KR101522320B1 - 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사성 폐액을 처리하는 공정을 밀폐된 일체형 하우징으로 형성하고, 방사성 폐액 처리에 이용되는 버블을 재이용하는 공기순환라인을 형성하여 2차 방사성 오염을 방지하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제1목적이 있다.
또한, 침지막부를 가압부상부와 수평으로 설치하여 교체작업이 용이하여 작업자의 방사성 피복을 작게 하며, 용존공기부상법, 활성탄 카트리지 그리고 침지막을 일체형으로 형성하여 공간을 최소화하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제2목적이 있다.
그리고 각 처리공정의 일체화를 통해, 설치공간이 작아 이동식 차량에 설치가 가능할 뿐만 아니라 원자력 발전소의 사고와 같은 비상상황에서 긴급하게 현장에 투입 가능하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제3목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 방사성 폐액탱크를 통해 전달된 방사성 폐액과 응집제 탱크를 통해 전달된 응집제가 혼합되어 혼합액을 생성하는 혼화조와; 상기 혼화조를 통해 생성된 혼합액의 유분이나 부유입자가 응집제에 의해 응집시켜 작은 플록으로 만드는 응집조와; 상기 응집조를 통해 전달된 혼합액을 저장하는 혼합액 저장조와; 상기 혼합액 저장조를 통해 여과된 혼합액에 마이크로 버블을 주입하며, 마이크로 버블의 상승을 이용하여 응집된 부유입자와 오일을 제거하는 가압부상조와; 상기 가압부상조를 통해 여과된 폐액을 활성탄에 통과시켜 수용성 유기물을 제거하는 활성탄 카트리지로 이루어진 활성탄조와; 상기 활성탄조를 통해 여과된 폐액을 침지막에 통과시켜 미세입자를 제거하는 침지막조로 이루어지는 용존공기부상조로 구성됨을 특징으로 한다.

Description

일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템{Combined Dissolved Air Flotation for Liquid Radioactive Waste}

본 발명은 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템에 관한 것으로, 특히 방사성 폐액을 처리하는 공정을 밀폐된 일체형 하우징으로 형성하고, 방사성 폐액 처리에 이용되는 버블을 재이용하는 공기순환라인을 형성하여 2차 방사성 오염을 방지하는 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템에 관한 것이다.

일반적으로 원자력 발전소에서 발생되는 방사성 폐액에는 방사성 물질이 포함되어 있기 때문에 일정한 처리공정을 거친 후, 방사성 농도가 환경기준치 이하의 수준을 만족시켜야만 수계로 방류가 가능하다.

최근 원전의 방사성 폐액 처리공정은 역삼투막 분리 공정을 주처리 공정으로 하고 있으며, 주처리 공정에 선행하여 부유물질, 유분 그리고 유기물을 제거하는 공정이 위치하고, 주처리 공정 이후에도 극미량 잔류하는 방사성 물질을 제거하는 후처리공정이 위치한다.

전자인 전처리 공정은 주처리 공정인 역삼투압 공정의 성능을 저하시키는 부유입자, 오일, 유기물 등을 사전 제거하는 역할을 한다. 보통 원전에서 사용하는 전처리 방법은 카트리지 필터 여과, 원심분리, 활성탄 흡착 등 다양한 방법이 사용된다.

최근 전처리 방법으로 한국등록특허 10-1048623 침지형 분리막과 용존공기부상법을 이용한 융합형 정수처리장치가 제안되었다.

