KR102448891B1 - Method for remediation of contaminated soil with radioactive nuclide - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for restoring radionuclide-contaminated soil. The restoration method according to the present invention includes: an aggregation dissolution step of dissolving, in an aqueous solution, carbonate, organic matter, iron oxide, and manganese oxide, which are aggregate forming agents that agglomerate soil particles in soil contaminated with radionuclides, and separating the contaminated soil and the aqueous solution into solid and liquid; separating the contaminated soil from which soil aggregates are disintegrated into a plurality of groups according to particle size; analyzing the concentration of nuclides for each particle size group, and classifying the same into a first group requiring subsequent processing and a second group requiring no subsequent processing; and selecting only soil particles contaminated with nuclides by applying physical screening technology to the first group. The present invention is the most economical and effective technique.

Description

방사성 핵종 오염토양 복원방법{METHOD FOR REMEDIATION OF CONTAMINATED SOIL WITH RADIOACTIVE NUCLIDE}METHOD FOR REMEDIATION OF CONTAMINATED SOIL WITH RADIOACTIVE NUCLIDE

본 발명은 오염토양 복원기술에 관한 것으로서, 특히 우라늄, 세슘 등 방사성 핵종으로 오염된 토양을 정화처리하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology for restoring contaminated soil, and more particularly, to a technology for purifying soil contaminated with radionuclides such as uranium and cesium.

방사성 핵종(radioactive nuclide)은 방사선 에너지를 배출하는 물질로서 원자력발전, 핵무기, 의학기기 등 다양한 분야에서 사용되고 있으며 핵실험, 원전사고, 폐기물 유출 등에 의하여 환경으로 유입된다. A radioactive nuclide is a substance that emits radiation energy and is used in various fields such as nuclear power generation, nuclear weapons, and medical devices, and is introduced into the environment by nuclear tests, nuclear accidents, and waste spills.

방사성 핵종의 방사성 붕괴 시 알파(α)입자, 베타(β)입자, 감마(γ)선 또는 중성자와 같은 이온화 방사선이 방출되며, 이들은 환경 위해 요인으로 작용한다. 위험의 정도는 핵종의 농도, 방출되는 방사선의 에너지, 방사선의 종류, 핵종이 인체에 얼마나 가까운지에 따라 결정된다. 인체가 방사성 핵종으로부터 방출되는 알파입자, 베타입자, 감마선, 엑스선 등에 지나치게 노출되면 조직이 손상되거나 변질될 수 있다. 세포 분열이 왕성한 조직이나 장기에 가장 심하게 손상이 발생된다. 특히 생식세포에 영향이 커 유전적 변형을 일으킬 수 있다. 따라서 방사성 핵종에 과다하게 노출되면 기형아 출생과 암 발생 위험이 높다.During radioactive decay of radionuclides, ionizing radiation such as alpha (α) particles, beta (β) particles, gamma (γ) rays or neutrons are emitted, which act as environmental hazards. The degree of risk is determined by the concentration of the nuclide, the energy of the emitted radiation, the type of radiation, and how close the nuclide is to the human body. When the human body is excessively exposed to alpha particles, beta particles, gamma rays, and X-rays emitted from radionuclides, tissue may be damaged or altered. The most severe damage occurs to tissues or organs with active cell division. In particular, it can cause genetic modification because it affects the germ cells. Therefore, excessive exposure to radionuclides increases the risk of birth defects and cancer.

방사성 핵종으로 오염된 토양은 137Cs, 60Co, 90Sr, 129I, 3H, 14C, 99Tc 등 다양한 핵종으로 복합적으로 오염되어 있다. 방사성 핵종 오염토양은 토양세척, 동전기추출, 입도분리 등의 기술을 적용하여 처리하는데, 완전 제염 보다는 환경기준치 이상으로 오염된 토양의 부피가 최소화 되도록 처리하는 것을 목표로 한다. 환경기준치 이상으로 오염된 토양은 안전한 장소(방사성 폐기물 처분장)에 보관한다. Soil contaminated with radionuclides is complexly contaminated with various nuclides such as 137 Cs, 60 Co, 90 Sr, 129 I, 3 H, 14 C, and 99 Tc. Radionuclide-contaminated soil is treated by applying technologies such as soil washing, electrokinetic extraction, and particle size separation. Rather than complete decontamination, the goal is to minimize the volume of soil contaminated with environmental standards. Soil contaminated with more than the environmental standard is stored in a safe place (radioactive waste disposal site).

다만 방사성 폐기물 처분장은 실질적 위험 여부를 떠나 사회적 혐오시설로 인식되어 있어 부지 확보가 무척 어렵다. 따라서 방사성 핵종 오염토양의 처리에 있어서 핵종 오염토양을 처리 완료 후 방사성 폐기물 처분장에 보관해야될 환경기준치 이상의 토양이 얼마나 되는지가 무척 중요하다. 즉 핵종 오염토양 정화기술의 처리 효율은 방사성 폐기물 처분장에 보관해야 할 오염토양의 부피감량 정도로 결정된다. However, it is very difficult to secure a site because the radioactive waste repository is recognized as a socially hateful facility regardless of whether it is a real risk. Therefore, in the treatment of radionuclide-contaminated soil, it is very important how much soil exceeds the environmental standard to be stored in the radioactive waste repository after the treatment of radionuclide-contaminated soil is completed. In other words, the treatment efficiency of radionuclides-contaminated soil purification technology is determined by the volume reduction of the contaminated soil to be stored in the radioactive waste repository.

방사성 핵종 오염토양으로부터 야기되는 위험의 저감과 방사성 폐기물 처분장의 효율적인 운영을 위하여 높은 효율의 방사성 핵종 오염토양 부피감량 기술의 개발이 필요하다. It is necessary to develop high-efficiency radionuclide-contaminated soil volume reduction technology for the reduction of risks caused by radionuclide-contaminated soil and the efficient operation of a radioactive waste repository.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 오염토양 복원기술들 중에서 방사성 핵종 오염토양을 가장 경제적이며 효과적으로 처리할 수 있는 적용 기술을 결정하는 방법을 제공하는데 목적이 있다. An object of the present invention is to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for determining an application technique that can most economically and effectively treat radionuclide-contaminated soil among various contaminated soil restoration technologies.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be further considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 핵종 오염토양 복원방법은, (a)방사성 핵종으로 오염된 토양을 처리 수용액에 투입하여, 오염토양 내 토양 입자들을 뭉치게 하는 입단 형성제를 수용액에 녹이고, 오염토양과 수용액을 상호 고액분리하는 입단 해소 단계; (b)토양 입단이 해체된 오염토양을 입도에 따라 복수의 그룹으로 분리하는 단계; (c)입도 그룹별로 핵종의 농도를 분석하고, 후속 처리가 필요한 제1군과 후속 처리가 필요없는 제2군으로 분류하는 단계; (d)상기 제1군에 대하여 물리적 선별기술을 적용하여 핵종으로 오염된 토양 입자만을 선별하는 단계;를 구비하는 것에 특징이 있다. In the method for restoring radionuclide-contaminated soil according to the present invention for achieving the above object, (a) by injecting the soil contaminated with radionuclides into a treatment aqueous solution, the agglomeration agent for agglomeration of soil particles in the contaminated soil is dissolved in the aqueous solution, , aggregation resolution step of mutually solid-liquid separation of contaminated soil and aqueous solution; (b) separating the contaminated soil from which the soil aggregate is dismantled into a plurality of groups according to the particle size; (c) analyzing the concentration of nuclides for each particle size group and classifying them into a first group requiring subsequent treatment and a second group that does not require subsequent treatment; (d) selecting only soil particles contaminated with nuclides by applying a physical screening technique to the first group;

본 발명에 따르면, 상기 입단 해소 단계는 오염토양을 산 용액에 투입하여 오염토양 내 탄산염과 상기 탄산염에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리 하는 단계, 오염토양을 산화제가 포함된 수용액에 투입하여 오염토양 내 유기물과 상기 유기물에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리하는 단계 및 오염토양을 환원제와 킬레이트제가 포함되어 있는 수용액에 투입하여 오염토양 내 산화철 및 산화망간과, 상기 산화철 및 산화망간에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리하는 단계를를 포함한다. According to the present invention, the step of dissolving the aggregation is the step of dissolving the carbonate in the contaminated soil and the nuclide bound to the carbonate by putting the contaminated soil into an acid solution, then solid-liquid separation, and the contaminated soil is put into an aqueous solution containing an oxidizing agent. Dissolving the organic matter in the contaminated soil and the nuclides bound to the organic material together, and then solid-liquid separation, and the contaminated soil is added to an aqueous solution containing a reducing agent and a chelating agent to form iron oxide and manganese oxide in the contaminated soil, and the iron oxide and manganese oxide Dissolving the bound nuclides together and then solid-liquid separation.

