KR101624453B1

KR101624453B1 - 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치 및 그 처리 방법

Info

Publication number: KR101624453B1
Application number: KR1020150009403A
Authority: KR
Inventors: 김항건; 김덕용; 김항준
Original assignee: 순천대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-05-25

Abstract

본 발명은 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 장치 및 그 장치를 이용하여 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 장치는 용해조, 충전조, 전착조, 스크랩퍼, 및 제1 내지 제6 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 방법은 충전단계, 제1용출단계, 전기분해단계, 포집단계, 제2용출단계, 제3용출단계, 및 회수단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하여 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄은 2차 폐액의 발생 및 처리에 대한 염려 없이 방사성 물질을 제염하여 액체방사성폐기물 중의 방사성 물질 제거를 위하여 재사용하거나 또는 일반 산업폐기물로서 폐기 처리할 수 있으며, 방사성 물질을 금속의 형태로 석출시켜 부피를 최소화함으로서 처리에 따른 비용을 감소할 수 있는 효과가 있다.

Description

방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치 및 그 처리 방법{Equipment for decontamination of waste ionexchange resin and activated carbon polluted radioactive substance and method therefor}

본 발명은 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 및/또는 폐활성탄을 화학적 및 전기적 방법에 의하여 방사성 물질을 제거하는 장치 및 그 오염 물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.

원자력발전소에서 원자로를 순환하는 냉각수를 비롯하여 여러 가지 부속설비의 각종 계통수에서 이온성의 방사성 물질을 포함한 오염물을 제거하기 위해 이온교환수지 및 활성탄이 많이 사용되고 있다.

예를 들어, 원자력발전소에서는 1개호기당 1주기(연료장전부터 다음 장전까지 약 18개월)에 약 1m³의 혼합이온교환수지가 원자로 냉각재 정화용으로 사용된 후 폐기되고 있고, 약 1m³의 양이온교환수지가 약 1.5주기로 사용된 후 폐기되고 있다. 이들 폐수지는 모두 중준위 이상의 매우 높은 방사성 물질을 포함하고 있다.

일반 산업시설에서 사용하는 폐이온교환수지 및 폐활성탄은 오염물의 흡착에 의해 이온교환용량이 소모되면 강산 또는 강알카리 용액으로 재생시켜 재사용하는데 반해, 원자력발전소를 비롯한 원자력 시설에서 발생되는 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 및 폐활성탄은 일반적으로 재생하지 않고 방사성폐기물로 분류하여 처분시설로 보낸다. 이는 이온교환수지 및 활성탄으로부터 방사성 물질을 분리하기 위해 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 및 폐활성탄을 강산이나 강알카리 용액을 사용하여 재생시킬 경우 방사성 물질을 함유한 2차 폐액이 발생되므로 오염확산의 우려와 2차 폐액을 다시 처리해야 하는 부담이 생기기 때문이다.

현재까지 개발된 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 및 폐활성탄을 처분하기 위한 취급방법에는 여러 가지가 있다. 폐이온교환수지 및 폐활성탄 입자 내 방사성물질을 고정화시키기 위하여 시멘트, 아스팔트, 또는 여러 가지 고분자 물질을 사용하여 폐수지를 고화시켜 처분한다. 고정화매질에 의한 고화처리는 방사성 폐기물 발생량을 더욱 가중시키기 때문에 이러한 단점을 개선하기 위해 폐이온교환수지 또는 폐활성탄으로부터 물을 제거한 뒤 고 건전성(HIC) 용기에 폐수지를 담아 처분하는 방법이 개발되었다. 그러나 고 건전성(HIC) 용기는 매우 비싸기도 하지만 아직 산업적으로 인증된 제품이 없으며, 건조수지는 매우 작고 분산성이 크기 때문에 영구 보존이 아닌 임시 보관용기로만 사용되고 있는 실정이다.

또한, 상기 방법은 폐기처분할 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 양이 이온성 방사성 물질의 양에 비해 매우 크므로, 처분장의 수납 공간을 더욱 효율적으로 사용하기 위해서는 처분시켜야 할 방사성 폐기물 양을 처분 전에 가능한 한 가장 작게 만드는 기술이 요구되고 있다.

