KR20080083154A

KR20080083154A - 방사성 폐수를 처리하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20080083154A
Application number: KR1020087017124A
Authority: KR
Inventors: 마크 에스. 덴턴
Original assignee: 에너지솔루션즈 다이버시피이드 서비시즈, 인코포레이티드
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-09-16
Also published as: EP1971554A2; WO2007070628A2; US20090152203A1; US8222475B2; JP5193057B2; MX2008007629A; CA2633011A1; WO2007070628A3; EP1971554A4; CA2633011C; US7563939B2; US20070131621A1; JP2009520185A; KR101462554B1

Abstract

본 발명은 침전을 방지하는 유사한 전하(일반적으로 음전하)를 지니는 오염 이온, 콜로이드, 및 현탁된 고형물을 함유하는 방사성 활성 폐수를 처리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 전류가 EC 어셈블리에서 폐수를 통해서 통과하여 오염물의 전기-응집을 유도하고, 이러한 어셈블리의 애노드는 용해되어 음전하를 중화시키고 중화된 오염물을 함유하는 침전물을 형성시키는 양이온을 제공하는 금속으로 제고된다. 침전물은 이어서 전자기 또는 그 밖의 여과 유닛에 의해서 폐수로부터 분리된다. 물의 pH 및 전도성은 EC 어셈즐리 및 첨가제가 드 유출물에 도입되기 전에 조절되어 침전된 입자를 확대시킬 수 있다. 여과의 개선, 탈수성의 개선, 및/또는 자성화의 강화.

Description

방사성 폐수를 처리하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR TREATING RADIOACTIVE WASTE WATER}

기술 분야

본 발명의 방법 및 장치는 핵 발전 원자로로부터의 폐수 및 방사성 핵종으로 오염된 그 밖의 수원(source of water)을 처리하는 것에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 방법 및 장치는 콜로이드, 현탁된 및 용해된 방사성 핵종으로 오염된 폐수의 처리에 관한 것이다.

발명의 배경

핵 발전 산업에서, 일차적으로 두 가지 형태의 원자로 시스템, 즉, 비등수형 원자로(boiling water reactor: BWR) 및 가압수형 원자로(pressurized water reactor: PWR)가 있다. 이들 두 원자로는 핵분열성 원자핵의 핵분열에 의해서 방출되는 중성자의 속도를 조절하고 핵분열 과정에 의해서 생성된 열을 수송하기 위해서 물을 사용한다. 물은 원자로심(reactor core)을 통해서 흐르고, 재순환되며, 불가피하게 철, Fe-55, 콜로이드성 코발트 및 가용성 코발트, Co-58, 및 Co-60, 및 그 밖의 방사성 핵종으로 오염되게 된다. 물은 추가로 유기물(예, 오일 및 그리스), 생물학적 물질 및 비방사성 콜로이드(예, 철 분진)으로 오염되게 된다.

비등수형 원자로(BWR)에서는, 원자로심을 통과하는 물은 전기의 생산을 위한 터빈-발전기를 구동하는 스팀으로서 직접적으로 사용될 것이다. 가압수형 원자 로(PWR)에서는, 원자로를 통해서 흐르는 일차 물이 스팀 발생기에 의해서 터빈 발전기를 통해서 흐르는 이차 물로부터 분리된다. 두 경우 모두에서, 폐수의 화학적 구성성분은 상이할 것이지만, 이들 원자로 시스템은 폐수가 재사용되거나 주위 환경내로 방류되기 전에 제거되어야 할 콜로이드성 고형물, 현탁된 및 용해된 고형물을 생성할 것이다.