여기서, 상기 유기물을 제거하기 위한 산화제는 차아염소산나트륨(NaOCl)이며, 산화제를 포함하는 수용액은 pH8~10 범위인 것이 바람직하다. Here, the oxidizing agent for removing the organic material is sodium hypochlorite (NaOCl), and the aqueous solution containing the oxidizing agent is preferably in a pH range of 8 to 10.

그리고 상기 산화철 및 산화망간을 녹여서 제거하기 위한 환원제는 소듐디티오나이트(Na2S2O4)이며, 킬레이트제는 소듐시트레이트(Na3C6H5O7)이다. And the reducing agent for dissolving and removing the iron oxide and manganese oxide is sodium dithionite (Na 2 S 2 O 4 ), and the chelating agent is sodium citrate (Na 3 C 6 H 5 O 7 ).

본 발명의 일 예에서 상기 물리적 선별기술은 자력선별기술 및 정전선별기술을 적용할 수 있으며, 세립자에 대해서는 부유선별을 적용할 수도 있다. In an embodiment of the present invention, the physical screening technology may apply magnetic separation technology and electrostatic screening technology, and flotation screening may be applied to fine particles.

본 발명의 일 예에서, 상기 오염토양으로부터 탄산염, 유기물, 산화철 및 산화망간을 제거 후 오염토양을 세척액으로 세척한 후 토양입자의 분산을 확인하는 단계를 더 구비하는 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, it is preferable to further include the step of confirming the dispersion of soil particles after removing carbonate, organic matter, iron oxide and manganese oxide from the contaminated soil and then washing the contaminated soil with a washing solution.

본 발명의 일 예에서, 오염토양의 일부를 대표시료로 샘플링하여 복수의 그룹으로 입도분리를 수행한 후, 핵종 오염 농도 분석을 통해 후속처리가 필요한 그룹과 후속처리가 필요하지 않은 그룹으로 나눈 후, 상기 대표시료에 대한 분석 결과를 바탕으로 상기 대표시료에 대한 입도분리 그룹들의 개수에 비하여 더 적은 개수로 입도 그룹을 나누어 오염토양 전체에 대한 입도분리를 수행하는 것이 바람직하다. In one example of the present invention, after performing particle size separation into a plurality of groups by sampling a portion of the contaminated soil as a representative sample, and dividing the group into a group that requires post-treatment and a group that does not require post-treatment through nuclide contamination concentration analysis, , it is preferable to perform particle size separation on the entire contaminated soil by dividing the particle size groups into smaller numbers than the number of particle size separation groups for the representative sample based on the analysis results for the representative sample.

본 발명의 일 예에서, 상기 오염토양을 입도별로 분리한 후, 핵종으로 오염된 입도 그룹이 이종 광물이 결합된 복합광물로 이루어졌는지 여부를 분석하고 특정 광물에 핵종이 결합되어 있는 경우 상기 입도 그룹의 오염토양을 분쇄하여 이종 광물이 서로 분리되도록 단체분리하는 단계를 더 구비할 수 있다. In one example of the present invention, after separating the contaminated soil by particle size, it is analyzed whether the particle size group contaminated with nuclide is composed of a composite mineral in which heterogeneous minerals are combined, and when a nuclide is bound to a specific mineral, the particle size group It may further include the step of group separation so that the different minerals are separated from each other by pulverizing the contaminated soil.

본 발명의 일 예에서, 상기 제2군은 핵종으로 오염되어 있는 세립자를 포함하며, 상기 세립자는 10μm 이하의 입도이다. 반면 상기 제2군은 2mm 이상의 자갈을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the second group includes fine particles contaminated with nuclides, and the fine particles have a particle size of 10 μm or less. On the other hand, the second group includes gravel of 2 mm or more.

본 발명에 따른 방사성 핵종 오염토양 복원방법을 통해 토양입자에 약하게 결합되어 있는 핵종은 화학적 처리에 의하여 녹여서 제거할 수 있으며, 토양입자에 강하게 결합된 핵종의 경우 물리적 선별을 통해 오염된 토양입자만을 따로 선별하여 폐기처분함으로써 오염토양을 정화한다. Through the method for restoring soil contaminated with radionuclides according to the present invention, nuclides weakly bound to soil particles can be removed by dissolving them by chemical treatment. The contaminated soil is purified by sorting and disposing of it.

화학적 처리에 의해 핵종을 제거하면서도 토양의 입단을 개별 토양입자로 분리함으로써 물리적 처리의 효율이 향상된다. While removing nuclides by chemical treatment, the efficiency of physical treatment is improved by separating soil aggregates into individual soil particles.

물리적 처리에서는 입도분리 및 단체분리를 통해 핵종으로 오염된 특정 입도군을 먼저 선별한 후, 특정 입도군에 대해서 자력선별 및 정전선별을 적용하여 핵종으로 오염된 토양 입자만을 선별할 수 있는 바 폐기처리하는 토양의 부피를 최대한 줄일 수 있다. In physical treatment, a specific particle size group contaminated with nuclides is first selected through particle size separation and group separation, and then magnetic and electrostatic sorting is applied to a specific particle size group to select only soil particles contaminated with nuclides. Soil volume can be reduced as much as possible.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 방사성 핵종 오염토양 복원방법의 개략적 흐름도이다.
도 2는 2:1 층상규산염광물을 설명하기 위한 것이다.
도 3의 표는 대표시료의 입도분리 기준에 대한 예시이다.
도 4의 표는 입도분리 기준에 대한 예시이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
1 is a schematic flowchart of a method for restoring radionuclide-contaminated soil according to an embodiment of the present invention.
2 is for explaining a 2:1 layered silicate mineral.
The table of FIG. 3 is an example of the particle size separation criteria of the representative sample.
The table of FIG. 4 is an example of the particle size separation criteria.
※ It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.In the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description will be omitted.

본 발명은 방사성 핵종으로 오염된 토양을 복원하는 기술이다. 본 발명의 주요 처리 대상이 되는 방사성 핵종은 주로 137Cs, 90Sr, 60Co, 129I, 99Tc, U 등이 있으며, 이 외에도 다양한 방사성 핵종으로 오염된 토양에 대하여 적용할 수 있다. The present invention is a technique for restoring soil contaminated with radionuclides. Radionuclides to be treated in the present invention are mainly 137 Cs, 90 Sr, 60 Co, 129 I, 99 Tc, U, and the like, and in addition, it can be applied to soil contaminated with various radionuclides.

본 발명은 방사성 핵종이 토양 내 존재 형태 및 결합 형태에 대한 연구를 바탕으로 가장 효과적인 오염 제거 방법을 제공하다. 본 발명에서 오염의 제거라는 것은 두 가지를 의미한다. 하나는 방사성 핵종으로 오염되어 있는 토양 입자를 분리해 내서 폐기처분하는 것이다. 방사성 핵종이 토양 입자에 강하게 결합되어 있어서 핵종 자체를 제거하기 어려운 경우이다. 다른 하나는 핵종을 녹여서 제거하는 경우이다. 토양입자에 약하게 결합, 흡착되어 있는 경우 산용액 등에 핵종을 녹여서 제거할 수 있다. The present invention provides the most effective decontamination method based on a study on the form and binding form of radionuclides in the soil. In the present invention, the removal of contamination means two things. One is to separate and dispose of soil particles contaminated with radionuclides. This is a case where it is difficult to remove the nuclide itself because the radionuclide is strongly bound to the soil particles. The other is the case of melting and removing nuclides. If it is weakly bound or adsorbed to the soil particles, it can be removed by dissolving the nuclides in an acid solution or the like.

본 발명을 설명하기에 앞서 주요 방사성 핵종의 토양 내 결합 형태에 대해서 살펴본다. Before describing the present invention, the binding form of major radionuclides in soil will be described.

스트론튬(90Sr)은 토양에서 자유이온, 흡착, 고체 상태로 존재한다. 90Sr는 이온교환반응에 의하여 광물표면과 유기물에 흡착된다. 토양의 90Sr 흡착은 토양의 양이온교환능력(CEC)에 의하여 결정된다. 흡착된 90Sr는 Ca2+, Mg2+ 등 양이온에 의하여 쉽게 교환되어 자유이온 상태가 된다. Sr은 토양에서 celestite(SrSO4)와 같은 황산염, strontianite(SrCO3)와 같은 탄산염으로 산출되거나 Ca을 isomorphic substitution한 CaSO4, CaSO4·2H2O, CaCO3로 산출된다. 토양에 유입된 90Sr은 이온 교환 가능(exchangeable)한 형태와 유기물과 결합된 형태가 토양 90Sr의 60-100%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 이들은 토양입자와 약하게 결합되어 있어 화학적 처리에 의해 핵종 자체를 녹여서 제거가능하다. Strontium ( 90 Sr) exists as a free ion, adsorbed, and solid in soil. 90 Sr is adsorbed to the mineral surface and organic matter by ion exchange reaction. The adsorption of 90 Sr in soil is determined by the cation exchange capacity (CEC) of the soil. The adsorbed 90 Sr is easily exchanged with cations such as Ca 2+ , Mg 2+ and becomes a free ion state. Sr is produced in the soil from sulfates such as celestite (SrSO 4 ), carbonates such as strontianite (SrCO 3 ), or CaSO 4 , CaSO 4 ·2H 2 O, and CaCO 3 obtained by isomorphic substitution of Ca. It is known that the 90 Sr introduced into the soil accounts for 60-100% of the 90 Sr in the soil in an ion-exchangeable form and in a form combined with organic matter. Since they are weakly bound to soil particles, they can be removed by dissolving the nuclides themselves by chemical treatment.

