KR101655416B1 - 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유동화제를 혼합하여 폐기물을 액상화 한 후 고형화 처리하되, 암모니아가 함유된 폐기물의 암모니아를 추출하여 처리함으로써, 환경 오염을 최소화하고 영구 처분장 관리 기준 만족도를 높인 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법에 관한 것이다.
이를 위해, (a) 방사성 폐기물이 공급되는 단계;(b) 방사성 폐기물에 유동화제를 혼합하여 액상화하는 1차 혼합단계;(c) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아 함유 방사성 폐기물인 경우, 가열하여 암모니아를 활성화시키는 단계;(d) 활성화된 암모니아 가스를 포집하는 단계;(e) 포집된 암모니아 가스를 중화하는 단계;(f) 중화된 암모니아수를 증발 농축시키는 단계:를 포함하되, (b-1) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아가 함유되지 않은 기타 폐기물인 경우, 건식 폐기물 여부를 구분하는 단계;(b-2) 건식 폐기물인 경우 물을 더 혼합하는 가수(加水)단계;(b-3) (d) 단계에서 암모니아 포집이 이루어지고 남은 폐기물을 재차 혼합하거나, (b-2)단계후 폐기물을 재차 혼합하는 2차 혼합단계;(b-4) (b-3) 단계후 폐기물에 고화제를 혼합하는 3차 혼합단계;(b-5) 고화된 폐기물을 포장하는 단계:를 더 포함하며, 상기 2차 혼합단계 후 폐기물에 고화제를 혼합하기 전, 폐기물의 방사능 농도를 측정하기 위해 시료를 채취하는 단계를 수행하며, 상기 (a)단계에서 방사성 폐기물은 이중 자켓 구조로 이루어진 챔버 내에 공급되며, 상기 (c)단계에서 암모니아 함유 방사성 폐기물에 대한 가열은, 이중 자켓의 챔버 가열을 통한 간접방식으로 이루어지며, 가열되고 있는 암모니아 함유 방사성 폐기물에 물을 보충시키는 과정을 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서의 암모니아 포집은 물 분사를 이용해 기체를 포집하는 습식 스크러버를 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법을 제공한다.

Description

암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법{A ammonia-containing radioactive waste solidification method}

본 발명은 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 암모니아가 함유된 방사성 폐기물 처리에 있어서, 방사성 폐기물로부터 암모니아를 추출하여 처리할 수 있도록 한 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법에 관한 것이다.

방사성 폐기물이란 원자력 관련시설, 연구, 산업, 및 의학용도로 방사성 물질을 사용하는 과정에서 발생하는 방사성 동위원소를 함유하는 폐기물을 총체적으로 말한다.

특히, 원자력 관련시설에서는 시설의 운영 중에 불가피하게 다양한 종류의 방사성 폐기물이 발생되며, 이들 방사성 폐기물 내의 방사성 물질로부터 환경이 오염되는 것을 방지하기 위하여 인간 환경권으로부터 완벽히 고립시켜 집중 관리될 수 있도록 다양한 방법으로 컨디셔닝(conditioning)하는데, 그 중 대표적인 것이 고화매질을 이용하여 방사성핵종을 함유한 방사성 폐기물을 한 개의 덩어리(고화체)로 만들어 영구 처분장이라고 하는 한 곳에서 중앙 집중 관리하는 것이다.

한편, 상기한 원자력 관련시설에서 핵연료를 제조하는 과정에서 발생한 방사성 폐기물들은 수분이 함유된 습식의 방사성 폐기물과, 수분이 거의 함유되지 않은 건식의 폐기물이 발생하며, 습식 폐기물로는 암모니아를 함유하고 있는 석회침전물 폐기물과, NaF폐기물 등이 있다.

즉, 상기한 암모니아를 함유하는 습식의 폐기물들은 핵연료 제조 과정에서 발생하는 부산물로서, 종래에는 암모니아를 함유한 상태의 습식 폐기물은 원자력 관련시설에 보관되고 있었으며, 상기한 습식 폐기물을 영구 처분장으로 반입시키기 위해서는 암모니아의 처리가 반드시 필요한 실정임에도 불구하고, 암모니아 제거를 위한 특별한 시설 및 방안이 마련되어 있지 않은 실정이다.