비등수형 원자로(BWR) 순환로(circuit) 및 폐수 중의 철(탄소강 파이프 라인으로부터의 철 산화물로서)의 존재는 해묵은 과제이다. 응축상 분리기(condensate phase separators: CPS)중의 이러한 철의 존재 및 형성은 추가로 CPS 탱크가 프랜트로 역으로 흐르게 하는 경우의 문제와 복합된다. 여기서 철 잔재물은 추가의 처리 단계 없이는 불가피하다. 부분적으로 침전되고 탈수 가능한 고건전성용기 (High Integrity Container: HIC)에 펌핑될 수 있는 이들 탱크 내의 철의 형태는 탈수하기가 어렵고 시간 소모적이다. 철만을 침전시키기 위해서 CPS 상류에 화학약품, 예컨대, 플록형성(flocculation) 폴리머를 첨가하면 여과하고 탈수하기가 더욱더 어려운 철 형태를 생성시킨다. 그러한 화학적으로 미리 처리된 물질은 마이크론 이하 입자 및 100 마이크론까지의 크기의 플록(floc) 입자 둘 모두를 함유한다. 그러한 마이크론 이하 입자는 여과 매체 내로 침투하여 기공을 막고 더 큰 미이크론 입자의 성공적인 여과를 방해하는 것으로 사료된다.

BWR 철 폐수와 유사하게, 연료 풀(fuel pool), 또는 수조(basin)(특히 탈오염 단계 동안)는 종종 투명성 및 양호한 가시성을 거의 불가능하게 하는 콜로이드를 함유한다. 유사하게, 다양한 플랜트에서의 종종 높은 전도성을 지닌 뒤섞긴 폐 스팀은 철, 염(때로는 해수의 유입을 통한), 오물/점토, 계면활성제, 왁스, 킬레이트화제, 생물학적 물질, 및 오일 등과 같은 콜로이드를 함유한다. 그러한 폐 스트림은 탈염 장치를 거친 후에도 한외여과 매체(ultrafiltration media: UF) 및/또는 역삼투(RO)를 통한 표준 전량 카르리지 여과(standard dead-end cartridge filtration) 또는 교차 흐름 여과(cross-flow filtration)에 이상적으로 맞지가 않는다. 필터 및 베드(bed) 막힘이 거의 확신된다.

콜로이드성 고형물, 및 현탁된 및 용해된 고형물의 제거에 이용하는 많은 종래 기술이 있으며, 폐수로부터 그러한 물질을 제거하는 것에 대한 요건은 원자로(nuclear reactor)에만 국한된 것이 아니다. 그러나, 원자로의 특성은 방사성 폐기물, 또한 화학적 폐기물을 형성시키는 것을 피하고자 하는 요구 때문에 화학적 처리를 위한 첨가제의 사용에 관한 특별한 우려를 불러일으키고 있다.

또한 그 밖의 우려가 존재하고 있다. 처리된 폐수는 주변 환경으로 방출되는 경우에 방사성 오염물이 전혀 없어야 한다. 처리 동안 폐수로부터 추출된 방사성 물질은, 특히, 액체 물에 의한 방사성 오염물로부터의 침출을 방지하는 것과 관련하여, 안정하거나 처리부 요건에 부합하는 방식으로 처리에 안정화될 수 있는 형태이어야 한다. 마지막으로, 방사성 폐기물의 처리를 위한 이용할 수 있는 제한된 공간 및 높은 처리 비용 둘 모두 때문에 폐기물의 용적이 최소로 되어야 한다.

따라서, 핵발전 원자로 및 그 밖의 공급원으로부터의 현탁된 고형물 및 용해된 이온을 함유하는 방사성 폐수를 처리하는 보다 우수한 방식이 요구되고 있다.

