KR102042487B1 - 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 및 우라늄 함유 폐액의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하기 위한 침전조; 상기 침전조로부터 배출된 상기 상등액에 대한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하기 위한 필터프레스; 및 상기 필터프레스로부터 배출된 여과액에 대한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하기 위한 플리티드 필터;를 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 및 침전조에서의 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하는 단계; 상기 고액 분리에 의해 형성된 상기 상등액에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하는 단계; 및 상기 제1 여과 분리로부터의 상기 여과액에 대하여 플리티드 필터를 이용한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하는 단계;를 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 우라늄 함유 폐액으로부터 우라늄 함유 물질을 분리/제거/저감하기 위한 처리 장치 및 우라늄 함유 폐액의 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 우라늄 함유 폐액 내에 존재하는 우라늄 함유 물질을 침전에 의한 고액 분리 후, 상등액을 필터프레스에 의한 여과 분리를 거치고, 그 여과액을 플리티드 필터에 의한 추가적인 여과 분리를 거침으로써 폐액으로부터 우라늄 함유 물질을 효과적으로 제거하여서 우라늄의 방류 농도를 기준 이하로 처리하는 기술에 관한 것이다.
핵연료제조 시설, 우라늄 광산, 우라늄 폐기물 처리시설, 우라늄 오염토양 처리시설 등의 다양한 경로를 통해서 발생할 수 있는 우라늄 함유 폐액을 일반 환경으로 방류하기 위해서 우라늄 함유 폐액 내에 존재하는 우라늄 농도를 일정 수준 이하로 낮추어야 한다.
우라늄 함유 폐액 중의 우라늄을 처리(분리 또는 제거)하는 방법으로 용매추출, 이온교환, 흡착, 전기적 흡착 등의 방법이 이용되고 있었다. 한국 특허공개공보 10-2017-0030388호에는 이온교환 수지를 이용한 우라늄 처리방법이 개시되어 있고, 일본 공개특허공보 2002-236195호에는 우라닐 이온을 흡착에 의해 분리하여 회수하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 한국 등록특허공보 10-1648973호에는 6불화우라늄 실린더 세척공정에서 발생한 세척폐액의 처리를 위해 가성소다를 이용하여 우라늄을 처리하는 방법이 개시되어 있다.
한편, 위와 같이 우라늄 함유 폐액을 처리하는데 있어서, 조업 조건 또는 운전 방법을 간단하게 하여 신속하게 처리하고, 처리 후의 유기 폐액, 폐수지, 또는 폐흡착제 등의 처리가 힘든 2차 폐기물 발생을 최소화하면서, 복잡한 공정/유닛의 부가 없이 최소한의 비용으로 빠른 시간 내에 방류 기준 이하의 농도로 우라늄 농도를 저감하는 것이 중요하다.
본 발명은 위와 같은 우라늄 함유 폐액의 처리 방법에 비하여 상대적으로 간단한 침전법을 이용하면서도, 형성된 침전물(또는 침전 슬러지)의 효과적인 고액 분리를 위하여, MUO2PO4 (M = NH4 +, K+, Na+) 형태의 침전물 (우라늄 함유 침전 슬러지)을 발생시키는 인산염 침전제를 이용하고, 정치에 의한 고액 분리 후에 그 상등액에 대하여 필터프레스(Filter press)와 플리티드 필터(Pleated filter)를 이용하여 여과 분리를 수행하여서, 최종 방류되는 용액에 잔류하는 우라늄 농도를 현저히 낮추기 위한 것이다.
본 발명은 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하기 위한 침전조; 상기 침전조로부터 배출된 상기 상등액 또는 상기 우라늄 함유 침전 슬러지에 대한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하기 위한 필터프레스; 및 상기 필터프레스로부터 배출된 여과액에 대한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하기 위한 플리티드 필터;를 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하는 단계; 상기 고액 분리에 의해 형성된 상기 상등액에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하는 단계; 및 상기 제1 여과 분리로부터의 상기 여과액에 대하여 플리티드 필터를 이용한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하는 단계;를 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 또는 처리 방법에 의하면, 우라늄 함유 폐액으로부터 인산염 침전제를 이용하여서 우라닐 이온을 높은 효율로 침전시킬 수 있고, 침전물이 형성된 용액의 상등액에 대하여 필터프레스와 플리티드 필터의 조합에 의한 여과 분리를 수행하고, 소정의 시점에 우라늄 함유 침전 슬러지에 대하여 추가적인 여과 분리를 수행함으로써, 복잡한 설비/유닛의 필요 없이 간단하면서도 빠른 시간 내에, 또한 2차 폐기물의 발생을 최소화 하면서, 우라늄 함유 폐액으로부터 방류 기준 이하의 농도로 우라늄을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 방법을 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 4는 우라늄 용액계에서 존재할 수 있는 우라닐 이온 종의 평형상수(K) 값을 가지고 계산된 이론적인 우라늄 수산화물(UO2(OH)2)의 용해도를 나타낸 도시이다.
도 5는 우라늄 함유 침전 슬러지 형성을 위해 사용되는 인산염 종류과 pH에 따른 우라닐 인산염의 용해도 값을 나타낸 도시이다.
도 6은 실험예 1-1 및 1-2에 따라 우라늄 함유 폐액에 KH2PO4 첨가 시 침전 후 시간에 따라 용액에 잔류하는 우라늄 농도 변화를 ICP-OES를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 도시이다.
도 7은 실험예 2에 따라 우라늄 함유 폐액에 2 mM의 KH2PO4를 첨가한 후 형성되는 KUO2PO4 입자 크기를 PSA를 이용하여 측정한 분포를 나타낸 도시이다.
도 8은 실시예 1에서, 필터프레스에서 분리된 KUO2PO4 케이크를 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 방법을 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 4는 우라늄 용액계에서 존재할 수 있는 우라닐 이온 종의 평형상수(K) 값을 가지고 계산된 이론적인 우라늄 수산화물(UO2(OH)2)의 용해도를 나타낸 도시이다.
도 5는 우라늄 함유 침전 슬러지 형성을 위해 사용되는 인산염 종류과 pH에 따른 우라닐 인산염의 용해도 값을 나타낸 도시이다.
