KR101415173B1

KR101415173B1 - 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치 및 이를 이용한 분리 회수 방법

Info

Publication number: KR101415173B1
Application number: KR1020120137903A
Authority: KR
Inventors: 양희철; 정동용; 문제권
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-07-04
Also published as: US9604154B2; US20140151215A1; JP5841579B2; JP2014109570A; KR20140069972A

Abstract

본 발명은 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치 및 이를 이용한 분리 회수 방법에 관한 것으로, 상세하게는 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물이 저장된 폐액 저장부; 상기 폐액 저장부를 가열하여 폐액 저장부 내의 폐액 혼합물 중 방사성 핵종을 포함하는 저비점 폐액을 증발시키는 가열부; 상기 가열부의 상부와 연결되고, 상기 가열부에 의하여 가열됨에 따라 증발된 증발 폐액을 응축시킬 수 있는 응축 챔버; 상기 응축챔버와 연결되고, 상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 회수하는 응축물 회수부; 및 상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 응축물 회수부로 이송하되, 일단부가 응축물 회수부의 응축물 내로 침지되는 이송관;을 포함하고, 상기 증발된 저비점 폐액은 상기 가열부와 응축물 회수부의 압력차에 의해 상기 가열부로부터 응축물 회수부로 이동하며, 상기 가열부에서 증발된 방사성 핵종은 상기 응축물 회수부에서 회수된 응축물에 용해되어 회수되는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치를 제공한다.

Description

방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치 및 이를 이용한 분리 회수 방법{Separation and recovery device for wet waste including radionuclide, and the separation and recovery method using the same}

본 발명은 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치 및 이를 이용한 분리 회수 방법에 관한 것이다.

원자력 시설에서는 오염된 설비의 제염이나 세정을 위해 다양한 유기성 또는 무기성 세정제가 사용되고 있으며, 이때 기계장비에 잔류하는 폐유가 세척시 세정와 함께 혼합된 상태로 배출된다. 또한, 상기 폐유를 포함하는 폐세정제와 같은 폐액뿐만 아니라, 일정부분의 무기폐액을 포함하는 유무기 혼합폐액의 처리는 침전제 등을 이용하여 폐액 내의 오염물질을 침전시킨 후, 원심분리나 여과장치 등의 분리방법을 통해 오염물질을 제거하고, 유기성 액체와 무기성 액체를 통상적인 감압증류 방법에 의해 분리하는 방법이 대한민국 등록특허 제10-0928652호 및 대한민국 등록특허 제10-0675941호에 개시된 바 있다.

아울러, 대한민국 공개특허 제10-2005-0109290호에서는 유기성 액체와 무기성 액체를 연소 처리하는 방법이 개시된 바 있다.

이때, 상기한 바와 같은 종래의 분리방법으로 유무기 혼합폐액을 처리하는 경우에는 전체 유무기 혼합폐액에 침전제 등의 화학제를 과잉으로 투입하여야 충분한 침전반응효율을 얻을 수 있으며, 침전물을 제거한 후에 잔류하는 유무기 혼성폐액에는 침전제가 일정량 이상으로 혼합될 수 있기 때문에 유기성분과 무기성분의 완전한 분리가 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 유기성분과 무기성분을 분리한 후에도 분리된 유기성분 및 무기성분 각각에, 또는 어느 한 쪽으로 사용된 과잉의 침전제가 포함될 수 있어, 분리된 성분들을 재활용하거나, 효율적으로 처리·처분하는 것이 어려운 문제가 있다.

