KR101224725B1 - Method and apparatus for disposing radioactive wastewater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사성 액체폐기물의 처리방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사성 액체폐기물을 분리막기술과 증발농축기술을 이용하여 농축시키고 건조시키고 열분해시켜서 방사성 액체폐기물을 처리하는 방사성 액체폐기물 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for treating radioactive liquid waste, and more particularly, to a method for treating radioactive liquid waste by concentrating, drying, and pyrolyzing the radioactive liquid waste using a membrane technique and an evaporative concentration technique. Relates to a device.
방사성폐기물은 방사능을 지닌 물질을 포함하는 액체 및 고체를 말한다. 방사성 폐기물은 반감기에 따라 시간이 지날수록 그 양이 줄어들지만, 일부 방사성 물질은 그 반감기가 매우 길기 때문에 이를 감쇄시키기 위해 방사성 폐기물 저장시설에 장기간 저장할 필요가 있고 최근 전 세계적으로 방사성 폐기물 저장시설의 대지 확보에 어려움이 많아서, 방사성 폐기물의 부피를 최소화하는 방안이 절실히 요청되고 있다.
Radioactive waste refers to liquids and solids that contain radioactive materials. Radioactive waste decreases over time with a half-life, but some radioactive materials have a very long half-life, which requires long-term storage in a radioactive waste storage facility in order to attenuate it, and in recent years the site of radioactive waste storage facilities worldwide. Due to the difficulty in securing, there is an urgent need for measures to minimize the volume of radioactive waste.
원자력 발전소에서는 2차 계통에서 발생하는 에탄올아민(ETA) 폐수, 증기발생기 2차 계통에 침적되는 금속산화물을 제거하기 위한 화학세정으로 발생하는 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylene Diamine Tetra Acetic Acid, EDTA) 폐수, 방사성 물질에 오염된 기기를 제염하면서 발생하는 제염 폐수 등 방사성 액체폐기물이 지속적으로 발생한다.
In nuclear power plants, ethanolamine (ETA) wastewater from the secondary system, ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) wastewater from chemical cleaning to remove metal oxides deposited on the steam generator secondary system, Radioactive liquid wastes, such as decontamination wastewater generated by decontaminating equipment contaminated with radioactive material, are continuously generated.
원자력 발전소는 운전연륜의 증가에 따라 증기발생기 2차 계통에서 모재 부식에 의한 금속산화물(주로 철 슬러지)이 발생되고 증기발생기의 내부에 침적되어 증기발생기 세관의 결함을 초래하므로, 증기발생기 내부에 침적된 금속산화물을 제거하기 위하여 EDTA를 사용하여 주기적으로 화학세정을 수행한다.
Nuclear power plants are deposited inside steam generators because metal oxides (mainly iron sludge) are generated by corrosion of the base metal in the steam generator secondary system as the operating cycle increases and are deposited inside steam generators, resulting in defects in steam generator customs. Periodic chemical cleaning is performed using EDTA to remove the metal oxides.
EDTA는 금속물질과 반응하여 착화합물을 형성하고 물에 쉽게 용해되기 때문에 증기발생기 화학세정 이후 증기발생기의 수세가 용이하고, 금속물질과 착화합물을 형성한 이후에는 그 결합이 쉽게 해체되지 아니하여 이를 이용하면 방사성 물질을 포함한 금속산화물을 안정적으로 제거할 수 있다.
EDTA reacts with metals to form complexes and easily dissolves in water, so it is easy to flush the steam generator after chemical cleaning of the steam generator, and after forming complexes with metals, the bonds are not easily disassembled. Metal oxides including radioactive materials can be stably removed.
한편, 증기발생기 2차 계통의 화학세정은 그 목적에 따라 고농도세정(EDTA 18% 이상)과 저농도세정(EDTA 2.5% 이하)으로 나뉘는데, 특히 고농도세정의 경우 세정 이후에 금속과 착화합물을 형성하지 아니한 미반응 자유 EDTA(Free EDTA)가 평균적으로 5% 이상 잔존하며 이로 인하여 EDTA 폐수를 열분해시킬 경우 열분해장치가 쉽게 부식된다.
On the other hand, the chemical cleaning of the steam generator secondary system is divided into high concentration washing (EDTA 18% or more) and low concentration washing (EDTA 2.5% or less), depending on the purpose. Especially, in the case of high concentration washing, the complex with metal is not formed after washing. On average, more than 5% of unreacted free EDTA remains, which causes the pyrolysis system to corrode easily when pyrolyzing EDTA wastewater.
EDTA와 금속의 착화합물은 245℃ 이상의 고온에서 분해되기 시작한다. 이러한 성질을 이용하여 제956975호 특허발명(고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의 처리방법 및 처리장치)에서는 증발농축장치로 폐수를 농축하고 플라스마 토치를 사용하여 플라스마 화염 내부에 농축된 세정 방사성 액체폐기물을 분무시켜 액체폐기물 속의 EDTA를 분해시킨다.
The complex of EDTA and metal begins to decompose at high temperatures of 245 ° C or higher. Using this property, Patent No. 956975 (Method and Apparatus for Treating Wastewater Containing Radioactive Material Using High Temperature Plasma Technology) concentrates wastewater with an evaporative concentrator and cleans it inside a plasma flame using a plasma torch. Radioactive liquid waste is sprayed to decompose EDTA in the liquid waste.
