KR101999846B1

KR101999846B1 - 폐액 처리 설비 및 방법

Info

Publication number: KR101999846B1
Application number: KR1020180113067A
Authority: KR
Inventors: 김초롱; 김학수; 박승철
Original assignee: 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-07-12

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비는 필터부, 필터부와 연결되어 있는 양이온 교환 수지, 양이온 교환 수지와 연결되어 있는 반응기, 반응기와 연결되어 반응기를 세척하는 세척액 탱크, 반응기와 연결되어 있는 혼상 이온 교환 수지, 필터부, 양이온 교환 수지, 반응기 및 혼상 이온 교환 수지 사이를 연결하여 순환 구조를 형성하는 순환 배관부를 포함한다.

Description

폐액 처리 설비 및 방법{FACILITIES AND METHOD FOR WASTE LIQUID TREATMENT}

본 발명은 폐액 처리 설비 및 방법에 관한 것으로, 특히 원자력 발전소에서 나오는 폐액 처리 설비 및 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소는 원자로 내에서의 핵분열성 물질의 연쇄핵분열 반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위 원소 및 플로토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등이 이루어진다.

원자로를 중심으로 많은 개별적 기능을 가진 계통, 예를 들어 원자로 냉각재계통(원자로압력용기, 증기 발생기, 가압기, 주요 배관 등), 화학 및 체적 제어 계통, 잔열 제거 계통 등으로 이루어지며, 이러한 계통 내에는 방사능 물질이 존재한다.

따라서, 원자력발전소의 영구 정지 또는 부품 교체 작업시에 작업자의 방사선 피폭을 저감시키기 위해서, 화학적 제염이 이루어지고 이에 따른 폐액이 발생한다.

이러한 폐액은 다수의 중금속 및 방사능 물질을 포함하고 있어, 다양한 처리 공정을 실시한 후 안전한 상태로 배출되어야 한다.

따라서, 본 발명은 화학적 제염으로부터 발생되는 폐액을 안전하고 용이하게 처리할 수 있는 폐액 처리 설비 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 순환 배관부는 필터부와 양이온 교환 수지 사이를 연결하는 제1 순환 배관, 양이온 교환 수지와 반응기 사이를 연결하는 제2 순환 배관, 반응기와 혼상 이온 교환 수지를 연결하는 제3 순환 배관을 포함하고, 제2 순환 배관은 반응기의 하부 또는 하부측면과 연결되고, 제3 순환 배관은 반응기의 상부 또는 상부측면과 연결될 수 있다.

상기 순환 배관부는 원자력 발전소의 계통과 필터부를 연결하는 제1 연결 배관, 혼상 이온 교환 수지와 계통을 연결하는 제2 연결 배관을 더 포함하고, 폐액은 계통 내에서 화학 제염된 용액일 수 있다.

상기 순환 배관부는 제1 순환 배관과 제2 순환 배관 사이를 연결하여 양이온 교환 수지를 우회하는 제1 우회 배관, 제3 순환 배관과 제2 연결 배관 사이를 연결하여 혼상 이온 교환 수지를 우회하는 제2 우회 배관, 제2 순환 배관과 제3 순환 배관 사이를 연결하여 반응기를 우회하는 제3 우회 배관을 더 포함할 수 있다.

상기 반응기는 UVB 램프와 UVC 램프를 포함할 수 있다.

상기 반응기는 반응기 내부의 기체를 배출하기 위한 배기관, 반응기에 과산화수소를 주입하는 과산화수소 탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 필터부의 효율은 10㎛이상의 금속 입자 제거 효율이 98%이상일 수 있다.

상기한 폐액 처리 설비를 이용하여 폐액을 처리하는 방법은 필터부로 폐액을 주입하여 금속 입자를 제거하는 단계, 반응기로 폐액을 주입하여 유기산을 분해하는 단계, 혼상 이온 교환 수지로 폐액을 주입하여 잔류 금속 이온 및 유기산을 제거하는 단계를 포함한다.

상기 금속 입자를 제거하는 단계 후, 양이온 교환 수지로 폐액을 주입하여 금속 이온을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 유기산을 분해하는 단계에서, 철 이온 농도는 2mM이하일 수 있다.

