KR102313012B1

KR102313012B1 - 폐기물 인증을 위한 대용량 방사성 폐기물 처리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102313012B1
Application number: KR1020190133345A
Authority: KR
Inventors: 이운장
Original assignee: 주식회사 오리온이엔씨
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2021-10-14
Also published as: KR20210049267A

Abstract

본 발명은 대용량 액체 방사성 폐기물을 규제해제 수준으로 처리하는 시스템(1) 및 방법에 관한 것이다. 그러한 대용량 액체 방사성 폐기물 처리 시스템(1)은, 탄소 미세입자가 코팅된 탄소체(14)를 대용량 액체 방사성 폐기물에 부유시킴으로써 처리되고, 방사능 값을 측정하는 전처리 장치(2)와; 전처리 장치(2)에서 처리된 대용량 액체 방사성 폐기물을 배출할 때 이물질을 여과하는 여과장치(4)와; 여과장치(4)에서 처리된 고농도 액체 방사능 폐기물을 미세조류에 의하여 저농도 액체 방사능 폐기물로 처리하는 후처리 장치(3)와; 그리고 전처리 장치(2)와, 여과장치(4)와, 후처리 장치(3)를 제어함으로써 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능 값에 의하여 재활용 여부, 방류여부, 후처리 여부를 판단하는 컨트롤러(C)를 포함한다.

Description

폐기물 인증을 위한 대용량 방사성 폐기물 처리 시스템 및 방법{System and method for treatment of large scale radioactive waste towards waste certification}

본 발명은 대용량 액체 방사성 폐기물 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 1차로 탄소 미세입자를 이용하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 제염하고, 2차로 미세조류에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 규제해제 수준으로 정밀 제염하되, 각 단계에서 방사능을 측정하여 기준값과 비교하여 다음 단계로 공급하거나, 재처리하거나, 드럼 저장처분 혹은 방류를 결정하는 폐기물 인증을 위한 대용량 방사성 폐기물 처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

2011년에 발생한 일본 후쿠시마 원전사고는 국제원자력 사고등급(INES) 상 최악인 '레벨 7'로 기록되었고 1986년 4월의 체르노빌 원전 사고 보다 10배 이상의 방사능 물질이 유출된 것으로 예상되며 이와 유사한 대규모 방사성 물질 유출에 대비한 기술 개발 필요성이 세계적으로 일어나고 있다.

아직도 일본은 후쿠시마 원전으로부터 방사능 유출이 계속 됨으로써 유출된 방사성 물질 처리와 효과적인 정화 기술에 대한 필요성은 생존의 문제로 대두되고 있으며, 특히 유출된 발생한 방사성 물질 중 Cs-137과 Sr-90은 반감기가 각각 30년과 28.7년으로서 한번 방사능 유출로 인해 오랫동안 오염 상태가 지속됨으로써 인간과 환경에 치명적인 결과를 초래한다.

세슘염은 물에 대한 용해도가 높아서 빠른 속도로 지하수와 바다로 흘러들어가고 농작물과 식물 속으로 흡수가 되어 오염을 빠르게 확산시키게 된다. 따라서 원자력 발전소의 운전 과정에서 발생하는 폐수뿐 아니라 오염된 지하수, 하천, 토양, 바닷물로부터 방사성 핵종인 Cs-137과 Sr-90 등을 제거하는 것은 인간과 환경에 매우 중요하며 이들의 시급한 처리 및 제거가 요구된다.

또한, 원자력 발전에서는 핵반응으로 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 막대한 양의 물을 사용하고 있으며 운전되는 핵반응기는 많은 양의 방사성 액체 폐기물을 배출하고 있어 원자력 산업의 보급에 주요 장애요인으로 지적되어 왔다.

특히, 원전에서 발생되는 저준위 방사성 액체폐기물의 대부분은 Cs-137, Sr-90, Co-60 등과 같은 중장반감기의 방사성핵종과 기타 단반감기의 방사성핵종, 그리고 Na, K, B 등과 같은 다량의 비방사성핵종을 함유하고 있다.

일반적으로 저준위 액체 방사성폐기물의 방사능 농도는 대략 10^-4~10^-2μCi/cc이며, 방사능 세기는 낮지만 방사성폐기물의 발생량 측면에서는 전체의 85% 이상을 차지한다.

특히, 원자력발전소 가동 중 방출되는 액체폐기물 중 상당량이 세탁배수계통에서 발생되고 있으며 총방출 방사능량의 30~40%에 달하는 것으로 알려져 있다.

기존의 화학적인 방사능 제거 방식은 영광 1호기 유출 사례 및 체르노빌/후쿠시마 사건과 같은 유분과 불순물 및 바닷물이 섞인 대규모 방사능 유출에는 효과적으로 대처할 수 없으므로 대규모 방사능 오염 물질을 효과적으로 신속하게 제거 할 수 있는 방법이 요구된다. 예를 들면, 체적단위로 정화시킬 수 있는 미세조류나 해조류를 이용한 방법이 이에 해당된다.