이 용존공기부상법은 응집제를 이용하여 방사성 폐액에 포함된 유분과 부유물질(SS, Suspended Solids) 등 오염물질을 작은 플록(floc)으로 만들어 공기 버블을 이용하여 오염물질을 부상시켜 사전 제거함으로써 이후 주처리 공정의 성능을 유지하는 기술이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 침지형 분리막과 용존공기부상법을 이용한 융합형 정수처리장치는 용존공기로부터 생성되는 미세기포를 통해 슬러지를 부상시켜 제거하는 용존공기부상법을 이용하는 정수처리장치에 있어서, 원수에 포함되어 있는 불순물을 응집시키는 응집조와; 상기 응집조를 통과한 물이 경유하도록 되고, 수면으로 부상된 불순물이 제거되도록 된 용존공기부상조와; 상기 응집조의 물이 용존공기부상조로 유입되는 지점에 미세기포를 발생시켜 물에 섞여 있는 불순물이 미세기포에 부착되어 용존공기부상조의 수면으로 부상되는 미세기포 발생수단과; 상기 용존공기부상조의 하부에 설치되는 침지형의 분리막과; 상기 분리막을 통과한 용존공기부상조의 처리수가 유출되도록 설치된 정수관로와; 상기 정수관로를 흐르는 물이 선택적으로 역류되도록 하여 분리막에 부착되어 있는 불순물이 분리막에서 분리되어 부상되는 역세수단과; 상기 역세수단을 써 분리막에서 불순물을 분리, 제거하는 역세를 실시할 때 분리막의 하부에서 공기방울을 발생시킴으로써 공기의 전단력에 의해 역세척 효율이 향상되도록 분리막의 하부에 공기방울발생장치가 설치되며, 역세척된 물이 용존공기부상조 상부로 부상되어 불순물이 제거되되 상기 역세수단을 사용하여 분리막에서 불순물을 분리, 제거하는 역세척을 실시할 때 미세기포를 발생시키는 노즐이 용존공기부상조의 중층에 위치되어 부유 입자를 미세기포에 부착시켜 용존공기부상조의 상부로 부상 농축시켜 스키머로 제거 후 탈수기로 이동시켜 처리할 수 있으며, 원수가 응집조로 유입되기 전 혼화지를 경유하고, 혼화지의 물이 응집조로 유입되는 지점에 활성탄 분말을 투입하는 활성탄분말투입장치가 구비되고, 투입된 활성탄 분말이 용존공기부상조의 상부에서 회수된 후 투입지점으로 공급되어 다시 투입되는 활성탄분말재공급장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 종래의 침지형 분리막과 용존공기부상법을 이용한 융합형 정수처리장치는 공정운전상 필요에 의해 공급된 공기 또는 처리공정 중에 증발되는 수분 등이 대기 중으로 그대로 방출되도록 구성되어, 방사성 폐액의 처리공정에 적용한다면 2차적인 방사성 오염의 우려가 있다.

또한, 침지막이 가압부상조 하부에 설치되여 침지막 교체 작업이 어려워 작업자의 방사능 피폭 오염이 증가하는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1048623호(2011.07.06)

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이 기술을 방사성 폐액 처리에 이용하기 위해서 공정을 밀폐된 일체형 하우징으로 형성하고, 방사성 폐액 처리에 이용되는 버블을 재이용하는 공기순환라인을 형성하여 2차 방사성 오염을 방지하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제1목적이 있다.

또한, 침지막부를 가압부상부와 수평으로 설치하여 교체작업이 용이하여 작업자의 방사성 피복을 작게 하며, 용존공기부상법, 활성탄 카트리지 그리고 침지막을 일체형으로 형성하여 공간을 최소화하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제2목적이 있다.

