KR102346894B1 - 방사성 폐액의 붕소분리장치 및 방법 - Google Patents

방사성 폐액의 붕소분리장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이온교환으로 방사성 폐액의 붕소 농도를 조절하며, 붕소를 추출하는 장치 및 방법에 대한 것이다. 구체적으로 용기형상이며, 원자력 발전장치의 폐액(L1)을 공급받아 저장하는 포집용기(100); 상기 포집용기와 연통되며, 폐액를 다단으로 정화시키는 정화수단(200); 상기 정화수단과 연통되며, 정화된 1차정수(L2)의 붕소량을 검측하는 모니터탱크(300);를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

방사성 폐액의 붕소분리장치 및 방법 {Apparatus and method for removing boron contained in radioactive waste liquid.}
본 발명은 이온교환으로 방사성 폐액의 붕소 농도를 조절하며, 붕소를 추출하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
특허발명 001은 붕소와 인을 제거하는 이온교환수지 제조방법에 관한 것으로, 초순수제조장치에서 사용되는 이온교환수지 제조방법으로서, 양이온레진과 음이온레진을 반응조에서 1:1 비율로 혼합하는 단계; 상기 반응조에 1:1 비율로 섞인 혼합레진에 열을 가하여 중합반응하는 단계; 상기 중합반응 후 혼합레진을 에칭(etching) 시스템에 투입하여 에칭 및 교반하는 단계; 상기 에칭 및 교반을 통해 혼합레진 알갱이에 미세한 홈을 형성하는 단계; 및 상기 미세한 홈이 생긴 혼합레진을 초순수(DIW)와 질소(N2) 가스를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 붕소와 인을 제거하는 이온교환수지 제조방법을 제공한다.
특허발명 002는 붕산 분리용 음이온 교환막 추출기 및 그를 이용하여 방사능 액체폐기물 농축액으로부터 붕산을 분리하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 가압경수로(pressurized water reactor)에서 발생하는 방사능 액체폐기물 (radioactive liquid waste)을 증발기로 농축한 농축액 내에 존재하는 붕산을 분리함으로써, 농축도를 증가시켜 농축폐액의 발생량을 감소시킬 수 있도록 붕산을 분리하기 위한 음이온 교환막 추출기 및 그를 이용하여 방사능 액체폐기물의 농축액으로부터 붕산을 분리하는 방법에 관한 것이다.
KR 10-1537031 B1 (등록일자 2015년07월09일) KR 10-0149288 B1 (등록일자 1998년06월05일)
본 발명은 이온교환으로 방사성 폐액의 붕소 농도를 조절하며, 붕소를 추출하는 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명은 방사성폐액의 붕소처리장치에 대한 것이며, 구체적으로 용기형상이며, 원자력 발전장치의 폐액(L1)을 공급받아 저장하는 포집용기(100); 상기 포집용기와 연통되며, 폐액를 다단으로 정화시키는 정화수단(200); 상기 정화수단과 연통되며, 정화된 1차정수(L2)의 붕소량을 검측하는 모니터탱크(300);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 방사성폐액의 붕소처리장치에 대한 것이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 정화수단은 포집용기와 연통되며 카본으로 필터링하는 제1필터(210); 상기 제1필터와 연통되며, 역삼투방식으로 필터링하는 제2필터(220); 상기 제2필터와 연통되며, 이온교환방식으로 필터링하는 제3필터(230);를 포함한다.
본 발명은 방사성폐액의 붕소처리장치에 대한 것이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 모니터탱크에서 1차정수를 공급받으며, 동시에 제1첨가탱크(420)에서 수산화나트륨(NaOH)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕소농도가 감축된 2차정수를 모니터탱크로 재공급하는 제1정화필터(410); 상기 제1정화필터로부터 농축된 농축수를 공급받으며, 동시에 제2첨가탱크(520)에서 염산(HCl)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕산(H3BO3), 물(H2O), 솔트(NaCl)를 분리시키는 제2정화필터(510);를 포함한다.