도 6은 실험예 1-1 및 1-2에 따라 우라늄 함유 폐액에 KH2PO4 첨가 시 침전 후 시간에 따라 용액에 잔류하는 우라늄 농도 변화를 ICP-OES를 이용하여 측정한 결과를 나타낸 도시이다.
도 7은 실험예 2에 따라 우라늄 함유 폐액에 2 mM의 KH2PO4를 첨가한 후 형성되는 KUO2PO4 입자 크기를 PSA를 이용하여 측정한 분포를 나타낸 도시이다.
도 8은 실시예 1에서, 필터프레스에서 분리된 KUO2PO4 케이크를 나타낸 도시이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 우라늄 함유 폐액의 처리 장치
본 발명은 우라늄 함유 폐액의 처리 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 장치의 일 실시형태를 도 1에 개략적으로 나타내었다.
도 1에 따르면, 상기 우라늄 함유 폐액의 처리 장치는, 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하기 위한 침전조(100), 상기 침전조(100)로부터 배출된 상기 상등액에 대한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하기 위한 필터프레스(200); 및 상기 필터프레스(200)로부터 배출된 여과액에 대한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하기 위한 플리티드 필터(300);를 포함할 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액의 처리 장치는, 상기 상등액을 상기 침전조(100)의 상부로부터 상기 필터프레스(200)로 이송하기 위한 제1 도관(10); 및 상기 여과액을 상기 필터프레스(200)로부터 상기 플리티드 필터(300)로 이송하기 위한 제2 도관(20);을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 먼저 우라늄 함유 폐액, 침전제, pH 조절을 위한 산 또는 알칼리 용액이 원료 투입관(11)을 통하여 상기 침전조(100)에 투입될 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액은 우라늄 폐촉매 부피감용 공정에서 발생되는 것일 수 있다. 또한 상기 우라늄 함유 폐액은 우라닐 이온(UO2 2+)을 포함하는 폐액일 수 있다. 구체적으로, 상기 우라늄 함유 폐액은 우라닐 나이트레이트(Uranyl nitrate), 우라닐 설페이트(Uranyl sulfate), 우라닐 아세테이트(Uranyl acetate), 또는 우라닐 포르메이트(Uranyl formate) 등으로부터 용해에 의해 만들어진 우라닐 이온을 포함하는 용액일 수 있으나, 우라닐 이온을 포함하고 있는 폐액이면 되고 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
우라늄 함유 폐액에서의 폐액이란, 폐수, 유기폐액 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 초기 침전조(100)에 포함되는 용액 중 우라늄이 +6가 상태의 우라닐 이온(UO2 2+) 형태로 존재한다.
수용액 중의 우라닐 이온을 침전시키는 방법으로는 pH 조절에 의한 하기의 반응식 1처럼 UO2(OH)2과 같은 우라늄 수산화물 형태로 침전시키는 방법이 있는데, 도 4에 나타난 바와 같이, 우라늄 수산화물의 용해도는 pH 7.6에서 최저값을 가지며 이 때의 용해도는 1 × 10-4.6 M 정도로 2.38 ppm에 해당된다. 따라서, 위와 같은 우라늄 침전방법으로는 곧바로 우라늄의 방류 기준 농도인 약 1.0 ppm 이하로 처리하여 방류할 수 없다.
[반응식 1]
UO2 2+ + 2H2O ↔ UO2(OH)2 + 2H+ … Log K = -12.15
또 다른 우라닐 이온을 침전시키는 방법으로 하기의 반응식 2와 같이 우라늄 과산화물 형태 (UO4(UO2 2+(O2 2-)))로 침전시키는 방법이 있으나, 이는 pH 2~3에서 과산화수소와 반응하여 침전 시, 침전 속도가 초기 우라늄 농도 및 용액의 이온 강도 및 조건에 영향을 받는 것으로 알려져 있어서, 신속하게 우라늄 침전을 형성할 수 없다.
[반응식 2]
UO2(O2)4H2O + 4H+ ↔ UO2 2+ + 2H2O2 + 4H2O … Log Ksp = -2.88
따라서, 본 발명에서는 우라닐 이온을 침전시키는 방법으로 낮은 용해도를 갖는 우라늄 화합물 형태로 침전시킬 수 있는 침전제를 사용하였다.
상기 침전제는 하기 화학식 1로 표시되는 인산염을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
MH2PO4
(여기서, 상기 M은 NH4 +, Na+ 및 K+로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 양이온이다.)
상기 인산염을 침전제로 이용하는 경우, 하기의 반응식 3 내지 5에 나타난 바와 같이 우라닐 인산염 형태 (MUO2PO4 (M = NH4 +, Na+, K+))로 침전된다.
[반응식 3]
NaUO2PO4(H2O)x ↔ Na+ + UO2 2+ + PO4 3- + xH2O … Log Ksp = -24.21
[반응식 4]
KUO2PO4(H2O)x ↔ K+ + UO2 2+ + PO4 3- + xH2O … Log Ksp = -25.5
[반응식 5]
NH4UO2PO4(H2O)x ↔ NH4 + + UO2 2+ + PO4 3- + xH2O … Log Ksp = -26.5
상기 반응식 3 내지 5에 따르면, 우라닐 인산염 (MUO2PO4 (M = NH4 +, Na+, K+))의 용해도 상수 (Ksp)는 약 10-25 정도로 매우 낮고, 우라늄 과산화물 형태 (UO4(UO2 2+(O2 2-)))의 용해도 상수에 비해서도 훨씬 낮음을 확인할 수 있다.
