KR100956694B1 - 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법 - Google Patents

고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 고체 방사성 폐기물을 다량의 물속에 넣어서 다량의 물과의 반응을 통하여 삼중수소를 제거함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있으며, 기포를 이용하여 고체 방사성 폐기물과 물이 잘 접촉할 수 있도록 함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있는, 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법에 관한 것으로서,
급수밸브가 설치되어 다량의 물을 공급하기 위한 급수배관과, 급기밸브가 설치되어 공기를 공급하기 위한 급기배관과, 전원이 인가되면 발열되는 히터와, 상기한 히터에 의해 더워진 공기를 이동시키기 위한 송풍기와, 상기한 급수배관과 급기배관과 송풍기에 연결되어 있는 외부용기와, 상기한 외부용기의 내부에 장착되는 내부용기와, 상기한 외부용기의 외부면에 장착되어 있는 수위지시계와, 상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배수밸브가 설치되어 있는 배수배관과, 상기한 배수배관에 설치되어 있는 필터와, 상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배기밸브가 설치되어 있는 배기배관과, 상기한 배기배관에 설치되어 있는 습도계와, 상기한 배기배관에 연결되어 있는 습분제거기와, 상기한 습분 제거기에 연결되어 있는 냉각기와, 상기한 습분 제거기의 배출배관에 설치되어 있는 배출밸브를 포함하여 이루어진다.
송풍기, 내부용기, 외부용기, 필터, 배기배관, 냉각기, 습분제거기

Description

고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법{Facility and method for removing radioactive material in the used active carbon}
이 발명은 원자력 발전소 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 고체 방사성 폐기물을 다량의 물속에 넣어서 다량의 물과의 반응을 통하여 삼중수소를 제거함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있으며, 기포를 이용하여 고체 방사성 폐기물과 물이 잘 접촉할 수 있도록 함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있는, 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
방사성 폐기물은 지구환경 오염과 인체 유해성으로 인해 각 국가별로 엄격히 관리되고 있고, 각 국가에서는 이와 같은 방사성 폐기물 발생량을 저감시키기 위하여 많은 노력을 기울이고 있다.
원자력 발전소에서 원자로를 가동시키면서 중성자가 발생되면, 경수로형의 냉각재 및 감속재인 H2O와 중수로형의 냉각재 및 감속재인 D2O가 중성자를 흡수하게 됨에 따라 수소 H(Hydrogen, 질량이 1인 수소)는 중수소 D(Deuterium, 질량이 2인 수소) 및 삼중수소 T(Tritum, 질량이 3인 수소)로 변환됨으로써 냉각재 및 감속재인 H2O 및 D2O가 T2O, HTO, DTO로 일부 변환되며, 이와 같이 변환된 T2O, HTO, DTO는 냉각재 및 감속재에 함께 존재하거나 공기중의 수분으로 존재하게 된다.
원자력 발전소에서 액체 방사성 폐기물 또는 기체 방사성 폐기물을 처리할 때 활성탄 필터가 이용되는데, 액체 방사성 폐기물은 마이크로 필터를 거친 액체가 활성탄 전단을 통과하게 되고, 기체 방사성 폐기물은 HEPA Filter(High Efficiency Particulate Air filter)를 거친 기체가 활성탄 전단을 통과하게 되는 구조로 이루어진다.
삼중수소는 수증기 상태로 필터를 통과하는 과정에서 활성탄에 흡착되어 침착된다. 수소(H)의 동위원소인 삼중수소 T(Tritium)는 원자량이 3으로서, 수소(H)의 또다른 동위원소인 중수소 D(Deuterium)와 달리, 베타(β)선을 방출하는 방사성 물질이다.
원자력 발전소의 방사선 관리구역에서 액체 방사성 폐기물 또는 기체 방사성 폐기물을 처리하기 위하여 사용된 활성탄은 일정한 기간이 지나면 사용이 불가능한 폐활성탄이 된다. 상기한 폐활성탄은 비록 입자성 방사성 물질은 검출되지는 않으나, 원자력법 제84조 "방사성 폐기물의 처분 제한" 및 과기부 고시 제2001-30호 "방사성 폐기물의 자체처분에 관한 규정"에서 방사성 물질로서 규정되어 있는 삼중주소 T(Tritium)가 기준치 이상 검출되므로 고체 방사성 폐기물로서 처리되어야 한다.