상기 유기산을 분해하는 단계는, 반응기에 과산화수소를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 폐액은 원자력 발전소의 계통 내에서 화학 제염 후 배출될 수 있다.

본 발명에서와 같은 폐액 처리 설비를 설치하면, 계통과 바로 연결하여 폐액을 처리할 수 있어 작업자의 방사선 피폭을 최소화하면서도 용이하게 폐액을 처리할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 도 2의 폐액 처리에 따른 용액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비의 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비(1000)는 폐액이 흐르는 폐액원, 예를 들어 원전의 계통(100)과 순환 구조로 연결되어 방사성 물질을 포함하는 폐액을 처리하는 설비이다. 폐액 처리 설비(1000)는 계통(100)과 연결되는 필터부(200), 양이온 교환 수지(300), 반응기(400), 혼상이온 교환 수지(500), 반응기(400)와 연결되어 있는 과산화수소 탱크(41) 및 이들 사이를 연결하여 유체(이하, 용액이라 함)의 순환 구조를 이루는 순환 배관부를 포함한다.

계통(100)은 원자로냉각재계통(원자로 압력용기, 증기 발생기, 가압기, 주요 배관 등), 화학 및 체적 제어 계통, 잔열 제거 계통일 수 있으며, 탄소강 또는 스테인레스 강을 포함하는 금속으로 이루어질 수 있다. 따라서, 계통(100)의 내부 표면에는 금속산화물층(철, 크롬, 니켈, 코발트 등)이 형성될 수 있다.

계통(100)에는 다양한 약품, 예를 들어 과망간산, 질산, 인산, 옥살산, 시트르산 등의 무기산 및 유기산 등을 이용하여 산화물층을 제거하고, 냉각제 내에 녹아지는 방사능 물질을 제거하기 위한 제염 공정이 진행될 수 있다. 이러한, 계통(100)의 화학적 제염 방법은 다양한 방법으로 진행될 수 있다.

순환 배관부는 필터부(200), 양이온 교환 수지(300), 반응기(400), 혼상 이온 교환 수지(500), 과산화수소 탱크(41) 사이를 연결하여, 계통(100)의 화학제염 과정 후 계통(100)으로부터 배출되는 용액을 처리하기 위한 순환 구조를 제공한다.

순환 배관부는 계통(100)과 필터부(200)를 연결하는 제1 연결 배관(P1), 필터부(200)와 양이온 교환 수지(300) 사이에 연결되어 있는 제1 순환 배관(P2), 양이온 교환 수지(300)와 반응기(400) 사이에 연결되어 있는 제2 순환 배관(P3), 반응기(400)와 혼상 이온 교환 수지(500) 사이에 연결되어 있는 제3 순환 배관(P4), 혼상 이온 교환 수지(500)와 계통(100)을 연결하는 제2 연결 배관(P5)를 포함한다.

또한, 순환 배관부는 제2 순환 배관(P3)으로부터 분기되어 반응기(400)에 과산화수소를 공급하는 과산화수소 탱크(41)와 연결된 제1 분기 배관(Y1), 제2 순환 배관(P3) 및 제3 순환 배관(P4)으로부터 분기되어 반응기(400)를 세척하기 위한 세척액 탱크(42)와 연결되어 있는 제2 분기 배관(Y2)을 더 포함할 수 있다.

또한, 순환 배관부는 순환 배관에 연결된 장치를 우회하는 우회 배관을 더 포함할 수 있는데, 우회 배관은 제1 순환 배관(P2)과 제2 순환 배관(P3) 사이에 연결되어 양이온 교환 수지(300)를 우회하는 제1 우회 배관(B1), 제3 순환 배관(P4)과 제2 연결 배관(P5) 사이에 연결되어 혼상 이온 교환 수지(500)를 우회하는 제2 우회 배관(B2), 제2 순환 배관(P3)과 제3 순환 배관(P4) 사이를 연결하여 반응기(400)를 우회하는 제3 우회 배관(B3)을 포함할 수 있다.

이상의 순환 배관부에는 내부를 이동하는 용액의 속도 및 유량을 제어하는 펌프(PP1, PP2, PP3) 및 밸브(VV)들이 설치될 수 있다.