또한, 제1008491호 특허발명(증기발생기 세정 방사성 액체폐기물처리 시스템 및 이를 이용한 방법)에서는 증발농축장치를 이용하여 폐수를 농축하고 고농축된 폐수를 전기로를 이용하여 방사성 액체폐기물 속의 EDTA를 분해시킨다.
In addition, Patent No. 1008491 (a steam generator cleaning radioactive liquid waste treatment system and a method using the same) uses an evaporation concentrator to concentrate wastewater and decompose EDTA in radioactive liquid waste by using an electric furnace.
상기 제956975호 특허발명에서 플라스마 토치에 세정 방사성 액체폐기물을 분사하여 열분해하는 공정은 플라스마 화염을 발생시키기 위하여 고전압을 사용해야 하므로 전력 소모가 크고, 플라스마 토치의 내구성 향상을 위하여 냉각수 배관을 토치에 설치해야 하고, 플라스마 토치에 냉각수를 주입하더라도 플라스마의 고온에 의하여 토치의 내구성이 급격하게 감소하기 때문에 주기적인 정비가 필요하고 플라스마 토치의 정비를 위하여 전체 장치를 정지시켜야 하는 문제점이 있다.
The process of pyrolysis by spraying cleaning radioactive liquid waste on the plasma torch in the 956975 patent invention requires high voltage to generate a plasma flame, which requires high power consumption, and requires cooling water piping to be installed on the torch to improve durability of the plasma torch. In addition, even if the coolant is injected into the plasma torch, the durability of the torch is drastically reduced due to the high temperature of the plasma, so periodic maintenance is required, and there is a problem in that the entire apparatus is stopped for the maintenance of the plasma torch.
또한, 상기 제1008491호 특허발명에서 전기로 내부에 공기를 주입하게 되면 열에 의해서 자체 분해되는 열분해가 잘 일어나지 않고 산소에 의한 연소가 일어나게 되고, 액상의 고농축 방사성 액체폐기물을 전기로 구조체에 직접 분사함으로써 전기로 내부 구조체에 열응력을 발생시켜 휨변형과 균열을 야기하고, 세정 방사성 액체폐기물에 포함된 EDTA(Free EDTA 포함)의 격렬한 비등, 증발농축, 건조과정으로 인하여 전기로 내부 구조체의 모재 부식이 심하게 발생하는 문제점이 있다.
In addition, when the air is injected into the electric furnace in the invention 1008491, pyrolysis that does not self-decompose by heat does not occur well, and combustion occurs by oxygen, and by directly spraying liquid high concentration radioactive liquid waste into the electric structure. Thermal stress is generated in the internal structure of the furnace, causing bending deformation and cracking, and due to the intense boiling, evaporation, and drying of EDTA (including free EDTA) contained in cleaning radioactive liquid waste, There is a serious problem.
이에 더하여, 공기주입으로 인한 산화반응으로 연소온도는 올라가는 반면, 금속-EDTA 착화합물이 연소되면서 발생하는 연소부산물 중 금속산화물 형태의 부산물과 탄화물이 다량 발생하여 방사성 폐기물로 처리할 최종 폐기물의 양이 증가하고, 급격한 산화반응에 의한 온도의 상승으로 전기로 내부온도가 800℃ 이상으로 상승하고 로 내부에 내화재를 설치하지 못하는 전기로의 특성상 고온으로 인하여 전기로 구조체의 변형을 야기하므로 장기간의 운전이 불가능한 문제점이 있다.
In addition, the combustion temperature increases due to the oxidation reaction caused by the air injection, while the by-products and carbides in the form of metal oxides are generated in the combustion by-products generated by the combustion of the metal-EDTA complex, thereby increasing the amount of the final waste to be treated as radioactive waste. In addition, due to the high temperature caused by the rapid oxidation reaction, the temperature inside the furnace rises above 800 ℃, and due to the characteristics of the electric furnace that cannot install the refractory material inside the furnace, it causes deformation of the furnace structure due to the high temperature, making it impossible to operate for a long time. There is this.
또한, 상기 2가지 특허발명 모두 증발농축을 통하여 EDTA 폐수를 농축하는 과정에서 기포 발생부를 통과하여 상승하는 증기가 액적을 동반하는 비말동반에 의하여 응축수에 방사성 물질이 포함될 수 있어 2단 이상의 증발농축공정이 필요하고 EDTA를 40% 이상으로 농축할 경우 EDTA의 결정이 석출되어 이를 펌핑할 경우 배관이 막히는 문제점이 있다.
