KR102232862B1 - 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고형화된 소각비재를 수중으로 투입하여 분쇄하고 세슘을 용출토록 함으로써, 작업장 주변으로 소각재가 날리지 않도록 하여 방사성 소각비재를 취급 시 발생되는 분진의 비산에 의한 작업자의 흡입과 내부 피폭을 방지할 수 있도록 한 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 물을 담을 수 있는 외곽 수조(30) 및 그 수조(30)를 지지하는 지지프레임(31)과; 방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 담겨진 톤백(Ton Bag;10)을 인양하여 수조(30)로 투입하기 위한 호이스트(21)와; 상기 수조(30) 내에 설치되어 톤백(10)을 절단하기 위한 톤백 절단장치(22)와; 상기 톤백(10)에서 쏟아져 나오는 고형화된 소각재 덩어리를 분쇄하는 그라인더(24)와; 상기 그라인더(24)를 통해 분쇄된 소각비재를 수조(30) 내에서 물과 혼합되도록 순환시켜 세슘의 용출 효율을 재고하는 회전날개(25)와; 상기 그라인더(24) 및 회전날개(25)의 구동을 위한 구동모터(23);로 이루어진다.

Description

방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템{A Multifunctional Combined System for Addition into Water, Grinding in water and Cesium Elution of Solidified Fly Ash Contaminated with Radioactive Cesium}

본 발명은 방사성 세슘 오염 소각비재(燒却飛材)의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고형화된 소각비재를 수중으로 투입하여 분쇄하고 세슘을 용출토록 함으로써, 작업장 주변으로 소각재가 날리지 않도록 하여 방사성 소각비재를 취급 시 발생되는 분진의 비산에 의한 작업자의 흡입과 내부 피폭을 방지할 수 있도록 한 다기능 복합시스템에 관한 것이다.

일본에서는 도시 쓰레기 등의 가연성 물질의 용량을 줄이기 위하여 이들을 통상 소각하여 나오는 소각재를 매립하고 있다. 그러나 후쿠시마 원전사고로 인해 대기환경으로 방출된 방사성 물질의 지표면 강하에 의해 야적 도시 쓰레기 등의 가연물이 세슘에 오염되었으며, 이러한 오염된 가연물을 소각시설에서 소각할 때 방사성 세슘은 휘발되어 비산재(Fly Ash)를 포집하는 백필터에 소각비재와 함께 포집되어 혼재되어 있다.

이러한 소각비재는 방사성 세슘으로 오염된 방사성 폐기물이 되어 통상의 소각비재 매립장인 일반 폐기물 처분장에서는 매립이 허용되지 않는다.

따라서 방사성 세슘으로 오염된 소각비재를 기존과 같이 일반 폐기물 처분장에 매립하기 위해서는 방사성 세슘으로 오염된 소각비재를 제염하여 정화하여야 한다.

또한 소각비재에서 중금속의 용출을 최소로 제한하기 위해 일부 소각시설에서는 고형화 처리를 하고 있는 실정이다.

이를 위해 방사성 세슘으로 오염된 소각비재를 제염하기 위해서는 소각비재에 혼재하고 있는 방사성 세슘을 물속에서 용출시키고, 용출된 세슘을 필터로 걸러내는 수세정에 의한 제염방식이 제안된 바 있다.

그러나 이러한 제염설비는 오염 소각재를 설비로 투입하는 공정이 소각재의 형상이 분말인 경우로 특정하였기 때문에 고형화된 오염 소각재의 경우에는 별도의 장치로 분쇄 조치를 행하여 분말 상태로 전환한 후, 비로소 제염설비에 투입할 수 있는 불편함이 있었다.

또한 세슘으로 오염된 소각비재는 톤백(Ton Bag)이라고도 불리우는 플렉시블 백에 담아 보관하게 되는데, 이와 같이 톤백에 담긴 고형화 소각비재를 제염설비로 쏟아 부을 때 분진이 발생되어 작업자 안전에 악영향을 미친다.

더욱이 덩어리 형태로 고형화된 소각비재는 분쇄하여야 세슘 용출이 용이하게 이루어지는데, 분쇄 과정에서 발생되는 먼지 또한 작업자에게 중대한 위험이 되었다.

