KR100866096B1 - 방사성 유기물질을 포함하는 난분해성 유기물분해장치를 포함하는 폐액처리시스템 및 처리방법 - Google Patents
방사성 유기물질을 포함하는 난분해성 유기물분해장치를 포함하는 폐액처리시스템 및 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폐액과 산소를 공급받아 수산화라디칼을 생성하는 수산화라디칼 생성조; 상기 수산화라디칼 생성조에서 생성된 수산화라디칼을 함유한 폐액이 유입되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 자외선을 조사하는 자외선 광원; 처리를 요하는 폐액을 처리조내로 기포상으로 분산시키는 다공 분산판; 및 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 진동 및 고주파를 발생하는 초음파 발생기를 포함하는 난분해성 유기물 분해장치를 포함하는 난분해성 유기물을 함유한 폐액처리 시스템 및 폐액의 처리방법을 제공한다.
방사성, 폐액, 난분해성, 유기물, 수산화라디칼
Description
본 발명은 난분해성 유기물을 함유한 폐액처리기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소 및 원자력 시설, 방사선(능) 이용시설 등에서 발생하는 난분해성 유기물질을 함유하는 방사성폐액을 효과적으로 처리할 수 있고, 광촉매, 펜톤 시료 등의 부가적인 첨가제의 사용을 최소화 할 수 있는 난분해성 유기물 분해장치 및 이를 포함하는 폐액처리 시스템에 관한 것이다.
원자력 발전소 및 원자력관련 시설, 방사선(능) 이용 시설에서 난분해성 유기물은 액체섬광계수기 측정용 용매와 용질, 화학제염제의 사용, 의료용 추적자 유기물 사용 등에 의해 대표적으로 발생되어진다.
액체섬광계수기는 주로 원자력발전소에서 방출하는 H3, C14 등의 베타선원을 측정하는 데 사용되며, 이러한 시료를 톨루엔, 크실렌 등의 용매로 시료를 용해시 키고, 측정의 효율 증진과 에너지 변환을 쉽게 하기 위해 PPO (2,5-다이페닐옥사졸)와, POPOP(1,4-비스[5-페닐옥사졸-2-일]벤젠 등의 용질을 이용한다. 용매와 용질로 사용되는 톨루엔, 크실렌과 PPO, POPOP는 모두 난분해성 유기물이며, 측정이 끝난 후에는 방사성폐액 내에 존재한다.
화학제염은 방사선(능)으로 오염된 기기나 설치류 등을 화학 제염제를 이용하여 방사선(능)을 제거하는 것을 말하며, 원자력 시설에서 주로 사용되는 화학 제염제는 EDTA나 유기산 등이 사용되고 있다. EDTA와 유기산 역시 난분해성 유기화합물로서 방사성폐액에 존재한다.
의료용 추적자 유기물질은 병원 및 관련 연구소에서 액상의 방사성동위원소를 동물 및 생체 등에 투입하여 진료와 진단에 이용하는 것을 말하며, 사용 후, 제조 과정에서 유기물을 포함한 방사성폐액이 발생하게 된다.
이러한 방사성폐액내의 유기물, 특히 난분해성 유기물 처리가 중요한 이유는 이를 포함한 방사성폐액의 처리시, 처리 공정에 사용되는 이온교환수지의 성능을 저하시키고, 타공정에서 발생하는 금속성 방사성폐기물과 반응하여 처리를 더 어렵게 만든다는 것이다.
방사성폐기물 드럼으로 저장할 경우에는, 난분해성 물질과 산화제가 반응하여 드럼 내부의 압력을 증가시켜 폭발의 위험이 있다. 이에 따라 우리나라 방사성폐기물 관련 법규인 과기부 고시에는 일정 함량 이하로 제한하도록 규제하고 있다.
또한 방사성폐액의 일반적인 처리 방법 중 하나인 증발 농축 방법은 난분해성 유기물질이 포함되어 있을 경우, 다이옥신 등의 환경 호르몬이 배출될 수 있으 므로 이 방법 역시 적절한 방법으로 사용할 수 없다.
따라서 방사성폐액 내에 포함된 난분해성 유기물을 적절한 방법으로 처분하는 기술이 필요하며, 현재 이용되고 있는 기술들은 일반 폐수 공정 방법 중 하나인 수산화라디칼에 의한 고도산화 공정을 접목시켜, 방사성폐액 내 난분해 유기물질을 처리하는 방법들이 주로 연구되고 있다.