In addition, in the two patent inventions, the vapor rising through the bubble generator in the process of concentrating the EDTA wastewater through evaporation concentration may include radioactive material in the condensate by droplet entrainment accompanied by droplets. This is necessary and if the concentration of EDTA to more than 40% is precipitated crystal of EDTA there is a problem that the pipe is clogged when pumping it.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 에너지 소비가 적고, 연소가 아닌 열분해가 유도되며, 방사성 폐기물로 처리할 최종 폐기물의 발생이 적고, EDTA에 의한 모재부식과 고온으로 인한 변형을 완화시켜 처리장치의 수명이 연장되고, EDTA를 고농도로 농축시에 석출되는 고형물에 의한 관 막힘 현상이 없으며, 중단 없이 처리장치를 운전할 수 있는 방사성 액체폐기물 처리방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
In order to solve the above problems, the present invention consumes less energy, induces pyrolysis rather than combustion, and generates less end waste to be treated as radioactive waste, and alleviates deformation due to substrate corrosion and high temperature due to EDTA. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for treating radioactive liquid waste which can prolong the life of the apparatus, prevent clogging caused by solids precipitated when the EDTA is concentrated in high concentration, and operate the treatment apparatus without interruption.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 방사성 액체폐기물 처리장치는, 나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막장치, 상기 분리막장치에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축장치, 상기 증발농축장치의 하부에 결합되어 상기 증발농축장치에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조장치 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해장치가 순차적으로 연결되어, 분리농축, 증발농축, 증발건조 및 열분해를 연속적으로 수행할 수 있는 장치이다.
In order to achieve the above object, the radioactive liquid waste treatment apparatus of the present invention, a membrane device for concentrating the liquid waste by using a nano-membrane and reverse osmosis membrane, an evaporation concentrator for condensing the concentrated liquid concentrated in the membrane device, the It is coupled to the lower portion of the evaporation concentrator is connected to the evaporation drying apparatus for reducing the water content of the concentrated liquid and solids concentrated in the evaporation concentrator and the pyrolysis device for pyrolyzing the solids, separated concentration, evaporation concentration, evaporation drying and pyrolysis It is a device that can perform continuously.
한편, 본 발명의 방사성 액체폐기물 처리방법은, 나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막농축단계, 상기 분리막농축단계에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축단계, 상기 증발농축단계에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조단계 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해단계를 순차적으로 수행하는 방법이다.
On the other hand, the radioactive liquid waste treatment method of the present invention, the membrane concentration step of concentrating the liquid waste by using the nano-membrane and reverse osmosis membrane, the evaporation concentration step of evaporating and condensing the concentrate concentrated in the membrane concentration step, the evaporation concentration step The evaporation drying step of reducing the water content of the concentrated concentrate and the solid and the pyrolysis step of pyrolyzing the solid are sequentially performed.
본 발명은 방사성 액체폐기물을 처리함에 있어, 증발농축단계 이전에 분리막으로 농축시키므로 증발농축시킬 액체폐기물의 양을 줄일 수 있고 고전력을 사용하지 아니하므로 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
In the present invention, in treating radioactive liquid waste, the concentration of the liquid waste to be evaporated and concentrated is reduced since it is concentrated in a separator before the evaporative concentration step, and thus the energy can be saved because high power is not used.
또, 본 발명은 증발농축장치에서 농축된 EDTA 중 미반응 자유 EDTA를 금속구슬과 착화반응시키고 고형물을 건조시켜서 열분해시키기 때문에, 모재부식이 완화되고 수분에 의한 열응력의 발생이 완화되어 처리장치의 수명이 연장되는 효과가 있다.
In addition, since the present invention complexes the unreacted free EDTA in the EDTA concentrated in the evaporation concentrator with metal beads and dry the solids to thermally decompose, base metal corrosion is alleviated and generation of thermal stress due to moisture is alleviated. It has the effect of extending the life.
또, 본 발명은 무산소 열분해방식으로 500℃이하의 온도에서 열분해시키기 때문에, 산화에 의한 금속산화물과 탄화물의 발생량이 적게 되어 최종적인 방사성 고체 폐기물의 발생량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
In addition, since the present invention thermally decomposes at a temperature of 500 ° C. or less by an oxygen-free pyrolysis method, the amount of metal oxides and carbides generated by oxidation is reduced, thereby minimizing the amount of final radioactive solid waste.
또한, EDTA를 고농도로 농축시에 석출되는 고형물을 스크류로 이송함으로써 고형물에 의한 관 막힘 현상이 발생하지 아니하여 처리장치의 운전 중단 없이 방사성 액체폐기물을 안정적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.
In addition, by transporting the solid precipitated at the time of high concentration of EDTA with a screw, there is no pipe blockage caused by the solid, thereby stably treating the radioactive liquid waste without interrupting the operation of the processing apparatus.
도 1은 본 발명의 세정 방사성 액체폐기물 처리장치 실시예의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 세정 방사성 액체폐기물 처리방법 실시예의 구성도이다.1 is a block diagram of an embodiment of a cleaning radioactive liquid waste treatment apparatus of the present invention,
Figure 2 is a block diagram of an embodiment of a cleaning radioactive liquid waste treatment method of the present invention.
이하 첨부한 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 방사성 액체폐기물 처리장치는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막장치(10), 상기 분리막장치(10)에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축장치(20), 상기 증발농축장치(20)의 하부에 결합되어 상기 증발농축장치(20)에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조장치(30) 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해장치(40)가 순차적으로 연결되어, 분리농축, 증발농축, 증발건조 및 열분해를 연속적으로 수행할 수 있는 장치이다.