따라서 작업장 주변으로 소각재가 날리지 않도록 하여 방사성 소각비재를 세정에 의한 제염 시 발생되는 분진의 비산에 의한 작업자의 흡입과 내부 피폭을 방지하여 위험 요소를 원천 배제할 수 있도록 고형화된 소각비재를 수중으로 투입하여 분쇄하고 세슘을 용출할 수 있는 장치를 필요로 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1668075(2016. 10. 14. 등록)

이에 본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 주된 목적은 고형화된 소각비재를 수중으로 투입하여 분쇄하고 세슘을 용출토록 함으로써, 작업장 주변으로 소각재가 날리지 않도록 하여 방사성 소각비재를 취급 시 발생되는 분진의 비산과 이로 인한 작업자의 흡입과 내부 피폭을 방지할 수 있도록 한 다기능 복합시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수중 세정에 의한 제염 시 고형화되었거나 분말상태의 소각비재를 수중으로 안전하게 투입하고, 고형화된 소각재는 수중에서 분쇄하며, 소각비재에서 세슘을 물로 용출하는 복합 공정을 단일 장치에서 수행할 수 있도록 한 다기능 복합 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

물을 담을 수 있는 외곽 수조 및 그 수조를 지지하는 지지프레임과;

방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 담겨진 톤백(Ton Bag)을 인양하여 수조로 투입하기 위한 호이스트와;

상기 수조 내에 설치되어 톤백을 절단하기 위한 톤백 절단장치와;

상기 톤백에서 쏟아져 나오는 고형의 소각재 덩어리를 분쇄하는 그라인더와;

분쇄된 미분 소각비재를 수조 내에서 물과 혼합되도록 순환시켜 세슘의 용출 효율을 재고하는 회전날개와;

상기 그라인더 및 회전날개의 구동을 위한 구동모터;로 이루어진다.

이때 상기 지지프레임을 통해 지지되는 수조에는 상등수 및 슬러지를 배출하는 상등수 배출구 및 슬러지 배출구가 형성된다.

또한 상기 수조에 설치되는 상등수 배출구에는 부유식 흡입 노즐(Floating Nozzle)이 설치되어 세슘이 용출된 수조에서 깨끗한 상등수만을 선별적으로 취수하여 이송하도록 한다.

또한 톤백을 절단하기 위한 상기 톤백 절단장치는 피라미드 형상으로 형성되어 소각비재 포장재인 톤백의 하부 바닥을 절개하여 톤백에 담겨진 방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 수조에 쏟아지도록 한다.

이상과 같은 본 발명을 적용하면 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 고형화된 소각비재를 수중으로 투입 후, 절단하여 분쇄하고 세슘을 용출토록 함으로써, 작업장 주변으로 소각재가 날리지 않도록 하여 방사성 소각비재를 세정에 의한 제염 시 발생되는 분진의 비산과 이로 인한 작업자의 흡입과 내부 피폭을 방지할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 수중 세정에 의한 제염 시 고형화되었거나 분말 상태의 소각비재를 수중으로 안전하게 투입하고, 고형화된 소각재는 수중에서 분쇄하며, 소각비재에서 세슘을 물로 용출하는 복합 공정을 단일 장치에서 수행할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 분쇄된 미립자를 수조 내에서 재순환하여 분쇄 효율을 높이고 미립자와 물의 접촉을 최대화하여 세슘 용출을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 수조 내 상등수만을 취하여 다음 공정 단계로 보내고 하부 침전물은 보내지 않으므로 후단 공정 장치의 막힘 현상을 방지하여 제염 효율을 높일 수 있할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템의 구성을 보인 구성도.

본 발명의 바람직한 실시례를 첨부한 도면에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템은 방사성세슘으로 오염된 고형화 소각비재가 담긴 톤백을 취급 및 수중 절단, 고형화 소각재를 수중 분쇄 및 세슘 용출을 수행하기 위한 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이 호이스트(21), 톤백 절단장치(22), 그라인더(24), 회전날개(25), 구동모터(23), 부유식 흡입노즐(27)을 갖는 상등수 배출구(26) 및 슬러지 배출구(28)를 구비한 외곽 수조(30)로 구성된다.