발명의 요약

상기 딜레마를 해결하는 열쇄는 1) 유사하게 하전된 콜로이드 입자의 외경 반발 전하를 중화시킴으로써 콜로이드를 파괴하고, 2) 이들 중화된 입자가 응집되어 보다 더 용이하게 여과 가능하고, 이어서 탈수 가능한 응집체(플록) 형태를 형성하게 하는 것이다. 본 발명에서는, 이러한 기능이 철-응집에 일반적인 화학약품의 선 첨가 또는 응집화/응고화 폴리머 첨가 없이 혁신적인 전기응집(electro-coagulation: EC) 유닛의 적용에 의해서 폐기물 공급 스트림에 선택 금속을 전기분해 방식으로 씨딩하여 수행되고 있다. 콜로이드가 파괴되고 응집이 시작되면, 생성되는 플록의 제거가 표준 역세척 필터, 교차흐름 필터(예, UF)에 의해서 수행되거나, 간단한 경우에, 전량 여과 필터에 의해서 수행될 수 있다. 그러한 적용은 PWR 및 BWR 둘 모두, 연료 풀, 저장 수소, 및 염수 수거 탱크 등으로부터의 저수준 방사성 폐기물(LLW)를 포함한다.

자성 물질, 예컨대, 일부 BWR 현탁된 철(예, 보일러 응축물 및 마그네타이트 및 헤마그네타이트(hemagnetite))의 제거의 경우, 전자기 필터(electro-magnetic filter: EMF) 유닛이 EC 유닛과 결합될 수 있다. 비자성 물질의 제거를 위해서, EC 처리 뒤에는 비츠 코포레이션(Betz Corporation)으로부터의 폴리아크릴아미드 코폴리머인 비츠-1138과 같은 응집약품, 예컨대, 응집 폴리머에 의한 처리가 이어질 수 있다. 자성 물질 및 하나 이상의 비자성 화학종, 예를 들어, 세슘(Cs)를 함유하는 폐기물 스트림의 경우에, 비자성 화학종을 자성 부분, 예를 들어, CHFC(코발트 헥사페리시아네이트)에 결합시켜 자성 화학 복합체를 형성시키는 자성 씨딩 단계 뒤에는 이러한 복합체의 효과적인 제거를 위한 EMF가 이어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 자성 여과 및/또는 응집제에 의한 처리와 함께 전기-응집법을 이용함으로써 방사성 폐수로부터 오염물을 제거하는 방법, 장치 및 시스템을 제공하고 있다. 전기응집법은 또한 전량 여과(dead end filtration), 고구배 자성 여과(high gradient magnetic filtration: HGMF), 초여과(ultra-filtration: UF), 역세 가능한 필터(back flushable filter: BFF), 및 시트 필터에 의해서 탈수 가능한 고건전성 용기(high integrity container: HIC)에 의한 오염물의 후속된 제거를 강화시키는데 이용될 수 있다. 전기응집법은 필요에 따라서 폐수의 pH 및 전도성의 조절 후에 수행된다. 철일 수 있지만 바람직하게는 알루미늄인 희생 금속 전극(Sacrificial metal electrode)이 폐수의 배치 또는 연속적인 전기분해 과정에서 사용되어 음으로 하전된 이온, 현탁된 입자 및 콜로이드성 입자를 중화시키고 응집시키는 양으로 하전된 금속 이온을 폐수에 씨딩한다.

본 발명의 전기응집(EC) 과정은 방사성 폐수를 통해 전류를 통과시키는 전기-기초한 기술로 수행된다. 따라서, 전기응집법은 직류(DC)를 이용하여 희생 금속 전극 이온(예, Fe 또는 Al)로부터의 양이온을 제공하여 용해된 금속 및 비금속, 예, 안티몬(Sb)를 포함한 바람직하지 않은 오염물을 응집시키고 그에 따라 침전시키고 있다. DC 전류는 바람직하게는 선택된 희생 전극으로 구성된 평행 플레이트를 통해서 수성 공급 스트림 내로 도입된다. 이러한 과정은 바람직하지 않은 화합물의 첨가(예, 염화제이철)를 피한다.

또한, 애노드 및 캐소드가 물 분자를 가수분해하여 작은 기포로서 각각 산소와 수소를 발생시키고, 그 기포는 물 중의 많은 용해된 이온과 혼합되어 불용성 산 화물을 형성시킨다. 산소와 수소는 또한 작고 가벼운 입자가 부유되고 응집(예, 오일 및 그리스)되게 하여 이들이 또한 걷어낼 수 있거나 여과될 수 있게 한다. 일부 이들의 가벼운 입자는 생물학적 입자, 예컨대, 전기 삼투 충격에 의해서 파괴되는 박테리아이다.