그리고 각 처리공정의 일체화를 통해, 설치공간이 작아 이동식 차량에 설치가 가능할 뿐만 아니라 원전 사고와 같은 비상상황에서 긴급하게 현장에 투입 가능하도록 한 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 제공하는데 제3목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 방사성 폐액 탱크를 통해 전달된 방사성 폐액과 응집제 탱크를 통해 전달된 응집제가 혼합되어 혼합액을 생성하는 혼화조와; 상기 혼화조를 통해 생성된 혼합액의 유분이나 부유입자가 응집제에 의해 응집되어 작은 플록으로 형성되는 응집조와; 상기 응집조를 통해 전달된 혼합액을 저장하는 혼합액 저장조와; 상기 혼합액 저장조를 통해 여과된 혼합액에 마이크로 버블을 주입하며, 마이크로 버블의 상승을 이용하여 응집된 부유입자와 오일을 제거하는 가압부상조와; 상기 가압부상조를 통해 여과된 혼합액을 활성탄에 통과시켜 수용성유기물을 제거하는 활성탄 카트리지로 이루어진 활성탄조와; 상기 활성탄조를 통해 여과된 혼합액을 침지막에 통과시켜 미세입자를 제거하는 침지막조로 이루어지는 용존공기부상조로 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 폐쇄된 일체형 용존공기부상법을 형성하여 방사성 폐액의 처리에 사용한 마이크로 버블을 재사용함으로써, 2차적인 방사성 오염을 방지하는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 침지막을 가압부상조의 하부가 아닌 수평으로 위치하여 교체를 편리하게 하여 작업자의 방사성 피폭이 감소되는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 용존공기부상법, 활성탄 카트리지 그리고 침지막을 일체형으로 하여 전처리공정에 필요한 저장탱크의 수가 줄어 설치면적이 줄어들며, 이동식 차량에 설치가 가능하여 비상시 이용 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 융합형 용존공기부상법을 이용한 수처리시스템을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 도시한 개략도.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템을 도시한 개략도이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 방사성 폐액탱크(10)를 통해 전달된 방사성 폐액과 응집제 탱크(40)를 통해 전달된 응집제가 혼합되어 혼합액을 생성하는 혼화조(a)와; 상기 혼화조(a)를 통해 생성된 혼합액의 유분이나 부유입자가 응집제에 의해 응집시켜 작은 플록으로 만드는 응집조(b)와; 상기 응집조(b)를 통해 전달된 혼합액을 저장하는 혼합액 저장조(c)와; 상기 혼합액 저장조(c)를 통해 여과된 혼합액에 마이크로 버블을 주입하며, 마이크로 버블의 부상을 이용하여 응집된 부유입자와 오일을 제거하는 가압부상조(d)와; 상기 가압부상조(d)를 통해 여과된 혼합액을 활성탄에 통과시켜 수용성 유기물을 제거하는 활성탄 카트리지로 이루어진 활성탄조(e)와; 상기 활성탄조(e)를 통해 여과된 혼합액을 침지막(55)에 통과시켜 미세입자를 제거하는 침지막조(f)로 이루어지는 용존공기부상조(20)로 구성된다.

즉, 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 혼화조(a), 응집조(b), 혼합액 저장조(c), 가압부상조(d), 활성탄조(e), 침지막조(f)로 이루어지는 용존공기부상조(20)로 구성된다.

여기서, 상기 용존공기부상조(20)는 일체형 하우징으로 구성되고, 상기 하우징은 다수개의 격벽에 의해 구분되며, 방사성 폐액은 각각의 격벽 사이의 각 조를 단계적으로 통과하도록 상기 각 조의 사이는 연통되어 형성된다.

이때, 방사성 폐액이 상기 각 조를 통과하는 유로의 설계는 목적에 따라 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

예를 들어 방사성 폐액의 신속한 처리가 중요한 경우라면 상기 격벽들에 형성되는 유통구는 서로 나란한 위치에 복수 개 형성되는 등과 같은 형태를 이룰 수 있을 것이다.

다른 예로는, 방사성 폐액이 천천히 처리되더라도 보다 여과 및 처리 효과를 높이고자 하는 경우라면 격벽들 간에 형성되는 유통구는 방사성 폐액이 격벽들로 분리된 공간을 지그재그 형태로 통과할 수 있도록 형성될 수 있다.

실질적으로 방사성 폐액의 처리에 있어서는 처리 속도보다는 확실한 처리가 이루어지는 것이 더 바람직하므로, 후자와 같은 형태로 방사성 폐액의 유로가 설계되는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성된 용존공기부상조(20)는 방사성 폐액의 처리과정에 사용된 공기가 대기 중으로 방출되지 않아 2차 방사성 오염을 방지하며, 방사성 폐액으로부터 작업자의 피복위험을 감소시키는 작용효과가 있다.

또한, 상기 혼화조(a)는 방사성 폐액탱크(10)와 응집제 탱크(40)가 연결된다.

이때, 상기 방사성 폐액탱크(10)와 상기 응집제 탱크(40)는 용존공기부상조(20)의 외부에 형성된다.

여기서, 상기 혼화조(a)는 방사성 폐액탱크(10)를 통해 전달된 방사성 폐액과 상기 응집제 탱크(20)를 통해 전달된 응집제를 혼합하여 혼합액을 생성한다.