이와 같이 삼중수소에 오염된 고체 방사성 폐기물을 처리하기 위한 종래의 기술로서, 고체 방사성 폐기물에 대하여 가열 송풍 건조 및 감압 건조가 하나의 장치내에서 이루어지도록 함으로써 건조조작시 발생하는 고체 방사성 폐기물중의 삼중수소수를 제거하여 고체 방사성 폐기물의 보관 및 폐기가 용이하게 하는 기술이 대한민국 등록실용신안공보 등록번호 20-0432283(공고일자: 2006년12월 4일)의 "삼중수소수에 오염된 고체 방사성 폐기물의 건조장치"에서 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 종래의 고체 방사성 폐기물 처리장치는 폐기물을 건조시킨 후에 건조된 공기를 응축시켜서 삼중수소를 회수하는 방식을 사용하기 때문에 상대적으로 삼중수소의 제거율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고체 방사성 폐기물을 다량의 물속에 넣어서 다량의 물과의 반응을 통하여 삼중수소를 제거함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있는 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
이 발명의 다른 목적은, 기포를 이용하여 고체 방사성 폐기물과 물이 잘 접촉할 수 있도록 함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있는 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 급수밸브가 설치되어 순수한 물을 공급하기 위한 급수배관과, 급기밸브가 설치되어 공기를 공급하기 위한 급기배관과, 전원이 인가되면 발열되는 히터와, 상기한 히터에 의해 더워진 공기를 이동시키기 위한 송풍기와, 상기한 급수배관과 급기배관과 송풍기에 연결되어 있는 외부용기와, 상기한 외부용기의 내부에 장착되는 내부용기와, 상기한 외부용기의 외부면에 장착되어 있는 수위지시계와, 상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배수밸브가 설치되어 있는 배수배관과, 상기한 배수배관에 설치되어 있는 필터와, 상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배기밸브가 설치되어 있는 배기배관과, 상기한 배기배관에 설치되어 있는 습도계와, 상기한 배기배관에 연결되어 있는 습분제거기와, 상기한 습분 제거기에 연결되어 있는 냉각기와, 상기한 습분 제거기의 배출배관에 설치되어 있는 배출밸브를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 구성은, 작업자가 전원을 투입하기 위한 컨트롤 판넬을 더 포함하 여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 외부용기의 덮개를 장탈착하거나 외부용기내의 내부용기를 인출하거나 안착시키기 위한 크레인을 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 다른 구성은, 삼중수소를 함유한 폐 활성탄을 내부용기에 장입하여 외부용기내에 투입하는 단계와, 폐 활성탄에 다량의 물을 공급하는 단계와, 공기를 이용한 기포로 폐 활성탄을 순수와 교반시키는 단계와, 폐 활성탄과 접촉된 폐수를 배출시킴으로써 배수를 하는 단계와, 열풍을 이용하여 수분을 증발시킴으로써 탈수 및 건조를 하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이 발명의 다른 구성은, 폐 활성탄의 시료를 채취하여 핵종을 분석하여 자체처분 제한치 미만인 경우에 일반산업 폐기물로 처리하는 단계를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명은, 고체 방사성 폐기물을 다량의 물속에 넣어서 다량의 물과의 반응을 통하여 삼중수소를 제거함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있으며, 기포를 이용하여 고체 방사성 폐기물과 물이 잘 접촉할 수 있도록 함으로써 상대적으로 삼중수소의 제거율을 높일 수 있는, 효과를 갖는다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 고체 방사성 폐기물 처리장치의 구성은, 급수밸브(41)가 설치되어 다량의 물을 공급하기 위한 급수배관(4)과, 급기밸브(61)가 설치되어 공기를 공급하기 위한 급기배관(6)과, 전원이 인가되면 발열되는 히터(8)와, 상기한 히터(8)에 의해 더워진 공기를 이동시키기 위한 송풍기(9)와, 상기한 급수배관(4)과 급기배관(6)과 송풍기(9)에 연결되어 있는 외부용기(1)와, 상기한 외부용기(1)의 내부에 장착되는 내부용기(2)와, 상기한 외부용기(1)의 외부면에 장착되어 있는 수위지시계(5)와, 상기한 외부용기(1)에 연결되어 있으며 배수밸브(71)가 설치되어 있는 배수배관(7)과, 상기한 배수배관(7)에 설치되어 있는 필터(16)와, 상기한 외부용기(1)에 연결되어 있으며 배기밸브(101)가 설치되어 있는 배기배관(10)과, 상기한 배기배관(10)에 설치되어 있는 습도계(12)와, 상기한 배기배관(10)에 연결되어 있는 습분제거기(11)와, 상기한 습분 제거기(11)에 연결되어 있는 냉각기(13)와, 상기한 습분 제거기(11)의 배출배관에 설치되어 있는 배출밸브(14)와, 작업자가 전원을 투입하기 위한 컨트롤 판넬(3) 과, 외부용기(1)의 덮개(17)를 장탈착하거나 외부용기(1)내의 내부용기(2)를 인출하거나 안착시키기 위한 크레인(15)을 포함하여 이루어진다.