그리고, 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지를 처리하여 방사성 폐기물양을 감용시키기 위해 이온교환수지 자체를 분해시키는 방법이 있으나, 이는 고분자물질인 이온교환수지를 산화시키는 것으로, 소각에 의한 처리와 습식산화 방법이 사용된다. 이와 같은 폐수지 분해 방법은 기술적으로 해결해야 할 많은 어려움을 수반한다. 특히, 소각시에는 고온이 요구되고 방사성 물질이 동반되는 고온 배기체의 처리 등이 필요하며 많은 양의 탄화된 잔존물이 남는다. 습식산화 처리시에도 고농도의 강산 용액을 사용하기 때문에 2차 폐기물로 방사성 물질을 함유한 강산폐액과 기체가 발생되므로 이의 처리가 뒤따라야 한다.

이외에도 강산성 용액을 음극액으로 사용하여 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지를 전기투석식으로 재생하는 일본 공개특허 소61-116699호도 있으나, 이는 양이온교환수지재생시 음극액으로 황산을 사용하기 때문에 전기투석된 방사성 물질을 함유한 황산 음극액은 재생에 따른 2차 폐액으로 발생되는 문제가 여전히 존재한다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 폐이온교환수지 및/또는 활성탄에 강산성 용액을 통과시켜 방사성 물질을 용출시킨 후 이를 전기분해하여 음극망에 방사성 물질이 석출되도록 하여 최소부피로 집적된 방사성 물질만을 처리토록 하고 양극판에서 발생하는 산성 기체는 회수하여 재사용하도록 함으로써, 2차 폐액의 발생 없이 방사성 물질을 회수하고 폐이온교환수지 및/또는 폐활성탄을 재사용하거나 일반 산업폐기물로 처리하는 폐이온교환수지 및 활성탄의 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치를 이용하여 폐이온교환수지 및/또는 활성탄에 오염된 방사성 물질을 분리 및 회수하고 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지 및/또는 폐활성탄을 재사용하거나 일반 산업폐기물로 폐기 처리하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 및/또는 폐활성탄 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄이 구비되어 있고 강산성 용액이 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄과 접촉하여 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착되어 있는 방사성 물질을 용출하는 용해조; 상기 용해조에 제1 연결관을 통하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 제공하거나 상기 용해조에서 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 제6 연결관을 통하여 공급받는 충전조; 음극망과 양극판이 구비되고, 상기 용해조로부터 제2 연결관을 통하여 용출된 방사성 물질과 강산성 용액이 공급되며, 전기분해에 의하여 음극망에 방사성 물질이 석출되고 양극판에서 산성가스가 발생하며, 제3 연결관을 통하여 용해조에 강산성 용액을 공급하는 전착조; 및 강산성 용액을 제5 연결관을 통하여 전착조에 공급하거나 제4 연결관을 통하여 공급된 상기 전착조에서 발생한 산성가스를 물에 용해시켜 강산성 용액을 제조하고 그 강산성 용액을 제5 연결관을 통하여 전착조에 공급하는 스크랩퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치는, 상기 장치의 하부에 구비되어 상기 장치를 구성하는 용해조, 충전조, 전착조, 및 제1 내지 6 연결관에서 발생하거나 발생할 수 있는 누설물을 회수하기 위한 회수조를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치는, 상기 전착조 내 강산성 용액을 제3 연결관을 통하여 용해조에 제공하기 위하여 순환펌프가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 있어서, 상기 폐이온교환수지는 방사성 물질을 포함한 오염물을 제거하기 위하여 사용된 양이온교환수지 또는 혼합이온교환수지인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 있어서, 상기 강산성 용액은 pH 2 이하의 염산 용액인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 있어서, 상기 산성가스는 염소 가스인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 의하여 폐이온교환수지 및 폐활성탄에서 방사성 물질을 제거하고 폐이온교환수지 및 폐활성탄을 액체방사성폐기물 중의 방사성 물질 제거를 위하여 재사용하거나 일반 산업폐기물로 처리하기 위한 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 방법을 제공한다.