한편, 원자력 시설에서 발생되는 폐유를 함유한 폐세정세는 베타핵종인 삼중수소(H-3)나 방사성탄소(C-14)가 많이 용해되어있다. 이때, 삼중수소의 경우에는 ³H₂O의 삼중수의 형태로, 방사성탄소인 경우에는 ¹⁴CO₂, CH₄ 및 C₂H₆의 형태로 혼합폐액에 용해되어 있으며, 상기 삼중수소 및 방사성탄소는 일반적인 증류/응축 공정을 수행하더라도 배기가스를 통하여 이들 중 일부가 외부로 배출되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위한 별도의 포집장치를 설치하거나, 별도의 배기가스 처리계통으로 배기가스를 보내어 처리하고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기한 바와 같이 원자력시설의 기계장비의 제염이나 해체시에 발생되는 폐유를 포함하는 폐세정제로부터 폐유와 세정제를 분리하되, 베타핵종인 삼중수소(H-3)나 방사성탄소(C-14)가 많이 용해된 폐세정제를 효과적으로 처리하기 위한 공정을 연구하던 중, 상기 폐세정제를 효과적으로 분리함과 동시에 상기 삼중수소 및 방사성탄소가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있는 분리 장치를 개발하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치 및 이를 이용한 분리 회수 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물이 저장된 폐액 저장부;

상기 폐액 저장부를 가열하여 폐액 저장부 내의 폐액 혼합물 중 방사성 핵종을 포함하는 저비점 폐액을 증발시키는 가열부;

상기 가열부의 상부와 연결되고, 상기 가열부에 의하여 가열됨에 따라 증발된 증발 폐액을 응축시킬 수 있는 응축 챔버;

상기 응축챔버와 연결되고, 상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 회수하는 응축물 회수부; 및

상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 응축물 회수부로 이송하되, 일단부가 응축물 회수부의 응축물 내로 침지되는 이송관;을 포함하고,

상기 증발된 저비점 폐액은 상기 가열부와 응축물 회수부의 압력차에 의해 상기 가열부로부터 응축물 회수부로 이동하며,

상기 가열부에서 증발된 방사성 핵종은 상기 응축물 회수부에서 회수된 응축물에 용해되어 회수되는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은

방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 가열하여 상기 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액을 증발시키는 단계(단계 1);

상기 단계 1에서 증발된 저비점의 폐액을 응축시킨 후, 이를 응축물 회수부로 회수하는 단계(단계 2); 및

상기 단계 2에서 회수된 응축물로 이송관의 일단부를 침지시켜 응축물 회수부의 응축물 내로 증발된 방사성 핵종을 용해시키는 단계(단계 3);를 포함하는 상기 분리 회수 장치를 이용하여 방사성 핵종을 포함하는 폐액을 분리회수하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치는 삼중수소, 또는 방사성탄소와 같은 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 분리하여 방사성 핵종이 환경으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 아울러 방사성 핵종이 분리된 잔류 폐액은 삼중수소와 방사성탄소와 같은 휘발성 방사성 핵종을 거의 포함하지 않으므로 이를 재활용하거나 규제면제 폐기물로서 처리가 가능하며, 대부분의 삼중수소와 방사성탄소가 포함된 응축폐액에는 오일 등의 유기폐액이 포함되지 않아 오일을 함유하는 폐수를 처리할 수 없는 원자력발전소의 폐수처리계통에서도 쉽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분리 회수 장치를 개략적으로 도시한 모식도이고;
도 2는 온도에 따른 방사성 탄소의 용해도를 나타낸 그래프이다.

본 발명은

이때, 본 발명에 따른 분리 회수 장치의 실시예를 도 1의 모식도를 통해 개략적으로 나타내었으며, 이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분리 회수 장치를 상세히 설명한다.

도 1의 모식도를 참조하면, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물(10)이 저장된 폐액 저장부(8)와, 상기 폐액 저장부(8)를 가열하여 폐액 저장부 내의 폐액 혼합물 중 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액을 증발시키는 가열부(1)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 가열부(1)의 상부와 연결된 응축 챔버(3)를 포함하며, 상기 가열부(1)에 의하여 폐액 저장부(8)가 가열됨에 따라 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액이 증발되고, 증발된 폐액은 상기 응축 챔버(3)로 이송되어 응축된다. 나아가, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 응축 챔버(3)에 응축된 응축물이 이송되어 회수되는 응축물 회수부(4)를 포함하며, 상기 응축물 회수부(4)에서는 응축 챔버(3)로부터 이송된 응축물들이 회수되어 분리된다.