본 발명은 방사성폐액의 붕소처리장치에 대한 것이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 제1정화필터 및 제2정화필터는 밀폐된 공간을 형성하는 필터함체(610); 상기 필터함체 내부에 수용되며, 복수로 형성되며, 직류전원이 통전되는 전극(620); 상기 전극 및 전극 사이에 위치하는 유로(630); 상기 전극 및 유로 사이에 위치하는 이온교환막(640);을 포함한다.
본 발명은 방사성 폐액의 붕소분리방법에 대한 것이며, 구체적인 시계열적 절차는 원자력발전장치의 폐수를 공급받아 저장하는 제1저장단계(S100); 상기 제1저장단계 후, 상기 폐수의 핵종을 제거하여 제1정수로 변화시키는 핵종제거단계(S200); 상기 핵종제거단계 후, 모니터탱크에서 제1정수의 붕소농도를 검측하는 모니터단계(S300);로 이루어진다.
본 발명은 방사성 폐액의 붕소분리방법에 대한 것이며, 앞에서 제시한 단계에 있어서, 상기 모니터단계 후, 제1정수에 수산화나트륨을 첨가하는 제1첨가단계(S410); 상기 제1첨가단계 후, 제1정화필터에 의해 붕산의 농도를 감축하는 제1이온교환단계(S420); 상기 제1이온교환단계 후, 농도가 감축된 제1정수를 모니터탱크로 재공급하는 재공급단계(S430);를 포함한다.
본 발명은 방사성 폐액의 붕소분리방법에 대한 것이며, 앞에서 제시한 발명에 있어서, 상기 제1이온교한단계 중, 농축수에 염산을 첨가하는 제2첨가단계(S510);상기 제2첨가단계 후, 제2정화필터에 의해 붕산을 추출하는 제2이온교환단계(S520);를 포함한다.
본 발명은 2회의 이온교환 분리과정을 통해 5ppm 농도의 붕소함유량을 조절가능하다.
본 발명은 이온교환막에 스캐일 발생을 최소화 하므로 이온교환필터의 수명을 연장하는 효과를 가진다.
본 발명은 폐액에 수산화나트륨을 첨가하므로 전하를 발생시켜, 소프트닝을 가능하게 하며, pH증가에 의한 중성을 제거하므로 전도도를 측정을 가능하게 하는 효과를 가진다.
본 발명은 모니터 탱크의 폐액 pH조절을 하므로 CDI를 이용하여 붕소를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 붕소처리장치의 포집용기, 정화수단, 모니터탱크의 관계도.
도 2는 본 발명의 붕소처리장치의 제1, 2 정화필터 관계도.
도 3은 본 발명의 붕소처리방법의 공정순서도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
원자력 발전장치는 발전과정에서 다수의 폐액을 발생시킨다. 상기 폐액은 바닥폐액, 공정폐액, 화학폐액, 세탁폐액 등으로 형성된다. 이러한 폐액들은 복수의 정화단계를 거쳐, 외부로 방출된다. 그러나, 복수의 정화단계를 거쳐도 폐액 내부에는 높은 봉소 함량을 포함하고 있다. 따라서, 본 발명은 방출된 폐액의 내부 붕소농도를 바닷물과 유사한 5ppm의 수준을 유지하며, 별도의 붕소를 추출하는 것을 목적으로 한다.
[실시예 1-1] 본 발명은 방사성폐액의 붕소처리장치에 대한 것이며, 구체적으로 용기형상이며, 원자력 발전장치의 폐액(L1)을 공급받아 저장하는 포집용기(100); 상기 포집용기와 연통되며, 폐액를 다단으로 정화시키는 정화수단(200); 상기 정화수단과 연통되며, 정화된 1차정수(L2)의 붕소량을 검측하는 모니터탱크(300);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 1-2] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 1-1에 있어서, 상기 모니터탱크와 연통되며, 모니터 탱크의 1차정수를 외부로 방출하는 방출관(390);을 포함한다.
[실시예 1-3] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 1-1에 있어서, 상기 모니터탱크 내부에 위치하며, 모니터탱크의 붕소농도를 측정하는 제1센서를 포함한다.
