KR100576919B1

KR100576919B1 - 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을저감시키는 방법

Info

Publication number: KR100576919B1
Application number: KR1020030010417A
Authority: KR
Inventors: 원휘준; 김계남; 정종헌; 최왕규; 오원진
Original assignee: 한국원자력연구소; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2003-02-19
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2006-05-03
Also published as: KR20040074514A

Abstract

본 발명은 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하고, 상기 제염제 처리 후 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하여 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 방사능 오염 토양을 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하여 발생되는 폐기물을 저감시키고, 다량의 폐기물을 처리할 수 있으며, 사용된 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있도록 한다.

방사능, 이온 교환 수지, 제염제

Description

방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법{METHOD FOR REDUCING RADIOACTIVE WASTE MATTER IN THE DECONTAMINATION OF RADIOACTIVE CONTAMINATED SOIL}

도 1은 실험예 1에서 임의로 제조한 폐액을 암모늄 이온을 포함하고 있는 양이온 교환 수지로 처리하였을 때 양이온 교환 수지를 통과하는 폐액 부피에 따라 유출되는 Cs⁺ 이온의 농도를 나타낸 것이고,

도 2는 실험예 2에서 임의로 제조한 폐액을 옥살레이트 이온을 포함하고 있는 음이온 교환 수지로 처리하였을 때 음이온 교환 수지를 통과하는 폐액 부피에 따라 유출되는 Fe³⁺ 이온의 농도를 나타낸 것이고,

도 3은 실험예 3에서 본 발명에 따른 제염제의 형태에 따라 발생되는 폐기물량과 기존의 방법으로 발생되는 폐기물량을 상대치로 비교한 것이다.

방사능 오염 토양은 일차적으로는 인간 및 육상에서 서식하는 동식물에게 직접적인 피해를 줄 수 있으며, 이차적으로는 토양 속을 흐르는 지하수를 오염시켜 해양 환경 및 대기 환경등 환경 전체에 악영향을 줄 수 있어 이에 따른 특별한 처리가 요구된다. 방사능 오염 토양을 처리하는 방법은 토양의 방사능 오염도를 측정한 후, 측정된 방사능 오염도에 따라 방사능 오염 토양을 방사성 폐기물 처분장으로 이송하여 장기간 동안 보관하거나 또는 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하여 방사능 오염 토양으로부터 방사성 핵종을 제거한다. 측정된 방사능 오염도가 극 저준위라면 방사성 폐기물 처분장에서 방사능 오염 토양을 장기간 동안 저장할 필요없이 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하여 방사능이 제거된 토양으로 변화시키는 것이 효율적이다.

그러나, 방사능 오염 토양을 제염제로 처리할 경우 방사능 오염 토양으로부터 방사성 핵종을 제거할 수 있으나, 부수적으로 나오는 폐액은 다량의 방사성 핵종을 포함하고 있다. 또한, 용액 상태의 제염제를 다량으로 사용함으로써, 상당한 양의 폐기물이 발생되었고, 많은 비용을 필요로 하였다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 방사능 오염 토양의 제염제 처리 후 발생되는 폐기물을 처리하기 위한 기술 이 개발되었다.

일본공개특허공보 평10-123293호(1998년)에서는 화학 제염 방법과 그 장치에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 원자력 발전소의 계통 내부를 제염하기 위하여 옥살산과 환원제를 사용하고, 자외선 조사 단위를 설치함으로써 제염이 완료된 후 옥살산을 파괴하여 폐기물량을 저감시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. 상기 특허는 옥살산을 파괴시킴으로써 폐기물량을 저감시킬 수 있으나, 옥살산을 재생하여 사용할 수 없다.

일본공개특허공보 평03-41937호(1991년)에서는 제염 폐액을 처리하는 방법에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 방사능 오염 토양의 Ce⁴⁺ 이온 처리 후 발생되는 폐기물을 이온 교환 수지로 처리하고, Ce⁴⁺ 이온이 흡착된 이온 교환 수지를 별도로 산 처리하여 Ce⁴⁺ 이온을 탈착시킨 후 중화제를 처리하여 Ce⁴⁺ 이온을 다시 사용하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 Ce⁴⁺ 이온을 재생하여 사용할 수 있도록 하였으나 별도의 산 처리 및 중화제 처리를 필요로 한다.