고도산화공정은 오존(O3), 과산화수소, 펜톤시약(Fenton) 등을 포함하는 수산화라디칼 생성장치, UV, 전기전극, 플라즈마 등의 에너지 발생 장치 및 광촉매나 기타 촉매제 등으로 이루어져 있다. 예를 들면, 상기 장치들은 O3/UV/TiO2, H2O2/UV/TiO2, 펜톤/UV/TiO2, O3/전기분해/TiO2 등으로 구성되어 난분해성 유기물을 처리하는데 이용하고 있다.
그러나 펜톤 시약은 Fe를 함유하고 있어서, 2차 폐액에 금속성 물질을 배출할 가능성이 있으며, 또한 처리과정에서 Fe의 침전물이 생성될 가능성이 크다. TiO2를 비롯한 광촉매는 수중에서는 대기상 보다 효과가 떨어진다. 과산화수소(H2O2)는 EDTA 처리시 EDTA 1몰 당 과산화수소(H2O2) 100몰 이상을 주입해야 하므로 폐액의 양이 오히려 증가된다.
수산화라디칼 생성장치에서는 과산화수소와 펜톤 시약의 사용은 제외하고, 촉매제인 광촉매 TiO2 등을 제외하면 고도산화처리의 효능이 떨어져 처리 시간이 길어질 우려가 있다.
본 발명은 상기 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 원자력발전소 및 원자력 시설, 방사선(능) 이용시설 등에서 발생하는 난분해성 유기물질을 함유하는 방사성폐액을 효과적으로 처리할 수 있는 난분해성 유기물 분해장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 이러한 난분해성 유기물 분해장치를 포함하는 폐액처리 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 난분해성 유기물질을 함유한 폐액의 처리방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 기술적 과제는 본 발명에 따른 다음과 같은 구성에 의해 달성된다.
(1) 폐액의 유입부 및 유출부를 가지는 처리조; 상기 처리조 내부에 위치하여 유입된 폐액에 자외선을 조사하는 자외선 광원; 처리를 요하는 폐액을 처리조내로 기포상으로 분산시키는 다공 분산판; 및 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 진동 및 고주파를 발생하는 초음파 발생기를 포함하는 난분해성 유기물 분해장치.
(2) 폐액과 산소를 공급받아 수산화라디칼을 생성하는 수산화라디칼 생성조; 및,
상기 수산화라디칼 생성조에서 생성된 수산화라디칼을 함유한 폐액이 유입되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 자외선을 공급하는 자외선 광원; 처리를 요하는 폐액을 처리조내로 기포상으로 분산시키는 다공 분산판; 및 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 진동 및 고주파를 발생하는 초음파 발생기를 포함하는 난분해성 유기물 분해장치를 포함하는 난분해성 유기물을 함유한 폐액처리 시스템.
(3) 상기 (2)에 있어서, 상기 처리조의 배출구측에 분리막이 더 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
(4) 상기 (2)에 있어서, 상기 동적막의 배출구측에 분리막을 투과한 폐액을 임시 저장하기 위한 저장조가 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
(5) 상기 (2)에 있어서, 상기 수산화라디칼 생성조와 난분해성 유기물 분해장치의 사이에 설치되며, 상기 수산화라디칼 생성조와 난분해성 유기물 분해장치 사이를 폐액이 순환할 수 있도록 폐액 순환부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
(6) 난분해성 유기물질을 함유한 폐액에 산소를 공급하고, 여기에 펄스를 인가하여 수산화라디칼을 생성하는 단계; 수산화라디칼과 난분해성 유기물질을 반응시켜 난분해성 유기물질을 분해하는 단계를 포함하는 난분해성 유기물을 함유한 폐액의 처리방법.
(7) 상기 (6)에 있어서, 상기 수산화라디칼과 난분해성 유기물질은 미세기포 형태로 공급되어지는 것을 특징으로 하는 폐액의 처리방법.
(8) 상기 (6)에 있어서, 난분해성 유기물질의 분해반응은 초음파의 존재하에 수행되어지는 것을 특징으로 하는 폐액의 처리방법.
본 발명의 상기 구성에 의하면, 원자력발전소 및 원자력 시설, 방사선(능) 이용시설 등에서 발생하는 난분해성 유기물질을 함유하는 방사성폐액을 효과적으로 처리할 수 있고, 광촉매, 펜톤 시료 등의 부가적인 첨가제의 사용을 최소화 할 수 있다.
또한 본 발명은 간단한 장치들 간 결합으로 구성되어 효율에 따라 여러 부수적인 장비의 탈부착이 가능하여 효과적으로 난분해성 유기물질 함유 방사성폐액을 처리할 수 있다.
이하 본 발명의 내용을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 난분해성 유기물을 함유한 폐액처리 시스템을 나타낸다.