도 5에는 본 발명에 이용되는 상기 화학식 1의 침전제를 사용하였을 때 pH 변화에 따라 생성되는 우라닐 인산염의 용해도 값을 나타내었다. 상기 도 5에 따르면, KUO2PO4, (NH4)UO2PO4, NaUO2PO4 모두 pH 6 부근에서 용해도가 최저값을 가지며, KUO2PO4, (NH4)UO2PO4가 NaUO2PO4 보다 더 낮은 용해도값을 가지는 것을 확인할 수 있다. KUO2PO4, (NH4)UO2PO4의 용해도는 약 0.02 ppm (8.4 × 10-8 M)정도로 우라늄 침전 후 방류수에 잔류하는 우라늄 농도를 방류 기준 농도 이하로 충분히 처리할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 그런데, (NH4)H2PO4를 사용하는 경우 용액 내에 암모니아가 잔류하게 될 가능성도 있으므로, 환경 오염의 측면에서 KUO2PO4를 침전제로 이용하는 것이 바람직하다.
상기 침전제의 농도(몰(M) 농도)는 상기 우라늄 함유 폐액 내의 우라늄 농도(몰(M) 농도)의 5 배 내지 20 배가 되도록 투입할 수 있고, 구체적으로는 5 배 내지 15 배일 수 있다. 상기 침전제의 농도가 상기 우라늄 함유 폐액 내의 우라늄 농도의 5배 미만인 경우 우라늄 함유 침전 슬러지 생성 속도 및 침전 수율이 낮아지고, 20배 초과인 경우 침전조 내의 우라늄 함유 침전 슬러지 및 상등액에 다량의 인 성분이 잔류되어 최종 방류수에서 인을 제거하기 위한 추가의 약품 소모가 증가하게 된다.
구체적으로 상기 침전제의 농도는 0.1 mM 내지 6 mM일 수 있고, 0.2 mM 내지 5 mM일 수 있고, 0.5 mM 내지 4 mM일 수 있고, 0.8 mM 내지 3.3 mM일 수 있고, 1 mM 내지 2 mM일 수 있다. 상기 침전제의 농도가 0.1 mM 미만인 경우 침전제의 첨가량이 매우 적어서 침전이 용이하게 유도되지 못하는 문제가 발생하고, 상기 침전제의 농도가 6 mM 초과인 경우 침전 가능한 우라닐 이온에 비하여 과도한 양의 침전제가 첨가되어, 침전제를 제거하는 과정에 부하가 걸리는 문제가 발생한다.
상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합한 후 정치하는 용액의 pH는 5 내지 7일 수 있다.
상기 pH 조절을 위한 산 용액은 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 등일 수 있고, pH 조절을 위한 알칼리 용액은 산화칼슘(CaO), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 등일 수 있으나, 우라닐 인산염 침전을 최적화 하기 위하여 pH를 5 내지 7의 범위로 조절하기 위한 것이면 이에 한정되지 않는다.
상기 침전조(100)는 회분식(batch) 반응조일 수 있으나, 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합 및 정치시키기 위한 것이라면 이에 한정되지 않는다.
상기 침전조(100)는 다량의 우라늄 함유 폐액을 처리하기 위하여, 1회 처리 대상 용액 부피(L)의 2배 내지 10배의 부피 용량을 가질 수 있다.
상기 침전조(100)는 우라늄 함유 침전 슬러지 형성을 위해 교반장치를 더 포함할 수 있다. 상기 교반장치는 임펠러(impeller) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 침전조(100) 내에서 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합하여 정치시켜 고액 분리된 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액은, 필터프레스(200)를 이용하여 케이크와 여과액으로 제1 여과 분리될 수 있다.
침전물이 포함된 용액에서 침전 슬러지를 분리하는 방법으로 중력, 진공, 압력, 원심분리 등을 이용할 수 있으나, 그 중 대용량을 처리하기 위해서는 필터프레스가 가장 바람직하다.
상기 필터프레스(200)는 0.5 ㎛ 내지 1 ㎛의 입자를 95 % 이상 제거할 수 있는 폴리프로필렌(polypropylene) 섬유 필터미디어를 장착한 필터프레스일 수 있다.
상기 필터프레스(200)는 상기 침전조(100)로부터 배출된 상기 우라늄 함유 침전 슬러지를 추가로 여과하기 위한 것일 수 있다.
상기 침전조(100)에서 고액 분리된 상등액은 상기 침전조(100)의 상부에 연결된 제1 도관(10)을 통해 상기 침전조(100)로부터 상기 필터프레스(200)로 이송된다. 한편 상기 침전조(100)에서 고액 분리된 우라늄 함유 침전 슬러지는 상기 침전조(100)의 하부에 연결된 제4 도관(40)을 통해 상기 침전조(100)로부터 상기 필터프레스(200)로 이송된다.
상기 침전조(100)의 상부란, 상기 침전조(100) 내에서 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합 및 정치시킨 후, 상등액과 우라늄 함유 침전 슬러지로 분리된 경우, 상등액이 위치하는 부분일 수 있다. 따라서, 상기 침전조(100)의 상부에 연결된 제1 도관(10)으로는 상등액만이 투입되어 이송될 수 있다.
상기 침전조(100)의 하부란, 상기 침전조(100) 내에서 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합 및 정치시킨 후, 상등액과 우라늄 함유 침전 슬러지로 분리된 경우, 우라늄 함유 침전 슬러지가 위치하는 부분일 수 있다. 따라서, 상기 침전조(100)의 하부에 연결된 제4 도관(40)으로는 우라늄 함유 침전 슬러지만이 투입되어 이송될 수 있다.
상기 상등액을 상기 필터프레스(200)를 통과시키는 경우 케이크와 여과액으로 제1 여과 분리를 수행할 수 있다. 구체적으로, 침전 후에도 상기 상등액 내에 부유하는 우라늄 함유 미세입자가 필터프레스에 걸러져 뭉쳐지면 필터프레스(200)에 케이크 형태로 축적되고, 우라늄 함유 미세입자가 여과된 나머지 용액은 필터프레스(200)를 통과한 후 여과액으로 분리될 수 있다.
상기 필터프레스(200)는 여과보조층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 여과보조층은 규조토, 셀룰로오스, 셀라이트 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 여과보조제(filter aid)의 코팅을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 필터프레스(200)의 운전 개시 전에 위와 같은 여과보조제를 이용하여 필터미디어에 여과보조층의 코팅을 형성할 수 있다.