미국 보고서 번호 DOE/RL-95-46, Rev.O(Soil Washing Pilot Plant Treatability Test for the 100-DR-1 Operable Unit, September, 1995, Department of Energy, United States of America)에서는 EDTA와 암모늄 카보네이트의 혼합물을 제염제로 사용하고 이들을 재생할 수 있는 방법에 관하여 보고하였다. 상기 보고서에서는 EDTA와 암모늄 카보네이트의 혼합물을 제염제로 사용함으로써 방사능 오염 금속 자체의 방사능 준위를 재활용할 수 있는 수준까지 낮추는 방법에 대해 기술하고 있다. 그러나, 상기 방법은 제염제 자체를 수차례 사용하고 폐기 처분함으로써 제염제를 재생하여 사용할 수 없도록 한다.

Atomic Energy Canada Limited 에 의한 연구는 폐기물량을 최소화하고 지하수의 수질을 향상시키는 방법에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 연구는 지하수에 함유되어 있는 Cd, U, Pb, Fe, Ca, Sr-90, Cs-137 및 벤젠 트리클로로에틸렌을 연속식 화학적 처리, 여과 처리 및 저온 증발의 탈수법을 통하여 다량의 오염된 지하수 부피를 최소화할 뿐만 아니라, 지하수의 수질을 청정화시키도록 하는 것에 관한 것이다.

일본공개특허공보 2002-71895호(2002년)에서는 방사성 폐기물의 부피를 줄이는 장치에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 방사성 폐기물의 부피를 줄이기 위한 플라즈마 처리 용기와 플라즈마 처리 용기를 감압하기 위한 배출 장치 사이에 사이클론(cyclone)을 설치함으로써 아래 방향으로 이동하는 방사성 핵종의 양을 감소시키고 방사성 폐기물을 줄이며 방사능 폐기물 처리 장치의 관리를 용이하게 하는 장치에 관한 것이다.

일본공개특허공보 평03-264897호(1991년)에서는 고 준위 방사성 폐기물을 처리하는 방법에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 가열에 의해 Cs, 물 및 질산을 제거하고, 가열 과정에서 발생한 물질을 산소가 존재하지 않는 조건에서 가열하여 Cs가 고정된 고체 물질을 합성하고, 다시 가열시켜 소성 형태의 고체 물질로 만드는 것이다. 상기 특허에서는 Cs을 고체 물질로 변환시킴으로써 폐기물량을 저감시킬 수 있으나 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 없다.

일본공개특허공보 소하63-224786호(1988년)에서는 액체 폐기물 농축기에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 액체 폐기물 농축기에서 액체 폐기물을 농축시켜 폐기물의 부피를 감소시키고 액체 폐기물을 농축시키는 동안 액체 폐기물량과 농도를 배출 조절기의 신호에 입력시켜 액체 폐기물 종류에 관계없이 폐기물이 일정한 농도를 유지하도록 하는 것이다. 상기 특허에서는 액체 폐기물을 농축시킴으로써 폐기물량을 저감시킬 수 있으나 사용한 제염제를 분리 및 재생하여 사용할 수 없다.

일본공개특허공보 2001-239138호(2001년)에서는 액체 폐기물을 처리하는 장치에 관한 기술이 공지되어 있다. 상기 특허는 이온을 흡착할 수 있고 미세한 입자를 제거할 수 있는 여과막을 액체 폐기물 처리 장치에 장착함으로써 폐기물량을 줄일 수 있도록 하는 것이다. 상기 특허에서는 여과막을 통하여 제염 효능이 있는 이온들도 제거되어 제염제를 재생하여 사용할 수 없다.

이와 같이 종래 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하고, 이로부터 발생되는 폐기물을 처리하는 방법에서는 발생되는 폐기물량을 저감시킬 수 있었다. 그러나 폐기물을 처리하는 과정에서 사용된 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 없어 과다한 처리 비용을 필요로 하였다. 따라서 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물량을 저감시킬 수 있고, 이와 동시에 사용된 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 방사능 오염 토양을 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하여 폐기물을 저감시킬 수 있고, 다량의 폐액을 처리할 수 있으며, 사용된 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사능 오염 토양을 제염제로 처리한 후, 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하는 것으로 이루어진 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

본 발명은

(1)방사능 오염 토양을 제염제로 처리하는 단계(단계 1);및

(2)상기 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하는 단계(단계 2)로 이루어지는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법을 제공한다.