또한, 상기 응집조(b)에서는 혼화조(a)를 통해 생성된 혼합액의 부유입자가 응집제에 의해 응집된다.

여기서, 상기 혼화조(a) 또는 응집조(b)에는 방사성 폐액과 응집제의 혼합 및 응집이 용이하게 이루어지도록 교반장치를 설치할 수도 있음을 밝혀둔다.

그리고 상기 혼합액 저장조(c)는 응집조(b)를 통해 전달된 혼합액이 잠시 저장된다.

또한, 상기 가압부상조(d)는 응집조(b)를 통해 전달된 혼합액에 마이크로 버블을 주입한다.

상기 마이크로 버블의 상승을 통해, 혼합액에 포함된 유분과 부유 물질은 마이크로 버블과 함께 상승하여 제거되며, 혼합액에 포함된 오일성분이 마이크로 버블에 흡착되어 제거된다.

그리고 상기 활성탄조(e)는 활성탄 카트리지로 이루어지며, 가압부상조(d)를 통해 여과되지 못한 혼합액 속에 포함된 오일과 수용성 유기물 등의 여러 성분이 활성탄조(e)를 통과하며 활성탄에 흡착되어 제거된다.

특히, 혼합액에 포함된 여러 물질이 활성탄의 표면에 형성된 무수히 많은 공극에 흡착되어 제거된다.

여기서, 상기 활성탄은 강한 흡착성질을 가지므로 이미 공기정화, 폐수처리, 가스탈취 등의 여러 공정에 사용된다.

그리고 상기 활성탄은 분말을 사용하여도 되지만 교체의 용이성을 위하여 활성탄 카트리지로 사용하여 작업시 작업자의 피폭을 감소시키기 것이 바람직하다.

한편, 상기 침지막조(f)는 침지막(55)이 형성되며, 활성탄조(e)를 통해 여과된 혼합액을 침지막(55)에 통과시켜 미세입자를 제거한다.

상기 침지막(55)은 정밀여과막(micro filtration) 또는 한외여과막(ultra fitaration)으로 이루어진다.

전자인 정밀여과막은 공칭공경이 0.01㎛ 이상이며, 탁도 제거성능이 0.05 NTU 이하인 균질막 또는 비대칭막으로 구성될 수 있다.

후자인 한외여과막은 분획 분자량이 100,000 Dalton이하이며, 탁도 제거성능이 0.05 NTU 이하인 비대칭막으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 가압탱크(30)는 대기보다 높은 압력을 가진 압축공기를 생성하며, 특히 내부에 저장된 공기를 가압하여 대기압보다 높은 압력을 가진 공기를 생성한다.

즉, 용존공기부상조(20)의 외부에는 외부공기를 흡입하는 압축기(7)와; 상기 압축기(7)에서 흡입된 공기와 여과액탱크(12')를 통해 전달된 여과액이 융해되어 용존액이 생성되는 가압탱크(30)가 설치되며, 상기 가압탱크(30)의 용존액이 가압부상조(d)로 전달되어, 압력강하로 인해 마이크로 버블이 생성되도록 구성된다.

상기 가압탱크(30)는 압축기(7)에서 흡입된 공기와 여과액탱크(12')를 통해 전달된 여과액을 융해하여 용존액을 생성하며. 상기 가압탱크(30)에서 생성된 용존액은 가압부상조(d)로 전달된다.

상기 용존액은 압축공기가 용해되어 있으므로, 가압부상조(d)로 전달되면 압력강하에 의해 다량의 마이크로 버블이 발생된다.

이를 통해 혼합액에 포함된 부유입자와 오일의 제거가 더욱 용이하게 이루어진다.

한편, 상기 가압부상조(d)의 상승된 마이크로 버블을 흡입하는 블로워(4)와; 침지막(55)의 하측에 형성되며, 블로워(4)를 통해 공기를 공급받아, 침지막조(f)의 침지막(55)으로 공기를 공급하는 산기관(51)으로 구성된다.

즉, 상기 블로워(4)는 외부공기 또는 가압부상조(d)의 상승된 마이크로 버블을 흡입한다.

