KR102005680B1 - Methods for Treatment of Spent Radio- active Ion-Exchange Resin - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for treating a waste radioactive ion exchange resin which is able to treat a waste radioactive ion exchange resin by performing an oxidative degradation of the waste radioactive ion exchange resin into carbon dioxide (CO2) and water (H2O), which are stable inorganic materials, comprising: a step of mixing the waste ion exchange resin with water in a mixing tank, and to transfer the mixture to a reaction tank; a step of pre-treatment to build a reduction electrode inside the reaction tank, to form an oxidative degradation condition of the waste ion exchange resin, and to put in a catalyst for activating an oxidation degradation reaction; and a step of oxidative degradation to apply a power to the reduction electrode and to perform an oxidative degradation by injecting a hydrogen peroxide (H2O2) into the reaction tank. Accordingly, the present invention is able to perform an oxidative degradation of the waste ion exchange resin in water at a low temperature, to promote safety in the treatment process, to generate no volatile radioactive material, to generate no dust, tar, or the like, to have a very great volume reduction rate, to generate a very small volume of secondary wastes, to form an atmosphere with concentrated oil of vitriol and nitric acid, to minimize a used volume of H2O2, which is an oxidizing agent, to minimize a used volume of catalyst by using the reduction electrode, and to reduce the cost for degradation and treatment of the waste ion exchange resin.

Description

방사성 폐 이온교환수지 처리방법{Methods for Treatment of Spent Radio- active Ion-Exchange Resin}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for treating radioactive waste ion exchange resin,

본 발명은 방사성 폐 이온교환수지 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원자로냉각수 정화처리계통 및 액체폐기물처리계통에서 발생되는 방사성 폐 이온교환수지를 안정한 무기물인 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화 분해시켜서 처리하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법에 관한 것이다.The present invention radioactive waste to ion exchange on resin processing method, more particularly to a nuclear reactor cooling water purifying system and the liquid waste radioactive waste ion exchange resin, a stable inorganic carbon dioxide (CO 2) and water generated by the processing system (H 2 O) by oxidative decomposition with a radioactive waste ion exchange resin.

원자력발전소는 핵연료에서 발생하는 중성자로 인하여 다양한 방사성 핵종이 생성되며 이러한 핵종은 계통 내에서 장시간 체류하면서 방사성 크러드(CRUD) 형태로 계통 배관 내의 표면에 침적되면서 높은 방사선장을 형성하게 된다. 이로 인하여 방사선작업자는 발전소 보수기간 동안 원치 않는 방사선 피폭을 받게 된다.Nuclear power plants generate various radionuclides due to the neutrons generated from the nuclear fuel. These nuclides stay in the system for a long time and deposit on the surface of the system piping in the form of radioactive crud (CRUD) to form a high radiation field. This causes radiation workers to receive unwanted radiation exposure during the maintenance period of the plant.

원자로 계통 내에서 방사선장을 낮추는 방법으로는 계통 내에 아연(Zn)을 주입하는 아연주입기술이나 미세 여과필터를 이용하여 입자성(Particle) 크러드를 제거하는 미세 여과기술과 계통수 중에 방사성 이온형태로 존재하는 핵종들을 이온교환시켜 제거하는 이온교환수지 정화기술 등이 있다. 이중에서 가장 우수한 방사성 물질 제거기술은 이온교환수지를 이용하는 이온교환 처리기술이며 이 기술은 원자력발전소에서 광범위하게 사용해 오고 있다.In order to lower the radiation field in the reactor system, microfiltration technology that removes particulate crud by using zinc injection technology or microfiltration filter injecting zinc (Zn) into the system, And an ion exchange resin purification technique in which existing nuclides are removed by ion exchange. Among them, the best radioactive material removal technology is an ion exchange treatment technology using ion exchange resin, and this technology is widely used in nuclear power plants.

이러한 이온교환 처리기술은 방사성이온들의 제거 효과가 뛰어나고 공정이 단순하기 때문에 가장 선호되는 기술이나, 이온교환수지의 특성상 방사능을 띠지 않은 이온성 물질과 방사능을 띠는 이온성 물질이 함께 제거되기 때문에 사용하는 이온교환수지의 수명이 짧게 된다. 이로 인하여 다량의 방사성 폐 이온교환수지가 매년 발생된다. 통상적으로 한주기 운전을 마친 후에는 이온교환수지를 전량 교체해야 하기 때문에 매년 호기 당 약 3톤의 폐 이온교환수지가 발전소에서 발생된다.This ion exchange treatment technique is the most preferred technique because of its excellent removal efficiency of radioactive ions and simple process, but due to the nature of the ion exchange resin, ionic substances which are not radioactive and radioactive ionic substances are removed together The life of the ion exchange resin is shortened. As a result, a large amount of radioactive waste ion exchange resin is generated annually. Usually, after one week of operation, the entire amount of ion exchange resin needs to be changed. Therefore, about 3 tons of waste ion exchange resin per unit discharge is generated in the power plant every year.

발생된 폐 이온교환수지를 시멘트나 폴리머로 안정화시켜 처리하거나, 300년 이상의 수명을 지닌 고건전성 용기(High Integrity Container, HIC)에 담아 탈수시킨 후 영구처분장으로 보내는 방법이 사용되고 있으며, 처분장으로 이송되기 전까지는 원자력발전소 부지 내의 임시저장고에 저장, 관리해 오고 있다. 그러나, 중ㅇ저 준위의 방사성 오염수지는 취급이 어렵고 각 나라마다 처분장의 운영방식이 다르기 때문에 처분장으로의 이송은 경제성과 취급의 안전성 등을 우선 고려하여야 한다.The generated waste ion-exchange resin is stabilized with cement or polymer or dehydrated in a High Integrity Container (HIC) with a life span of 300 years or more and sent to a permanent disposal site. Until then, it has been stored and managed in temporary storage in the nuclear power plant site. However, since the radioactive contaminated resin at low level is difficult to handle and the operation mode of the repository is different in each country, the transportation to the repository should take into account economic efficiency and safety of handling first.

이온교환수지는 유기합성 고분자물질에 이온교환능을 나타내는 친수성기로 인하여 물과 접촉 시 팽윤성을 나타내어 고화매질에 강한 팽윤압을 가하므로 시멘트로 고화 처리할 경우, 폐기물 부피 감용율에 한계가 있게 되며, 다공성의 시멘트 고화체로 처리할 경우에는 물의 침투확산 속도가 커서 방사성 핵종의 침출가능성도 높게 된다.Since the ion exchange resin exhibits swelling property upon contact with water due to the hydrophilic group exhibiting ion exchange ability in the organic synthetic polymer material, a strong swelling pressure is applied to the solidification medium. Therefore, when the solidification treatment with cement is performed, there is a limit in the waste volume abatement ratio, , The penetration diffusion rate of water is high and the possibility of leaching of radionuclides is also high.

130호기 이상을 가동하고 있는 미국의 경우는, 대부분의 원전에서 발생하는 이온교환수지들을 고화시키지 않고 곧바로 탈수처리공정을 거쳐 고건전성 용기(HIC)에 담아 처분장으로 이송시켜 처분하는 방식을 채택하고 있다. 그러나 이러한 처분방식은 용기의 건전성이 300년 이상 유지됨을 입증시켜야 하는 까다로운 시험조건을 만족시켜야 하고, 고가의 용기 사용으로 인하여 처분단가도 함께 상승하게 된다.In the United States, which operates more than 130 units, the ion exchange resins from most nuclear power plants are not solidified, but are immediately dehydrated and transferred to a disposal facility in a high-integrity container (HIC) for disposal . However, such a disposal method must meet the stringent test conditions required to demonstrate that the integrity of the container is maintained for more than 300 years, and the cost of disposal increases due to the use of expensive containers.