본 발명의 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 방법은, 충전조로부터 용해조에 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 충전하는 충전단계(S100); 상기 용해조에 강산성 용액을 통과시켜 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 용출시키는 제1 용출단계(S200); 상기 용출된 방사성 물질과 강산성 용액을 음극망 및 양극판이 구비된 전착조에 공급하고 전기분해하여 음극망에 방사성 물질을 석출시키고 양극판에서 산성가스를 발생시키는 전기분해단계(S300); 상기 전기분해단계에서 발생한 산성가스는 스크랩퍼에서 포집하고 물에 용해시켜 강산성 용액을 제조하고 전착조로 공급하는 포집단계(S400); 상기 전기분해단계(S300) 및 포집단계(S400)의 강산성용액을 용해조로 공급하여 상기 제1 용출단계(S200)를 진행하는 제2 용출단계(S500); 상기 제1 용출단계(S200), 전기분해단계(S300), 포집단계(S400) 및 제2 용출단계(S500)를 방사성 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 제거할 때까지 반복하는 제3 용출단계(S600); 및 상기 제3 용출단계(S600)에 의하여 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지 또는 활성탄을 회수하는 회수단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 방법에 있어서, 상기 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지는 방사성 물질을 포함한 오염물을 제거하기 위하여 사용된 양이온교환수지 또는 혼합이온교환수지인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 방법에 있어서, 상기 강산성 용액은 pH 2 이하의 염산 용액인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 방법에 있어서, 상기 산성가스는 염소 가스인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치 및 그 장치를 이용한 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 방법에 의하여 원자력발전소 등에서 배출되는 방사성 물질을 포함한 오염물질을 석출하여 안전하게 폐기할 수 있으면서 사용되는 강산성 용액이 상기 장치에서 순환하여 사용할 수 있으므로 2차 폐액의 발생 및 처리에 따른 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 장치 및 방법에서 사용되는 강산성 용액은 본 발명에서의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 목적 이외에도 구조물 등의 표면에 오염된 방사성 물질을 제거하는데 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에서 방사성 물질을 제거하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 재사용하거나 일반 산업폐기물로 처리하기 위한 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에서 방사성 물질을 제거하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 재사용하거나 일반 산업폐기물로 처리하기 위한 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 공정을 도시한 그림이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 장치에 대한 개략도이며, 도 2는 상기 장치를 사용하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 처리하는 방법에 대한 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 용해조(10), 충전조(20), 전착조(30), 스크랩퍼(40), 및 제1 내지 제6 연결관(61, 62, 63, 64, 65, 66)을 포함한다.

용해조(10)는 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착되어 있는 방사성 물질이 강산성 용액에 의하여 용출되는 곳으로, 상기 용해조(10) 내에는 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄과 강산성 용액이 포함되어 있다.

본 발명에 있어서, 상기 폐이온교환수지는 원자력발전소 등에서 방사성 물질을 포함한 오염물을 제거하기 위하여 사용되어 방사성 물질에 오염된 이온교환수지이며, 바람직하게는 양이온교환수지 또는 혼합이온교환수지, 보다 바람직하게는 양이온교환수지이다.

본 발명에 있어서, 상기 폐활성탄은 원자력발전소 등에서 방사성 물질을 포함한 오염물을 제거하기 위하여 사용되어 방사성 물질에 오염된 입상 활성탄이다.

본 발명에 있어서, 상기 방사성 물질은 방사선을 낼 수 있는 물질로서, 예를 들면, Cr-51, Co-58, Co-60, Cs-134, Cs-137 등이 있다. 상기 방사성 물질은 원자력잘전소 등에서 양이온 상태로 이온교환수지에 흡착되며, 본 발명에 따른 장치 및 방법에 따라 양이온 상태로 용출된 후 금속상으로 석출되어 제거된다. 본 발명에서는 편의상 방사성 물질을 방사성 이온 상태를 포함하는 의미로 편의상 사용한다.

본 발명에 있어서, 상기 강산성 용액은 상기한 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 용출하기 위한 것으로서, pH 2 이하, 바람직하게는 pH 1 이하의 휘발성이 있는 강산성 용액, 바람직하게는 염산 용액이다.