미세조류는 최근에 미래 청정에너지 및 소재 자원으로 재조명 받고 있는 식물성 플랑크톤으로서 미세조류의 잠재성은 이미 에너지 산업소재 생산, 온실가스 저감이 가능한 자원으로 미국을 비롯한 세계에서 환경 분야, 에너지 분야, 화학분야의 3대 분야를 중심으로 활용이 확대되고 있다.

그러나, 종래의 이러한 미세조류를 방사능에 오염된 대용량 대상물을 규제해제 방사능 농도 수준으로 제염하는 분야에는 적용된 적이 없다.

그리고, 탄소 미세입자를 이용하여 방사능 오염물을 제염하기 위한 기술은 실험적으로 시도되고 있으나, 대용량의 액체 방사능 오염물을 제염하기 위한 분야에는 적용된 적이 없다.

특허등록 제10-1723908호(명칭: 방사능 오염물질의 제염방법 및 방사성 폐기물 제염방법)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 1차로 탄소 미세입자를 이용하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 제염하고, 2차로 미세조류에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 규제해제 방사능 농도수준으로 정밀 제염하되, 각 단계에서 방사능을 측정하여 기준값과 비교하여 다음 단계로 공급하거나, 재처리하거나, 드럼 저장처분 혹은 방류를 결정함으로써 대용량의 액체 방사성 폐기물을 효율적으로 제염할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는,

탄소 미세입자가 코팅된 탄소체(14)를 대용량 액체 방사성 폐기물에 부유시킴으로써 처리하고, 방사능 값을 측정하는 전처리 장치(2)와;

전처리 장치(2)에서 처리된 대용량 액체 방사성 폐기물을 배출할 때 이물질을 여과하는 여과장치(4)와;

여과장치(4)에서 처리된 고농도 액체 방사능 폐기물을 미세조류에 의하여 저농도 액체 방사능 폐기물로 처리하는 후처리 장치(3)와; 그리고

전처리 장치(2)와, 여과장치(4)와, 후처리 장치(3)를 제어함으로써 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능 값에 의하여 재활용 여부 및 방류여부를 판단하는 컨트롤러(C)를 포함하는 대용량 액체 방사능 폐기물 제염 시스템(1)을 제공한다.

전처리 장치(2)는, 방사능 오염수가 저장되어 처리되는 제 1저장조(5)와; 제 1저장조(5)의 내부에 부유하는 탄소 미세입자로 도핑된 탄소체(14)와; 제 1저장조(5)에 상하방향으로 배치되어 회전함으로써 방사성 오염수 및 탄소체(14)를 교반하는 교반기(18)와; 제 1저장조(5)의 내측에 배치되어 방사능을 측정하는 제 1측정기(12)를 포함한다.

여과장치(4)는 제 1저장조(5)의 일측에 연결되어 처리된 방사성 오염수를 배출하는 배출관(16)과; 배출관(16)에 장착되어 오염수가 배출관(16)을 통하여 외부로 배출될 때 부유물질 혹은 탄소 미세입자를 여과하는 여과부재(17)와; 배출관(16)에 연결되는 복귀관(L)을 포함하며, 여과부재(17)는 필터 혹은 역삼투막을 포함한다.

후처리 장치(3)는, 1차 처리된 액체 방사능 오염수가 유입관(L1)을 통하여 공급되어 저장되는 제 2저장조(21)와; 제 2저장조(21)의 내부에 부유하는 프레임(22)과; 프레임(22)의 하부에 연결된 주머니 형상으로서 오염수가 유입 및 유출되는 멤브레인(membrane;24)과; 멤브레인(24)의 내측에 잔류하며 오염수를 제염하는 미세조류(microalgae;m)와; 프레임(22)의 하부에 연결되어 멤브레인(24)의 외측을 감싸므로써 손상을 방지하고 멤브레인(24)의 전체 형상을 유지하는 펜스 조립체(fence assembly;26)와; 제 2저장조(21)의 내측에 배치되어 오염수의 방사능 값을 측정하는 제 2측정기(S)와; 제 2저장조(21)의 타측에 연결되어 처리된 오염수를 배출하는 유출관(L2)을 포함한다.

멤브레인(24)은 메쉬구조의 주머니 형상으로서 상부는 프레임(22)의 테두리 하부에 연결됨으로써 수중에 잠기며, 멤브레인(24)의 상부는 개방됨으로써 미세조류가 투입될 수 있으며, 멤브레인(24)의 망 크기는 물분자 및 방사성핵종 보다 크고 미세조류(m) 보다 작게 형성된다.

미세조류(m)는 방사성 물질을 흡착하는 특성을 가진 미세조류 균주를 사용하여 규제해제 수준으로 방사성 물질을 제거할 수 있다.