Radioactive liquid waste treatment apparatus of the present invention, as shown in Figure 1, using a nano-membrane and reverse osmosis
상기 분리막장치(10)는 유입되는 액체폐기물을 나노막과 역삼투막으로 여과시켜서 액체폐기물에 용존되어 있는 불순물의 농도를 높이는 장치로, 나노막 유닛(Nanofiltration Unit)과 역삼투막 유닛(Reverse Osmosis Unit)을 포함하고, 유입수배관(11)을 통하여 액체폐기물용기(1)와 연결되고, 농축수배관(13)을 통하여 상기 증발농축장치(20)에 연결되며, 여과수배관(12)을 통하여 발전소 방사성액체폐기물관리계통(Liquid Radwaste System, LRS)과 연결된다.
The
입경이 큰 불순물이 나노막과 역삼투막에 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 분리막장치(10)에 전처리필터(미도시)를 설치하는 것이 바람직하며, 상기 전처리필터를 설치하는 경우에는 나노막 이전에 설치한다. 상기 나노막 및 역삼투막을 이용하는 분리기술 및 전처리필터는 잘 알려진 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
In order to prevent impurities having a large particle diameter from flowing into the nanomembrane and reverse osmosis membrane, it is preferable to install a pretreatment filter (not shown) in the
상기 증발농축장치(20)는 상기 분리막장치(10)에서 농축된 농축액을 대기압하에서 가열하여 더욱 농축시키는 장치로, 본체(21)는 그 상부가 개방되고 하부에 플렌지(26)를 구비하여 이에 대응하는 플렌지(33)를 상부에 구비한 상기 증발건조장치(30)와 결합된다. 따라서, 상기 증발농축장치(20)와 상기 증발건조장치(30)는 플렌지(26,33)를 매개로 결합되어 그 내부가 서로 관통된다. 또, 상기 본체(21)는 농축수배관(13)으로 상기 분리막장치(10)와 연결된다. 상기 본체(21)의 형상은 수조형상이 바람직하지만 이에 한정되지는 아니한다.
The evaporation concentrator 20 is an apparatus for further concentrating by heating the concentrated liquid concentrated in the
이와 같은 증발농축장치(20)는 EDTA와 같은 부식성 액체가 유입될 때 미반응 자유 EDTA와 착화합물을 형성하여 증발농축장치(20) 모재의 부식을 완화시키는 역할을 하는 금속구슬(23), 상기 금속구슬(23)이 하부로 빠져나가지 못하도록 하단부에 설치되는 금속망(25)과 증발농축시에 방사성 물질이 수증기에 의하여 비말동반하는 것을 방지하기 위한 데미스터(Demister)(22)를 본체(21) 내부에 구비한다.
The evaporation concentrator 20 forms metal complexes with unreacted free EDTA when a corrosive liquid such as EDTA is introduced, thereby relieving corrosion of the evaporation concentrator 20 base metal. The
또, 상기 증발농축장치(20)는 그 내부의 내용물을 가열할 전기히터(24)를 구비하며, 상기 전기히터(24)는 상기 본체(21) 내부에 장입시키는 것이 바람직하다. 또한, 액체폐기물의 가열로 발생하는 수증기는 본체(21)의 상부 개방부로 배출되며, 수증기의 배출을 촉진하기 위하여 본체(21) 상부 개방부에 배출팬(미도시)을 설치할 수 있고 배출되는 수증기를 응축시켜 재활용하기 위하여 응축장치(미도시)를 설치할 수도 있다.
In addition, the evaporation concentrator 20 has an
상기 증발건조장치(30)는 상기 증발농축장치(20)로부터 유입되는 농축액과 고형물을 가열하여 농축액과 고형물에 포함된 수분을 증발시켜서 건조시킴과 동시에 스크류(36)로 고형물을 열분해장치(40)로 이송하는 장치로, 기다란 본체(31)와 그 내부의 스크류(36)와 그 외부 하면에 부착시킨 밴드히터(Band Heater)(34) 및 그 상부에 설치한 수증기배출관(35)으로 구성된다. 또, 수증기배출관(35) 내에 방사성 물질이 수증기에 의하여 비말동반하는 것을 방지하기 위한 데미스터(351)를 설치한다.
The
또, 상기 증발건조장치(30)는 그 본체(31) 상부 일부에 상기 증발농축장치(20)의 플렌지(26)에 대응되는 플렌지(33)를 설치하여 상기 증발농축장치(20)와 결합할 수 있도록 하고, 그 본체(31) 상부 일부에 상부덮개(32)를 설치하여 내부청소와 장치의 점검이 가능하도록 한다.
In addition, the
상기 증발건조장치(30) 본체(31)의 우측 단부에는 상기 열분해장치(40)와 연결되는 연결관(38)을 설치하고 상기 연결관(38)에 로타리펌프(381)를 설치하며, 이와 같은 증발건조장치(30)를 5~30도의 각이 형성되도록 우측 단부가 좌측 단부보다 더 높은 위치에 위치하도록 경사각을 두어 설치하는 것이 바람직하다.(본 발명에서 '좌측'과 '우측'은 편의상 지칭한 것으로, '좌측'과 '우측'은 '우측'과 '좌측'으로 해석될 수도 있다)
At the right end of the
상기 증발건조장치(30)의 스크류(36)는 100℃ 이상의 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물의 이송이 가능하도록 축이 없는 스크류를 사용하며. 이와 같은 무축 스크류(36)는 구동모터(361)에 의하여 구동된다.