또한, 순환 배관부에는 용액을 직접 추출하여 분석하기 위한 샘플관(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5)이 설치될 수 있으며, 샘플관(SP1, SP2, SP3, SP4, SP5)은 제1 연결 배관(P1), 제1 순환 배관(P2), 제2 순환 배관(P3), 제3 순환 배관(P4) 및 제2 연결 배관(P5) 에 각각 설치될 수 있고, 샘플관에도 각각 밸브들이 설치될 수 있다.

필터부(200)는 계통(100)으로부터 배출되어 제1 연결 배관(P1)을 통해 전달되는 용액에 용해되지 않고 잔존하는 입자성 금속 물질을 제거한다. 필터부(200)에서 10㎛ 이상의 크기를 가지는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 세슘(Cs)의 입자성 금속 물질이 제거되고, 용액은 제1 순환 배관(P2)으로 전달된다. 이때, 필터부(200)는 내부식성 재질로 이루어지는 카트리지 필터(cartridge filter)일 수 있으며, 10㎛이상의 입자를 98%이상 제거하는 효율을 가질 수 있다.

제1 순환 배관(P2)으로 전달된 용액은 펌프(PP1)를 통해서 용액의 철 이온 농도에 따라 양이온 교환 수지(300) 또는 제1 우회 배관(B1)으로 전달된다.

양이온 교환 수지(300)로 전달된 용액은 용액 내 금속 이온, 예를 들어 크롬(Cr), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 망간(Mn), 세슘(Cs) 등이 제거된 후 제2 순환 배관(P3)으로 전달되고, 제1 우회 배관(B1)으로 전달된 용액은 양이온 교환 수지(300)를 통과하지 않고 우회하여 제2 순환 배관(P3)으로 전달된다.

이 때, 제2 순환 배관(P3)으로 전달된 용액의 철 이온 농도는 기준치, 예를 들어 2mM 이하로 유지하는데, 철 이온은 반응기(400) 내에서 광분해시 촉매로 사용될 수 있기 때문이다. 다만, 철 이온 농도가 2mM을 초과할 경우 용액 내 철이 침적될 수 있으므로, 철 이온 농도는 2mM 이하로 하는 것이 바람직하다.

철 이온 농도 측정을 위해 제2 샘플관(SP2) 및 제3 샘플관(SP3)을 통해서 용액을 채취할 수 있다. 이 때, 제2 샘플관(SP2)을 통해서 측정된 철 이온 농도가 기준치인 2mM 이하인 경우, 용액은 양이온 교환 수지(300)를 통과하지 않고 제1 우회 배관(B1) 및 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)로 전달될 수 있다. 반면, 제2 샘플관(SP2)을 통해서 측정된 철 이온 농도가 2mM를 초과하는 경우, 용액은 양이온 교환 수지(300)를 통과하여 철 이온 농도를 2mM 이하로 유지한 후(이는 제3 샘플관(SP3)을 통해서 확인) 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)로 전달될 수 있다.

반응기(400)는 UV램프를 포함하는 UV 반응기 일 수 이다. 반응기(400) 상부 또는 상부측면으로부터 용액이 반응기(400) 내부로 공급될 경우 반응기(400) 상부에 빈공간이 형성되어 반응 효율이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서와 같이 제2 순환 배관(P3)은 반응기(400)의 하부 또는 하부측면에 연결될 수 있다.

반응기(400) 내의 UV 램프로부터 발생하는 UV는 용액내의 유기산을 광분해하며, 이때 이산화탄소 가스와 물이 발생할 수 있다. 따라서, 반응기(400) 상부에는 이산화탄소 가스를 배출하는 배기관(43)이 연결될 수 있다.

반응기(400) 내의 UV 램프는 서로 다른 파장의 UVC 램프와 UVB 램프를 포함할 수 있으며, UVB 램프는 UVC에 비해서 고에너지 램프이다. 따라서, 반응 온도에 따라서 UVB와 UVC를 혼합하여 배치할 수 있다.

반응기(400)의 외부에는 히터 또는 냉각부와 같은 온도 조절 장치(도시하지 않음)이 설치될 수 있다.

한편, 반응기(400)는 내부의 반응 상태를 실시간으로 모니터링하기 위한 센서부(44)가 연결될 수 있다.

