KR101279718B1 - 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템 - Google Patents

오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자력발전소 등에서 발생되는 방사성물질의 정화시에 발생되는 오염된 폐수지로부터 방사성핵종을 효율적으로 제거하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템에 관한 것으로, 폐수지의 치환작용기를 파괴하는 열분해공정, 약품을 이용하여 치환작용기가 끊어진 폐수지로부터 방사성핵종을 용출시키는 약품처리공정, 폐수지에 정전기 형태로 달라붙어 있는 잔여 방사성핵종을 탈리시키는 초음파공정, 폐수지에서 이물질을 제거하는 린스공정, 폐수지에서 수분을 제거하는 건조공정 및 발생된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시킨 후 여과시켜 제거하는 폐액처리공정을 포함하며, 연속처리가 가능하여 대용량 폐수지의 신속한 처리가 가능하고 폐수지 내외부에서 균일한 온도와 반응조건을 유지하면서 낮은 온도에서 연속적으로 폐수지의 치환작용기를 파괴하는 열분해공정과 약품처리공정 및 초음파공정을 통하여 일반적인 열분해 온도보다 훨씬 낮은 온도(100~300℃)에서 미량의 약품만으로 처리가 가능하며 2차폐기물의 발생이 최소화되는 효과가 있다.

Description

오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템{Method and System for Removing the Radionuclides from Radwaste Spent Resin}
본 발명은 오염된 폐수지로부터 방사성핵종을 제거하는 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소, 연구소 및 대학교의 실험실에서 발생되는 오염된 폐수의 정화시에 발생되는 폐수지로부터 방사성핵종을 효율적으로 제거하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템에 관한 것이다.
원자력발전소는 원자로계통수 및 2차계통수의 수질정화를 위하여 상당량의 이온교환수지를 주기적으로 사용하며, 연구소 및 대학교의 실험실에서도 방사성 오염물질의 정화를 위하여 이온교환수지를 사용하고 있다. 이러한 정화과정에서 발생되는 폐수지 중 방사능 준위가 비교적 낮은 폐수지로는 터빈복수계통의 응축수 정화과정에서 발생되는 CPP(Condensate Polishing Plant) 폐수지와 증기발생기 취출수계통의 정화시 발생하는 BD(Blowdown) 폐수지가 있으며 방사능준위가 약간 높은 폐수지로는 액체폐기물처리계통(Liquid Radwaste System, LRS)에서의 액체폐기물 정화과정에서 발생하는 폐수지가 있다. 통상적으로 호기당 년간 약 5,000∼7,000ℓ 정도의 폐수지가 발생되고 있으며 이렇게 발생되는 폐수지는 방사능 준위에 따라 마대나 탄소강 드럼에 담아 영구처분을 위해 발전소 내에 임시로 보관하고 있다.
통상적으로 원자력발전소에서 발생되는 폐수지는 방사능이 미량이라도 검출될 경우, 전량 안정화시켜서 드럼에 담아 방사성폐기물 처분장으로 보낸다. 이러한 방사성폐기물은 자체처분이 가능한 방사능 준위까지 방사능을 낮추지 않으면 일반폐기물로 분류하여 처리하는 것은 불가능하다. 특히, 증기발생기 세관의 누설이 있을 경우, 증기발생기 2차측의 취출수계통의 정화시에 발생되는 폐수지는 반감기가 긴 방사성탄소(14C)와, 방사성세슘(137Cs) 및 방사성코발트(60Co)와 같은 방사성핵종으로 오염되며, 이렇게 오염된 폐수지는 장기간 보관하여도 방사능이 완전히 소멸되지 않기 때문에 일반폐기물로 분류하여 처리할 수 없다.