우리나라와 일본은 처분부지의 제약으로 인해 미국처럼 용기에 담아 처리하지 않고 있으며 처분장으로 보내는 폐기물량을 최소화하기 위하여 폐기물 감용화 기술의 사용이 권장되고 있다.Korea and Japan are not treated as containers in the US due to restrictions on disposal sites, and the use of waste disposal technology is recommended to minimize the amount of waste sent to disposal sites.

고분자 물질인 폐 이온교환수지를 열분해 및 소각 처리하면 CO2와 H2O로 분해되어 무기형태로 안정화되기 때문에 부피의 감용 효과가 크고 이온교환수지의 팽윤특성과 유기물의 방사선 분해를 방지할 수 있지만, 열분해과정에서 휘발성 방사성물질이 발생하고 방사성물질의 회수가 어려우며 먼지나 타르 등이 발생할 뿐만 아니라 2차폐기물이 다량으로 발생하는 문제점이 있다. 본 특허는 이러한 문제점을 해결하기 위한 내용으로 기술하였다.The waste ion exchange resin, which is a polymer substance, is decomposed into CO 2 and H 2 O and then stabilized in an inorganic form. Therefore, the effect of volume reduction is large, swelling properties of the ion exchange resin and radiation decomposition of organic materials can be prevented Volatile radioactive materials are generated in the pyrolysis process, the recovery of radioactive materials is difficult, dust and tar are generated, and secondary waste is generated in a large amount. This patent has been described in order to solve such a problem.

KR 10-1624453 BKR 10-1624453 B

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기위하여, 원자력발전소 등에서 발생되는 폐 이온교환수지를 휘발성 방사성물질이 발생하지 않고 먼지나 타르 등이 발생하지 않을 뿐만 아니라 2차폐기물 발생이 최소화되는 산화 분해 처리기술로 안정한 무기물 형태인 CO2와 H2O로 분해하여 처리하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a waste water treatment method and a waste water treatment method for waste ion exchange resin generated from a nuclear power plant, And a method of decomposing and treating CO 2 and H 2 O which are stable inorganic forms.

본 발명의 방사성 폐 이온교환수지 처리방법은, 배합조에서 폐 이온교환수지를 물과 배합하여 반응조로 이송하는 배합단계, 상기 반응조 내부에 환원전극을 부설하고 폐 이온교환수지의 산화 분해조건을 조성하고 산화 분해반응의 활성화를 위한 촉매를 투입하는 전처리단계, 상기 환원전극에 전원을 인가하고 상기 반응조 내부에 과산화수소(H2O2)를 주입하여 산화 분해시키는 산화 분해단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 최종 부산물을 고상, 액상 및 기상으로 분리하는 분리단계와, 상기 산화 분해 단계와 분리단계에서 분리된 최종 부산물을 처리하는 마무리단계를 더 포함할 수도 있다.The method for treating radioactive waste ion-exchange resin of the present invention is characterized by comprising a mixing step of mixing waste ion exchange resin with water in a mixing tank and transferring the water to a reaction tank, placing a reducing electrode in the reaction tank, And an oxidation decomposition step of oxidizing and decomposing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) by applying power to the reduction electrode and injecting hydrogen peroxide into the reaction vessel. In addition, the present invention may further comprise a separation step of separating the final by-product into a solid phase, a liquid phase, and a vapor phase, and a finishing step of processing the final by-product separated in the oxidation decomposition step and the separation step.

본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 폐 이온교환수지를 물속에서 낮은 온도로 산화 분해시켜서 안정한 무기물 형태인 CO2와 H2O로 분해하여 처리하므로, 처리공정 상의 안전을 도모하고 휘발성 방사성물질이 발생하지 않으며 먼지나 타르 등이 발생하지 않는 효과가 있다.The present invention decomposes a waste ion exchange resin generated in a nuclear power plant into CO 2 and H 2 O, which are stable inorganic forms, by oxidizing and decomposing the waste ion exchange resin to a low temperature in water. Therefore, safety is ensured in the treatment process and volatile radioactive materials And there is no dust or tar.

또, 본 발명은 최종 부산물을 무기물 형태인 CO2와 H2O로 변화시키므로, 플라스틱 또는 시멘트 고화처리방법과는 달리 부피 감용율이 매우 크고, 발생되는 2차폐기물의 양이 매우 작게 되는 효과가 있다.In addition, since the final by-product is changed into inorganic form of CO 2 and H 2 O, unlike the plastic or cement solidifying method, the volume rejection rate is extremely large and the amount of generated secondary waste is extremely small have.

또한, 본 발명은 농황산 및 질산분위기를 조성하여 산화제인 H2O2의 사용량을 최소화하고 환원전극을 사용하여 촉매의 사용량을 최소화하므로 폐 이온교환수지의 분해처리 비용을 절감시키는 효과가 있다.Further, the present invention minimizes the amount of H 2 O 2 used as an oxidizing agent and minimizes the amount of catalyst used by using a reducing electrode by forming a concentrated sulfuric acid and nitric acid atmosphere, thereby reducing the decomposition treatment cost of the spent ion exchange resin.

도 1은 본 발명의 폐 이온교환수지 산화 분해공정의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실험실규모의 폐 이온교환수지 산화 분해장치의 구성도이다.
도 3은 촉매별 Mole농도 변화에 따른 이온교환수지 분해효율 그래프이다. 도 3a는 양이온수지의 경우이고, 도 3b는 음이온수지의 경우이다.
도 4는 촉매를 혼합하여 사용하는 경우에 동일 Mole비의 변화와 H2O2 첨가량의 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 4a는 양이온수지의 경우이고, 도 4b는 음이온수지의 경우이다.
도 5는 촉매별 H2O2 주입량 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 5a는 양이온수지의 경우이고, 도 5b는 음이온수지의 경우이다.
도 6은 일정 Mole농도에서 혼합 Mole비 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 6a는 양이온수지의 경우이고, 도 6b는 음이온수지의 경우이다.
도 7은 동일 Mole비의 혼합 촉매를 사용할 경우 Mole농도 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 7a는 양이온수지의 경우이고, 도 7b는 음이온수지의 경우이다.
1 is a block diagram of a waste ion exchange resin oxidative decomposition process of the present invention.
2 is a block diagram of a laboratory-scale waste ion exchange resin oxidative decomposition apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the efficiency of ion exchange resin decomposition according to the concentration change of Mole per catalyst. Figure 3a shows the case of cationic resin and Figure 3b shows the case of anionic resin.
FIG. 4 is a graph showing decomposition effects according to the change of the same mole ratio and the addition amount of H 2 O 2 when the catalyst is used in combination. Fig. 4A shows a case of a cation resin, and Fig. 4B shows a case of an anionic resin.
FIG. 5 is a graph showing decomposition effects according to changes in H 2 O 2 injection amount per catalyst. FIG. 5A shows a case of a cation resin, and FIG. 5B shows a case of an anionic resin.
FIG. 6 is a graph illustrating the decomposition effect according to the variation of the mixing mole ratio at a constant Mole concentration. Fig. 6A shows a case of a cationic resin, and Fig. 6B shows a case of an anionic resin.
FIG. 7 is a graph showing the decomposition effect according to the concentration change of the Mole when the mixed catalyst of the same mole ratio is used. FIG. 7A shows a case of a cationic resin, and FIG. 7B shows a case of an anionic resin.