한편, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 응축 챔버(3)에서 응축된 응축물을 응축물 회수부(4)로 이송하되, 일단부가 응축물 회수부의 응축물 내로 침지되는 이송관을 포함한다.

상기 가열부(1)에 의하여 폐액 저장부(8)가 가열됨에 따라 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액이 증발되어 상기 응축 챔버(3)에서 응축되지만, 방사성 핵종은 상기 응축 챔버(3)에서 응축되지 않고 기체상으로 존재하게 된다. 이때, 기체상으로 존재하는 방사성 핵종은 응축 챔버(3)로부터 이송된 응축물 회수부(4) 내의 응축물에 용해되어 분리농축될 수 있으며, 이를 위해 상기 이송관의 일단부는 응축물 회수부의 응축물 내로 침지되어 이송관에서 배출되는 방사성 핵종이 응축물 회수부(4)의 하부에서부터 응축물과 접촉하여 기포의 형태로 상승(bubbling)하면서 응축물로 용해되도록 한다.

본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 가열부(1)에 의하여 폐액 저장부(8)가 가열됨에 따라 가열부 내의 기압은 응축물 회수부(4)의 기압보다 커지며, 이에 따라 증발된 저비점의 폐액이 응축챔버(3)로 이동하게 된다.

즉, 상기 증발된 저비점 폐액은 상기 가열부(1)와 응축물 회수부(4)의 압력차에 의해 상기 가열부로부터 응축물 회수부로 이동하며, 이동경로 중 상기 응축 챔버(3)로 이동된 증발 폐액은 기체의 온도가 하강하면서 이동과정 중 응축이 이루어져 상기 응축 챔버에 응축물로서 생성된다.

이와 같은 증발된 폐액의 이동현상은 응축챔버(3)의 상부에서 입자화된 액적이 오른쪽으로 이동하면서 침강되고, 또한 하부에서는 응축물이 지속적으로 누적되어 응축된 응축물이 상기 응축물 회수부(4)로 지속적으로 이송됨으로서 수행된다. 아울러, 상기 증발된 폐액의 이동현상은 폐액 혼합물(10) 중 증발되는 저비점 폐액가 모두 증발할 때까지 계속된다.

한편, 상기 폐액 혼합물(10)은 폐유를 포함하는 폐세정제 또는 폐형광액을 포함하는 폐수일 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이, 원자력 시설에서는 오염된 설비의 제염이나 세정을 위해 다양한 유기성 또는 무기성 세정제가 사용되고 있으며, 이때 기계장비에 잔류하는 폐유가 세척시 세정와 함께 혼합된 상태로 배출될 수 있다.

아울러, 폐형광액, 예를 들어 원자력 시설에서 근무하는 근무자로부터 배출되는 소변은 물과 함께 혼합된 상태로 배출될 수 있다.

이와 같이 원자력 시설로부터 배출되는 폐유를 포함하는 폐세정제 또는 폐형광액을 포함하는 폐수에는 베타핵종인 삼중수소(H-3)나 방사성탄소(C-14)가 많이 용해되어있다. 이때, 삼중수소의 경우에는 ³H₂O의 삼중수의 형태로, 방사성탄소인 경우에는 ¹⁴CO₂, CH₄ 및 C₂H₆의 형태로 폐액 혼합물에 용해되어 있으며, 상기 삼중수소, 방사성탄소와 같은 핵종은 일반적인 증류/응축 공정을 수행하더라도 배기가스를 통하여 이들 중 일부가 외부로 배출되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위한 별도의 포집장치를 설치하거나, 별도의 배기가스 처리계통으로 배기가스를 보내어 처리하고 있는 실정이다.

