KR101986094B1

KR101986094B1 - 방사성 오염수 제염 시스템

Info

Publication number: KR101986094B1
Application number: KR1020170102318A
Authority: KR
Inventors: 김도형; 이운장; 김태영
Original assignee: 주식회사 오리온이엔씨
Priority date: 2017-08-11
Filing date: 2017-08-11
Publication date: 2019-06-05
Also published as: KR20190017447A; WO2019031711A1

Abstract

본 발명은 방사능 제염 시스템에 관한 것이다. 그러한 방사능 제염 시스템은 이송수단(3)과; 이송수단(3)에 탑재되어 방사성 오염수를 저장하는 오염수 탱크(5)와; 오염수 탱크(5)에 저장된 오염수를 미세조류에 의하여 제염하는 제염부(7)와; 미세조류를 배양하여 제염부(7)에 공급하는 배양부(8)와; 제염부(7)에 의하여 제염처리된 처리수를 저장하는 처리수 탱크(9)와; 그리고 처리수 탱크(9)로부터 공급된 처리수를 후처리하는 후처리부(11)를 포함한다.

Description

방사성 오염수 제염 시스템{System for decontaminating radioactive polluted water}

본 발명은 방사성 오염수 제염 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조류를 배양하는 배양기와, 배양된 미세조류를 이용한 제염부와, 미세조류의 후처리부를 서로 연동시킴으로써 효율적으로 방사성 오염수를 제염할 수 있는 기술에 관한 것이다.

2011년에 발생한 일본 후쿠시마 원전사고는 국제원자력 사고등급(INES) 상 최악인 '레벨 7'로 기록되었고 1986년 4월의 체르노빌 원전 사고 보다 10배 이상의 방사능 물질이 유출된 것으로 예상되며 이와 유사한 대규모 방사성 물질 유출에 대비한 기술 개발 필요성이 세계적으로 일어나고 있다.

아직도 일본은 후쿠시마 원전으로부터 방사능 유출이 계속 됨으로서 유출된 방사성 물질 처리와 효과적인 정화 기술에 대한 필요성은 생존의 문제로 대두되고 있으며, 특히 유출된 발생한 방사성 물질 중 Cs-137과 Sr-90은 반감기가 각각 28.8년과 30년으로서 한번 방사능 유출로 인해 오랫동안 오염 상태가 지속됨으로써 인간과 환경에 매우 치명적인 결과를 초래한다.

세슘염은 물에 대한 용해도가 높아서 빠른 속도로 지하수와 바다로 흘러들어가고 농작물과 식물 속으로 흡수가 되어 오염을 빠르게 확산시키게 된다. 따라서 원자력 발전소의 핵연료 재처리 과정에서 발생하는 폐수뿐 아니라 오염된 지하수, 토양, 바닷물로부터 방사성 핵종인 Cs-137과 Sr-90 등을 제거하는 것은 인간과 환경에 매우 중요하며 이들의 시급한 처리 및 제거가 요구된다.

또한, 원자력 발전에서는 핵반응으로 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 막대한 양의 물을 사용하고 있으며 운전되는 핵반응기는 많은 양의 방사성 액체 폐기물을 배출하고 있어 원자력 산업의 보급에 주요 장애요인으로 지적되어 왔다.

특히, 원전에서 발생되는 저준위 방사성 액체폐기물의 대부분은 Cs-137, Sr-90, Co-60 등과 같은 중장반감기의 방사성핵종과 기타 단반감기의 방사성핵종, 그리고 Na, K, B 등과 같은 다량의 비방사성핵종을 함유하고 있다.

일반적으로 저준위 액체 방사성폐기물의 방사능 농도는 대략 10^-4~10^-2μCi/cc이며, 방사능 세기는 낮지만 방사성폐기물의 발생량 측면에서는 전체의 85% 이상을 차지한다.

특히, 원자력발전소 가동 중 방출되는 액체폐기물 중 상당량이 세탁배수계통에서 발생되고 있으며 총방출 방사능량의 30~40%에 달하는 것으로 알려져 있다.