상기 용해조(10)에서 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄으로부터 방사성 물질의 용이한 용출을 위하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 전체 부피를 기준으로 시간당 1.5 내지 3배, 바람직하게는 1.5 내지 2배의 부피의 강산성 용액을 용해조(10)의 하단에서 상단으로 흘러주는 것이 바람직하다. 여기서, 강산성 용액의 유속은 특별히 제한되지 않는데, 이는 유속이 낮으면 방사성 물질이 폐이온교환수지 또는 폐활성탄로부터 가수분해되어 분리되기 쉬우며, 유속이 높으면 강산성 용액의 수소 이온과 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 방사성 물질이 교환되어 용출이 쉽기 때문이다.

한편, 상기 용해조(10)는 하단에 제3 연결관(63)이 구비되어 있고, 상단에 제2 연결관(62)이 구비되어 있는데, 상기 제3 연결관(63)을 통하여 전착조(30)로부터 강산성 용액이 공급되고, 상기 제2 연결관(62)을 통하여 방사성 물질과 강산성 용액이 전착조(30)로 배출된다.

또한, 상기 용해조(10)는 일측면에 제1 연결관(61) 및 제6 연결관(66)이 구비되어 있는데, 상기 제1연결관(61)을 통하여 충전조(20)로부터 제염될 방사성 물질이 흡착되어 있는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 공급받으며, 제6 연결관(66)을 통하여 방사성 물질이 완전히 제거되어 회수 가능한 폐이온교환수지 또는 활성탄을 충전조(20)에 제공하고 충전조(20)의 배출구(미도시)로 배출하게 된다.

상기 용해조(10)의 하단 및 상단 등은 도 1의 개략도에 따른 것이고, 당해 분야의 통상의 기술자라면 상기 용해조(10)를 수평으로 배치하여 상기 하단 및 상단을 일단 및 타단으로 구성할 수 있다. 이러한 구성은 하기에서 서술하는 충전조(20) 및 스크랩퍼(40) 등에서도 동일하게 적용할 수 있다.

충전조(20)는 제염할 방사성 물질이 흡착된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 용해조(10)에 공급하거나 용해조(10)로부터 방사성 물질이 제거되어 회수 가능한 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 제공받는 곳으로서, 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 공급하거나 제공받기 위하여 하단에 제1 연결관(61)이 구비되어 있고, 상단에 제2 연결관(66)이 구비되어 있다.

또한, 충전조(20)는 별도로 도시하지는 않았지만 방사성 물질이 제거되어 회수 가능한 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 저장하기 위한 저장소로 배출하기 위한 배출구를 일면에 구비하고 있다.

전착조(30)는 강산성 용액을 전해질로 하여 방사성 물질을 석출하기 위한 전기분해가 이루어지는 곳으로서, 음극망(71) 및 양극판(72)이 구비되어 있으며, 상단의 일면에는 전기분해로 발생하는 가스를 배출하기 위한 제4 연결관(64)과 용해조(10)로부터 방사성 물질 및 강산성 용액을 공급받기 위한 제2 연결관(62)이 구비되고, 음극망(71)과 근접한 측면에 용해조(10)에 강산성 용액을 제공하기 위한 제3 연결관(63)이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전착조(30) 내에서는 음극망(71) 및 양극판(72)에 전원이 연결되어 있어 전기분해가 이루어지는데, 이때의 전압은 5V 이하, 바람직하게는 5 ~ 3V 이며, 전류는 1 ~ 10A, 바람직하게는 6 ~ 10A이나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

상기 전착조(30) 내의 음극망(71)은 산화되기 어려운 스테인레스 또는 전도성 망으로 이루어져 있으며, 용해조(10)에서 용출된 방사성 물질이 석출되어 방사성 물질만을 용이하게 제거할 수 있게 된다.

상기 전착조(30) 내의 양극판(72)은 스테인레스 또는 전도성 망에 팔라듐이나 백금흑이 도금된 망으로 도금된 부분의 손상율이 커지면 음극망(71)으로 사용가능하다. 상기 양극판(72)에서는 강산성 용액의 음이온성을 가진 물질이 산성가스화되어 전착조(30) 상단에 구비된 제4 연결관(64)을 통하여 스크랩퍼(40)로 이동하게 된다.

