KR100747762B1

KR100747762B1 - 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에의한 흡착제거 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100747762B1
Application number: KR1020060094973A
Authority: KR
Inventors: 양호연; 원장식; 하종현; 박근일; 김인태; 김광욱; 박환서
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2026-09-28

Abstract

본 발명은 중수로 원자력발전소에서 발생된 방사성 탄소(C-14 방사성 핵종)를 함유한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지를 일정 온도로 가열하여 방사성 탄소 제거율을 증대시키고 동시에 자동으로 고습도를 유지하면서 휘발되는 방사성 탄소 기체(¹⁴CO₂)를 내부순환 방식에 의하여 효과적으로 처리하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 혼상 폐수지(120)가 내장되는 혼상 페수지 처리 반응조(100); 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 질소를 주입시키는 질소기체공급장치(160); 인산용액 저장탱크(170)의 인산용액(130)을 인산용액 이송펌프(180)를 이용하여 상기 혼상 폐수지 처리 반응조로 공급하는 인상용액 주입라인(190); 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 근접 설치되어 이를 가열하는 반응조 가열장치(110); 온도조절기를 이용하여 70±1℃ 범위에 도달할 때까지 가동시키지 않고 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 이의 내부 압력이 자동으로 상승하도록 하는 순환펌프(260); 용액의 온도가 원하는 온도에 도달한 후 상기 순환펌프를 가동시켜 방사성 탄소기체를 흘려보내면서 이를 제거하는 제1, 2 흡착판(240a,240b); 기체의 흐름에 역류가 일어나지 않도록 하고, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조 내부로 다시 주입되며, 순환되는 기체는 인산용액 하부로 주입되도록 하는 책밸브(290);가 구비 되어 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키는 공정에서, 폐수지 처리 반응조를 일정 온도로 가열하여 흐름 기체를 고습도로 자동 유지하고 폐수지로부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키며, 폐수지처리 반응조-기체 흡착탑 Close 시스템 내에서 기체의 내부순환에 의한 반회분식 흡착방식을 도입하여 칼슘계열 흡착제가 가지고 있는 CO₂ 기체에 대한 최대 흡착량으로 제거함으로서, 폐수지 처리공정으로부터 2차 폐기물 발생량을 최소로 할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

중수로, 폐수지 가열, 방사성 탄소기체, 자동 습도조절, 내부순환, 흡착탑.

Description

폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치{A Method and A Equipment for Removal of High Humidity Gas Released from Spent Resin by Internal Gas Circulation}

도 1 은 종래 방사성 이산화탄소 제거장치를 보인 구성도.

도 2 는 종래 방사성 이산화탄소 제거장치에 구비된 C-14 세정기의 일부 단

면 사시도.

도 3 은 본 발명에 적용된 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의

내부순환에 의한 흡착제거 장치를 보인 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(100) : 혼상 폐수지 처리 반응조 (110) : 반응조 가열장치