컨트롤러(C)는 여과처리 완료 후, 제 1저장조(5) 내부에 장착된 제 1측정기(12)에 의하여 방사능 값을 측정한 결과, 방사능 값이 일정 범위 이하인 경우에는 재처리가 가능하다고 판단하여 배출관(16)의 솔레노이드 밸브를 제어하여 복귀관(L)을 통하여 제 1저장조(5)로 복귀시키고, 방사능 값이 일정 범위 이상인 경우에는 방사능 폐기물을 재처리하기 어려우므로 배출관(16)을 통하여 배출하여 드럼에 저장하여 처분하고, 제 2측정기(S)의 측정값에 의하여 후처리 장치(3)에 처리된 방사능 오염수가 규제해제 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 일정 범위 이상인 경우 제 2복귀관(L3)을 통하여 제 2저장조(21)로 복귀시키고, 방사능 농도가 규제해제 수준 이하인 경우 유출관(L2)을 통하여 배출하여 드럼에 의하여 저장 및 처분하거나 방류한다.

본 발명의 다른 실시예는,

탄소 미세입자를 이용한 전처리 장치(2)에 의하여 방사능 오염수를 처리하는 제 1단계(S10)와;

제 1단계(S10)에서 처리된 방사능 오염수를 여과장치(4)에 의하여 후처리하는 제 2단계(S12)와;

후처리된 방사능 오염수의 방사능값을 제 1측정기(12)에 의하여 측정하고, 컨트롤러(C)에 의하여 연산함으로써 재처리 여부를 결정하여 제 1단계(S10)로 복귀시키거나 드럼에 의하여 처분하는 제 3단계(S14)와;

후처리된 방사능 오염수를 후처리 장치(3)에 공급하여 미세조류를 이용하여 방사능 오염수를 처리하는 제 4단계(S18)와; 그리고

제 4단계(S18)에서 처리된 방사능 오염수의 방사능값이 규제범위에 해당하는지 여부를 컨트롤러(C)에 의하여 판단하여 제 4단계(S18)로 복귀시키거나 드럼에 의하여 처분하거나 방류하는 제 5단계(S20)를 포함하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염방법을 제공한다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 대용량 액체 방사능 오염수 제염시스템은, 1차로 탄소 미세입자를 이용하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 제염하고, 2차로 미세조류에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 제염하되, 각 단계에서 방사능을 측정하여 기준값과 비교하여 다음 단계로 공급하거나, 재처리하거나, 드럼 저장처분 혹은 방류를 결정함으로써 액체 방사성 오염수를 효율적으로 제염할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 액체 방사성 폐기물 처리 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제 1단계로서 탄소 미세입자를 이용한 방사능 오염수 처리장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 탄소 미세입자가 도핑된 볼을 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제 2단계로서 부유식 미세조류를 이용한 제염 시스템을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 대용량 액체 방사성 폐기물 제염방법을 보여주는 순서도이다.
도 6은 도 1에 도시된 대용량 액체 방사성 폐기물 처리 시스템에 적용되는 탄소체의 수착효과를 보여주는 그래프이다.
도 7(a) 및 (b)는 그래핀 산화물에 대하여 수착반응을 진행하기 전 상태와, 후 상태를 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1)을 첨부된 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염시스템(1)은 1차로 탄소 미세입자를 이용하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 제염하고, 2차로 미세조류를 이용하여 방사성 오염수를 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 제염하는 방식이다.

즉, 대용량 액체 방사성 폐기물 제염시스템(1)은, 탄소 미세입자가 코팅된 탄소체(14)를 대용량 액체 방사성 폐기물에 부유시킴으로써 처리하고, 방사능 값을 측정하는 전처리 장치(2)와; 전처리 장치(2)에서 처리된 대용량 액체 방사성 폐기물을 배출할 때 이물질을 여과하는 여과장치(4)와; 여과장치(4)에서 처리된 고농도 액체 방사능 폐기물을 미세조류에 의하여 저농도 액체 방사능 폐기물로 처리하는 후처리 장치(3)와; 그리고 전처리 장치(2)와, 여과장치(4)와, 후처리 장치(3)를 제어함으로써 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능 값에 의하여 재활용 여부, 방류여부, 재처리 여부를 판단하는 컨트롤러(Controller;C)를 포함한다.