이온교환수지는 기계적 강도나 화학적 저항성이 우수한 고분자 중합체로 제조되며 그 표면의 관능기가 방사성핵종과 치환되어 이온교환형태로 잔류하고 있기 때문에 수지에 부착된 방사성핵종을 분리하여 추출하는 것이 매우 어렵다. 따라서 이렇게 오염된 폐수지로부터 자체처분이 가능할 정도로 방사성핵종을 분리 추출하여 제거하는 기술의 개발은 방사성폐기물의 감용 및 처분비용의 절감 차원에서 매우 중요하다.
본 출원인은 방사성폐수지 제염방법 및 장치에 관한 발명을 10-2012-0055218호(2012.06.24)로 출원하여 10-1172247호(2012.08.07)로 특허를 받은 바 있다. 상기 특허발명의 주 내용은 원자력발전소 증기발생기 취출수의 정화시에 발생하는 폐수지에 함유되어 있는 방사성탄소(14C), 방사성코발트(60Co) 및 방사성세슘(134/137Cs) 등을 산성용액과 초임계이산화탄소를 이용하여 오염된 폐수지로부터 제거하는 것으로, 신속하고 적은 비용으로 오염된 폐수지로부터 방사성탄소와 방사성핵종을 자체처분이 가능한 기준치 이하로 제거할 수 있는 기술로 제2차 폐기물의 발생이 극소화되는 효과가 있다. 그러나 장치의 제작비가 비교적 많이 들고 유지보수가 까다로우며 배치(Batch)공정으로 구성되어 있기 때문에 처리시간이 많이 걸리는 단점이 있다,
KR 10-1172247 B(방사성폐수지 제염방법 및 장치) 2012.08.07
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 제염공정이 연속처리가 가능하여 대용량의 신속한 처리가 가능하고 유독성 가스가 발생되지 않으면서도 폐수지에 부착된 방사성핵종을 자체처분이 가능할 정도로 제거할 수 있고 시스템 및 처리공정이 보다 단순하여 설치 및 유지보수비가 적게 소요 되는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법 및 제거시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템은, 폐수지를 저장하기 위한 폐수지 저장탱크, 폐수지의 이송을 위한 브로워, 폐수지의 치환작용기를 파괴시키기 위한 열분해로, 폐수지에 포함된 방사성핵종의 제거를 위한 초음파 발생장치, 마이크로버블 발생장치 및 폐수지의 이송을 위한 이송용 스크류장치가 구비된 세정조, 세정폐액을 임시로 저장할 수 있는 세정폐액 임시저장조, 방사성핵종의 용출을 위하여 사용하는 약품의 저장을 위한 약품 저장조, 처리된 폐수지의 수분 제거를 위한 건조로, 발생된 폐액의 처리를 위하여 사용하는 응집제의 저장을 위한 응집제 탱크, 발생된 화학폐액의 중화를 위하여 사용하는 중화제의 저장을 위한 중화제 탱크, 폐수지 처리과정에서 발생되는 이물질의 제거를 위한 여과장치, 약품 및 초음파 처리시에 발생되는 처리수 중의 방사성핵종의 처리를 위한 응집조, 폐수지 세정수의 재활용을 위한 재활용용수 저장조, 폐수지의 치환작용기 제거과정에서 발생되는 배기가스 중의 NOx와 SOx를 제거하는 촉매로, 폐수지의 치환작용기 파괴 및 방사성핵종 용출과정에서 배출되는 방사성 이탄화탄소의 포집을 위한 방사성탄소 스크러버 및 외부로 배출되는 배기가스를 감시하는 배기가스 분석기를 포함한다.
한편, 본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법은, 폐수지의 치환작용기를 파괴하는 열분해공정, 약품을 이용하여 치환작용기가 끊어진 폐수지로부터 방사성핵종을 용출시키는 약품처리공정, 폐수지에 정전기 형태로 달라붙어 있는 잔여 방사성핵종을 탈리시키는 초음파공정, 폐수지에서 이물질을 제거하는 린스공정, 폐수지에서 수분을 제거하는 건조공정 및 발생된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시킨 후 여과시켜 제거하는 폐액처리공정을 포함한다. 또, 본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법은 상기 열분해공정, 약품처리공정 및 초음파공정에서 발생되는 배기가스를 외부로 배출할 수 있는 정도로 처리하는 배기가스처리공정을 추가할 수 있다.