(120) : 혼상 폐수지 (130) : 인산용액

(140) : 용액온도 제어 열전대 (150) : 혼상폐수지 투입구

(160) : 질소기체공급장치 (170) : 인산용액 저장탱크

(180) : 인산용액 이송펌프 (190) : 인산용액 주입라인

(200) : 질소기체 공급밸브 (210) : 인산용액 공급밸브

(220) : 폐수지 공급밸브 (230a) : 제 1 흡착탑 입구밸브

(230b) : 제 2 흡착탑 입구밸브 (240a) : 제 1 흡착탑

(240b) : 제 2 흡착탑 (250a) : 제 1 흡착탑 출구밸브

(250b) : 제 2 흡착탑 출구밸브 (260) : 순환펌프

(270) : 방사성탄소 측정장치 밸브 (280) : 방사성 탄소기체 측정장치

(290) : 책밸브 (300) : 폐수지-인산용액회수밸브

(310) : 폐수지 회수탱크 (320) : 인산용액 회수탱크

본 발명은 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키는 공정에서, 폐수지 처리 반응조를 일정 온도로 가열하여 흐름 기체를 고습도로 자동 유지하고 폐수지로부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키며, 폐수지처리 반응조-기체 흡착탑 Close 시스템 내에서 기체의 내부순환에 의한 반회분식 흡착방식을 도입하여 칼슘계열 흡착제가 가지고 있는 CO₂ 기체에 대한 최대 흡착량으로 제거함으로서, 폐수지 처리공정으로부터 2차 폐기물 발생량을 최소로 할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 폐수지는 일반적으로 원자력발전소의 여러 액체 폐기물 처리계통에서 다양한 핵종을 제거하기 위한 공정에서 발생 되며, 특히 중수로 원자력발전소에서는 중수 사용에 따라 중수내 함유된 ¹⁷O에 의한 ¹⁷O(η,α)¹⁴C 반응에 의해 감속재 계통에서 C-14 핵종이 상당량 생성되고 있고, 양이온-음이온 혼상수지를 사용하여 양이온 방사성 핵종인 Co-60, Cs-137 등을 제거함과 동시에 음이온 방사성 핵종인 C-14을 제거하며, 양이온-음이온 폐수지를 별도로 분리하여 저장하지 않으므로 C-14 핵종이 함유된 혼상 폐수지가 다량 발생 되고 있다. 이상 서술한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지중 C-14 핵종은 탄산염(H¹⁴CO₃) 형태로 음이온 폐수지에 부착되어 있고, 양이온 폐수지에는 양이온 방사성 핵종인 Co-60, Cs-137 등이 함유되어 있다. C-14 방사성 탄소는 반감기가 5,730년으로 길고 β선을 방출하며, C-14 핵종 방사능이 높은 폐수지의 경우 지표 매설 처분이 곤란하고 깊은 지층에 처분하여야 하므로 비용이 높아지게 된다.

이상의 혼상 폐수지 처리방법 및 장치에 대하여 본 발명의 동일 발명자에 의하여 “알칼리 및 인산용액을 이용한 혼상 폐수지내 방사성탄소 C-14 핵종의 제거방법 및 장치” 특허를 출원하였으며, 상기의 발명은 혼상 폐수지로부터 양이온-음이온 폐수지를 각각 분리하지 않고 상온에서 알칼리 및 인산용액을 이용하여 혼상 폐수지로부터 양이온 핵종의 제거율을 최소로 하고 C-14 방사성 핵종을 효과적으 로 제거하는 고방사능 C-14 방사성 핵종이 함유된 혼상 폐수지의 처리방법 및 장치를 제공하는 것이다. 혼상폐수지로부터 제거된 C-14 핵종은 ¹⁴CO₂ 로 기체화되어 휘발되고 ¹⁴CO₂ 기체처리계통과 연결된다. 기체처리 계통으로는 기존의 Sodalime 혹은 수산화칼슘 이용 흡착공정을 이용할 수 있고, 이 경우 이차폐기물 발생량을 최소로 하기 위하여 효과적인 흡착처리 공정이 필요하다.

원자력발전소 또는 원자력시설에서의 ¹⁴CO₂ 기체 처리를 위한 종래의 기술과 발명은 공정으로부터 배출된 ¹⁴CO₂ 기체를 흡착제 또는 흡수제가 충진된 흡착탑 혹은 흡수탑을 이용하여 제거하고 환경으로 배출시키는 특징을 가지고 있다. 미국 및 캐나다에서 개발한 대표적인 기술로는 알칼리금속 슬러리 또는 고체매질을 이용한 화학반응에 의한 제거공정, NaOH 세정용액 및 lime slurry를 이용한 이단계 화학반응에 의한 제거공정, 불염화탄소(Flurocarbon)용매를 이용한 물리적인 흡수 및 제올라이트를 이용한 활성흡착공정 등이다. 상기와 같이 전체적으로 종래의 기술을 특징으로 하는 폐수지로부터 제거된 ¹⁴CO₂ 기체 처리기술은 종래의 기술이 폐수지처리 가 주 목적은 아니더라도 동일 특성의 기체처리 기본 원리가 유사한 면은 있지만 기술수단이 후술되는 본 발명과 차이가 있으며, 폐수지 처리 반응조의 가열을 통한 방사성 탄소 제거율을 증대시키고 동시에 칼슘계열 흡착제를 이용한 ¹⁴CO₂ 기 체 처리시 필수적인 고습도 기체흐름을 반응조 가열을 통하여 자동으로 유지시키는 방법과, 고습도 방사성 탄소기체 흐름의 내부 순환에 의한 효과적인 제거방법 및 장치로 이루어진 본 발명과는 상이함을 알 수 있다.

