KR101552083B1 - 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치 - Google Patents

방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치 Download PDF

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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/20—Disposal of liquid waste

Abstract

본 발명은 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 초임계수 산화방법으로 액체폐기물 중에 함유된 유기화합물과 질소화합물을 분해시켜서 환경기준 이하의 배출수와 배출기체로 처리하며, 처리시간이 짧아 신속하면서도 에너지 비용이 절감되고, 배출기체에는 유해물질이 없고 화재발생의 위험이 적기 때문에 깨끗하고 안전한 환경에서 폐액을 처리할 수 있으며, 방사성 2차폐기물의 발생이 거의 없을 뿐만 아니라 작업자에 대한 방사능 피폭을 예방할 수 있으며, 또한 배기가스처리설비를 사용하지 않아 처리장치를 소형화할 수 있어 폐액처리를 위해 필요한 공간을 최소화할 수 있으며, 무기물 침착에 의한 막힘과 부식이 방지되어 지속적인 자동연속운전이 가능한 효과가 있다.

Description

방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치{THE TREATMENT METHOD AND SYSTEM OF LIQUID WASTE CONTAINING RADIOACTIVELY CONTAMINATED ORGANIC COMPOUNDS}
본 발명은 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자력발전소 증기발생기 화학세정 시에 발생하는 액체폐기물(세정폐액), 원자력발전소 복수탈염설비의 이온교환수지 재생 시에 발생하는 액체폐기물(재생폐액), 원자력발전소, 병원, 제약회사 및 대학 등의 연구기관에서 알파선/베타선 방사능 핵종의 방사능 농도 측정 시에 발생하는 액체폐기물(형광폐액) 등의 액체폐기물을 초임계수 산화방법을 이용하여 액체폐기물 중에 함유된 유기화합물과 질소화합물 등을 분해시켜서 환경기준을 만족시키는 배출수 및 배출기체로 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 상기 세정폐액, 재생폐액 및 형광폐액을 각각 구분하여 사용하거나 폐액 또는 액체폐기물로 총칭한다.
원자력발전소의 증기발생기 2차계통 내부에는 운전시간이 경과될수록 모재의 부식으로 발생하는 금속산화물(주로 철산화물)이 침적되어 증기발생기 세관의 결함을 초래하므로, 증기발생기 내부에 침적된 금속산화물을 제거하기 위하여 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic Acid, 이하 'EDTA'라 한다)을 이용한 증기발생기 화학세정을 주기적으로 시행하며, 이러한 증기발생기 화학세정 시에 액체폐기물(세정폐액)이 발생한다.
EDTA는 철산화물과 반응하여 철(Fe)과 결합한 유기금속 화합물(이하 'Fe-EDTA'라 한다)을 형성하며, 이러한 Fe-EDTA는 쉽게 분해되지 아니하므로 철산화물을 안정적으로 제거할 수 있으며, 또 물에 쉽게 용해되기 때문에 증기발생기 화학세정 후 물을 이용한 증기발생기의 세척이 용이하여 증기발생기의 세정에 널리 이용되고 있다.
한편, 증기발생기 2차계통의 화학세정은 그 목적에 따라 고농도세정(EDTA 18% 이상)과 저농도세정(EDTA 2.5% 이하)으로 나뉘며, 특히 고농도세정에서 발생하는 세정폐액에는 철산화물과 결합하여 Fe-EDTA를 형성하지 아니한 미반응 EDTA(이하 'Free EDTA'라 한다)가 다량으로 존재한다. Fe-EDTA와 Free EDTA는 세정폐액의 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand, 이하 'COD'라 한다) 및 총질소(Total Nitrogen, 이하 'T-N'이라 한다) 농도를 높게 유발시키기 때문에 세정폐액을 외부로 직접 배출시키지 못하는 원인이 되고 있다.
Fe-EDTA와 Free EDTA는 300℃ 이상의 고온에서 분해되기 시작한다. 따라서 증발농축장치를 이용하여 세정폐액 중의 Fe-EDTA와 Free EDTA를 농축한 후 고온의 전기로에서 세정폐액 중의 Fe-EDTA와 Free EDTA를 열분해(Pyrolysis)시켜 처리하는 방법(KR 10-1008491), 고온의 플라스마로 열분해시켜 처리하는 방법(KR 10-0956975) 및 세정폐액 중의 Fe-EDTA와 Free EDTA를 응집 침전시켜서 물과 고형물로 분리시킨 후 분리된 고형물을 고온의 전기로에서 열분해시키는 방법(KR 10-0991864) 등이 원자력발전소에서 세정폐액을 처리하는 방법으로 이용되고 있으며, 또한, 펜톤산화법(Fenton Oxidation)을 이용하여 Fe-EDTA와 Free EDTA를 산화처리하는 방법 등의 연구가 진행되고 있다.
세정폐액 중의 Fe-EDTA와 Free EDTA를 제거하기 위하여 전기로와 고온의 플라스마를 이용하여 고온에서 열분해시켜서 처리하는 방법은 고열로 Fe-EDTA와 Free EDTA를 분해시켜서 제거할 수 있지만, 세정폐액에 존재하는 Free EDTA의 강한 금속결합력으로 인한 열분해장치의 산화부식, 고온 열분해로 인한 과다한 전력의 소비, 2차폐기물의 발생과 추가 처리장치의 필요성, 과다한 처리시간의 소요 등의 문제점이 있다.
또, 전기로에서 고온 열분해처리 시 전기로 내부로 공기가 유입되면 열에 의한 열분해가 잘 일어나지 않고 산소에 의한 연소가 일어나게 되고, 액상의 고농축 폐액을 전기로 구조체 내에 직접 분사하기 때문에 급격한 산화반응에 의하여 전기로 내부온도가 800℃ 이상으로 상승하여 전기로 내부 구조체에 열응력이 발생하여 변형과 균열을 야기하고 구조물의 부식 때문에 세정폐액 처리장치의 장기간 운전이 불가능한 문제점이 있다.
또한, 플라스마 토치에 세정폐액을 분사하여 고온으로 열분해시키는 공정은 플라스마 토치의 내구성 향상을 위하여 냉각수 배관을 토치에 설치해야 하고, 플라스마 토치에 냉각수가 주입되더라도 플라스마의 고온에 의하여 토치의 내구성이 급격하게 감소하기 때문에 토치의 정비를 위하여 주기적으로 운전을 정지해야 하는 문제점이 있다.