상기한 내부용기(2)는 물이 잘 들어오고 빠져나갈 수 있도록 망 형태로 구성된다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 고체 방사성 폐기물 처리방법의 구성은, 삼중수소를 함유한 폐 활성탄을 내부용기에 장입하여 외부용기내에 투입하는 단계(S10)와, 폐 활성탄에 다량의 물을 공급하는 단계(S20)와, 공기를 이용한 기포로 폐 활성탄을 다량의 물과 교반시키는 단계(S30)와, 폐 활성탄과 접촉된 삼중수소가 희석된 물을 배출시킴으로써 배수를 하는 단계(S40)와, 열풍을 이용하여 수분을 증발시킴으로써 탈수 및 건조를 하는 단계(S50)와, 폐 활성탄의 시료를 채취하여 핵종을 분석하는 단계(S60)와, 자체처분 제한치 미만인 경우에 일반산업 폐기물로 처리하는 단계(S70)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 고체 방사성 폐기물 처리장치 및 방법의 작용은 다음과 같다.
먼저, 작업자는 클램프 체결형 볼트(18)를 푼 뒤에, 크레인(15)을 이용하여 외부용기(1)의 덮개(17)를 개방시키고 나서, 다시 크레인(15)을 이용하여 외부용기(1)의 내부에 들어 있는 내부용기(2)를 밖으로 인출한다.
다음에, 작업자는 내부용기(2)에 고체 방사성 폐기물인 폐 활성탄을 적당량(약 50 kg) 공급한 후에, 내부에 폐 활성탄이 든 내부용기(2)를 크레인(15)을 이용하여 외부용기(1)의 내부에 다시 안착시킨다(S10). 그리고나서, 작업자는 크레 인(15)을 이용하여 외부용기(1)의 덮개(17)를 덮은 후, 클램프 체결형 볼트(18)를 사용하여 덮개(17)를 다시 고정시킨다.
이어서, 작업자는 컨트롤 판넬(3)의 전원스위치를 온(ON)시키고, 급수배관(4)의 급수밸브(41)를 오픈(OPEN)시켜 내부용기(2)로 다량의 물을 공급한다(S20).
내부용기(2)로 다량의 물이 공급되면, 작업자는 외부용기(1)의 외부면에 장착되어 있는 수위지시계(5)를 이용하여 내부용기(2)로 공급되는 다량의 물의 수위를 관찰하고 적정량의 물이 공급되었다고 판단되면 급수밸브(41)를 클로즈(CLOSE)시킨다.
다음에, 작업자는 급기배관(6)의 급기밸브(61)를 오픈(OPEN)시켜 내부용기(2)에 기포를 발생시킴으로써 기포를 이용하여 폐 활성탄이 다량의 물과 좀더 효율적으로 접촉될 수 있도록 교반을 진행시킨다(S30). 이와 같은 교반에 의해서 폐 활성탄에 포집되어 있던 삼중수소 및 C-14는 다량의 물과의 교류가 원활하게 이루어지고, 이에따라 폐 활성탄에 포집되어있던 삼중수소 및 C-14는 다량의 물과 반응하게 됨으로써 폐 활성탄 내의 삼중수소 및 C-14가 제거된다. 출원인의 실험에 의하면, 200g의 폐활성탄을 500g의 물로 대략 10회정도 희석하게 되면, 희석수의 방사능량은 검출하한치 이하로 거의 검출이 되지 않는다. 이 실험에 의하면, 폐활성탄에 포집되어 있는 삼중수소는 희석수의 방사능량과 동일하다고 볼 수 있으므로, 폐활성탄의 삼중수소가 제거되었음을 알 수가 있다.
