, 철, 은, 붕소, 크롬 등의 방사성을 띤 부식생성물이 포함되는데, 이중 피폭의 영향이 가장 큰 코발트이온을 중심으로 전기탈이온 실험을 수행하였다. 이때, 사용된 코발트이온의 농도는 10 mg/L이었다. 실험에 사용된 양이온교환막은 CMX(일본 Tokuyama Co. 제품)을 사용하고, 음이온교환막은 AMX(일본 Tokuyama Co. 제품)을 사용하였으며, 이온교환물질은 IRN-77 강산성 양이온교환수지, IRN-78 강염기성 음이온교환수지(Rohm and Haas Co. 제품)를 사용하였다. 전류밀도는 1.7 mA/㎠, 유효막면적 80 ㎠, 정전류 조건에서 22 시간동안 연속운전(Continuous operation)으로 실시하였으며, 그 실험 결과를 표 1에 정리하였다.In order to explain the principle of the primary cooling water purification of the reactor of the electric deionized stack in which the cation exchange material, the anion exchange material, and the mixed ion exchange material were arranged sequentially, the separation experiment was conducted sequentially to remove the removal efficiency and energy consumption of the ion exchange material. And the like. The microfiltration treated water was introduced into three electrodeionized stacks arranged in sequence. The primary cooling water of the reactor contains radioactive corrosion products such as cobalt, nickel, iron, silver, boron, and chromium as the power generation cycle is repeated, and conducts electrodeionization experiments centering on cobalt ions having the greatest effect of exposure. It was. At this time, the concentration of cobalt ion used was 10 mg / L. The cation exchange membrane used in the experiment was CMX (manufactured by Tokuyama Co., Japan), the anion exchange membrane was used by AMX (manufactured by Tokuyama Co., Japan), and the ion exchange material was IRN-77 strongly acidic cation exchange resin, IRN-78 steel. Basic anion exchange resin (manufactured by Rohm and Haas Co.) was used. Current density was 1.7 mA / cm 2, effective film area 80 cm 2, and continuous operation for 22 hours under constant current conditions. The experimental results are summarized in Table 1.

이온교환수지를 충전한 전기탈이온 스택의 측정결과Measurement result of electric deionized stack filled with ion exchange resin 전기탈이온 스택Electrodeion Stack 코발트이온제거효율(%)Cobalt ion removal efficiency (%) 질산이온제거효율(%)Nitrate removal efficiency (%) 에너지소모량(kWh/ton)Energy Consumption (kWh / ton) 1One 양이온교환수지를 충전한 전기탈이온Electrodeionization with Cation Exchange Resin 99.999.9 27.927.9 0.90.9 22 음이온교환수지를 충전한 전기탈이온Electrodeionization with anion exchange resin 9696 99.999.9 0.50.5 33 혼합이온교환수지를 충전한 전기탈이온Electrodeionization with Mixed Ion Exchange Resin 99.499.4 98.798.7 1.51.5

코발트이온의 농도는 초기 10 mg/L에서 순차적으로 3 개의 전기탈이온 스택까지 통과한 후 감소하여 1 ppb의 낮은 농도를 나타내었다.The concentration of cobalt ion decreased from the initial 10 mg / L to three electrodeionization stacks sequentially and then decreased to a low concentration of 1 ppb.