코발트(60Co)는 지표환경에서 +2가 Co가 +3가 Co에 비해 안정하다. Co는 organic ligand와 complex를 형성하고 점토광물에 흡착되는 경향이 있다. pH 7 이상에서 Co는 Ni, Al과 함께 용해도가 낮으며 안정한 layered double hydroxides를 생성시킨다. 산화철 및 산화망간의 표면에 흡착되거나 공침되는 것으로 알려져 있다. 산화철 및 산화망간의 표면에 흡착된 형태는 토양입자와 약하게 결합되어 있어 화학적 처리에 의해 핵종 자체를 녹여서 제거가능하다. Cobalt ( 60 Co) is more stable than +2-valent Co and +3-valent Co in the surface environment. Co forms a complex with organic ligands and tends to adsorb to clay minerals. Above pH 7, Co together with Ni and Al form low solubility and stable layered double hydroxides. It is known to be adsorbed or co-precipitated on the surface of iron oxide and manganese oxide. Forms adsorbed on the surface of iron oxide and manganese oxide are weakly bound to soil particles, so they can be removed by dissolving the nuclides themselves by chemical treatment.

요오도(129I)는 -1, 0, +1, +3, +5 산화상태를 가진다. Iodide(I-)와 iodate(IO3 -)가 지표환경에서 중요한 무기형태 요오드이며 methyl iodide가 유기형태 요오드이다. 토양 내에서 요오드는 유기물과 Fe-, Al- 산화물에 의하여 흡착된다. pH > 6 환경에서 I는 주로 토양 유기물에 흡착되고, pH < 6에서 I는 주로 Fe-, Al- 산화물에 의하여 흡착된다. 앞에서와 마찬가지로 유기물, 산화철 등에 흡착되어 있는 요오드는 화학적 처리로 제거할 수 있다. Iodo ( 129 I) has oxidation states of -1, 0, +1, +3, and +5. Iodide (I - ) and iodate (IO 3 - ) are important inorganic iodine in the surface environment, and methyl iodide is an organic iodine. In soil, iodine is adsorbed by organic matter and Fe- and Al- oxides. At pH > 6, I is mainly adsorbed by soil organic matter, and at pH < 6, I is mainly adsorbed by Fe- and Al- oxides. As before, iodine adsorbed on organic matter and iron oxide can be removed by chemical treatment.

테크네튬(99Tc)은 -1 ∼ +7 산화상태를 가지며 Tc(VII)과 Tc(IV)이 지표환경에서 가장 흔한 산화상태이다. Pertechnetate[Tc(VII)O4 -]가 지표환경에서 가장 흔한 화학적 형태이며 반응성이 낮고 이동성이 높다. Pertechnetate 용해도는 산화환경에서 약 11 mol/L이며 TcO2·nH2O, TcS2, Fe-(oxy)hydroxide와 공침 형태의 Tc(IV)는 용해도가 상대적으로 낮은 3.08*10-9 mol/L이다. 환원환경에서 Tc의 이동성은 Tc(IV)O2·nH2O species의 용해도에 의하여 결정되며 산화환경에서 산(acid)에 의하여 용해된다. Tc(VII)의 광물표면 매우 약하게 흡착되며 흡착된 Tc(VII)은 쉽게 탈착된다. 반면 Tc(IV)는 광물표면에 강하게 흡착되고 침전된다. Fe(II)함유광물 및 암석(magnetite, siderite, granite, gabbro), Fe(III) (oxyhydr)oxide(ferrihydrite, goethite, hematite), Fe sulfide(mackinawite, pyrite, yrrhotite, greigite)은 Tc를 흡착, 환원, 침전 시켜 토양에 Tc를 고정한다. Phyllosilicates(점토광물)와 유기물은 Tc(IV)에 대한 흡착력이 낮다.Technetium ( 99 Tc) has an oxidation state of -1 to +7, and Tc(VII) and Tc(IV) are the most common oxidation states in the surface environment. Pertechnetate[Tc(VII)O 4 - ] is the most common chemical form in the surface environment and has low reactivity and high mobility. Pertechnetate solubility is about 11 mol/L in an oxidizing environment, and Tc(IV) in the form of co-precipitation with TcO 2 ·nH 2 O, TcS 2 , and Fe-(oxy)hydroxide has a relatively low solubility of 3.08*10 -9 mol/L to be. The mobility of Tc in a reducing environment is determined by the solubility of Tc(IV)O 2 ·nH 2 O species and is dissolved by acid in an oxidizing environment. The mineral surface of Tc(VII) is very weakly adsorbed, and the adsorbed Tc(VII) is easily desorbed. On the other hand, Tc(IV) is strongly adsorbed and precipitated on the mineral surface. Fe(II)-containing minerals and rocks (magnetite, siderite, granite, gabbro), Fe(III) (oxyhydr)oxide (ferrihydrite, goethite, hematite), Fe sulfide (mackinawite, pyrite, yrrhotite, greigite) adsorb Tc, Reduction and sedimentation to fix Tc in the soil. Phyllosilicates (clay minerals) and organic matter have low adsorption capacity for Tc(IV).

우라늄(U)은 다양한 산화상태(+3, +4, +5, +6)를 가지며 주변 환경의 산화환원 전위에 따라 산화상태가 결정된다. +4가와 +6가가 지표환경에서 흔한 것으로 알려져 있다. 환원환경(Eh < 200 mV)에서 안정한 U(IV)은 용해도가 낮은 uranyl oxide(UO2) 형태로 존재하고 유기물과 강한 complex를 형성한다. pH < 3 환경에서 충분한 량의 F-, Cl-, PO4 3-, SO4 2-가 존재할 경우 UF2 2+가 우세 종(species)이 된다. pH > 8 환경에서 F-, Cl-, PO4 3-, SO4 2-의 농도와 상관없이 U(OH)3 +과 같은 hydrolytic species가 우세 종이 된다. 산화환경에서 안정한 U(VI)은 uranyl(UO2 2+)으로 존재하며 이동성이 높다. 산성환경에서 uranyl ion(UO2 2+)이 우세하고 complexing ion이 없으면서 pH가 증가하면 hydrolysed species[UO2OH+, UO2(OH)2, (UO2)2(OH)2 2+]가 생성된다. CO3 2-, HPO4 2-, SO4 2-, organic ligand와 complex를 형성하고 U의 이동성이 증가한다. 중성-알카리 환경에서 acid biphosphate, bicarbonate, tricarbonate 안정한 complex를 형성한다. U(VI)은 유기물과 U(IV)에 비해 상대적으로 약한 complex를 형성한다. U의 토양 흡착은 산성 환경에서 pH가 증가하면서 흡착량이 증가하고 pH 5 - 7에 이르면 최대 흡착량을 나타낸다. 반면 알카리 환경에서 pH가 증가하면 U 흡착량이 감소한다. 유기물과 점토광물은 U 흡착 site를 제공하며 유기물은 이온교환반응에 의한 흡착량 증가와 complex 형성을 통하여 토양 내에서 이동성을 증가 시킨다. 산화철은 U 흡착 site를 제공할 뿐만 아니라 U과 공침 한다.Uranium (U) has various oxidation states (+3, +4, +5, +6), and the oxidation state is determined by the redox potential of the surrounding environment. +4 and +6 are known to be common in the surface environment. U(IV), which is stable in a reducing environment (Eh < 200 mV), exists in the form of uranyl oxide (UO 2 ) with low solubility and forms a strong complex with organic matter. In a pH < 3 environment, when sufficient amounts of F - , Cl - , PO 4 3- , and SO 4 2- are present, UF 2 2+ becomes the dominant species. In the pH > 8 environment, hydrolytic species such as U(OH ) 3+ become dominant regardless of the concentration of F - , Cl - , PO 4 3- , and SO 4 2- . U(VI), which is stable in an oxidizing environment, exists as uranyl(UO 2 2+ ) and has high mobility. In an acidic environment, when uranyl ions (UO 2 2+ ) dominate and pH increases without complexing ions, hydrolysed species [UO 2 OH + , UO 2 (OH) 2 , (UO 2 ) 2 (OH) 2 2+ ] is created It forms a complex with CO 3 2- , HPO 4 2- , SO 4 2- , organic ligands, and increases the mobility of U. Forms stable complexes with acid biphosphate, bicarbonate, and tricarbonate in neutral-alkaline environments. U(VI) forms a relatively weak complex with organic matter compared to U(IV). Soil adsorption of U shows an increase in the adsorption amount with increasing pH in an acidic environment, and the maximum adsorption amount when pH 5 - 7 is reached. On the other hand, when the pH increases in an alkaline environment, the amount of U adsorption decreases. Organic matter and clay minerals provide a U adsorption site, and organic matter increases the adsorption amount by ion exchange reaction and increases mobility in the soil through complex formation. Iron oxide not only provides a U adsorption site but also coprecipitates with U.