일정시간 경과 후, 작업자는 급기배관(6)의 급기밸브(61)를 클로즈(CLOSE)시키고 배수배관(7)의 배수밸브(71)를 오픈(OPEN)시켜 삼중수소가 희석된 폐수를 배출시킨다(S40). 배수밸브(71)를 통과한 폐수는 필터(16)를 거치면서 걸러진 뒤에 수집조(SUMP)로 배출된다. 상기한 폐수에는 폐 활성탄에 포집되어 있었던 삼중수소 및 C-14가 다량의 물과의 반응을 통해 녹아 들어 있으나, 다량의 물에 의해 기준치 이하로 희석된 상태이므로 별도의 처리를 하지 않아도 되지만, 만약 측정치가 기준치 이상인 경우에는 폐기물 처리 설비로 이송한다. 폐수의 배출이 완료되면 작업자는 배수배관(7)의 배수밸브(71)를 클로즈(CLOSE)시킨다.
다음에, 작업자는 히터(8)를 기동시켜서 공기를 데워 열풍을 형성한 뒤에, 송풍기(9)를 이용하여 외부용기(1)의 내부로 불어 넣음으로써 내부용기(2)로 열풍을 공급시킨다. 내부용기(2)로 제공되는 열풍에 의해서 내부용기(2)의 수분의 증발이 진행되며, 작업자는 배기배관(10)의 배기밸브(101)를 오픈시킴으로써 외부용기(1)내에서 증발된 수분이 함유된 공기가 배기배관(10)을 통해서 습분제거기(11)로 나가도록 한다(S50). 이와 같이 배기배관(10)을 통해서 배출되는 공기를 습도계(12)로 관찰하면 폐 활성탄의 탈수 및 건조 상태를 판단할 수가 있다.
습분제거기(11)의 내부로 유입된 수분이 함유된 공기는 냉각기(13)로부터 제공되는 냉매에 의하여 응축됨으로써 수분과 건조공기로 분리된다. 그리고, 습분제거기(11)에서 분리된 수분은 배출밸브(14)를 통해서 수집조(SUMP)로 배출되고, 건조공기는 공기조화설비(Heating, Ventering, Air Conditioning System, HVAC)으로 보내어진다.
다음에, 작업자는 내부용기(2)내의 폐 활성탄의 시료를 채취하여 핵종을 분석한다(S60).
핵종 분석결과, 시료의 핵종이 자체처분 제한치 미만인 경우에는 폐 활성탄을 일반산업 폐기물로 처리하게 된다(S70).
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 고체 방사성 폐기물 처리장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 고체 방사성 폐기물 처리방법의 동작 순서도이다.

Claims (5)

  1. 급수밸브가 설치되어 순수한 물을 공급하기 위한 급수배관과,
    급기밸브가 설치되어 공기를 공급하기 위한 급기배관과,
    전원이 인가되면 발열되는 히터와,
    상기한 히터에 의해 더워진 공기를 이동시키기 위한 송풍기와,
    상기한 급수배관과 급기배관과 송풍기에 연결되어 있는 외부용기와,
    상기한 외부용기의 내부에 장착되는 내부용기와,
    상기한 외부용기의 외부면에 장착되어 있는 수위지시계와,
    상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배수밸브가 설치되어 있는 배수배관과,
    상기한 배수배관에 설치되어 있는 필터와,
    상기한 외부용기에 연결되어 있으며 배기밸브가 설치되어 있는 배기배관과,
    상기한 배기배관에 설치되어 있는 습도계와,
    상기한 배기배관에 연결되어 있는 습분제거기와,
    상기한 습분 제거기에 연결되어 있는 냉각기와,
    상기한 습분 제거기의 배출배관에 설치되어 있는 배출밸브와,
    작업자가 전원을 투입하기 위한 컨트롤 판넬과,
    외부용기의 덮개를 장탈착하거나 외부용기내의 내부용기를 인출하거나 안착시키기 위한 크레인을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 방사성 폐기물 처리장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삼중수소를 함유한 폐 활성탄을 내부용기에 장입하여 외부용기내에 투입하는 단계와,
    폐 활성탄에 다량의 물을 공급하는 단계와,
    공기를 이용한 기포로 폐 활성탄을 다량의 물과 교반시키는 단계와,
    폐 활성탄과 접촉된 폐수를 배출시킴으로써 배수를 하는 단계와,
    열풍을 이용하여 수분을 증발시킴으로써 탈수 및 건조를 하는 단계와,
    폐 활성탄의 시료를 채취하여 핵종을 분석하여 자체처분 제한치 미만인 경우에 일반산업 폐기물로 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 방사성 폐기물 처리방법.
  5. 삭제
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