The
상기 열분해장치(40)는 상기 증발건조장치(30)에서 건조된 고형물을 열분해시키는 장치로, 기다란 본체(41), 상기 본체(41)의 내부에 설치된 스크류(45), 상기 본체(41)의 외부 하면에 부착시킨 저온밴드히터(43)와 고온밴드히터(44) 및 상기 본체(41)의 상부에 설치한 가스배출관(46,47)으로 구성된다.
The
또, 고형물포집용기(50)와 연결되는 연결관(48)을 우측 단부에 설치하며, 상기 연결관(48)에 로타리펌프(481)를 설치한다. 또한, 상기 가스배출관(46,47)에는 각각 에어필터(461,471)와 신축이음관(462,472)을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가스배출관(46,47) 후단에 배기가스를 환경기준에 부합되게 처리하기 위한 배기가스처리장치(미도시)를 설치하는 것이 바람직하다.
In addition, a
상기 열분해장치(40)의 스크류(45)는 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물의 이송이 가능한 무축 스크류(45)를 사용한다. 이와 같은 무축 스크류(45)는 구동모터(451)에 의하여 구동된다.
The
또, 본 발명의 방사성 액체폐기물 처리장치에 처리장치를 제어하는 자동제어장치(미도시)를 구비할 수 있으며, 상기한 증발농축장치(20), 증발건조장치(30) 및 열분해장치(40)를 보온재로 감싸서 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 차단하여 열손실을 방지하는 것이 바람직하다.
In addition, the radioactive liquid waste treatment device of the present invention may be provided with an automatic control device (not shown) for controlling the treatment device, the evaporation concentrator 20, the
한편, 본 발명의 방사성 액체폐기물 처리방법은, 도 2에서 도시된 바와 같이, 나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막농축단계(S1), 상기 분리막농축단계에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축단계(S2), 상기 증발농축단계에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조단계(S3) 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해단계(S4)를 순차적으로 수행하는 방법이다.
On the other hand, the radioactive liquid waste treatment method of the present invention, as shown in Figure 2, the membrane concentration step (S1) for concentrating the liquid waste using the nano-membrane and reverse osmosis membrane, by evaporating the concentrate concentrated in the membrane concentration step Evaporation concentration step (S2) to concentrate, the evaporation drying step (S3) to reduce the water content of the concentrate and solids concentrated in the evaporation concentration step (S3) and pyrolysis step (S4) to pyrolyze the solids in a sequential manner.
상기 분리막농축단계(S1)에서는 액체폐기물용기(1)에 저장되어 있는 방사성 액체폐기물을 유입수배관(11)을 통하여 분리막장치(10)로 유입시켜 나노막과 역삼투막을 차례로 통과시켜서 액체폐기물을 농축시킨다.
In the membrane concentration step (S1), the radioactive liquid waste stored in the liquid waste container (1) is introduced into the membrane device (10) through the inflow water pipe (11) to pass the nano membrane and the reverse osmosis membrane in order to concentrate the liquid waste. .
이와 같이 농축된 농축액은 농축수배관(13)을 통하여 증발농축장치(20)로 유입되고, 액체폐기물의 농축으로 발생되는 여과수는 여과수배관(12)을 통하여 LRS로 배수한다. 이와 같은 액체폐기물의 농축으로 발생되는 여과수에서 보통 방사성 물질이 나타나지 않으나, 방사성 폐기물처리의 안정성을 높이기 위하여 LRS로 배수한다.
The concentrated liquid thus obtained is introduced into the evaporation concentrator 20 through the
이와 같은 분리막농축단계(S1)에서 입경이 큰 불순물이 나노막과 역삼투막에 유입되는 것을 방지하기 위하여 분리막장치(10)에 전처리필터를 설치하여 방사성 액체폐기물이 전처리필터를 통과한 후에 나노막과 역삼투막을 차례로 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
In order to prevent impurities having a large particle size from flowing into the nanomembrane and reverse osmosis membrane in the separation membrane concentration step (S1), a pretreatment filter is installed in the
상기 증발농축단계(S2)에서는 상기 분리막농축단계(S1)에서 농축된 농축액이 농축수배관(13)을 통하여 증발농축장치(20)의 본체(21) 내부로 유입되면 농축액을 전기히터(24)로 가열하여 수증기를 발생시켜 더욱 농축시킨다. 증발농축장치(20)의 본체(21)의 상부가 개방되어 있어 농축액은 대기압하에서 가열되고 이러한 가열로 발생되는 수증기는 본체(21) 상부의 개방부를 통하여 배출된다. 이러한 가열로 인하여 농축액이 더욱 농축됨과 동시에 고형물이 석출된다.