본 발명은 원자력발전소 등에서 발생되는 폐 이온교환수지(양이온교환수지, 음이온교환수지 및 혼상수지)를 습식산화법(Wet Oxidation)을 사용하여 물속에서 낮은 온도(85~100℃)로 산화 분해시켜서 안정한 무기물 형태인 CO2와 H2O로 분해시킨다. The present invention relates to a method for oxidizing and decomposing a waste ion exchange resin (a cation exchange resin, an anion exchange resin and a mixed resin) generated in a nuclear power plant or the like to a low temperature (85 to 100 ° C) in water using a wet oxidation method, And decomposes into CO 2 and H 2 O in the form.

이하, 첨부한 도면에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 방사성 폐 이온교환수지 처리방법은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배합조(1)에서 폐 이온교환수지를 물과 배합하여 반응조(2)로 이송하는 배합단계(P1), 상기 반응조(2) 내부에 환원전극을 부설하고 폐 이온교환수지의 산화 분해조건을 조성하고 산화 분해반응의 활성화를 위한 촉매를 투입하는 전처리단계(P2), 상기 환원전극에 전원을 인가하고 상기 반응조(2) 내부에 과산화수소(H2O2)를 주입하여 산화 분해시키는 산화 분해단계(P3)를 포함한다,1 and 2, the method for treating radioactive waste ion-exchange resin according to the present invention comprises a mixing step (P1) in which a waste ion-exchange resin is mixed with water in a mixing tank (1) and transferred to a reaction tank (2) A pre-treatment step (P2) in which a reducing electrode is laid in the reaction tank (2), a condition for oxidative decomposition of a waste ion exchange resin is established, and a catalyst for activating an oxidative decomposition reaction is charged; And an oxidative decomposition step (P3) for oxidizing and decomposing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) into the reaction tank (2)

또한, 본 발명은 최종 부산물을 고상, 액상 및 기상으로 분리하는 분리단계(P4)와, 상기 산화 분해단계(P3)와 상기 분리단계(P4)에서 분리된 최종 부산물을 처리하는 마무리단계(P5)를 더 포함할 수 도 있다.The present invention also relates to a method for producing a final product, comprising: a separation step (P4) of separating the final byproduct into solid phase, liquid phase and gaseous phase; a finishing step (P5) for processing the final byproduct separated in the oxidative decomposition step (P3) As shown in FIG.

상기 배합단계(P1)에서는 별도로 보관해 온 폐 이온교환수지를 배합조(1)로 이송하여 배합조(1)에서 물과 배합한다. 제1 이송펌프를 이용하여 폐 이온교환수지를 배합조(1)로 이송한 후, 배합조(1)에서 물과 배합시켜서 폐 이온교환수지가 슬러리상태가 되도록 한 후 스크린으로 물을 분리시킨 다음에 제2 이송펌프를 이용하여 일정량의 폐 이온교환수지를 반응조(2)로 이송시킨다.In the mixing step (P1), the separately stored waste ion-exchange resin is transferred to the mixing tank (1) and mixed with water in the mixing tank (1). The waste ion exchange resin is transferred to the compounding tank 1 by using the first transfer pump and then mixed with water in the compounding tank 1 so that the waste ion exchange resin is in a slurry state. A predetermined amount of waste ion exchange resin is transferred to the reaction tank 2 by using a second transfer pump.

상기 제1 이송펌프는 0.5m3/hr 까지의 유량 속도조절이 가능한 펌프가 바람직하고, 상기 제2 이송펌프는 Peristatic 펌프가 바람직하다. 물과 폐 이온교환수지를 적정량으로 배합한 후 반응조(2)로 보낼 때 사전에 불순물을 거르기 위하여 스크린을 사용하며, 이러한 스크린은 부식성이 강한 SUS316 재질의 50mesh 이하의 원통형 스크린을 사용하는 것이 바람직하다.The first feed pump is preferably a pump capable of controlling the flow rate to 0.5 m 3 / hr, and the second feed pump is preferably a peristatic pump. It is preferable to use a screen having a corrosion resistance of SUS316 and a size of 50mesh or less when it is mixed with an appropriate amount of water and waste ion exchange resin and then sent to the reaction vessel (2) in order to filter the impurities beforehand .

상기 전처리단계(P2)에서는 슬러리상태의 폐 이온교환수지가 수용된 반응조(2) 내부의 pH와 온도를 조절하고, 산화 분해반응의 활성화를 위하여 촉매를 주입한다. 또 반응조(2) 내부에 전원을 인가할 수 있는 환원전극을 부설한다. 물론 이러한 환원전극은 전처리단계(P2) 이전에 부설할 수도 있다.In the pre-treatment step (P2), the pH and the temperature of the slurry-containing waste ion exchange resin are adjusted, and the catalyst is injected to activate the oxidative decomposition reaction. In addition, a reducing electrode capable of applying power is laid inside the reaction tank (2). Of course, such a reducing electrode may be provided before the pre-treatment step (P2).

황산 또는 질산을 이용하여 양이온수지의 경우에는 pH 를 1.5~4.1 범위로 조절하고, 음이온수지의 경우에는 pH 를 2.0~3.0 범위로 조절한다. 내부온도는 100℃ 이하의 낮은 온도로 조절한다.Sulfuric acid or nitric acid, the pH of the cationic resin is adjusted to 1.5 to 4.1, and the pH of the anionic resin is adjusted to 2.0 to 3.0. The internal temperature is adjusted to a low temperature of 100 ° C or less.

산화 분해반응의 활성화를 위한 촉매로 철(FeSO4) 촉매와 구리(CuCl,CuSO4) 공촉매를 사용하며, 혼합 Mole비를 0.002Mole 이상으로 유지시킨다. 이하, 철(FeSO4) 촉매를 Fe 촉매, 구리(CuCl,CuSO4) 공촉매를 Cu 공촉매, 구리(CuCl) 공촉매를 CuCl 공촉매, 구리(CuSO4) 공촉매를 CuSO4 공촉매라 한다.Iron (FeSO4) catalyst and copper (CuCl, CuSO 4 ) cocatalyst are used as a catalyst for activation of the oxidative decomposition reaction, and the mixing mole ratio is maintained at 0.002 mole or more. Hereinafter referred to as iron (FeSO4) catalyze the Fe catalyst, copper (CuCl, CuSO 4) a cocatalyst a Cu cocatalyst, copper (CuCl) CuCl provides a cocatalyst catalyst, copper (CuSO 4) CuSO 4 provides a cocatalyst catalyst .

상기 산화 분해단계(P3)에서는 환원전극에 0.6~1.0 Volt의 전원을 인가하고 H2O2를 100~180 ㎖/hr의 속도로 주입하여 산화 분해가 일어나도록 한다. H2O2의 주입량 및 주입속도에 따라 분해율이 달라진다. 산화 분해반응으로 열이 발생하므로 H2O2의 주입량 및 주입속도를 조절하여 반응조(2) 내부의 온도가 적정온도(85~100℃)로 유지되도록 한다. 환원전극은 전극의 수명을 고려하여 Pt전극을 사용하는 것이 바람직하다.In the oxidative decomposition step (P3), a power of 0.6 to 1.0 Volt is applied to the reducing electrode and H 2 O 2 is injected at a rate of 100 to 180 ml / hr to cause oxidative decomposition. The decomposition rate varies depending on the injection amount and the injection rate of H 2 O 2 . Since the heat is generated by the oxidative decomposition reaction, the injection amount and the injection rate of H 2 O 2 are adjusted so that the temperature inside the reaction tank 2 is maintained at an appropriate temperature (85-100 ° C.). It is preferable to use a Pt electrode in consideration of the lifetime of the electrode.

