KR101704700B1 - 방사성물질 제염방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복잡한 형상을 갖는 원자력 발전소의 열교환기를 분해나 절단하지 않고도 내부의 유로 상에 침적된 방사성물질을 제염처리하여 제거할 수 있고, 또한, 축출수에 염산을 주입하여 방사성물질을 제염처리하기 때문에 배출이전에 pH조절만 하여 환경기준을 준수할 수 있는 방사성물질 제염방법 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 방사성물질 제염방법은, 방사성물질이 내부에 침적된 관형부재의 방사성물질 제염방법으로서, a) 상기 관형부재의 유로를 통해 방사선물질 축출용 축출수를 순환시켜 유로 내벽에 침적된 방사성물질을 축출하는 단계; 및 b) 상기 관형부재의 유로에서 상기 축출수를 배출시킨 후 상기 축출수에 포함된 방사성물질을 제거하는 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

방사성물질 제염방법{DECONTAMINATION METHOD FOR RADIOACTIVE CONTAMINATION}
본 발명은 방사성물질 제염방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 복잡한 형상을 갖는 원자력 발전소의 열교환기를 분해나 절단하지 않고도 내부의 유로 상에 침적된 방사성물질을 제염처리하여 제거할 수 있고, 또한, 축출수에 염산을 주입하여 방사성물질을 제염처리하기 때문에 배출이전에 pH조절만 하여 환경기준을 준수할 수 있는 방사성물질 제염방법에 관한 것이다.
세계적으로 원자력발전 선진국들은 이제 한계수명에 도달한 원자력시설들을 해체해야 할 시점에 놓여있다.
이 일을 체계적으로 수행하기 위해 프랑스에서는 CIDEN를 설립하여 해체관리 업무를 전담시키고, 영국은 NDA (원자력시설 해체사업공사)를 2005년에 설립해 국가차원에서 종합적으로 정책 및 사업계획을 수립해 가고 있다.
우리나라도 방사성폐기물관리공단을 설립하여 체계적으로 방사성폐기물을 관리해 나갈 여건이 조성되었다. 한국은 1970년대 후반부터 시작한 상용 원자력발전이 원자로 설계수명기한인30년을 지나가고, 연구용원자로인 TRIGA 도 퇴역함에 따라, 원자력시설 제염해체가 실제적인 문제로 대두되기 시작했다.
고리 1호기가 법적 수명을 다하는 2017년 이후에 원자력발전소의 해체사업을 본격적으로 수행하기 위해서는 지금부터 관련기술의 연구개발 및 확보, 정책방향 수립 등의 준비작업을 철저히 수행해야 할 것이다.
원자력시설 해체 시에는 많은 양의 방사성폐기물이 발생하며, 금속, 콘크리트, 토양 등 그 종류 또한 다양하다.
그 중에서 고급재료인 금속류를 재활용할 수 있다면 폐기물의 양을 크게 줄일 수 있을 뿐 아니라 자원재활용의 경제/ 환경적 이익이 크므로 각국에서 관련기술을 열심히 개발하고 있다.
한편, 원자력시설의 해체를 진행함에 있어 해체대상의 기기 등에 부착하고 있는 방사성물질을 해체의 전후에 있어 제거하는 작업이 실시된다.
해체 전에 실시되는 것은 해체전 플랜트제엄이라고 부르며 해체작업현장의 공간선량을 내리고 작업원의 피폭선량을 저감시키는 것이 주목적이다. 이에 비해 해체후에 실시되는 것은 해체후 제염이라고 부르며 폐기물의 보관관리를 쉽게 하고 더욱이 일부 폐기물의 재이용을 가능하게 하여 방사성폐기물의 저감을 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.
해체전 플랜트제염은 그 현장에 제염장치를 반입하거나 또는 기존의 기기를 대용하여 플랜트 그대로를 제염하는데 비해 해체후 제염은 운반이 용이한 크기로 절단한 기기를 제염장치의 설치장소로 반입하여 그 곳에서 제염하는 것이 통상이다.