폐수중의 방사성 핵 화학종을 침전 또는 부유되게 할 것이라는 사실에 추가로 방사성 핵종의 전기응집법의 이용은 몇 가지 특정의 이점이 있다. 이러한 이점중 하나는 물 중에서 일부 화학종을 안정하게 하는 화학종의 산화이다. 산화된 화학종은 이어서 독성 위험이 없으며 매몰되는 경우에도 지하수 내로 거의 침출되지 않는다. 이들은 일반적으로 EPA TCLP 시험을 통과할 것이며, 처리에서의 현저한 비용 절감을 유도할 것이다. 가수분해를 통한 산소의 생성은 살균 및 살진균 작용을 하여 추가로 순수한 방사성 폐기물 이외의 폐기물을 제거한다.

방사성 핵종에 추가로, 폐수는 하나 이상의 중금속, 콜로이드, 점토, 오물, 계면활성제, 세정제, 오일, 그리스, 생물학적 물질 등으로 오염될 수 있다. 이들 오염된 폐수가 하나 이상의 EC 셀을 통과하기 때문에, 하기 네 가지의 처리 반응이 발생한다:

1. 응집 - 이온, 콜로이드 및 현탁된 고형물이 일반적으로 음성인 이들의 유사 하전으로 이해서 용액중에 불가피하게 현탁되어 유지될 것이다. 따라서, 이들은 서로 반발하고 응집 또는 플록 형성(floccing)을 가능하지 않게 한다. 오염된 물이 셀 어셈블리를 통과함에 따라, DC 전력이 셀 전극에 연속적으로 또는 펄스식으로 가해진다. 양 전지 전극(애노드)로부터의 금속성 이온은 떨어져 나와서 브릿 징 씨드(bridging seed)를 존재하는 현탁된 고형물 및 그 밖의 오염물에 제공한다. 전극 씨드 물질이 많이 공급되면 공급될수록 많은 콜로이드성 공형물 및/또는 현탁된 고형물이 존재하여, 고형물 첨가를 조절한다. 금속 씨드 이온은 현탁된 또는 용해된 고형물, 콜로이드, 오일 및 그리스 등의 전하를 중화시킨다. 이러한 전하 중화는 오염물을 응집시키거나 부유되게 하여, 이들이 표준 여과 매체, 초여과(UF), 또는 역삼투(RO)에 의해서, 또는 자성인 경우, 전기-자기 여과(EMF) 또는 고구배 자성 분리(High Gradient Magnetic Separation: HGMS) 여과에 의해서 침전되거나 부유되거나 여과되기에 충분히 크도록 한다. 이러한 응집과정은, 요구되는 경우, pH 또는 전도성 조절을 위한 화학약품의 첨가를 제외하고는 화학약품의 첨가를 요하지 않는다.

2. 산화 - 중금속 및/또는 방사성 금속으로 오염된 폐수가 EC 셀(들)을 통과함에 따라서, 금속은 산화물로 환원된다. 그리하여 금속 이온은 용해된 상태에서 현탁된 상태로 변화되고, 이어서 물로부터 침전된다. 전류를 통함으로써 산화되는 중금속은 일반적으로 RCLP 시험을 통과하고, 슬러지 처리 비용을 현저하게 절감시킨다.

3. 에어레이션(Aeration) - 이러한 EC 과정의 자연적인 부작용은 에어레이션이다. 공기 또는 어떠한 그 밖의 기체가 과정 중에 주입될 필요가 없는데, 그 이유는 물의 해리 생성물이 작은 기포를 형성시켜서 응집된 오염물을 부양시키기 때문이다. 따라서, 폐수의 처리 후에, 그 내부의 오일 및 그리스가 걷어질 수 있거나 나머지 응집된 슬러지와 함께 재혼합되고 침전되거나 여과될 수 있다.