실시예 2Example 2

양이온교환물질과 음이온교환물질 그리고 혼합이온교환물질을 하나의 셀내에 충전시킨 전기탈이온 스택을 이용하여 정화실험을 실시하였으며 이온교환물질의 충전에 따른 제거효율과 에너지 소모량 등을 비교하였다. 피폭의 영향이 가장 큰 코발트이온을 중심으로 전기탈이온 실험을 수행하였다. 코발트이온의 초기 농도 및 실험에 사용된 이온교환막과 이온교환수지는 상기 실시예 1과 동일하다. 이온교환섬유는 AMPS 강산성 양이온교환섬유, 플렉시몬(PLEXIMON) 강염기성 음이온교환섬유(Institute Textile De France 제품)를 사용하였다. 하나의 스택에 양이온교환수지, 음이온교환수지, 혼합이온교환수지를 순차적으로 충전한 다음 전류밀도는 3.3 mA/㎠, 유효막면적 80 ㎠, 정전류 조건에서 25시간 동안 연속운전으로 실시되었다. 이온교환섬유를 충전한 전기탈이온 스택의 경우 양이온교환섬유와 음이온교환섬유를 1:1로 순차적으로 충전하여, 전류밀도 2.7 mA/㎠, 유효막면적 80㎠, 정전류 조건에서 7시간 동안 연속운전으로 실시하였고, 그 실험 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.Purification experiments were carried out using an electrodesorption stack filled with cation exchanger, anion exchanger and mixed ion exchanger in one cell, and the removal efficiency and energy consumption of the ion exchanger were compared. Electrodeionization experiments were carried out around cobalt ions with the greatest effect of exposure. The initial concentration of cobalt ions and the ion exchange membrane and ion exchange resin used in the experiment are the same as in Example 1. For the ion exchange fiber, AMPS strong acid cation exchange fiber, PLEXIMON strong basic anion exchange fiber (manufactured by Institute Textile De France) was used. One stack was charged with a cation exchange resin, an anion exchange resin, and a mixed ion exchange resin in this order, and the current density was 3.3 hours / cm 2, an effective membrane area of 80 cm 2, and continuous operation for 25 hours under constant current conditions. In the case of the electric deionized stack filled with ion exchange fibers, the cation exchange fibers and the anion exchange fibers were sequentially charged 1: 1, and operated continuously for 7 hours at a current density of 2.7 mA / cm 2, an effective membrane area of 80 cm 2, and constant current. The experiment results are summarized in Table 2.

이온교환수지 및 이온교환섬유를 충전한 전기탈이온 스택의 측정결과Measurement Result of Electrodeionized Stack with Ion Exchange Resin and Ion Exchange Fiber 전기탈이온 스택Electrodeion Stack 코발트이온제거효율(%)Cobalt ion removal efficiency (%) 전류효율(%)Current efficiency (%) 에너지소모량(kWh/ton)Energy Consumption (kWh / ton) 이온교환수지를 충전한전기탈이온Electrodeionization with Ion Exchange Resin 9999 3030 22 이온교환섬유를 충전한전기탈이온Electrodeionization with ion exchange fiber 9999 23.223.2 3.53.5

실시예 3Example 3

반응도 제어재인 붕소이온을 회수하기 위해 전기투석 공정과 전기탈이온 공정을 순차적으로 적용하여 회수율과 에너지 소모량 등을 관찰하였다. 전기탈이온 장치의 농축액이 탈염액 농도의 10 배가 되었을 때 회수공정의 유입수로 사용하였다. 회수공정의 유입수인 전기탈이온 장치의 농축액은 코발트이온, 철, 니켈, 은, 붕소, 크롬 등의 이온을 포함하여 약 4000 ㎲/㎝를 나타내었다. 실험에 사용된 이온교환막과 이온교환수지는 상기 실시예 1과 동일하였다. 물분해 억제망으로 사용된 폴리프로필렌 망(망크기: 43.5 ×43.5 strands per inch, Naltex, Nalle Plastics, Inc.)은 0.013"의 두께로 장착하였고, 전류밀도 2.3 mA/㎠, 유효막면적 80 ㎠, 정전류 조건에서 연속운전으로 실시되었다. 그리고, 실험 결과를 표 4에 정리하였다.In order to recover the boron ion as a reactivity control material, the electrodialysis process and the electrodeionization process were sequentially applied to observe the recovery rate and the energy consumption. When the concentration of the electrodeionizer was 10 times the concentration of the desalination solution, it was used as the influent of the recovery process. The concentrate of the electrodeionization device, which is the influent of the recovery process, exhibited about 4000 dl / cm including ions such as cobalt ions, iron, nickel, silver, boron, and chromium. The ion exchange membrane and ion exchange resin used in the experiment were the same as in Example 1. Polypropylene mesh (mesh size: 43.5 × 43.5 strands per inch, Naltex, Nalle Plastics, Inc.) used as a water decomposition suppressor was mounted at a thickness of 0.013 ", current density 2.3 mA / ㎠, effective film area 80 ㎠ In the constant current conditions, continuous operation was carried out, and the experimental results are summarized in Table 4.