센서부(44)는 반응기(400) 내의 온도, pH 및 압력 등을 측정하여 반응기(400) 내부가 최적의 반응 환경을 유지할 수 있도록 한다. 예를 들어, 유기산으로 옥살산을 분해할 경우 최적의 반응 온도는 20℃ 내지 50℃이므로, 센서부(44)를 통해서 내부 온도를 측정하고 온도 조절장치를 조절하여 상기 온도를 유지하도록 할 수 있다.

제3 순환 배관(P4)에 설치된 제4 샘플관(SP4)을 통해서 추출된 용액의 옥살산 농도에 따라서 반응기(400)에서 배출되는 용액은 혼상 이온 교환 수지(500), 또는 제2 우회 배관(B2)을 통과한 후 제2 연결 배관(P5)을 통해서 계통(100)으로 전달될 수 있다.

혼상 이온 교환 수지(500)는 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지를 포함할 수 있으며, 양이온 교환 수지는 용액 내에 잔류하는 금속 이온을 제거하고, 음이온 교환 수지는 용액 내에 잔류하는 유기산을 제거한다.

양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지의 비율은 5:5, 6:4, 7:3, 8:2의 비율로 혼합될 수 있으며, 혼상 이온 교환 수지를 통과하는 유기산의 농도에 따라서 변경될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비(1000)는 계통(100)과 필터부(200) 사이에 위치하는 모니터링부(800)를 더 포함할 수 있다.

모니터링부(800)는 전기전도도(conductivity) 센서, ORP(산화-환원 전위, Oxidation-Reduction Potential) 센서, pH 센서, 및 유량계를 포함할 수 있으며, 계통(100)과 연결되어 계통(100)으로부터 배출되는 용액을 분석한다.

전기전도도 센서와 OPR 센서 및 pH 센서는 각각 화학 제염제의 도전율, 산화-환원 전위, 및 수소이온 농도지수를 측정하며, 화학 제염제의 전기/화학적 성질을 감지하고, 실시간으로 공정의 진행 여부 및 공정 시간 등을 예상한다.

이하에서는 기 설명한 폐액 처리 설비를 이용하여 폐액을 처리 하는 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 도 2의 폐액 처리에 따른 용액의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 2와 함께 설명되는 폐액 처리 설비의 도면 부호는 도 1을 참조한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 방법은 계통(100) 내에서 화학 제염 후 배출되는 폐액을 처리하는 방법에 관한 것이다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 설비는 계통(100)의 배출구에 제1 연결 배관(P1)을 통해서 직접 연결될 수 있으며, 혼상 이온 교환 수지(500)와 연결된 제2 연결 배관(P5)을 계통(100)의 주입구에 연결함으로써, 용액의 순환 구조를 형성할 수 있다.

계통(100) 내에 약품을 공급하여 화학적 제염 공정이 이루어지며, 화학적 제염 공정은 산화 공정, 산화제 분해 공정, 환원 공정을 포함할 수 있다.

산화 공정은 계통(100)의 내부 표면에 형성된 크롬 산화물층을 제거하기 위한 것으로, 반응 온도인 80℃ 내지 100℃로 가열된 산화제를 계통(100)으로 주입하여 진행한다.

산화제는 50ppm 내지 300ppm의 과망간산과 0 내지 5mM의 무기산, 예를 들어 질산, 황산, 염산 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 산화제인 과망간산의 반응이 진행됨에 따라 산화제의 농도가 변화하고 이에 따라 pH가 증가한다. 따라서 pH를 1.5~2.5 사이를 유지시키기 위해서 무기산을 함께 주입할 수 있다.

계통(100) 내에서는 하기 [반응식 1]의 과정으로 산화 공정이 진행되며, 산화 공정은 3시간 내지 24시간 동안 진행될 수 있다. 산화 공정 시간이 3시간 미만인 경우 충분한 반응이 일어나지 않으며 24시간을 초과할 경우 더 이상 반응 공정이 일어나지 않아 제염이 되지 않는다.

[반응식 1]

이후, 산화제 분해 공정은 환원제를 주입하면, 하기 [반응식 2]의 과정으로 진행되며, 용액 내에 잔존하는 과망간산을 분해한다. 이때, 환원제는 100ppm 내지 1,000ppm의 옥살산이 투입될 수 있다.