상기 필터프레스(200)의 필터미디어를 여과보조제로 미리 코팅하여 사용하는 경우, 필터프레스를 사용하여 우라늄 함유 미세입자를 제거하는 과정에서 상기 우라늄 함유 미세입자에 의한 필터의 막힘에 따른 필터미디어의 2차 폐기물화를 최소화하고 필터의 막힘에 따른 급격한 고액 분리 속도의 감소를 방지할 수 있다.
따라서, 필터프레스에 여과보조제를 사용하는 것은 분리효율을 향상시키는 것 이외에 필터프레스의 필터미디어의 오염을 방지하여 장시간 필터 수명을 높일 뿐만 아니라 필터미디어의 막힘 현상을 억제하여 결과적으로는 우라늄 함유 미세입자의 여과, 분리의 처리속도를 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 여과보조제로 규조토를 이용할 수 있다. 규조토는 그 입자가 가지는 미세 기공을 통하여 상등액(용액)이 흐르도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 필터프레스를 통해 분리되어 축적된 우라늄 함유 케이크 처분 시 고정화(solidification)를 위하여 상기 우라늄 함유 케이크를 유리-세라믹 (glass-ceramic)화 하는 경우에, 유리질의 기본매질이 될 수 있는 이산화규소 (SiO2)로 구성된 규조토를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 여과보조제의 평균 직경은 30 ㎛ 내지 40 ㎛일 수 있고, 30 ㎛ 내지 38 ㎛일 수 있고, 31 ㎛ 내지 37 ㎛일 수 있고, 32 ㎛ 내지 36 ㎛일 수 있고, 33 ㎛ 내지 35 ㎛일 수 있고, 34 ㎛일 수 있다. 상기 여과보조제의 평균 직경이 30 ㎛ 미만일 경우 여과보조제로 코팅된 필터미디어의 투과도가 감소하여 전체적인 공정이 지연되는 문제가 발생하고, 상기 여과보조제의 평균 직경이 38 ㎛ 초과일 경우 여과보조제로 코팅된 필터미디어의 여과, 분리 효율이 낮아지는 문제가 발생한다.
상기 필터프레스(200)로부터 배출된 여과액은 플리티드 필터(300)를 이용하여 상기 여과액에 잔류하는 미세 잔류물 및 처리액으로 제2 여과 분리될 수 있다.
상기 플리티드 필터(300)는 자동차 공기 정화기 필터와 같이 주름 형태의 미세입자 제거 필터일 수 있으며, 0.1 ㎛ 이상의 미세입자를 여과, 분리시켜 제거할 수 있다.
상기 플리티드 필터(300)를 이용하여 여과액을 처리하는 경우, 상기 필터프레스(200)에 의해 여과된 여과액 내에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자(미세 잔류물)를 추가로 여과, 분리, 처리하여 제거함으로써, 최종 처리액(방류수) 내의 우라늄 농도를 방류 기준 농도보다 훨씬 낮은 농도로 낮출 수 있다.
상기 플리티드 필터(300)를 이용하여 여과 및 분리된 상기 처리액 내의 우라늄 농도가 방류 기준 농도보다 낮은 경우 방류관(12)을 통해 방류될 수 있다.
본 발명에 따른 우라늄 함유 폐액의 처리 장치의 또 하나의 실시형태를 도 2에 개략적으로 나타내었다.
도 2에 따르면, 상기 우라늄 함유 폐액의 처리 장치는, 상기 플리티드 필터(200)로부터 배출된 처리액 중의 우라늄 농도를 측정하여서 방류 여부를 결정하기 위한 판별부(400)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 플리티드 필터(300)에서 처리된 상기 처리액을 상기 플리티드 필터(300)로부터 상기 판별부(400)로 이송하기 위한 제3 도관(30); 및 상기 판별부(400)에서 방류가 보류된 상기 처리액을 상기 플리티드 필터(300)로 재순환시키기 위한 재순환 도관(50);을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 처리액 내의 우라늄 농도가, 상기 판별부(400)에서 설정한 판별부 기준 농도(방류 기준 농도 이하)보다 높은 경우, 상기 재순환 도관(50)을 통해 플리티드 필터(300)로 재여과 분리 과정을 거치며, 상기 판별부 기준 농도와 같거나 낮은 경우, 방류관(13)을 통하여 방류될 수 있다. 위와 같이, 재순환 도관(50)을 이용하는 경우, 반복적으로 플리티드 필터(300)에서 여과 분리를 수행함으로써, 상기 처리액 내의 우라늄 농도를 방류 기준 농도보다 훨씬 낮은 농도로 낮출 수 있다.
2. 우라늄 함유 폐액의 처리 방법
본 발명은 우라늄 함유 폐액의 처리 방법을 제공한다.
상기 우라늄 함유 폐액의 처리 방법은 침전조에서의 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하는 단계; 상기 고액 분리에 의해 형성된 상기 상등액에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하는 단계; 및 상기 제1 여과 분리로부터의 상기 여과액에 대하여 플리티드 필터를 이용한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하는 단계;를 포함할 수 있다.
특히, 상기 우라늄 함유 폐액의 처리 방법은, 상기 고액 분리 단계, 상기 제1 여과 분리 단계 및 상기 제2 여과 분리 단계로 이루어진 사이클을 반복하여 수행한 후에, 상기 고액 분리에 의해 상기 침전조 하부에 정치되어 형성된 상기 우라늄 함유 침전 슬러지에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제3 여과 분리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제3 여과 분리를 수행하는 단계는, 침전조 내의 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피가, 복수의 셀로 이루어지는 상기 필터프레스의 경우, 각 셀의 내부 부피의 총합에 도달하게 될 때 수행될 수 있다. 위와 같이 침전조 내에 축적되는 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피는, 본 발명에 이용되는 필터프레스의 각 셀 내부 부피에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로, 상기 침전조에서 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합한 후 침전조에서 일정 시간 정치하여 고액 분리시킨다. 상기 침전조에는 pH 조절을 위한 산 또는 알칼리 용액을 더 첨가할 수 있다.
상기 침전조에 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합한 후 정치하기 전에 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 교반하는 단계를 더 포함함으로써, 상기 우라늄 함유 폐액 내의 우라닐 이온과 침전제가 더 잘 결합하여 침전을 향상시킬 수 있다.