종래의 방사성 탄소기체 처리에 관한 기술 발명으로는 예를 들면, 국내 특허출원 제2003-0048791호(등록번호 10-0551534호)(명칭: 방사성 이산화탄소의 제거장치)는 도 1, 2 에 도시된 바와 같이 중수로 원자력발전소 감속재 계통에서 발생된 방사성 탄소기체를 대기중으로 배출하지 않고 방사성 포집탱크에 가압 저장한 후 별도의 습도조절 장치를 구비하고 C-14 세정기를 통해 순환, 제거하도록 하는 방사성 이산화탄소 제거장치의 발명에 관한 것이다.(도면상 부호의 상세한 설명은 생략하기로 한다) 방사성 이산화탄소 기체의 순환방법에 의한 제거 기본원리는 유사하지만 본 발명의 적용 대상인 폐수지로부터 휘발된 방사성 이산화탄소 기체의 제거효율 증대를 위하여 폐수지 처리 반응조의 가열 방법과 이로부터 자동으로 방사성 이산화탄소 기체 흐름이 고습도를 유지하는 것을 특징으로 하는 후술되는 본 발명과 목적 및 방법에 있어 차이가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 중수로 원자력발전소에서 발생된 방사성 탄소(C-14 방사성 핵종)를 함유한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지를 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키는 공정에서, 혼상 폐수지 처리 반 응조를 일정 온도로 가열하여 휘발되는 기체를 고습도로 자동 유지시키고 동시에 혼상 폐수지로 부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키며, 혼상 폐수지 처리 반응조 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 순환폄프를 이용하여 반응조-흡착층으로 구성된 일련의 내부 순환 시스템을 구성하고 반회분식으로 자동으로 고습도를 유지하는 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 효과적으로 제거할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치를 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 방사성 탄소(C-14 방사성 핵종)를 함유한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지를 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키되, 특히 여기에는 방사성 탄소 핵종이 함유된 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환시키는 단계; 혼상 폐수지 처리 반응조를 가열하여 휘발되는 기체를 고습도로 자동 유지시키고 동시에 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키는 단계; 혼상 폐수지 처리 반응조 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 칼슘계열 흡착제가 충진된 제1, 제2 흡착탑에 흘려보내면서 대기중으로 배출시키지 않고 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 순환폄프를 이용하여 반응조-병렬구조 흡착층으로 구성된 일련의 내 부 순환 시스템을 구성하여 반회분식으로 자동 고습도를 유지하면서 방사성 탄소기체를 제거하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법이 구비된다.