반면, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 폐유를 포함하는 폐세정제 또는 폐형광액을 포함하는 폐수인 폐액 혼합물(10)을 가열부(1)를 통해 가열하되, 상대적으로 저비점인 폐세정제 또는 폐수만을 방사성 핵종과 함께 증발시키며, 증발된 방사성 핵종은 상기 응축물 회수부(4)에서 회수된 응축물에 용해된다. 이에 따라 종래의 처리기술에서 별도의 포집장치를 설치하거나, 별도의 처리계통이 요구되었던 문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 응축물 회수부(4)와 연통되어 구비되는 진공 펌프(5)를 더 포함할 수 있다. 상기 진공 펌프(4)는 응축물 회수부(4) 내부를 감압하기 위한 것으로, 이를 통해 상기 가열부(1)와 응축물 회수부(4)의 압력차이를 더욱 부여할 수 있고, 압력차이가 더욱 커짐에 따라 증발된 폐액의 이동현상이 더욱 촉진될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 폐액 저장부(8)와 가열부(1)를 서로 이격되도록 구비할 수 있으며, 이 경우 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 폐액 저장부(8)를 가열부(1)로 이송할 수 있는 이송장치를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 이송장치는 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 폐액 저장부 이송 실린더(11)와 공기 압축기(12)로 이루어질 수 있으며, 상기 공기 압축기를 통해 실린더를 구동함으로써 폐액 저장부가 가열부로 이송될 수 있다.

그러나, 상기 이송장치가 도 1에 도시한 이송 실린더 및 공기 압축기로 제한되는 것은 아니며, 폐액 저장부를 이송하기 적합한 이송수단을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 분리 회수 장치에 있어서, 상기 가열부(1)는 폐액 저장부(8)를 둘러싸는 형태로 구비될 수 있으며, 특히 상기 가열부(1)는 열매체유를 이용하여 상기 폐액 저장부를 간접적으로 가열할 수 있다.

상기 열매체유를 이용하여 폐액 저장부를 간접적으로 가열하는 것은 온도를 정밀하게 제어할 수 있으며, 간접적으로 가열이 수행될 수 있어 과열에 의한 화재의 위험성이 없는 효과가 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 분리 회수 장치가 비점차이를 이용하여 폐액 혼합물을 분리하는 것이 더욱 용이하고 안전하게 수행될 수 있다.

즉, 예를 들어 상기 폐액 혼합물이 폐유를 포함하는 폐세정제인 경우, 상기 가열부(1)를 통해 상대적으로 저비점을 갖는 폐세정제만을 증발시켜야만 한다. 그러나, 고비점의 폐유가 폐세정제와 함께 증발되는 경우, 폐유 및 폐세정제를 분리할 수 없기 때문에, 저비점의 폐세정제만이 증발되도록 가열온도를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다.

이에 상기 가열부(1)는 열매체유를 이용하여 상기 폐액 저장부를 간접적으로 가열하여 고비점의 폐액은 절대 증발되지 않되, 저비점의 폐액만이 증발되도록 온도를 정밀하게 제어하여 폐액을 가열하며, 이를 통해 저비점의 폐액만을 효과적으로 분리해낼 수 있다.

한편, 상기 가열부(1)가 열매체유를 이용하여 상기 폐액 저장부(8)를 가열함에 따라, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 열매체유 저장부(2) 및 상기 열매체유 저장부에 구비된 압력계(6)를 더 포함할 수 있으며, 이를 통해 상기 열매체유를 상기 가열부(1)로 적절히 공급하여 폐액 저장부(8)를 가열할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 가열부(1)는 정밀한 온도제어를 통해 폐액 저장부(8)를 가열하여야 한다. 이에, 본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 가열부(1) 및 폐액 저장부(8)의 온도를 측정할 수 있는 열전대(9)를 포함한다. 상기 열전대를 포함함에 따라 실시간으로 가열부(1) 및 폐액 저장부(8)의 온도를 측정할 수 있으며, 이를 통해 고비점의 폐액은 절대 증발되지 않되, 저비점의 폐액만이 증발되도록 온도를 정밀하게 제어하여 폐액을 가열할 수 있다.

