KR101904934B1 - 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법 - Google Patents

가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 관한 것으로서, 그 목적은 가동 중 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액을 중저준위 방사성폐기물에 대한 처분 인수기준을 충족하고, 2차 방사성폐기물의 발생을 최적화하고, 방사성 농축폐액의 건조분말을 비분산성이 되도록 펠렛화하는 것이며, 그 구성은 원심박막 증발건조 방식으로 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 농축폐액으로 부터 방사성 건조분말을 추출하는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계와; 상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계에서 추출된 방사성 건조분말을 예정된 형상 및 크기로 예비 성형체를 압축성형하는 압축성형단계와; 상기 압축성형단계에서 압축성형된 예비 성형체를 예정된 온도로 소결하여 최종소결성형체를 생성하는 소결성형단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법{A processing method for dispose radioactive concentrated waste occurred by in-service or closed Nuclear Power Plant}
본 발명은 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가동 중 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액을 중저준위 방사성폐기물에 대한 처분 인수기준을 충족시키고, 2차 방사성폐기물의 발생을 최적화하고, 방사성 농축폐액의 건조분말을 비분산성이 되도록 펠렛화 할 수 있도록 하는 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액체방사성폐기물은 방사성 물질을 이용하는 연구시설, 원자력연료를 이용하는 원자력발전소, 방사성 동위원소를 이용하는 의료기관 및 방사성 물질을 다루는 산업체 또는 학교 등에서 발생한다. 이러한 액체방사성폐기물은 액체 상태로 자연 환경에 폐기하거나 처분할 수 없으며, 임시 저장 하거나 처분하고자 할 때는 고체 형태로 변형하여 인도하여야 한다.
원전의 액체방사성폐기물처리계통은 “폐액증발기와 농축폐액 건조처리설비” 또는 “역삼투 패키지와 탈염설비”로 구성되어 있다. 농축폐액 건조처리설비는 폐액증발기에서 발생하는 농축폐액을 건조하여 처분이 용이하도록 고형화 하는 기능을 하며, 탈염설비는 원심분리기와 침지형 정밀여과기(MF) 및 역삼투압막 (RO)으로 구성된 역삼투 패키지로 전처리 한 방사성폐액을, 이온교환기를 통해 방사능을 제염하는 기능을 갖는다.
최근 특허등록된 선행기술로는 (주)이앤이의 “기계식 증기 재압축 증기를 이용한 방사성 폐액 처리 방법 및 그 장치(등록특허 제10-1241126호)”가 있으며, 그 구성은 1) 농축수가 열교환기에서 고온의 응축수로부터 열을 받아 가열되는 1차 승온 단계; 2) 상기 가열된 농축수가 폐액 농축 건조 장치의 상단에 위치한 농축수 유입단으로 유입되어 순환하는 동안, 고압증기 유입단의 고온고압증기의 잠열에 의해 농축수가 가열되는 2차 승온 단계; 3) 상기 2)단계에서 가열된 농축수가 제 1 농축수 흐름단으로 유입되어, 고압증기 유입단 및 고압증기흐름단을 순환하는 고온고압 증기의 잠열에 의해 가열되는 3차 승온단계; 4) 상기 3)단계에서 가열된 농축수가 제 2 농축수 흐름단에 유입되어 순환하는 동안, 고압증기 흐름단을 순환하는 고온고압 증기의 잠열에 의해 가열되는 4차 승온 단계; 5) 상기 4)단계에서 가열된 농축수가 액체 분배단을 통해 드럼 내부에 액적으로 분사되고, 농축수 안에 포함되어 있던 용존 고체 입자들이 건조분말로 생성되는 단계; 6) 상기 액적이 드럼 내부에서 저압의 증기로 변하여 액체분배단의 저압증기통로구를 통과하여 저압 증기흐름단으로 유입되는 단계;및 7) 상기 저압 증기 흐름단으로 유입된 저압 증기가 기계식 증기 재압축(MVR) 펌프에 의해 단열압축되어 고온고압의 증기 상태로 고압증기 유입단으로 재유입되는 단계로 구성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 선행기술은 증기 또는 전기식 밴드히터를 직접 가열방식으로 사용하거나 다중의 복합 열원으로 폐액의 순환유로를 형성하여 건조하는 기술 등이 개발되어 있으며, 에너지효율 향상을 위해 개발된 기계식 증기 재압축(MVR) 방식의 건조기술은 경제적이고 컴팩트한 설계가 가능하지만, MVR의 관리 및 유지보수에 상대적으로 많은 비용이 소요되고 최종 잔류물을 고형물로 건조할 수 없어 처분을 위해서는 별도의 건조가 필요하다는 단점이 있다.