[반응식 2]

이후, 환원제를 추가 주입하여 환원 공정을 진행한다. 환원 공정은 산화제 분해 공정과 서로 다른 농도의 환원제를 주입하여 진행하며,

이때, 1,000 내지 3,000ppm의 옥살산을 추가 주입한다. 환원 공정은 산화제 분해 공정 후 30분 내지 1시간이 지난 후 실시될 수 있다. 하기 [반응식 3]의 과정으로 진행될 수 있다.

[반응식 3]

환원 공정시 환원제는 산화제 분해 공정에서와 동일한 환원제가 투입될 수 있으며, 서로 다른 농도일 수 있다. 환원 공정시 환원제는 1,000 내지 3,000ppm의 옥살산이 사용될 수 있다.

환원 공정은 산화제 분해 공정이 진행된 지 30분 내지 1시간 후, 환원제를 추가하여 진행할 수 있으며, 환원 공정은 4시간 내지 72시간 동안 진행한다.

이러한, 계통 내에서의 산화 공정, 산화제 분해 공정 및 환원 공정이 끝나며, 밸브(VV)를 열어 계통(100) 내의 용액(또는 폐액)을 제1 연결 배관(P1)으로 배출시켜 본 발명의 일 실시예에 따른 폐액 처리 방법으로 폐액을 정화한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예예 따른 폐액 처리 방법은 입자성 금속 물질 제거 단계(S100), 금속 이온을 제거하는 단계(S102), 옥살산 분해 단계(S104), 계통 순환 단계(S105) 및 잔류 옥살산 및 금속 이온을 제거하는 단계(S108)를 포함한다.

입자성 금속 물질을 제거하는 단계(S100)는, 계통(100)에서 배출되는 용액이 제1 연결 배관(P1)을 통해서 필터부(200)로 전달되고, 필터부(200)에 의해서 용액 내에 잔존하는 입자성 금속 물질이 제거된다. 입자성 금속 물질은 Cr, Ni, Fe, Co, Mn, Cs일 수 있다.

이후, 필터부(200)를 통과한 용액의 시료를 채취하여 철 이온의 농도를 측정하고, 철 이온의 농도가 기준치를 만족하는지를 판단(S101)한다.

반응기(400)에 공급되는 용액의 철 이온 농도의 기준치는 2mM이하이며, 2mM 초과일 경우 철이 침적될 수 있다.

철 이온의 농도가 기준치 이내일 경우, 용액은 제1 순환 배관(P2), 제1 우회 배관(B1) 및 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)로 전달된다(도 3 참조).

반대로, 필터부(200)를 통과한 용액의 철 이온의 농도가 기준치를 벗어날 경우 양이온 교환 수지(300)를 통과시켜 철 이온의 농도가 기준치 이내일 수 있도록 한다. 용액이 양이온 교환 수지(300)를 통과한 후 철 이온의 농도가 기준치를 만족할 경우, 용액은 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)로 전달된다(도 4 참조).

양이온 교환 수지(300)는 용액 내의 금속 이온(Cr, Ni, Fe, Co, Mn, Cs)을 제거하기 위한 것으로, 측정된 철 이온의 농도에 따라서 적절한 양의 양이온 교환 수지(300)를 설치하여 철 이온 농도를 조절할 수 있다. 이때, 용액 내에 존재하는 유기산인 옥살산이 재생될 수 있다.

용액은 반응기(400)의 하부 또는 하부측면에 연결된 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)의 하부 또는 하부측면으로부터 반응기(400) 내로 주입될 수 있다.

옥살산 분해 단계(S104)에서는 용액과 함께 과산화수소 탱크(41)의 과산화수소가 제1 분기 배관(Y1) 및 제2 순환 배관(P3)을 통해서 반응기(400)로 주입된다. 이때 과산화수소는 펌프(PP2)를 통해서 유량 및 속도가 조절되면서 옥살산과 1:1의 비율로 주입될 수 있다.

옥살산 분해는 반응기(400)에 설치된 UV 램프로부터 발생되는 UV로 인해서 하기 [반응식 4]의 과정으로 진행된다.