본 발명은 연속처리가 가능하여 대용량의 신속한 처리가 가능하고 시스템 및 처리공정이 보다 단순하여 설치 및 유지보수비가 적게 소요되어 보다 적은 비용으로 용이하고 신속하게 폐수지에 함유되어 있는 방사성핵종을 분리하거나 추출하여 제거할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명은 열분해를 통해 폐수지의 치환작용기를 제거한 후 약품처리, 초음파 및 마이크로버블 기술을 이용하여 방사성핵종을 제거하기 때문에 일반적인 열분해 온도인 550℃보다 훨씬 낮은 100~300℃의 온도에서 열분해가 가능하고, 일반적인 열분해 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 열분해공정을 실시함으로 열분해시 발생되는 유독성 기체의 생성을 최대한 억제할 수 있는 효과가 있다.
또, 일반적으로 수지의 재생에 사용되는 황산의 농도는 99%의 고농도로 취급이 어렵고 약품 투입량도 많지만, 본 발명에서는 열분해과정에서 R-SO3H 등의 관능기가 대부분 깨어지기 때문에 방사성핵종의 용출을 위한 최소농도의 약품(0.1~4.0% 이하의 H2SO4)만 사용하면 되므로 약품 사용량을 최소화 할 수 있고 취급시의 위험성을 배제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열분해 과정에서 방사성핵종의 제거와 동시에 폐수지의 중량 및 부피가 1/2 이하로 감소되므로 2차폐기물의 발생을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 저온 열분해기술에 의한 열분해로 또는 마이크로웨이브장치를 사용하기 때문에 연소방식에 비해 배기가스가 적게 발생되어 환경오염이 최소화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원자력발전소 폐수지의 방사성핵종 제거시스템의 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 원자력발전소 폐수지의 방사성핵종 제거방법의 구성도이다.
이하 첨부한 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 폐수지를 저장하기 위한 폐수지 저장탱크(10), 폐수지의 이송을 위한 브로워(11), 폐수지의 치환작용기를 파괴시키기 위한 열분해로(30), 폐수지에 포함된 방사성핵종의 제거를 위한 초음파 발생장치(24,25), 마이크로버블 발생장치(26) 및 폐수지의 이송을 위한 이송용 스크류장치(29)가 구비된 세정조(20), 세정폐액을 임시로 저장할 수 있는 세정폐액 임시저장조(21), 방사성핵종의 용출을 위하여 사용하는 약품의 저장을 위한 약품 저장조(23), 처리된 폐수지의 수분 제거를 위한 건조로(31), 발생된 폐액의 처리를 위하여 사용하는 응집제의 저장을 위한 응집제 탱크(42), 발생된 화학폐액의 중화를 위하여 사용하는 중화제의 저장을 위한 중화제 탱크(43), 폐수지 처리과정에서 발생되는 이물질의 제거를 위한 여과장치(28,45), 약품 및 초음파 처리시에 발생되는 처리수 중의 방사성핵종의 처리를 위한 응집조(40), 폐수지 세정수의 재활용을 위한 재활용용수 저장조(46), 폐수지의 치환작용기 제거과정에서 발생되는 배기가스 중의 NOx와 SOx를 제거하는 촉매로(50), 폐수지의 치환작용기 파괴 및 방사성핵종 용출과정에서 배출되는 방사성 이탄화탄소의 포집을 위한 방사성탄소 스크러버(51) 및 외부로 배출되는 배기가스를 감시하는 배기가스 분석기(52)를 포함한다.