액체 방사성폐기물의 처분을 위해서는 고체형태로 변경하여야 하므로 건조 및 고형화하여 처리하고 있으나, 고건전성용기에 포장하는 경우에는 고형화하지 않고 건조분말로 처분할 수 있다. 또한, 방사성폐기물 처분 인도 요건의 물리적특성에는 입자성물질은 비분산성이 되도록 처리하여 포장하여야 하므로 처분안정성 확보를 위해 과립화 또는 펠렛화 방법의 개발이 필요하다.
중저준위 방사성폐기물의 처분을 위한 고건전성용기(PC-HIC)는 국내 기술로 개발하여 2016년 정부의 설계승인을 득하였으며, 현재 원전의 방사성폐기물 처분을 위해 인허가 변경 중에 있다.
이러한 국내의 기술기반 및 여건에 따라 방사성 농축폐액을 고형화하지 않고, 건조 및 과립화하여 고건전성용기에 포장하여 처분할 수 있으므로 그에 적합한 건조기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 가동 중 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액을 중저준위 방사성폐기물에 대한 처분 인수기준을 충족하고, 2차 방사성폐기물이 발생되지 않고, 방사성 농축폐액의 건조분말을 비분사성이 되도록 펠렛화 할 수 있는 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 있어서, 상기 처리방법은 원심박막 증발건조 방식으로 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 농축폐액으로 부터 방사성 건조분말을 추출하는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계와; 상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계에서 추출된 방사성 건조분말을 예정된 형상 및 크기로 예비 성형체를 압축성형하는 압축성형단계와; 상기 압축성형단계에서 압축성형된 예비 성형체를 예정된 온도로 소결하여 최종소결성형체를 생성하는 소결성형단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법은 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 건조분말을 추출하고, 추출된 방사성 건조분말을 예비 성형체로 성형하여 펠렛화한 후 예비 성형체를 마이크로파로 소결시켜 최종소결성형체를 생산할 수 있도록 하므로서, 중저준위 방사성폐기물에 대한 처분 인수기준을 충족시키고, 2차 방사성폐기물의 발생을 최적화하고, 방사성 농축폐액의 건조분말을 비분산성이 되도록 펠렛화하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법을 개략적으로 예시하는 블록도이고,
도 2는 본 발명에 따른 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법 중 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계의 공정을 예시하는 블록도이며,
도 3은 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법 중 소결성형단계의 공정을 예시하는 블록도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법은 첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
첨부도면 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법은 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)와, 압축성형단계(S200)와, 소결성형단계(S300)로 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)는 원심박막 증발건조 방식으로 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 농축폐액으로 부터 방사성 건조분말을 추출하기 위한 것으로서, 방사성 건조분말 추출단계(S110)와, 1차 여과단계(S120)와, 응축수회수단계(S130)와, 2차 여과단계(S140)와, 방사능 검출단계(S150)와, 공기배출단계(S160)와, 배기공기 재여과단계(S170)로 구성된다.
상기 방사성 건조분말 추출단계(S110)는 방사성 농축폐액을 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조로를 사용하여 증발건조시켜 방사성 건조분말을 추출한다.
상기 1차 여과단계(S120)는 상기 방사성 건조분말 추출단계(S110)을 실행하는 과정에서 증발되어 발생되고, 농축폐액 원심박막 증발건조로부터 배출되는 방사성 미세입자 함유 증기를 원심분리시켜 증기와 방사성 미세입자를 분리하고, 분리된 방사성 미세입자는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조로 리턴한다.
상기 응축수회수단계(S130)는 상기 1차 여과단계(S120)를 통과한 증기를 응축시켜 증기 내에 함유된 수분을 응축수로 회수한다.
상기 2차 여과단계(S140)는 상기 응축수회수단계(S130)를 통과한 공기를 금속소결필터를 사용하여 공기 내에 함유된 방사성 미세입자를 제거한다.
상기 금속소결필터는 금속을 소결하여 제작한 필터로서, 적정한 시기마다 필터에 걸려진 이물질들을 제거하여 반영구적으로 재사용할 수 있는 것이므로, 2차 방사성폐기물을 발생시키지 않는다.