[반응식 4]

옥살산 분해 단계(S104)는 반응기(400) 내부 및 계통(100)을 순환(S105) 하면서 진행되며, 상기 [반응식 4]에 의해서 이산화탄소가 발생된다. 발생된 이산화탄소는 반응기(400) 상부에 연결된 배기관(43)을 통해서 외부로 배출될 수 있다.

한편, 옥살산이 분해될 때 최적의 반응 온도는 20℃도 내지 50℃이므로, 센서부(44)를 통해서 반응기(400)의 내부 온도를 측정하고 히터 또는 냉각기를 조절하여 상기 온도를 유지시킨다.

샘플관(SP4)을 통해서 시간마다 반응기(400) 내의 용액을 채취하여 옥살산의 분해능이 미리 정해진 기준치를 만족하는지를 판단(S106)한다. 이때, 옥살산의 분해능 기준치는 90% 내지 99% 범위 내에서 특정 값으로 미리 정해질 수 있다.

옥살산의 분해능이 정해진 기준치 미만일 경우 반응기(400) 내의 용액은 제3 순환 배관(P4), 제2 우회 배관(B2), 제2 연결 배관(P5), 계통(100), 제1 연결 배관(P1), 필터부(200), 제1 순환 배관(P2), 제1 우회 배관(B1), 제2 순환 배관(P3) 및 반응기(400)를 반복적으로 순환(도 5 참조)하는 계통 순환(S105)을 진행한다. 계통 순환(S105)은 옥살산의 분해능이 기준치를 만족 할 때까지 반복될 수 있다.

옥살산의 분해능이 기준치 이상일 경우 잔류 옥살산 및 금속 이온을 제거하는 단계(S108)를 진행한다.

잔류 옥살산 및 금속 이온을 제거하는 단계(S108)는 혼상 이온 교환 수지(500)에서 진행되며, 제3 순환 배관(P4)을 통해서 혼상 이온 교환 수지(500)로 전달된 후, 제2 연결 배관(P5)으로 배출(도 6 참조)된다. 이때, 제2 우회 배관(B2)의 밸브는 닫힌 상태이다.

혼상 이온 교환 수지(500)는 반응기(400)에서 전달되는 용액 내에 잔존하는 금속 이온과 옥살산을 제거하기 위한 것으로, 양이온 교환 수지 및 음이온 교환 수지를 포함한다. 이때, 잔류하는 옥살산의 농도에 따라서 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지의 비율을 달리할 수 있다. 예를 들어, 양이온 교환 수지와 음이온 교환 수지의 비율은 5:5, 6:4, 7:3, 8:2일 수 있다.

폐액의 처리가 끝난 용액은 순환 배관부를 통해 계통(100)에 전달되어 화학적 제염을 수행하거나 외부로 배수된다.

한편, 반응기(400) 내의 공정 시간이 증가할수록 용액 내의 금속 이온이 UV 램프 표면에 침적되며, 침적된 금속층으로 인해서 반응기(400)의 효율이 떨어진다. 따라서, 반응기(400)를 세척하는 단계(도 7 참조)를 진행한다.

반응기(400) 세척은 계통(100) 내에서 화학적 제염 공정이 진행되거나, 폐액이 순환하다가 계통(100) 내에 머무를 때 진행할 수 있다.

반응기(400)의 세척 단계는 세척액 탱크(42)의 세척액을 펌프(PP3)를 통해서 반응기(400) 내로 주입하여 램프 표면의 금속과 반응시켜 금속이 용출될 수 있도록 한다. 이때, 세척액은 인산, 질산, 옥살산, 시트르산 중 적어도 하나를 포함하는 무기산 또는 유기산일 수 있다.