참고로, 세슘(Cs)은 중요한 대상이므로 뒤에서 자세히 설명하기로 한다. For reference, since cesium (Cs) is an important subject, it will be described in detail later.

본 발명에서는 방사성 핵종이 토양 내 결합 형태와 거동에 대한 연구를 바탕으로 가장 합리적인 오염토양 정화방법을 개발하였다. In the present invention, the most reasonable method for purifying contaminated soil was developed based on the study on the form and behavior of radionuclides in the soil.

첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 방사성 핵종 오염토양 복원방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. With reference to the accompanying drawings, a method for restoring soil contaminated with radionuclides according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 방사성 핵종 오염토양 복원방법의 개략적 흐름도이다. 1 is a schematic flowchart of a method for restoring radionuclide-contaminated soil according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명은 오염토양에 대해서 화학적 처리를 선행한 후 물리적 처리를 수행한다. Referring to FIG. 1 , the present invention performs physical treatment after chemical treatment on contaminated soil.

화학적 처리는 2가지 목적을 가진다. Chemical treatment has two purposes.

오염토양은 다양한 토양 입자들이 서로 뭉쳐져 있 토양 입단을 형성하고 있는데, 화학적 처리는 토양 입단을 개별입자로 분산 시킬 목적으로 실시한다. 화학적 처리를 통하여 입단을 개별입자로 분산시키면 방사성 핵종을 함유한 개별 입자를 물리적 방법을 이용하여 처리할 때 효율을 향상시킬 수 있다. 토양이 입단 형태로 뭉쳐져 있으면, 핵종으로 오염된 입자만을 분리해 내기가 어렵기 때문이다. 핵종으로 오염된 입자에서 핵종을 분리제거하기 어려운 경우에는 오염된 토양 입자 자체를 폐기처분 해야 한다. 따라서 오염된 토양 입자만을 선별하여 폐기처분할 토양의 부피를 줄이는 것이 방사성 오염토양 복원에서 가장 중요하다. 따라서 토양 입자가 뭉쳐져 있지 않고 개별적으로 분리되어 있는 것은 매우 중요하다. In contaminated soil, various soil particles are agglomerated to form soil aggregates, and chemical treatment is carried out for the purpose of dispersing the soil aggregates into individual particles. Dispersing the agglomerates into individual particles through chemical treatment can improve the efficiency when treating individual particles containing radionuclides using a physical method. This is because it is difficult to separate only particles contaminated with nuclides when the soil is aggregated in the form of aggregates. If it is difficult to separate and remove nuclides from particles contaminated with nuclides, the contaminated soil particles themselves should be disposed of. Therefore, reducing the volume of soil to be disposed of by selecting only contaminated soil particles is the most important in the restoration of radioactively contaminated soil. Therefore, it is very important that the soil particles are individually separated and not agglomerated.

다른 목적은 화학적 처리 과정에서 토양입자로부터 방사성 핵종(137Cs, 90Sr, 60Co, 99Tc, 129I, U 등)을 용출시켜 제거하기 위한 것이다. Another purpose is to elute and remove radionuclides ( 137 Cs, 90 Sr, 60 Co, 99 Tc, 129 I, U, etc.) from soil particles during chemical treatment.

토양 입단을 개별 토양 입자로 분산시키기 위해서는 토양 입자들을 상호 뭉치게 하는 입단 형성제(binding agent)인 탄산염, 유기물, 산화철을 제거하고, 토양입자의 표면전하를 조절해야 한다. 토양 입단을 분산시키는 과정에서 다양한 핵종이 용출된다. 화학적 처리에서는 입단 형성제인 탄산염, 유기물, 산화철/산화망간을 순차적으로 제거한다. 공정 순서대로 자세하게 설명한다. In order to disperse soil aggregates into individual soil particles, it is necessary to remove carbonate, organic matter, and iron oxide, which are binding agents that bind soil particles together, and to control the surface charge of soil particles. In the process of dispersing the soil aggregates, various nuclides are eluted. In the chemical treatment, carbonate, organic matter, and iron oxide/manganese oxide, which are aggregate forming agents, are sequentially removed. The process sequence will be described in detail.

먼저 산 용액을 이용하여 탄산염을 제거한다. First, the carbonate is removed using an acid solution.

오염토양과 산 용액을 상호 혼합, 교반하여 현탁액을 형성한다. 본 예에서 산 용액은 0.05~0.5M 농도의 염산 수용액을 사용할 수 있으며, 토양의 pH에 따라 결정된다. 토양 pH가 낮을수록 낮은 농도의 HCl 수용액을 사용하고 토양 pH가 높을수록 높은 농도의 HCl 수용액을 사용한다. 토양과 산 용액의 혼합비(중량비)는 1:4~10 정도이며, 수 시간 정도 오염토양과 산 용액을 반응시킨다. 오염토양과 산 용액을 반응시키면 토양 내 탄산염이 녹는다. 탄산염이 녹으면서 탄산염을 매개로 뭉쳐있던 토양 입자들이 분산된다. 또한 스트론튬 등 탄산염을 형성하고 있던 방사성 핵종이 이온 상태로 산 용액으로 녹아 나온다. Contaminated soil and acid solution are mixed and stirred to form a suspension. In this example, an aqueous solution of hydrochloric acid having a concentration of 0.05 to 0.5 M may be used as the acid solution, and it is determined according to the pH of the soil. The lower the soil pH, the lower the concentration of the aqueous HCl solution, and the higher the soil pH, the higher the concentration of the aqueous HCl solution. The mixing ratio (weight ratio) of the soil and the acid solution is about 1:4-10, and the contaminated soil and the acid solution are reacted for several hours. When the contaminated soil reacts with an acid solution, the carbonate in the soil dissolves. As the carbonate melts, the soil particles that have been aggregated through the carbonate are dispersed. In addition, radionuclides that have formed carbonates such as strontium are dissolved in an acid solution in an ionic state.

실시예에 따라 선택적이지만 본 예에서는 산 용액 내에서 토양 입자들이 더 잘 분산될 수 있도록 초음파를 조사한다. 예컨대 초음파는 450~500J/ml로 3회 조사할 수 있다. Although optional according to the embodiment, in this example, the ultrasonic wave is irradiated so that the soil particles can be better dispersed in the acid solution. For example, ultrasound can be irradiated three times at 450 to 500 J/ml.

산 용액에 의한 처리와 초음파 조사가 완료되면, 원심분리기 등을 이용하여 토양입자와 산용액을 상호 고액분리한다. 분리된 산 용액은 핵종 오염물의 농도에 따라 그대로 또는 별도의 처리를 거쳐 재활용하거나 폐기처분할 수 있다. When the treatment with the acid solution and ultrasonic irradiation are completed, the soil particles and the acid solution are separated from each other in solid-liquid using a centrifuge or the like. The separated acid solution can be recycled or disposed of as it is or through a separate treatment according to the concentration of nuclides contaminants.

고액분리 후 오염토양에서 유기물을 제거한다. 유기물은 탄산염과 마찬가지로 토양 내에서 입단 형성제로 작용한다. 유기물을 제거하기 위하여, 본 발명에서는 산화제를 포함하는 수용액과 오염토양을 혼합하여 현탁액을 형성한다. 오염토양과 산화제 수용액의 혼합비(중량비)는 1:4~10 정도이며, 수 시간(본 예에서는 12시간) 정도 오염토양과 산화제 수용액을 반응시킨다. 오염토양 내 유기물은 산화제에 의하여 산화되어 이온화 된다. 본 예에서 산화제 수용액은 6% 농도의 차아염소산소다(NaOCl) 수용액(알카리 pH8~10 범위)을 사용한다. After solid-liquid separation, organic matter is removed from the contaminated soil. Organic matter, like carbonate, acts as an aggregate former in the soil. In order to remove organic matter, in the present invention, a suspension is formed by mixing an aqueous solution containing an oxidizing agent and contaminated soil. The mixing ratio (weight ratio) of the contaminated soil and the oxidizing agent aqueous solution is about 1:4 to 10, and the contaminated soil and the oxidizing agent aqueous solution are reacted for several hours (12 hours in this example). Organic matter in contaminated soil is oxidized and ionized by an oxidizing agent. In this example, the oxidizing agent aqueous solution uses a 6% concentration of sodium hypochlorite (NaOCl) aqueous solution (alkaline pH 8 to 10).