여기서, 본 발명에 따른 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템은 밀폐형으로 형성되어 가압부상조(d)에서 사용한 공기의 재사용이 가능하다.

상기 블로워(4)는 흡입한 공기는 산기관(51)으로 전달된다.

이를 통해, 방사성 폐액의 처리에 사용된 공기가 대기 중으로 방출되지 않고 처리공정에 재순환되어 사용된다.

한편, 상기 산기관(51)은 침지막조(f)의 하측에 형성되며, 통공이 형성된 배관으로 이루어지고, 상기 블로워(4)를 통해 공급받은 공기를 침지막(55)으로 공급하여, 침지막(55)에 미세입자가 흡착되지 않도록 하여 침지막(55)의 수명을 연장시키는 작용효과가 있다.

1: 폐액공급펌프 2: 응집제 공급펌프
4: 블로워 5: 침지막 흡입펌프
6: 역삼투 고압펌프 7: 압축기
10: 폐액탱크 12' : 폐액탱크
20: 일체형 용존공기부상조 30: 가압탱크
31: 마이크로 버블 40: 응집제 탱크
51: 산기관 55: 침지막
60: 핵종제거 칼럼 100: 방사성 오염폐액
200': 에어순환라인 300': 버블링에어
301: 외부공기 a: 혼화조
b: 응집조 c: 혼합액 저장조
d: 가압부상조 e: 활성탄조
f: 침지막조

Claims (4)

1. 방사성 폐액탱크(10)를 통해 전달된 방사성 폐액과 응집제 탱크(40)를 통해 전달된 응집제가 혼합되어 혼합액을 생성하는 혼화조(a)와; 상기 혼화조(a)를 통해 생성된 혼합액의 유분이나 부유입자가 응집제에 의해 응집시켜 작은 플록으로 만드는 응집조(b)와; 상기 응집조(b)를 통해 전달된 혼합액을 저장하는 혼합액 저장조(c)와; 상기 혼합액 저장조(c)를 통해 여과된 혼합액에 마이크로 버블을 주입하며, 마이크로 버블의 상승을 이용하여 응집된 부유입자와 오일을 제거하는 가압부상조(d)와; 상기 가압부상조(d)를 통해 여과된 혼합액을 활성탄에 통과시켜 수용성 유기물을 제거하는 활성탄 카트리지로 이루어진 활성탄조(e)와; 상기 활성탄조(e)를 통해 여과된 혼합액을 침지막(55)에 통과시켜 미세입자를 제거하는 침지막조(f)로 이루어지는 용존공기부상조(20)로 구성되고, 상기 침지막(55)은 정밀여과막 또는 한외여과막으로 구성되고, 상기 정밀여과막은 공칭공정이 0.01㎛ 이상이며, 탁도제거성능이 0.05NTU 이하의 균질막 또는 비대칭막으로 구성되며, 상기 한외여과막은 분획 구획량이 100,000 Dalton이하이며, 탁도 제거성능이 0.05 NTU 이하인 비대칭막으로 구성되며, 상기 용존공기부상조(20)는 일체형 하우징으로 구성되고, 상기 하우징은 다수개의 격벽에 의해 구분되며, 방사성 폐액은 각각의 격벽 사이의 각 조를 단계적으로 통과되도록 상기 각 조의 사이는 연통되도록 구성되며, 상기 용존공기부상조(20)의 외부에는 외부공기를 흡입하는 컴프레셔(7)와; 상기 컴프레셔(7)에서 흡입된 공기와 핵종여과액탱크(12)를 통해 전달된 여과액이 융해되어 용존액이 생성되는 가압탱크(30)가 설치되며, 상기 가압탱크(30)의 용존액이 가압부상조(d)로 전달되어, 압력강하로 인해 마이크로 버블이 생성되도록 구성되며, 상기 가압부상조(d)의 상승된 마이크로 버블을 흡입하는 블로워(4)와; 침지막(55)의 하측에 형성되며, 블로워(4)를 통해 공기를 공급받아, 침지막조(f)의 침지막(55)으로 공기를 공급하는 산기관(51)으로 구성됨을 특징으로 하는 일체형 용존공기부상법을 이용한 방사성 폐액 처리시스템.
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