한편, 상기 전착조(30)의 음극망(71)에 근접한 측면에 구비된 제3 연결관(63)에는 강산성 용액의 원활한 흐름을 위하여 순환펌프(80)가 구비될 수 있다.

스크랩퍼(40)는 상기 전착조(30)의 양극판(72)에서 발생하는 산성 가스를 제4 연결관을 통하여 수집하고, 수집된 산성 가스를 물에 용해하여 다시 강산성 용액으로 만든 후 제5 연결관(65)을 통하여 전착조(30)로 공급하거나 본 발명에 따른 방사성 폐이온교환수지 재생 장치에서 사용되는 강산성 용액을 외부로부터 공급받아 저장하고 제5 연결관(65)을 통하여 공급하는 역할을 한다.

또한, 상기 스크랩퍼(40)의 일측면에는 강산성 용액을 외부로부터 공급받는 공급관(미도시) 및 강산성 용액을 상기 전착조(30)가 아닌 외부로 배출하는 배출관(미도시)을 구비한다. 상기 스크랩퍼(40)의 일측면에 구비된 공급관(미도시)에 의하여 본 발명에 따른 장치에서 사용되는 강산성 용액 또는 장치에서 사용됨에 따라 양이 부족하게 되거나 pH 조정을 위하여 강산성 용액을 공급할 수 있으며, 상기 배출관(미도시)에 의하여 본 발명에 따른 장치에서 사용되는 강산성 용액을 외부로 배출하여 구조물 등의 표면에 오염된 방사성 물질이나 기타 양이온종을 포함하는 오염 물질의 제거를 위한 세정용액으로 재활용할 수 있다.

한편, 본 발명의 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치(1)는, 상기 장치의 하부에 구비되어 상기 장치를 구성하는 용해조(10), 충전조(20), 전착조(30), 및 제1 내지 6 연결관(61, 62, 63, 64, 65, 66)에서 발생하거나 발생할 수 있는 누설물을 회수하기 위하여 회수조(50)를 추가로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 사용되는 강산성 용액은 용해조(10) 및 전착조(30)를 순환하게 되며, 강산성 용액의 음이온성 물질은 스크랩퍼(40)에 의하여 다시 강산성 용액으로 변환되고 전착조(30)로 재투여된 후 용해조(10)로 재공급되므로, 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에서의 방사성 물질의 제염 및 그에 따른 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리에 있어서 종래와 달리 강산성 용액이 2차 폐액으로 발생하는 문제가 없는 장점이 있다.

또한, 강산성 용액이 계속적으로 용해조(10)에 있는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 방사성 물질을 용출시키기 때문에 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄은 액체방사성폐기물 중의 방사성 물질 제거를 위하여 재사용이 가능한 장점도 있다.

이하에서는 도 2를 참고로 하여 본 발명에 따른 폐이온교환수지 및 폐활성탄의 처리 장치에 의하여 폐이온교환수지 및 폐활성탄을 처리하는 방법을 제공한다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 방법은, 충전조(20)로부터 용해조(10)에 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 충전하는 충전단계(S100); 상기 용해조(10)에 강산성 용액을 통과시켜 상기 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 용출시키는 제1용출단계(S200); 상기 용출된 방사성 물질과 강산성 용액을 음극망(71) 및 양극판(72)이 구비된 전착조(30)에 공급하고 전기분해하여 음극망(71)에 방사성 물질을 석출시키고 산성가스를 발생시키는 전기분해단계(S300); 상기 전기분해단계에서 발생한 산성가스는 스크랩퍼(40)에서 포집하고 물에 용해시켜 강산성 용액을 제조하고 전착조(30)로 공급하는 포집단계(S400); 상기 전기분해단계(S300) 및 포집단계(S400)의 강산성용액을 용해조(10)로 공급하여 상기 제1용출단계(S200)를 진행하는 제2용출단계(S500); 용해조(10) 내의 방사성 폐이온교환수지에 흡착된 방사성 물질이 제거될 때까지 상기 제1용출단계(S200), 전기분해단계(S300), 포집단계(S400) 및 제2용출단계(S500)를 반복하는 제3용출단계(S600); 및 상기 제3용출단계(S600)에 의하여 방사성 물질이 제거된 방사성 폐이온교환수지를 회수하는 회수단계(S700)를 포함한다.