또한 본 발명은 혼상 폐수지가 내장되는 혼상 페수지 처리 반응조; 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 질소를 주입시키는 질소기체공급장치; 인산용액 저장탱크의 인산용액을 인산용액 이송펌프를 이용하여 상기 혼상 폐수지 처리 반응조로 공급하는 인상용액 주입라인; 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 근접 설치되어 이를 가열하는 반응조 가열장치; 온도조절기를 이용하여 70±1℃ 범위에 도달할 때까지 가동시키지 않고 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 이의 내부 압력이 자동으로 상승하도록 하는 순환펌프; 용액의 온도가 원하는 온도에 도달한 후 상기 순환펌프를 가동시켜 방사성 탄소기체를 흘려보내면서 이를 제거하는 제1, 2 흡착판; 기체의 흐름에 역류가 일어나지 않도록 하고, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조 내부로 다시 주입되며, 순환되는 기체는 인산용액 하부로 주입되도록 하는 책밸브;가 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환 에 의한 흡착제거 방법 및 장치는 도 3 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명은 상온에서 인산용액을 이용하고 대상 혼상 폐수지를 일정 온도로 가열하는 시스템에서, 반응조 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체를 칼슘계열 흡착제가 충진된 흡착탑에 흘려보내면서 제거하여 대기중으로 방출시키는 방법 대신에 자동으로 고습도를 유지하는 방사성 탄소기체를 순환폄프를 이용하여 반응조-흡착층으로 구성된 일련의 내부 순환 시스템을 구성하여 순환시키고, 반회분식으로 방사성 탄소기체를 제거하는 방법 및 장치에 대한 것으로, 반응조-흡착층 시스템을 질소기체로 퍼징(purging)한 후 반응조 가열을 통하여 상부로 휘발된 방사성 탄소기체에 의하여 시스템 내부는 압력이 어느정도 증가하고, 방사성 탄소기체가 내부 순환 방법을 도입함으로서 흡착제가 가지는 방사성 탄소기체의 최대 흡착량으로 제거하여 폐수지 처리공정으로부터 2차 폐기물 발생량을 최소로 할 수 있는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

혼상 폐수지 처리방법 및 장치에 대하여 본 발명의 동일 발명자에 의한 “알 칼리 및 인산용액을 이용한 혼상 폐수지내 방사성탄소 C-14 핵종의 제거방법 및 장치” 특허에서, 인산용액을 이용하여 혼상폐수지로부터 제거된 C-14 핵종은 용액의 화학적 특성으로 14CO2 로 기체로 직접 전환되어 휘발되고 탄소기체 처리계통과 연결된다.

방사성 탄소기체 제거기술로서 공정의 단순성 및 효율성에서 유리한 칼슘계열 흡착제, 예를 들면 Ca(OH)₂ 혹은 soda lime을 이용하는 기술에서는 방사성 탄소기체와 반응물인 칼슘과의 반응에 기체의 확산을 증대시키는 목적으로 흐름 기체의 습도를 80%이상 유지시키는 조건이 필요하고 공기에 적정량 스팀을 주입하여 조절한다. 공정으로부터 발생된 방사성 탄소 기체를 흡착탑에 흘려보내면서 연속으로 처리하고 대기중으로 방출시키는 경우는 시설의 환기계통에 영향을 주지 않도록 하는 것이 중요하지만, 본 발명의 대상인 폐수지 처리 공정으로부터 휘발된 방사성 탄소기체 처리의 경우는 시설의 환기계통 운영과는 별개로 독립적인 처리 시스템을 구성할 수 있으며, 이 경우 흡착제와 방사성 탄소기체와의 접촉시간을 증대시켜 흡착제가 가지는 방사성 탄소기체 흡착 용량을 최대로 활용할 수 있도록 방사성 탄소기체의 내부 순환에 의한 제거 방법 및 장치를 구성할 수 있다. 또한 폐수지 반응기를 폐수지가 완전 열화되지 않는 범위에서 일정온도로 가열할 경우 폐수지로부터 방사성탄소 핵종의 탈착 속도가 증대되고 자동으로 고습도의 흐름기체를 유지할 수 있어 고효율로 방사성 탄소기체를 제거할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같 다.

도 3 은 본 발명에 적용된 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거장치를 보인 것으로, 혼상 폐수지(120)가 내장되는 혼상 페수지 처리 반응조(100)와, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 질소를 주입시키는 질소기체공급장치(160)와, 인산용액 저장탱크(170)의 인산용액(130)을 인산용액 이송펌프(180)를 이용하여 상기 혼상 폐수지 처리 반응조로 공급하는 인상용액 주입라인(190)과, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 근접 설치되어 이를 가열하는 반응조 가열장치(110)와, 온도조절기를 이용하여 70±1℃ 범위에 도달할 때까지 가동시키지 않고 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 이의 내부 압력이 자동으로 상승하도록 하는 순환펌프(260)와, 용액의 온도가 원하는 온도에 도달한 후 상기 순환펌프를 가동시켜 방사성 탄소기체를 흘려보내면서 이를 제거하는 제1, 2 흡착판(240a,240b)과, 기체의 흐름에 역류가 일어나지 않도록 하고, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조 내부로 다시 주입되며, 순환되는 기체는 인산용액 하부로 주입되도록 하는 책밸브(290)로 구성된다.