상기 열분해로(30)로는 방사형 다단 회전식 열분해로가 바람직하다. 방사형 다단 회전식 열분해로는 연속적인 정량투입처리가 가능하고, 로 내부에서 균일하게 골고루 혼합하면서 일정한 온도를 유지하여 열분해시 발생되는 유독성 기체의 생성을 최대한 억제하고 폐수지의 치환작용기를 골고루 완벽하게 파괴시킨다.
또, 방사형 다단 회전식 열분해로는 900℃까지 승온이 가능하며 과열시 공기량을 조절하여 온도를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 로의 내부가 7단 구조로 되어 있어 로 전체 길이의 7배에 상당하는 내부 유동거리를 확보할 수 있어 컴팩트한 구조로 제작이 가능하고 로의 길이가 짧기 때문에 구동시 동력이 적게 소모되며 열손실을 최소화 할 수 있어 에너지 효율이 뛰어나다.
상기 초음파 발생장치(24,25)로 상기 세정조(20) 외부에 자왜소자방식 초음파 발생장치(24)를 설치하고 내부에 압전소자방식 초음파 발생장치(25)를 설치한다. 상기 열분해로(30) 대신에 마이크로웨이브장치(미도시)를 사용할 수 있으며, 상기 초음파 발생장치(24,25)와 병행하여 마이크로버블 발생장치(26)를 사용할 수 있다.
상기 건조로(31)로는 연속적으로 균일한 건조가 쉽게 구현되는 방사형 다단 회전식 건조로가 바람직하다. 상기 여과장치(28,45)로 상기 세정폐액 임시저장소(21)에 연결된 세정수 여과장치(28)와 상기 응집조(40)에 연결된 응집수 여과장치(45)를 설치하며, 모두 소각처리가 가능한 멤브레인 필터로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 폐수지의 치환작용기를 파괴하는 열분해공정(S1), 약품을 이용하여 치환작용기가 끊어진 폐수지로부터 방사성핵종을 용출시키는 약품처리공정(S2), 폐수지에 정전기 형태로 달라붙어 있는 잔여 방사성핵종을 탈리시키는 초음파공정(S3), 폐수지에서 이물질을 제거하는 린스공정(S4), 폐수지에서 수분을 제거하는 건조공정(S5) 및 발생된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시킨 후 여과시켜 제거하는 폐액처리공정(S6)을 포함한다.
또, 본 발명의 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법은 상기 열분해공정(S1), 약품처리공정(S2) 및 초음파공정(S3)에서 발생되는 배기가스를 외부로 배출 가능한 수준으로 처리하는 배기가스처리공정(S7)을 추가할 수 있으며, 상기 초음파공정(S3)과 병행하여 마이크로버블공정을 사용할 수도 있다.
낮은 온도(100~300℃)에서 폐수지의 치환작용기를 완벽하게 제거하기 위해서는 폐수지 내외부의 균일한 온도와 반응조건이 필수적이다. 폐수지 내외부에서 국부적으로 온도와 반응조건이 다르면 치환작용기를 완벽하게 제거하는 것이 불가능하고, 이를 보완하고자 온도를 상승시키면 폐수지의 탄화가 발생되어 유독성 가스가 발생될 수 있다. 본 발명에서는 방사형 다단 회전식 열분해로를 사용하여 이러한 문제를 해결한다.
상기 열분해공정(S1)에서는 열분해로(30)에서 폐수지의 치환작용기를 파괴시킨다. 방사형 다단 회전식 열분해로를 사용하면 폐수지의 탄화를 방지하면서 폐수지의 치환작용기를 완벽하게 파괴시킬 수 있다. 먼저, 폐수지 저장탱크(10)에 저장되어 있는 폐수지를 브로워(11)를 가동하여 연속적으로 열분해로(30)로 이송시킨다.