에탄올아민(Ethanolamine, 이하 'ETA'라 한다)은 국내 원자력발전소에서 2차계통의 산성도(이하 'pH'라 한다) 조절제로서 기존에 사용하던 암모니아(NH3)의 대체물질로 2001년부터 사용되고 있다. 그러나 환경적 측면에서 ETA는 난분해성 유기물이어서 현재 운영 중인 원자력발전소 폐수처리설비로는 제거하기가 매우 어려워서 폐수처리장으로 방류시 COD 와 T-N 농도를 증가시키는 문제점을 가지고 있다.
현재 국내에서 가동 중인 원자력발전소의 경우 월성의 중수로형 원자력발전소를 제외한 모든 원자력발전소가 2차계통의 pH 조절제를 암모니아에서 ETA로 교체함에 따라 방류수의 COD 와 T-N 농도를 감소시키기 위한 처리공정의 개발이 절실해 지고 있으며, 오존처리, 전기분해방법 등을 시도하였으나 저효율, 과다한 처리비용, 유지보수관리의 어려움 등으로 적용되지 못하고 있다.
현재 원자력발전소 복수탈염설비의 이온교환수지 재생 시에 발생하는 액체폐기물(재생폐액)을 처리하기 위하여 폐액에 염소이온을 주입한 후 전기분해장치를 통과시키고 자외선 반응조에서 분해시키는 방법과 폐액을 혐기성조에서 탈질박테리아를 이용하여 유기물을 1차로 분해시키고 활성 오니조에서 폐액을 폭기시켜 분해되지 못한 유기물을 추가로 분해시키는 방법 및 오존분해 시 중간물질로 생성되는 수산화라디칼이 오존보다는 유기물산화력이 높고 빠른 반응 속도를 갖고 있다는 것이 밝혀짐에 따라 오존처리의 단점을 보완하기 위하여 오존과 과산화수소, 자외선을 혼합사용하는 방법 등을 이용한 재생폐액 처리기술 개발이 이루어지고 있으나 원자력발전소에서 재생폐액처리에 적용되지 못하고 있다.
원자력발전소에서는 방사선탄소(C-14)와 삼중수소(H-3)가 지속적으로 발생하고, 병원, 제약회사, 대학 등의 연구기관에서는 치료와 연구 목적으로 다양한 방사성 핵종(C-14, H-3, P-32, S-35, Tc-99m, I-125, I-131 등)을 취급하고 있다. 이러한 방사성 핵종 중에서 알파선(α-ray)과 베타선(β-ray) 방사성 핵종의 방사능 농도의 측정이 많이 수행되고 있으며, 방사능의 농도를 측정하기 위하여서는 시료와 형광용액을 혼합하여 조제한 분석용액을 액체섬광계수기(Liquid Scintillation Counter)로 측정하며, 이때 액체폐기물(형광폐액)이 발생한다.
형광용액은 트리메틸벤젠(Trimethylbenzene, 이하 'TMB'라 한다)을 용매로 하여 질소를 함유하는 형광물질인 옥사디아졸 유도체(Oxadiazole Derivative)를 용해시킨 유기화합물로, 방사능 분석시 최대로 분석시료와 동일한 부피비율까지 혼합하여 사용된다. 따라서 형광폐액에는 난분해성인 TMB가 다량으로 함유되어 처리가 어려울 뿐만 아니라, 방사선도 방출하고 있어 원자력발전소와 한국원자력환경공단에서 별도로 지정한 방사능관리구역에 보관하면서 관리하고 있다.(원자력발전소는 자체에서 발생한 형광폐액만 보관 관리하고, 한국원자력환경공단은 병원, 제약회사 및 대학 등의 연구기관에서 발생한 형광폐액를 수거하여 보관 관리한다.)
해외에서는 이러한 형광폐액을 처리하기 위하여 소각 열분해기술을 적용한 사례가 있으나, 20% 이상의 수분을 함유하고 있어 소각 열분해가 어려워 수분제거를 위한 별도의 전처리가 필요하고, 처리시간이 과다하게 소요되며, 직접 연소로 인한 화재 및 폭발위험 등의 문제점이 있다. 또한 불완전연소로 인한 발암성물질인 다이옥신(Dioxine)과 유해성 기체(NOx, SOx 등)의 발생 가능성이 있어서 형광폐액의 처리를 위한 인허가가 어려워서 원자력발전소와 한국원자력환경공단에서 각각 보관중인 형광폐액이 처리되지는 못하고 있다.
초임계수 산화(Supercritical Water Oxidation)는 초임계 상태의 물(H2O) 중에서 유기물을 산화시켜 분해하는 기술로서, 초임계수는 물의 임계온도(374℃)와 임계압력(221bar) 이상에서 고체(얼음), 액체(물), 기체(수증기)의 3가지 형태가 아닌 제4의 상태로 존재한다. 초임계수는 가압하여도 액상으로 되지 않고 가열하여도 기상으로 되지 않아 기/액 계면이 존재하지 않으며, 밀도는 액체와 같은 정도인데도 유동 확산성은 기체와 같은 정도이다. 따라서 초임계수 중에서는 유기물과 산소가 상호 용해되어 균일한 단일상을 형성하므로 산화반응이 촉진되어 수초 이내에 난분해성 유기물을 분해할 수 있다.
한편, 초임계수는 유기물에 대해서는 탁월한 용매인 반면, 무기염(Inorganic salt)에 대해서는 매우 빈약한 용매이다. 예를 들면, 염화나트륨(NaCl)의 경우, 대기압과 상온의 물에서는 40wt%의 용해도를 가지나 250bar와 400℃의 초임계수 상태에서는 0.1wt% 정도이다. 따라서 초임계수에서 무기염을 고체로 쉽게 분리하는 것이 가능하므로 다량의 금속화합물을 함유한 세정폐액 등의 처리에 유용하게 적용할 수 있다. 반면에 초임계수에서의 낮은 무기염 용해도로 인해 석출된 무기물은 장치와 배관 내에 침적되어 막힘(Plugging) 현상을 발생시키기도 하므로 방지대책이 강구되어야 한다.
또한, 처리하고자 하는 폐액 중에 염소(Cl), 황(S), 질소(N) 및 인(P) 성분이 함유되어 있을 경우에는 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3) 및 인산(H3PO4)을 생성시켜 반응생성물이 산성화(낮은 pH)되어 장치재료의 부식을 유발하며, 특히 염소 성분은 고온에서 금속재료를 심하게 부식시키므로 이에 대한 방지대책이 추가로 강구되어야 한다.