상기 분리단계(P4)에서는 산화 분해단계(P3)에서 산화 분해반응이 끝난 후 생성된 산화 분해 생성물을 감압증발기(3)로 이동시키고 감압증발기(3)의 내부를 740 Torr의 압력과 100~105℃의 온도로 유지시키는 감압증발과정을 통하여 산화 분해 생성물을 고상, 액상 및 기상으로 분리한다.In the separating step P4, the oxidative decomposition product generated after the oxidative decomposition reaction in the oxidative decomposition step P3 is transferred to the decompression evaporator 3, the pressure inside the decompression evaporator 3 is reduced to 740 Torr, Deg.] C, and the oxidative decomposition product is separated into a solid phase, a liquid phase and a vapor phase through a reduced pressure evaporation process.

상기 마무리단계(P5)에서는 상기 산화 분해단계(P3) 및 분리단계(P4)에서 고상, 액상 및 기상으로 각각 분리된 산화 분해 생성물을 처리한다. 상기 산화 분해단계(P3)에서 발생한 수증기를 열교환기(4)로 응축시키는 수증기 응축공정(T1)과, 상기 수증기 응축공정(T1) 및 상기 분리단계(P4)에서 분리된 응축수를 응축수 포집탱크(5)에 포집하는 응축수 포집공정(T2), 상기 응축수 포집공정(T2)에서 포집한 응축수를 응축수 정화장치(6)에서 정화시키는 응축수 정화공정(T3), 집진장치(7)를 이용하여 상기 분리단계(P4)에서 감압증발 시에 잔존하는 바닥재를 포집하는 바닥재 포집공정(T4), 폐기물 발생량을 감축시키기 위하여 상기 분리단계(P4)에서 분리된 배기체를 배기체 처리장치(8)에서 촉매를 이용하여 THC, CO, Sox 및 잔유유기물로 분해하고, HEPA Filter(High Efficiency Particulate Air Filter)를 이용하여 휘발성 중금속을 제거하는 배기체 처리공정(T5)을 포함한다.In the finishing step (P5), the oxidative decomposition products separated into the solid phase, the liquid phase and the vapor phase are treated in the oxidation decomposition step (P3) and the separation step (P4). A steam condensing process T1 for condensing water vapor generated in the oxidative decomposition step P3 into a heat exchanger 4 and a condensing water separation process for separating the condensed water separated in the water vapor condensation process T1 and the separation process P4 (T3) for purifying the condensed water collected in the condensed water collecting process (T2) by the condensed water purifying device (6) and the separation (7) for collecting the condensed water in the condensed water collecting process A bottom material collecting step (T4) for collecting the bottom material remaining at the time of the reduced pressure evaporation in the step P4; a step for purifying the exhaust gas separated in the separating step (P4) in the exhaust gas treating device (8) (T5), which decomposes into THC, CO, Sox and residual organic matter using a high-efficiency particulate air filter (HEPA) to remove volatile heavy metals.

상기 응축수 정화공정(T3)에서 발생한 물은 외부로 배출하고 고체는 고체폐기물로 처리하며, 상기 바닥재포집공정(T4)에서 포집된 바닥재는 드럼에 담아 처리한다. 또한, 상기 분리단계(P4)에서 분리된 CO2와 상기 배기체 처리공정(T4)에서 처리된 배기체는 HVAC System(Heating, Ventilation Air Conditioning System)을 통하여 배출시킨다.The water generated in the condensate purification process (T3) is discharged to the outside, the solid is treated as solid waste, and the bottom material collected in the bottom material collecting process (T4) is processed in a drum. In addition, CO 2 separated in the separation step (P4) and exhaust gas treated in the exhaust gas treatment process (T4) are discharged through an HVAC system (Heating, Ventilation Air Conditioning System).

다음에 상기 산화 분해단계(P3)에서의 분해효과에 대하여 설명한다.Next, the decomposition effect in the oxidative decomposition step (P3) will be described.

도 3은 촉매별 Mole농도 변화에 따른 이온교환수지 분해효율 그래프이다. 도 3a는 양이온수지의 경우이고, 도 3b는 음이온수지의 경우이다. 단독 촉매로 Fe 촉매, CuCl 촉매, CuSO4 촉매를 각각 사용하였으며, 0.0005, 0.0015, 0.0045, 0.0090 및 0.0135Mole을 넣고, H2O2를 100㎖/hr의 주입속도로 100㎖를 주입하여 산화 분해를 시켰을 때의 상기 단독 촉매별 첨가량 변화에 따른 분해율을 확인하였다.FIG. 3 is a graph showing the efficiency of ion exchange resin decomposition according to the concentration change of Mole per catalyst. Figure 3a shows the case of cationic resin and Figure 3b shows the case of anionic resin. 0.0005, 0.0015, 0.0045, 0.0090 and 0.0135 mole of H 2 O 2 were injected at a rate of 100 ml / hr, respectively, using an Fe catalyst, a CuCl catalyst and a CuSO 4 catalyst as individual catalysts. And the decomposition rate according to the addition amount of each catalyst was confirmed.

양이온교환수지의 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이 건조수지 5g에 대하여 Fe 촉매의 양이 0.0135Mole인 경우의 분해율이 92% 정도로 96%의 분해율을 보인 0.009Mole에 비해 낮은 분해율를 나타냈으며, Fe 촉매의 양이 약 0.009Mole 부근에서 최대 분해율을 나타냈다. 이는 본 반응이 Fe 이온을 중심으로 반응하는 것으로 그 반응식은 다음과 같다.In the case of the cation exchange resin, as shown in FIG. 3A, the decomposition rate when the amount of the Fe catalyst was 0.0135 mole with respect to 5g of the dried resin was 92%, which was lower than that with 0.009 mole showing the decomposition rate of 96% The maximum decomposition rate was about 0.009 mole. This reaction is based on the reaction of Fe ions.

Figure 112018068372447-pat00001
Figure 112018068372447-pat00001

위의 반응식에서 보는 바와 같이

Figure 112018068372447-pat00002
가 H2O2와 반응하여
Figure 112018068372447-pat00003
로 산화를 하면서
Figure 112018068372447-pat00004
라디칼을 생성시키고, 생성된
Figure 112018068372447-pat00005
가 산화 분해의 주된 원인으로 작용하고 있다고 볼 수 있다. 따라서 도 3a에서 도시된 것처럼 Fe 촉매의 양이 많아짐에 따라
Figure 112018068372447-pat00006
라디칼의 생성이 많아지고 반응성이 커져서 분해율이 높아진다.As shown in the above equation
Figure 112018068372447-pat00002
Reacts with H 2 O 2
Figure 112018068372447-pat00003
While oxidizing
Figure 112018068372447-pat00004
Radicals, and the resulting
Figure 112018068372447-pat00005
Is the main cause of oxidative decomposition. Therefore, as shown in FIG. 3A, as the amount of the Fe catalyst increases,
Figure 112018068372447-pat00006
The generation of radicals is increased, the reactivity is increased, and the decomposition rate is increased.

