KR102014849B1 - 방사성 폐형광액 처리방법 - Google Patents
방사성 폐형광액 처리방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 LSC 분석 장치의 운영으로 지속적으로 발생되고 있는 폐형광액으로부터 방사성 오염물질인 H-3를 소각에 의하지 않고 최대한 안전하게 제거하기 위한 것으로, 폐형광액의 주요 성분이 유기용매, 삼중수소수, 계면활성제 및 형광제로 이루어지고, 상기 각 성분의 비점(끓는점)과 비중이 각기 다르다는 점에 착안하여 폐형광액에 포함된 삼중수소수를 안전하게 분리할 수 있는 방사성 폐형광액 처리방법을 제공한다.
본 발명의 방사성 폐형광액 처리방법은, 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액을 가열탱크 내에 수용하고 가열하여 폐형광액을 구성하는 성분 중 삼중수소수와 삼중수소수의 비점과 같거나 낮은 일부유기용매를 증발시키는 제1 단계와, 증발된 삼중수소수와 일부유기용매를 분리탱크 내에서 응축시켜 두 성분의 비중 차이에 의해 상하방향으로 층 분리가 일어나도록 하는 제2 단계와, 분리탱크에서 층 분리된 삼중수소수는 제1 저장탱크에 분리 수용하고, 일부유기용매는 제2 저장탱크에 분리 수용하는 제3 단계와, 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제로 이루어진 잔여액은 제3 저장탱크에 수용하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 방사성 폐형광액 처리방법은, 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액을 가열탱크 내에 수용하고 가열하여 폐형광액을 구성하는 성분 중 삼중수소수와 삼중수소수의 비점과 같거나 낮은 일부유기용매를 증발시키는 제1 단계와, 증발된 삼중수소수와 일부유기용매를 분리탱크 내에서 응축시켜 두 성분의 비중 차이에 의해 상하방향으로 층 분리가 일어나도록 하는 제2 단계와, 분리탱크에서 층 분리된 삼중수소수는 제1 저장탱크에 분리 수용하고, 일부유기용매는 제2 저장탱크에 분리 수용하는 제3 단계와, 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제로 이루어진 잔여액은 제3 저장탱크에 수용하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 방사성 폐형광액 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사성 농도 측정을 위해 사용한 후 방사성 오염의 염려가 있는 폐형광액 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 방사성 농도를 구하는 방법으로서, 액체섬광계수법(Liquid Scintillation Counting Method)을 많이 사용한다.
액체섬광계수법은, 방사성 시료 내의 베타(Betta; β) 입자와 섬광체(Scintillator) 간의 상호작용으로 발생한 섬광을 측정하여 시료 중의 방사능 농도를 구하는 방법으로, 방사능 핵종이 바이알(Vial)의 형광액(Scintillator)에 모두 녹아 있어 형광액이 검출기(Detector) 역할을 하기 때문에 어떠한 방향으로 베타선에 방출되더라도 감지가 가능하여 형이상학적 효율(Geometrical efficiency)이 매우 높아 일반적으로 방사성 동위원소 취급 기관이나 원자력 발전소의 경우 베타선 농도 측정을 위해 액체섬광계수기(Liquid Scintillation Counter; LSC)를 주로 사용한다.
따라서, 이들 LSC 운용을 통해 부득이 발생되는 것이 폐형광액이며, 이들 폐형광액은 벤젠 핵을 가진 방향족 탄소화합물로 구성되어 있다. 이러한 폐형광액의 발생은 주로 중수로 원전에 종사하는 작업자의 H-3에 의한 체내피폭 유무 평가시 수행되는 뇨시료(尿試料), 공기시료, 계통수 및 액체 폐기물 방출수 중 저농도 베타선 측정시 발생되고 있다.