한편, 도 1은 원자력 발전소의 구성을 간략히 도시한 구성도로서, 도 1을 참조하면, 원자력발전소는 원자로 용기(101), 1차 냉각계통(103), 열교환기(또는 증기발생기, 105), 2차 냉각계통(107), 터빈(109), 발전기(111) 및 응축기(113)를 포함한다. 원자로 용기(101) 내의 핵연료의 연쇄반응에 의해 발생하는 열이 1차 냉각계통(103) 상의 물을 데운다. 열교환기(또는 증기발생기, 105)는 1차 냉각계통(103)상의 냉각재가 가진 열 에너지를 이용하여 2차 냉각계통(107)상의 물을 증기로 변화시키고, 열교환기(또는 증기발생기, 105)에서 발생한 고압의 증기가 터빈(109)을 돌리면 터빈(109)에 축 연결된 발전기(111)가 발전하게 된다. 터빈(109)을 통과한 증기는 응축기(113)에서 다시 물로 냉각되어 열교환기(또는 증기발생기, 105)로 공급된다.
상술한 바와 같이, 원자력 발전소를 구성하는 열교환기(또는 증기발생기, 105)는 원자로 용기(101) 내의 핵연료에 접촉되는 물이 순환되기 때문에 방사성물질에 고농도로 노출됨은 물론 내부에 복잡한 관형 부재로 구성된 유로를 갖도록 형성됨에 따라 해체 전에 제염하기가 어려운 점이 있다.
따라서, 열교환기(또는 증기발생기)와 같이 복잡한 구조를 갖는 시설에 대해 해체전에 효과적으로 방사성물질을 제거할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
제1회 방사성폐기물 처리기술 워크샵
(TRIGA 연구로 해체를 위한 원자로 냉각계통 제염기술 개발)
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 복잡한 형상을 갖는 원자력 발전소의 열교환기를 분해나 절단하지 않고도 내부의 유로 상에 침적된 방사성물질을 제염처리하여 제거할 수 있고, 또한, 축출수에 염산을 주입하여 방사성물질을 제염처리하기 때문에 배출이전에 pH조절만 하여 환경기준을 준수할 수 있는 방사성물질 제염방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방사성물질 제염방법은, 방사성물질이 내부에 침적된 관형부재의 방사성물질 제염방법으로서, a) 상기 관형부재의 유로를 통해 방사선물질 축출용 축출수를 순환시켜 유로 내벽에 침적된 방사성물질을 축출하는 단계; 및 b) 상기 관형부재의 유로에서 상기 축출수를 배출시킨 후 상기 축출수에 포함된 방사성물질을 제거하는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 상기 축출수에는 염산이 함유되되, 상기 염산의 농도는 소정시간마다 증가되도록 하고, 상기 염산의 최대 농도는 10%를 넘지 않는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 a) 단계는, a1) 축출수를 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계; a2) 상기 순환되는 축출수에 염산을 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계; a3) 상기 순환되는 축출수에 염산을 추가로 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계; 및 a4) a3) 과정을 반복하여 실행하는 단계;를 포함하여 이뤄지고, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하는 경우, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10- 1Bq/g를 초과하는 경우, 상기 축출수의 염산농도가 10%를 초과하는 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 해당되면 상기 b) 단계를 실행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하는 경우, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10- 1Bq/g를 초과하는 경우, 상기 축출수의 염산농도가 10%를 초과하는 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 해당되면, 상기 축출수를 역방향으로 일정시간 역순환시킨 후 상기 b) 단계를 실행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 소정시간은 24시간이고, 상기 a3) 단에서 주입되는 추가로 주입되는 염산은 염산 농도를 0.5% 증가시키는 용량인 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 a) 단계에서, 상기 축출수는 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구를 통해 주입되어 상기 관형부재의 높은 부위에 형성된 제2출입구를 통해 배출된 후 다시 상기 제1출입구로 주입되도록 순환되고, 상기 b) 단계에서, 상기 축술수의 배출은 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구를 통해 배출되고 상기 제2출입구에는 에어를 주입하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 b) 단계는, 상기 축출수에 포함된 세슘과 코발트를 제거하는 제1침전단계; 및 상기 제1침전단계를 거친 축출수의 상징수(上澄水)를 공급받아 남아있는 코발트를 제거하는 제2침전단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제1침전단계는, 상기 축출수에 CoCl2를 주입하여 축출수의 Co 농도가 50~200 PPM이 되게 하고, 치환제인 Na4[Fe(CN)6] 또는 K4[Fe(CN)6]를 적어도 600 PPM 첨가하여 축출수 중의 방사성 Co와 주입된 비 방사성 Co가 Na+ 또는 K+와 치환되도록 하며, CsCl을 50~200 PPM 주입하여 Na2Co[Fe(CN)6]의 Co가 Cs로 치환되도록 하고, NaOH를 주입하여 pH가 8.5~9.5가 되도록 조정한 후 침전물(Na2Cs2[Fe(CN)6] 또는 K2Cs2[Fe(CN)6])이 침전되도록 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2침전단계는, 상기 축출수의 pH가 11~12가 되도록 조절하는 단계; 및 침전되는 침전물을 제거하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2침전단계 이후에, 상기 축출수에 HCl을 주입하여 pH를 6.5 이상, 8.5 미만으로 조절하는 중화단계;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제2침전단계 이후에, 상기 축출수의 방사선 농도를 측정하여 기준치 초과인 경우에는 상기 제1침전단계 및 제2침전단계를 반복 실행하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 관형부재는 원자력 발전소의 해체전 폐 열교환기인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 복잡한 형상을 갖는 원자력 발전소의 열교환기를 분해나 절단하지 않고도 내부의 유로 상에 침적된 방사성물질을 제염처리하여 제거할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 축출수에 염산을 주입하여 방사성물질을 제염처리하기 때문에, 배출이전에 pH조절만 하여 환경기준을 준수할 수 있으므로, 후공정이 간편하다는 이점이 있다.