본 발명에 따른 분리 회수 장치는 상기 응축물 회수부(4)를 냉각할 수 있는 냉각기(7)를 더 포함할 수 있다. 방사성 핵종의 일종인 방사성탄소의 경우, ¹⁴CO₂, CH₄ 및 C₂H₆의 형태로 존재하며, 도 2의 용해도 그래프에 나타낸 바와 같이, 온도가 낮을수록 더욱 용해도가 높아지는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 분리 회수 장치가 냉각기(7)를 더 포함함에 따라 응축물 회수부(4)의 온도를 더욱 낮출 수 있으며, 이에 따라 방사성 탄소와 같은 방사성 핵종을 응축물에 더욱 용해시킬 수 있다.

이때, 상기 냉각기(7)는 냉매를 이용하여 응축물 회수부를 간접적으로 냉각할 수 있다, 즉, 상기 냉각기가 냉매를 이용하여 응축물 회수부의 외부 표면을 냉각하여 응축물 회수부 내부의 온도를 낮출 수 있다. 그러나, 상기 냉각기가 이에 제한되는 것은 아니며, 응축물 회수부 내부 온도를 낮출 수 있는 적절한 냉각수단이 상기 냉각기로 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 분리 회수 장치에 있어서, 상기 응축 챔버(3)는 외부에서 내부를 관찰할 수 있는 투명용기인 것이 바람직하다. 상기 응축 챔버(3)가 투명함에 따라 외부에서도 증발된 폐액의 응축 및 이동현상을 육안으로 관찰할 수 있으며, 이에 따라 응축 및 이동현상이 완료되는 시점을 정확하게 파악해낼 수 있다.

즉, 상기 응축 챔버(3)가 투명용기임에 따라 응축물이 응축물 회수부(4)로 이송되는 것을 육안으로 관찰할 수 있으며, 이와 동시에 응축챔버의 응축액 상부에서는 안개의 형태로 기상응축이 일어나는 것을 관찰할 수 있고, 상기 두 가지 현상이 멈추어 질 때 저비점 액체의 이송이 종료된 것을 알 수 있다.

아울러, 상기 응축 챔버(3)는 일정량 이상의 증발 폐액이 응축되면, 응축물이 응축물 회수부(4)로 이송될 수 있도록 기울어진 형태로 구비될 수 있다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 응축 챔버(3)가 기울어진 형태로 구비되면 응축물이 일정량 이상 누적된 후 지속적으로 응축물 회수부(4)로 이송될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치는 삼중수소, 또는 방사성탄소와 같은 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 가열하되, 저비점의 폐액만이 증발되는 온도로 상기 폐액 혼합물을 가열하며, 이를 통해 폐액 혼합물을 효율적으로 분리할 수 있다. 또한, 폐액 혼합물을 분리함과 동시에, 폐액 혼합물에 포함되어 있는 방사성 핵종을 응축물에 용해시켜 회수할 수 있기 때문에 별도의 포집장치 또는 별도의 처리계통 없이도 방사성 핵종이 외부환경으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 증발되지 않고 잔류하는 폐액은 방사성 핵종을 거의 포함하지 않으므로 이를 재활용하거나 비방사성폐기물로서 처리가 가능하며, 대부분의 방사성 핵종이 농축된 응축물에는 오일 등이 포함되어 있지 않아 오일 등이 함유된 폐수를 처리할 수 없는 원자력발전소의 폐수처리계통에서도 쉽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은

이하, 본 발명에 따른 분리회수방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 분리회수방법에 있어서, 단계 1은 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 가열하여 상기 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액을 증발시키는 단계이다.