다음 표 1은 형광액의 구성 물질과 함량을 일예로 나타낸 것이다. 약 30여년 동안 원전을 운영하고 있는 국내현실을 감안할 때 상당량의 폐형광액이 폐기물 저장 창고에 보관 중일 것으로 판단되며, 이들 폐형광액은 아래의 표를 통해 알 수 있듯이 휘발성이 높은 물질로 구성되어 있어 자칫 관리가 소홀할 경우, 폐기물 저장고 화재의 주요 원인 물질이 될 수 있음에도 불구 하고 이를 처리 할 수 있는 기술이 개발되어 있지 않아 이에 대한 대책이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
| 구성물질 | CAS 번호 | 함량(%) |
| 트리에틸 포스페이트 | 78-40-0 | 1~2.5 |
| p-비스(o-메틸스티릴)벤젠 | 13280-61-0 | 1~2.5 |
| 소듐 디옥틸 설포석시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate) | 577-11-7 | 1~2.5 |
| 에틸렌옥사이드-노닐페놀 고분자 | 9016-45-9 | 10~20 |
| 2,5-다이페놀옥사졸 | 92-71-7 | 1~2.5 |
| 디이소프로필나프탈렌 | 38640-62-9 | 60~80 |
| 인산, 2-에틸헥실 에스터, 2,2'-이미노비스(에탄올)의 컴파운드(Phosphoric acid, 2-ethylhexyl ester, compound with 2,2'-iminobis[Ethanol]) |
73070-48-1 | 10~20 |
국내 경수로 원전에서 LSC 운전 중 발생되는 폐형광액의 경우 H-3에 오염되어 있는 것으로 보고되고 있으며, 함유된 H-3의 방사선 농도는 1,893.5 ~ 2447.5Bq/g 수준으로 조사된 바 있다.
현재 국내 원전의 경우, LSC 운영시 발생되는 폐형광액에 대한 처리 기술이 개발되지 않아 폐기물 저장고에 장기간 보관 중에 있는 실정이며, 폐형광액에 함유된 휘발성이 강한 알콜 성분에 의해 화재 위험 또한 높은 실정이다.
따라서, 국내 원자력발전소가 처한 환경에서 폐형광액과 같은 중저준위 베타핵종을 함유하고 있는 액체 폐기물 처리를 위한 시간적, 공간적 한계를 극복하고 화재의 위험이 낮으며, 국민적 정서에 부합할 수 있는 안정적인 기술 개발이 반드시 필요한 상황이다.
LSC 장비 운영 중 발생되는 폐형광액의 처리를 위해서는 소각을 통한 완벽한 산화처리 공정 적용이 유일한 방법이라 할 수 있지만, 소각은 방사성 오염물질을 대기로 방출할 염려가 있어, 인식이 좋지 않고 또 다른 환경문제를 발생할 수 있어 적용하기 어려운 실정에 있으며, 현재 국내 원전 및 동위원소 이용 기관에서는 발생된 수십톤의 LSC 방사성 유기폐액을 자체적으로 보관하고 있어 원자력 안전위원회로부터 화재 위험성을 경고받은 상태로서 안전한 폐기처리의 확보가 절실한 실정에 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐형광액의 주요 성분이 유기용매, 삼중수소수, 계면활성제 및 형광제로 이루어지고, 상기 각 성분의 비점(끓는점)과 비중이 각기 다르다는 점에 착안하여 폐형광액에 포함된 삼중수소수를 안전하게 분리할 수 있는 방사성 폐형광액 처리방법을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액을 가열탱크 내에 수용하고 가열하여 폐형광액을 구성하는 성분 중 삼중수소수와 삼중수소수의 비점과 같거나 낮은 일부유기용매를 증발시키는 제1 단계; 상기 증발된 삼중수소수와 일부유기용매를 분리탱크 내에서 응축시켜 두 성분의 비중 차이에 의해 상하방향으로 층 분리가 일어나도록 하는 제2 단계; 상기 분리탱크에서 층 분리된 삼중수소수는 제1 저장탱크에 분리 수용하고, 일부유기용매는 제2 저장탱크에 분리 수용하는 제3 단계; 및 상기 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제로 이루어진 잔여액은 제3 저장탱크에 수용하는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 방사성 폐형광액 처리방법에 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기 분리탱크에 삼중수소수와 일부유기용매가 층 분리된 경계지점을 확인하기 위한 수위 확인용 투명관이 구비되며, 상기 수위 확인용 투명관 내에는 삼중수소수의 비중보다는 가볍고 일부유기용매의 비중보다는 무거운 부상체를 구비한 방사성 폐형광액 처리방법에 특징이 있다.