In the evaporation concentration step (S2) when the concentrate concentrated in the membrane concentration step (S1) is introduced into the
증발농축장치(20)의 본체(21) 내부에 충전되어 있는 금속구슬(23)은 EDTA와 같은 부식성 액체가 유입될 때 미반응 자유 EDTA와 착화합물을 형성하여 모재부식을 완화시키는 역할을 하며, 증발농축장치(20)에서 농축시킨 농축액을 증발건조장치(30)로 배출한 후 분리막장치(10)에서 농축된 상온의 농축액이 유입될 때 열충격을 완화시키는 역할도 한다.
The
증발농축장치(20)의 본체(21) 내부에 충전되어 있는 금속구슬(23)의 무게 감량을 측정하여 액체폐기물에 존재하는 비반응 자유 EDTA 농도와 부식성을 측정할 수 있고, 이러한 측정값을 통하여 방사성 액체폐기물 처리장치에 발생하는 부식의 정도를 확인하여 처리장치의 수명을 예측하는 지표로 삼을 수 있다.
By measuring the weight loss of the
농축액의 가열로 발생되는 수증기의 배출을 촉진하기 위하여 증발농축장치(20)의 본체(21) 상부 개방부에 배출팬을 설치하면 수증기의 배출과 농축이 보다 신속히 이루어지며, 응축장치를 설치하여 배출되는 수증기를 응축하여 재활용할 수도 있다.
If a discharge fan is installed in the upper opening of the
한편, 증발농축장치(20)의 본체(21) 내부 상부에 설치되어 있는 데미스터(22)는 증발농축시에 방사성 물질이 수증기에 의하여 비말동반하는 것을 방지하는 역할을 하고, 본체(21) 내부 하단부에 설치되어 있는 금속망(25)은 금속구슬(23)이 하부로 빠져나가는 것을 차단하는 역할을 한다.
On the other hand, the
상기 증발건조단계(S3)에서는 상기 증발농축단계(S2)에서 더욱 농축된 농축액과 고형물이 증발건조장치(30)로 유입되면 증발건조장치(30) 하면의 밴드히터(34)의 발열로 농축액과 고형물에 포함된 수분이 증발되고 농축액이 고농도로 농축되면서 새로운 고형물이 석출된다. 건조된 고형물은 무축 스크류(36)의 작동으로 증발건조장치(30)의 우측 단부로 이송된 후 로타리펌프(381)에 의하여 연결관(38)을 통과하여 열분해장치(40)로 유입된다.
In the evaporation drying step (S3), when the concentrated liquid and solids further concentrated in the evaporation condensation step (S2) are introduced into the
밴드히터(34)에 의한 가열로 농축액과 고형물로부터 증발되는 수증기는 상기 수증기배출관(35)을 통하여 배출된 후 응축장치로 응축시켜 재활용하며, 상기 수증기배출관(35) 내에 설치된 데미스터(351)는 방사성 물질이 수증기에 의하여 비말동반하는 것을 방지한다.
Water vapor evaporated from the concentrated liquid and the solid by the heating by the
증발건조장치(30)의 스크류(36)는 축이 없어 100℃이상의 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물을 이송할 수 있으며, 주기적으로 증발건조장치(30)의 상부덮개(42)를 열고 내부를 점검하고 청소를 하는 것이 바람직하다.
한편, 증발건조장치(30)를 5~30도의 각이 형성되도록 우측 단부가 좌측 단부보다 더 높은 위치에 위치하도록 설치하면 중력에 의하여 농축액은 하부에 머물면서 추가로 증발 농축되고 스크류(36)는 고형물만을 증발건조장치(30)의 우측 단부로 이송하게 되므로 보다 효율적으로 증발 건조시킬 수 있다.
On the other hand, if the
상기 열분해단계(S4)에서는 상기 증발건조단계(S3)에서 건조된 고형물을 열분해 시킨다. 열분해란 외부에서 열을 가하여 분자를 활성화시켰을 때 약한 결합이 끊어져서 새로운 물질이 되는 반응을 말한다. 화합물이 흡열반응으로 내부에너지(enthalpy)보다 무질서도(entropy)가 증가하게 되면 열분해가 잘 일어나게 된다. 무산소 열분해란 공기를 차단하고 열원만으로 분자의 약한 고리를 끊어 물질을 분해하는 것을 말한다.
In the pyrolysis step (S4) to thermally decompose the solid dried in the evaporation drying step (S3). Pyrolysis refers to a reaction in which a weak bond is broken when a molecule is activated by applying heat from the outside to form a new substance. When the compound has an endothermic reaction, the entropy increases more than the internal energy (enthalpy). Anaerobic pyrolysis refers to the decomposition of substances by blocking air and breaking weak rings of molecules with only a heat source.
위에서 설명한 바와 같이, 상기 증발건조단계(S3)에서 건조된 고형물이 스크류(36)의 작동으로 증발건조장치(30)의 우측 단부로 이송된 후 연결관(38)을 통하여 열분해장치(40)로 유입된다.
As described above, the solid dried in the evaporation drying step (S3) is transferred to the right end of the
본 발명의 열분해장치(40)는 로타리펌프(381,481)에 의하여 외부 공기의 유입이 차단되므로 산소에 의한 연소가 발생하지 않아 열분해장치(40)가 낮은 온도로 운전된다. 본 발명의 열분해장치(40)는 건조가 일어나는 저온구간과 열분해가 일어나는 고온구간으로 분리하여 저온구간은 내부온도를 200~300℃로 제어하고 고온구간은 내부온도를 400~500℃로 제어한다. 이러한 온도제어는 열분해장치(40) 본체(41)의 외부 하면에 부착시킨 저온밴드히터(43)와 고온밴드히터(44)로 제어한다.