본 발명에 따른 폐액처리 시스템은 난분해성 유기물 분해장치(10), 산소 공급기(30)와 연결된 수산화라디칼 생성조(20)를 포함하며, 여기에 폐액 저장조(40), 처리액 임시 저장조(60)가 부가되어 있다.
필요에 따라, 본 발명의 상기 폐액처리 시스템은 분리막(50)을 더 구비할 수도 있다.
또한, 상기 본 발명의 폐액처리 시스템은 바람직하게는 상기 난분해성 유기 물 분해장치(10)와 수산화라디칼 생성조(20) 사이에서 폐액을 환류시키기 위해 폐액 순환부로서 순환펌프(12)가 더 설치된다.
본 발명에서 “난분해성 유기물”은 앞서 언급된 바와 같이 특히 원자력발전소 및 원자력관련 시설, 방사선(능) 이용 시설 등에서 발생하는 방사성 물질 혹은 방사선(능)에 오염이 된 방사성폐액 중에 함유된 난분해성 유기물질을 포함하지만, 이 이외에도 수산화라디칼에 의해 처리될 수 있는 어떠한 형태의 난분해성 유기물질도 포함될 수 있다.
이와 같은 폐액은 먼저 폐액 저장조(40)에 저장되어 수산화라디칼 생성조(20)로 공급되어진다. 수산화라디칼 생성조(20)는 공급된 폐액에 산소를 공급하고 반응시켜 수산화라디칼을 생성한다. 이와 같이 생성된 수산화라디칼은 처리되어질 폐액과 함께 펌프(12)를 통해 난분해성 유기물 분해장치(10)로 투입된다.
난분해성 유기물 분해장치(10)에서는 폐액에 함유된 수산화라디칼과 난분해성 유기물질이 반응하여 난분해성 유기물질은 안전한 화합물로 처리되어진다. 처리된 페액은 펌프(11)에 의해 임시저장조(60)로 옮겨지고 오염도 등을 측정한 후에 안전한 것으로 판단된 상태에서 타 설비 등에 배출되어진다.
난분해성 유기물 분해장치(10)에서 배출되는 처리액에는 반응 후 질소화합물이나 폐액내 함유하던 부유물 등이 존재할 수 있으며, 이들의 제거를 위해서 분리막(50)(예를 들어, 동적막)을 둘 수 있다.
바람직하게는 상기 난분해성 유기물 분해장치(10)에서 1차 처리된 폐액은 다시 순환펌프(12)를 통해 수산화라디칼 생성조(20)로 환류되어 처리공정을 반복한 다.
도 2는 본 발명의 상기 폐액처리 시스템을 구성하는 수산화라디칼 생성조(20)에서의 수산화라디칼 생성을 위한 장치구성을 도시하고 있다.
본 발명에 의하면 수산화라디칼은 기존의 공정과는 달리 산소를 수산화라디칼 생성조(20) 내에 공급하여 폐액과 반응시켜 오존을 생성하고, 이때 생성된 오존으로부터 수산화라디칼이 생성되어지는 구성이 도입된다.
보다 구체적으로는, 산소는 산소공급기(30)를 통해 수산화라디칼 생성조(20)로 공급되고, 여기에 폐액이 폐액 저장조(40)로부터 유입되어 양자가 반응하면 하기 반응식 1에서 나타낸 바와 같이 수산화라디칼 생성조(20)의 내부에는 오존이 형성된다. 오존의 형성을 위하여 산소와 난분해성 유기물질을 함유한 폐액에 소정의 펄스가 가해지고, 이러한 펄스공급에 의해 산소분자는 단원자 상태의 산소로 분해된다. 단원자 산소원자와 산소분자는 결합하여 오존을 형성하고, 형성된 오존은 다시 폐액내 형성된 하이드로퍼옥실 음이온과 반응하여 수산화라디칼을 생성한다.
<반응식 1>
이에 사용되는 펄스는 펄스방전장치(21)에 의해 공급되어진다. 또한 펄스 발생기(21)에 소정의 전압을 인가하기 위해 전원 공급부(22)를 둔다.
상기와 같이 수산화라디칼 생성조(20)에서 생성된 수산화라디칼(OHㆍ)은 폐액과 함께 난분해성 유기물 분해장치(10)로 투입되어진다.
도 3은 본 발명에 따른 난분해성 유기물 분해장치(10)의 세부 구성도를 나타낸다.
본 발명에 따른 난분해성 유기물 분해장치(10)는 다공 분산판(1), 자외선 램프(2), 초음파 발생기(3)를 포함한다.
먼저 수산화라디칼 생성조(20)로부터 수산화라디칼을 함유한 폐액이 유입되면, 이러한 폐액은 다공성 분산판(1)을 통해 장치내로 유입된다. 다공성 분산판(1)은 수산화라디칼을 함유한 폐액을 미세한 기포형태로 장치내부로 유입시킨다. 미세기포 형태는 수산화라디칼과 난분해성 유기물의 반응 표면적을 증가시키는 역할을 수행하여 유기물의 분해를 보다 촉진시킨다.