특히 본 발명은 상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)의 내부에는 상단 외부로 일부 돌출되게 용액온도 제어 열전대(140)가 구비된다.

그리고 상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에는 폐수지공급밸브(220)가 연결된 혼상페수지 투입구(150)가 연결된다.

또한 본 발명 상기 질소기체공급장치(160)에는 질소기체공급밸브(200)가 구비된다.

더하여 본 발명은 상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에 기체 흐름내 방사성 탄소기체 농도가 반응시간이 지남에 따라 감소하여 주기적으로 측정하는 방사성 탄소기체 측정 장치(280)가 구비된다.

본 발명은 또한 상기 방사성 탄소기체 측정장치(280)에는 방사성 탄소 측정장치 밸브(270)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 제1, 2 흡착탑(240a,240b)의 하부에 제1, 2 흡착탑 입구밸브(230a,230b)가 연결되고, 상부에는 제1, 2 흡착탑 출구밸브(250a,250b)가 연결 구비된다.

마지막으로 본 발명은 상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)의 하부에는 폐수지-인산용액 회수밸브(300)와 폐수지 회수탱크(310) 그리고 인산용액 회수탱크(320)가 순차적으로 연결 구비된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법 및 장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 방사성 탄소(C-14 방사성 핵종)를 함유한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지를 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키게 된다.

즉, 상기 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시킴에는, 방사성 탄소 핵종이 함유된 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환시키는 단계; 혼상 폐수지 처리 반응조(100)를 가열하여 휘발되는 기체를 고습도로 자동 유지시키고 동시에 혼상 폐수지(120)로부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키는 단계; 혼상 폐수지 처리 반응조(100) 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 칼슘계열 흡착제가 충진된 제1, 제2 흡착탑(240a,240b)에 흘려보내면서 대기중으로 배출시키지 않고 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 순환폄프(260)를 이용하여 반응조-병렬구조 흡착층으로 구성된 일련의 내부 순환 시스템을 구성하여 반회분식으로 자동 고습도를 유지하면서 방사성 탄소기체를 제거하는 단계;로 이루어진다.

그리고 상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)를 70±1℃ 범위로 유지하는 가열방법에 의하여 폐수지로부터 방사성 탄소 핵종 제거율을 증대시키고 고습도 기체 흐름을 유지하게 된다.

더하여 상기 내부 순환되어 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에 재 주입되는 기체를 용액하부에 위치시켜 기체흐름에 의하여 용액이 버블링되면서 용액과 폐수지의 혼합에 의한 접촉이 용이하도록 한다.

상기한 본 발명을 도 3 을 보면서 설명하면 다음과 같다.

즉, 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에 혼상 폐수지(120)를 주입한 후 질소기체 공급장치(160)를 사용하여 질소를 흘려보내 전체 시스템을 질소분위기로 만들고 동일 발명자에 의해 채택한 NH₄H₂PO₄, H₃PO₄ 인산용액(130)을 인산용액 저장탱크(170)로부터 인산용액 이송펌프(180)를 이용하여 혼상 폐수지 처리반응조(100)로 주입이 완료됨과 동시에 상기 혼상 폐수지 처리반응조 상부에 있는 인산용액 공급밸브(210)를 닫는다. 이는 인산용액이 폐수지와 접촉함과 동시에 폐수지로부터 방사성 탄소가 용액 내로 제거되면서 빠르게 방사성 탄소기체로 전환되는 특성으로 인하여 외부로의 방사성 탄소기체의 누설을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한 상기 혼상 폐수지 처리반응조(100)를 가열하기 위한 반응조 가열장치(110)를 가동시켜 반응조내 용액의 온도를 반응조 내부에 삽입된 용액 온도 제어 열전대(140)와 온도 조절기를 이용하여 약 70±1℃ 범위에 도달할 때까지 순환 펌프(260)을 가동시키지 않고 혼상 폐수지 처리 반응조(100) 내부의 압력이 자동으로 상승하도록 한다. 용액의 온도가 원하는 온도에 도달한 후 순환펌프를 가동시켜 병렬구조 제1, 2 흡착탑(240a, 240b)중 하나 또는 두 개를 사용하여 방사성 탄소기체를 흡착탑으로 흘려보내면서 이를 제거한다. 상기 제1, 2 흡착탑(240a, 240b)을 통과한 기체 흐름은 순환펌프(260)를 거친 후 책 밸브(check valve, 290)에 의해 역류가 일어나지 않고 반응조 내부로 다시 주입되며, 순환되는 기체는 반응조 내부의 인산용액(130) 하부로 주입되도록 구성하고 순환되는 기체흐름에 의하여 용액이 버블링되 면서 용액과 폐수지의 혼합에 의한 접촉이 용이하도록 한다.