물론 산화제로는 과산화수소 등 다른 물질을 사용할 수 있다. 유기물이 녹으면서 토양 입단이 해제되고, 세슘과 같이 유기물에 약하게 흡착되어 있는 방사성 핵종 또는 코발트와 같이 유기물과 착화합물을 형성하고 있던 방사성 핵종이 수용액 상으로 녹는다. 오염토양과 산화제 수용액 사이의 반응이 완료되면, 앞에서와 마찬가지로 고액분리를 통해 유기물이 제거된 오염토양을 분리해 낸다. 분리된 산화제 수용액은 앞에서와 마찬가지로 오염물의 농도를 분석한 후 본 공정에 다시 재활용할 수 있다. Of course, other materials such as hydrogen peroxide may be used as the oxidizing agent. As organic matter melts, soil aggregation is released, and radionuclides weakly adsorbed to organic matter, such as cesium, or radionuclides that have formed a complex with organic matter, such as cobalt, are dissolved in aqueous solution. When the reaction between the contaminated soil and the oxidizing agent solution is completed, the contaminated soil from which organic matter has been removed through solid-liquid separation is separated as before. The separated oxidizing agent aqueous solution can be recycled again in this process after analyzing the concentration of contaminants as before.

탄산염과 유기물이 제거된 오염토양으로부터 산화철과 산화망간을 제거한다. 산화철과 산화망간 역시 토양 입단을 형성하는 바인더로 작용한다. 또한 산화철과 산화망간에는 다양한 방사성 핵종이 흡착되어 있다. 산화철과 산화망간과 같은 산화물 형태는 산 용액에서 잘 녹지 않으므로 환원제를 투입하여 녹인다. 즉 환원제를 포함하는 수용액과 오염토양을 상호 혼합 및 반응시켜 오염토양 내 산화철과 산화망간을 녹인다. 또한 철과 망간이 녹은 후 용해도를 유지할 수 있도록 킬레이트제를 함께 공급한다. 본 예에서 환원제는 소듐디티오나이트를 사용하며, 킬레이트제는 소듐시트레이트를 사용하며, 이들을 물에 혼합하여 수용액을 만든다. 수용용액에서 소듐디티오나이트(sodium dithionite) 1% 농도(질량%)이며, 소듐시트레이트(sodium citrate)는 10% 농도(질량%)이다.Iron oxide and manganese oxide are removed from contaminated soil from which carbonates and organic matter have been removed. Iron oxide and manganese oxide also act as binders forming soil aggregates. In addition, various radionuclides are adsorbed to iron oxide and manganese oxide. Oxide forms such as iron oxide and manganese oxide do not dissolve well in acid solutions, so a reducing agent is added to dissolve them. That is, an aqueous solution containing a reducing agent and the contaminated soil are mixed and reacted to dissolve iron oxide and manganese oxide in the contaminated soil. In addition, a chelating agent is supplied together to maintain solubility after iron and manganese are melted. In this example, sodium dithionite is used as the reducing agent, sodium citrate is used as the chelating agent, and an aqueous solution is prepared by mixing them with water. In the aqueous solution, sodium dithionite is at a concentration of 1% (mass %), and sodium citrate is at a concentration of 10% (mass %).

오염토양과 수용액의 혼합비(중량비)는 1:4~10 정도이며, 일정 시간(본 예에서는 16시간) 정도 오염토양과 환원제 수용액을 반응시킨다. 오염토양과 환원제의 반응을 통해 산화철과 산화망간이 녹으면서 이들에 흡착되어 있던 방사성 핵종도 함께 수용액에 녹는다. 또한 바인더 역할을 하는 산화철, 산화망간이 제거되면서 토양 입단도 해체된다. 반응이 끝난 후에는 고액분리 한다. 환원제 용액은 일정한 처리를 거쳐 다시 환원제 용액으로 재활용할 수 있다. The mixing ratio (weight ratio) of the contaminated soil and the aqueous solution is about 1:4 to 10, and the contaminated soil and the reducing agent aqueous solution are reacted for a certain period of time (16 hours in this example). As iron oxide and manganese oxide are melted through the reaction of the contaminated soil with the reducing agent, the radionuclides adsorbed to them are also dissolved in the aqueous solution. In addition, as iron oxide and manganese oxide, which act as binders, are removed, the soil agglomerates are also dismantled. After the reaction is complete, solid-liquid separation is performed. The reducing agent solution can be recycled again as a reducing agent solution after a certain treatment.

상기한 바와 같이, 오염토양에서 토양 입단을 형성하는 바인더로 작용하는 탄산염, 유기물, 산화철 및 산화망간을 순차적으로 제거함으로써 오염토양은 개별 토양 입자로 분산될 수 있다. 또한 상기한 화학적 처리 과정에서 각 물질에 결합되어 있거나 흡착되어 있던 방사성 핵종들이 수용액 상으로 녹아서 제거된다. As described above, the contaminated soil can be dispersed into individual soil particles by sequentially removing carbonate, organic matter, iron oxide, and manganese oxide, which act as binders forming soil aggregates in the contaminated soil. In addition, in the above-described chemical treatment process, radionuclides bound to or adsorbed to each material are dissolved in an aqueous solution and removed.

화학적 처리의 마지막 단계에서는 입단형성제가 제거된 오염토양을 탄산나트륨(Na2CO3) 용액(pH10)에서 2~3회 정도 세척하고 최종적으로 토양의 분산 정도를 확인한다. In the last stage of chemical treatment, the contaminated soil from which the aggregate forming agent has been removed is washed 2-3 times in a sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) solution (pH10), and finally, the degree of soil dispersion is checked.

상기한 바와 같이, 화학적 처리를 통해 오염토양에서 입단 형태를 제거하고 개별 토양 입자 상태로 분산시킨 후에는 물리적 처리를 수행한다. 물리적 처리에서는 토양 입자들 중 방사성 핵종을 많이 함유한 토양 입자를 선별해 내는 과정이다. 앞의 화학적 처리에서는 토양을 분산시키는 과정에서 방사성 핵종을 수용액에 녹여서 제거하였다. 즉, 탄산염, 유기물, 산화철 및 산화망간에 결합 및 흡착되어 있는 핵종은 화학적 방법을 통해 쉽게 제거가 가능하다. 그러나 위의 화학적 처리 방법들을 거친 후에도 오염토양 내에 남아 있는 형태의 핵종은 제거하기가 용이하지 않다. 주로 2:1 층상 규산염광물에 결합되어 있는 방사성 핵종이 이에 해당한다. As described above, after the aggregate form is removed from the contaminated soil through chemical treatment and dispersed in the state of individual soil particles, physical treatment is performed. In physical treatment, it is a process of sorting out soil particles containing a lot of radionuclides among soil particles. In the previous chemical treatment, radionuclides were dissolved in an aqueous solution and removed in the process of dispersing the soil. That is, nuclides bound to and adsorbed between carbonate, organic matter, iron oxide, and manganese oxide can be easily removed through a chemical method. However, it is not easy to remove the nuclide in the form that remains in the contaminated soil even after the above chemical treatment methods. This is mainly a radionuclide bound to a 2:1 layered silicate mineral.

2:1 층상 규산염광물은 모래 또는 실트 정도의 입도를 가지는 형태로서 주로 운모류(mica), 풍화 운모류(partially weathered mica: edge weathered mica, mica-vermiculite mixture, mica-kaolonite mixture), 질석(vermiculite), HIV(hydroxy interlayered vermiculite)이 있다. 그리고 클레이 정도의 입도를 가지는 형태는 주로 스멕타이트(smectite)로 구성된다.The 2:1 layered silicate mineral has a particle size of sand or silt, mainly mica, partially weathered mica: edge weathered mica, mica-vermiculite mixture, mica-kaolonite mixture, vermiculite, vermiculite, There is hydroxy interlayered vermiculite (HIV). And a form having a particle size of clay is mainly composed of smectite.

2:1 층상 규산염광물에는 다양한 핵종들을 함유할 수 있지만, 주로 세슘이 많이 포함되어 있다. 세슘이 층상 규산염광물에 결합된 형태에 대해서 도 2를 참고하여 보다 자세하게 설명한다. A 2:1 layered silicate mineral may contain various nuclides, but mainly contains a large amount of cesium. The form in which cesium is bonded to the layered silicate mineral will be described in more detail with reference to FIG. 2 .