먼저 물을 담을 수 있는 외곽 수조(30)를 구비한 다음, 수조(30) 하단을 지지프레임(31)을 통해 지지할 수 있도록 한다.

이때 상기 외곽 수조(30)는 물을 담는 기능과 함께 수중 투입·절단·분쇄 및 용출 등 일련의 모든 장치에 대한 구조물 역할도 겸한다.

이어 수조(30) 상단에는 방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 담겨진 톤백(Ton Bag; 10)을 인양하여 수조(30)로 이동·투입하기 위한 호이스트(21)를 설치한다.

이때 톤백(10)은 방사성 세슘으로 오염된 고형화 소각비재가 담겨져 있는 포장재이다.

이어 상기 수조(30) 내에는 호이스트(21)를 통해 인양되어 투입되는 톤백(10)을 절단하기 위한 톤백 절단장치(22)를 설치한다.

이때 상기 톤백 절단장치(22)는 호이스트(21)를 통해 수조(30) 내부로 투입되는 톤백(10)의 하부 바닥을 뾰족한 중심 칼날로 찌르면서 톤백(10) 하부가 '十'자로 절개되도록 피라미드 형상의 칼날 형태로 형성하여 톤백(10)에 담겨진 방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 수조(30)에 쏟아지도록 한다.

이어 상기 톤백 절단장치(22)의 일측에는 톤백(10)에서 쏟아져 나오는 고형의 소각비재 덩어리를 분쇄하기 위한 그라인더(24)를 설치한다.

이때 상기 그라인더(24)는 고형화 소각비재를 잘게 부수는 역할을 하는 장치로서 덩어리 상태의 고형화 소각비재를 분쇄함으로써 물과의 접촉 부위가 많아지면서 세슘이 물속에 용출이 잘되도록 한다.

또한 상기 그라인더(24) 하단에는 분쇄된 소각비재를 수조(30) 내에서 물과 혼합되도록 순환시켜 세슘의 용출 효율을 재고하는 회전날개(25)를 설치한다.

이때 상기 회전날개(25)는 분쇄된 소각비재와 물을 혼합하는 장치로서 소각비재에 축적되어 있던 세슘이 물에 용이하게 용출될 수 있도록 한다.

또한 회전날개(25)에 의한 유체의 흐름이 상·하, 좌·우로 이루어질 수 있도록 2개 또는 2개 이상의 회전날개(25)를 장착하여 수조(30) 내에서 충분한 와류를 형성하도록 한다.

또한 상기 그라인더(24) 및 회전날개(25)의 구동을 위해 수조(30) 외부에 설치되는 구동모터(23);로 이루어진다.

또한 상기 지지프레임(31)을 통해 지지되는 수조(30)에는 상등수 및 슬러지를 배출하는 상등수 배출구(26) 및 슬러지 배출구(28)를 형성한다.

이때 상등수 배출구(26)는 침전물 상부의 비교적 맑은 물만을 배출하는 밸브이고, 슬러지 배출구(28)는 침전된 소각비재와 물의 혼합물인 슬러지를 배출하는 밸브이며, 슬러지는 본 발명에서 기술하고 있지 않는 다른 공정을 거쳐 정화된다.

또한 상기 수조(30)에 설치되는 상등수 배출구(26)에는 세슘이 용출된 수조(30)의 수면 위에 항상 떠있으면서 소각비재 입자가 침전된 이후 깨끗한 상등수만을 선별적으로 취수하여 이송할 수 있도록 부유식 흡입 노즐(Floating Nozzle; 27)을 설치한다.

이와 같은 구성의 본 발명에 따른 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템에 의하면, 먼저 방사성 세슘으로 오염된 고형화 소각비재가 담긴 톤백(10)을 호이스트(21)로 취급 및 인양한 다음, 인양된 톤백(10)을 물이 채워진 외곽 수조(30) 상부에서 하강시켜 수조(30) 내부의 물속에 투입되도록 한다.

상기 작동으로 수조(30) 내부의 물속에 투입되면, 톤백(10)의 하부 바닥 부분이 끝이 뾰족한 피라미드 형상의 칼날 형태의 톤백 절단장치(22)에 접촉되고, 계속되는 투입에 따라 톤백(10) 하단부가 톤백 절단장치(22)에 의해 '十'자로 절개되면서 톤백(10)의 절단이 이루어진다.