보다 상세하게 설명하면, 전처리 장치(2)는, 방사능 오염수가 저장되어 처리되는 제 1저장조(5)와; 제 1저장조(5)의 내부에 부유하는 탄소 미세입자로 도핑된 탄소체(14)와; 제 1저장조(5)에 상하방향으로 배치되어 회전함으로써 방사성 오염수 및 탄소체(14)를 교반하는 교반기(18)와; 제 1저장조(5)의 내측에 배치되어 방사능을 측정하는 제 1측정기(12)와; 제 1저장조(5)의 일측에 연결되어 처리된 방사성 오염수를 배출하는 배출관(16)과; 제 1측정기(12)에 의하여 측정된 방사능값에 의하여 재활용 가능여부를 판단하는 컨트롤러(C)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 전처리 장치(2)에 있어서,

제 1저장조(5)는 내부에 일정 용적의 공간이 형성되며, 이 공간에 액상의 방사성 폐기물이 저장되고 제염처리된다. 그리고, 교반기(18)는 이러한 방사성 폐기물을 교반시키는 바, 모터(6)와; 모터(6)에 연결된 회전축(8)과; 회전축(8)에 장착되어 방사성 폐기물을 교반시키는 블레이드(10)를 포함한다.

이러한 교반기(18)는 컨트롤러(C)의 제어신호에 의하여 모터(6)가 구동함으로써 회전축(8)이 회전하게 되고, 블레이드(10)도 같이 회전함으로써 탄소체(14) 및 방사성 폐기물을 교반시키게 된다.

탄소체(14)는 다수의 주름(19)으로 형성됨으로써 미역귀 형상이며, 표면에 탄소 입자가 도핑된다. 이러한 탄소체(14)는 주름진 형상이므로 표면적이 확장될 수 있으며, 따라서 표면에 도핑된 탄소입자의 면적도 넓게 형성될 수 있다.

그리고, 탄소입자는 방사성 물질을 신속하게 제거하는 물성이 있는 바, 이는 여러 문헌에 의하여 입증된다. 예를 들면, RSC(Royal Society Chemistry) 저널인 Physical Chemistry Chemical Physics를 참조하면, 미세한 원자 두께의 그래핀 산화물 조각이 자연 및 인위적으로 만들어진 방사성 핵종과 신속하게 결합하여 응축시켜 고체로 변화시키게 된다.

즉, 그래핀 산화물과 방사성 폐기물의 수착반응을 실험한 결과가 도 6에 도시된 그래프에 나타난다. 도시된 바와 같이, 그래핀 산화물(Graphene Oxide)과, 활성탄(Granulated activated carbon)과, 벤토나이트 점토(Bentonite clay)간의 수착반응을 실험한 결과, 그래핀 산화물의 수착율이 70%이고, 벤토나이트 점토의 수착율은 10% 미만, 활성탄의 수착율은 5%미만으로 나타났다.

그리고, 도 7에는 이러한 실험결과를 시각적으로 나타내었는 바, 도 7(a)는 수착반응전의 그래핀 산화물이고, 도 7(b)는 수착반응 후의 그래핀 산화물 상태를 보여준다.

도 7(b)에 나타난 바와 같이 그래핀 산화물이 대용량 액체 방사성 폐기물을 효과적으로 흡착할 수 있음을 알 수 있다.

이러한 그래핀 산화물이 표면에 코팅된 탄소체(14)는 대용량 액체 방사성 폐기물중에 부유하게 되고, 탄소가 방사성 폐기물과 접촉함으로써 수착반응에 의하여 흡착시켜서 제거할 수 있다.

더욱이 교반에 의하여 제 1저장조(5)의 내부를 선회함으로써 보다 효과적으로 제염처리를 할 수 있다.

상기에서는 탄소체(14)를 주름진 형상으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형상으로 변경실시될 수 있다.

예를 들면, 평면형상의 플레이트 표면에 탄소입자를 코팅하거나, 탄소입자를 분말형태로 형성할 수도 있다.

이와 같이 탄소체(14)의 형상을 다양하게 형성함으로써 대용량 액체 방사성 폐기물의 제염환경에 적합하도록 선택할 수 있다.

탄소체(14)에 의하여 방사능 오염수를 처리한 후, 배출과정에서 여과장치(4)에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 여과하게 된다.

즉, 제 1저장조(5)의 하부 일측에는 여과장치(4)로서 배출관(16)이 연결되고, 이 배출관(16)에는 필터 혹은 역삼투막 등의 여과부재(17)가 배치된다.

따라서, 제 1저장조(5)의 내부에 처리된 오염수가 배출관(16)을 통하여 외부로 배출될 때, 이 필터 혹은 역삼투막을 통과하게 되고, 이 과정에서 부유물질 혹은 탄소 미세입자가 걸러지게 된다.

그리고 배출관(16)에는 솔레노이드 밸브(V)가 장착되고 컨트롤러(C)에 연결됨으로써 원격으로 제어될 수 있다.

즉, 솔레노이드 밸브(V)를 제어함으로써, 배출관(16)을 통하여 배출된 오염수를 제 1저장조(5)로 연결된 제 1복귀관(L)에 의하여 복귀시키거나, 외부로 배출하여 드럼 등에 저장하여 처분시킬 수 있다.

한편, 상기 제 1측정기(12)는 제 1저장조(5)의 내측에 배치되며 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능을 측정하게 된다.