4. 생물학적 물질 - 이러한 EC 과정의 추가의 이점은 자연적인 살균 과정이 있다는 것인데, 그 이유는 이러한 살균 과정이 전기-삼투 충격에 의해서 미생물 등을 파괴하기 때문이다.

자성 필터는 전자기장이 주변 코일링된 전기 전도체를 통해서 강자성 여과 매체를 통과하는 경우에 일시적으로 자성화되는 강자성 여과 매체를 포함할 수 있다. 매체(또는 매질)은 스틸 시이트, 스크린, 비드 또는 볼(ball)을 포함하며, 볼이 바람직하다. 전자기장 전원을 차단하면, 바람직하게는 연자성 물질(예, 430 스테인리스 스틸)로 이루어진 이러한 여과 매체는 여과 매체에서 응집된 오염물을 플러싱함으로써 그 오염물을 제거하기 위해서 필터가 역-플러싱되도록 더 이상 자화되지 않는다. 따라서, 바람직하게는 자성 필터의 코어는 영구적인 자성 물질로 제조되지 않으며, 전자기성이며 이어서 주변 코일로부터의 자화 전류를 간단히 제거함으로써 탈자화시킬 수 있는 연자성 물질로 제조되어서, 여과 매체, 바람직하게는 400 시리즈(예, 430 S.S.) 스테인리스 스틸 볼이 재사용을 위해서 역플러싱될 수 있게 한다. EC 유닛으로부터의 응집된 입자는 또한 종래의 여과 기술에 의해서 폐수로부터 제거될 수 있다. 또한 많은 응집된 입자는 신속히 침전되고, 이들은 정제수를 간단히 따라냄으로써 제거될 수 있다. 그러나, 방사성 침전물의 제거를 위해서 EMF를 사용하는 것이 특히 유리한데, 그 이유는 일단 제거하면, 이들 폐 고형물은 통상의 방사성 폐기물(radwaste) 처리 시스템에 의해서 용이하게 역플러싱되고 처리되어서, 기계적인 여과 장치에 의해서 생성된 방사성 필터 폐기물을 피할 수 있기 때문이다. 본원 및 청구범위에서 사용되는 용어인 전자기 여과(electro- magnetic filtration: EMF)는 고구배 자기 여과 및 강자성 입자 또는 침전물을 자기적으로 제거하고 여과된 물질이 방사성폐기물 시스템으로 역플러싱되게 하는 그 밖의 자기 여과(magnetic filtration)를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징은 강자성 물질이 아닌 방사성 핵종, 예컨대, 세슘-137이 자성 착화제의 첨가, 예컨대, 자성 필터에 의해서 제거될 수 있는 방사성 핵종과 자성 복합체를 형성하는 코발트 헥사페리시아네이트의 첨가에 의해서 제거될 수 있다는 것이다.

화학적 응집 및 기계적 여과를 위한 통상의 과정에 비한 본 발명의 일부 이점은 다음 사항을 포함한다:

(1) UF 등과 연관된 포스트 이온 교환(post ion exchange)이 필요 없기 때문에 더 적은 용적이 생성된다.

(2) 높은 처리량에서 단지 필요한 경우에만 씨딩제, 예컨대, Fe 또는 Al의 일정한 도입을 제공한다.

(3) UF 또는 표준 여과에 의해서 수행될 수 없는 방사성 동위원소에 대한 개선된 수질을 제공한다.

(4) 화학물질의 도입이 없으며, 염소의 도입이 없고 pH의 현저한 변동이 없기 때문에 작업에 유리하다.

(5) 화학적 응집제, 예컨대, 명반(alum) 또는 석회(lime)의 사용 및 응집 폴리머 단독 사용에 비해서 적은 폐기물 용적이 얻어진다.