또한, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10- 1Bq/g를 초과하는 경우에, 축출수를 배출하여 방사성물질을 제거하는 과정을 반복적으로 실행하는 방식으로 방사성물질을 제염처리함에 따라 방사성물질의 농도가 높지 않은 상태에서 처리를 하게 되므로 안전성면에서 유리한 이점이 있다.
또한, 축출수의 배출은 일정시간 동안 역순환시킨 후 배출함에 따라 내부에 누적된 방사성 슬러지(Sludge)를 제거하는 장점이 있다.
또한, 열교환기의 낮은 부위에서 높은 부위로 축출수를 순환시킴에 따라 축출수를 순환시키는 초기에 유로 내부의 에어를 쉽게 배출시킬 수 있고, 이를 통해 축출수가 유로의 내벽과 잘 접촉되어 처리효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 원자력 발전소의 구성을 간략히 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 방사성물질 제염방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방사성물질 제염방법의 축출과정을 도시한 순서도이다.
도 4는 원자력 발전소의 열교환기를 도시한 개략도이다.
본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 방사성물질의 제염방법은, 도 4의 원자력 발전소의 해체전 폐 열교환기 등과 같은 관형부재의 내부 유로에 침적된 방사성물질을 제거하기 위한 제염방법이다.
상기 방사성물질의 제염방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, a) 상기 관형부재의 유로를 통해 방사선물질 축출용 축출수를 순환시켜 유로 내벽에 침적된 방사성물질을 축출하는 단계 및 b) 상기 관형부재의 유로에서 상기 축출수를 배출시킨 후 상기 축출수에 포함된 방사성물질을 제거하는 단계를 포함하여 이뤄진다.
구체적으로, 상기 축출수는 상기 관형부재인 원자력 발전소의 폐 열교환기의 내부 유로를 순환하면서 상기 내부 유로 상에 침적된 방사성물질에 축출될 수 있도록 기능한다. 상기 축출수는 염산을 함유하며, 최대 농도는 10%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 이는, 상기 염산의 농도가 10%를 초과하게 되면 상기 축출수에 의해 관형부재의 금속 성분이 과도하게 추출되기 때문이다.
상기 a) 단계는, a1) 축출수를 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계, a2) 상기 순환되는 축출수에 염산을 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계, a3) 상기 순환되는 축출수에 염산을 추가로 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계 및 a4) a3) 과정을 반복하여 실행하는 단계를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 a) 단계에서, 상기 축출수는 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구(도 4의 A1 또는 A2)를 통해 주입되어 상기 관형부재의 높은 부위에 형성된 제2출입구(도 4의 B1 또는 B2)를 통해 배출된 후 다시 상기 제1출입구로 주입되도록 순환되는 것이 바람직하다.
이는, 낮은 부위에서 부터 축출수가 점차 차오르면서 높은 부위로 배출되도록 함에 따라 유로 내부에 출출수가 빈틈없이 채워지면서 유로 내부 전체에 축출수가 채워질 수 있도록 하기 위함이다.
상기 a1) 단계에서는, 순수한 물로 이뤄진 축출수를 24시간 동안 순환시켜 상기 폐 열교환기기의 내부 유로를 순환시키면서 유로 상의 불순물을 배출하고, 유로의 크랙 유무를 판단하게 된다.
한편, 24시간이 지난 후에 축출수의 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하고, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하거나 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10-1Bq/g를 초과하면 상기 b) 단계를 실행하고, 그렇지 않으면 a2) 단계를 진행한다.