따라서, 환경 오염을 가중시킬 수 있으며, 암모니아 악취로 인해 영구 처분장에서의 처리 기준을 충족시키지 못하는 문제가 있었다.

대한민국 등록번호 제10-1146176호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 암모니아가 함유된 방사성 폐기물 처리에 있어서, 암모니아를 추출하여 처리함으로써 환경 오염을 최소화하고, 영구 처분장의 관리 기준을 만족시킬 수 있도록 한 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, (a) 방사성 폐기물이 공급되는 단계;(b) 방사성 폐기물에 유동화제를 혼합하여 액상화하는 1차 혼합단계;(c) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아 함유 방사성 폐기물인 경우, 가열하여 암모니아를 활성화시키는 단계;(d) 활성화된 암모니아 가스를 포집하는 단계;(e) 포집된 암모니아 가스를 중화하는 단계;(f) 중화된 암모니아수를 증발 농축시키는 단계:를 포함하되, (b-1) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아가 함유되지 않은 기타 폐기물인 경우, 건식 폐기물 여부를 구분하는 단계;(b-2) 건식 폐기물인 경우 물을 더 혼합하는 가수(加水)단계;(b-3) (d) 단계에서 암모니아 포집이 이루어지고 남은 폐기물을 재차 혼합하거나, (b-2)단계후 폐기물을 재차 혼합하는 2차 혼합단계;(b-4) (b-3) 단계후 폐기물에 고화제를 혼합하는 3차 혼합단계;(b-5) 고화된 폐기물을 포장하는 단계:를 더 포함하며, 상기 2차 혼합단계 후 폐기물에 고화제를 혼합하기 전, 폐기물의 방사능 농도를 측정하기 위해 시료를 채취하는 단계를 수행하며, 상기 (a)단계에서 방사성 폐기물은 이중 자켓 구조로 이루어진 챔버 내에 공급되며, 상기 (c)단계에서 암모니아 함유 방사성 폐기물에 대한 가열은, 이중 자켓의 챔버 가열을 통한 간접방식으로 이루어지며, 가열되고 있는 암모니아 함유 방사성 폐기물에 물을 보충시키는 과정을 더 포함하고, 상기 (d) 단계에서의 암모니아 포집은 물 분사를 이용해 기체를 포집하는 습식 스크러버를 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법을 제공한다.

삭제

삭제

삭제

또한, 상기 (f)단계 후, 황산암모늄((NH4)2SO4)이 석출될 수 있도록, 상기 (e) 단계에서, 황산(H2SO4)을 혼합하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법은 다음과 같은 효과가 있다.

방사성 폐기물을 고형화 처리하는 과정에서, 폐기물에 함유된 암모니아를 포집하여 증발 농축 처리함으로써, 환경 오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 암모니아 제거로 인한 악취 발생 방지로 인해, 영구 처분장 반입 기준의 만족도를 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법을 나타낸 개념도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법을 나타낸 순서도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법에 대하여 설명하도록 한다.

암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법은 습식 폐기물에 함유된 암모니아를 포집 처리한 후, 방사성 폐기물을 고형화 처리한 기술적 특징이 있다.

이와 같이 폐기물에 함유된 암모니아를 처리한 후에, 폐기물을 고형화 처리함으로써 환경오염을 줄일 수 있으며, 악취를 방지할 수 있어 영구 처분장에서의 보관 처리가 수월해질 수 있다.

이와 같은 방사성 암모니아 폐기물을 처리하기 위한 일련의 과정은 다음과 같다.

먼저, 방사성 폐기물이 공급된다.(S100)

이때, 방사성 폐기물은 드럼 단위로 공급되며, 방사성 폐기물은 슬러지 타입의 습식 폐기물이거나 함수량이 낮은 건식 폐기물로 공급된다.