또한 본 발명은 상기 제3 저장탱크에 수용된 잔여액을 필터부로 공급하여 잔여액에 포함된 입자성 방사성물질과 비방사성 고형체를 분리하는 제5 단계; 및 상기 필터부를 통과한 잔여액을 방사성 측정부에서 방사성을 측정하여 기준치 이상이면 다시 필터부로 공급하고, 기준치 이하이면 방출하는 제6 단계를 더 포함하는 방사성 폐형광액 처리방법에 특징이 있다.
본 발명에 따른 방사성 폐형광액 처리방법에 의하면, 폐형광액을 방사성 오염물질인 H-3이 함유된 삼중수소수와 비방사성 물질로 분리하여 삼중수소수는 원전의 액체 폐기처리 시스템으로 회수시키고, 비방사성 물질은 일반 폐기물로 처리하는 것이 가능함에 따라, 방사성 폐기물의 처리량을 감소시켜 방사성 폐기물 저장고에 장기간 보관해야 하는 공간부족 문제와 폐형광액에 함유된 휘발성이 강한 알콜 성분에 의한 화재 위험 문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 폐형광액 처리방법을 설명하기 위한 처리장치를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 폐형광액 처리방법을 설명하기 위한 처리장치를 개략적으로 나타낸 것으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 방사성 폐형광액 처리방법은, 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액을 가열탱크(10) 내에 수용하고 히터(11)로 가열하여 폐형광액을 구성하는 성분 중 삼중수소수와 삼중수소수의 비점과 같거나 낮은 일부유기용매를 증발시키는 제1 단계와, 상기 증발된 삼중수소수와 일부유기용매를 분리탱크(20) 내에서 응축시켜 두 성분의 비중 차이에 의해 상하방향으로 층 분리가 일어나도록 하는 제2 단계와, 상기 분리탱크(20)에서 층 분리된 삼중수소수는 제1 저장탱크(30)에 분리 수용하고, 일부유기용매는 제2 저장탱크(40)에 분리 수용하는 제3 단계와, 상기 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제로 이루어진 잔여액은 제3 저장탱크(50)에 수용하는 제4 단계를 포함하여 이루어진다.
먼저, 제1 단계에 있어서, 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액의 성분은 아래의 표 2에서와 같이, 삼중수소수, 유기용매, 계면활성제, 형광제로 이루어져 있고, 일반적으로 알려져 있는 삼중수소수의 비점(끊는점)은 100℃이다. 유기성 용매중에서 아세톤은 비점이 56℃로서 삼중수소수보다 비점이 낮은 유기용매(이하, '일부유기용매'라 함.)에 속하고, 유기성 용매 중에서 디이소프로필나프탈렌과 톨로엔의 비점은 251℃과 290℃로서 삼중수소수보다 비점이 높은 유기용매(이하, '잔여유기용매'라 함.)에 속하며, 계면활성제의 비점은 대체로 173~215℃로서 높고, 형광제의 비점은 80~359℃로서 종류에 따라 큰 차이가 있다.
| 성분명 | 성분 | 끓는점 (녹는점) |
| 트리에틸 포스페이트 | 계면활성제 | 215℃ |
| 소듐 디옥틸 설포석시네이트(Sodium dioctyl sulfosuccinate) | 음이온 계면활성제 | 173℃ |
| 에틸렌옥사이드-노닐페놀 고분자 | 비이온 계면활성제 | 200℃ |
| 인산, 2-에틸헥실 에스터, 2,2'-이미노비스(에탄올)의 컴파운드(Phosphoric acid, 2-ethylhexyl ester, compound with 2,2'-iminobis[Ethanol]) |
음이온 계면활성제 |
321℃ |
| 디이소프로필나프탈렌 | 유기성 용매 | 290℃ |
| 톨루엔 | 유기성 용매 | 251℃ |
| 아세톤 | 유기성 용매 | 56℃ |
| p-비스(o-메틸스티릴)벤젠 | 형광제 | 80℃ |
| 2,5-다이페놀옥사졸 | 형광제 | 359℃ |
| 삼중수소수 | 100℃ |
그러나, 삼중수소수와 벤젠계 형광제 및 유기성 용매가 계면활성제에 의해서 결합되어 있을 경우, 공증(co-evaporation) 효과에 의해서 약 85℃에서 삼중수소수가 증발되고, 이와 함께 비점이 낮은 일부유기용매(아세톤)가 증발되며, 형광제 중에서는 벤젠이 비교적 비점이 낮으나, 결합되는 성분에 따라 약 85℃에서 증발되는 경우도 있고, 증발되지 않는 경우도 있다. 이와 같이 삼중수소수와 일부유기용매가 증발되면, 계면활성제의 연결력이 약해서 폐형광액으로부터 분리된다. 따라서 증발된 삼중수소수는 계면활성제가 없으므로 증발된 벤젠류 또는 유기성 용매와도 분리된다.