기존의 화학적인 방사능 제거 방식은 체르노빌/후쿠시마 사건과 같은 유분과 불순물 및 바닷물이 섞인 대규모 방사능 유출에는 효과적으로 대처할 수 없으므로 대규모 방사능 오염 물질을 효과적으로 신속하게 제거 할 수 있는 친환경적 방법이 요구된다. 방사능 제거 능력이 있고 성장속도가 매우 빠른 미세조류나 해조류를 이용한 방법이 이에 해당된다.

미세조류는 최근에 미래 청정에너지 및 소재 자원으로 재조명 받고 있는 식물성 플랑크톤으로서 미세조류의 잠재성은 이미 에너지 산업소재 생산, 온실가스 저감이 가능한 자원으로 미국을 비롯한 세계에서 환경 분야, 에너지 분야, 화학분야의 3대 분야를 중심으로 활용이 확대되고 있다.

그러나, 종래의 이러한 미세조류를 방사능에 오염된 대상물을 제염하는 분야에는 적용된 적이 없다.

특허등록 제10-1723908호(명칭: 방사능 오염물질의 제염방법 및 방사성 폐기물 처리방법)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 미세조류를 배양하는 배양기와, 배양된 미세조류를 이용한 제염부와, 미세조류의 후처리부를 서로 연동시킴으로써 효율적으로 방사성 오염수를 제염할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는,

이송수단(3)과;

이송수단(3)에 탑재되어 방사성 오염수를 저장하는 오염수 탱크(5)와;

오염수 탱크(5)에 저장된 오염수를 미세조류에 의하여 제염하는 제염부(7)와;

미세조류를 배양하여 제염부(7)에 공급하는 배양부(8)와;

제염부(7)에 의하여 제염처리된 처리수를 저장하는 처리수 탱크(9)와; 그리고

제염부(7)에서 분리된 미세조류를 후처리하는 후처리부(11)를 포함하는 방사능 제염 시스템을 제공한다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 제염 시스템은 미세조류를 배양하는 배양기와, 배양된 미세조류를 이용한 제염부와, 미세조류의 후처리부를 서로 연동시킴으로써 효율적으로 방사성 오염수를 제염할 수 있는 시스템을 제공하고, 이 시스템을 차량 등에 탑재함으로써 장소에 제약을 받지 않고 방사능 제염작업을 실시할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염 제염 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제염부의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 제염부의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 제염부의 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 제염부의 또 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 제염부의 또 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 제염부의 또 다른 실시예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 배양기의 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 미세조류의 후처리부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 미세조류를 이용한 방사능 오염 제염 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 제염 시스템을 첨부된 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 방사능 제염 시스템은 이송수단(3)과; 이송수단(3)에 탑재되어 방사성 오염수를 저장하는 오염수 탱크(5)와; 오염수 탱크(5)에 저장된 오염수를 미세조류에 의하여 제염하는 제염부(7)와; 미세조류를 배양하여 제염부(7)에 공급하는 배양부(8)와; 제염부(7)에 의하여 제염처리된 처리수를 저장하는 처리수 탱크(9)와; 그리고 제염부(7)에서 분리된 미세조류를 처리하는 후처리부(11)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 방사능 제염 시스템에 있어서, 이송수단(3)은 사방이 밀폐된 적재함이 마련된 트럭 등을 의미한다.

이 적재함은 외부와 차단된 공간을 갖는 구조가 바람직하다. 따라서, 이송 수단은 여러 장소를 이동함으로써 장소에 제약없이 방사능 제염작업이 이루어 질 수 있다. 이때 적재함은 내부에서 방사능 제염이 이루어지므로 방사선이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 방사선 차폐 재질의 벽체로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 오염수 탱크(5)와, 제염부(7)와, 배양부(8)와, 처리수 탱크(9)와, 후처리부(11)는 이송수단(3)의 적재함에 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 고정 브라켓이나 용접 등에 의하여 고정될 수 있다.

그리고, 오염수 탱크(5)와 처리수 탱크(90는 이송수단(3)의 양측에 배치되고, 제염부(7)는 가운데에 배치됨으로써 이송수단(3)의 균형을 유지할 수 있다. 또한 후처리부(11)는 이송수단(3)의 후방에 배치함으로써 처리된 미세조류를 쉽게 배출할 수 있다.