(1)단계 1

상기 단계 1은 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하는 단계이다. 구체적으로 방사능 오염 토양을 건조시킨 후, 체를 사용하여 방사능 오염 토양을 입도에 따라 분리한다. 분리한 토양에 제염제가 들어 있는 제염 용액을 첨가하여 제염 용액이 방사능 준위가 높은 미세 토양과 접촉하도록 함으로써, 방사능 오염 토양의 방사성 핵종이 제염 용액으로 용출되어 나오도록 한다. 방사성 핵종을 함유한 제염 용액이 폐액이 되는 것이다.

방사능 오염 토양은 Cs-134, Cs-137, Sr-90, Co-60과 같은 방사성 핵종으로 오염된 토양으로서, 국내에서 토양을 오염시키는 핵종은 Co-60, Cs-137인 것으로 알려져 있다. 상기 방사능 오염 토양을 제염제로 처리하게 되는데, 제염제는 방사능 핵종을 제거하는 방법에 따라 유기산 제염제 또는 이온 교환성 제염제가 사용될 수 있다.

유기산 제염제는 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid), DTPA, NTA, 시트르산(citric acid), 옥살산(oxalic acid), 포름산(formic acid) 및 아세트산(acetic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제염제로서, 상기 유기산 제염제는 방사능 오염 토양에 대하여 0.0001∼1.0M로 사용할 수 있다. 방사능 오염 토양을 상기 유기산 제염제로 처리할 경우, 유기산 제염제에 들어있는 음이온이 방사성 핵종과 착화합물을 형성함으로써 방사능 오염 토양으로부터 방사성 핵종을 제거할 수 있다.

또한, 이온 교환성 제염제는 암모늄 이온 및 바륨 이온, 세륨 이온, 바나디윰 이온, 구리 이온, 나트륨 이온 및 철 이온과 같은 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양이온을 포함하는 염으로서, 상기 이온 교환성 제염제는 방사능 오염 토양에 대하여 0.0001∼1.0M로 사용할 수 있다. 방사능 오염 토양을 상기 이온 교환성 제염제로 처리할 경우, 상기 암모늄 이온 및 금속 이온과 방사성 핵종간의 이온 교환이 일어남으로써 방사능 오염 토양으로부터 방사성 핵종을 제거할 수 있다. 상기 제염제의 성능은 제염제의 농도, 산도, 방사능 오염 토양에 대한 접촉 시간에 따라 달라질 수 있다.

제염 후 발생되는 폐액은 철, 칼슘, 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘과 같은 금속 이온을 포함하고 있으므로, 방사능 오염 토양을 제염 처리한 후, 폐액에 들어있는 금속 성분을 선별 제거하고 제염제를 재 사용하여야 한다. 그렇지 않을 경우, 상당한 부피의 폐기물이 발생하게 된다.

(2)단계 2

상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제염제를 처리한 후 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리하는 단계이다.

상기 이온 교환 수지는 상기 단계 1의 제염제를 구성하는 이온을 포함하고 있다.

상기 이온 교환 수지는 수지 내면에 이온성을 띠는 양이온 또는 음이온이 흡착되어 있는 것으로, 본 발명에서는 양이온 교환 수지 또는 음이온 교환 수지를 사용한다.

상기 양이온 교환 수지는 H⁺ 이온을 포함하는 양이온 교환 수지를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 상기 H⁺ 이온 대신에 상기 단계 1의 제염제 중 이온 교환성 제염제를 구성하는 양이온을 포함하는 양이온 교환 수지를 사용한다.

상기 H⁺ 이온 대신에 상기 단계 1의 제염제 중 이온 교환성 제염제를 구성하는 양이온을 포함하는 양이온 교환 수지는 Na⁺ 이온을 포함하는 양이온 교환 수지를 구입하여 사용하거나, 또는 H⁺ 이온 또는 Na⁺ 이온을 포함하는 양이온 교환 수지를 제염제로 처리하여 제조되는 것으로, 구체적으로는 암모늄 이온 및 바륨 이온, 세륨 이온, 바나디윰 이온, 구리 이온, 나트륨 이온 및 철 이온과 같은 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 양이온을 포함하고 있는 제염제를 처리하여 제조되는 것이다. 상기 제염제는 H⁺ 이온 또는 Na⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지 100g 당 0.1∼2.0M로 사용된다. 바람직하게는 0.2M의 제염 용액을 H⁺ 이온 또는 Na⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지에 넣고 30분 동안 방치시킴으로써, H⁺ 이온 또는 Na⁺ 이온을 제염 용액에 들어 있는 양이온으로 치환시킨다.