따라서, 가열탱크(10) 내에 폐형광액을 수용하고 가열하여 온도를 85℃로 유지하게 되면, 폐형광액을 구성하는 성분 중 비점이 비교적 낮은 삼중수소수와 일부유기용매 또는 벤젠류를 증발시켜 가열탱크(10)로부터 배출시킬 수 있고, 이보다 비점이 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제는 가열탱크(10) 내에 남게 된다.
이때, 가열탱크(10)에 공급된 폐형광액에서 가열 후 잔존하는 잔여액량과 증발량은, 유기용매의 성분과 형광액과 물의 혼합량에 따라 증발량이 다른 것으로, 대략 잔여액량은 60~90％이고, 증발량은 10~40％이다. 또한 증발량 중에서 삼중수소수는 50~60％로이고, 일부유기용매는 나머지 40~50％를 차지한다.
이어서 제2 단계에 있어서, 가열챔버 내에서 증발된 삼중수소수와 일부유기용매는 응축기(23)을 통과하여 응축된 후 분리탱크(20)에 저장되는 것으로, 분리탱크(20) 내에서 액체상태의 삼중수소수와 일부유기용매로 분리된다. 이때 삼중수소수의 비중은, 1g/Cm3이고, 일부유기용매의 비중은 0.3~0.8g/Cm3로서, 삼중수소수보다 낮기 때문에, 분리챔버 내에서 삼중수소수는 하부층을 형성하고, 일부유기용매는 상부층을 형성하여 상하방향의 층 분리가 일어난다.
이어서 제3 단계에서, 분리탱크(20) 내에서 층 분리되어 하층에 형성된 삼중수소수는 제1 저장탱크(30)에 분리 수용하고, 상층에 형성된 일부유기용매는 제2 저장탱크(40)에 분리 수용함으로써 삼중수소수와 일부유기용매를 분리하여 저장할 수 있다.
이때, 하층의 삼중수소수와 상층의 일반유기용매를 각각 배출할 때, 서로 섞이지 않게 배출해야 하고, 이를 위해 삼중수소수와 일부유기용매가 층 분리된 경계지점을 확인하기 위한 수위 확인용 투명관(21)을 상기 분리탱크(20)에 구비하는 것이 바람직하다. 또한 수위 확인용 투명관(21) 내에는 삼중수소수의 비중보다는 가볍고 일부유기용매의 비중보다는 무거운 부상체(22)를 구비하여, 부상체(22)가 항상 삼중수소수와 일부유기용매의 층 분리된 경계지점에 위치하도록 함으로써 관리자가 층 분리위치를 확인하여 삼중수소수와 일부유기용매의 배출량을 조절할 수 있도록 하고, 부상체(22)의 색은 삼중수소수와 일부유기용매의 색과 확실하게 구분 가능하게 설정하여 관리자가 육안으로 부상체(22)의 위치를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
이어서 제4 단계에서는, 상기 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 물질, 즉 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제는 증발되지 않고 액체상태 그대로 잔여액으로 남게 되고, 이 잔여액은 제3 저장탱크(50)에 수용된다.
또한, 본 발명은, 상기 제3 저장탱크(50)에 수용된 잔여액을 필터부(60)로 공급하여 잔여액에 포함된 입자성 방사성물질과 비방사성 고형체를 분리하는 제5 단계와, 상기 필터부(60)를 통과한 잔여액을 방사성 측정부(70)에서 방사성을 측정하여 기준치 이상이면 다시 필터부(60)로 공급하고, 기준치 이하이면 방출하는 제6 단계를 더 포함한다.