먼저, 충전단계(S100)는 충전조(20)에 보관된 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 용해조(10)에 충전하는 단계이다.

상기 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄은 상술한 바와 같으며, 상기 방사성 물질은 반드시 이로 제한되는 것은 아니지만, Cr-51, Co-58, Co-60, Cs-134, Cs-137 등이 있다.

제1용출단계(S200)는 상기 충전단계(S100)에 의하여 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄이 충전된 용해조(10)에 강산성 용액을 통과시켜 상기 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 용출시키는 단계이다.

상기 강산성 용액은 pH 2 이하, 바람직하게는 pH 1 이하의 휘발성이 있는 강산성 용액, 바람직하게는 염산 용액이다.

또한, 상기 강산성 용액은 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄으로부터 방사성 물질의 용이한 용출을 위하여 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 전체 부피를 기준으로 시간당 1.5 내지 3배, 바람직하게는 1.5 내지 2배의 부피의 강산성 용액을 용해조(10)의 하단에서 상단으로 흘러주는 것이 바람직하다.

상기 제1용출단계(S200)에서 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착되어 있는 방사성 물질이 강산성 용액에 의하여 용출되는데, 이는 방사성 물질이 강산성 용액에 의해 폐이온교환수지 또는 폐활성탄으로부터 가수분해 또는 강산성 용액의 수소 이온과 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 방사성 물질의 교환에 의한 결과이다.

상기 제1용출단계(S200)에서의 방사성 물질의 용출은 하기에서 서술하는 제2용출단계(S200) 및 제3용출단계(S300)에서도 동일하게 이루어진다.

전기분해단계(S300)는 상기 제1용출단계(S200)에서 용출된 방사성 물질과 강산성 용액을 음극망(71) 및 양극판(72)이 구비된 전착조(30)에 공급하고 전기분해하여 음극망(71)에 방사성 물질을 석출시키고 산성가스를 발생시키는 단계이다.

상기 음극망(71)은 산화되기 어려운 스테인레스 또는 전도성 망으로 이루어져 있으며, 방사성 물질이 도금되어 석출된다.

상기 양극판(72)은 스테인레스 또는 전도성 망에 팔라듐이나 백금흑이 도금된 망으로 도금된 부분의 손상율이 커지면 음극망(71)으로 사용가능한데, 강산성 용액의 음이온성 물질이 산성가스로서 스크랩퍼(40)에서 수집된다.

상기 전착조(30)에서의 전기분해는 5V 이하, 바람직하게는 5 ~ 3V의 전압 및 1 ~ 10A, 바람직하게는 6 ~ 10A의 전류로 이루어진다.

제2용출단계(S500)는 상기 전기분해단계(S300) 및 포집단계(S400)의 강산성용액이 용해조(10)로 공급되어 상기 용출단계(S100)와 동일한 공정이 진행되는 단계이다.

제3용출단계(S600)는 상기한 제1용출단계(S200), 전기분해단계(S300), 포집단계(S400) 및 제2용출단계(S500)를 반복하는 단계로서, 상기 반복은 용해조(10) 내의 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질이 제거될 때까지 이루어지는데, 바람직하게는 3 내지 20회, 보다 바람직하게는 3 내지 10회, 보다 더 바람직하게는 5 내지 10회로 이루어진다.

마지막으로, 회수단계(S700)는 상기 반복단계(S600)에 의하여 방사성 물질이 제거되어 방사성 물질로 오염되지 않은 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 회수하는 단계이다.

상기 회수된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄은 방사성 물질이 흡착되어 있지 않은 상태이므로 원자력발전소 등에서 방사성 물질의 제염을 위하여 재사용할 수 있으며, 일반 산업폐기물과 동등한 방법으로 폐기 처리할 수 있다.