반응도 제어재인 붕소 회수공정의 측정결과Measurement result of boron recovery process as reactivity control material 붕산 회수율(%)Boric acid recovery (%) 전류효율(%)Current efficiency (%) 에너지소모량(kWh/ton)Energy Consumption (kWh / ton) 붕소 회수공정Boron Recovery Process 9494 2020 4.24.2

전류밀도 변화에 따라 붕소의 회수율을 조사한 결과 2.3 mA/㎠에서 94 %를 나타내었으며 전류밀도 증가에 따라 43 %까지 감소하였다. 전류밀도 증가에 따라 전기탈이온 장치의 물분해 억제를 위해 장착한 망과 이온교환막에서 확산경계층이 형성되어 농도분극현상이 발생한 것으로 판단된다.As a result of investigating the recovery of boron according to the change of current density, it was 94% at 2.3 mA / ㎠ and decreased to 43% with increasing current density. As the current density increases, the diffusion boundary layer is formed in the network and the ion exchange membrane installed to suppress the water decomposition of the electrodeionization device.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 원자로 1차 냉각수로부터 전기탈이온 공정에 의한 금속이온의 제거방법과 붕소의 회수방법은 기존의 전기탈이온 장치에서 이온교환물질의 충전방법을 변화시킴으로써, 폐기물 처리부담을 혁신적으로 줄이고 방사능 피폭의 위험에서 작업자를 보호할 수 있으며, 경제ㆍ산업적 측면에서 원자력발전소의 운영경비 절감 및 보수비용 절감 등으로 인해 경쟁력 확보에 도움을 줄 수 있다. 따라서, 국제무역에서 그린라운드를 통해 환경오염에 대한 규제를 강화하는 상황에서 청정기술인 전기탈이온 공정의 적용은 이온교환수지법이 응용되던 산업현장에서 경제적 이윤을 창출할 것이며, 초순수 제조에만 국한되어온 전기탈이온 공정을 금속이온이 포함된 상수 및 하수, 폐수에 적용함으로써 보다 많은 응용분야를 창출할 수 있는 효과가 있다.As described above, the method of removing metal ions and recovering boron from the reactor primary cooling water according to the present invention by the electrodeionization process by changing the charging method of the ion exchange material in the existing electrodeionization apparatus, waste treatment It can innovatively reduce the burden and protect workers from the risk of radiation exposure, and can help secure competitiveness by reducing operational and maintenance costs of nuclear power plants in terms of economy and industry. Therefore, in the context of strengthening regulations on environmental pollution through green rounds in international trade, the application of the clean deionization process, which is a clean technology, will generate economic profits in the industrial field where the ion exchange resin law was applied. By applying the electrodeionization process to water, sewage, and wastewater containing metal ions, it is possible to create more applications.

Claims (9)