상기 단계 1의 폐액 혼합물은 저비점의 폐액 및 고비점의 폐액이 혼합된 혼합물로서, 상기 폐액들의 비점 차이를 이용하여 폐액 혼합물을 적정한 온도로 가열함으로써 저비점의 폐액을 증발시켜 분리해낼 수 있다.

이때, 상기 폐액 혼합물은 폐유를 포함하는 폐세정제 또는 폐형광액을 포함하는 폐수일 수 있다. 상기한 바와 같이, 원자력 시설에서는 오염된 설비의 제염이나 세정을 위해 다양한 유기성 또는 무기성 세정제가 사용되고 있으며, 이때 기계장비에 잔류하는 폐유가 세척시 세정와 함께 혼합된 상태로 배출될 수 있다.

이에, 상기 단계 1에서는 폐유를 포함하는 폐세정제 또는 폐형광액을 포함하는 폐수인 폐액 혼합물을 가열하되, 상대적으로 저비점인 폐세정제 또는 폐수만을 방사성 핵종과 함께 증발시킬 수 있는 온도로 가열을 정밀하게 수행하며 이를 통해 고비점의 폐액은 증발되지 않되 저비점의 폐액만을 증발시킬 수 있다.

본 발명에 따른 분리회수방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 증발된 저비점의 폐액을 응축시킨 후, 이를 응축물 회수부로 회수하는 단계이다.

상기 단계 1에서 증발된 저비점의 폐액은 응축 챔버로 이동하며, 증발된 폐액의 이동 중 응축이 수행됨에 따라 상기 응축 챔버에 응축물이 생성된다. 응축 챔버에 생성된 응축물은 응축챔버로부터 이송관을 통해 응축물 회수부로 이송되어 회수된다.

본 발명에 따른 분리회수방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 회수된 응축물로 이송관의 일단부를 침지시켜 응축물 회수부의 응축물 내로 증발된 방사성 핵종을 용해시키는 단계이다.

방사성 핵종, 예를 들어 방사성탄소의 경우, ¹⁴CO₂, CH₄ 및 C₂H₆의 형태로 존재하며, 상기 단계 2의 응축물에 쉽게 용해될 수 있다. 이에, 상기 단계 3에서는 이송관의 일단부를 회수된 응축물 내로 침지시키고, 상기 이송관으로부터 이송되는 방사성 핵종은 응축물 회수부의 하부에서부터 응축물과 접촉하여 기포의 형태로 상승(bubbling)하면서 응축물로 용해된다.

한편, 도 2의 용해도 그래프에 나타낸 바와 같이, 온도가 낮을수록 더욱 용해도가 높아지는 것을 알 수 있는바, 상기 단계 3의 방사성 핵종 용해는 냉각기를 통해 응축물 회수부의 온도를 낮춘 상태로 수행되는 것이 바람직하며, 이를 통해 방사성 탄소와 같은 가스상 방사성 핵종을 응축물에 더욱 효과적으로 용해시킬 수 있다.

본 발명에 따른 방사성 핵종을 포함하는 폐액을 분리회수하는 방법은 도 1에 도시한 바와 같은 분리 회수 장치를 이용하여 방사성 핵종을 포함하는 폐액을 분리회수하는 방법으로, 삼중수소, 또는 방사성탄소와 같은 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 가열하되, 저비점의 폐액만이 증발되는 온도로 상기 폐액 혼합물을 가열한다. 상기 가열을 통해 고비점 폐액과 저비점 폐액을 분리하고, 저비점 폐액을 응축시킴으로써 폐액 혼합물을 분리회수할 수 있으며, 상기 저비점 폐액을 증발 및 응축시켜 분리하되, 응축된 저비점 폐액으로 방사성 탄소와 같은 방사성 핵종을 용해시켜 회수할 수 있기 때문에 별도의 포집장치 또는 별도의 처리계통 없이도 방사성 핵종이 외부환경으로 배출되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명에 따른 분리회수방법에 있어서, 증발되지 않고 잔류하는 고비점 폐액은 방사성 핵종을 거의 포함하지 않으므로 이를 재활용하거나 비방사성폐기물로서 처리가 가능하며, 대부분의 방사성 핵종이 농축된 응축물은 오일 등이 함유된 폐수를 처리할 수 없는 원자력발전소의 폐수처리계통에서도 쉽게 처리할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1에 도시한 바와 같은 분리 회수 장치를 이용하여 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 분리하였다.