일반 및 군수산업분야에서 발생하는 폐기물을 처리하기 위해 일본, 미국 및 유럽에서는 폴리염화바이페닐(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)을 함유하는 폐절연유, 니트로화합물(Nitro Compounds)을 함유한 폭약 및 유기물질을 함유한 하수오니(Sewage Sludge) 등의 처리에 초임계수 산화기술을 적용하여 상용화하였으며, 국내에서는 화약제조공정에서 발생하는 질소화합물을 함유하는 폐수처리에 초임계수 산화기술이 적용되어 상용화되었을 뿐이다.
원자력산업분야에서는 미국, 일본 및 유럽 등에서 폐이온교환수지 분해, 폐윤활유의 처리 및 유기물함유 슬러지와 토양의 처리를 위한 실험실 및 파이로트 규모의 연구를 수행하고 있으며, 프랑스에서 초임계수 산화기술을 적용하여 저농도(1.5% EDTA) 세정폐액을 처리한 사례가 보고되고 있으나, 초임계수 산화방법을 적용하여 고농도(EDTA 18% 이상) 세정폐액, 재생폐액 및 형광폐액을 처리한 사례는 없다.
국내에서 초임계수 산화방법을 이용하여 원자력발전소에서 발생한 방사성 폐이온교환수지를 분해 처리하는 연구가 보고된 바 있으며, 최근에는 초임계수 가스화방법(Supercritical Water Gasification)을 활용하여 세정폐액을 처리하는 기술이 시도되고 있을 뿐 상용화는 되지는 못하고 있다.
초임계수 가스화는 초임계수 하에서 유기탄소화합물을 분해시켜 연료로 활용이 가능한 메탄(CH4)과 수소(H2)로 전환하는 기술로서, 이 기술을 활용하여 원자력발전소 내에서 세정폐액을 처리할 경우 생성된 메탄 및 수소로 인한 화재와 폭발위험이 내재되어 있어서 이에 대한 안전방안이 충분하게 강구되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 초임계수 산화기술을 적용하여 방사성 폐기물을 처리하고자 할 경우에는 방사성 물질의 분리 제거가 가능하도록 하여 방사성 2차폐기물의 발생과 작업자의 피폭을 방지할 수 있는 장치가 반드시 구비되어야 하는 문제점이 있다.
KR 10-1245245 B KR 10-1008491 B KR 10-0991864 B KR 10-0956975 B KR 10-0919771 B KR 10-0729039 B KR 10-1325715 B KR 10-0912336 B KR 10-0770823 B KR 10-0522575 B
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 처리시간이 단축되고, 에너지 비용이 절감되며, 깨끗하고 안전한 환경에서 폐액을 처리할 수 있고, 유해물질과 방사성 2차폐기물의 발생이 없어 작업자의 피폭이 방지되며, 반응장치 및 배관의 막힘과 부식이 방지되어 지속적인 자동연속운전이 가능하면서도 처리장치를 소형화할 수 있는 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 및 처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치는, 폐액 중의 유기물을 농축시키기 위한 폐액 증발농축장치와, 폐액 중의 유기물을 산화시켜 분해하기 위한 초임계수 산화반응장치와, 폐액 중의 유기물 산화에 필요한 산화제를 반응압력으로 가압하여 공급하기 위한 산화제 고압공급펌프와, 상기 산화제 고압공급펌프에서 가압된 산화제를 초임계수 산화반응을 유발하기 위한 개시온도까지 상승시키기 위한 산화제 고온열교환기와, 상기 폐액 증발농축장치에서 농축된 농축폐액을 상기 초임계수 산화반응장치에 공급하기 위한 농축폐액 저압공급펌프와, 상기 농축폐액에 보조연료를 공급하기 위한 보조연료 저압공급펌프와, 상기 농축폐액을 희석시키기 위한 희석수와 상기 초임계수 산화반응장치에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 반응생성물을 냉각하기 위하여 냉각수를 상기 초임계수 산화반응장치에 공급하기 위한 희석수/냉각수 저압공급펌프와, 상기 농축폐액, 보조연료 및 희석수가 혼합된 반응용액을 산화반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치에 공급하기 위한 반응용액 고압공급펌프와, 상기 반응생성물의 pH가 낮을 경우 중화제를 공급하기 위한 중화제 저압공급펌프와, 상기 냉각수와 중화제를 단독 또는 혼합하여 반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 냉각수/중화제 고압공급펌프와, 상기 초임계수 산화반응장치에서 배출되는 반응생성물의 압력과 온도를 조절하기 위한 압력/온도 조절장치와, 상기 초임계수 산화반응장치에서 배출된 반응생성물을 기체와 비기체로 분리하기 위한 기체/비기체 제1분리장치와, 상기 기체/비기체 제1분리장치에서 상부로 배출되는 기체를 응축시켜서 기체와 비기체로 추가 분리하기 위한 기체/비기체 제2분리장치와, 상기 기체/비기체 제1분리장치에서 배출된 비기체를 냉각시키기 위한 비기체 냉각열교환기와, 상기 기체/비기체 제1분리장치 및 기체/비기체 제2분리장치에서 배출되는 비기체를 이송하는 비기체 저압이송펌프와, 상기 비기체 저압이송펌프에 의하여 이송된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리장치와, 상기 액체/고체 분리장치에서 분리된 고체를 건조하기 위한 분리고체 건조장치를 포함한다.
또, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치는, 상기 기체/비기체 제2분리장치에서 배출되는 방사성기체를 포집하기 위한 방사성기체 포집장치와 상기 분리고체 건조장치에서 건조된 방사성고체를 드럼에 수용시키기 위한 방사성고체 드럼처리장치를 더 포함할 수 있고, 상기 산화제 고온열교환기에 고온의 열을 공급해 주는 보일러와 상기 비기체 냉각열교환기에 저온의 열을 공급해 주는 냉각기를 직접 구비할 수도 있다.
한편, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법은, 폐액 중의 수분을 증발시켜 유기물을 농축시키는 폐액 증발농축단계와, 상기 폐액 증발농축단계에서 농축된 폐액 중의 유기물을 초임계수 산화반응을 이용하여 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물로 전환하여 처리하는 초임계수 산화처리단계와, 상기 초임계수 산화처리단계에서 발생한 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물을 기체와 비기체로 분리하는 기체/비기체 분리단계와, 상기 기체/비기체 분리단계에서 함께 분리된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리단계와, 상기 액체/고체 분리단계에서 분리된 고체를 건조시키는 분리고체 건조단계를 포함한다.
또, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법은 상기 기체/비기체 분리단계에서 분리된 기체에 포함된 방사성 이산화탄소를 포집하기 위한 방사성기체 포집단계와 상기 분리고체 건조단계에서 건조된 방사성 고체를 장기 저장하기 위하여 드럼에 수용시키는 방사성고체 드럼처리단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 초임계수 산화반응을 이용하여 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 중의 유기화합물과 질소화합물을 수초 내에 완전 산화시켜 이산화탄소, 질소, 물과 무기물로 전환하므로 단위 폐액에 대한 처리시간이 짧아 신속한 폐액처리가 가능한 효과가 있다.
초임계수 산화공정에서 적정반응온도를 유지하기 위한 열원은 폐액 중의 유기물 산화반응에서 자체적으로 발생하는 열을 주열원으로 활용하며, 반응생성물(이산화탄소, 질소, 물, 무기물) 중의 기체생성물(이산화탄소, 질소)의 단열팽창에 의하여 비기체생성물(물, 무기물)까지 함께 자체적으로 냉각되고, 또한 공정에서 배출되는 폐열을 회수하여 증발농축단계에 사용할 수 있어서 소비되는 에너지를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
유기물이 물속에서 산화되므로 연소에 따른 화재발생위험이 적으며, 유해성 기체(NOx, SOx 등)가 수중에 용해되어 배출기체에는 유해물질이 없기 때문에 안전하고 깨끗한 환경에서 폐액을 처리할 수 있으며, 또한 건식연소에서는 반드시 필요로 하는 배기가스처리설비를 사용하지 않아 처리장치를 소형화할 수 있어 폐액처리를 위해 필요한 공간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
초임계수 산화반응장치 반응관과 반응생성물을 냉각하여 무기물 침착에 의한 막힘 현상을 방지하고, 초임계수 산화반응장치 반응관, 압력/온도 조절장치 및 배관 등은 내산/내화학성 재질을 사용하여 부식을 방지함으로서 지속적인 자동연속운전이 가능한 효과가 있다.
방사능을 가지지 아니하는 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물은 외부로 배출하고, 방사능을 가지는 방사성 이산화탄소와 무기물은 드럼에 수용하여 장기 저장할 수 있어 방사성 2차폐기물의 발생이 없으므로 작업자에 대한 방사능 피폭을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치 실시예의 개념도이고
도 2는 본 발명에 따른 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법 실시예의 개념도이다.
이하 첨부한 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 폐액 중의 유기물을 농축시키기 위한 폐액 증발농축장치(11)와, 폐액 중의 유기물을 산화시켜 분해하기 위한 초임계수 산화반응장치(29)와, 폐액 중의 유기물 산화에 필요한 산화제를 반응압력으로 가압하여 공급하기 위한 산화제 고압공급펌프(21)와, 상기 산화제 고압공급펌프(21)에서 가압된 산화제를 초임계수 산화반응을 유발하기 위한 개시온도까지 상승시키기 위한 산화제 고온열교환기(22)와, 상기 폐액 증발농축장치(11)에서 농축된 농축폐액을 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 농축폐액 저압공급펌프(23)와, 상기 농축폐액에 보조연료를 공급하기 위한 보조연료 저압공급펌프(24)와, 상기 농축폐액을 희석시키기 위한 희석수와 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 반응생성물을 냉각하기 위하여 냉각수를 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 희석수/냉각수 저압공급펌프(25)와, 상기 농축폐액, 보조연료 및 희석수가 혼합된 반응용액을 산화반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 반응용액 고압공급펌프(26)와, 상기 반응생성물의 pH가 낮을 경우 중화제를 공급하기 위한 중화제 저압공급펌프(27)와, 상기 냉각수와 중화제를 단독 또는 혼합하여 반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)와, 상기 초임계수 산화반응장치(29)에서 배출되는 반응생성물의 압력과 온도를 조절하기 위한 압력/온도 조절장치(30)와, 상기 초임계수 산화반응장치(29)에서 배출된 반응생성물을 기체와 비기체로 분리하기 위한 기체/비기체 제1분리장치(31)와, 상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 상부로 배출되는 기체를 응축시켜서 기체와 비기체로 추가 분리하기 위한 기체/비기체 제2분리장치(32)와, 상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 배출된 비기체를 냉각시키기 위한 비기체 냉각열교환기(33)와, 상기 기체/비기체 제1분리장치(31) 및 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 배출되는 비기체를 이송하는 비기체 저압이송펌프(34)와, 상기 비기체 저압이송펌프(34)에 의하여 이송된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리장치(51)와, 상기 액체/고체 분리장치(51)에서 분리된 고체를 건조하기 위한 분리고체 건조장치(61)를 포함한다.
또, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치는, 상기 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 배출되는 방사성기체를 포집하기 위한 방사성기체 포집장치(41)와 상기 분리고체 건조장치(61)에서 건조된 방사성고체를 드럼에 수용시키기 위한 방사성고체 드럼처리장치(71)를 더 포함할 수 있고, 상기 산화제 고온열교환기(22)에 고온의 열을 공급해 주는 보일러(81)와 상기 비기체 냉각열교환기(33)에 저온의 열을 공급해 주는 냉각기(82)를 직접 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치는, 상기 폐액 증발농축장치(11)에서 농축폐액이 농축폐액 저압공급펌프(23)로 유입되도록 연결된 농축폐액 이송관(111)과, 상기 산화제 고압공급펌프(21)에서 고압으로 가압된 산화제를 산화제 고온열교환기(22)로 유입되도록 연결된 산화제 고압 이송관(211)과, 상기 산화제 고온열교환기(22)에서 가열된 고압 고온의 산화제가 초임계수 산화반응장치(29)로 유입되도록 연결된 산화제 고압 고온 이송관(221)과, 상기 농축폐액 저압공급펌프(23)에서 농축폐액을 저압으로 가압하여 반응용액 고압공급펌프(26)에 유입되도록 연결된 농축폐액 저압이송관(231)과, 상기 보조연료 저압공급펌프(24)에서 보조연료를 저압으로 가압하여 반응용액 고압공급펌프(26)에 유입되도록 연결된 보조연료 저압 이송관(241)과, 상기 희석수/냉각수 저압공급펌프(25)에서 희석수와 냉각수를 저압으로 가압하여 반응용액 고압공급펌프(26) 및 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)로 유입되도록 연결된 희석수/냉각수 저압 이송관(251)과, 상기 농축폐액 저압공급펌프(23)에서 저압으로 이송된 농축폐액, 보조연료 저압공급펌프(24)에서 저압으로 이송된 보조연료 및 희석수/냉각수 저압공급펌프(25)에서 저압으로 이송된 희석수가 혼합되어 반응용액 고압공급펌프(26)로 유입되도록 