In the
일반적으로 열분해장치 내에서 연소가 발생하면 내부온도가 900~1,000℃까지 상승하게 되고 이러한 온도는 열분해장치에 상당한 열응력을 발생시켜 열분해장치의 변형을 야기하나, 본 발명의 열분해장치는 연소가 발생하지 않는 구조이고 건조구간과 열분해구간으로 분리하여 제어하므로 수분에 의한 열응력이 최소화 되어 변형이 거의 발생하지 않아 처리장치의 수명이 연장된다.
In general, when combustion occurs in the pyrolysis apparatus, the internal temperature rises to 900-1,000 ° C., and this temperature causes significant thermal stress on the pyrolysis apparatus, causing deformation of the pyrolysis apparatus, but the pyrolysis apparatus of the present invention generates combustion. It does not have a structure and is separated and controlled by drying section and pyrolysis section, so that thermal stress by moisture is minimized, so that almost no deformation occurs, thus extending the life of processing equipment.
열분해장치(40)로 이송된 고형물은 스크류(45)에 의하여 열분해장치(40)의 우측 단부 방향으로 이송되면서 저온구간에서 건조된 후 고온구간에서 무산소 열분해된다. 이렇게 열분해된 최종 고형물은 스크류(45)에 의하여 열분해장치(40)의 우측 단부로 이송된 후 로타리펌프(481)에 의하여 연결관(48)을 통과하여 고형물포집용기(50)에 포집된다.
The solids transferred to the
열분해장치(40)의 스크류(45)는 구동모터(451)에 의하여 구동되며, 그 스크류가 무축 스크류로 되어 있어 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물의 이송이 가능하다.
The
열분해장치(40) 내에서의 열분해로 발생되는 배기가스는 가스배출관(46,47)을 통하여 배출되며, 배기가스처리장치를 설치하여 배기가스를 환경기준에 부합되게 처리하는 것이 바람직하다.
Exhaust gas generated by pyrolysis in the
가스배출관(46,47)은 그 하부에 각각 설치되어 있는 신축이음관(462,472)의 작용으로 배출가스의 급격한 온도변화에 의한 수축 또는 팽창에 견딜 수 있다. 본 발명의 방사성 액체폐기물 처리장치의 스크류(36,45), 히터(24,34,43,44) 및 로타리펌프(381,481) 등은 자동제어장치에 의하여 자동으로 제어된다.
The
이상에서 실시 예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
Although the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited thereto and various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited by the above description.
또한, 본 발명의 상세한 설명과 특허등록청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.
In addition, the reference numerals described in the detailed description of the present invention and the claims are added by reference for easy understanding of the present invention, the present invention is not limited to the drawings.
본 발명은 원자력 발전소 2차 계통에서 발생하는 ETA 폐수의 처리와 증기발생기 화학세정 후 발생한 세정 방사성 액체폐기물의 처리 등 방사성 액체폐기물의 처리에 널리 사용될 수 있다.
The present invention can be widely used for the treatment of radioactive liquid waste, such as the treatment of ETA wastewater generated in the secondary system of nuclear power plants and the treatment of the cleaning radioactive liquid waste generated after steam generator chemical cleaning.
1: 액체폐기물용기 10: 분리막장치
11: 유입수배관 12: 여과수배관
13: 농축수배관 20: 증발농축장치
21: 본체 22: 데미스터
23: 금속구슬 24: 전기히터
25: 금속망 26: 플렌지
30: 증발건조장치 31: 본체
32: 상부덮개 33: 플렌지
34: 밴드히터 35: 수증기배출관
351: 데미스터 36: 스크류
361: 구동모터 38: 연결관
381: 로타리펌프 40: 열분해장치
41: 본체 42: 상부덮개
43: 저온밴드히터 44: 고온밴드히터
45: 스크류 451: 구동모터
46: 가스배출관 461: 에어필터
462: 신축이음관 47: 가스배출관
471: 에어필터 472: 신축이음관
48: 연결관 481: 로타리펌프
50: 고형물포집용기1: liquid waste container 10: separator device
11: influent piping 12: filtered water piping
13: concentrated water pipe 20: evaporative concentrator
21: main body 22: demister
23: metal beads 24: electric heater
25: metal mesh 26: flange
30: evaporation drying apparatus 31: main body
32: top cover 33: flange
34: band heater 35: steam discharge pipe
351: demister 36: screw
361: drive motor 38: connector
381: rotary pump 40: pyrolysis device
41: main body 42: top cover
43: low temperature band heater 44: high temperature band heater
45: screw 451: drive motor
46: gas discharge pipe 461: air filter
462: expansion pipe 47: gas discharge pipe
471: air filter 472: expansion joint pipe
48: connector 481: rotary pump
50: solids collection container
Claims (16)
나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막장치(10), 상기 분리막장치(10)에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축장치(20), 상기 증발농축장치(20)의 하부에 결합되어 상기 증발농축장치(20)에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조장치(30) 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해장치(40)가 순차적으로 연결되어, 분리농축, 증발농축, 증발건조 및 열분해를 연속적으로 수행하고,
상기 증발농축장치(20)의 내부에 EDTA와 착화합물을 형성하여 증발농축장치(20) 모재의 부식을 완화시키는 역할을 하는 금속구슬(23)과 상기 금속구슬(23)이 하부로 빠져나가지 못하도록 하는 금속망(25)을 구비한 것을 특징으로 하는 방사성 액체폐기물 처리장치.