상기 작동으로 톤백(10)의 하부가 절개되면, 톤백(10) 내부의 고형화된 덩어리 상태의 소각비재가 수중으로 쏟아져 나오게 된다.

상기 작동으로 톤백(10)에서 쏟아져 나온 고형화된 소각비재는 구동모터(23) 구동에 따른 그라인더(24)에 의하여 수중에서 잘게 분쇄되고, 분쇄된 소각비재는 회전날개(25)에 의하여 물과 혼합되면서 소각비재에 축적되어 있던 세슘이 물에 용이하게 용출되게 된다.

즉 그라인더(24)를 통한 분쇄 작업과, 회전날개(25)를 통한 혼합 작용을 통해 분쇄되는 소각비재는 물과의 접촉 부위가 많아진 상태로 물과 혼합되면서 세슘이 물 속에 용출 효율이 향상되게 된다.

이때 소각비재를 수조(30) 내에서 물과 혼합되도록 순환시키기 위한 회전날개(25)를 2개 또는 2개 이상으로 장착하게 되면, 회전날개(25)에 의한 유체의 흐름이 상·하, 좌·우로 이루어지면서 수조(30) 내에서 충분한 와류를 형성하게 된다.

상기 작동으로 물과 혼합되는 소각비재에서 침출되는 슬러지는 수조(30) 하단의 슬러지 배출구(28)를 통해 배출된다.

또한 상기 작동으로 세슘이 용출된 수조(30)에서 상단의 깨끗한 상등수는 상등수 배출구(26)를 통해 다음 공정으로 이송된다. 즉 상등수 배출구(26)에 설치되는 부유식 흡입 노즐(Floating Nozzle; 27)을 통해 세슘이 용출된 수조(30)에서 깨끗한 상등수만을 선별적으로 취수하여 다음 공정으로 이송할 수 있게 된다.

한편 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

또한 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 오로지 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 톤백 20 : 다기능 복합 시스템
21 : 호이스트 22 : 톤백 절단장치
23 : 구동모터 24 : 그라인더
25 : 회전날개 26 : 상등수 배출구
27 : 부유식 흡입노즐 28 : 슬러지 배출구
30 : 외곽수조 31 : 지지 프레임

Claims (5)

1. 물을 담을 수 있는 외곽 수조(30) 및 그 수조(30)를 지지하는 지지프레임(31)과;
   방사성 세슘으로 오염된 소각비재가 담겨진 톤백(Ton Bag;10)을 인양하여 수조(30)로 투입하기 위한 호이스트(21)와;
   상기 수조(30) 내에 설치되어 톤백(10)을 절단하기 위한 톤백 절단장치(22)와;
   상기 톤백(10)에서 쏟아져 나오는 고형화된 소각재 덩어리를 분쇄하는 그라인더(24)와;
   상기 그라인더(24)를 통해 분쇄된 소각비재를 수조(30) 내에서 물과 혼합되도록 순환시켜 세슘의 용출 효율을 재고하는 회전날개(25)와;
   상기 그라인더(24) 및 회전날개(25)의 구동을 위한 구동모터(23);로 이루어지며,
   상기 지지프레임(31)을 통해 지지되는 수조(30)에는 상등수 및 슬러지를 배출하는 상등수 배출구(26) 및 슬러지 배출구(28)가 형성된 것을 특징으로 하는 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 수조(30)에 설치되는 상등수 배출구(26)에는 세슘이 용출된 수조(30)에서 깨끗한 상등수만을 선별적으로 취수하여 이송할 수 있도록 부유식 흡입 노즐(Floating Nozzle; 27)이 설치된 것을 특징으로 하는 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 톤백 절단장치(22)는 톤백(10) 하부에 설치되어 톤백(10) 하부를 절개할 수 있도록 피라미드 형상의 칼날 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전날개(25)는 유체의 흐름이 상·하, 좌·우로 이루어지면서 수조(30) 내에서 충분한 와류를 형성할 수 있도록 2개 또는 2개 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 세슘 오염 소각비재의 수중 분쇄 및 세슘 용출을 위한 다기능 복합 시스템.

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