한편, 음이온교환수지의 경우에는 음이온교환수지 15.775g(건조 무게로 5g)에 황산으로 pH가 2가 되도록 맞춘 다음, 도 3b에서 도시된 바와 같이 Fe 촉매와 Cu 촉매의 첨가량을 변화시키면서 H2O2 주입속도를 100㎖/hr로 하여 총 100㎖를 주입하여 반응시킨 다음, 촉매의 첨가량 변화에 따른 분해율을 확인하였다. 도 3b에 도시된 것처럼 Fe 촉매와 Cu 촉매의 양이 증가할수록 분해율이 증가하다가 일정량 이상이 되면 분해율이 다시 감소하는 경향을 나타냈다.On the other hand, when the anion exchange resin by changing the addition amount of Fe and Cu catalyst catalyst as shown in the following tailored, 3b such that the pH 2 with sulfuric acid and the anion exchange resin 15.775g (by dry weight 5g) H 2 O 2 Injection rate of 100 ml / hr was injected in total of 100 ml, and the decomposition rate was confirmed by the change of catalyst addition amount. As shown in FIG. 3B, as the amount of the Fe catalyst and the amount of the Cu catalyst increased, the decomposition ratio increased. When the amount of the Fe catalyst and the Cu catalyst increased, the decomposition rate decreased again.

이와 같이, 분해율이 양이온수지에 비해 떨어지는 것은 음이온교환수지가 양이온교환수지와 비교하여 탄소의 함유량이 1.3배 정도가 많아서 이러한 탄소를 완전히 분해시키기 위해서 양이온교환수지의 분해에 사용되는 H2O2의 양보다 더 많은 H2O2가 소요되기 때문이다.The reason why the decomposition rate is lower than that of the cationic resin is that the anion exchange resin has a carbon content of about 1.3 times as much as that of the cation exchange resin so that the decomposition rate of H 2 O 2 used for the decomposition of the cation exchange resin This is because more H 2 O 2 is required than the amount.

위와 같이, 단독 촉매를 사용하는 경우, 양이온수지는 Fe 촉매가 가장 분해율이 높은 반면, 음이온수지는 CuCl 촉매가 가장 분해율이 높았다. 양이온수지는 0.0045Mole 이상에서 94% 이상의 분해율을 나타냈으며, 음이온수지인 경우는 CuCl 촉매가 0.0045Mole 이상에서 75% 이상의 분해율을 나타냈다. 따라서, 단독 촉매 사용시에는 Mole농도를 0.004Mole 이상으로 설정하고 적용 수지에 따라 촉매를 선택해야 하며 H2O2 주입속도를 100㎖/hr 이상으로 유지하는 것이 바람직하다.As described above, when a single catalyst is used, the cationic resin has the highest decomposition rate of the Fe catalyst, while the anion resin has the highest decomposition rate of the CuCl catalyst. Cationic resins showed a decomposition rate of more than 94% at over 0.0045 mole. In the case of anion resin, the decomposition rate of CuCl catalyst was more than 75% at more than 0.0045 mole. Therefore, when using a single catalyst, it is preferable to set the mole concentration to 0.004 mole or more, select the catalyst according to the applied resin, and keep the H 2 O 2 injection rate at 100 ml / hr or more.

도 4는 촉매를 혼합하여 사용하는 경우에 동일 Mole비의 변화와 H2O2 첨가량의 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 4a는 양이온수지의 경우이고, 도 4b는 음이온수지의 경우이다. 환원전극에 0.771Volt의 전원을 인가하고 동일 Mole비 내에서 H2O2 주입량(주입속도: 100㎖/hr)을 증가시키면서 각각의 조건에서 수지의 분해율을 확인하였다.FIG. 4 is a graph showing decomposition effects according to the change of the same mole ratio and the addition amount of H 2 O 2 when the catalyst is used in combination. Fig. 4A shows a case of a cation resin, and Fig. 4B shows a case of an anionic resin. The decomposition rate of the resin was confirmed under each condition while applying a power of 0.771Volt to the reducing electrode and increasing the amount of H 2 O 2 injected (injection rate: 100 ml / hr) in the same mole ratio.

양이온교환수지의 경우에는 도 4a에 도시된 바와 같이, 동일 Mole비에서 Mole의 합이 0.002Mole 이상이 되도록 주입하였을 때에는 100㎖ 이상의 H2O2 주입시점부터 분해율이 높게 나타났으며, 분해율이 H2O2 주입량과 상관관계를 나타냈다. 한편, Fe 촉매와 CuCl 공촉매의 합이 0.001Mole일 때에는 분해율이 H2O2의 주입량에 따라 비례적으로 증가하기는 하였으나 95% 이상의 높은 분해율을 얻기 위해서는 많은 양의 H2O2가 요구되는 것으로 나타났다.In the case of the cation exchange resin, as shown in FIG. 4A, when the molar ratio was increased to 0.002 mole or more in the same mole ratio, the decomposition rate was high at the time of injection of 100 ml or more of H 2 O 2 , 2 O 2 injection amount. On the other hand, when the sum of the Fe catalyst and the CuCl cocatalyst is 0.001 mole, the decomposition ratio increases proportionally with the amount of H 2 O 2 injected, but a large amount of H 2 O 2 is required to obtain a high decomposition rate of 95% or more Respectively.

또한, H2O2의 주입속도에 따른 분해율의 변화를 살펴보기 위하여 Mole의 합이 0.002Mole인 경우에 H2O2의 주입속도를 100㎖/hr에서 50㎖/hr로 낮추어 본 결과, Mole의 합이 0.003Mole인 경우와 유사한 분해율을 나타내어 H2O2의 주입속도가 분해율과 매우 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.In order to investigate the change of decomposition rate according to the injection rate of H 2 O 2, the injection rate of H 2 O 2 was decreased from 100 ml / hr to 50 ml / hr when the sum of mole was 0.002 mole, , And the injection rate of H 2 O 2 is closely related to the decomposition rate.

이러한 양이온교환수지의 산화 분해반응의 결과로부터 단독 촉매를 사용하는 것 보다 혼합 촉매를 사용할 때 보다 높은 분해효율이 나타나고 H2O2의 주입속도에 따라서도 분해효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 실험으로부터 촉매 사용량을 늘일 경우 H2O2 주입량은 현저히 줄일 수 있기 때문에 폐수지 산분해 처리는 폐기물 발생량과 경제적인 측면을 함께 고려하여 촉매 주입량 및 H2O2의 주입속도를 결정하여야 한다.From the results of the oxidative decomposition reaction of the cation exchange resin, it can be seen that the decomposition efficiency is higher than the case of using the single catalyst, and the decomposition efficiency is also improved according to the injection rate of H 2 O 2 . Also, since the amount of H 2 O 2 injected can be significantly reduced when the amount of catalyst used is increased, the amount of catalyst and the rate of injection of H 2 O 2 are determined by considering the amount of waste generated and the economical aspect do.

음이온수지의 경우에는 도 4b에 도시된 바와 같이, Fe 촉매와 CuCl 공촉매의 Mole 합이 0.002Mole 이상이면 100㎖ 이상의 H2O2가 주입시에 98% 이상의 분해율을 나타냈다. 그러나 Fe 촉매와 CuCl 공촉매의 합이 0.001Mole에서는 175㎖ 이상 주입 시에만 98% 이상의 분해율을 나타내어 촉매의 양을 적게 사용할 경우에는 상대적으로 H2O2의 양을 많이 사용하여야 함을 알 수 있다.In the case of the anion resin, as shown in FIG. 4B, when the Mole sum of the Fe catalyst and the CuCl cocatalyst was 0.002 mole or more, over 100 ml of H 2 O 2 showed a decomposition rate of 98% or more at the time of injection. However, at 0.001 mole of Fe catalyst and CuCl cocatalyst, the decomposition rate is more than 98% at the injection of 175 ml or more, and it is understood that the amount of H 2 O 2 should be used relatively when the amount of catalyst is small .