이러한 제 1측정기(12)는 액상의 폐기물의 방사능을 측정하기 적합한 검출기를 포함하며, 예를 들면, NaI(Tl) 계측기, 란탄 브로마이드 검출기 등을 포함한다.

본 실시예에서는 NaI(Tl) 계측기 등을 사용함으로써 가스공급이 필요 없고, 전처리 과정이 요구되지 않아서 연속작동이 가능하고, 검사효율이 높고, 분해능이 높은 장점이 있다.

이러한 제 1측정기(12)에 의하여 측정된 방사능값은 컨트롤러(C)로 전송되며, 컨트롤러(C)는 이 방사능값을 기준값과 비교하여 적정한지 여부를 판단하게 된다.

그리고, 적정하지 못하다고 판단되면 재처리 혹은 처분 혹은 후처리 여부를 결정하게 된다.

즉, 방사능값이 기준값을 일정 범위 이상으로 초과한 경우, 재처리가 어렵다고 판단하여 드럼에 저장하여 처분하게 된다.

반면에 기준값이 일정 범위 이하인 경우, 재처리가 가능하다고 판단하여 전처리 장치(2)인 탄소 미세입자 처리장치로 공급하여 다시 처리한다.

한편, 적정한 수준이 아니고 2차 처리가 필요하다고 판단되면 후처리 장치(2)로 공급되어 처리된다.

이러한 후처리 장치(2)는 미세조류를 이용하여 방사능 오염수를 처리하는 장치로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차 처리된 액체 방사능 오염수를 저장하는 제 2저장조(21)와; 제 2저장조(21)의 내부에 부유하는 프레임(22)과; 프레임(22)의 하부에 연결된 주머니 형상으로서 오염수가 유입 및 유출되는 멤브레인(membrane;24)과; 멤브레인(24)의 내측에 잔류하며 오염수를 제염하는 미세조류(microalgae;m)와; 프레임(22)의 하부에 연결되어 멤브레인(24)의 외측을 감싸므로써 손상을 방지하고 멤브레인(24)의 전체 형상을 유지하는 펜스 조립체(fence assembly;26)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 미세조류 방사능 오염수 처리장치에 있어서, 제 2저장조(21)는 일측에 연결된 유입관(L1)을 통하여 제 1저장조(5)에서 배출된 고농도 액체 방사능 오염수가 공급될 수 있다.

또한, 타측에는 유출관(L2)이 연결됨으로써 제 2저장조(21)에서 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 제염 처리된 저농도 액체 방사능 오염수를 배출하게 된다.

이때, 유입관(L1) 및 유출관(L2)에는 솔레노이드 밸브가 각각 장착되어 컨트롤러(C)에 의하여 제어될 수 있다. 따라서, 컨트롤러(C)는 제 2측정기(S)에 의하여 측정된 방사능 값에 의하여 이 컨트롤러(C)를 적절하게 제어함으로써 오염수의 배출을 차단하거나, 배출하거나, 복귀시킬 수 있다.

그리고, 프레임(22)은 제염 환경에 따라 원형, 사각형, 다각형 등 다양한 형상으로 제조될 수 있다.

상기 프레임(22)은 제 2저장조(21)에 저장된 액체 방사능 오염수중에 부유하여 처리할 수도 있는 바, 이러한 경우는 부력발생에 유리한 소재로 제조된다. 예를 들면, EPE, EPP(Expanded Poly-Propylene), EPS(Expanded Polystyrene) 등 다양한 소재로 제조될 수 있다.

그리고, 멤브레인(24)은 그물구조의 주머니 형상으로서 프레임(22)의 하부에 연결됨으로써 제 2저장조(21)에 잠긴 형태가 된다.

이러한 멤브레인(24)은 부직포 등으로 제조됨으로써 수중에서 오염수가 유입되거나 유출될 수 있다.

이때, 멤브레인(24)의 망 크기는 물분자 및 방사성핵종 (Cs, Sr 등)보다 크고 미세조류(m) 보다 작게 형성한다. 또한, 멤브레인(24)의 상부는 개방됨으로써 미세조류(m)를 내부로 투입할 수 있다.

따라서, 외부의 오염수는 멤브레인(24)의 망을 통하여 내부로 유입될 수 있으나, 멤브레인(24)의 내부에 잔류하는 미세조류(m)를 외부로 유출되는 것이 방지될 수 있다.

그리고, 미세조류(m)는 방사성 물질을 제거하기 위해 사용되며 주로 클로렐라(Chlorella) 등의 미세조류 균주를 외부의 배양장치 등을 통해 대량으로 배양하여 사용한다. 이와 같이 생성된 미세조류(m)는 세슘과 스트론튬 등의 방사성 물질을 효율적으로 제거할 수 있다.