연결된 반응용액 저압 이송관(261)과, 상기 반응용액 고압공급펌프(26)에서 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292) 내부로 유입되도록 연결된 반응용액 고압 이송관(262)과, 상기 산화제 고온열교환기(22)에서 이송된 고압 고온의 산화제와 반응용액 고압공급펌프(26)에서 이송된 고압의 반응용액을 산화제와 또 다시 혼합하여 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292) 내부로 유입되도록 연결된 산화제/반응용액 고압 이송관(263)과, 상기 중화제 저압공급펌프(27)에서 중화제를 저압으로 가압하여 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)로 유입되도록 연결된 중화제 저압 이송관(271)과, 상기 희석수/냉각수 저압공급펌프(25)에서 저압으로 이송된 냉각수와 중화제 저압공급펌프(27)에서 저압으로 이송된 중화제가 단독 또는 혼합되어 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)로 유입되도록 연결된 냉각수/중화제 저압 이송관(281)과, 상기 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)에서 반응압력으로 단독 또는 혼합되어 가압된 냉각수와 중화제를 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292) 외벽과 압력용기(291) 내벽 사이로 유입되도록 연결된 냉각수/중화제 고압 이송관(282)과, 상기 초임계수 산화반응장치(29)에서 배출되는 고압 고온의 반응생성물의 압력과 온도를 조절하기 위하여 압력/온도 조절장치(30)로 유입되도록 연결된 반응생성물 고압 고온 이송관(293)과, 상기 초임계수 산화반응장치(29)의 압력이 급격히 상승될 경우 곧바로 압력을 강하하기 위하여 반응생성물이 기체/비기체 제1분리장치(31)로 유입되도록 연결된 반응생성물 비상 이송관(294)과, 상기 압력/온도 조절장치(30)에서 압력과 온도가 낮아진 반응생성물이 기체/비기체 제1분리장치(31)로 유입되도록 연결된 반응생성물 저압 저온 이송관(301)과, 상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 상부로 분리되어 배출되는 기체를 추가 분리하기 위하여 기체/비기체 제2분리장치(32)로 유입되도록 연결된 분리기체/수증기 이송관(311)과, 상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 분리되어 하부로 배출되는 비기체를 냉각하기 위하여 비기체 냉각열교환기(33)로 유입되도록 연결된 고온비기체 이송관(312)과, 상기 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 분리된 비방사성기체를 외부로 배출되도록 상부로 연결된 비방사성기체 배출관(321)과, 상기 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 분리된 기체가 방사성기체 포집장치(41)에 유입되도록 연결된 방사성기체 이송관(322)과, 상기 방사성기체 포집장치(41)에서 방사성기체와 분리된 분리기체의 배출을 위한 분리기체 배출관(411)과, 상기 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 분리된 비기체가 비기체 저압이송펌프(34)로 유입되도록 하부로 연결된 저온비기체 제1이송관(323)과, 상기 비기체 냉각열교환기(33)에서 냉각된 비기체가 비기체 저압이송펌프(34)로 유입되도록 연결된 저온비기체 제2이송관(331)과, 상기 비기체 저압이송펌프(34)에서 저온의 비기체가 액체/고체 분리장치(51)로 유입되도록 연결된 저온비기체 제3이송관(341)과, 상기 액체/고체 분리장치(51)에서 분리된 저온의 액체가 기체/비기체 제2분리장치(32)의 온도를 낮추기 위하여 기체/비기체 제2분리장치(32)의 쟈켓부로 유입되도록 연결된 분리액체 이송관(511)과, 기체/비기체 제2분리장치(32)를 냉각시킨 분리액체를 외부로 배출하기 위한 분리액체 배출관(512)과, 상기 액체/고체 분리장치(51)에서 분리된 저온의 고체를 건조시키기 위하여 분리고체 건조장치(61)로 유입되도록 연결된 분리고체 이송관(513)과, 상기 분리고체 건조장치(61)에서 건조된 고체를 외부로 배출(자체처분)하기 위한 비방사성고체 배출관(611)과, 상기 분리고체 건조장치(61)에서 건조된 방사성고체를 드럼에 수용하기 위하여 방사성고체 드럼처리장치(71)로 유입되도록 연결된 방사성고체 이송관(612) 등을 더 구비한다.
상기 초임계수 산화반응장치(29)는 반응관(292)이 삽입된 압력용기(291)로 구성하여 산화반응이 반응관(292) 내부에서 일어나도록 하며, 반응최적온도는 반응용액(농축폐액, 보조연료, 희석수) 중의 유기물 함량을 조절하여 유지되도록 하고, 반응관(292) 내벽에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 배출되는 반응생성물을 300℃ 이하로 냉각시키며 반응생성물을 중화시키기 위하여 반응관(292) 외벽과 압력용기(291) 내벽 사이로 냉각수 및 중화제를 공급할 수 있도록 한다.
상기 압력/온도 조절장치(30)는 내경이 작고 길이가 긴 관으로 하여, 초임계수 산화반응장치(29) 내의 압력을 일정하게 유지하고 압력/온도 조절장치(30) 출구에서 배출되는 반응생성물(기체, 액체, 고체 생성물) 중의 기체생성물(이산화탄소, 질소)의 단열팽창에 의하여 비기체생성물(물, 무기물)까지 함께 자체적으로 2차 냉각되어 압력과 온도가 최대 250bar와 300℃에서 대기압과 100℃ 이하로 낮추어지도록 한다.
또한, 반응생성물 비상 이송관(294)을 구비하여 압력/온도 조절장치(30)에 막힘 현상의 발생 등으로 인하여 초임계수 산화반응장치(29)의 내부압력이 급격히 증가할 경우 반응생성물을 안전하게 기체/비기체 제1분리장치(31)로 배출시키도록 한다.
상기 산화반응장치(29)의 반응관(292)과 압력/온도 조절장치(30) 농축폐액 이송관(111), 산화제 고압 고온 이송관(221), 농축폐액 저압 이송관(231), 반응용액 저압 이송관(261), 반응용액 고압 이송관(262), 산화제/반응용액 고압 이송관(263), 반응생성물 고압 고온 이송관(293), 및 반응생성물 비상 이송관(294)의 재료는 산성용액과 부식에 강한 티타늄(Titanium), 인코넬(Inconel), 하스텔로이(Hastelloy) 등의 내산/내식성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 폐액 중의 수분을 증발시켜 유기물을 농축시키는 폐액 증발농축단계(S10)와, 상기 폐액 증발농축단계(S10)에서 농축된 폐액 중의 유기물을 초임계수 산화반응을 이용하여 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물로 전환하여 처리하는 초임계수 산화처리단계(S20)와, 상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서 발생한 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물을 기체와 비기체로 분리하는 기체/비기체 분리단계(S30)와, 상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서 함께 분리된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리단계(S50)와, 상기 액체/고체 분리단계(S50)에서 분리된 고체를 건조시키는 분리고체 건조단계(S60)를 포함한다.