음이온수지의 경우에도 양이온수지의 경우와 마찬가지로 촉매의 합이 0.002Mole인 조건에서 H2O2의 주입속도를 50㎖/hr로 낮추어 실험해 본 결과, 양이온수지의 경우보다 훨씬 높은 99% 이상의 분해효율을 나타냈다.In the case of the anionic resin, as in the case of the cation resin, the injection rate of H 2 O 2 was reduced to 50 ml / hr under the condition of 0.002 mole of the catalyst, and as a result, 99% Efficiency.

도 5는 촉매별 H2O2 주입량 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 5a는 양이온수지의 경우이고, 도 5b는 음이온수지의 경우이다. 양이온교환수지 5g에 Fe 촉매를 0.009Mole을 넣고, 환원전극에 0.77Volt의 전원을 인가하고 반응온도를 100℃로 하여 H2O2 주입량을 100㎖에서 110, 120, 130, 140 및 150㎖로 변화시켜 가면서 분해율을 확인하였다.FIG. 5 is a graph showing decomposition effects according to changes in H 2 O 2 injection amount per catalyst. FIG. 5A shows a case of a cation resin, and FIG. 5B shows a case of an anionic resin. To the cation exchange resin, 0.009 mole of Fe catalyst was added, and a power of 0.77 volts was applied to the reducing electrode. The reaction temperature was changed to 100 ° C. and the amount of H 2 O 2 injected was changed from 100 ml to 110, 120, 130, 140 and 150 ml And the decomposition rate was confirmed while changing.

도 5a에서 보는 바와 같이, 양이온교환수지의 경우에는 H2O2의 양이 증가하면 분해율도 함께 증가하였다. 촉매로 Fe 촉매를 넣고 산화 분해시켰을 때 H2O2의 양이 100㎖ 이상이면 95% 이상의 분해율을 나타냈고, 150㎖ 이상에서는 99% 이상의 분해율을 나타내 거의 완전한 산화가 이루어지나, CuSO4 촉매만을 사용하였을 경우는 분해율이 낮게 나타났다.As shown in FIG. 5A, in the case of the cation exchange resin, the decomposition ratio also increased when the amount of H 2 O 2 was increased. Showed a decomposition rate of 95% or more if the amount of H 2 O 2 over time 100㎖ into the Fe catalyst in catalytic cracking sikyeoteul oxide, in the above 150㎖ indicate the decomposition rate of 99% or more over the almost complete oxidation done, only CuSO 4 catalyst When used, the decomposition rate was low.

한편, Fe 촉매 및 CuSO4 공촉매를 동시에 반응액에 혼합시키고 H2O2의 양을 변화시킨 경우에는 H2O2 주입량이 100㎖ 이상에서 분해율이 모두 99% 이상으로 나타나 과량의 H2O2와 Fe 촉매 및 CuSO4 공촉매를 사용한 경우에는 완벽한 산화 분해가 일어나는 것을 알 수 있다.On the other hand, Fe catalyst and CuSO 4 ball when mixing the catalyst while the reaction solution was obtained by changing the amount of H 2 O 2 H 2 O 2, the injected amount the degradation rate are both indicated by 99% or more above 100㎖ excess H 2 O 2 and Fe catalyst and CuSO 4 cocatalyst were used, the complete oxidation decomposition occurred.

일정량의 양이온교환수지를 산화 분해시키는 데 주입되는 H2O2 및 촉매의 양을 경제적인 측면에서 살펴보면, 촉매를 사용하지 않고 H2O2만을 사용할 경우 과산화수소/수지의 비가 약 20 이상으로 과량의 H2O2를 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 앞에서 살펴 본 바와 같이, 촉매를 사용하는 경우에는 H2O2의 양이 현저히 줄어들게 되므로 일정량의 촉매를 주입하여 산화 분해시키는 것이 경제적인 관점에서 유리하다고 할 수 있다.From the economical viewpoint of the amount of H 2 O 2 and the amount of catalyst injected for oxidizing and decomposing a certain amount of the cation exchange resin, the ratio of hydrogen peroxide / resin is about 20 or more when using only H 2 O 2 without using a catalyst H 2 O 2 . However, as described above, since the amount of H 2 O 2 is remarkably reduced when a catalyst is used, it is economically advantageous to oxidize and decompose by injecting a certain amount of catalyst.

음이온수지의 경우에는 도 5b에 도시된 바와 같이, H2O2의 주입량에 따라 크게 영향을 받았다. H2O2 주입량을 100~200㎖ 까지 변화시켜가면서 확인결과, Fe 촉매를 단독으로 사용하는 경우와 Fe 촉매와 CuSO4 공촉매를 혼합하여 사용하는 경우 모두 H2O2 주입량이 200㎖ 이상일 때 93% 정도의 분해율을 나타냈다.In the case of the anion resin, as shown in FIG. 5B, it was greatly influenced by the amount of H 2 O 2 injected. H 2 O 2 injected amount was varied from 100 to 200 ml. As a result, when the Fe catalyst alone was used and when the Fe catalyst and the CuSO 4 cocatalyst were mixed, the amount of H 2 O 2 injected was more than 200 ml The decomposition rate was about 93%.

이온교환수지의 산화 분해에 의한 반응과정에서 일부의 촉매가 슬러지로 되므로 반응 종결 후의 반응액 내의 촉매의 농도가 감소하나 반응 전과 후의 촉매의 농도가 0.0005~0.02Mole 범위 이내라면 큰 문제가 없다. 이러한 일련의 결과로부터 높은 분해율의 조건에서 Fe 촉매의 농도를 어떻게든 낮게 유지하는 것이 경제적인 측면에서 중요하다. 일반적으로 Fe 촉매와 CuSO4 공촉매의 H2O2에 대한 촉매작용은 다음과 같이 Fe 이온의 사이클이 중심이 되는 것으로 알려져 있다.In the reaction process due to the oxidative decomposition of the ion exchange resin, some of the catalysts become sludge, so that the concentration of the catalyst in the reaction solution after the termination of the reaction is decreased. However, if the concentration of the catalyst before and after the reaction is within the range of 0.0005 to 0.02 mole, there is no great problem. From this series of results, it is economically important to keep the concentration of Fe catalyst at a somewhat low level under conditions of high decomposition rate. It is generally known that the catalytic action of Fe catalyst and CuSO 4 cocatalyst on H 2 O 2 is centered on Fe ion cycle as follows.