상기 a2) 단계에서는 상기 축출수에 염산을 주입하며, 상기 주입되는 염산의 주입량은 상기 축출수의 염산 농도가 0.5%가 되도록 하는 용량이다.
염산을 주입한 후 24시간 동안 순환시켜 상기 폐 열교환기기의 내부 유로에 고착된 방사성물질을 추가적으로 제거하게 된다.
한편, 24시간이 지난 후에 축출수의 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하고, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하거나 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10-1Bq/g를 초과하면 상기 b) 단계를 실행하고, 그렇지 않으면 a3) 단계를 진행한다.
상기 a3) 단계에서는 상기 축출수에 염산을 추가적으로 주입하며, 상기 주입되는 염산의 주입량은 상기 축출수의 염산 농도가 0.5% 증가되도록 하는 용량이다.
염산을 추가적으로 주입한 후 24시간 동안 순환시켜 상기 폐 열교환기기의 내부 유로에 고착된 방사성물질을 추가적으로 제거하게 된다.
한편, 24시간이 지난 후에 축출수의 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하고, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하거나 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10-1Bq/g를 초과하면 상기 b) 단계를 실행하고, 그렇지 않으면 a3) 단계를 반복적으로 실행한다.
즉, 상기 축출수의 염산 농도가 0.5% 증가되도록 염산을 추가적으로 주입한 후 24시간을 순환시킨 후 축출수의 Fe 농도와 방사선 농도를 측정하고, 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하거나 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10- 1Bq/g를 초과하면 상기 b) 단계를 실행하고, 그렇지 않으면 지속적으로 반복하는 것이다.
이때, a3) 단계를 반복적으로 실행함에 따라 상기 염산의 농도는 점차 높아지게 되는데, 상기 염산의 최대 농도는 10%를 넘지 않는 것이 바람직하며, 이는 염산의 농도가 과도하게 높아지면 축출되는 물질에 Fe 성분이 과도하게 많아져 후처리가 어렵기 때문이다.
결과적으로, 상기 a1) 내지 a4) 단계를 진행하는 중 상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하는 경우, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10- 1Bq/g를 초과하는 경우, 상기 축출수의 염산농도가 10%를 초과하는 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 해당되면 상기 b) 단계를 실행하는 것이다.
한편, 상기 b) 단계에서, 상기 축술수의 배출은 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구를 통해 배출되고 상기 제2출입구에는 에어를 주입하는 것이 바람직하며, 이는, 축출수의 자중에 의해 제1출입구로 자연스럽게 배출될 수 있도고 함과 동시에 제2출입구로 주입된 에어에 의해 원활한 배출이 유도될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 b) 단계를 실행하기 이전에 상기 축출수를 역방향으로 일정시간 역순환시킨 후 상기 b) 단계를 실행하는 것이 바람직하며, 이는 내부에 누적된 방사성 슬러지(Sludge)를 제거하는 이유 때문이다.
상술한 바와 같이, 상기 a) 단계를 통해 원자력 발전소의 해체전 폐 열교환기로부터 배출된 축출수에 포함된 방사성물질을 제거하는 b) 단계에 대해 설명하도록 한다.
상기 b) 단계는, 상기 축출수에 포함된 세슘과 코발트를 제거하는 제1침전단계 및 상기 제1침전단계를 거친 축출수의 상징수(上澄水)를 공급받아 남아있는 코발트를 제거하는 제2침전단계를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 제1침전단계는 상기 축출수에 CoCl2를 주입하여 축출수의 Co 농도가 50~200 PPM으로 조정하고(Fe 농도에 따라 용량이 조절됨), 치환제인 K4[Fe(CN)6] 또는 Na4[Fe(CN)6]를 적어도 600 PPM 첨가하여 K+ 또는 Na+가 Co와 치환되도록 한다.(제 1 반응식 참조)
(제 1 반응식)
K4[Fe(CN)6] + CoCl2 -> K2Co[Fe(CN)6] + 2KCl
Na4[Fe(CN)6] + CoCl2 -> Na2Co[Fe(CN)6] + 2KCl
치환제의 K+ 또는 Na+가 Co와 치환된 후, CsCl를 적어도 200 PPM을 첨가하여 치환제의 Co가 Cs와 치환되도록 한다.(제 2 반응식 참조)
(제 2 반응식)
K2Co[Fe(CN)6] + 2CsCl -> K2Cs2[Fe(CN)6] + CoCl2
Na2Co[Fe(CN)6] + 2CsCl -> Na2Cs2[Fe(CN)6] + CoCl2
충분히 치환이 이뤄질 수 있도록 2시간 이상 믹싱(mixing)을 수행하며, 치환이 완료되면 침전이 용이하도록 NaOH를 주입하여 pH를 8.5~9.5로 조정한다.
pH조정 후 급속교반을 30분 이상 수행한 후 저속교반을 2시간 이상 수행 후 24시간 방치하여 충분한 침전이 수행되도록 한다.