상기 제염부(7)는 방사성 오염수를 미세조류에 의하여 제염처리를 실시하게 된다.

이러한 제염부(7)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 미세조류가 장입된 관체 형상의 케이스(13)와; 케이스(13)의 일측에 장착되어 오염수에 포함된 진흙 등이물질을 필터링하여 선행처리하는 사전처리부재(15)와; 케이스(13)의 타측에 장착되어 처리수와 미세조류를 분리할 수 있는 미세조류 분리부재(17)와; 케이스(13)의 일측과 오염수 저장탱크를 연결하는 입측배관(L1)과; 케이스(13)의 타측과 처리수 저장탱크를 연결하는 출측배관(L2)을 포함한다.

상기 케이스(13)는 원통형상으로서 내부의 공간에 미세조류 및 오염수가 공급됨으로써 제염과정이 진행될 수 있다.

이때, 미세조류는 후술하는 바와 같이 배양부(8)에 의하여 배양된 후 케이스(13)에 공급될 수 있다.

그리고, 케이스(13)는 투명 재질 혹은 반투명재질로 형성됨으로써 내부를 관찰할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 케이스(13) 내부에 장입된 미세조류의 상태를 육안으로 확인할 수 있다.

또한, 사전처리부재(15)는 케이스(13)의 일측 단부에 장착됨으로써 오염수에 포함된 이물질 등을 정화처리할 수 있다. 이러한 사전처리부재(15)는 다양한 형태가 포함될 수 있으며, 예를 들면 멤브레인이나 철망이 적용될 수 있다.

따라서, 오염수 탱크(5)로부터 펌프 등에 의하여 공급된 오염수는 멤브레인 형태의 사전처리부재(15)를 통과하면서 1차적으로 처리되고, 케이스(13)의 내부에 장입된 후 미세조류에 의하여 2차적으로 제염처리될 수 있다.

그리고, 케이스(13)로부터 처리수 탱크(9)로 배출될 때 미세조류 분리부재(17)에 의하여 미세조류를 처리수로부터 분리함으로써 3차적으로 처리할 수 있다.

이때, 미세조류 분리부재(17)는 멤브레인 등 다양한 형태가 포함될 수 있으며, 처리수로부터 미세조류를 걸러낼 수 있는 형태면 모두 적용 가능하다.

그리고, 이러한 제염부(7)는 사전 처리부재(15) 및 미세조류 분리부재(17)가장착된 한 셋트의 케이스(13)에 의하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 변경 실시될 수도 있다.

그 일예가 도 4에 도시된 바와 같이, 미세조류 분리부재(17)를 케이스(13)로부터 별도로 분리하여 출측배관(L2)상에 배치하는 것도 가능하다.

이와 같이, 미세조류 분리부재(17)를 별도로 분리함으로써 미세조류를 처리하는 과정을 케이스(13)의 외부에서 처리할 수 있다.

또한, 제염부(7)의 다른 실시예가 도 5에 도시되는 바, 대량의 오염수를 제염처리하는 경우, 제 1 및 미세조류 분리부재(15,17)가 장착된 다수 셋트의 케이스(13)를 병렬로 연결할 수도 있다.

즉, 다수개의 케이스(13)가 병렬로 배치되고, 오염수 탱크(5)에 연결된 입측배관(L1)이 여러 관체(L3)로 분리되어 각 케이스(13)의 입측에 연결된다. 또한, 각 케이스(13)의 출측에 연결된 다수의 관체(L4)는 하나의 츨측배관(L2)으로 합류하여 처리수 탱크(9)로 배출될 수 있다.

한편, 이러한 제염부(7)의 또 다른 실시예가 도 6에 도시된다. 도시된 바와 같이, 제염부(7)는 다공성 용기(19)와; 다공성 용기(19)의 내부에 권취형상으로 배치된 제염필름(21)으로 구성된다.

다공성 용기(19)는 다수의 미세홀들이 형성됨으로써 제염된 처리수가 외부로 배출될 수 있는 구조이다.

또한, 다공성 용기(19)의 상부에는 연결홀(23)이 형성됨으로써 오염수 탱크(5)에 연결된 입측배관(L1)이 연결됨으로써 오염수가 공급될 수 있다.