방사형 다단 회전식 열분해로를 사용하여 연속식으로 유동되는 폐수지를 골고루 혼합하여 폐수지의 내외부가 균일한 온도와 반응조건을 유지하도록 한다. 온도를 100~300℃로 제어하여 열분해시에 발생되는 유독성 기체의 생성을 최대한 억제하고 작은 공간에서 연속적이고 효율적으로 처리되도록 한다. 따라서, 폐수지는 열분해로(30) 내부에서 100~300℃로 10~60분 정도 체류한 후 배출된다. 이때 폐수지의 치환작용기인 R-SO3H, R-COOH, R=NH 등이 100~300℃에서 결합력이 약해져 모체인 R과 분리되고 수지 속에 함유되어 있는 수분도 함께 증발되기 때문에 폐수지의 부피 및 중량이 1/2로 축소된다.
본 발명은 열분해(30)를 통해 폐수지의 치환작용기를 완벽하게 제거한 후 약품처리, 초음파 및 마이크로버블 기술을 이용하여 방사성핵종을 제거하기 때문에 일반적인 열분해 온도인 550℃보다 훨씬 낮은 온도(100~300℃) 조건에서 열분해가 가능하다.
원자력발전소에서 발생되는 폐수지에는 방사성코발트(60Co), 방사성세슘(137Cs) 등 감마핵종 뿐만 아니라 방사성탄소(14C), 삼중수소(3H) 등이 존재할 수 있으며, 열분해공정(S1)에서 발생하는 배기가스 중의 방사성이산화탄소(14CO2)는 방사성탄소 스크러버(51)를 이용하여 제거한다. 상기 열분해로(30) 대신에 마이크로웨이브장치를 사용할 수 있으나, 이 경우에는 폐수지 내외부를 균일한 온도와 반응조건으로 유지하기 어렵기 때문에 소량에 한하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 열분해공정(S1)에서 발생하는 무기형의 방사성탄소(14C)는 방사성탄소 스크러버(51)를 이용하여 흡착시켜 제거하며, 발생되는 배기가스 중의 유기형의 방사성탄소(14C)는 촉매로(50)를 통과시켜 무기형의 방사성탄소(14C)로 전환시켜서 방사성탄소 스크러버(51)로 흡착하여 제거하며, 배기가스 중의 NOx와 SOx는 촉매로(50)를 통과하면서 안전한 가스형태로 환원된다.
상기한 바와 같이 폐수지는 열분해로(30) 또는 마이크로웨이브장치에서 폐수지의 치환작용기의 제거가 완료될 때까지 체류한 후 열분해로(30)에 구비되어 있는 이송장치를 이용하여 세정조(20)로 연속적으로 이송된다.
상기 약품처리공정(S2)에서는 황산 등의 약품을 이용하여 치환작용기가 끊긴 폐수지로부터 방사성핵종을 용출시킨다. 약품탱크(23)에 저장되어 있는 약품이 세정조(20)로 투입되며 동시에 물을 투입하여 정해진 농도의 황산수용액을 제조한 다음 세정조(20)가 만수위가 될 때까지 공급한 후 30~60 분간 폐수지의 표면에 부착된 방사성 핵종을 분리하여 용출시킨다.
상기 약품으로는 황산 또는 질산 등을 사용하며, 0.1~4.0%의 저농도 황산을 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 수지의 재생에 사용되는 황산의 농도는 99%의 고농도로 취급이 어렵고 약품 투입량도 많지만, 본 발명에서는 열분해과정에서 R-SO3H 등의 관능기가 대부분 깨어지기 때문에 수지의 재생을 위해 고농도의 황산이 필요하지 않으며 수지 내에 포함되어 있는 방사성핵종의 용출을 위한 최소농도(0.1~4.0% 이하의 H2SO4)의 약품만 사용하면 된다. 이와 같이, 저농도의 황산을 사용함으로써 약품 사용량을 최소화 할 수 있고 취급시의 위험성을 배제할 수 있다.