이때, 방사성 폐기물을 수용하는 각 드럼은 덮개가 개방된 상태로 챔버에 공급된다.

다음으로, 챔버 내로 공급된 각 드럼에 유동화제를 투입하여, 폐기물과 혼합시키는 1차 혼합단계를 수행한다.(S200)

이는 습식 또는 건식의 방사성 폐기물을 액상화하기 위한 것으로서, 유동화제를 혼합하여 방사성 폐기물을 액상화함으로써 추후, 암모니아 추출 및 고형화 작업이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 사용되는 유동화제는 특정의 것으로 한정되지는 않으며, 공지된 기술의 유동화제이면 무방하다.

이때, 방사성 폐기물에 유동화제와 함께 물을 혼합하여 폐기물의 액상화를 촉진 시킬수도 있으나, 이는 추후 폐기물 고형화 작업시 경도가 낮아질 수 있으므로 유동화제만을 혼합하는 것이 바람직하다.

물론, 건식 폐기물에는 가수 작업을 통해 함수량을 높이는 것이 바람직하며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

한편, 챔버 내로 공급된 방사성 폐기물은, 폐기물이 발생한 공급처에 따라 암모니아가 함유된 암모니아 폐기물과 암모니아가 함유되지 않은 기타 폐기물로 구분된다.

암모니아 폐기물과 기타 폐기물은 각각, 폐기물 별로 처리공정이 이루어지는데, 먼저 암모니아 폐기물 처리 공정에 대하여 살펴보도록 한다.

챔버 내에 유입된 암모니아 폐기물은 슬러지 형태의 습식 폐기물로 공급되며, 암모니아 폐기물은 1차 혼합단계를 통해 슬러지 형태에서 액상 형태로 가변된 상태이다.

다음으로, 상기 액상의 암모니아 폐기물이 투입된 챔버를 가열시키는 단계를 수행한다.(S300)

이와 같이 액상의 암모니아 폐기물이 가열되면 암모니아는 활성화되므로, 암모니아 폐기물로부터 암모니아 추출이 용이하게 이루어지게 된다.

이때, 암모니아 폐기물에 대한 가열은 간접방식으로 이루어짐이 바람직하다.

즉, 액상의 암모니아 폐기물에 열을 직접 가하는 것이 아니라, 이중 자켓 구조로 이루어진 챔버를 가열하여 상기 챔버에 가해진 열을 통해 암모니아 폐기물의 암모니아 활성화 과정이 이루어지도록 한 것이다.

이때, 가열 온도는 40℃임이 바람직하다.

이는, 암모니아의 활성화가 가장 활발하게 이루어지는 온도는 36℃이므로, 외부 환경을 고려하여 가열온도는 40℃를 유지하게 하는 것이 바람직하다.

이때, 가열되는 과정에서 활성화된 암모니아 가스가 추출되면서, 암모니아 폐기물의 함수량은 줄어들 수 있는데, 이를 보충하기 위해 암모니아 폐기물에 물을 보충해주는 것이 바람직하다.

이와 같은 물 보충은, 암모니아 폐기물의 함수량을 유지시키고, 암모니아 폐기물이 가열되는 온도를 유지해주는 효과가 있다.

한편, 유동화제를 혼합하는 1차 혼합단계와, 암모니아 폐기물의 가열시간은, 온도와 환경에 따라 대략 12시간에서 24시간임이 바람직하다.

다음으로, 액상의 암모니아 폐기물이 가열되는 과정에서 활성화된 암모니아 가스는 암모니아 처리공정으로 이송되고, 암모니아 가스는 스크러버(wet scrubber)를 통해 포집된다.(S400)

스크러버는 물 분사를 이용해 기체를 포집하는 장치로서, 공지된 기술의 스크러버 구성 및 작용과 동일하므로 스크러버에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

한편, 스크러버에 의해 포집된 암모니아는 물과 혼합된 암모니아 폐액으로 수집조에 수집된다.