[실시예 1-4] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 1-1에 있어서, 상기 포집용기 및/또는 모니터탱크의 온도를 일정한 온도로 유지시키는 온도제어기를 포함한다.
원자력 발전장치에서 얻어지는 폐액은 외부로 방출되지 않으며, 다수의 정화수단을 거쳐, 외부로 방출된다. 상기 정화수단은 다수의 정화장치가 다단으로 이루어지며, 직렬로 형성됨을 특징으로 한다. 또한 정화수단을 거친 폐액은 모니터탱크로 다시 포집되며, 상기 모니터 탱크의 방출관을 통해 외부로 방출된다. 외부방출전 제1센서에 의해 붕소농도를 계측하며, 상기 붕소농도는 실시간으로 계측된다. 상기 포집용기 및 모니터탱크는 온도에 의한 화학적 2차반응을 방지하기 위해 일정한 온도를 유지하며, 이는 온도제어기에 의해 이루어진다. 이후 실시예에서는 모니터 탱크의 붕소농도를 저감시키는 구성을 구체화 한다.
[실시예 2-1] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 1-1에 있어서, 상기 정화수단은 포집용기와 연통되며 카본으로 필터링하는 제1필터(210); 상기 제1필터와 연통되며, 역삼투방식으로 필터링하는 제2필터(220); 상기 제2필터와 연통되며, 이온교환방식으로 필터링하는 제3필터(230);를 포함하는구성으로 이루어진다.
[실시예 2-2] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 2-1에 있어서, 상기 제1필터, 제2필터, 제3필터는 순차적으로 연통되는 것을 포함한다.
포집용기로부터 모니터용기로 폐수를 이동하는 과정 중 복수의 필터과정을 거치며, 복수의 필터과정 중 활성탄이 포함된 카본필터에 의해 1차로 정수하며, 1차정수된 폐액을 역삼투막 필터에 의해 2차로 정수하며, 2차정수된 폐액을 이온교환막에 의해 3차로 정수하는 과정을 거친다. 상기 1차 내지 3차 정수과정은 제1필터 내지 제3필터에 의해 순차적으로 이루어진다.
[실시예 3-1] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 1-1에 있어서, 상기 모니터탱크에서 1차정수를 공급받으며, 동시에 제1첨가탱크(420)에서 수산화나트륨(NaOH)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕소농도가 감축된 2차정수를 모니터탱크로 재공급하는 제1정화필터(410); 상기 제1정화필터로부터 농축된 농축수를 공급받으며, 동시에 제2첨가탱크(520)에서 염산(HCl)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕산(H3BO3), 물(H2O), 솔트(NaCl)을 분리시키는 제2정화필터(510);를 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 3-2] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-1에 있어서, 상기 모니터탱크 및 제1정화필터를 연통하는 제1공급관(421); 일측이 상기 제1공급관의 중간부에 연통되며, 타측이 제1첨가탱크와 연통되는 제2공급관(422);을 포함한다.
[실시예 3-3] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-2에 있어서, 상기 제2공급관에 형성되며, 상기 수산화나트륨의 공급량을 제어하는 제1정량제어기(430);를 포함한다.
[실시예 3-4] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-1에 있어서, 상기 제1정화필터 및 제2정화필터를 연통하는 제3공급관(521); 일측이 상기 제3공급관의 중간부에 연통되며, 타측이 제2첨가탱크와 연통되는 제4공급관(522);을 포함한다.
[실시예 3-5] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-4에 있어서, 상기 제4공급관에 형성되며, 상기 염산의 공급량을 제어하는 제2정량제어기(530);를 포함한다.
[실시예 3-6] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-1에 있어서, 상기 제1정화필터 및 상기 제2정화필터는 하나 또는 복수로 형성되는 것;을 포함한다.
[실시예 3-7] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-1에 있어서, 복수로 형성된 제1정화필터 및 제2정화필터는 직렬로 결합되는 것;을 포함한다.