이 후, 고액 분리된 상등액을 먼저 필터프레스에 투입하여 상등액에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자를 여과할 수 있다. 이 때, 다시 원료로서 우라늄 함유 폐액과 침전제를 침전조에 투입하여, 혼합 및 정치한 후 고액 분리된 새로운 상등액을 필터프레스에 투입하여 상등액에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자를 여과할 수 있다. 특히, 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합한 후 정치하기 전의 침전 현탁액을 필터프레스에 투입하는 경우에는, 필터프레스에 케이크가 형성됨에 따라 여과 저항의 증가로 인하여 용액의 처리 속도/효율이 감소하게 되는 반면에, 상기 우라늄 함유 폐액과 상기 침전제를 혼합한 후 정치하는 단계를 거치면, 상등액과 우라늄 함유 침전 슬러지로 고액 분리가 일어나고, 입자성 물질이 거의 없는 상등액을 필터프레스에 여과시키더라도 유의미한 정도로 케이크를 형성하지는 않으므로 필터프레스나 그 후속 유닛인 플리티드 필터를 이용해서 반복적으로 여과시키더라도 처리 속도/효율의 저하를 방지할 수 있게 된다.
이후 상기 고액 분리 단계, 상기 제1 여과 분리 단계 및 상기 제2 여과 분리 단계를 반복함에 따라, 상기 침전조 내에서 침전되어 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피가 필터프레스에서 여과 분리에 의해 축적될 수 있는 케이크의 총 부피 (즉, 복수의 셀로 이루어지는 통상적인 필터프레스에서의 각 셀의 내부 부피의 총합)에 도달하게 될 때, 상기 침전조 내에 침전되어 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지를 침전조로부터 취출하여서 필터프레스를 통과시키게 되는데, 이 때 필터프레스 내의 필터미디어 상에 상당량의 케이크가 점차적으로 형성될 수 있다.
위와 같이, 필터프레스 내에 형성된 케이크 자체는 케이크 하부의 필터미디어와 같이 또 다른 필터로 작용하게 됨으로써, 이어지는 침전 슬러지 또는 상등액에 대한 필터프레스 여과시, 우라늄 함유 미세입자의 슬러지를 더욱 신속하고 효율적으로 여과, 분리, 제거할 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액의 처리 방법은, 상기 제2 여과 분리로부터의 상기 처리액 중의 우라늄 농도를 측정하여서 방류 기준을 만족하는지 여부의 판별을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 때, 판별을 수행하는 단계에서는, 방류 기준 농도 이하의 판별 기준 농도를 설정할 수 있다. 구체적으로, 상기 처리액 내의 우라늄 농도가 판별 기준(방류 기준 농도 이하)을 만족하지 않는다고 판별된 경우, 상기 제2 여과 분리 단계로의 재순환을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. 위와 같이 방류 기준을 만족하지 않는 처리액을 다시 플리티드 필터로 순환하게 함으로써, 처리액 내에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자를 충분히 제거시켜서 방류 기준 농도보다 현저히 낮은 우라늄 농도인 상태로 방류할 수 있다.
또한, 침전조에서 분리된 상등액이 침전조로부터 배출된 후에는, 우라늄 함유 폐액을 반복적으로 동일한 침전조에서 같은 방법으로 침전시켜 우라늄 함유 침전 슬러지를 침전조 내에 다량으로 축적시키고, 상기 다량으로 침전되어 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피가 필터프레스에서 여과 분리에 의해 축적될 수 있는 케이크의 총 부피에 도달하게 되는 경우에, 상기 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지를 필터프레스를 이용하여 제3 여과 분리시켜 분리하여, 이를 최종적으로 고정화 및 안정화 단계를 거쳐 처분 및 배출시킬 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액의 우라늄 농도는 30 ppm 내지 100 ppm일 수 있다. 그러나 이러한 우라늄 함유 폐액 내의 우라늄 농도는 우라늄 폐액이 발생되는 조건에 따라 변동될 수 있고, 이 때 첨가되는 침전제의 농도(몰(M) 농도)는 전술한 바와 같이 우라늄 농도(몰(M) 농도)의 5 배 내지 20 배일 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액으로부터의 우라늄의 제거 효율은 99.5 % 내지 99.9 %일 수 있고, 구체적으로 99.68 % 내지 99.9 %일 수 있다.
상기 우라늄 함유 폐액, 침전제, 필터프레스, 여과보조층, 여과보조제, 플리티드 필터 등에 관한 설명은, 앞서 설명한 1. 우라늄 함유 폐액의 처리 장치에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 또는 처리 방법에 의하면, 우라늄 함유 폐액 내의 우라닐 이온을 인산염 침전제를 이용하여 높은 효율로 침전시키고, 정치를 통해 형성된 상등액을 필터프레스와 플리티드 필터를 이용하여 여과 분리를 하는 것을 반복적으로 수행하고, 침전조 하부에 우라늄 함유 침전 슬러지가 일정 양 이상으로 쌓이게 되면 우라늄 함유 침전 슬러지에 대하여 추가적으로 필터프레스와 플리티드 필터에 의한 추가적인 여과 분리를 수행함으로써, 복잡한 설비/유닛의 설치 없이도 간단하면서도 빠른 시간 내에 방류 기준보다 현저히 낮은 우라늄 농도의 방류수를 방류할 수 있는 효과가 있다. 또한, 침전조 하부에 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지를 한 번에 배출하여서 필터프레스를 이용하여 여과 분리함으로써, 우라늄이 농축된 케이크 형태로 쉽게 분리, 제거 할 수 있는 효과가 있다.
<실시예 1>
<1-1. 우라닐 인산염 침전 단계>
우라늄 폐촉매 부피감용을 위한 공정에서 발생하는 실제 우라늄 함유 폐액을 준비하였다. 상기 우라늄 함유 폐액의 조성은 하기 표 1에 나타내었다.
| Si | U | Sb | Ca | Al | Mg | Fe | Mo | |
| 농도(ppm) | 83.28 | 38.36 | 19.46 | 13.55 | 3.56 | 5.04 | 2.72 | 49.71 |
침전조 내에서 상기 우라늄 함유 폐액과 소량의 KH2PO4을, 혼합 용액 내의 우라늄 농도가 대략 38.36 ppm(= 대략 0.161 mM), KH2PO4 농도가 2 mM이 되는 비율로 혼합한 후에 pH를 6.25로 조절하고, 교반하면서 KUO2PO4 입자가 성장하게 하여서 침전 현탁액을 제조하였다.