다음으로, 스크러버에 의해 포집된 암모니아 폐액을 중화시키는 단계를 실시한다.(S500)

이때 상기 중화 과정은, 암모니아 폐액이 수집된 수집조에 황산(H2SO4)을 투입하는 과정을 통해 이루어진다.

다음으로, 중화된 암모니아 폐액을 증발 농축 처리하는 단계를 실시한다.(S600)

상기 암모니아 폐액은 일련의 단계를 거쳐 암모니아 폐기물로부터 암모니아만 추출된 폐액으로서, 이를 최종 증발 농축 처리함으로써 암모니아 폐기물로부터 암모니아 처리가 이루어지는 것이다.

이때, 수집조의 암모니아 폐액을 증발 농축기에 이송하고, 증발 농축기를 운전하여 암모니아 폐액을 증발 농축시킨다

이때, 증발 농축기를 통한 증발 농축 과정은 증발 농축기의 감압 운전을 통해 이루어짐이 바람직하다.

이는, 증발 농축기의 감압 운전을 통해, 암모니아 폐액의 끓는 점을 낮춰 에너지 효율성을 높이기 위한 것이다.

한편, 상기와 같이 증발 농축기를 통해 암모니아 폐액의 증발 농축이 이루어지는 과정에서, 황산암모늄((NH4)2SO4)이 석출된다.

황산암모늄은 암모니아 폐액이 증발 농축되면서 생성된 결정체로서, 별도의 처리시설로 운반 처리된다.

이로써, 암모니아 폐기물로부터 암모니아를 추출하여 처리하는 일련의 처리공정이 완료된다.

한편, 1차 혼합이 이루어진 방사성 폐기물 중, 암모니아가 함유되지 않은 기타폐기물 처리에 대한 공정을 살펴보도록 한다.

기타폐기물은 슬러지 타입의 습식 폐기물과, 함수량이 낮은 건식 폐기물로 구분된다.

이때, 1차 혼합단계를 통해 방사성 폐기물이 공급되고, 그 방사성 폐기물의 건식 여부를 판단하는 단계를 수행한다.(S210)

이후, 건식 폐기물인 경우, 1차 혼합단계에서 유동화제와 함께 물을 더 추가하는 가수(加水) 공정을 실시한다.(S210)

즉, 본 발명에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리는, 함수량이 높은 습식 폐기물에는 유동화제만 혼합하고, 함수량이 낮은 건식 폐기물에는 물과 유동화제를 함께 혼합하여 함수량을 조절하는 것이다.

통상적으로 습식 폐기물의 함수량이 30%~50%임을 고려할 때, 건식 폐기물에는 함수량이 30%~50%가 되도록 물을 추가하는 가수(加水) 작업을 실시하는 것이다.

이때, 가수 공정을 포함하는 1차 혼합단계는, 암모니아를 추출하기 위한 가열 작업이 생략될 수 있으므로, 대략 10분~30분 정도 소요되는 것이 바람직하다.

다음으로, 챔버 내에서 1차 혼합단계가 완료된 후에는, 2차 혼합단계를 실시한다.(S230)

1차 혼합단계에서의 공정이, 폐기물 고형화 작업을 위한 전처리 과정에서 이루어지는 혼합 공정이었다면, 2차 혼합단계는 폐기물 고형화를 위한 본격적인 혼합공정이라 할 수 있다.

이때, 2차 혼합단계는 별도의 혼합기를 통해 실시되며, 혼합 시간은 10분 정도 소요됨이 바람직하다.

다음으로, 2차 혼합이 완료된 폐기물의 시료를 채취한다.(S240)

이는, 폐기물의 방사능 농도를 측정하기 위한 것으로서, 이때, 측정된 시료의 방사능 농도는 폐기물 처리시 데이터로서의 의미를 갖는다.

다음으로, 2차 혼합이 완료된 폐기물을 고화제와 혼합시키는 3차 혼합 단계를 실시한다.(S250)

이는 액상의 폐기물을 최종적으로 고형화시키기 위한 과정으로서, 고화제 혼합을 통해 액상 폐기물을 고형화시킴으로써, 폐기물 처리에 대한 효율성을 높이기 위함이다.