Figure 112018068372447-pat00007
(1)
Figure 112018068372447-pat00007
(One)

Figure 112018068372447-pat00008
(2)
Figure 112018068372447-pat00008
(2)

Figure 112018068372447-pat00009
(3)
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(3)

Figure 112018068372447-pat00010
(4)
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(4)

Figure 112018068372447-pat00011
(5)
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(5)

Figure 112018068372447-pat00012
(6)
Figure 112018068372447-pat00012
(6)

Figure 112018068372447-pat00013
(7)
Figure 112018068372447-pat00013
(7)

도 6은 일정 Mole농도에서 혼합 Mole비 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 6a는 양이온수지의 경우이고, 도 6b는 음이온수지의 경우이다. 단독 촉매를 사용할 때와 공촉매를 혼합하여 사용하였을 때의 분해율을 비교하기 위하여 단독 촉매을 사용하였을 때 비교적 높은 분해율을 보인 0.002Mole을 기준으로 하여 Fe 촉매와 Cu 공촉매의 비를 0.002Mole 이내에서 사용비율을 변화시켜 가면서 분해율을 확인하였다. 환원전극에 0.771Volt의 전원을 인가하고 H2O2 100㎖/hr의 일정속도로 주입하였다.FIG. 6 is a graph illustrating the decomposition effect according to the variation of the mixing mole ratio at a constant Mole concentration. Fig. 6A shows a case of a cationic resin, and Fig. 6B shows a case of an anionic resin. The ratio of Fe catalyst to Cu cocatalyst is 0.002 mole or less based on 0.002 mole, which shows a relatively high decomposition rate when a single catalyst is used to compare the decomposition rates when a single catalyst is used and when a cocatalyst is mixed. The decomposition ratio was confirmed by changing the ratio. A power source of 0.771 volts was applied to the reducing electrode, and H 2 O 2 At a constant rate of 100 ml / hr.

양이온교환수지의 경우 도 6a에서 보는 바와 같이, Fe 촉매 또는 Cu 촉매를 단독으로 사용하였을 경우보다 혼합 촉매의 합을 0.002Mole로 고정시키고 촉매의 비를 변화시켰을 경우에 분해율이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다.In the case of the cation exchange resin, as shown in FIG. 6A, it is observed that the decomposition ratio is improved when the ratio of the mixed catalyst is fixed to 0.002 Mole and the ratio of the catalyst is changed when the Fe catalyst or the Cu catalyst alone is used there was.

Figure 112018068372447-pat00014
Figure 112018068372447-pat00014

이는, 위의 반응식에서 보는 바와 같이 반응액 내에 생성된

Figure 112018068372447-pat00015
이 촉매반응에서
Figure 112018068372447-pat00016
의 도움을 받아
Figure 112018068372447-pat00017
로 쉽게 환원되어 반응을 촉진시키기 때문이다. 즉,
Figure 112018068372447-pat00018
의 도움에 의해서 적은 촉매량을 사용하고도 높은 분해율을 얻는 것이 가능하기 때문이다.This is because, as shown in the above reaction formula,
Figure 112018068372447-pat00015
In this catalytic reaction
Figure 112018068372447-pat00016
With the help of
Figure 112018068372447-pat00017
To facilitate the reaction. In other words,
Figure 112018068372447-pat00018
It is possible to obtain a high decomposition rate even if a small amount of catalyst is used.

촉매 혼합양의 합을 0.002Mole로 고정시키면서 Fe 촉매 대 CuCl 공촉매가 1:1인 0.001:0.001Mole, Fe 촉매 대 CuSO4 공촉매가 3:1인 0.0015:0.0005Mole에서 분해율이 95% 이상으로 나타났다.While the sum of the amount of catalyst mixture was fixed at 0.002 mole, the Fe catalyst 0.001: 0.001 mole of CuCl cocatalyst 1: 1, Fe catalyst The decomposition rate was more than 95% at 0.0015: 0.0005 mole of 3: 1 CuSO 4 cocatalyst.

음이온교환수지의 경우에는 도 6b에서 보는 바와 같이, Cu 공촉매를 함께 사용한 경우를 단독 촉매만을 사용한 경우와 비교할 때 분해율의 현저한 증가는 관측되지 아니하였다. CuCl 공촉매/Fe 촉매의 비가 5 정도일 때 분해율이 79.67%로 제일 높았고, Fe 촉매/CuSO4 공촉매의 비가 2 정도일 때 분해율이 82.76%로 가장 높게 나타났다. 이는 일반적으로 음이온수지는 수지사슬의 탄소의 함유량이 1.3배 정도 많아 양이온수지에 비해 분해율이 낮기 때문이며 수지 분해 시 H2O2의 소모가 많은 것으로 나타났다.In the case of the anion exchange resin, as shown in FIG. 6B, no remarkable increase in the decomposition rate was observed when the Cu cocatalyst was used together, as compared with the case where only the single catalyst was used. When the ratio of CuCl cocatalyst / Fe catalyst was about 5, the decomposition rate was the highest at 79.67% and the decomposition ratio was 82.76% at the ratio of Fe catalyst / CuSO 4 cocatalyst was 2. This is because the anion resin generally has a carbon content of about 1.3 times higher than that of the cation resin, and the amount of H 2 O 2 consumed by the resin decomposition is high.

도 7은 동일 Mole비의 혼합 촉매를 사용할 경우 Mole농도 변화에 따른 분해효과 그래프이다. 도 7a는 양이온수지의 경우이고, 도 7b는 음이온수지의 경우이다. H2O2 100㎖/hr의 속도로 주입하고 분해율을 확인하였다.FIG. 7 is a graph showing the decomposition effect according to the concentration change of the Mole when the mixed catalyst of the same mole ratio is used. FIG. 7A shows a case of a cationic resin, and FIG. 7B shows a case of an anionic resin. H 2 O 2 100 ml / hr to confirm the decomposition rate.

양이온교환수지의 경우에는 도 7a에서 보는 바와 같이, Fe 촉매와 Cu 공촉매량의 합이 최소 0.003Mole 이상 되어야 분해율이 99% 이상의 만족할 만한 수준에 도달하였다.In the case of the cation exchange resin, as shown in FIG. 7 (a), the sum of Fe catalyst and Cu cocatalyst amount should be at least 0.003 mole to reach a satisfactory level of 99% or more.

음이온교환수지의 경우에는 도 7b에서 보는 바와 같이, Fe 촉매 및 Cu 공촉매가 각각 0.001Mole 이상이 되어야 95% 이상의 분해율을 나타냈으며, 각각 0.001Mole 이상의 촉매가 존재할 때 분해 및 산화속도가 빨랐다. 소포제를 첨가하지 않아도 기포가 급격히 발생하지 않았는데 이는 상당한 점성을 가지는 분자량이 제법 큰 중간화합물의 함량이 낮아져서 격렬한 기포발생이 억제된 것이다.In the case of the anion exchange resin, as shown in FIG. 7B, the Fe catalyst and the Cu cocatalyst each had a decomposition rate of 95% or more when they were each 0.001 mole or more, respectively. The bubbles were not generated rapidly without the addition of defoamer, because the content of the intermediate compound, which has a considerable viscosity and a larger molecular weight, was lowered, thereby suppressing the occurrence of intense bubbles.

위에서 살펴 본 바와 같이, 환원전극의 사용으로 양이온교환수지의 분해시에는 약 1/3 Mole 정도, 음이온교환수지는 약 1/4.5Mole 정도의 공촉매의 혼합만으로 양호한 분해효과를 얻을 수 있었다.As described above, the decomposition effect of the cation exchange resin was about 1/3 Mole when the cation exchange resin was decomposed and the cocatalyst was mixed with the anion exchange resin about 1 / 4.5 mole.

위와 같이, 본 발명은 원자력발전소에서 발생되는 폐 이온교환수지를 물속에서 낮은 온도로 산화 분해시켜서 안정한 무기물인 CO2와 H2O로 분해하여 처리하므로, 처리공정 상의 안전을 도모하고 휘발성 방사성물질이 발생하지 않으며 먼지나 타르 등이 발생하지 않는다.As described above, the present invention decomposes a waste ion exchange resin generated in a nuclear power plant into CO 2 and H 2 O, which are oxidized and decomposed in a low temperature in water, and is processed to secure safety in the treatment process, and volatile radioactive materials It does not occur, and dust or tar does not occur.