상술한 바와 같은 과정에서, 상기 pH를 8.5 내지 9.5가 되도록 조절하는 것은, 침전을 용이하게 하기 위함이고, 상기 치환제를 적어도 600 PPM 첨가하는 것은 가능한 많은 양의 Co, Cs를 치환·침전시키기 위함이다.
대부분의 방사선 물질은 금속원소이며 99% 이상의 방사선 물질은 Co60(80%~90%), Cs137(10~20%)로 구성되어 있으므로, 방사선 물질 축출 시에는 HCl로 금속물질을 축출하여 축출된 방사선 용액에 비방사능 Co와 치환제인 Na4[Fe(CN)6]를 주입하여 이온화 경향에 따라 Na2Co[Fe(CN)6]로 치환시키고, Cs를 주입하여 Na2Cs2[Fe(CN)6]로 치환시킨다.
상술한 바와 같이, 치환된 Na2Co[Fe(CN)6]와 Na2Cs2[Fe(CN)6]용액은 NaOH를 주입하여 pH 8.5~9.5에서 공침시키며, 공침이 이뤄진 후 존재하는 Co+ 이온은 NaOH로 pH 11~12에서 Co(OH)2로 결합하여 침전시킨다.
이러한 내용을 화학 방정식으로 나타내면,
(1) 방사성물질 축출
M + HCl -> MCl2 + H2O + HCl
Co + HCl -> CoCl2 + H2O + HCl
(상기에서 M은 Fe, Co, Cs 등임)
(2) 비방사선 CoCl2 주입 및 치환제 주입
CoCl2 + H2O + HCl + Na4[Fe(CN)6]
-> Na2Co[Fe(CN)6] + FeCl2 + H2O + HCl
(3) 비방사선 CsCl 주입
Na2Co[Fe(CN)6] + FeCl2 + H2O + HCl + 2CsCl
-> Na2Co[Fe(CN)6] + Na2Cs2[Fe(CN)6] + FeCl2 + CoCl2 +HCl + H2O
(4) NaOH 주입 (pH 8.5~9.5)
Na2Co[Fe(CN)6] + Na2Cs2[Fe(CN)6] + FeCl2 + CoCl2 + NaOH
-> Na2Co[Fe(CN)6]↓ + Na2Cs2[Fe(CN)6]↓ +Fe(OH)2↓ + Co(OH)2↓ + NaCl + FeCl2 + CoCl2 + H2O + NaOH
(5) NaOH 주입 (pH 11~12)
FeCl2 + CoCl2 + H2O + NaOH + NaCl
-> Fe(OH)↓ + Co(OH)2↓ + NaCl + NaOH + H2O
상기 비방사성 코발트 염은 CoCl2를 사용할 수 있다. 실제로 방사성 폐액 내에 잔존하는 Co2 +의 농도가 매우 낮기 때문에, 비방사성 코발트 염을 첨가하여 방사성 폐액 내의 Co2+의 농도를 일정한 정도로 유지해야 한다. 왜냐하면, 제 1 반응식의 방사성 폐액 내의 Co2+의 농도가 일정 수준 이상으로 존재해야만 상기의 제 2 반응식 및 제 3 반응식의 정반응이 순차적으로 일어날 수 있는 K2CoFe(CN)6가 형성되기 때문이다.
상술한 바와 같은 제1침전단계를 거친 축출수의 상징수(上澄水)를 공급받아 남아있는 코발트를 제거하는 제2침전단계에 대해 설명한다.
상기 제2침전단계는 상기 축출수의 pH가 적어도 11~12가 되도록 조절하는 단계 및 침전되는 침전물을 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 제1침전단계를 거친 축출수에는 아직 코발트가 남아 있을 수 있기 때문에, pH를 11~12로 조절하여 코발트 성분이 침전될 수 있도록 한다.
pH 조절에 의해 하기의 반응식과 같이 코발트 성분이 침전된다.