반응기(400)와 연결된 제2 순환 배관(P3)과 제3 순환 배관(P4)의 밸브를 닫은 후, 세척액이 제3 분기 배관(Y3)을 통해서 반응기(400) 내로 주입되고, 반응 후 다시 세척액 탱크(43)로 순환되면서 램프 표면의 금속이 제거될 수 있도록 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

41: 과산화수소 탱크 42: 세척액 탱크
43: 배기관 100: 계통
200: 필터부 300: 양이온 교환 수지
400: UV 반응기 500: 혼상 이온 교환 수지

Claims

필터부,
상기 필터부와 연결되어 있는 양이온 교환 수지,
상기 양이온 교환 수지와 연결되며 복수의 자외선 램프를 포함하는 자외선 반응기,
상기 자외선 반응기와 연결되고, 상기 자외선 램프 표면에 침적된 금속을 용출시켜 제거하는 세척액을 공급하는 세척액 탱크,
상기 자외선 반응기와 연결되어 있는 혼상 이온 교환 수지,
상기 필터부, 양이온 교환 수지, 자외선 반응기 및 혼상 이온 교환 수지 사이를 연결하여 순환 구조를 형성하는 순환 배관부
를 포함하는 폐액 처리 설비.
제1항에서,
상기 순환 배관부는
상기 필터부와 상기 양이온 교환 수지 사이를 연결하는 제1 순환 배관,
상기 양이온 교환 수지와 상기 자외선 반응기 사이를 연결하는 제2 순환 배관,
상기 자외선 반응기와 상기 혼상 이온 교환 수지를 연결하는 제3 순환 배관
을 포함하고,
상기 제2 순환 배관은 상기 자외선 반응기의 하부 또는 하부측면과 연결되고, 상기 제3 순환 배관은 상기 자외선 반응기의 상부 또는 상부측면과 연결되어 있는 폐액 처리 설비.
제2항에서,
상기 순환 배관부는 원자력 발전소의 계통과 상기 필터부를 연결하는 제1 연결 배관,
상기 혼상 이온 교환 수지와 상기 계통을 연결하는 제2 연결 배관
을 더 포함하고,
상기 폐액은 상기 계통 내에서 화학 제염된 용액인 폐액 처리 설비.
제3항에서,
상기 순환 배관부는
상기 제1 순환 배관과 상기 제2 순환 배관 사이를 연결하여 상기 양이온 교환 수지를 우회하는 제1 우회 배관,
상기 제3 순환 배관과 상기 제2 연결 배관 사이를 연결하여 상기 혼상 이온 교환 수지를 우회하는 제2 우회 배관,
상기 제2 순환 배관과 상기 제3 순환 배관 사이를 연결하여 상기 자외선 반응기를 우회하는 제3 우회 배관을
더 포함하는 폐액 처리 설비.
제1항에서,
상기 자외선 반응기는 UVB 램프와 UVC 램프를 포함하는 폐액 처리 설비.
제1항에서,
상기 자외선 반응기는
상기 자외선 반응기 내부의 기체를 배출하기 위한 배기관,
상기 자외선 반응기에 과산화수소를 주입하는 과산화수소 탱크,
를 더 포함하는 폐액 처리 설비.
제1항에서,
상기 필터부의 효율은 10㎛이상의 금속 입자 제거 효율이 98%이상인 폐액 처리 설비.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 폐액 처리 설비를 이용하여 폐액을 처리하는 방법에 있어서,
상기 필터부로 상기 폐액을 주입하여 금속 입자를 제거하는 단계,
상기 자외선 반응기로 상기 폐액을 주입하여 유기산을 분해하는 단계,
상기 혼상 이온 교환 수지로 상기 폐액을 주입하여 잔류 금속 이온 및 유기산을 제거하는 단계,
상기 자외선 반응기에 세척액을 주입하여 상기 자외선 반응기 내에 설치된 램프 표면을 세척하는 단계
를 포함하고,
상기 세척하는 단계는 상기 자외선 반응기 내의 상기 폐액을 제거한 후 진행하는 폐액 처리 방법.
제8항에서,
상기 금속 입자를 제거하는 단계 후,
상기 양이온 교환 수지로 상기 폐액을 주입하여 금속 이온을 제거하는 단계
를 더 포함하는 폐액 처리 방법.
제8항에서,
상기 유기산을 분해하는 단계에서,
상기 폐액에 잔류하는 철 이온 농도는 2mM이하인 폐액 처리 방법.
제8항에서,
상기 유기산을 분해하는 단계는,
상기 자외선 반응기에 과산화수소를 주입하는 단계
를 더 포함하는 폐액 처리 방법.
제8항에서,
상기 폐액은 원자력 발전소의 계통 내에서 화학 제염 후 배출되는 용액인 폐액 처리 방법.