이때, 상기 폐액 혼합물로는 원자력발전소에서 기계류의 엔진오일 등으로 사용되는 윤활유인 Regal 46과, 이의 세정시에 사용되는 세정제 SC-1000의 조성을 하기 표 1과 같이 혼합하여 모의 폐액 혼합물을 제조하였으며, 아울러, 실제 폐형광액의 조성과 동일하도록 하기 표 1에 나타낸 조성으로 폐형광액을 포함하는 모의 폐액 혼합물을 제조하였다.

제조된 상기 모의 폐액 혼합물 2L를 폐액 저장부에 넣고 폐액 저장부 이송장치인 폐액 저장부 이송 실린더를 통해 가열기로 폐액 저장부를 이송하였다.

이후, 진공펌프를 이용하여 응축물 회수부 내부를 절대압으로 -0.2 MPa(절대압으로 약 8/10기압)까지 감압한 후, 밸브를 닫아 진공상태를 유지하였으며, 열매체유를 이용하여 가열부 내부의 온도가 150 - 160 ℃로 유지하도록 간접가열을 수행하여 폐액 혼합물 중 저비점 폐액인 세정제와 물만이 증발되도록 하였다.

이때, 상기 가열을 수행함과 동시에 냉각기(Chiller)를 이용하여 냉매를 순환시킴으로써 응축물 회수기의 온도를 증발되는 폐액의 종류에 따라 5 - 10 ℃의 온도로 적절히 유지하여 폐액 혼합물의 분리회수를 수행하였으며, 상기 분리회수의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

폐액 혼합물의 조성	가열부 내부온도 (℃)	공정소요시간 (분)	분리장치 내부의 압력변화 (Mpa)	분리효율
폐유(Regal46) 40 wt%/ 폐세정제(SC-1000) 60 wt%	160	170	0.015 → 0.193	>99%
폐유(Regal46) 30 wt%/ 폐세정제(SC-1000) 70 wt%	160	195	0.015 → 0.191	>99%
폐유(Regal46) 20 wt%/ 폐세정제(SC-1000) 80 wt%	160	220	0.015 → 0.183	>99%
폐형광액(LLT) 91wt%/물9wt%/	160	70	0.015 → 0.197	>99%
폐형광액(LLT) 91wt%/물9wt%/	150	95	0.015 → 0.195	>99%

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폐액 혼합물들의 분리가 완전히 종료될 때까지 분리 장치 내의 압력이 초기에 0.015 MPa에서 약 0.19 MPa로 다소 증가하는 경향을 나타내었으나, 증발된 폐액이 이송되기에 충분한 감압상태를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 아울러, 운전이 종료된 시점에서 폐액 혼합물의 분리효율은 모두 99% 이상을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.

나아가, 표 1에 나타낸 바와 같이, 폐형광액의 경우 동일한 조성에서 가열부의 가열온도를 달리하였을 때 분리회수공정의 소요시간이 변동되는 것을 알 수 있으나, 조건이 달라지더라도 분리효율은 항상 99%이상을 나타낼 수 있음을 알 수 있다.