또, 본 발명의 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법은 상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서 분리된 기체에 포함된 방사성 이산화탄소(14CO2)를 포집하기 위한 방사성기체 포집단계(S40)와 상기 분리고체 건조단계(S60)에서 건조된 방사성 고체를 장기 저장하기 위하여 드럼에 수용시키는 방사성고체 드럼처리단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
상기 폐액 증발농축단계(S10)에서는 폐액 증발농축장치(11)에서 압력을 감소시키고 온도를 80℃까지 상승시켜 폐액 중의 수분만을 증발시켜서 단위 폐액 중의 유기물(EDTA, ETA, TMB 등) 함량을 증가시키며, 농축된 농축폐액은 별도의 저장조(미 도시)에 저장한다. 이때 폐액 증발농축장치(11)의 가온에 필요한 열은 초임계수 산화공정에서 배출되는 폐열을 회수하여 사용할 수도 있다.
상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서는 초임계수(Supercritical Water) 중에서 농축폐액을 산화 분해 처리한다. 농축폐액 중의 유기물을 산화시키기 위한 산화제로 공기, 액체산소, 과산화수소(H2O2)를 단독 또는 혼합하여 사용한다.
초임계수 산화반응장치(29)를 반응관(292)이 삽입된 압력용기(291)로 구성하여 산화반응이 반응관(292) 내부의 조건(230∼250bar, 400∼700℃)에서 일어나도록 한다. 초임계수 산화반응장치(29)의 반응온도가 400℃ 이하일 경우에는 보조연료 공급펌프(24)를 작동시켜 보조연료를 혼합시켜서 반응온도를 상승시켜 주고 반응온도가 700℃ 이상일 경우에는 희석수/냉각수 공급펌프(25)를 작동시켜 희석수를 혼합하여 반응온도를 하강시켜서 적정반응온도인 400∼700℃가 유지되도록 한다.
위와 같이, 본 발명의 초임계수 산화반응은 고압(230∼250bar) 하에서 폐액 중의 EDTA, ETA 및 TMB 등의 유기물 산화반응으로 자연적으로 발생하는 반응열을 주열원으로 활용하여 적정반응온도(400∼700℃)가 유지되도록 한다.
한편, 주요 유기물(EDTA, ETA, TMB)의 산화반응식과 발열량은 다음 표 1과 같다.
폐 액 유기물 산화반응식 발열량(MJ/mol)
세정폐액 EDTA C10H16N2O8 + 10O2 → 10CO2 + N2 + 8H2O 4.46
재생폐액 ETA 4C2H7NO + 13O2 → 8CO2 + 2N2 + 14H2O 1.51
형광폐액 TMB C9H12 + 12O2 → 9CO2 + 6H2O 5.19
또한, 폐액 중의 유기물 함량이 낮아서 산화반응에 의한 발열량이 적정반응온도를 유지하는데 필요한 열량보다 낮을 경우 폐액의 수분을 감소시켜 유기물의 함량을 높여 자체적인 연속산화반응에 필요로 하는 열량에 도달하도록 하거나, 높은 열량을 가지는 보조연료를 혼합하여 열량을 높여준다. 또한, 폐액 중의 유기물 함량이 높아서 산화반응에 의한 발열량이 반응에 필요한 열량보다 높을 경우 물을 혼합하여 희석시켜서 산화반응에 의한 발열량을 감소시켜 주는 방법으로 적정반응온도가 유지되도록 조절함으로서 연속적인 자동운전이 가능하다.
폐액을 분당 10리터(10L/min)씩 연속적으로 처리하면서 반응온도를 지속적으로 유지시키기 위하여서는 폐액 1Kg당 약 4MJ의 열량을 필요로 하므로, 세정폐액의 경우 약 26%의 EDTA가, 재생폐액의 경우 약 16%의 ETA가, 형광폐액의 경우 약 9%의 TMB가 산화반응하면서 발산하는 발열량과 유사하다.
한편, 주요 유기물(EDTA, ETA, TMB)의 물리화학적 성질은 다음 표 2와 같다.
화합물 EDTA ETA TMB
화학식 C10H16N2O8 C2H7NO C9H12
몰 분자량 (g/mol) 292.24 61.08 120.19
녹는 온도 (℃) 241 10.3 -43.78
끓는 온도 (℃) - 170 170
자연발화 온도 (℃) - 410 500
산화엔탈피 (KJ/mol) 4460 1505 5190
폐액 1Kg이 4MJ을 발열하기 위한 유기물 함량(g) 262 162 93
또, 반응관(292) 내벽에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 배출되는 반응생성물을 냉각시키기 위하여 반응관(292) 외벽과 압력용기(291) 내벽 사이로 냉각수를 공급한다. 반응생성물의 pH가 낮을 경우에는 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292), 압력/온도 조절장치(30) 및 배관의 부식을 억제하기 위하여 pH를 중성(6∼8)으로 조절하기 위하여 냉각수에 가성소다(NaOH) 등의 중화제를 혼합하여 공급한다.
상기 산화제와 산화제 고압공급펌프(21), 산화제 고온열교환기(22), 농축폐액과 농축폐액 저압공급펌프(23), 보조연료와 보조연료 저압공급펌프(24), 희석수와 희석수/냉각수 저압공급펌프(25), 반응용액 고압공급펌프(26) 및 압력/온도 조절장치(30)를 이용하여 초임계수 산화반응장치(29)의 내부 압력을 230∼250bar로 유지시킨 상태에서 400∼700℃의 온도가 자동으로 조절되어 폐액 중의 유기물이 완전 산화되도록 한다.
또, 상기 냉각수와 희석수/냉각수 저압공급펌프(25), 중화제 저압공급펌프(27), 냉각수/중화제 고압공급펌프(28) 및 압력/온도 조절장치(30)를 이용하여 초임계수 산화반응장치(29)의 내부 압력을 230∼250bar로 유지시킨 상태에서 반응관(292) 내벽에의 무기물의 침착을 방지하고 반응생성물을 냉각하는 동시에 반응생성물의 pH가 중성(6∼8)으로 조절되도록 한다.