본 발명의 실시예 3-1 내지 3-7은 모니터 탱크에 수용된 폐액의 외부 방출전 붕소의 농도를 제어하며, 붕소를 추출하기 위한 것이다. 이는 2단계의 이온교환단계를 거쳐 이루어진다. 제1정화필터는 폐액 내부에 수산화나트륨을 첨가하며, 제2정화단계는 폐액 내부에 염산을 첨가한다.
수산화나트륨을 첨가하는 이유는 상기 정화수단에 의해 붕소가 걸러지지 않기 때문이다. 붕소는 약산이므로 물속에서 중성의 성질을 가진다. 또한 물은 극성을 가지고 있다. 따라서, 이온화 처리에 의해 물분자가 붕소에 흡착되어 크기가 커지며, 따라서 쉽게 붕소를 분리할 수 있다. 그러나, 물이 극성을 가지려면, pH값을 높여야 되며, 이는 스케일을 발생시키는 문제를 추가적으로 발생시킨다. 따라서, 수산화나트륨을 첨가하며, 이는 Ph증가에 의해 중성이 사라지며, 전도도를 측정하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, pH 조절에 의해 이온교환으로 붕소를 효과적으로 제거할 수 있다.
모니터 탱크 및 제1정화필터는 제1공급관으로 연통되며, 수산화나트륨은 제1첨가탱크로부터 공급된다. 수산화나트륨은 제1정량제어기에 의해 정량으로 공급된다. 또한, 제1교반기(440)에 의해 폐액 및 수산화나트륨의 교반이 이루어진다. 상기 제1교반기는 제1공급관의 내부에 형성됨이 바람직하다.
마찬가지로 염산은 제1정화필터 및 제1정화필터를 연통하는 제3공급관으로 공급된다. 즉, 염산이 수용된 제2첨가탱크는 제3공급관으로 염산을 공급하는 제4공급관을 형성한다. 상기 제4공급관에는 제2정량제어기를 형성하여 실시간으로 정량의 염산을 공급한다. 염산 및 폐액의 혼합을 의해 제3공급관의 내부에는 제2교반기(540)를 형성한다. 상기 제1정화필터 및 제2정화필터는 각각 하나의 필터로 형성가능하며, 또는 복수의 필터가 직렬로 결합될 수 있다.
[실시예 4-1] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 3-1에 있어서, 상기 제1정화필터 및 제2정화필터는 밀폐된 공간을 형성하는 필터함체(610); 상기 필터함체 내부에 수용되며, 복수로 형성되며, 직류전원이 통전되는 전극(620); 상기 전극 및 전극 사이에 위치하는 유로(630); 상기 전극 및 유로 사이에 위치하는 이온교환막(640);을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-2] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 4-1에 있어서, 상기 전극에 전류를 공급하며, 정수 및 농축수 배출을 위해 선택적으로 극성을 변화시키는 정화필터제어기(650);를 포함한다.
본 발명의 실시예 4-1 및 4-2는 제1정화필터 및 제2정화필터를 구체화 한다. 본 발명에 사용되는 정화필터는 모노폴라형태 및 바이폴라 형태로 채택 가능하다. 정화필터는 밀폐된 필터함체를 외형으로 구성하며, 외부로부터 직류전원이 전극으로 공급된다. 상기 전극은 필터 함체 내부에 수용된다. 상기 필터함체의 내부에는 복수의 이온교환막이 적층되며, 상기 이온교환막 사이로 폐액이 유동된다. 유동과정 중 전류에 의해 폐액은 이온 분리된다.
정화필터는 통전전류에 의해 정수과정이 이루어지나. 전극교차에 의해 농축과정이 이루어진다. 1차정수과정중에는 저농도의 붕산을 생산하며, 1차농축과정중에는 소듐이온, 나트륨이온, 붕산이온을 배출한다. 2차정화과정을 통해 붕산을 추출하나. 2차 농축과정은 물(H2O) 및 염화나트륨(NaCl)을 생성한다. 상기 물 및 염화나트륨은 외부로 방출되며, 붕산은 방사선차폐물질들을 제조하는 물질로 재활용될 수 있다.