137Cs은 U-reactor과 Pu-reactor의 핵분열 생성물(nuclear fission product)이며, 반감기가 30.2년이다. β입자를 방출하고 안정한 137Ba로 바뀌거나, β입자를 방출하고 γ선을 방출하는 짧은 반감기(약 2분)를 가지는 딸핵종인 137mBa을 거친 뒤 137Ba로 바뀐다. 토양 내에서 K와 유사한 지화학적 거동특성을 가지며 카올리나이트(kaolinite), 산화철, 스멕타이트, 유기물에 약하게 흡착된다. 반면 edge weathered(fred edge) 백운모(muscovite)나 흑운모(biotite), 일라이트(illite), 질석(vermiculite), 수산화 이온 층간 질석(hydroxy interlayered vermiculite(HIV))에는 강하게 흡착된다. 137 Cs is a nuclear fission product of U-reactor and Pu-reactor, and has a half-life of 30.2 years. It emits β particles and is converted to stable 137 Ba, or after passing through 137m Ba, a daughter nuclide with a short half-life (about 2 minutes) that emits β particles and emits γ-rays, it is changed to 137 Ba. It has geochemical behavior similar to that of K in soil and is weakly adsorbed to kaolinite, iron oxide, smectite, and organic matter. On the other hand, it is strongly adsorbed to edge weathered (fred edge) muscovite, biotite, illite, vermiculite, and hydroxy interlayered vermiculite (HIV).

토양에서 137Cs을 많이 흡착하는 것으로 알려진 2:1 점토광물에 대한 137Cs 흡착 site는 도 2에 도시된 바와 같이 5개로 나눌 수 있다: 1) basal surface(exchangeable), 2) edge sites(exchangeable) 3) hydrated interlayer sites(exchangeable and nonexchangeable), 4) frayed edge sites(nonexchangeable), 5) interlayer sites(nonexchangeable). The 137 Cs adsorption sites for 2:1 clay minerals, which are known to adsorb a lot of 137 Cs in soil, can be divided into five as shown in Fig. 2: 1) basal surface (exchangeable), 2) edge sites (exchangeable) 3) hydrated interlayer sites (exchangeable and nonexchangeable), 4) frayed edge sites (nonexchangeable), 5) interlayer sites (nonexchangeable).

Basal surface와 edge sites에 흡착된 137Cs은 이온교환(ion exchange)이 가능하다. 반면 frayed edge sites와 interlayer sites에 흡착된 137Cs은 layer collapse에 의하여 이온교환이 어렵고 고정된다(nonexchangeable). Hydrated interlayer sites에 흡착된 137Cs은 광물의 interlayer charge에 따라 흡착된 137Cs의 이온교환 가능성이 결정된다. Interlayer charge가 큰 hydrated interlayer에 흡착된 137Cs는 layer collapse에 의하여 이온교환이 어렵고 고정된다(nonexchangeable). 반면 Interlayer charge가 작은 hydrated interlayer에 흡착된 137Cs는 이온교환이 가능하다(exchangeable). 2:1 점토광물 중 일라이트, edge weathered muscovite(백운모) and biotite(흑운모), HIV(수산화 이온 층간 질석)는 frayed edge site를 가지고 있다. 질석은 interlayer charge가 큰 hydrated interlayer site를 가지고 있으며 풍화 진행정도가 낮은 부분은 frayed edge site와 interlayer sites를 가진다. 스멕타이트(Smectite)는 interlayer charge가 작은 hydrated interlayer site를 가지고 있다. The 137 Cs adsorbed to the basal surface and edge sites are capable of ion exchange. On the other hand, 137 Cs adsorbed to frayed edge sites and interlayer sites are difficult to ion exchange due to layer collapse and are nonexchangeable. For 137 Cs adsorbed to hydrated interlayer sites, the ion exchange potential of adsorbed 137 Cs is determined by the interlayer charge of the mineral. 137 Cs adsorbed to the hydrated interlayer with a large interlayer charge is difficult to ion exchange due to layer collapse and is nonexchangeable. On the other hand, 137 Cs adsorbed to the hydrated interlayer with a small interlayer charge is ion-exchangeable. Among the 2:1 clay minerals, illite, edge weathered muscovite (muscovite) and biotite (biotite), and HIV (hydroxide interlayer vermiculite) have frayed edge sites. Vermiculite has hydrated interlayer sites with high interlayer charge, and areas with low weathering progress have frayed edge sites and interlayer sites. Smectite has a hydrated interlayer site with a small interlayer charge.

정리하면, illite, edge weathered muscovite and biotite, vermiculite, HIV에 흡착된 137Cs은 이온교환에 의한 탈착이 어렵고 smectite에 흡착된 137Cs은 K+, NH4 +등을 이용한 이온교환 탈착이 가능하다. 세슘 중에서 탄산염, 유기물, 산화철, 산화망간 및 스멕타이트에 결합 및 흡착된 형태는 앞의 화학적 처리를 통해 대부분 제거된다. 그러나 위와 같이 일라이트, 운모류 등에 흡착되어 이온교환에 의한 탈착이 어려운 형태들은 화학적 처리에 의해 제거가 어렵다. In summary, 137 Cs adsorbed to illite, edge weathered muscovite and biotite, vermiculite, and HIV is difficult to desorb by ion exchange, and 137 Cs adsorbed to smectite is capable of ion exchange desorption using K + , NH 4 + , etc. Among cesium, most of the forms bound and adsorbed to carbonate, organic matter, iron oxide, manganese oxide and smectite are removed through the previous chemical treatment. However, as described above, the forms that are adsorbed to illite, mica, etc. and are difficult to desorb by ion exchange are difficult to remove by chemical treatment.

그러나 일라이트, 운모류 등은 모래나 실트 정도의 입도를 가지는 바, 특정 입도 구간에 집중된 특징이 있다. 이에 물리적 처리 과정에서는 먼저 입도 분리를 통해 토양 입도별 핵종 오염여부를 분석한다. However, illite, mica, and the like have a particle size similar to sand or silt, and are concentrated in a specific particle size section. Therefore, in the physical treatment process, the presence of nuclides contamination by soil particle size is first analyzed through particle size separation.

입도분리는 진동스크린, 습식 사이클론 등을 이용하며, 입도 기준은 다양하게 설정될 수 있다. 입도 기준은 세분하는 것이 오염토양 복원 효율의 측면에서는 유리하지만 경제성의 측면에서 불리하다. 이에 본 발명에서는 오염토양에서 일부(대표시료)만을 샘플링하여 세분화된 입도분리를 수행하여 오염토양의 상태와 조건을 파악한다. 도 3의 표는 대표시료에 대한 입도분리 기준이다. Particle size separation uses a vibrating screen, wet cyclone, etc., and the particle size standard can be set in various ways. It is advantageous in terms of the efficiency of restoration of contaminated soil to subdivide the particle size criteria, but it is disadvantageous in terms of economic feasibility. Therefore, in the present invention, only a part (representative sample) is sampled from the contaminated soil and granular particle size separation is performed to identify the state and condition of the contaminated soil. The table of FIG. 3 is a particle size separation standard for a representative sample.

대표시료에 대한 입도분리 후에는 XRD 분석, 현미경 관찰, 핵종농도 분석을 통해 입도로 나누어진 그룹별로 핵종의 농도, 광물 조성, 입자의 광물구성(단일광물 입자 vs. 다광물 입자)을 파악한다. 그리고 후속처리가 필요한 입도그룹들(제1군)과, 후속처리가 필요하지 않은 입도그룹들(제2군)을 구분한다. 예컨대 도 4의 표에서 좌측의 '선별기술 적용 불가능' 영역들과, 우측의 '환경기준 이내' 영역들은 후속처리가 필요하지 않은 제2군이며, 가운데 영역이 후속처리가 필요한 제1군이 될 수 있다. After particle size separation of the representative sample, the concentration of nuclides, mineral composition, and mineral composition of particles (single mineral particles vs. multi-mineral particles) are identified by group divided by particle size through XRD analysis, microscopic observation, and nuclide concentration analysis. Then, the granularity groups that require post-processing (group 1) and those that do not require post-processing (group 2) are divided. For example, in the table of Fig. 4, the 'selection technology not applicable' areas on the left and the 'within environmental standards' areas on the right are the second group that does not require post-processing, and the middle area is the first group that requires post-processing. can

이렇게 대표시료를 대상으로 한 분석을 통해 각 입도그룹별로 처리가 필요한 것과 그렇지 않은 것이 정해지면 이제 오염토야 전체에 대한 입도분리를 실시한다. 예컨대 대표시료에 대한 분석 결과가 도 4의 표와 같다면, 오염토양 전체에 대하여 2μm 이하, 2μm~2mm, 2mm 이상의 기준으로 입도분리를 수행한다. Through this analysis of the representative samples, when it is determined which treatment is necessary for each particle size group and what is not, then the particle size separation of the entire contaminated soil is carried out. For example, if the analysis result for the representative sample is the same as in the table of FIG. 4 , the particle size separation is performed on the basis of 2 μm or less, 2 μm to 2 mm, or 2 mm or more for the entire contaminated soil.