상기 방사능 검출단계(S150)는 상기 2차 여과단계(S140)를 통과한 공기에 대한 방사능 검출을 실시하여 공기 내에 방사성 미세입자가 함유되어 있는지를 검사한다.
상기 공기배출단계(S160)는 상기 방사능 검출단계(S150)에서 방사능 검출신호가 없을 때, 배기라인을 개방하여 2차 여과된 공기를 원전의 공기조화계통으로 바이패스한다.
상기 배기공기 재여과단계(S170)는 상기 방사능 검출단계(S150)에서 방사능 검출신호가 있을 때, 배기라인을 폐쇄하여 2차 여과된 공기를 2차 여과단계(S140) 전으로 리턴시켜 여과한다.
상기 압축성형단계(S200)는 상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)에서 추출된 방사성 건조분말을 예정된 형상 및 크기로 예비 성형체(PSA)를 압축성형하기 위한 것으로서, 타정기(Tablet Press)를 사용하여 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)에서 추출된 방사성 건조분말을 9 내지 13 ㎜ 또는 1 내지 5 ㎜ 의 직경을 갖는 구형(球形)의 예비 성형체(PSA, Pre-Shaped Articles)을 압축성형한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 소결성형단계(S300)는 상기 압축성형단계(S200)에서 압축성형된 예비 성형체를 예정된 온도로 소결하여 최종소결성형체를 생성하기 위한 것으로서, 마이크로파 소결단계(S310)와, 1차 여과단계(S320)와, 2차 여과단계(S330)와, 방사능 검출단계(S340)와, 공기배출단계(S350)와, 배기공기 재여과단계(S360)로 구성되며, 소결성형공정은 최종소결성형체의 밀도가 높아지므로 최종소결성형체의 경도가 강해지고, 최종소결성형체의 마손도(마모손실정도)가 저감되며, 최종소결성형체의 부피가 감용되므로 방사성 폐기물량을 저감시킬 수 있다.
상기 마이크로파 소결단계(S310)는 마이크로파를 조사하여 성형체를 소결하는 마이크로파 소결로 내에 압축성형단계(S200)에서 압축성형된 예비 성형체(PSA)를 수납하여 최종소결성형체(SFS, Sinterability Final Shape)를 생성한다.
상기 1차 여과단계(S320)는 상기 마이크로파 소결단계(S310)를 실행하는 공정 중 마이크로파 소결로 내에서 발생되는 방사성 미세입자 함유공기를 원심분리시켜 공기와 방사성 미세입자를 분리하고, 분리된 방사성 미세입자는 방사성 미세입자 회수탱크로 회수한다.
상기 2차 여과단계(S330)는 상기 1차 여과단계(S320)를 통과한 공기를 금속소결필터를 사용하여 고온으로 소결시켜 공기 내에 함유된 방사성 미세입자를 제거한다.
상기 방사능 검출단계(S340)는 상기 2차 여과단계(S330)를 통과한 공기에 대한 방사능 검출을 실시하여 공기 내에 방사성 미세입자가 함유되어 있는지를 검사한다.
상기 공기배출단계(S350)는 상기 방사능 검출단계(S340)에서 방사능 검출신호가 없을 때, 배기라인을 개방하여 2차 여과된 공기를 원전의 공기조화계통으로 바이패스한다.