상기 초음파공정(S3)에서는 초음파를 조사하여 폐수지에 오염되어 있는 방사성코발트(60Co), 방사성세슘(137Cs) 등의 방사성핵종을 탈리시킨다. 이때 버블의 크기가 30~50㎛인 마이크로버블을 초음파와 병행하여 사용할 수 있으며, 상기 초음파 발생장치로는 압전소자방식 초음파 발생장치(25)와 자왜소자방식 초음파 발생장치(25)를 사용하여 30~120분간 15~30kHz의 주파수를 가진 초음파를 발생시켜 처리한다.
상기 세정조(20)의 외부에는 자왜소자방식 초음파 발생장치(24)가 설치되어 있고 내부에는 압전소자방식 초음파 발생장치(25)가 설치되어 있어 폐수지의 발생이력, 방사능 농도 및 이물질의 종류 등에 따라 자왜소자방식 초음파 발생장치(24) 또는 압전소자방식 초음파 발생장치(25) 중 하나를 사용하거나 2 종류의 초음파 발생장치(24,25)를 동시 또는 병행하여 사용한다. 이러한 초음파공정(S3)은 세정조(20)에 황산 수용액이 들어 있는 상태에서 실시할 수도 있고 황산 수용액을 제거한 후 물을 채워 실시할 수도 있다.
상기 린스공정(S4)에서는 폐수지에서 용출된 방사성핵종과 탈리된 이물질을 제거한다. 상기한 바와 같이 방사성핵종의 탈리가 완료되면 폐수지의 표면 및 수용액 중에 포함되어 있는 이물질을 제거하기 위하여 린스공정(S4)을 수행한다. 세정조(20)의 바닥에 수지는 통과하지 못하고 세정수만 통과할 수 있는 크기의 미세한 구멍이 뚫린 바닥판(Mesh Plate)(32)이 구비되어 있고, 바닥판(32)의 하부에는 세정폐액을 임시로 저장할 수 있는 탈부착형 세정폐액 임시저장조(21)가 구비되어 있다.
세정이 완료되면 세정폐액을 정화하기 위해 세정수 순환펌프(27)와 세정수 여과장치(28)를 가동시켜서 세정폐액을 5~20분 정도 순환시켜서 정화한 다음 일정수준까지 정화되면 응집조(40)로 이송한다.
세정조(20)에서 방사성핵종 및 이물질 탈리공정이 완료되면 세정조(20) 내부에 구비된 이송용 스크류장치(29)를 가동시켜 세정수를 바닥판(32)을 통해 배출시키면서 폐수지를 건조로(31)로 이송시켜 건조 처리한다.
상기 건조공정(S5)에서는 폐수지에 함유된 수분제거와 처리/처분의 용이성을 확보하기 위해 건조로(31)를 이용해 약 100~200℃의 온도에서 수분의 함량을 10% 미만으로 건조 처리한 후 배출시켜 일반폐기물로 분류하여 보관한다. 방사형 다단 회전식 건조로를 사용하면 폐수지에서 수분을 신속하고 골고루 균일하게 제거할 수 있다.
상기 폐액처리공정(S6)에서는 약품처리공정(S2), 초음파공정(S3) 및 린스공정(S4)에서 발생된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시킨 후 여과시켜 제거한다. 응집조(40)에는 폐수지의 방사성핵종 용출 및 탈리 과정에서 발생된 모든 폐수가 저장되며, 저장된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시키고 침전시킨 후 여과시켜 제거한다. 발생된 폐액이 응집조(40)에 모이면 중화제 탱크(43)에 저장되어 있는 중화제를 이용해 pH를 조절하고 응집제 탱크(42)에 저장되어 있는 고분자 응집제를 응집조(40)로 주입한 후 교반장치(41)로 30~60분 정도 저속으로 교반하면서 응집시킨다. 이때 pH 범위는 6~11이 바람직하며 pH 6 이상으로 유지하는 것이 중요하다. 상기 중화제로는 가성소다(NaOH)가 바람직하며 응집제로는 폴리아마이드계 응집제가 바람직하다.