[실시예 5-1] 본 발명은 방사성폐액의 붕소분리 방법에 대한 발명이며, 원자력발전장치의 폐수를 공급받아 저장하는 제1저장단계(S100); 상기 제1저장단계 후, 상기 폐수의 핵종을 제거하여 제1정수로 변화시키는 핵종제거단계(S200); 상기 핵종제거단계 후, 모니터탱크에서 제1정수의 붕소농도를 검측하는 모니터단계(S300);를 포함하는 시계열적 절차로 이루어진다.
[실시예 6-1] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리방법에 대한 발명이며 실시예 5-1에 있어서, 상기 모니터단계 후, 제1정수에 수순화나트륨을 첨가하는 제1첨가단계(S410); 상기 제1첨가단계 후, 제1정화필터에 의해 붕산의 농도를 감축하는 제1이온교환단계(S420); 상기 제1이온교환단계 후, 농도가 감축된 제1정수를 모니터탱크로 재공급하는 재공급단계(S430);의 단계를 포함한다.
[실시예 7-1] 본 발명은 방사성 폐액의 붕소처리장치에 대한 발명이며 실시예 6-1에 있어서, 상기 제1이온교환단계 중, 농축수에 염산을 첨가하는 제2첨가단계(S510); 상기 제2첨가단계 후, 제2정화필터에 의해 붕산을 추출하는 제2이온교환단계(S520);를 포함한다.
100 : 포집용기 200 : 정화수단
210 : 제1필터 220 : 제2필터
230 : 제3필터 300 : 모니터탱크
390 : 방출관 410 : 제1정화필터
420 : 제1첨가탱크 421 : 제1공급관
422 : 제2공급관 430 : 제1정량제어기
440 : 제1교반기 510 : 제2정화필터
520 : 제2첨가탱크 521 : 제3공급관
522 : 제4공급관 530 : 제2정량제어기
540 : 제2교반기 610 : 필터함체
620 : 전극 630 : 유로
640 : 이온교환막 650 : 정화필터제어기

Claims (7)

  1. 방사성폐액의 붕소처리장치에 있어서,
    용기형상이며, 원자력 발전장치의 폐액(L1)을 공급받아 저장하는 포집용기(100);
    상기 포집용기와 연통되며, 폐액를 다단으로 정화시키는 정화수단(200);
    상기 정화수단과 연통되며, 정화된 1차정수(L2)의 붕소량을 검측하는 모니터탱크(300);
    상기 모니터탱크에서 1차정수를 공급받으며, 동시에 제1첨가탱크(420)에서 수산화나트륨(NaOH)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕소농도가 감축된 2차정수를 상기 모니터탱크로 재공급하는 제1정화필터(410);
    상기 제1정화필터로부터 농축된 농축수를 공급받으며, 동시에 제2첨가탱크(520)에서 염산(HCl)을 공급받으며, 이온교환방식으로 붕산(H3BO3), 물(H2O), 솔트(NaCl)를 분리시키는 제2정화필터(510);를 포함하고,
    상기 제1정화필터 및 상기 제2정화필터는 밀폐된 공간을 형성하는 필터함체(610);
    상기 필터함체(610) 내부에 수용되며, 복수로 형성되며, 직류전원이 통전되는 전극(620);
    상기 전극 및 전극 사이에 위치하는 유로(630);
    상기 전극 및 유로 사이에 위치하는 이온교환막(640);을 포함하며,
    상기 전극에 전류를 공급하며, 정수 및 농축수 배출을 위해 선택적으로 극성을 변화시키는 정화필터제어기(650);를 포함하는 방사성폐액의 붕소처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정화수단은 포집용기와 연통되며 카본으로 필터링하는 제1필터(210);
    상기 제1필터와 연통되며, 역삼투방식으로 필터링하는 제2필터(220);
    상기 제2필터와 연통되며, 이온교환방식으로 필터링하는 제3필터(230);를 포함하는 방사성폐액의 붕소처리장치.
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