이와 같이, 멤브레인(24)은 내부에 미세조류(m)가 다량 잔류하며, 이 상태에서 프레임(22)이 수면에서 부유하는 경우, 멤브레인(24)도 같이 수중을 유영하게 되고 이때 오염수가 멤브레인(24)의 내부로 유입됨으로써 미세조류(m)에 의하여 제염처리 될 수 있다.

한편, 멤브레인(24)이 수중을 이동하는 과정에 그 형상이 흐트러지거나 외부와 충돌하여 손상이 발생될 수 있는 바, 이를 방지하기 위하여 펜스 조립체(26)를 구비한다.

즉, 제염 시스템(1)이 수면에서 이동할 때, 수중의 멤브레인(24)도 같이 이동하게 되는 바, 이때 형상이 비효율적으로 변함으로써 멤브레인(24)이 손상될 수 있다.

따라서, 펜스 조립체(26)는 멤브레인(24)의 외측을 감싸도록 배치됨으로써 형상을 유지하고 충돌로 인한 손상을 방지하게 된다.

이러한 펜스 조립체(26)는 그물형상으로서 일정한 강도를 갖는 재질로 형성된다. 예를 들면, 철, 합성수지 등 다양한 재질로 형성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 제염 시스템(1)은 프레임(22)와, 멤브레인과, 펜스조립체로 구성된 단수의 제염시스템(1)이지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 복수개를 서로 결합할 수도 있다.

이와 같이, 복수개의 제염 시스템(1)이 서로 결합됨으로써 큰 체적을 갖는 하천, 바다, 호수 등에서 방사성 오염수를 효과적으로 제염할 수 있다.

한편, 상기 컨트롤러(C)는 중앙처리장치 혹은 마이크로 프로세서(Mocro processor)를 포함하며, 입력장치로부터 데이터를 받아서 처리한 후 그 결과를 출력장치로 전송함으로써 전체 시스템을 제어하게 된다.

이러한 컨트롤러(C)는 전처리 장치(2)와, 여과장치(4)와, 후처리 장치(3)에 연결되어 입력되는 신호에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능 값을 판단하고, 이 값에 의하여 재활용 여부, 방류여부, 후처리 여부를 판단한다.

즉, 컨트롤러(C)는 전처리 완료 후, 제 1저장조(5) 내부에 장착된 제 1측정기(12)에 의하여 방사능 값을 측정한 결과, 방사능 값이 일정 범위 이하인 경우에는 재처리가 가능하다고 판단하여 솔레노이드 밸브(V)를 제어하여 제 1복귀관(L)을 통하여 제 1저장조(5)로 복귀시킨다.

그리고, 방사능 값이 일정 범위 이상인 경우에는 방사능 폐기물을 재처리하기 어려우므로 솔레노이드 밸브(V)를 제어하여 외부로 배출시킴으로써 드럼에 저장하여 처분한다.

그리고, 후처리 장치(3)에서 처리된 방사능 오염수가 제 2측정기(S)에 의하여 측정한 결과 규제해제 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 재처리 범위에 해당하는 경우 유출관(L2)에 연결된 제 2복귀관(L3)에 의하여 제 2저장조(21)로 복귀시킨다.

또한, 방사능 농도가 규제해제 수준에 도달하지 못한 경우, 솔레노이드 밸브를 제어하여 외부로 배출함으로써 드럼에 의하여 저장 및 처분하거나 방류하게 된다.

이하, 상기한 대용량 액체 방사성 폐기물 처리장치를 이용하여 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 제염처리하는 방법을 보다 상세하게 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염방법은, 탄소 미세입자를 이용한 전처리 장치(2)에 의하여 방사능 오염수를 처리하는 제 1단계(S10)와; 제 1단계(S10)에서 처리된 방사능 오염수를 여과장치(4)에 의하여 처리하는 제 2단계(S12)와; 처리된 방사능 오염수의 방사능값을 제 1측정기(12)에 의하여 측정하고, 컨트롤러(C)에 의하여 연산함으로써 재처리 여부를 결정하여 제 1단계(S10)로 복귀시키거나 드럼에 의하여 처분하는 제 3단계(S14)와; 처리된 방사능 오염수를 후처리 장치(3)에 공급하여 미세조류를 이용하여 방사능 오염수를 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 처리하는 제 4단계(S18)와; 그리고 제 4단계(S18)에서 처리된 방사능 오염수의 방사능값이 규제해제 범위에 해당하는지 여부를 컨트롤러(C)에 의하여 판단하여 제 4단계(S18)로 복귀시키거나 드럼에 의하여 처분하거나 방류하는 제 5단계(S20)를 포함한다.

이러한 방사성 폐기물 제염방법에 있어서,

제 1단계(S10)에서는 전처리 장치로서 탄소 미세입자를 이용한 대용량 액체 방사성 폐기물 제염장치에 의하여 방사성 폐기물을 처리한다.