먼저, 제5 단계에서는, 잔여액에 포함된 입자성 방사성 물질은, Co-58, Co-60, Sr-90, Cs-137 로서 입자의 직경이 대략 0.3㎛ 이다. 따라서 필터부(60)를 통해 0.1㎛ 이상의 방사성 입자 또는 비방사성 고형체를 잔여액로부터 제거하여 방사성 폐기물 처리기준에 따라 폐기처리한다.
이어서 제6 단계에서는 상기 필터부(60)를 통과한 잔여액을 방사성 측정부(70)를 통과시켜 방사성을 측정한다. 이때 방사성 측정시 오염 기준치를 예를 들어 100베크렐(Bq)/㎥로 설정하고, 측정치가 이보다 높으면 잔여액으로부터 입자성 방사성 물질이 완전히 제거되지 않은 것으로 판단하여 필터부(60)로 반송시킴으로써 필터부(60)를 재차 통과시킨다. 또한 방사성 측정치가 100베크렐(Bq)/㎥보다 낮으면 방사성 위험이 없는 것으로 판단하여 일반폐기물로 처리할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 폐형광액을 구성하는 성분의 비점과 비중을 이용하여 폐형광액으로부터 삼중수소수를 안전하게 분리함으로써 원전이나 동위원소 이용 기관에서 저장고에 보관함에 따른 화재위험을 해소하고, 방사성 액체 폐기물 처리를 위한 시간적, 공간적 한계를 극복할 수 있으며, 국민적 정서에 부합할 수 있는 안정적인 처리 기술을 제공할 수 있다.
지금까지 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 가열탱크 20 : 분리탱크
21 : 투명관 22 : 부상체
23 : 응축기 30 : 제1 저장탱크
40 : 제2 저장탱크 50 : 제3 저장탱크
60 : 필터부 70 : 방사성 측정부
21 : 투명관 22 : 부상체
23 : 응축기 30 : 제1 저장탱크
40 : 제2 저장탱크 50 : 제3 저장탱크
60 : 필터부 70 : 방사성 측정부
Claims (3)
- 방사성 농도 측정에 사용된 폐형광액을 가열탱크 내에 수용하고 가열하여 폐형광액을 구성하는 성분 중 삼중수소수와 삼중수소수의 비점과 같거나 낮은 일부유기용매를 증발시키는 제1 단계;
상기 증발된 삼중수소수와 일부유기용매를 분리탱크 내에서 응축시켜 두 성분의 비중 차이에 의해 상하방향으로 층 분리가 일어나도록 하는 제2 단계;
상기 분리탱크에서 층 분리된 삼중수소수는 제1 저장탱크에 분리 수용하고, 일부유기용매는 제2 저장탱크에 분리 수용하는 제3 단계; 및
상기 제1 단계에서 폐형광액을 구성하는 성분 중, 삼중수소수의 비점보다 높은 잔여유기용매, 계면활성제 및 형광제로 이루어진 잔여액은 제3 저장탱크에 수용하는 제4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사성 폐형광액 처리방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 분리탱크에는 삼중수소수와 일부유기용매가 층 분리된 경계지점을 확인하기 위한 수위 확인용 투명관이 구비되며, 상기 수위 확인용 투명관 내에는 삼중수소수의 비중보다는 가볍고 일부유기용매의 비중보다는 무거운 부상체를 구비한 것을 특징으로 하는 방사성 폐형광액 처리방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제3 저장탱크에 수용된 잔여액을 필터부로 공급하여 잔여액에 포함된 입자성 방사성물질과 비방사성 고형체를 분리하는 제5 단계; 및
상기 필터부를 통과한 잔여액을 방사성 측정부에서 방사성을 측정하여 기준치 이상이면 다시 필터부로 공급하고, 기준치 이하이면 방출하는 제6 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐형광액 처리방법.
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| KR100407159B1 (en) * | 2003-04-21 | 2003-11-28 | Korea Mach & Materials Inst | Apparatus of purifying waste lubricant oil and method therefor |
| KR20100107299A (ko) * | 2009-03-25 | 2010-10-05 | (주)한국원자력 엔지니어링 | 방사성 폐유 처리장치 및 이를 이용한 방사성 폐유 처리방법 |
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Patent Citations (3)
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| KR20100107298A (ko) * | 2009-03-25 | 2010-10-05 | (주)한국원자력 엔지니어링 | 방사성 폐유 처리장치 |
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