또한, 상기 압력/온도 조절장치(30)는 내경이 작고 길이가 긴 관으로 구성하여, 반응생성물(이산화탄소, 질소, 물, 무기물) 중의 기체생성물(이산화탄소, 질소)의 단열팽창에 의하여 비기체생성물(물, 무기물)까지 함께 자체적으로 냉각되어 압력과 온도가 최대 250bar와 300℃에서 대기압과 100℃ 이하로 낮추어져 배출되도록 한다.
상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서는 압력/온도 조절장치(30)를 통하여 배출된 반응생성물을 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 대기압과 100℃ 이하의 온도를 유지시켜 기체와 비기체로 분리하며, 분리된 기체(수증기와 비말고체가 포함)는 기체/비기체 제1분리장치(31)의 상부를 통하여 기체/비기체 제2분리장치(32)로 이송하며, 기체/비기체 제2분리장치(32)로 이송된 기체는 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 대기압과 30℃ 이하의 온도를 유지시켜 수증기(비말고체 포함)를 응축시켜서 추가로 기체와 비기체로 분리하며, 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 분리된 기체는 방사능이 없을 경우에는 외부로 배출시키고, 방사능이 있을 경우에는 방사성기체 포집장치(41)로 이송한다.
한편, 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 분리된 비기체는 하부를 통해 냉각열교환기(33)로 이송하여 냉각시켜서 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 이송되어 온 또 다른 비기체와 혼합시켜서 비기체 이송펌프(34)로 액체/고체 분리장치(51)로 이송한다.
상기 방사성기체 포집단계(S40)에서는 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 분리된 기체 중에 방사성 이산화탄소(14CO2)가 포함되어 있을 경우 방사성 이산화탄소를 흡착시켜 외부로 배출되는 것을 방지한다. 분리된 기체 중에 방사성 이산화탄소가 포함되어 있을 경우 그대로 외부로 배출되면 대기오염과 작업자의 피폭을 유발할 수 있다. 따라서 방사성 이산화탄소 흡착제가 충전된 방사성기체 포집장치(41)를 기체/비기체 제2분리장치(32)의 상부에 별도로 설치하여 방사성 이산화탄소를 흡착시켜 외부로 배출되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
방사성 이산화탄소 흡착제로는 수산화리튬[LiOH], 수산화칼슘[Ca(OH)2], 수산화바륨[Ba(OH)2], 수산화나트륨[NaOH]과 수산화칼슘[Ca(OH)2] 등을 단독 또는 혼합하여 사용하며, 방사성 이산화탄소가 흡착되어 수명을 다한 흡착제는 밀봉한 후 고건전성 용기에 넣어 방사성폐기물 처분장으로 이송한다. 예로서 수산화리튬에 방사성 이산화탄소가 흡착되는 원리는 다음 반응식과 같다.
2LiOH + 14CO2 -> Li2 14CO3 + H2O
상기 액체/고체 분리단계(S50)에서는 비기체 이송펌프(34)를 통하여 액체/고체 분리장치(51)로 이송해 온 액체와 고체 혼합물을 연속식 액체/고체 분리장치(51)를 이용하여 고체와 액체로 분리하며, 분리된 액체는 기체/비기체 제2분리장치(32)의 냉각제로 활용한 후 외부로 배출하며, 분리된 고체(고형물)는 건조하기 위하여 분리고체 건조장치(61)로 이송한다.
상기 분리고체 건조단계(S60)에서는 액체/고체 분리장치(51)에서 분리된 고체(고형물)에 아직 수분이 잔류하고 있으므로 분리고체 건조장치(61)에서 건조시킨 후 건조된 고체에 방사능이 없을 경우 그대로 외부로 배출하고, 건조된 고체에 방사능이 있을 경우 장기 저장을 위하여 방사성고체 드럼처리장치(71)로 이송한다.
상기 방사성고체 드럼처리단계(S70)에서는 분리고체 건조장치(61)에서 건조된 방사능이 있는 고체를 장기 저장할 수 있도록 드럼용기에 담아서 방사성 폐기물 처분장으로 보낸다.
위와 같이, 본 발명은 초임계수 산화반응을 이용하여 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물을 이산화탄소, 질소, 물과 무기물로 전환시켜서, 방사능을 가지지 아니하는 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물은 외부로 배출하고, 방사능을 가지는 방사성 이산화탄소와 무기물은 드럼에 수용하여 장기 저장하는 것이 가능하게 한다.
따라서 소각이나 열분해에 의한 처리온도(약 1000℃)보다는 저온에서 처리할 수 있고, 초임계수산화공정에서 적정반응온도를 유지하기 위한 열원은 자체 발열량을 주열원으로 활용하며, 반응생성물은 기체생성물(이산화탄소, 질소)의 단열팽창에 의하여 자체적으로 냉각되며, 또한 공정에서 배출되는 폐열을 회수하여 사용할 수 있어서 에너지 비용이 절감되고, 신속한 폐액처리가 가능하고, 화재발생위험이 적으며, 배출기체에는 유해물질이 없기 때문에 안전하고 깨끗한 환경에서 폐액을 처리할 수 있으며, 또한 배기가스처리설비를 사용하지 않아 처리장치를 소형화할 수 있어 폐액처리를 위해 필요한 공간을 최소화할 수 있으며, 방사성 2차폐기물의 발생이 거의 없을 뿐만 아니라 작업자에 대한 방사능 피폭을 예방할 수 있고, 무기물 침착에 의한 막힘과 부식을 방지함으로서 지속적인 자동연속운전이 가능하다.
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.