보다 상세하게 설명하면, 제 1저장조(5)에 방사성 폐기물을 저장하고, 다수의 탄소체(14)를 투입한다. 투입된 다수의 탄소체(14)는 대용량 액체 방사성 폐기물의 수면 혹은 수중에 부유하게 되고, 이 과정에서 방사성 폐기물이 탄소체(14)의 표면에 부착된다.

이때, 탄소체(14)는 주름진 형상을 갖음으로써 미역귀 형상이며, 표면에 탄소 입자가 도핑된다. 이러한 탄소체(14)는 주름진 형상이므로 표면적이 확장될 수 있어서 표면에 도핑된 탄소입자의 면적도 넓게 형성될 수 있다.

따라서, 탄소체(14)이 제 1저장조(5) 내부를 부유하면서 대용량 액체 방사성 폐기물과 면접촉을 하게 되고 이 과정에서 방사성 폐기물이 표면에 신속하게 결합하여 응축시키게 된다.

그리고, 컨트롤러(C)는 교반기(18)의 모터에 제어신호를 전송하게 되고, 모터가 구동함으로써 회전축이 회전하게 되고, 블레이드도 같이 회전함으로써 탄소체(14) 및 방사성 폐기물을 교반시키게 된다.

이와 같이 탄소체(14)이 교반되어 제 1저장조(5)내에서 선회운동을 함으로써 보다 효과적으로 제염처리를 할 수 있다.

제 1단계(S10)가 완료된 후, 처리된 방사능 오염수를 여과처리하는 제 2단계(S12)가 진행된다.

보다 상세하게 설명하면, 탄소체(14)에 의하여 방사능 오염수를 처리한 후, 여과장치(4)인 배출관(16)을 통하여 외부로 배출하는 바, 이때 필터 혹은 막과 같은 여과부재(17)에 의하여 탄소미세입자를 여과하게 된다.

이와 같이 제 2단계(S12)가 완료되면, 후처리된 방사능 오염수의 방사능값을 측정하여 재처리 여부를 결정하여 제 1단계(S10)로 복귀시키거나 외부로 배출하여 드럼에 의하여 처분하는 제 3단계(S14)가 진행된다.

보다 상세하게 설명하면, 여과처리 완료 후, 제 1저장조(5) 내부에 장착된 제 1측정기(12)에 의하여 방사능 값을 측정한다. 측정결과, 방사능 값이 일정 범위 이하인 경우에는 재처리가 가능하다고 판단한다. 따라서, 컨트롤러(C)는 배출관(16)의 솔레노이드 밸브(V)를 제어함으로써 오염수를 제 1저장조(5)로 복귀시킨다.

반면, 방사능 값이 일정 범위 이상인 경우에는 방사능 폐기물을 재처리하기 어려우므로 드럼에 저장하여 처분한다.

한편, 2차 처리가 필요하다고 판단되면, 처리된 방사능 오염수를 미세조류를 이용하여 방사능 오염수를 정밀처리하는 제 4단계(S18)가 진행된다.

이러한 제 4단계(S18)에서는, 후처리 장치인 미세조류를 이용한 액체 방사성 오염수 제염장치에 의하여 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀처리하게 된다.

상세하게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 멤브레인(24) 및 펜스 조립체(26)가 장착된 프레임(22)을 제 2저장조(21)의 수면에 위치시킨다. 프레임(22)이 수면에 부유하면 멤브레인(24)은 자중에 의하여 수중으로 펼쳐진다.

그리고, 멤브레인(24)의 상부 개방구를 통하여 미세조류(m)를 일정량 투입한다.

이 상태에서, 수면에 부유하는 프레임(22)가 수류에 의하여 이동하게 되고, 수중의 멤브레인(24)도 같이 이동하게 된다.

멤브레인(24)이 이동함에 따라, 수중의 오염수는 멤브레인(24)의 망을 통하여 내부로 유입하게 된다. 이때, 멤브레인(24)의 내부에 잔류하는 미세조류(m)를 외부로 유출되는 것이 방지될 수 있다.

따라서, 멤브레인(24)의 내부로 유입된 오염수가 미세조류(m)에 의하여 제염처리 될 수 있다.

이때, 멤브레인(24)이 수중을 이동하는 과정에 수중의 멤브레인(24)도 같이 이동하게 되는 바, 멤브레인(24)이 손상되거나 형태가 변형될 수 있음으로 펜스 조립체(26)는 멤브레인(24)의 외측을 감싸도록 배치됨으로써 충돌로 인한 손상을 방지하고 멤브레인(24)의 형태를 유지하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 대용량 액체 방사능 오염수 제염 시스템은 1차로 탄소 미세입자를 이용하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 제염하고, 2차로 미세조류에 의하여 대용량 액체 방사성 폐기물을 규제해제 방사능 농도 수준으로 정밀 제염하되, 각 단계에서 방사능을 측정하여 기준값과 비교하여 다음 단계로 공급하거나, 재처리하거나, 드럼 저장처분 혹은 방류를 결정함으로써 액체 방사성 오염수를 효율적으로 제염할 수 있다.