또한 상기 제1, 2흡착탑(240a, 240b)을 통과하여 순환펌프(260)를 거친 기체흐름내 방사성 탄소기체 농도는 반응시간이 지남에 따라 감소하며 방사성 탄소기체 측정장치(280)를 이용하여 주기적으로 측정하고, 기체 흐름내 방사성 탄소기체가 감지되지 않으면 순환펌프(260) 가동을 중지하고, 혼상 폐수지 처리 반응조(100) 하단에 위치한 폐수지-인산용액 회수탱크 밸브(300)를 열고 다른 모든 밸브(200,210,220,230a,230b,250a,250b,270,290)를 잠근 후 폐수지 회수탱크(310)에 폐수지만을 회수하고 인산용액 회수탱크(320)에 방사성 탄소가 제거된 인산용액을 회수하여 별도 저장한다.

더하여 본 발명은 폐수지-인산용액 회수후 폐수지-인산용액 회수밸브(300)를 닫고 순환펌프(260)를 가동하지 않은 상태에서 질소기체 공급장치(160)와 질소기체 공급밸브(200)를 열고 질소기체를 반응기에 주입하여 반응기 내부압력이 약 2기압이 되도록 하고 순환펌프(260)를 가동시키면서 일정 시간 동안 잔류 기체내 방사성 탄소기체를 제거하고, 방사성 탄소기체 측정 시스템(280)을 이용하여 잔류 방사성 탄소기체를 측정하여 존재 유무를 확인한다. 잔류 방사성 탄소기체가 없음을 확인한 후 폐수지를 반응기(100)에 주입하고 상기에 제시한 절차와 같은 운전을 동일하게 수행한다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시키는 공정에서, 폐수지 처리 반응조를 일정 온도로 가열하여 휘발되는 기체를 고습도로 자동 유지시키고 동시에 폐수지로 부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키며, 혼상 폐수지 처리 반응조 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 칼슘계열 흡착제가 충진된 흡착탑에 흘려보내면서 대기중으로 배출시키는 방법을 사용하지 않고, 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 순환폄프를 이용하여 반응조-흡착층으로 구성된 일련의 내부 순환 시스템을 구성하여 반회분식으로 자동으로 고습도를 유지하는 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 제거한다.

또한 반응조-흡착층 시스템을 질소기체로 퍼징(purging)한 후 반응조를 일정 온도로 가열하면서 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)에 의하여 시스템 내부는 압력이 어느정도 증가하고, 자동으로 고습도를 유지하는 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 내부 순환시켜 흡착제가 가지는 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)의 최대 흡착량으로 제거하여 폐수지 처리과정으로부터 이차폐기물 발생량을 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이로 인해 본 발명은 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시켜 소비자로 하여금 좋은 이미지를 심어줄 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

방사성 탄소(C-14 방사성 핵종)를 함유한 IRN-150 양이온-음이온 혼상 폐수지를 상온에서 인산용액을 이용하여 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시킴을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법.
제 1 청구항에 있어서,