양이온 교환막(213)과 음이온 교환막(214) 사이에 이온 교환물질이 충전되어 탈염실(211)이 구성되고, 상기 교환막으로부터 탈염실 양측에 농축실(212)이 장착되며, 이러한 탈염실과 농축실이 음극과 양극 사이에 배치되어 이루어진 전기탈이온 스택(210)이 포함된 전기탈이온 장치를 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치에 있어서,An ion exchange material is filled between the cation exchange membrane 213 and the anion exchange membrane 214 to form a desalination chamber 211, and a concentration chamber 212 is mounted on both sides of the desalination chamber from the exchange membrane. In the reactor primary cooling water purifier using an electric deionization device including an electric deionization stack 210 is disposed between the cathode and the anode, 하나의 전기탈이온 스택 내에서, 탈염실(211)의 피처리수 입구측으로부터 순차적으로 양이온 교환물질과, 음이온 교환물질과, 그리고 양이온과 음이온의 혼합이온 교환물질이 충전된 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.A reactor characterized in that the cation exchange material, the anion exchange material, and the mixed ion exchange material of the cation and anion are sequentially filled from the inlet side of the desalination chamber 211 in the deionization chamber 211. Primary Cooling Water Purifier. 양이온 교환막(213)과 음이온 교환막(214) 사이에 이온 교환물질이 충전되어 탈염실(211)이 구성되고, 상기 교환막으로부터 탈염실 양측에 농축실(212)이 장착되며, 이러한 탈염실과 농축실이 음극과 양극 사이에 배치되어 이루어진 전기탈이온 스택(210)이 포함된 전기탈이온 장치를 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치에 있어서,An ion exchange material is filled between the cation exchange membrane 213 and the anion exchange membrane 214 to form a desalination chamber 211, and a concentration chamber 212 is mounted on both sides of the desalination chamber from the exchange membrane. In the reactor primary cooling water purifier using an electric deionization device including an electric deionization stack 210 is disposed between the cathode and the anode, 하나의 전기탈이온 스택 내에서, 탈염실 내부 중앙에 양극성(bipolar) 막(215)이 장착되고, 이 막을 기준으로 탈염실 입구측 부분에는 양이온 교환물질이 충전되며, 그 반대편에는 음이온 교환물질이 충전되고, 두 이온교환 물질층을 연결하는 통로가 설치된 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.In one electrodeionization stack, a bipolar membrane 215 is mounted in the center of the desalination chamber, and based on the membrane, a cation exchanger is charged at the inlet side of the desalination chamber, and an anion exchanger is opposite to the membrane. A reactor primary coolant purification apparatus characterized by being filled with a passage connecting two layers of ion exchange material. 양이온 교환막(213)과 음이온 교환막(214) 사이에 이온 교환물질이 충전되어 탈염실(211)이 구성되고, 상기 교환막으로부터 탈염실 양측에 농축실(212)이 장착되며, 이러한 탈염실과 농축실이 음극과 양극 사이에 배치되어 이루어진 전기탈이온 스택(210)이 포함된 전기탈이온 장치를 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치에 있어서,An ion exchange material is filled between the cation exchange membrane 213 and the anion exchange membrane 214 to form a desalination chamber 211, and a concentration chamber 212 is mounted on both sides of the desalination chamber from the exchange membrane. In the reactor primary cooling water purifier using an electric deionization device including an electric deionization stack 210 is disposed between the cathode and the anode, 상기 장치가 3개의 전기탈이온 스택으로 구성되며, 양이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택, 음이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택, 그리고 혼합이온 교환물질만을 충전한 전기탈이온 스택이 순차적으로 배열된 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.The apparatus consists of three electrodeionization stacks, an electrodeionization stack filled with cation exchange material only, an electrodeionization stack filled with anion exchange material only, and an electrodeionization stack filled with mixed ion exchange material in sequence. Reactor primary coolant purification apparatus, characterized in that arranged. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한항에 있어서, 상기 탈염실과 그 양측의 농축실로 구성된 셀쌍이 음극과 양극 사이에 2겹 이상 연결되어 다중 셀쌍(Multi cell pairs)의 스택(stack)이 구성되고, 셀쌍과 셀쌍 사이에는 농축실이 1칸씩 추가 장착된 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.According to any one of claims 1 to 3, wherein the cell pair consisting of the desalination chamber and the enrichment chambers on both sides are connected two or more layers between the cathode and the anode to form a stack of multi cell pairs (cell stack), Reactor primary cooling water purification apparatus, characterized in that the concentration chamber is additionally installed one by one between the cell pair. 전기탈이온 장치에 전압을 인가하면서 탈염실에 피처리수를 유입함과 동시에 농축실에 농축수를 유입하여 피처리수 중의 불순물 이온을 제거하는 원자로 1차 냉각수 정화방법에 있어서,In the reactor primary cooling water purification method for removing impurity ions in the treated water by flowing the treated water into the desalination chamber while applying a voltage to the electric deionizer, 상기 청구항 1, 청구항 2 또는 청구항 3의 장치에서 이온 교환물질의 배열 순서에 따라 피처리수를 통과시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화방법.Reactor primary cooling water purification method comprising the step of passing the water to be treated in the arrangement of the ion exchange material in the apparatus of claim 1, claim 2 or claim 3. 전기탈이온 장치에 전압을 인가하면서 탈염실에 피처리수를 유입함과 동시에 농축실에 농축수를 유입하여 피처리수 중의 불순물 이온을 제거하는 원자로 1차 냉각수 정화방법에 있어서,In the reactor primary cooling water purification method for removing impurity ions in the treated water by flowing the treated water into the desalination chamber while applying a voltage to the electric deionizer, 상기 청구항 4의 장치를 이용하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화방법.Reactor primary cooling water purification method comprising the step of using the apparatus of claim 4. 양이온 교환막(213)과 음이온 교환막(214) 사이에 이온 교환물질이 충전되어 탈염실(211)이 구성되고, 상기 교환막으로부터 탈염실 양측에 농축실(212)이 장착되며, 이러한 탈염실과 농축실이 음극과 양극 사이에 배치되어 이루어진 전기탈이온 장치를 이용한 원자로 1차 냉각수 정화장치에 있어서,An ion exchange material is filled between the cation exchange membrane 213 and the anion exchange membrane 214 to form a desalination chamber 211, and a concentration chamber 212 is mounted on both sides of the desalination chamber from the exchange membrane. In the reactor primary cooling water purifier using an electrodeionization device disposed between the cathode and the anode, 1) 탈염실의 피처리수 입구측으로부터 순차적으로 양이온 교환물질과, 음이온 교환물질이 충전되고, 2) 양이온 교환물질과 음이온 교환막 사이, 음이온 교환물질과 양이온 교환막 사이, 그리고 양이온 교환물질과 음이온 교환물질 사이에 물분해 억제층(216)이 장착된 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.1) cation exchange material and anion exchange material are sequentially charged from the treated water inlet side of the desalting chamber, 2) between cation exchange material and anion exchange membrane, between anion exchange material and cation exchange membrane, and cation exchange material and anion exchange Reactor primary cooling water purifier, characterized in that the water decomposition suppression layer 216 is mounted between the materials. 제 7 항에 있어서, 상기 물분해 억제층(216)은 80㎚ ∼ 2㎜의 두께의 플라스틱 계열 망(net)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화장치.The reactor primary coolant purification apparatus according to claim 7, wherein the water decomposition inhibiting layer (216) comprises a plastic-based net having a thickness of 80 nm to 2 mm. 원자로 1차 냉각수 정화방법에 있어서,In the reactor primary cooling water purification method, 전기투석방법을 이용하여 전기탈이온 공정에 적합한 1ms/cm 이하의 이온농도까지 처리하는 공정과,A process of treating up to an ion concentration of 1 ms / cm or less suitable for an electrodeionization process using an electrodialysis method, 상기 청구항 7 또는 청구항 8의 정화장치를 이용하여 피처리수 중의 약이온종을 회수하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 원자로 1차 냉각수 정화방법.A method for purifying the reactor primary cooling water, comprising the step of recovering the weak ion species in the water to be treated using the purifier of claim 7 or 8.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102213338B1 (en) * 2020-05-07 2021-02-09 주식회사 코엔키환경 Wastewater zero-liquid-discharge by using fusion deionization treatment system
WO2021225205A1 (en) * 2020-05-07 2021-11-11 주식회사 코엔키환경 Zero liquid discharge treatment system for concentrated water package using molecular destruction apparatus and fusion deionization