다음으로, 3차 혼합이 완료된 폐기물을 계량하여, 각 드럼 단위로 포장하는 단계를 실시한다.(S260)

이후, 포장된 드럼은 영구 처분장으로 운반되어 보관된다.

한편, 상기한 일련의 공정 과정에서, 고화제 투입 또는 가수 과정에서 분진이 발생할 수 있는데, 이때 집진기를 마련하여 분진을 제거하는 공정이 수행된다.

지금까지 암모니아 폐기물의 암모니아 처리 공정과, 방사성 폐기물의 고형화 처리 공정에 대하여 살펴보았다.

이때, 암모니아 폐기물의 암모니아 처리 공정에서, 암모니아 폐기물은 가열 공정(S300)에 의해 암모니아가 추출되어 암모니아 농도가 기준치 미만을 갖는 액상의 폐기물이 된다..

이는, 암모니아가 함유되지 않은 액상의 폐기물로서, 이러한 액상 폐기물은 펌핑되어 2차 혼합단계(S230)가 이루어지는 혼합기로 이송된다.

이후, 혼합기에 이송된 액상 폐기물은 일련의 고형화 공정을 통해 기타폐기물의 고형화 공정과 동일하게 처리된다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법은 유동화제 또는 물을 혼합하여 폐기물을 액상화한 후 처리한 기술적 특징이 있다.

특히, 암모니아가 함유된 방사성 폐기물을 처리하는 과정에서, 방사성 폐기물로부터 임모니아를 추출하여 처리함으로써 환경오염을 최소화할 수 있으며, 영구 처분장 관리 기준의 만족도를 높일 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (5)

1. (a) 방사성 폐기물이 공급되는 단계;
   (b) 방사성 폐기물에 유동화제를 혼합하여 액상화하는 1차 혼합단계;
   (c) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아 함유 방사성 폐기물인 경우, 가열하여 암모니아를 활성화시키는 단계;
   (d) 활성화된 암모니아 가스를 포집하는 단계;
   (e) 포집된 암모니아 가스를 중화하는 단계;
   (f) 중화된 암모니아수를 증발 농축시키는 단계:를 포함하되,
   (b-1) 1차 혼합된 액상의 방사성 폐기물이 암모니아가 함유되지 않은 기타 폐기물인 경우, 건식 폐기물 여부를 구분하는 단계;
   (b-2) 건식 폐기물인 경우 물을 더 혼합하는 가수(加水)단계;
   (b-3) (d) 단계에서 암모니아 포집이 이루어지고 남은 폐기물을 재차 혼합하거나, (b-2)단계후 폐기물을 재차 혼합하는 2차 혼합단계;
   (b-4) (b-3) 단계후 폐기물에 고화제를 혼합하는 3차 혼합단계;
   (b-5) 고화된 폐기물을 포장하는 단계:를 더 포함하며,
   상기 2차 혼합단계 후 폐기물에 고화제를 혼합하기 전, 폐기물의 방사능 농도를 측정하기 위해 시료를 채취하는 단계를 수행하며,
   상기 (a)단계에서 방사성 폐기물은 이중 자켓 구조로 이루어진 챔버 내에 공급되며,
   상기 (c)단계에서 암모니아 함유 방사성 폐기물에 대한 가열은, 이중 자켓의 챔버 가열을 통한 간접방식으로 이루어지며, 가열되고 있는 암모니아 함유 방사성 폐기물에 물을 보충시키는 과정을 더 포함하고,
   상기 (d) 단계에서의 암모니아 포집은 물 분사를 이용해 기체를 포집하는 습식 스크러버를 통해 이루어진 것을 특징으로 하는 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 (f)단계 후, 황산암모늄((NH4)2SO4)이 석출될 수 있도록, 상기 (e) 단계에서, 황산(H2SO4)을 혼합하는 것을 특징으로 하는 암모니아 함유 방사성 폐기물 고형화 처리방법.

Images