<1-2. 필터프레스에 의한 여과 분리 단계>
이 후, 위 침전 현탁액을 1 시간 정치시켜서 상등액과 우라늄 함유 침전 슬러지로 고액 분리시켰다.
분리된 상등액을 규조토(여과보조제)로 약 1.5 ㎜ 두께로 코팅된 0.45 ㎛ 폴리프로필렌 섬유 필터미디어를 장착한 필터프레스에 투입한 후 여과된 여과액의 우라늄 농도를 시간에 따라 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
한편, 상등액이 배출되어 하부에 침전 슬러지가 남아 있는 침전조에, 상기 표 1의 조성을 가지는 새로운 우라늄 함유 폐액과 소량의 KH2PO4을 상기 1-1. 단계에서와 동일한 비율로 투입한 혼합 용액으로부터 침전/정치 과정을 거쳐서 우라늄 함유 침전 슬러지를 형성하고, 분리된 상등액을 반복적으로 필터프레스로 여과 분리하면서, 상기 침전조 내에 침전되어 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피가 복수의 셀로 이루어진 필터프레스의 각 셀의 내부 부피의 총합에 도달하게 될 때, 축적된 우라늄 함유 침전 슬러지를 동일한 필터프레스에 투입한 후 여과된 용액의 우라늄 농도를 시간에 따라 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 사전에 여과보조제의 사용 유무에 따른 효과를 비교하기 위해, 침전 현탁액을 필터프레스에 동일한 유량으로 주입하는 실험을 수행한 결과, 30분 동안 배출되는 용액 부피는 여과보조제를 사용하지 않은 경우 6.5 L이었으나, 여과보조제를 사용하는 경우에는 10 L로, 여과보조제를 사용하는 경우에 처리 속도가 약 53 % 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
위와 같은 효과에 따라, 본 실시예에서는 필터미디어 표면에 규조토(여과보조제)로 코팅한 필터프레스를 사용하였다.
<1-3. 플리티드 필터에 의한 여과 분리 단계>
상기 1-2. 단계에서 고액 분리된 상등액을 규조토(여과보조제)로 약 1.5 ㎜ 두께로 코팅된 0.45 ㎛ 폴리프로필렌 섬유 필터미디어를 장착한 필터프레스에 1회 투입한 후 여과된 여과액을, 플리티드 필터를 사용하여 여과시켰다.
이 때, 플리티드 필터를 통과한 후의 처리액의 농도가, 판별부의 기준 농도(0.06 ppm으로 설정)보다 높은 경우 플리티드 필터로 재순환시켜 여과 분리 시킴으로써, 최종적으로 방류되는 방류수의 농도가 0.06 ppm 이하가 되도록 설정하였다. 위와 같은 판별부의 기준 농도를 만족시키기 위해, 플리티드 필터로 재순환 횟수에 따른 처리액 내의 우라늄 농도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
도 8에 상기 실시예 1에서 필터프레스에 형성된 KUO2PO4 케이크를 분리한 케이크를 나타내었다. 노란색 층이 KUO2PO4 케이크이고, 흰색부분이 규조토(여과보조제) 케이크이다.
<비교예 1>
<1-1. 우라닐 인산염 침전 단계>
상기 실시예 1의 1-1. 단계에서 얻어진 침전 현탁액을 정치하여 고액 분리하는 단계를 생략하고, 얻어진 침전 현탁액을 그대로 이용하였다.
<1-2. 필터프레스에 의한 여과 분리 단계>
위 침전 현탁액을 규조토(여과보조제)로 약 1.5 ㎜ 두께로 코팅된 0.45 ㎛ 폴리프로필렌 섬유 필터미디어를 장착한 필터프레스에 투입한 후 여과된 용액의 우라늄 농도를 시간에 따라 측정한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 필터프레스 | 종류 | 시간(분) | |||||
| 1 | 2 | 4 | 8 | 16 | 30 | |||
| 실시예 1-2 | 여과보조제 (규조토) 사용 |
상등액 | 0.4 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | ≤0.05 | ≤0.05 |
| 침전슬러지 | 3.7 | 0.9 | 0.2 | 0.2 | 0.1 | ≤0.05 | ||
| 비교예 1-2 | 침전 현탁액 | 2.8 | 1.8 | 0.7 | 0.2 | 0.1 | 0.07 | |
(단위: ppm)
| 플리티드 필터 처리 횟수 |
1차 | 2차 | 3차 | 4차 | |
| 우라늄 농도 (ppm) |
실시예 1-3 | 0.12 | 0.10 | 0.07 | 0.06 |
<실험예 1-1>
상기 실시예 1의 1-1. 단계에 따라 제조된 침전 현탁액을 시간에 따라 채취하고, 용액 내에 잔류하는 입자를 제거하기 위한 0.45 ㎛ 필터에 통과시킨 후, 필터를 통과한 용액 내에 존재하는 우라늄 농도를 ICP-OES (Analytikjena PQ 9000 Elite)를 이용하여 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다.
<실험예 1-2>
상기 실험예 1-1에서, 상기 실시예 1의 1-1. 단계에 따라 제조된 침전 현탁액 대신, 혼합 용액 내의 우라늄 농도가 대략 38.36 ppm(= 대략 0.161 mM), KH2PO4 농도가 1 mM이 되는 비율로 혼합한 침전 현탁액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실험예 1-1과 동일하게 실험하여 여과액에 존재하는 우라늄 농도를 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.
<실험예 2>
상기 실시예 1의 1-1. 단계에 따라 제조된 침전 현탁액을 침전조에서 하루 이상 정치한 후의 용액(상등액)에 형성된 KUO2PO4 입자 크기를 PSA (Particle Size Analyzer (Microtrac S3000))를 사용하여 측정한 분포 결과를 도 7에 나타내었다.