1: 가열부
2 : 열매체유 저장부
3 : 응축챔버
4 : 응축물 회수부
5 : 진공펌프
6 : 압력계
7 : 냉각기
8 : 폐액 저장부
9 : 열전대
10 : 폐액 혼합물
11 : 폐액 저장부 이송 실린더
12 : 공기 압축기
13 : 밸브
14 : 응축물 이송용기

Claims

삼중수소(H-3) 및 방사성탄소 중 적어도 1종의 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물이 저장된 폐액 저장부;
상기 폐액 저장부를 가열하여 폐액 저장부 내의 폐액 혼합물 중 방사성 핵종을 포함하는 저비점 폐액을 증발시키는 가열부;
상기 가열부의 상부와 연결되고, 상기 가열부에 의하여 가열됨에 따라 증발된 증발 폐액을 응축시키되, 일정량 이상의 증발 폐액이 응축되면, 응축물이 응축물 회수부로 이송될 수 있도록 기울어진 형태이고, 상기 방사성 핵종이 기상으로 존재하는 응축 챔버;
상기 응축챔버와 연결되고, 상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 회수하는 응축물 회수부;
상기 응축물 회수부를 냉각할 수 있는 냉각기; 및
상기 응축 챔버에서 응축된 응축물을 응축물 회수부로 이송하되, 일단부가 응축물 회수부 내에 이미 존재하고 있는 응축물 내로 침지되는 이송관;을 포함하되,
상기 폐액 혼합물은 폐유를 포함하는 폐세정제이고,
상기 증발된 저비점 폐액과, 기상의 방사성 핵종은 상기 가열부와 응축물 회수부의 압력차에 의해 상기 가열부로부터 응축물 회수부 방향으로 이동하며,
상기 냉각기를 통해 응축물 회수부를 냉각시킴에 따라, 상기 가열부에서 증발된 기상의 방사성 핵종은 상기 응축물 회수부 내의 응축물에 용해되어 회수되는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 삼중수소는 ³H₂O의 삼중수 형태이고, 상기 방사성탄소는 ¹⁴CO₂, CH₄ 또는 C₂H₆의 형태인 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
제1항에 있어서, 상기 분리 회수 장치는 상기 응축물 회수부와 연통되어 구비되는 진공 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
제1항에 있어서, 상기 분리 회수 장치는 폐액 저장부와 가열부를 서로 이격되도록 구비하되, 상기 폐액 저장부를 가열부로 이송할 수 있는 이송장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
제1항에 있어서, 상기 가열부는 폐액 저장부를 둘러싸는 형태로 구비되고, 열매체유를 이용하여 상기 폐액 저장부를 간접적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
제1항에 있어서, 상기 분리 회수 장치는 가열부 및 폐액 저장부의 온도를 측정할 수 있는 열전대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 응축 챔버는 외부에서 내부를 관찰할 수 있는 투명용기인 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액의 분리 회수 장치.
삭제
삼중수소(H-3) 및 방사성탄소 중 적어도 1종의 방사성 핵종을 포함하는 폐액 혼합물을 가열하여 상기 방사성 핵종을 포함하는 저비점의 폐액을 증발시키는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 증발된 저비점의 폐액을 응축 챔버 내에서 응축시킨 후, 응축물과 기상의 빙사성 핵종을 응축물 회수부로 이동시키는 단계(단계 2); 및
응축물 회수부 내에 이미 존재하고 있는 응축물로 이송관의 일단부를 침지시켜 응축물 회수부의 응축물로 기상의 방사성 핵종을 용해시키는 단계(단계 3);를 포함하되,
상기 폐액 혼합물은 폐유를 포함하는 폐세정제이고,
상기 증발된 저비점 폐액과, 기상의 방사성 핵종은 가열부와 응축물 회수부의 압력차에 의해 상기 가열부로부터 응축물 회수부 방향으로 이동하며,
냉각기를 통해 응축물 회수부를 냉각시킴에 따라, 상기 가열부에서 증발된 기상의 방사성 핵종은 상기 응축물 회수부 내의 응축물에 용해되어 회수되는 것을 특징으로 하는, 제1항의 분리 회수 장치를 이용하여 방사성 핵종을 포함하는 폐액을 분리회수하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 단계 1의 가열은 고비점의 폐액은 증발되지 않되, 저비점의 폐액만이 증발될 수 있는 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종을 포함하는 폐액을 분리회수하는 방법.
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