한편, 상기한 본 발명에 따른 방사성 폐이온교환수지의 재생 방법은 상술한 장점 이외에도 방사성 물질에 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리에 사용된 강산성 용액을 순환하여 계속적으로 사용하게 되므로 2차 폐액의 발생 및 처리에 대한 문제가 없어 환경친화적인 장점이 있다. 또한, 석출되어 회수되는 방사성 물질은 부피를 극소화할 수 있어서 이의 처리에 따른 공간을 최소할 수 있는 장점이 있다.

1: 폐이온교환수지 또는 폐활성탄의 처리 장치
10: 용해조 20: 충전조
30: 전착조 40: 스크랩터
50: 회수조 61: 제1 연결관
62: 제2 연결관 63: 제3 연결관
64: 제4 연결관 65: 제5 연결관
66: 제6 연결관 71: 음극망
72: 양극판 80: 순환펌프

Claims

방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄이 구비되어 있고 pH 2 이하의 염산 용액이 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄과 접촉하여 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착되어 있는 방사성 물질을 용출하는 용해조(10); 상기 용해조(10)에 제1 연결관(61)을 통하여 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 제공하고 상기 용해조(10)에서 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 제6 연결관(66)을 통하여 공급받는 충전조(20); 음극망(71)과 양극판(72)이 구비되고, 상기 용해조(10)로부터 제2 연결관(62)을 통하여 용출된 방사성 물질과 pH 2 이하의 염산 용액이 공급되며, 전기분해에 의하여 음극망(71)에 방사성 물질이 석출되고 양극판(72)에서 염소가스가 발생하며, 제3 연결관(63)을 통하여 용해조(10)에 pH 2 이하의 염산 용액을 공급하는 전착조(30); 및 pH 2 이하의 염산 용액을 제5 연결관(65)을 통하여 전착조(30)에 공급하고 제4 연결관(64)을 통하여 공급된 상기 전착조(30)에서 발생한 염소가스를 물에 용해시켜 pH 2 이하의 염산 용액을 제조하고 그 염산 용액을 제5 연결관(65)을 통하여 전착조(30)에 공급하는 스크랩퍼(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 장치.
제1항에 있어서, 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 장치의 하부에 구비되어 용해조(10), 충전조(20), 전착조(30), 및 제1 내지 6 연결관(61, 62, 63, 64, 65, 66)에서 발생하거나 발생할 수 있는 누설물을 회수하기 위한 회수조(50)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 전착조(30) 내의 pH 2 이하의 염산 용액을 제3 연결관(63)을 통하여 용해조에 제공하고 순환시키는 순환펌프(80)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 폐이온교환수지는 양이온교환수지 또는 혼합이온교환수지 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 장치.
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충전조로부터 용해조에 방사성 물질로 오염된 폐이온교환수지 또는 폐활성탄을 충전하는 충전단계(S100); 상기 용해조에 pH 2 이하의 염산 용액을 통과시켜 상기 폐이온교환수지 또는 폐활성탄에 흡착된 방사성 물질을 용출시키는 제1 용출단계(S200); 상기 용출된 방사성 물질과 pH 2 이하의 염산 용액을 음극망 및 양극판이 구비된 전착조에 공급하고 전기분해하여 음극망(71)에 방사성 물질을 석출시키고 양극판(72)에서 염소가스를 발생시키는 전기분해단계(S300); 상기 전기분해단계에서 발생한 염소가스는 스크랩퍼에서 포집하고 물에 용해시켜 pH 2 이하의 염산 용액을 제조하고 전착조로 공급하는 포집단계(S400); 상기 전기분해단계(S300) 및 포집단계(S400)의 염산 용액을 용해조로 공급하여 상기 제1 용출단계(S200)를 진행하는 제2 용출단계(S500); 상기 제1 용출단계(S200), 전기분해단계(S300), 포집단계(S400) 및 제2 용출단계(S500)를 방사성 폐이온교환수지에 흡착된 방사성 물질을 제거할 때까지 반복하는 제3 용출단계(S600); 및 상기 제3 용출단계(S600)에 의하여 방사성 물질이 제거된 폐이온교환수지를 회수하는 회수단계(S700)를 포함하는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 폐이온교환수지는 양이온교환수지 또는 혼합이온교환수지 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 폐이온교환수지 또는 폐활성탄 처리 방법.
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