오염토양 전체에 대하여 입도분리를 한 후 핵종 농도가 기준치 이하 그룹(제2군에 속하는 그룹)인 경우 특별한 조치 없이 바로 재활용할 수 있다. 여기서 핵종의 농도는 방사선량을 기준으로 할 수 있다. 주로 2mm 이상 입도의 자갈(gravel)은 핵종을 포함하지 않는 경우가 많다. 반면에 2μm 이하의 토양 세립자의 경우 핵종을 포함할 확률이 더 높지만 처리가 필요하지 않은 제2군에 속한다. 세립자의 경우 물리적 선별 기술을 이용하여 방사성 핵종을 포함한 입자와 포함하지 않은 입자를 상호 분리해내기 어렵다. 이에 분석을 통해 세립자 그룹에 핵종이 포함되어 있고 핵종 농도가 기준치를 초과하는 경우에는 더 이상의 정화처리를 하지 않고 바로 폐기처분한다. 여기서 2mm 이상 또는 2μm 이하의 기준은 변경될 수 있다. 세립자는 1~10μm 정도에서 결정될 수 있다. 입도분리를 세분한 경우 물리적 처리 없이 바로 폐기처분할 세립자 그룹의 입도를 보다 정밀하게 결정할 수 있다. 마찬가지로 핵종으로 오염되지 않은 굵은 입도 영역에서도 보다 정밀한 결정이 가능하다. After particle size separation of the entire contaminated soil, if the nuclide concentration is below the standard (group 2), it can be recycled immediately without special measures. Here, the concentration of the nuclide may be based on the radiation dose. Mostly, gravel with a particle size of 2 mm or more does not contain nuclides. On the other hand, soil fine particles of 2 μm or less are more likely to contain nuclides, but belong to group 2 that does not require treatment. In the case of fine particles, it is difficult to separate particles containing and not containing radionuclides from each other using physical screening technology. Therefore, if a nuclide is included in the fine particle group through analysis and the concentration of nuclide exceeds the standard value, it is disposed of immediately without further purification treatment. Here, the criterion of 2 mm or more or 2 μm or less may be changed. Fine particles can be determined on the order of 1 to 10 μm. If the particle size separation is subdivided, it is possible to more precisely determine the particle size of the group of fine particles to be disposed of immediately without physical treatment. Likewise, a more precise crystallization is possible even in a coarse-grained region that is not contaminated with nuclides.

다만 한 가지 문제는 조립자이거나 자갈 영역의 입도에서 XRD 및 현미경을 이용해 광물 조성을 분석한 결과, 토양 입자가 복수의 광물이 결합되어 있는 복합 광물 형태를 띠며, 특정 광물들에만 핵종이 오염되어 있을 수 있다. 즉 앞에서 언급한 운모류나 질석 등이 다른 광물과 함께 복합광물을 형성하고 있고, 핵종은 주로 운모류와 질석에만 결합되어 있는 경우이다. 핵종이 운모류와 질석류에 주로 흡착되기 때문에 실제에서도 이러한 형태가 많이 나타날 수 있다. 본 발명에서는 이러한 경우에 해당하는 입도 그룹에 대해서 분쇄작업을 통해 '단체분리'를 수행한다. 즉 이종 광물이 결합되어 있는 복합 광물을 분쇄하여 이종 광물들이 서로 분리되도록 한다. 단체분리는 세립자(ex 2μm 이하)에 대해서는 시행하지 않는다. 세립자는 더 이상의 처리가 어렵기 때문에 단체분리의 의미가 없다. 조립자와 자갈류에 대해서만 적용한다. 다만, 단체분리는 일정 크기 이상의 모든 입도 그룹에 적용하는 것은 아니며, 복합광물로 형성된 그룹에 대해서 적용한다. However, one problem is that as a result of analyzing the mineral composition using XRD and a microscope at the particle size of coarse or gravel, the soil particles take the form of a complex mineral in which multiple minerals are combined, and only certain minerals may be contaminated with nuclides. have. That is, the above-mentioned mica or vermiculite forms a complex mineral together with other minerals, and the nuclide is mainly bound only to mica and vermiculite. Since nuclides are mainly adsorbed to mica and vermiculite, many of these forms may appear in practice. In the present invention, 'unit separation' is performed through a crushing operation for a particle size group corresponding to this case. That is, the complex minerals in which different minerals are combined are pulverized so that the different minerals are separated from each other. Group separation is not performed for fine particles (ex 2μm or less). Since fine particles are difficult to process further, there is no meaning of group separation. Applies only to coarse particles and gravel. However, group separation does not apply to all particle size groups over a certain size, but applies to groups formed of complex minerals.

상기한 바와 같이, 화학적 처리가 완료된 오염토양에 대하여 입도분리와 단체분리를 거치게 되면, 후속 정화처리가 필요한 그룹과 필요하지 않은 그룹이 결정된다. As described above, when the chemically treated contaminated soil is subjected to particle size separation and group separation, a group requiring subsequent purification treatment and a group not required are determined.

후속처리가 필요한 그룹(제1군)은 핵종이 기준치 이상 농도를 보이며, 세립자보다 큰 조립자의 입도를 가진 그룹이다. 앞에서 설명한 바와 같이 운모류, 질석류 등 주로 2:1 층상규산염광물이 이에 해당한다. 2:1 층상규산염광물에 함유되어 있는 핵종은 주로 세슘이다. 세슘은 2:1 층상규산염광물에 많이 흡착되고 특히 층간전하가(layer charge)가 높은 slightly weathered biotite and muscovite, vermiculite, HIV의 frayed edge와 interlayer에 의하여 흡착되어 고정되기 때문이다. 이렇게 2:1 층상규산염광물에 흡착되어 있는 세슘 등 핵종은 토양 입자로부터 따로 분리하기가 어렵다. 따라서 세슘을 포함한 토양 입자 자체를 선별하여 폐기해야 한다. 이를 통해 폐기처분해야 하는 토양의 부피를 줄인다. The group that requires post-treatment (group 1) is a group with nuclides having a concentration above the standard value and having a larger particle size than fine particles. As described above, these are mainly 2:1 lamellar silicate minerals such as mica and vermiculite. The nuclide contained in the 2:1 layered silicate mineral is mainly cesium. This is because cesium is adsorbed to 2:1 lamellar silicate minerals and is fixed by adsorption and interlayers, especially slightly weathered biotite, muscovite, vermiculite, and HIV with high layer charge. It is difficult to separate nuclides such as cesium adsorbed in 2:1 layered silicate minerals from soil particles. Therefore, the soil particles themselves including cesium must be sorted and disposed of. This reduces the volume of soil that has to be disposed of.

본 발명에서는 자력선별과 정전선별을 통해서 세슘으로 오염된 토양입자를 선별해낸다. 특히 흑운모, 질석은 자력선별을 통해, 백운모, HIV는 정전기선별을 통해 분리할 수 있다. 이에 자력선별과 정전기선별을 순차적으로 적용하여 오염토양으로부터 층상규산염광물을 분리해낼 수 있다. 핵종은 층상규산염광물에 포함되어 있는 바, 이들을 폐기처분함으로써 오염토양을 정화처리할 수 있다. 자력선별과 정전선별은 주지의 기술인 바 자세한 설명은 생략하기로 한다. In the present invention, soil particles contaminated with cesium are selected through magnetic selection and electrostatic selection. In particular, biotite and vermiculite can be separated through magnetic separation, and muscovite and HIV can be separated through electrostatic screening. Therefore, it is possible to separate the lamellar silicate minerals from the contaminated soil by sequentially applying magnetic separation and electrostatic screening. Since nuclides are contained in stratified silicate minerals, contaminated soil can be purified by disposing of them. Magnetic selection and electrostatic selection are well-known techniques, and detailed descriptions thereof will be omitted.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 화학적 처리를 통해 토양 입단을 해체하여 개별 토양 입자 상태로 분산시키며, 이 과정에서 토양입자에 약하게 결합되어 있는 핵종을 녹여서 제거한다. 화학적 처리에 의하여 제거되지 않은 핵종의 경우 핵종 자체의 제거는 어려우므로 핵종을 포함하는 토양 입자를 따로 선별하여 폐기처분할 토양의 부피를 줄인다. 즉 토양의 입도 선별, 단체분리를 통해 핵종 오염 토양입자를 포함한 입도 그룹을 따로 분리한 후, 핵종으로 오염된 입도 그룹에 대해서 자력선별과 정전선별을 통해 핵종으로 오염된 개별 토양입자만을 따로 분리해낸다. 이를 통해 폐기처분할 토양의 양을 최대한으로 줄일 수 있다. As described above, in the present invention, soil aggregates are disassembled through chemical treatment and dispersed into individual soil particles, and in this process, nuclides weakly bound to soil particles are dissolved and removed. In the case of nuclides that have not been removed by chemical treatment, it is difficult to remove the nuclides itself, so soil particles containing nuclides are separately selected to reduce the volume of soil to be disposed of. That is, after separating the particle size group including the nuclide-contaminated soil particles through soil particle size selection and group separation, only the individual soil particles contaminated with nuclides are separated from the nuclides-contaminated particle size group through magnetic and electrostatic screening. . In this way, the amount of soil to be disposed of can be reduced to a maximum.