발생되는 폐액을 H⁺ 이온을 포함하는 양이온 교환 수지로 처리할 경우, 폐기물을 저감시킬 수 있으나 재생되는 제염제는 상당히 미미하다. 그러나, 발생되는 폐액을 상기 단계 1의 제염제 중 이온 교환성 제염제를 구성하는 양이온을 포함하는 양이온 교환 수지로 처리할 경우, 폐기물을 저감시킬 수 있고, 또한 사용한 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있다.

구체적으로, 상기 H⁺ 이온 대신에 상기 단계 1의 제염제 중 이온 교환성 제염제를 구성하는 양이온을 포함하는 양이온 교환 수지에는 상기에 제시되어 있는 양이온이 수지 표면에 흡착되어 있게 된다. 방사능 오염 토양을 상기 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액을 상기 양이온 교환 수지로 처리하면, 폐액에 함유되어 있는 방사성 핵종은 수지 표면에 흡착되어 있는 양이온과 교환되어 폐액으로부터 제거되고, 반대로 폐액에 함유되어 있는 제염제의 양이온은 유출되게 된다. 따라서, 방사능 오염 토양 제염시 발생되는 폐기물은 방사성 핵종이 흡착되어 있는 양이온 교환 수지로 변화됨으로써 폐기물의 무게 및 부피는 저감되고, 양이온 교환 수지로부터 유출되는 제염제의 양이온을 제염제로 재생하여 다시 사용할 수 있다.

상기 음이온 교환 수지는 OH^-또는 Cl^- 이온을 포함하는 음이온 교환 수지를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 상기 OH^- 이온 또는 Cl^- 이온 대신에 상기 단계 1의 제염제 중 유기산 제염제를 구성하는 음이온을 포함하는 음이온 교환 수지를 사용한다.

상기 OH^- 이온 또는 Cl^- 이온 대신에 상기 단계 1의 제염제 중 유기산 제염제를 구성하는 음이온을 포함하는 음이온 교환 수지는 OH^- 이온 또는 Cl^- 이온을 포함하는 음이온 교환 수지를 상기 단계 1의 제염제 중 유기산 제염제로 처리하여 제조되는 것으로, 구체적으로는 EDTA, DTPA, NTA, 시트르산, 옥살산, 포름산 및 아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 제염제를 처리하여 제조되는 것이다. 상기 제염제는 OH^-또는 Cl^- 이온을 함유하는 음이온 교환 수지 100g 당 0.1∼2.0M로 사용된다. 바람직하게는 0.2M의 제염 용액을 OH^-또는 Cl^- 이온을 함유하는 음이온 교환 수지에 넣고 30분 동안 방치시킴으로써, OH^-또는 Cl^- 이온을 제염 용액에 들어 있는 음이온으로 치환시킨다.

발생되는 폐기물을 OH^- 이온 또는 Cl^- 이온을 포함하는 음이온 교환 수지로 처리할 경우, 폐기물을 저감시킬 수 있으나 재생되는 제염제는 상당히 미미하다. 그러나, 발생되는 폐액을 상기 단계 1의 제염제 중 유기산 제염제를 구성하는 음이온을 포함하는 음이온 교환 수지로 처리할 경우, 폐기물을 저감시킬 수 있고, 또한 사용한 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있다.

구체적으로 상기 단계 1의 제염제 중 유기산 제염제를 구성하는 음이온을 포함하는 음이온 교환 수지는 방사능 오염 토양을 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액에 함유되어 있는 방사성 핵종을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 방사능 오염 토양을 제염제로 처리할 경우 토양으로부터 탈착되어 나오는 철, 칼슘, 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘과 같은 금속 이온도 제거할 수 있다. 즉, 방사능 오염 토양을 상기 제염제로 처리한 후 발생되는 폐액을 상기 음이온 교환 수지로 처리하면, 폐액에 음이온 형태의 착화합물로 함유되어 있는 방사성 핵종 및 금속 이온은 수지 표면에 흡착되어 있는 음이온과 교환되어 제거될 수 있다. 따라서 폐기물이 방사성 핵종 및 금속 이온이 흡착되어 있는 음이온 교환 수지로 변화됨으로써 폐기물의 무게 및 부피를 저감시킬 수 있다.