In the radioactive liquid waste treatment apparatus,
Separation membrane device 10 for concentrating the liquid waste by using the nano-membrane and reverse osmosis membrane, the evaporation concentrator 20 for evaporating and condensing the concentrate concentrated in the membrane device 10, the lower portion of the evaporation concentrator 20 Combined with the evaporation drying device 30 to reduce the water content of the concentrated liquid and the solids concentrated in the evaporation concentrator 20 and the pyrolysis device 40 for pyrolyzing the solids in sequence, separation concentration, evaporation concentration, evaporation Drying and pyrolysis are carried out continuously,
Forming a complex compound with EDTA in the evaporation concentrator 20 to prevent the metal bead 23 and the metal bead 23 from being lowered to lower the corrosion of the base material of the evaporation concentrator 20 Radioactive liquid waste treatment apparatus comprising a metal net (25).
상기 증발건조장치(30)가 기다란 본체(31)와 상기 본체(31) 내부의 스크류(36)와 상기 본체(31) 외부 하면에 부착시킨 밴드히터(34) 및 그 상부에 설치한 수증기배출관(35)으로 구성되고,
상기 스크류(36)가 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물의 이송이 가능한 무축 스크류인 것을 특징으로 하는 방사성 액체폐기물 처리장치.
The method of claim 1,
The evaporative drying apparatus 30 has a long body 31, a band heater 34 attached to the screw 36 inside the main body 31 and an outer lower surface of the main body 31, and a steam discharge pipe installed at an upper portion thereof ( 35),
Radioactive liquid waste treatment apparatus, characterized in that the screw 36 is a shaftless screw capable of transferring solids even if bending deformation occurs due to thermal stress at a high temperature.
상기 열분해장치(40)가 기다란 본체(41), 상기 본체(41)의 내부에 설치된 스크류(45), 상기 본체(41)의 외부 하면에 부착시킨 저온밴드히터(43)와 고온밴드히터(44) 및 상기 본체(41)의 상부에 설치한 가스배출관(46,47)으로 구성되고,
상기 스크류(45)가 고온에서 열응력에 의하여 휨변형이 발생하더라도 고형물의 이송이 가능한 무축 스크류인 것을 특징으로 하는 방사성 액체폐기물 처리장치.
The method of claim 1,
The pyrolysis apparatus 40 has a long body 41, a screw 45 installed inside the body 41, a low temperature band heater 43 and a high temperature band heater 44 attached to the outer lower surface of the body 41. ) And gas discharge pipes 46 and 47 installed on the upper part of the main body 41,
The screw 45 is a radioactive liquid waste treatment apparatus, characterized in that the shaft-free screw that can be transported even if the bending deformation occurs due to thermal stress at a high temperature.
나노막과 역삼투막을 이용하여 액체폐기물을 농축시키는 분리막농축단계(S1), 상기 분리막농축단계에서 농축된 농축액을 증발시켜 농축시키는 증발농축단계(S2), 상기 증발농축단계에서 농축된 농축액과 고형물의 함수율을 감소시키는 증발건조단계(S3) 및 상기 고형물을 열분해시키는 열분해단계(S4)를 순차적으로 수행하고,
상기 증발농축단계(S2)에서 증발농축장치(20)의 본체(21) 내부에 금속구슬(23)을 충전하여,
EDTA와 같은 부식성 액체가 유입될 때 EDTA와 착화합물을 형성하여 모재부식을 완화시키고 증발농축장치(20)에서 농축시킨 농축액을 증발건조장치(30)로 배출한 후 분리막장치(10)에서 농축된 상온의 농축액이 유입될 때 열충격이 완화되도록 하는 것을 특징으로 하는 방사성 액체폐기물 처리방법.In the radioactive liquid waste treatment method,
Separator concentration step (S1) for concentrating the liquid waste by using the nano-membrane and reverse osmosis membrane, the evaporation concentration step (S2) to evaporate and concentrate the concentrate concentrated in the membrane concentration step, the concentrate and solids concentrated in the evaporation step Evaporation drying step (S3) to reduce the moisture content and pyrolysis step (S4) to pyrolyze the solids are sequentially performed,
In the evaporation concentration step (S2) by filling the metal beads 23 in the body 21 of the evaporation concentrator 20,
When a corrosive liquid such as EDTA is introduced, it forms a complex with EDTA to mitigate base metal corrosion and discharge the concentrated solution concentrated in the evaporation concentrator 20 to the evaporation dryer 30, and then concentrate the room temperature concentrated in the membrane device 10. Radioactive liquid waste treatment method characterized in that the thermal shock is mitigated when the concentrated solution is introduced.
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