한편, 위에서는 오염토양에 대한 입도분리시 대표시료를 샘플링하여 세분화된 입도분리를 먼저 수행한 후, 그 분석 결과를 기초로 오염토양 전체에 대한 입도분리 기준을 정하는 것으로 설명하였다. 그러나 이는 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명의 다른 예에서는 처음부터 세분화된 입도기준에 따라 오염토양 전체에 대해서 입도분리를 수행할 수 있다. 또는 대표시료에 대한 분석을 하지 않고, 처음부터 경제성을 고려하여 입도를 너무 세분하지 않고 그룹의 개수를 적게하여 오염토양 전체에 대해서 입도분리를 수행할 수도 있다. 대표시료를 사용한 경우는 정확성과 경제성을 함께 고려한 예시라는 점을 첨언한다. On the other hand, in the above, it was explained that the granular particle size separation was first performed by sampling a representative sample during particle size separation of the contaminated soil, and then the particle size separation standard for the entire contaminated soil was determined based on the analysis result. However, this is only an example, and in another example of the present invention, particle size separation can be performed on the entire contaminated soil according to the particle size standard subdivided from the beginning. Alternatively, the particle size separation may be performed on the entire contaminated soil by reducing the number of groups without subdividing the particle size too much in consideration of economic feasibility from the beginning without analyzing the representative sample. It is added that the case of using a representative sample is an example that considers both accuracy and economic feasibility.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.

Claims (14)

(a)방사성 핵종으로 오염된 토양을 처리 수용액에 투입하여, 오염토양 내 토양 입자들을 뭉치게 하는 입단 형성제를 수용액에 녹이고, 오염토양과 수용액을 상호 고액분리하는 입단 해소 단계;
(b)토양 입단이 해체된 오염토양을 입도에 따라 복수의 그룹으로 분리하는 단계;
(c)입도 그룹별로 핵종의 농도를 분석하고, 후속 처리가 필요한 제1군과 후속 처리가 필요없는 제2군으로 분류하는 단계;
(d)상기 제1군에 대하여 물리적 선별기술을 적용하여 핵종으로 오염된 토양 입자만을 선별하는 단계;를 구비하며,
상기입단 해소 단계는 오염토양을 산 용액에 투입하여 오염토양 내 탄산염과 상기 탄산염에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리 하는 단계를 포함하며,
상기 입단 해소 단계는 오염토양을 산화제가 포함된 수용액에 투입하여 오염토양 내 유기물과 상기 유기물에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리하는 단계를 포함하고,
상기 유기물을 제거하기 위한 산화제는 차아염소산나트륨(NaOCl)이며, 산화제를 포함하는 수용액은 pH8~10 범위이며,
상기 입단 해소 단계는 오염토양을 환원제와 킬레이트제가 포함되어 있는 수용액에 투입하여 오염토양 내 산화철 및 산화망간과, 상기 산화철 및 산화망간에 결합되어 있는 핵종을 함께 녹인 후 고액분리하는 단계를 포함하고,
상기 오염토양을 입도별로 분리한 후, 핵종으로 오염된 입도 그룹이 이종 광물이 결합된 복합광물로 이루어졌는지 여부를 분석하고 특정 광물에 핵종이 결합되어 있는 경우 상기 입도 그룹의 오염토양을 분쇄하여 이종 광물이 서로 분리되도록 단체분리하는 단계를 더 구비하며,
상기 물리적 선별기술은 자력선별기술 및 정전선별기술로서 상기 자력선별기술을 이용하여 흑운모와 질석을 분리하고, 상기 정전선별기술을 이용하여 백운모와 HIV(hydroxy interlayered vermiculite)를 분리해 내는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
(a) dissolving the agglomeration forming agent that agglomerates soil particles in the contaminated soil by putting the soil contaminated with radionuclides into the treatment aqueous solution, and dissolving the contaminated soil and the aqueous solution into solid-liquid separation from each other;
(b) separating the contaminated soil from which the soil aggregate is dismantled into a plurality of groups according to the particle size;
(c) analyzing the concentration of nuclides for each particle size group and classifying them into a first group requiring subsequent treatment and a second group that does not require subsequent treatment;
(d) selecting only soil particles contaminated with nuclides by applying a physical screening technique to the first group;
The step of dissolving the aggregation includes the step of dissolving the carbonate in the contaminated soil and the nuclides bound to the carbonate by putting the contaminated soil into an acid solution, and then separating the solid and liquid,
The step of resolving the aggregation includes the step of dissolving the organic matter in the contaminated soil and the nuclides bound to the organic matter together by putting the contaminated soil into an aqueous solution containing an oxidizing agent, and then separating the solid and liquid,
The oxidizing agent for removing the organic material is sodium hypochlorite (NaOCl), and the aqueous solution containing the oxidizing agent is in the range of pH 8 to 10,
The step of resolving the aggregation comprises dissolving the contaminated soil into an aqueous solution containing a reducing agent and a chelating agent, dissolving the iron oxide and manganese oxide in the contaminated soil, and the nuclides bound to the iron oxide and the manganese oxide, followed by solid-liquid separation,
After separating the contaminated soil by particle size, it is analyzed whether the particle size group contaminated with the nuclide consists of a complex mineral combined with different minerals. Further comprising the step of group separation so that the minerals are separated from each other,
The physical screening technology is a magnetic separation technology and an electrostatic screening technology, wherein the magnetic separation technology is used to separate biotite and vermiculite, and the electrostatic screening technology is used to separate muscovite and HIV (hydroxy interlayered vermiculite). A method for restoring soil contaminated with radionuclides.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산 용액에 오염토양을 투입하여 만든 현탁액에 초음파를 조사하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
A method of restoring radionuclide-contaminated soil, characterized in that by irradiating ultrasonic waves to the suspension made by adding the contaminated soil to the acid solution.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산화철 및 산화망간을 녹여서 제거하기 위한 환원제는 소듐디티오나이트(Na2S2O4)인 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
The reducing agent for dissolving and removing the iron oxide and manganese oxide is sodium dithionite (Na 2 S 2 O 4 ).
제1항에 있어서,
상기 산화철 및 산화망간을 녹여서 제거하는데 사용되는 상기 킬레이트제는 소듐시트레이트(Na3C6H5O7)인 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
The chelating agent used to dissolve and remove the iron oxide and manganese oxide is sodium citrate (Na 3 C 6 H 5 O 7 ) A radionuclide-contaminated soil restoration method, characterized in that it is.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 오염토양으로부터 탄산염, 유기물, 산화철 및 산화망간을 제거 후 오염토양을 세척액으로 세척한 후 토양입자의 분산을 확인하는 단계를 더 구비하는 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
After removing carbonate, organic matter, iron oxide and manganese oxide from the contaminated soil, washing the contaminated soil with a washing solution and checking the dispersion of soil particles.
제1항에 있어서,
오염토양의 일부를 대표시료로 샘플링하여 복수의 그룹으로 입도분리를 수행한 후, 핵종 오염 농도 분석을 통해 후속처리가 필요한 그룹과 후속처리가 필요하지 않은 그룹으로 나눈 후,
상기 대표시료에 대한 분석 결과를 바탕으로 상기 대표시료에 대한 입도분리 그룹들의 개수에 비하여 더 적은 개수로 입도 그룹을 나누어 오염토양 전체에 대한 입도분리를 수행하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
After performing particle size separation into a plurality of groups by sampling a part of the contaminated soil as a representative sample, and dividing it into a group requiring follow-up treatment and a group not requiring follow-up treatment through analysis of the concentration of nuclides contamination,
Radionuclide-contaminated soil restoration method, characterized in that the particle size separation is performed on the entire contaminated soil by dividing the particle size groups into smaller numbers than the number of particle size separation groups for the representative sample based on the analysis result of the representative sample .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2군은 핵종으로 오염되어 있는 세립자를 포함하며,
상기 세립자는 입도 1~10μm 범위 중 어느 하나의 입도 이하인 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
The second group includes fine particles contaminated with nuclides,
The fine particles are radionuclide-contaminated soil restoration method, characterized in that the particle size is less than or equal to any one of the particle sizes in the range of 1 to 10 μm.
제1항에 있어서,
상기 제2군은 2mm 이상의 자갈을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 핵종 오염토양 복원방법.
According to claim 1,
The second group is a radionuclide-contaminated soil restoration method, characterized in that it contains gravel of 2 mm or more.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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S. Vilayan et al. Development of soil decontamination process using ultrasonic wave and chemical leaching agent. November 1997, Vol.17, pp.78-85. *
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