한편, 제염시 발생되는 폐액을 음이온 교환 수지로 처리함으로써 폐액에 남아있던 제염 효능이 있는 음이온은 유출액으로부터 회수되어 제염제로 다시 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

방사능 오염 토양 50g을 0.5M 질산 암모늄 용액 500㎖로 24 시간동안 혼합하고, 방사능 오염 토양 입자와 부유물을 제거함으로써 400㎖의 폐액을 얻었다.

H⁺ 이온을 포함하는 양이온 교환 수지(삼양사, 롬 앤 하스사) 30g을 0.2M 질산 암모늄 용액 200㎖로 처리하여 상기 양이온 교환 수지에 포함되어 있던 H⁺ 이온을 암모늄 이온으로 변형시켰다. 암모늄 이온으로 치환된 양이온 교환 수지를 컬럼에 충진시키고, 상기 폐액을 통과시켜 유출액을 얻었다. 통상적인 방법을 이용하여 유출액으로부터 암모늄 이온이 검출됨을 확인하여 질산 암모늄의 재생을 확인하였다. 그리고, 일정 부피의 유출액이 통과되어 이온교환수지 용량이 초과되면 철, 마그네슘 및 방사성 핵종인 세슘, 코발트 이온이 검출되었다.

<실험예 1>

본 발명에 따라 폐액을 양이온 교환 수지로 처리하였을 때, 양이온 교환 수지를 통과하는 폐액의 부피에 따라 유출액에 들어있는 방사성 핵종의 농도를 측정하였다.

구체적으로는 양이온 교환 수지의 이온형을 암모늄 이온으로 변형시켜 암모늄 이온이 흡착되어 있는 양이온 교환 수지를 제조하고, 임의로 제조한 폐액을 상기 암모늄 이온이 흡착되어 있는 양이온 교환 수지를 통과시켰다. 그리고 이로부터 유출되는 방사성 핵종의 농도를 측정함으로써, 양이온 교환 수지를 통과하는 폐액 부피에 따라 유출액에 들어있는 방사성 핵종의 농도를 측정하였다.

실험 방법은 다음과 같다.

통상적으로 사용되는 H⁺이온을함유하는 양이온 교환 수지(삼양사, 롬 앤 하스사) 3g을 0.2M의 질산 암모늄 용액 50㎖로 처리하여 양이온 교환 수지에 있는 H⁺ 이온을 암모늄 이온으로 변형시켰다. 그리고, 0.1M NH₄ ⁺ 이온, 0.001M Cs⁺ 이온, 0.001M Fe³⁺ 이온을 함유하는 폐액을 임의로 제조하였고, 상기 제조한 폐액을 양이온 교환 수지에 통과시켰다. 양이온 교환 수지를 통과시키는 폐액의 부피에 따라 양이온 교환 수지로부터 유출되는 유출액에 함유되어 있는 Cs⁺ 이온의 농도를 측정하였다.

그 결과는 도 1에 나타내었다.

도 1에서 보여지는 바와 같이, 통과시킨 폐액의 부피가 충전 부피(bed volume)의 25배가 되었을 때 유출액에서 Cs⁺ 이온이 검출되었음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 폐액을 양이온 교환 수지로 처리함으로써 상당량의 Cs⁺ 이온이 양이온 교환 수지에 흡착된다. 반대로 이온 교환성 제염제로 사용되는 암모늄 이온은 양이온 교환 수지를 통과하여 유출된다. 따라서 본 발명은 Cs⁺ 이온을 함유하고 있는 폐액이 Cs⁺이 흡착된 양이온 교환 수지로 변화됨으로써 폐기물이 저감되는 효과를 가지고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 실험예 1에서 임의로 제조된 폐액에 들어있는 Cs⁺ 이온의 농도는 실제 폐기물에 들어있는 Cs⁺ 이온 농도의 20 배 이상이 되므로, 실제 폐기물을 양이온 교환 수지로 처리할 경우 상당량의 폐기물을 정화할 수 있다.

또한, Cs⁺이온이 양이온 교환 수지로부터 유출되기 전에 양이온 교환 수지로부터 유출된 용액은 제염 효능이 있는 암모늄 이온을 함유하고 있어 이를 재생하여 제염제로 다시 사용할 수 있다.