그리고, 상기 제염필름(21)은 미세조류가 내부에 고정된 알지네이트 필름(F)을 의미하며, 이러한 제염필름(21)을 롤 형태로 권취하여 제조한다.

이러한 롤 형태의 제염필름(21)을 다공성 용기(19)의 내부에 권취된 형태로 삽입하게 된다.

그리고, 다공성 용기(19)를 처리수 탱크(9)의 내부에 배치함으로써 제염된 처리수가 다공성 용기(19)의 미세홀을 통하여 외부로 배출되어 탱크내에 저장될 수 있다.

이러한 제염부(7)의 또 다른 실시예가 도 7에 도시된다. 도시된 바와 같이, 미세조류를 넣은 맴브레인 주머니(M;부직포 등)를 오염수 탱크(5)에 투입하여 제염하는 방식이다.

이때, 미세조류 분리부재(17)로서 멤브레인을 사용하는 경우, 멤브레인의 망 크기는 물분자 및 방사성핵종 (Cs, Sr 등)보다 크고 미세조류 보다 작게 형성한다. 또한, 제염 후 오염된 미세조류는 열처리 등의 후처리를 통해 부피를 감소시킨다.

한편, 상기 제염부(7)에 장입되는 미세조류는 배양부(8)에 의하여 배양될 수 있다.

이러한 배양부(8)는 도 8에 도시된 바와 같이, 미세조류를 배양하는 배양기(30와; 배양기(30)에 공기를 공급하는 공기압축기(32)와; 배양기(30)에 이산화탄소 및 질소가스를 주입하는 기체 혼합기(34)와; 배양기(30)에 의하여 배양된 미세조류를 포집하는 응집챔버(36)와; 응집챔버(36)에 공기버블을 공급하는 버블 발생기(38)를 포함한다.

상기 배양기(30)는 광생물 반응기 방식으로서, 방사성 물질 제거에 주로 사용되는 클로렐라(Chlorella) 등의 미세조류 균주를 대량으로 배양하는 방식이다. 이와 같이 생성된 미세조류는 세슘과 스트론튬을 효율적으로 제거할 수 있다.

이러한 배양기(30)는 투명재질의 관체로 형성되며, 예를 들면 폴리카보네이트 재질이다. 그리고, 배양기(30)는 다수개로 구성되며, 각 배양기(30)의 상부 및 하부는 상부 및 하부 연결관(31,33)에 의하여 연결된다. 따라서, 각 배양기(30)의 내부에 저장된 액체는 서로 연통될 수 있다.

이러한 배양기(30)의 내부에 저장된 액체에는 미세조류가 충전되며, 햇빛에 의하여 배양될 수 있다.

그리고 공기 압축기(32)는 배양기(30)의 하부에 연결됨으로써 배양기(30)의 내부로 공기를 공급하게 된다. 배양기(30)의 내부에는 시간이 경과함에 따라 미세조류가 생성되는 바, 이러한 미세조류가 균일하게 유동되어 배양기(30) 표면에 부착되지 않도록 하기 위하여 압축공기를 주입하게 된다.

즉, 압축공기가 배양기(30)의 내부로 주입되어 기포형태로 상승하게 되는 바, 이 과정에서 미세조류를 유동시킴으로써 균일하게 분산되도록 한다.

또한, 미세조류 배양중에 기체 혼합기(34)를 통하여 이산화탄소 및 질소가스를 배양기(30)의 내부로 주입함으로써 미세조류가 최적의 상태에서 배양될 수 있도록 한다.

이때, 배양기(30)에는 센서(39)가 장착됨으로써 세포농도에 따른 배지공급과 세포수확을 자동적으로 수행되게 하며, 배지 내 영양분 농도, pH, 이산화탄소 농도 및 주입, 빛 조사 등을 센서를 통해 조절 및 모니터링이 가능하다.

그리고, 상기 배양기(30)에서 배양된 미세조류는 응집챔버(36)로 이송됨으로써 수확될 수 있다.