교반이 완료되어 플럭(floc)이 형성 되면 0.2 ~ 50um의 응집수 여과장치(45)로 여과시키고 처리수는 재활용용수 저장조(46)에 모아 방사능 유무를 평가한 후 그대로 방류하거나 폐기물 처리계통을 거쳐 희석시켜 방출한다. 이때 재활용용수 저장조(46)에 저장된 처리수 중의 일부를 세정조(20)로 이송시켜 재활용할 수도 있으며, 상기 응집수 여과장치(45)는 소각처리가 가능한 멤브레인 필터로 구성하는 것이 바람직하며 폐필터는 열분해로(30)에 직접 투입하여 열분해 처리한다. 이와 같이 본 발명에서는 발생된 폐액의 재활용이 가능하기 때문에 제염시에 발생하는 2차폐기물의 양을 최소화 할 수 있다.
상기 배기가스처리공정(S7)에서는 열분해공정(S1), 약품처리공정(S2) 및 초음파공정(S3)에서 발생되는 배기가스를 외부로 배출하는 것이 가능한 수준으로 처리한다. 상기 배기가스처리공정(S7)에서는 열분해공정(S1), 약품처리공정(S2) 및 초음파공정(S3)에서 발생되는 배기가스 중 NOx 및 SOx는 촉매로(50)를 통과시켜 환원시켜서 처리한다. 상기 촉매로(50)로는 Pd/Pt 촉매로가 바람직하고 촉매의 활성화를 위해 300~400℃로 온도제어가 가능한 것이 바람직하다. 열분해공정(S1), 약품처리공정(S2) 및 초음파공정(S3)에서 발생되는 배기가스 중 유기형의 방사성탄소는 촉매로(50)를 거치면서 무기형의 방사성탄소로 전환되어 방사성탄소 스크러버(51)에서 제거된다. 이렇게 정화된 기체는 외부로 방출시키며 방출되는 모든 배기체는 환경오염 유무를 평가하기 위해 배기가스 분석기(52)로 온라인 감시한다.
위와 같은 각 공정과 각 공정 간의 제어를 자동화하면 연속운전이 가능하기 때문에 본 발명은 대용량의 폐수지 처리에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.
또한, 본 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.
본 발명은 원자력발전소 등에서 발생하는 폐수지에 오염되어 있는 방사성탄소(14C), 방사성코발트(60Co ) 및 방사성세슘(137Cs ) 등을 제거하기 위하여 널리 사용될 수 있다.
10: 폐수지 저장탱크 11: 브로워
20: 세정조 21: 세정폐액 임시저장조
22: 약품공급펌프 23: 약품 저장조
24: 자왜소자방식 초음파 발생장치 25: 압전소자방식 초음파 발생장치
26: 마이크로버블 발생장치 27: 세정수 순환펌프
28: 세정수 여과장치 29: 이송용 스크류장치
30: 열분해로 31: 건조로
32: 바닥판 40: 응집조
41: 교반장치 42: 응집제 탱크
43: 중화제 탱크 44: 응집조 순환펌프
45: 응집수 여과장치 46: 재활용용수 저장조
50: 촉매로 51: 방사성탄소 스크러버
52: 배기가스 분석기 S1: 열분해공정
S2: 약품처리공정 S3: 초음파 및 마이크로버블공정
S4: 린스공정 S5: 건조공정
S6: 폐액처리공정 S7: 배기가스처리공정

Claims (18)

  1. 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템에 있어서,
    폐수지를 저장하기 위한 폐수지 저장탱크(10),
    폐수지의 이송을 위한 브로워(11),
    폐수지의 치환작용기를 파괴시키기 위한 열분해로(30),
    폐수지에 포함된 방사성핵종의 제거를 위한 초음파 발생장치(24,25), 마이크로버블 발생장치(26) 및 폐수지의 이송을 위한 이송용 스크류장치(29)가 구비된 세정조(20),
    세정폐액을 임시로 저장할 수 있는 세정폐액 임시저장조(21),
    방사성핵종의 용출을 위하여 사용하는 약품의 저장을 위한 약품 저장조(23),
    처리된 폐수지의 수분 제거를 위한 건조로(31),
    발생된 폐액의 처리를 위하여 사용하는 응집제의 저장을 위한 응집제탱크(42),
    발생된 화학폐액의 중화를 위하여 사용하는 중화제의 저장을 위한 중화제 탱크(43),
    폐수지 처리과정에서 발생되는 이물질의 제거를 위한 여과장치(28,45),
    약품 및 초음파 처리시에 발생되는 처리수 중의 방사성핵종의 처리를 위한 응집조(40),
    폐수지 세정수의 재활용을 위한 재활용용수 저장조(46)
    폐수지의 치환작용기 제거과정에서 발생되는 배기가스 중의 NOx와 SOx를 제거하는 촉매로(50),
    폐수지의 치환작용기 파괴 및 방사성핵종 용출과정에서 배출되는 방사성 이탄화탄소의 포집을 위한 방사성탄소 스크러버(51) 및