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100763436B1 (en) * 2006-05-03 2007-10-04 한국정수공업 주식회사 Electrodeionization apparatus
CN102701340B (en) * 2012-06-12 2014-09-03 爱思特水务科技有限公司 Electro-adsorption desalting system, regeneration system and corresponding method
CL2014000579A1 (en) * 2014-03-10 2014-06-20 Fundacion Chile Continuous and modular treatment system for boron removal, consisting of a boron system next to a resin regeneration system, comprising 3 columns that operate alternately, two of the columns are in operation, in boron removal, while the third column is in regeneration
KR101934012B1 (en) 2017-03-16 2018-12-31 순천대학교 산학협력단 APPARATUS AND METHOD FOR PURIFYING RADIOACTIVE MATERIALS AND CONTROLLING pH OF REACTOR COOLANT
JP6799657B1 (en) * 2019-10-24 2020-12-16 オルガノ株式会社 Water treatment system, ultrapure water production system and water treatment method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0636051A1 (en) * 1992-04-13 1995-02-01 Olin Corp Water ionizing electrode and process for using.
WO2000030749A1 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 E-Cell Corporation Method and apparatus for electrodeionization of water using mixed bed and single phase ion exchange materials in diluting compartments
US6187162B1 (en) * 1999-09-13 2001-02-13 Leon Mir Electrodeionization apparatus with scaling control

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0636051A1 (en) * 1992-04-13 1995-02-01 Olin Corp Water ionizing electrode and process for using.
EP0636051B1 (en) * 1992-04-13 1997-04-23 Olin Corporation Apparatus comprising a water ionizing electrode and process of use of said apparatus
WO2000030749A1 (en) * 1998-11-25 2000-06-02 E-Cell Corporation Method and apparatus for electrodeionization of water using mixed bed and single phase ion exchange materials in diluting compartments
US6187162B1 (en) * 1999-09-13 2001-02-13 Leon Mir Electrodeionization apparatus with scaling control

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102213338B1 (en) * 2020-05-07 2021-02-09 주식회사 코엔키환경 Wastewater zero-liquid-discharge by using fusion deionization treatment system
WO2021225205A1 (en) * 2020-05-07 2021-11-11 주식회사 코엔키환경 Zero liquid discharge treatment system for concentrated water package using molecular destruction apparatus and fusion deionization

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