FeCl2 + CoCl2 + NaOH -> Fe(OH)2↓ + Co(OH)2↓ + NaCl + NaOH
한편, 상기 제2침전단계 이후에, 상기 축출수의 방사선 농도를 측정하여 배출이 가능한 방사성 기준치를 초과한 경우에는 상기 제1침전단계 및 제2침전단계를 반복 실행하거나 미세필터를 통해 상기 축출수의 방사성물질을 필터링한 후 배출하게 된다.
한편, 상술한 바와 같이 제1침전단계 및 제2침전단계를 거친 이후에, 축출수를 배출하기 이전에 상기 축출수에 HCl을 주입하여 pH를 6.5 이상, 8.5 미만으로 조절하는 중화단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기에서 침전된 침전물을 증발 및 건조하여 중량을 감소시킨 후 별도의 방사성물질 저장소에 저장될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

Claims (12)

  1. 방사성물질이 내부에 침적된 관형부재의 방사성물질 제염방법으로서,
    a) 상기 관형부재의 유로를 통해 방사선물질 축출용 축출수를 순환시켜 유로 내벽에 침적된 방사성물질을 축출하는 단계; 및
    b) 상기 관형부재의 유로에서 상기 축출수를 배출시킨 후 상기 축출수에 포함된 방사성물질을 제거하는 단계;를 포함하며,
    상기 a) 단계는,
    a1) 축출수를 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계;
    a2) 상기 순환되는 축출수에 염산을 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계;
    a3) 상기 순환되는 축출수에 염산을 추가로 주입하고 소정시간 동안 순환시킨 후 Fe 농도과 방사선 농도를 측정하는 단계; 및
    a4) a3) 과정을 반복하여 실행하는 단계;를 포함하여 이뤄지고,
    상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하는 경우, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10-1Bq/g를 초과하는 경우, 상기 축출수의 염산농도가 10%를 초과하는 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 해당되면 상기 b) 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축출수에는 염산이 함유되되, 상기 염산의 농도는 소정시간마다 증가되도록 하고, 상기 염산의 최대 농도는 10%를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축출수의 Fe 농도가 0.5%를 초과하는 경우, 상기 축출수의 방사선 농도가 1×10-1Bq/g를 초과하는 경우, 상기 축출수의 염산농도가 10%를 초과하는 경우 중 적어도 어느 하나의 경우에 해당되면, 상기 축출수를 역방향으로 일정시간 역순환시킨 후 상기 b) 단계를 실행하는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소정시간은 24시간이고, 상기 a3) 단에서 주입되는 추가로 주입되는 염산은 염산 농도를 0.5% 증가시키는 용량인 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 축출수는 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구를 통해 주입되어 상기 관형부재의 높은 부위에 형성된 제2출입구를 통해 배출된 후 다시 상기 제1출입구로 주입되도록 순환되고,
    상기 b) 단계에서, 상기 축출수의 배출은 상기 관형부재의 낮은 부위에 형성된 제1출입구를 통해 배출되고 상기 제2출입구에는 에어를 주입하는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 축출수에 포함된 세슘과 코발트를 제거하는 제1침전단계; 및 상기 제1침전단계를 거친 축출수의 상징수(上澄水)를 공급받아 남아있는 코발트를 제거하는 제2침전단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1침전단계는,
    상기 축출수에 CoCl2를 주입하여 축출수의 Co 농도가 50~200 PPM이 되게 하고, 치환제인 Na4[Fe(CN)6] 또는 K4[Fe(CN)6]를 적어도 600 PPM 첨가하여 축출수 중의 방사성 Co와 주입된 비 방사성 Co가 Na+ 또는 K+와 치환되도록 하며, CsCl을 50~200 PPM 주입하여 Na2Co[Fe(CN)6]의 Co가 Cs로 치환되도록 하고, NaOH를 주입하여 pH가 8.5~9.5가 되도록 조정한 후 침전물(Na2Cs2[Fe(CN)6] 또는 K2Cs2[Fe(CN)6])이 침전되도록 하는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2침전단계는,
    상기 축출수의 pH가 11~12가 되도록 조절하는 단계; 및 침전되는 침전물을 제거하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2침전단계 이후에,
    상기 축출수에 HCl을 주입하여 pH를 6.5 이상, 8.5 미만으로 조절하는 중화단계;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2침전단계 이후에,
    상기 축출수의 방사선 농도를 측정하여 기준치 초과인 경우에는 상기 제1침전단계 및 제2침전단계를 반복 실행하는 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 관형부재는 원자력 발전소의 해체전 폐 열교환기인 것을 특징으로 하는 방사성물질 제염방법.
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