    외부로 배출되는 배기가스를 감시하는 배기가스 분석기(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열분해로(30)가 방사형 다단 회전식 열분해로인 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열분해로(30) 대신에 마이크로웨이브장치가 설치된 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 발생장치(24,25)로 상기 세정조(20)의 외부에 자왜소자방식 초음파 발생장치(24)가 설치되고, 상기 세정조(20)의 내부에 압전소자방식 초음파 발생장치(25)가 설치된 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 건조로(31)가 방사형 다단 회전식 건조로인 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  6. 제1항에 있어서,
    상기 여과장치(28,45)로 상기 세정폐액 임시저장소(21)에 연결된 세정수 여과장치(28)와 상기 응집조(40)에 연결된 응집수 여과장치(45)가 설치된 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  7. 제1항에 있어서,
    상기 여과장치(28,45)가 멤브레인 필터로 구성된 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거시스템
  8. 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법에 있어서,
    폐수지의 치환작용기를 파괴하는 열분해공정(S1),
    약품을 이용하여 치환작용기가 끊어진 폐수지로부터 방사성핵종을 용출시키는 약품처리공정(S2),
    폐수지에 정전기 형태로 달라붙어 있는 잔여 방사성핵종을 탈리시키는 초음파공정(S3),
    폐수지에서 이물질을 제거하는 린스공정(S4),
    폐수지에서 수분을 제거하는 건조공정(S5) 및
    발생된 폐액 중의 방사성핵종을 응집시킨 후 여과시켜 제거하는 폐액처리공정(S6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열분해공정(S1)에서 열분해로(30)를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열분해로(30)로 방사형 다단 회전식 열분해로를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  11. 제8항에 있어서,
    상기 열분해공정(S1)에서 마이크로웨이브장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  12. 제8항에 있어서,
    상기 초음파공정(S3)에서 마이크로버블공정을 병행하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  13. 제8항에 있어서,
    상기 약품처리공정(S2)에서 약품으로 황산을 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  14. 제13항에 있어서,
    상기 황산으로 0.1~4.0%의 저농도 황산을 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  15. 제8항에 있어서,
    상기 약품처리공정(S2)에서 약품으로 질산을 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  16. 제8항에 있어서,
    상기 건조공정(S5)에서 건조로(31)로 방사형 다단 회전식 건조로를 사용하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  17. 제8항에 있어서,
    상기 폐액처리공정(S6)에서 폐액이 응집조(40)에 모이면 중화제를 이용하여 pH를 6~11 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
  18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열분해공정(S1), 약품처리공정(S2) 및 초음파공정(S3)에서 발생되는 배기가스를 외부로 배출 가능한 수준으로 처리하는 배기가스처리공정(S7)을 추가한 것을 특징으로 하는 오염된 폐수지의 방사성핵종 제거방법
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