<실험예 2>

본 발명에 따라 폐액을 음이온 교환 수지로 처리할 때, 폐액의 부피에 따라 유출액에 들어있는 금속 이온의 농도를 측정하였다. 상기 금속 이온은 방사능 오염 토양의 제염시 토양으로부터 탈착되어 나오는 이온으로서, 제염 효능이 있는 이온과 결합한 상태로 존재한다.

구체적으로는, 음이온 교환 수지의 이온형을 옥살레이트 이온으로 변형시킨 후, 임의로 제조한 폐액을 상기 옥살레이트 이온이 흡착되어 있는 음이온 교환 수지를 통과시켰다. 그리고, 이로부터 유출되는 방사성 핵종의 농도를 측정함으로써, 음이온 교환 수지를 통과하는 폐액 부피에 따라 음이온 교환 수지로부터 유출되는 유출액에 들어있는 금속 이온의 농도를 측정하였다.

실험 방법은 다음과 같다.

통상적으로 사용되는 OH^-이온을함유하는 음이온 교환 수지(삼양사, 롬 앤 하스사) 3g을 0.2M의 옥살산 수용액 100㎖로 처리하여 음이온 교환 수지에 있는 OH^- 이온을 옥살레이트 이온으로 변형시켰다. 그리고, 0.1M 옥살산, 0.002M Fe³⁺ 이온을 함유하는 폐액을 임의로 제조하였는데, 상기 폐액에서 Fe³⁺ 이온은 옥살레이트 이온과 음이온 형태의 착화합물을 형성하고 있다. 상기 제조한 폐액을 상기 제조한 음이온 교환 수지에 통과시켰다. 음이온 교환 수지를 통과하는 폐액의 부피에 따라 음이온 교환 수지로부터 유출되는 유출액에 함유되어 있는 Fe³⁺ 이온의 농도를 측정하였다.

그 결과는 도 2에 나타내었다.

도 2에서 보여지는 바와 같이, 음이온 교환 수지를 통과한 폐액의 부피가 충 전 부피의 80배가 되었을 때 유출액 내에서 Fe³⁺ 이온이 검출되었음을 알 수 있다. 따라서, 폐액을 음이온 교환 수지로 처리하였을 때 Fe³⁺ 이온을 포함하는 착화합물은 음이온 교환 수지에 흡착되어 제거되고 폐액에 함유되어 있던 옥살레이트 이온은 음이온 교환 수지를 통과하여 유출된다.

또한, 음이온 교환 수지로부터 Fe³⁺ 이온이 유출되기 전에 음이온 교환 수지로부터 유출된 유출액에는 제염 효능이 있는 옥살레이트 이온을 함유하고 있어 제염제로 다시 사용할 수 있으므로 제염 효능이 지속적으로 유지될 수 있다.

<실험예 3>

방사능 오염 토양의 제염 시 발생되는 폐액을 본 발명에 따라 이온 교환 수지로 처리하였을 때 발생되는 폐기물량과 기존 방법으로 폐액을 처리하였을 때 발생되는 폐기물량을 상대적으로 비교하였다. 제염제는 시트르산, 옥살산, 암모늄 이온을 함유하는 염, 나트륨 이온을 함유하는 염 및 바륨 이온을 함유하는 염을 사용하였다.

실험 방법은 다음과 같다.

(1) OH-를 함유하는 음이온 교환 수지 3g을 0.2M 시트르산 용액 50㎖로 처리하여 음이온 교환 수지에 포함되어 있던 OH^- 이온을 시트레이트 이온으로 변형시켰다. 방사능 오염 토양을 제염제인 시트르산 용액으로 처리하였고, 발생되는 폐액을 상기 시트레이트 이온을 포함하는 음이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다.

(2) OH^- 이온을 함유하는 음이온 교환 수지 3g을 0.2M 옥살산 용액 50㎖로 처리하여 음이온 교환 수지에 포함되어 있던 OH^- 이온을 옥살레이트 이온으로 변형시켰다. 방사능 오염 토양 제염을 제염제인 옥살산으로 처리하였고, 발생되는 폐액을 상기 옥살레이트 이온을 포함하는 음이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다.

(3) H⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지 3g을 0.2M 질산 암모늄 용액 50㎖로 처리하여 양이온 교환 수지에 포함되어 있던 H⁺ 이온을 암모늄 이온으로 변형시켰다. 방사능 오염 토양을 제염제인 질산암모늄 용액으로 처리하였고, 제염제 처리시 발생되는 폐액을 암모늄 이온을 포함하고 있던 양이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다.