실험예 1-1 및 1-2, 도 6에 따르면, KH2PO4를 1 mM, 2 mM의 농도가 되도록 투입하는 경우 우라닐 이온은 모두 1~2 분 내에 KUO2PO4 형태의 침전 슬러지가 되고, 침전 현탁액의 우라늄 농도는 1 ppm 미만으로 되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 우라늄 함유 폐액에서, 인산염을 이용한 우라닐 이온의 침전 반응이 매우 빠르게 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 실험예 1-1과 같이 2 mM의 KH2PO4를 사용하는 경우 10분 내, 실험예 1-2와 같이 1 mM의 KH2PO4를 사용하는 경우 20분 내, 사용된 ICP-OES의 분석 한계 농도인 약 50 ppb 수준 이하로 낮아짐을 확인할 수 있었다.
한편, 침전 현탁액 중 우라닐 이온의 거동과는 다르게, 침전 현탁액 내의 실리카와 안티모늄의 이온 농도 변화는 없었다. 이것은 우라늄의 침전반응에 이러한 이온의 존재는 영향을 미치지 않음을 의미하는 것이다. 위와 같은 결과를 통하여, 본 발명에서 제시하는 인산염을 이용한 우라닐 이온의 침전법은 우라늄 함유 폐액으로부터 매우 빠르고 효과적으로 우라닐 이온을 제거할 수 있는 방법임을 확인하였다.
실험예 2 및 도 7에 따르면, 형성된 KUO2PO4 입자의 평균 크기 (Mean volume diameter)는 약 63 ㎛이지만 실제 입자 크기는 약 2 ㎛의 작은 크기부터 수백 ㎛ 크기까지 넓은 범위로 분포함을 확인할 수 있다.
크기가 큰 입자의 형성은 상기 표 1의 조성을 가진 실제 우라늄 함유 폐액에 존재하는 실리카, 안티모늄 및 수중의 수산기 등에 의해 입자들이 결합될 수도 있기 때문으로 생각된다. 그러나 실험예 2에 사용된 입자 측정 장비는 1 ㎛ 이상의 크기를 측정할 수 있는 장비로서 상등액에는 1 ㎛ 미만의 미세입자들이 용액에 존재할 수 있다. 이러한 존재는 상등액의 탁도를 측정하여 확인할 수 있었다. KUO2PO4 침전 용액을 1시간 정치한 후 탁도계 (HI 98703, Hanna)로 측정한 상등액의 NTU (Nephelometric turbidity unit)은 75.7이었으나, 이 상등액을 0.45 ㎛ 주사기 필터를 통과한 후 NTU는 0.14로 변화하였다. 이렇게 침전조 내의 상등액의 탁도는 눈에 보이지 않지만 침강되지 않고 장시간 상등액에 부유되어 있는 미세입자에 의한 것임을 확인할 수 있다.
정치 후 침전조 바닥에 쌓이는 우라늄 함유 침전 슬러지를 필터프레스로 여과, 분리하는 경우 여과된 용액의 우라늄 농도는, 침전 현탁액을 정치 없이 직접 주입하는 경우보다 더 빠른 시간 내에 1 ppm 미만 또는 0.1 ppm 미만으로 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 침전 현탁액을 여과, 분리하는 경우에 비하여, 우라늄 함유 침전 슬러지 자체는 우라늄 침전입자 농도가 높아 필터프레스에서 훨씬 빠르게 케이크를 형성하게 되고, 이 케이크가 입자를 제거하는 추가적인 필터로 동작하였기 때문이라고 추정된다.
상기 비교예 1-2와 같이 침전조에서 정치하지 않고 침전 현탁액을 직접 필터프레스로 주입하는 경우, 1분 경과 시 우라늄 농도는 2.8 ppm이고 1 ppm 미만으로 떨어지는 시간은 약 4분 정도 걸리는 반면, 실시예 1-2와 같이 침전조에서 정치를 시킨 후 상등액만을 먼저 필터프레스로 통과시키는 경우 1분 경과 시 우라늄 농도는 0.4 ppm으로 이미 1 ppm 미만이어서, 곧바로 방류가 가능한 것을 확인할 수 있었다. 또한, 10분 후부터는 ICP-OES 분석 한계 값(0.05 ppm) 이하로 낮아졌음을 확인할 수 있었다.
또한 침전조에서 정치를 시키는 경우 우라늄 함유 침전 슬러지들은 자연 침강되어 상등액에는 매우 적은 양의 우라늄 함유 미세입자만이 존재하므로 침전용액을 정치한 후 상등액만을 필터프레스에 통과시키는 경우 필터프레스의 필터미디어에 만들어지는 케이크가 매우 느리게 형성되므로 필터프레스의 필터미디어의 교체 없이 장시간 여과, 분리 처리를 할 수 있다. 반면에 정치하는 과정 없이 침전 현탁액을 직접 주입하는 경우에는 필터프레스의 필터미디어의 교체 주기가 짧아져서 필터프레스의 운전 효율을 감소시키게 된다.
위와 같은 결과에 비추어, 침전조에서 형성된 침전 현탁액을 직접 필터프레스로 주입하는 경우에 비하여, 침전조에서 정치시키는 단계를 거친 후 상등액만을 처리하고, 이후 침전조 내에 충분히 쌓인 우라늄 함유 침전 슬러지를 한번에 필터프레스에 주입하여 여과/분리하는 방법이 필터프레스 운전 효율을 높이는 방법임을 확인할 수 있었다.
상기 표 3에 따르면, 상등액을 플리티드 필터에 1회 통과시킨 후 처리액의 우라늄 농도는 거의 0.1 ppm 수준을 보이고, 이어서 반복하여 통과시킬수록 처리액 내의 우라늄 농도는 60 ppb 내지 70 ppb 정도로 줄어들며, 이는 도 5에 나타난 것과 같이 KUO2PO4의 평형상태의 용해도에 의한 우라닐 이온 농도 값에 해당된다.