상기 배기공기 재여과단계(S360)는 상기 방사능 검출단계(S340)에서 방사능 검출신호가 있을 때, 배기라인을 폐쇄하여 2차 여과된 공기를 2차 여과단계(S330) 전으로 리턴시켜 여과한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법은 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 건조분말을 추출하는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100), 타정기를 사용하여 방사성 건조분말을 9 내지 13 ㎜ 또는 1 내지 5 ㎜ 의 직경을 갖는 구형(球形)인 예비 성형체(PSA)으로 압축형성하는 압축성형단계(S200) 및 예비 성형체(PSA)를 마이크로파로 소결시켜 최종소결성형체(SFS)를 생성하는 소결성형단계(S300)로 구성되어, 방사성 농축폐액을 중저준위 방사성폐기물에 대한 처분 인수기준을 충족하고, 2차 방사성폐기물의 발생을 최적화하고, 방사성 농축폐액의 건조분말을 비분산성이 되도록 펠렛화할 수 있는 이점을 갖는다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S100: 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계
S110: 방사성 건조분말 추출단계 S120, S320: 1차 여과단계
S130: 응축수회수단계 S140, S330: 2차 여과단계
S150, S340: 방사능 검출단계 S160, S350: 공기배출단계
S170, S360: 배기공기 재여과단계 S310: 마이크로파 소결단계

Claims (4)

  1. 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리방법에 있어서,
    상기 처리방법은,
    원심박막 증발건조 방식으로 방사성 농축폐액을 증발건조시켜 방사성 농축폐액으로 부터 방사성 건조분말을 추출하는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)와;
    상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)에서 추출된 방사성 건조분말을 예정된 형상 및 크기로 예비 성형체를 압축성형하는 압축성형단계(S200)와;
    상기 압축성형단계(S200)에서 압축성형된 예비 성형체를 예정된 온도로 소결하여 최종소결성형체를 생성하는 소결성형단계(S300)로 구성되며;
    상기 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조단계(S100)는,
    방사성 농축폐액을 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조로를 사용하여 증발건조시켜 방사성 건조분말을 추출하는 방사성 건조분말 추출단계(S110)와,
    상기 방사성 건조분말 추출단계(S110)을 실행하는 과정에서 증발되어 발생되고, 농축폐액 원심박막 증발건조로부터 배출되는 방사성 미세입자 함유 증기를 원심분리시켜 증기와 방사성 미세입자를 분리하고, 분리된 방사성 미세입자는 방사성 농축폐액 원심박막 증발건조로로 리턴하는 1차 여과단계(S120)와,
    상기 1차 여과단계(S120)를 통과한 증기를 응축시켜 증기 내에 함유된 수분을 응축수로 회수하는 응축수회수단계(S130)와,
    상기 응축수회수단계(S130)를 통과한 공기를 금속소결필터를 사용하여 공기 내에 함유된 방사성 미세입자를 제거하는 2차 여과단계(S140)와,
    상기 2차 여과단계(S140)를 통과한 공기에 대한 방사능 검출을 실시하여 공기 내에 방사성 미세입자가 함유되어 있는지를 검사하는 방사능 검출단계(S150)와,
    상기 방사능 검출단계(S150)에서 방사능 검출신호가 없을 때, 배기라인을 개방하여 2차 여과된 공기를 원전의 공기조화계통으로 바이패스하는 공기배출단계(S160)와,
    상기 방사능 검출단계(S150)에서 방사능 검출신호가 있을 때, 배기라인을 폐쇄하여 2차 여과된 공기를 2차 여과단계(S140) 전으로 리턴하는 배기공기 재여과단계(S170)로 구성되는 것을 특징으로 하는 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소결성형단계(S300)는,
    마이크로파를 조사하여 성형체를 소결하는 마이크로파 소결로 내에 압축성형단계(S200)에서 압축성형된 예비 성형체(PSA)를 수납하여 최종소결성형체(SFS, Sinterability Final Shape)를 생성하는 마이크로파 소결단계(S310)와;
    상기 마이크로파 소결단계(S310)를 실행하는 과정 중 마이크로파 소결로 내에서 발생되는 방사성 미세입자 함유공기를 원심분리시켜 공기와 방사성 미세입자를 분리하고, 분리된 방사성 미세입자는 방사성 미세입자 회수탱크로 회수하는 1차 여과단계(S320)와;
    상기 1차 여과단계(S320)를 통과한 공기를 금속소결필터를 사용하여 고온으로 소결시켜 공기 내에 함유된 방사성 미세입자를 제거하는 2차 여과단계(S330)와;
    상기 2차 여과단계(S330)를 통과한 공기에 대한 방사능 검출을 실시하여 공기 내에 방사성 미세입자가 함유되어 있는지를 검사하는 방사능 검출단계(S340)와;
    상기 방사능 검출단계(S340)에서 방사능 검출신호가 없을 때, 배기라인을 개방하여 2차 여과된 공기를 원전의 공기조화계통으로 바이패스하는 공기배출단계(S350)와;
    상기 방사능 검출단계(S340)에서 방사능 검출신호가 있을 때, 배기라인을 폐쇄하여 2차 여과된 공기를 2차 여과단계(S330) 전으로 리턴하는 배기공기 재여과단계(S360)로 구성되는 것을 특징으로 하는 가동 중 원전 또는 폐로 시 발생되는 방사성 농축폐액 처분을 위한 방사성 농축폐액 처리 방법.
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