Claims

탄소 미세입자가 코팅된 탄소체(14)를 대용량 액체 방사성 폐기물에 부유시킴으로써 처리하고, 방사능 값을 측정하는 전처리 장치(2)와;
전처리 장치(2)에서 처리된 대용량 액체 방사성 폐기물을 배출할 때 이물질을 여과하는 여과장치(4)와;
여과장치(4)에서 처리된 고농도 액체 방사능 폐기물을 미세조류에 의하여 규제해제 수준의 저농도 액체 방사능 폐기물로 처리하는 후처리 장치(3)와; 그리고
전처리 장치(2)와, 여과장치(4)와, 후처리 장치(3)를 제어함으로써 대용량 액체 방사성 폐기물의 방사능 값에 의하여 재활용 여부, 방류여부, 후처리 여부를 판단하는 컨트롤러(C)를 포함하며,
전처리 장치(2)는, 방사능 오염수가 저장되어 처리되는 제 1저장조(5)와, 제 1저장조(5)의 내부에 부유하는 탄소 미세입자로 도핑된 탄소체(14)와, 제 1저장조(5)에 상하방향으로 배치되어 회전함으로써 방사성 오염수 및 탄소체(14)를 교반하는 교반기(18)와, 제 1저장조(5)의 내측에 배치되어 방사능을 측정하는 제 1측정기(12)를 포함하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
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제 1항에 있어서,
여과장치(4)는 제 1저장조(5)의 일측에 연결되어 처리된 방사성 오염수를 배출하는 배출관(16)과; 배출관(16)에 장착되어 오염수가 배출관(16)을 통하여 외부로 배출될 때 부유물질 혹은 탄소 미세입자를 여과하는 여과부재(17)와; 배출관(16)에 연결되는 복귀관(L)을 포함하며,
여과부재(17)는 필터 혹은 역삼투막을 포함하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
제 1항에 있어서,
후처리 장치(3)는, 1차 처리된 액체 방사능 오염수가 유입관(L1)을 통하여 공급되어 저장되는 제 2저장조(21)와; 제 2저장조(21)의 내부에 부유하는 프레임(22)과; 프레임(22)의 하부에 연결된 주머니 형상으로서 오염수가 유입 및 유출되는 멤브레인(membrane;24)과; 멤브레인(24)의 내측에 잔류하며 오염수를 제염하는 미세조류(microalgae;m)와; 프레임(22)의 하부에 연결되어 멤브레인(24)의 외측을 감싸므로써 손상을 방지하고 멤브레인(24)의 전체 형상을 유지하는 펜스 조립체(fence assembly;26)와; 제 2저장조(21)의 내측에 배치되어 오염수의 방사능 값을 측정하는 제 2측정기(S)와; 제 2저장조(21)의 타측에 연결되어 처리된 오염수를 배출하는 유출관(L2)을 포함하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
제 4항에 있어서,
멤브레인(24)은 메쉬구조의 주머니 형상으로서 상부는 프레임(22)의 테두리 하부에 연결됨으로써 수중에 잠기며, 멤브레인(24)의 상부는 개방됨으로써 미세조류가 투입될 수 있으며,
멤브레인(24)의 망 크기는 물분자 및 방사성핵종 보다 크고 미세조류(m) 보다 작게 형성되는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
제 5항에 있어서,
미세조류(m)는 방사성 물질을 흡착하는 특성을 가진 미세조류 균주를 사용하여 규제해제 수준으로 방사성 물질을 제거할 수 있는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
제 1항에 있어서,
컨트롤러(C)는 여과처리 완료 후, 제 1저장조(5) 내부에 장착된 제 1측정기(12)에 의하여 방사능 값을 측정한 결과, 방사능 값이 일정 범위 이하인 경우에는 재처리가 가능하다고 판단하여 배출관(16)의 솔레노이드 밸브를 제어하여 복귀관(L)을 통하여 제 1저장조(5)로 복귀시키고,
방사능 값이 일정 범위 이상인 경우에는 방사능 폐기물을 재처리하기 어려우므로 배출관(16)을 통하여 배출하여 드럼에 저장하여 처분하고,
제 2측정기(S)의 측정값에 의하여 후처리 장치(3)에 처리된 방사능 오염수가 규제해제 범위에 해당하는지 여부를 판단하여 일정 범위 이상인 경우 제 2복귀관(L3)을 통하여 제 2저장조(21)로 복귀시키고,
방사능 농도가 규제해제 수준 이하인 경우 유출관(L2)을 통하여 배출하여 드럼에 의하여 저장 및 처분하거나 방류하는 대용량 액체 방사성 폐기물 제염 시스템(1).
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