상기 방사성 탄소를 기체형태로 전환 시킴에는,

방사성 탄소 핵종이 함유된 대상 혼상 폐수지로부터 방사성 탄소를 기체형태로 전환시키는 단계;

혼상 폐수지 처리 반응조(100)를 가열하여 휘발되는 기체를 고습도로 자동 유지시키고 동시에 혼상 폐수지(120)로부터 방사성 탄소 제거율을 증대시키는 단계;

혼상 폐수지 처리 반응조(100) 상부로 휘발된 고습도 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 칼슘계열 흡착제가 충진된 제1, 제2 흡착탑(240a,240b)에 흘려보내면서 대기중으로 배출시키지 않고 방사성 탄소기체(¹⁴CO₂)를 순환폄프(260)를 이용하여 반응조- 병렬구조 흡착층으로 구성된 일련의 내부 순환 시스템을 구성하여 반회분식으로 자동 고습도를 유지하면서 방사성 탄소기체를 제거하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법.
제 2 청구항에 있어서,

상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)를 70±1℃ 범위로 유지하는 가열방법에 의하여 폐수지로부터 방사성 탄소 핵종 제거율을 증대시키고 고습도 기체 흐름을 유지하는 것을 특징으로 하는폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법.
제 2 청구항에 있어서,

상기 내부 순환되어 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에 재 주입되는 기체를 용액하부에 위치시켜 기체흐름에 의하여 용액이 버블링되면서 용액과 폐수지의 혼합에 의한 접촉이 용이하도록 함을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 방법.
혼상 폐수지(120)가 내장되는 혼상 페수지 처리 반응조(100);

상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 질소를 주입시키는 질소기체공급장치(160);

인산용액 저장탱크(170)의 인산용액(130)을 인산용액 이송펌프(180)를 이용하여 상기 혼상 폐수지 처리 반응조로 공급하는 인상용액 주입라인(190);

상기 혼상 폐수지 처리 반응조와 근접 설치되어 이를 가열하는 반응조 가열장치(110);

온도조절기를 이용하여 70±1℃ 범위에 도달할 때까지 가동시키지 않고 혼상 폐수지 처리 반응조와 연결되어 이의 내부 압력이 자동으로 상승하도록 하는 순환펌프(260);

용액의 온도가 원하는 온도에 도달한 후 상기 순환펌프를 가동시켜 방사성 탄소기체를 흘려보내면서 이를 제거하는 제1, 2 흡착판(240a,240b);

기체의 흐름에 역류가 일어나지 않도록 하고, 상기 혼상 폐수지 처리 반응조 내부로 다시 주입되며, 순환되는 기체는 인산용액 하부로 주입되도록 하는 책밸브(290);가 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)의 내부에는 상단 외부로 일부 돌출되게 용액온도 제어 열전대(140)가 더 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에는 폐수지공급밸브(220)가 연결된 혼상페수지 투입구(150)가 연결 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 질소기체공급장치(160)에는 질소기체공급밸브(200)가 더 연결 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)에는 기체 흐름내 방사성 탄소기체 농도가 반응시간이 지남에 따라 감소하여 주기적으로 측정하는 방사성 탄소기체 측정 장치(280)가 더 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소 기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 9 청구항에 있어서,

상기 방사성 탄소기체 측정장치(280)에는 방사성 탄소 측정장치 밸브(270)가 더 연결 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 제1, 2 흡착탑(240a,240b)의 하부에는 제1, 2 흡착탑 입구밸브(230a,230b)가 연결되고, 상부에는 제1, 2 흡착탑 출구밸브(250a,250b)가 더 연결 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부순환에 의한 흡착제거 장치.
제 5 청구항에 있어서,

상기 혼상 폐수지 처리 반응조(100)의 하부에는 폐수지-인산용액 회수밸브(300)와 폐수지 회수탱크(310) 그리고 인산용액 회수탱크(320)가 순차적으로 더 연결 구비됨을 특징으로 하는 폐수지로부터 휘발된 고습도 방사성 탄소기체의 내부 순환에 의한 흡착제거 장치.