미세한 기포형태로 장치내로 유입된 폐액에 대하여 자외선 램프(2)로부터 UV가 조사된다. 자외선 램프(2)는 수산화라디칼 생성조(20)와 동일하게 하기 반응식 2에서와 같이 폐액의 물분자와 광반응을 일으켜 추가적으로 수산화라디칼을 생성한다.
<반응식 2>
생성된 수산화라디칼과 UV의 광전에너지는 난분해성 유기물질의 C-H 고리를 분해하며, 최종적으로 하기 반응식 3에서와 같이 CO2, H2O CO, H2 등의 안전한 분자형태로 변환시킨다. 또한 폐액에 EDTA와 PPO, POPOP 등의 난분해성 유기물질을 함유한 경우에는 이들 화합물에 포함된 질소는 질산이나 질산암모늄 등의 질소화합물로 잔류한다.
<반응식 3>
초음파 발생기(3)는 자외선 램프(2) 주위에서 진동과 고주파를 지속적으로 발생시켜, 다공 분산판(1)에서와 마찬가지로 미세기포를 지속적으로 생성한다. 이에 의해 수산화라디칼과 난분해성 유기물질의 분해반응은 더욱 활성화된다.
상기한 바와 같은 반응에 의해 처리된 폐액은 배출구를 통해 임시 저장조(60)으로 보내지며, 바람직하게는 처리된 폐액의 오염도를 측정한 후 최종적으로 타 설비로 배출된다. 임시 저장조(60)로 투입되기 이전 단계에서 질소화합물이나 부유물질들은 분리막(50)에 의해 제거되어질 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 처리된 폐액은 순환펌프(12)에 의해 수산화라디칼 생성조(20)로 환류되어 처리공정을 반복적으로 수행함으로써 보다 효과적으로 폐액을 처리하는 것이 가능하다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 난분해성 유기물 분해장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 난분해성 유기물을 함유한 폐액의 처리 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 수산화라디칼 생성을 위한 장치의 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
1: 다공 분산판
2: 자외선 램프
3: 초음파 발생기
10: 난분해성 유기물 분해장치
20: 수산화라디칼 생성조
21: 펄스 발생기
22: 전원 공급부
30: 산소 공급기
40: 폐액 저장조
50: 분리막
60: 임시 저장조
Claims (8)
- 삭제
- 폐액과 산소를 공급받아 수산화라디칼을 생성하는 수산화라디칼 생성조; 및,상기 수산화라디칼 생성조에서 생성된 수산화라디칼을 함유한 폐액이 유입되는 처리조; 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 자외선을 공급하는 자외선 광원; 처리를 요하는 폐액 자체를 미세한 기포상으로 분산시켜 처리조내로 유입시킴으로써 처리물질의 반응표면적을 증가시키는 다공분산판; 및 상기 처리조의 내부에 위치하여 유입된 폐액에 진동 및 고주파를 발생하는 초음파 발생기를 포함하는 난분해성 유기물 분해장치를 포함하는 난분해성 유기물을 함유한 폐액처리 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 처리조의 배출구측에 분리막이 더 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
- 제 3항에 있어서, 상기 분리막의 배출구측에 분리막을 투과한 폐액을 임시 저장하기 위한 저장조가 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 수산화라디칼 생성조와 난분해성 유기물 분해장치의 사이에 설치되며, 상기 수산화라디칼 생성조와 난분해성 유기물 분해장치 사이를 폐액이 순환할 수 있도록 폐액순환부가 더 설치된 것을 특징으로 하는 폐액처리 시스템.
- 난분해성 유기물질을 함유한 폐액에 산소를 공급하고, 여기에 펄스를 인가하여 수산화라디칼을 생성하는 단계; 상기 수산화라디칼을 함유한 폐액 자체를 미세한 기포형태로 분산시켜 처리조내로 유입시키고, 상기 유입된 수산화라디칼과 난분해성 유기물질을 반응시켜 난분해성 유기물질을 분해하는 단계를 포함하는 난분해성 유기물을 함유한 폐액의 처리방법.
- 삭제
- 제 6항에 있어서, 난분해성 유기물질의 분해반응은 초음파의 존재하에 수행되어지는 것을 특징으로 하는 폐액의 처리방법.
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| KR100923766B1 (ko) | 2009-02-06 | 2009-10-27 | 고려공업검사 주식회사 | 동적막을 이용한 액체 방사성 폐기물 제염장치 및 제염방법 |
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