또, 본 발명은 최종 부산물을 무기물인 CO2와 H2O로 변화시키므로, 플라스틱 또는 시멘트 고화처리방법과는 달리 부피 감용율이 매우 크고, 발생되는 2차폐기물의 양이 매우 작게 된다.In addition, since the final byproduct is changed into inorganic substances CO 2 and H 2 O, unlike the method of solidifying plastics or cement, the volume reduction rate is very large and the amount of generated secondary waste is very small.

또한, 본 발명은 농황산 및 질산분위기를 조성하여 산화제인 H2O2의 사용량을 최소화하고 환원전극을 사용하여 촉매의 사용량을 최소화하므로 폐 이온교환수지의 분해처리 비용을 절감시킨다.In addition, the present invention minimizes the amount of H 2 O 2 used as an oxidizing agent by forming a concentrated sulfuric acid and nitric acid atmosphere and minimizes the amount of catalyst used by using a reducing electrode, thereby reducing the decomposition treatment cost of the spent ion exchange resin.

이상에서 실시 예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but is capable of various changes and modifications within the technical scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited by the above description.

또한, 본 발명의 상세한 설명과 청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

1: 배합조 2: 반응조
3: 감압증발기 4: 열교환기
5: 응축수 포집탱크 6: 응축수 정화장치
7: 집진장치 8: 배기체 처리장치
P1: 배합단계 P2: 전처리단계
P3: 산화 분해단계 P4: 분리단계
P5: 마무리단계 T1: 수증기 응축공정
T2: 응축수 포집공정 T3: 응축수 정화공정
T4: 바닥재 포집공정 T5: 배기체 처리공정
1: mixing tank 2: reaction tank
3: decompression evaporator 4: heat exchanger
5: Condensate collecting tank 6: Condensate purifying device
7: Dust collector 8: Exhaust gas treatment device
P1: mixing step P2: preprocessing step
P3: Oxidative decomposition step P4: Separation step
P5: Finishing step T1: Water vapor condensation process
T2: Condensate collection process T3: Condensate purification process
T4: Flooring material collection process T5: Exhaust gas treatment process

Claims (9)

방사성 폐 이온교환수지 처리방법에 있어서,
배합조(1)에서 폐 이온교환수지를 물과 배합하여 반응조(2)로 이송하는 배합단계(P1),
상기 반응조(2) 내부에 환원전극을 부설하고 폐 이온교환수지의 산화 분해조건을 조성하고 산화 분해반응의 활성화를 위한 촉매를 투입하는 전처리단계(P2),
상기 환원전극에 전원을 인가하고 상기 반응조(2) 내부에 과산화수소(H2O2)를 주입하여 산화 분해시키는 산화 분해단계(P3),
최종 부산물을 고상, 액상 및 기상으로 분리하는 분리단계(P4) 및
상기 산화분해단계(P3)와 상기 분리단계(P4)에서 분리된 최종 부산물을 처리하는 마무리단계(P5)를 포함하고,
상기 마무리단계(P5)가
상기 산화 분해단계(P3)에서 발생한 수증기를 열교환기(4)로 응축시키는 수증기 응축공정(T1)과,
상기 수증기 응축공정(T1) 및 상기 분리단계(P4)에서 분리된 응축수를 응축수 포집탱크(5)에 포집하는 응축수 포집공정(T2),
상기 응축수 포집공정(T2)에서 포집한 응축수를 응축수 정화장치(6)에서 정화시키는 응축수 정화공정(T3),
집진장치(7)를 이용하여 상기 분리단계(P4)에서 감압증발 시에 잔존하는 바닥재를 포집하는 바닥재 포집공정(T4),
폐기물 발생량을 감축시키기 위하여 상기 분리단계(P4)에서 분리된 배기체를 배기체 처리장치(8)에서 촉매를 이용하여 THC, CO, Sox 및 잔유유기물로 분해하고, HEPA Filter(High Efficiency Particulate Air Filter)를 이용하여 휘발성 중금속을 제거하는 배기체 처리공정(T5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
A method of treating a radioactive waste ion exchange resin,
A mixing step (P1) of mixing the waste ion exchange resin with water in the compounding tank (1) and transferring it to the reaction tank (2)
A pre-treatment step (P2) in which a reducing electrode is laid in the reaction tank (2), a condition for oxidative decomposition of the waste ion exchange resin is established, and a catalyst for activating the oxidative decomposition reaction is added;
An oxidizing and decomposing step (P3) for applying power to the reducing electrode and oxidizing and decomposing hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) into the reaction tank (2)
A separation step (P4) of separating the final byproduct into a solid phase, a liquid phase and a vapor phase, and
And a finishing step (P5) of treating the final by-product separated in the oxidative decomposition step (P3) and the separation step (P4)
The finishing step (P5)
A steam condensing step (T1) of condensing water vapor generated in the oxidative decomposition step (P3) into a heat exchanger (4)
A condensation water collecting step (T2) for collecting the condensed water separated in the water vapor condensing step (T1) and the separating step (P4) into a condensed water collecting tank (5)
A condensate water purification step (T3) for purifying the condensed water collected in the condensed water collection step (T2) by the condensed water purification device (6)
A bottom material collecting step (T4) for collecting the bottom material remaining at the time of reduced pressure evaporation in the separating step (P4) by using the dust collecting device (7)
The exhaust gas separated in the separation step (P4) is decomposed into THC, CO, Sox and residual organic matter by using a catalyst in the exhaust gas treatment device (8) in order to reduce the amount of waste generated, and a HEPA filter (High Efficiency Particulate Air Filter (T5) which removes volatile heavy metals by using a radioactive waste ion exchange resin (T5).
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 전처리단계(P2)에서 상기 반응조(2) 내부의 pH를 양이온수지의 경우에는 1.5~4.1 범위로 조절하고, 음이온수지의 경우에는 2.0~3.0 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pH in the reaction tank (2) is controlled in the range of 1.5 to 4.1 in the case of the cation resin and in the range of 2.0 to 3.0 in the case of the anion resin in the pretreatment step (P2) Processing method.
제1항에 있어서,
상기 전처리단계(P2)에서 상기 촉매로 철(FeSO4) 촉매와 구리(CuCl,CuSO4) 공촉매를 사용하고 혼합 Mole비를 0.002 Mole 이상으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
The method according to claim 1,
Radioactive waste ion exchange resin processing method, characterized in that in the pre-treatment step (P2) to use iron (FeSO4) catalyst and copper (CuCl, CuSO 4) a cocatalyst with the catalyst and 0.002 to mix Mole ratio remains Mole above.
제1항에 있어서,
상기 산화 분해단계(P3)에서는 상기 환원전극에 0.6~1.0 Volt의 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the oxidizing and decomposing step (P3) comprises applying a power of 0.6 to 1.0 Volt to the reducing electrode.
제1항에 있어서,
상기 산화 분해단계(P3)에서는 상기 반응조(2) 내부의 온도를 85~100℃로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature in the reaction tank (2) is maintained at 85 to 100 DEG C in the oxidative decomposition step (P3).
제1항에 있어서,
상기 산화 분해단계(P3)에서 상기 과산화수소(H2O2)를 100~180㎖/hr의 속도로 주입하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐 이온교환수지 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is injected at a rate of 100 to 180 ml / hr in the oxidative decomposition step (P3).
삭제delete
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