상기 표 2의 실시예 1-2에서 필터프레스에서 상등액을 처리한 경우 분리된 여과액의 우라늄 농도는 0.3 ppm 내지 0.4 ppm이나, 상기 표 3에서 플리티드 필터를 1회 처리된 처리액의 경우 우라늄 농도가 0.12 ppm인 것으로서, 반복하여 플리티드 필터를 처리하는 경우, 최종적으로 방류되는 방류수 내에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자를 충분히 제거할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 플리티드 필터를 이용하여 필터프레스에 의해 여과된 여과액 내에 잔류하는 우라늄 함유 미세입자를 거의 완전히 제거시킬 수 있음을 의미하는 것이다.
결과적으로, 상기의 실시예 1을 통하여 우라늄 함유 폐액을 처리하는 방법으로서, 침전조 내에서 인산염 침전제를 이용하여 우라닐 이온을 침전시키고, 이어서 정치하여 상등액과 우라늄 함유 슬러지로 고액 분리한 후, 상등액만을 필터프레스와 플리티드 필터를 통하여 여과시켜서 처리액을 방류 기준 농도 이하로 낮추어 방류시키고, 이후, 하부에 침전 슬러지가 축적된 동일한 침전조에서의 우라늄 함유 폐액 및 침전제에 의한 침전/정치 및 고액 분리와 필터프레스 및 플리티드 필터에 의한 여과를 반복적으로 수행하면서 처리액을 방류시키고, 침전조 하부에 다량의 우라늄 함유 침전 슬러지가 축적되면 이를 배출시켜 필터프레스에 통과시켜서 케이크 상태의 고형물로 회수하게 된다. 이로써, 우라늄 함유 폐액으로부터 간단한 침전법과 필터프레스 및 플리티드 필터의 조합으로 신속하게 방류 기준 농도 이하의 우라늄 농도를 만족하는 방류수를 분리, 처리할 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 실시예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 제1 도관
11: 원료 투입관
12: 방류관
20: 제2 도관
30: 제3 도관
40: 제4 도관
50: 재순환 도관
100: 침전조
200: 필터프레스
300: 플리티드 필터
400: 판별부
11: 원료 투입관
12: 방류관
20: 제2 도관
30: 제3 도관
40: 제4 도관
50: 재순환 도관
100: 침전조
200: 필터프레스
300: 플리티드 필터
400: 판별부
Claims (18)
- 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하기 위한 침전조;
상기 침전조로부터 배출된 상기 상등액에 대한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하기 위한 필터프레스; 및
상기 필터프레스로부터 배출된 여과액에 대한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하기 위한 플리티드 필터;
를 포함하고,
상기 필터프레스는 여과보조층을 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 플리티드 필터로부터 배출된 처리액 중의 우라늄 농도를 측정하여서 방류 여부를 결정하기 위한 판별부를 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 필터프레스는 상기 침전조로부터 배출된 상기 우라늄 함유 침전 슬러지를 추가로 여과하기 위한 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 우라늄 함유 폐액은 우라닐 이온을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치. - 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 침전제는 하기 화학식 1로 표시되는 인산염을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치:
[화학식 1]
MH2PO4
(여기서, 상기 M은 NH4 +, Na+ 및 K+로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 양이온이다.) - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 여과보조층은 규조토, 셀룰로오스, 셀라이트 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 여과보조제의 코팅을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 장치. - 침전조에서의 우라늄 함유 폐액과 침전제의 혼합 및 정치에 의하여 우라늄 함유 침전 슬러지와 상등액으로의 고액 분리를 수행하는 단계;
상기 고액 분리에 의해 형성된 상기 상등액에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제1 여과 분리를 수행하는 단계; 및
상기 제1 여과 분리로부터의 상기 여과액에 대하여 플리티드 필터를 이용한 추가적인 여과에 의하여 미세 잔류물 및 처리액으로의 제2 여과 분리를 수행하는 단계;
를 포함하고,
상기 필터프레스는 여과보조층을 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 고액 분리 단계, 상기 제1 여과 분리 단계 및 상기 제2 여과 분리 단계로 이루어지는 사이클을 반복하여 수행한 후에, 상기 고액 분리에 의해 상기 침전조 하부에 정치된 상기 우라늄 함유 침전 슬러지에 대하여 필터프레스를 이용한 여과에 의하여 케이크 및 여과액으로의 제3 여과 분리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 우라늄 함유 침전 슬러지의 부피가 상기 필터프레스의 각 셀의 내부 부피의 총합에 도달하게 될 때, 상기 제3 여과 분리를 수행하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 여과 분리로부터의 상기 처리액 중의 우라늄 농도를 측정하여서 방류 기준을 만족하는지 여부의 판별을 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 11에 있어서,
방류 기준을 만족하지 않는다고 판별된 상기 처리액에 대하여 상기 제2 여과 분리 단계로의 재순환을 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 우라늄 함유 폐액은 우라닐 이온을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 침전제는 하기 화학식 1로 표시되는 인산염을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법:
[화학식 1]
MH2PO4
(여기서, 상기 M은 NH4 +, Na+ 및 K+로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 양이온이다.) - 삭제
- 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 여과보조층은 규조토, 셀룰로오스, 셀라이트 및 활성탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 여과보조제의 코팅을 포함하는 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 우라늄 함유 폐액의 우라늄 농도는 30 ppm 내지 100 ppm인 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법. - 청구항 8 내지 청구항 10 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 우라늄 함유 폐액으로부터의 우라늄의 제거 효율은 99.5 % 내지 99.9 %인 것인 우라늄 함유 폐액의 처리 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020180067572A KR102042487B1 (ko) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 및 우라늄 함유 폐액의 처리 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180067572A KR102042487B1 (ko) | 2018-06-12 | 2018-06-12 | 우라늄 함유 폐액의 처리 장치 및 우라늄 함유 폐액의 처리 방법 |
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| KR100866036B1 (ko) * | 2008-04-22 | 2008-10-30 | (주)인코 | 고형물이 포함된 방사성액체폐기물의 처리설비 및 그제어방법 |
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-
2018
- 2018-06-12 KR KR1020180067572A patent/KR102042487B1/ko active IP Right Grant
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