이때, 응집챔버(36)에는 버블 발생기(38)가 연결됨으로써 미세버블이 응집챔버(36)의 내부로 공급된다. 그리고, 미세버블이 응집챔버(36)의 내부에서 상승함에 따라 미세조류를 부력에 의하여 부상시키게 되고 부상한 미세조류는 최상단에 형성된 수면에 부유하게 된다.

그리고, 수면에 부유하는 미세조류는 외부로 배출됨으로써 수확될 수 있다.

이와 같이 수확된 미세조류는 제염부(7)의 케이스(13)에 주입되어 오염수를 제염하는 과정에 사용된다.

한편, 후처리부(11)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제염부(7)에서 제염에 사용된 미세조류를 후처리하게 된다. 즉, 제염공정에 사용된 미세조류는 방사성 물질이 흡착된 상태이므로 폐기하게 되는 바 부피를 감용하여 폐기하게 된다.

이때 부피 감용방식은 다양한 방식이 적용될 수 있으며, 처리 환경에 따라 적절하게 선택되어질 수 있다.

예를 들면, 후처리부(11)의 감용기(27) 내부에 히트 파이프(Heat pipe;29)를 배치함으로써, 내부에 투입된 미세조류가 열에 의하여 가열되어 부피가 감용될 수 있는 구조이다.

혹은, 감용기(27)를 냉동건조 방식에 의하여 부피를 감용할 수 있는 방안도 가능하다.

Claims

이송수단(3)과;
이송수단(3)에 탑재되어 방사성 오염수를 저장하는 오염수 탱크(5)와;
오염수 탱크(5)에 저장된 오염수를 미세조류에 의하여 제염하는 제염부(7)와;
미세조류를 배양하여 제염부(7)에 공급하는 배양부(8)와;
제염부(7)에 의하여 제염처리된 처리수를 저장하는 처리수 탱크(9)와; 그리고
처리수 탱크(9)로부터 공급된 처리수를 후처리하는 후처리부(11)를 포함하며,
배양부(8)는 미세조류를 배양하는 배양기(30)와; 배양기(30)에 공기를 공급하는 공기압축기(32)와; 배양기(30)에 이산화탄소 및 질소가스를 주입하는 기체 혼합기(34)와; 배양기(30)에 의하여 배양된 미세조류를 포집하는 응집챔버(36)와; 응집챔버(36)에 공기버블을 공급하는 버블 발생기(38)를 포함하는 방사능 제염 시스템.
제 1항에 있어서,
제염부(7)는 내부에 미세조류가 장입된 관체 형상의 케이스(13)와; 케이스(13)의 일측에 장착되어 오염수를 필터링하여 선행처리하는 사전처리부재(15)와; 케이스(13)의 타측에 장착되어 미세조류를 분리할 수 있는 미세조류 분리부재(17)와; 케이스(13)의 일측과 오염수 저장탱크를 연결하는 입측배관(L1)과; 케이스(13)의 타측과 처리수 저장탱크를 연결하는 출측배관(L2)을 포함하는 방사능 제염 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 사전처리부재(15)가 장착된 케이스(13)는 다수개가 병렬로 배치될 수 있는 방사능 제염 시스템.
제 1항에 있어서,
제염부(7)는 다공성 용기(19)와; 다공성 용기(19)의 내부에 권취형상으로 배치된 제염필름(21)을 포함하며,
다공성 용기(19)는 다수의 미세홀들이 형성됨으로써 제염된 처리수가 외부로 배출될 수 있고,
제염필름(21)은 미세조류가 내부에 고정된 알지네이트 필름(F)을 포함하는 방사능 제염 시스템.
제 1항에 있어서,
제염부(7)는 미세조류를 넣은 사전처리부재 주머니(M)를 포함하며,
사전처리부재 주머니(M)는 오염수 탱크(5)에 투입되어 제염공정이 진행되는 방사능 제염 시스템.
제 1항에 있어서,
배양기(30)는 투명재질의 관체로서 내부에 태양광에 의하여 미세조류가 생성되는 방사능 제염 시스템.
제 1항에 있어서,
오염수 탱크(5)와 처리수 탱크(90)는 이송수단(7)의 적재함의 양측에 배치되고, 제염부(7)는 가운데 배치되며, 후처리부(11)는 이송수단(3)의 후방에 배치되는 방사능 제염 시스템.