11: 폐액 증발농축장치 21: 산화제 고압공급펌프
22: 산화제 고온열교환기 23: 농축폐액 저압공급펌프
24: 보조연료 저압공급펌프 25: 희석수/냉각수 저압공급펌프
26: 반응용액 고압공급펌프 27: 중화제 저압공급펌프
28: 냉각수/중화제 고압공급펌프 29: 초임계수 산화반응장치
291: 압력용기 292: 반응관
30: 압력/온도 조절장치 31: 기체/비기체 제1분리장치
32: 기체/비기체 제2분리장치 33: 비기체 냉각열교환기
34: 비기체 저압이송펌프 41: 방사성기체 포집장치
51: 액체/고체 분리장치 61: 분리고체 건조장치
71: 방사성고체 드럼처리장치 81: 보일러
82: 냉각기 111: 농축폐액 이송관
211: 산화제 고압 이송관 221: 산화제 고압 고온 이송관
231: 농축폐액 저압 이송관 241: 보조연료 저압 이송관
251: 희석수/냉각수 저압 이송관 261: 반응용액 저압 이송관
262: 반응용액 고압 이송관 263: 산화제/반응용액 고압 이송관
271: 중화제 저압 이송관 281: 냉각수/중화제 저압 이송관
282: 냉각수/중화제 고압 이송관 293: 반응생성물 고압 고온 이송관
294: 반응생성물 비상 이송관 301: 반응생성물 저압 저온 이송관
311: 분리기체/수증기 이송관 312: 고온비기체 이송관
321: 비방사성기체 배출관 322: 방사성기체 이송관
323: 저온비기체 제1이송관 331: 저온비기체 제2이송관
341: 저온비기체 제3이송관 411: 분리기체 배출관
511: 분리액체 이송관 512: 분리액체 배출관
513: 분리고체 이송관 611: 비방사성고체 배출관
612: 방사성고체 이송관

Claims (17)

  1. 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치에 있어서,
    폐액 중의 유기물을 농축시키기 위한 폐액 증발농축장치(11)와,
    폐액 중의 유기물을 산화시켜 분해하기 위한 초임계수 산화반응장치(29)와,
    폐액 중의 유기물 산화에 필요한 산화제를 반응압력으로 가압하여 공급하기 위한 산화제 고압공급펌프(21)와,
    상기 산화제 고압공급펌프(21)에서 가압된 산화제를 초임계수 산화반응을 유발하기 위한 개시온도까지 상승시키기 위한 산화제 고온열교환기(22)와,
    상기 폐액 증발농축장치(11)에서 농축된 농축폐액을 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 농축폐액 저압공급펌프(23)와,
    상기 농축폐액에 보조연료를 공급하기 위한 보조연료 저압공급펌프(24)와,
    상기 농축폐액을 희석시키기 위한 희석수와 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 반응생성물을 냉각하기 위하여 냉각수를 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 희석수/냉각수 저압공급펌프(25)와,
    상기 농축폐액, 보조연료 및 희석수가 혼합된 반응용액을 산화반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 반응용액 고압공급펌프(26)와,
    상기 반응생성물의 pH가 낮을 경우 중화제를 공급하기 위한 중화제 저압공급펌프(27)와,
    상기 냉각수와 중화제를 단독 또는 혼합하여 반응압력으로 가압하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)에 공급하기 위한 냉각수/중화제 고압공급펌프(28)와,
    상기 초임계수 산화반응장치(29)에서 배출되는 반응생성물의 압력과 온도를 조절하기 위한 압력/온도 조절장치(30)와,
    상기 초임계수 산화반응장치(29)에서 배출된 반응생성물을 기체와 비기체로 분리하기 위한 기체/비기체 제1분리장치(31)와,
    상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 상부로 배출되는 기체를 응축시켜서 기체와 비기체로 추가 분리하기 위한 기체/비기체 제2분리장치(32)와,
    상기 기체/비기체 제1분리장치(31)에서 배출된 비기체를 냉각시키기 위한 비기체 냉각열교환기(33)와,
    상기 기체/비기체 제1분리장치(31) 및 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 배출되는 비기체를 이송하는 비기체 저압이송펌프(34)와,
    상기 기체/비기체 제2분리장치(32)에서 배출되는 방사성기체를 포집하기 위한 방사성기체 포집장치(41)와,
    상기 비기체 저압이송펌프(34)에 의하여 이송된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리장치(51)와,
    상기 액체/고체 분리장치(51)에서 분리된 고체를 건조하기 위한 분리고체 건조장치(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초임계수 산화반응장치(29)가 반응관(292)이 삽입된 압력용기(291)로 구성되어, 산화반응이 상기 반응관(292) 내부에서 일어나고, 상기 반응관(292) 내벽에 무기물이 침착되는 것을 방지하고 배출되는 반응생성물을 냉각시키기 위하여 상기 반응관(292) 외벽과 상기 압력용기(291) 내벽 사이로 냉각수를 공급할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리장치
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법에 있어서,
    폐액 중의 수분을 증발시켜 유기물을 농축시키는 폐액 증발농축단계(S10)와,
    상기 폐액 증발농축단계(S10)에서 농축된 폐액 중의 유기물을 초임계수 산화반응을 이용하여 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물로 전환하여 처리하는 초임계수 산화처리단계(S20)와,
    상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서 발생한 이산화탄소, 질소, 물 및 무기물을 기체와 비기체로 분리하는 기체/비기체 분리단계(S30)와,
    상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서 분리된 기체에 포함된 방사성 이산화탄소(14CO2)를 포집하기 위한 방사성기체 포집단계(S40)와,
    상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서 함께 분리된 비기체를 액체와 고체로 분리하는 액체/고체 분리단계(S50)와,
    상기 액체/고체 분리단계(S50)에서 분리된 고체를 건조시키는 분리고체 건조단계(S60)를 포함하고,
    상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서 배출되는 폐열을 회수하여 상기 폐액 증발농축단계(S10)에서 상기 폐액 중의 수분을 증발시키기 위한 열로 사용하며,
    상기 폐액 중의 수분의 비율을 조정하여 상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서의 산화반응을 위한 적정반응온도인 400~700℃가 유지되도록 하며,
    상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서 반응 후의 반응생성물을 냉각시키고 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292) 내벽에 무기물이 침착되는 것을 방지하기 위하여 상기 초임계수 산화반응장치(29)의 반응관(292) 외벽과 상기 초임계수 산화반응장치(29)의 압력용기(291) 내벽 사이로 냉각수를 공급하며,
    상기 기체/비기체 분리단계(S30)에서 압력/온도 조절장치(30)를 내경이 작고 길이가 긴 관으로 구성하여 상기 초임계수 산화반응장치(29) 내의 압력이 일정하게 유지되고 상기 압력/온도 조절장치(30) 출구에서의 반응생성물의 압력과 온도가 대기압과 100℃ 이하로 낮추어지도록 하는 것을 특징으로 하는 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 초임계수 산화처리단계(S20)에서 상기 초임계수 산화반응장치(29)의 반응온도가 400℃ 이하일 경우에는 보조연료 공급펌프(24)를 작동시켜서 농축폐액에 보조연료를 혼합시켜서 반응온도를 상승시켜 주고, 반응온도가 700℃ 이상일 경우에는 희석수/냉각수 공급펌프(25)를 작동시켜서 농축폐액에 희석수를 혼합하여 반응온도를 하강시켜서, 산화반응을 위한 적정반응온도인 400∼700℃가 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 방사성오염 유기물질 함유 액체폐기물 처리방법
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
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