(4) H⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지 3g을 0.2M 질산 나트륨 용액 50㎖로 처리하여 양이온 교환 수지에 포함되어 있던 H⁺ 이온을 나트륨 이온으로 변형시 켰다. 방사능 오염 토양을 제염제인 질산 나트륨 용액으로 처리하였고, 발생되는 폐액을 상기 나트륨 이온을 포함하는 양이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다

(5) H⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지 3g을 0.2M 질산 바륨 용액 50㎖로 처리하여 양이온 교환 수지에 포함되어 있던 H⁺ 이온을 바륨 이온을 변형시켰다. 방사능 오염 토양을 제염제인 질산 바륨 용액으로 처리하였고, 발생되는 폐액을 상기 바륨 이온을 포함하는 양이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다.

(6) 기존의 방법에 따라 상기 제염제로 방사능 오염 토양을 처리한 후, 발생되는 폐액을 제염제 이온으로 치환하지 않은 양이온 교환 수지 또는 음이온 교환 수지로 처리하였다. 이로부터 발생되는 폐기물량을 구하였다.

상기 (6)에서 구한 폐기물량을 100으로 하고 (1)∼(5)에서 구한 폐기물량을 환산하여 (1)∼(6)에서 발생되는 폐기물량을 상대적으로 비교하였다.

그 결과는 도 3에 나타내었다.

도 3에서 보여지는 바와 같이, 본 발명에 따라 제염제로 시트르산, 옥살산, 질산 암모늄 용액 및 질산 나트륨 용액을 처리하였을 경우, 각각 발생되는 폐기물 량은 38, 43, 22 및 12로 50% 이상의 폐기물 저감 효과를 보여주었다. 제염제로 질산 바륨 용액을 처리하였을 경우, 발생되는 폐기물량은 95로서 폐기물 저감 효과가 미미하였다.

상기 구성에 의한 본 발명의 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명의 방법에서는 방사능 오염 토양의 제염시 발생되는 폐액을 이온 교환 수지로 처리함으로써, 폐액이 방사성 핵종을 함유하는 이온 교환 수지와 제염제를 포함하는 유출액으로 분리되어 폐기물을 저감시킬 수 있다.

둘째, 본 발명의 방법에서는 이온 교환 수지가 방사능 오염 토양을 처리한 제염제의 구성 이온을 포함할 경우 유출액으로부터 제염제를 재생하여 다시 사용할 수 있다.

셋째, 본 발명의 방법에서는 상당량의 폐액을 정화할 수 있다.

Claims

(1) 방사능 오염 토양을 암모늄 이온, 바륨 이온, 세륨 이온, 바나디윰 이온, 구리 이온, 나트륨 이온 및 철 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양이온을 포함하는 제염제, EDTA, DTPA, NTA, 시트르산, 옥살산, 포름산 및 아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제염제로 처리하는 단계(단계 1);

(2) 이온교환수지에 상기 제염제를 흡착시키는 단계(단계 2); 및

(3) 상기 단계 1의 제염제 처리 후 발생되는 폐액을 상기 단계 2의 이온교환 수지로 처리하는 단계(단계 3)로 이루어진 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제염제가 0.0001∼1.0M로 사용되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 이온 교환 수지가 양이온 교환 수지 또는 음이온 교환 수지인 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 5항에 있어서, 상기 양이온 교환 수지가 H⁺이온 또는 Na⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지에 제염제를 처리하여 제조되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 제염제가 암모늄 이온 및 바륨 이온, 세륨 이온, 바나디윰 이온, 구리 이온, 나트륨 이온 및 철 이온과 같은 금속 이온으로 이루어진 군으로부터 선택되는 양이온을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 6항에 있어서, 상기 제염제가 H⁺이온 또는 Na⁺ 이온을 함유하는 양이온 교환 수지 100g 당 0.1∼2.0M로 사용되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 5항에 있어서, 상기 음이온 교환 수지가 OH^- 또는 Cl^- 이온을 함유하고 있는 음이온 교환 수지에 제염제를 처리하여 제조되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 제염제가 EDTA, DTPA, NTA, 시트르산, 옥살산, 포름산 및 아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 제염제가 OH^- 또는 Cl^- 이온을 함유하고 있는 음이온 교환 수지 100g 당 0.1∼2.0M로 사용되는 것을 특징으로 하는 방사능 오염 토양의 제염 후 발생되는 폐기물을 저감시키는 방법.