(6) 응집제가 화학약품 및 순수한 폴리머 플러리의 탈수에 비해서 현저하게 더 탈수되기 쉬운데, 그 이유는 전기응집된 플록이 덜 결합된 물을 함유하는 경향이 있으며, 더 전단 내성이고, 그로 인해서 더 용이하게 여과 가능하기 때문이다.

(7) EC 과정이 생물학적 미생물의 파괴를 위한 살균제로서 작용할 수 있는데, 그 이유는 폐수의 전자 플러딩(electron flooding)이 물 복합체의 극성 효과를 제거하여 콜로이드 물질이 침전되고, 전자의 증가가 박테리아, 낭포(cyst) 및 바이러스를 파열시키는 삼투압을 발생시키기 때문이다.

(8) TCLP 처리 요건을 통과할 수 있는 금속 산화물이 형성된다.

(9) EC 과정이 오일 및 그리스에 의해서 역으로 영향을 받지 않으며, 이들 오염물이 제거되어서 생성물이 전량 여과, BFF, EMF, UF 또는 RO로 보내질 수 있다.

(10) EC 과정이 폴리머를 포함한 화학약품의 도입 없이 이용될 수 있다.

(11) 공정 장치가 극히 소형(small foot print)이다.

(12) EC가 간단한 장치를 요하며, 가동시에 직면하게 되는 대부분의 문제를 해결하기에 충분한 작동 위치로 작동시키는 것이 용이하다.

(13) EC에 의해서 처리된 폐수가 투명하고, 무색이며 무향인 물이 되게 한다.

(14) EC에 의해서 형성된 슬러지가 용이하게 침전되고 탈수가 용이한 경향이 있는데, 그 이유는 주로 금속성 산화물/수산화물로 구성되기 때문이다. 무엇보다도, 본 발명은 저 슬러지 생성 기술이다.

(16) EC에 의해서 형성된 플록은 화학적 플록보다 매우 더 크며, 덜 결합된 물을 함유하고, 산-내성이며, 더욱 안정하고, 그로 인해서 여과에 의해서 신속하게 분리될 수 있음을 제외하고는 화학적 플록과 유사하다.

(17) EC는 화학적 처리에 비해서 전체 용존 고형물(TDS) 함량이 적은 유출물을 생성시킨다. 이러한 물이 재사용되는 경우, 낮은 TDS 수준은 물 회수 비용을 더 저렴하게 한다.

(18) EC는 가장 작은 콜로이드 입자를 제거하는 이점을 지니는데, 그 이유는 가해진 전기장이 용이하게 그러한 입자를 중화시켜서, 응집을 촉진하기 때문이다.

(19) EC 과정은 화학약품의 사용을 피하게 하며, 그로 인해서 과량의 화학약품을 중화시키는 문제가 없고, 폐수의 화학적 응집이 이용되는 경우에서의 높은 농도로 첨가된 화학 물질에 의해 유발되는 이차 오염의 가능성이 없다.

(20) 전기분해 동안 생성된 기체 기포는 특정의 오염물을 용액의 상부로 운반하고, 그곳에서 더욱 용이하게 농축되어 수거되고 제거된다(예, 걷어냄에 의해서).

(21) EC 셀에서 전기분해 과정은 이동 부분이 없이 전기적으로 조절되어, 유지비가 적게 든다. ,

(22) EC 기술은 전기를 이용할 수 없는 시골지역에서 용이하게 이용될 수 있는데, 그 이유는 유닛에 결합된 유리창이 있는 태양전지가 공정을 수행하는데 충분할 수 있기 때문이다.

희생 전극은 폐수 스트림 내로 용해됨으로써 소모되고, 결국 대체되어야 한다. 본 발명에서 규칙은 처리되는 폐수 조성 및 용적에 좌우된다. 핵 적용의 경 우, 전극을 함유하는 대체 가능한 캐니스터(canister)가 사용될 것이다. 불투성 산화물막이 EC 유닛의 효율 손실을 유도하는 캐소드(cathode)상에 형성된다. 그러나, 그러한 공정수를 위한 유닛이 교란되고 이러한 산화물이 형성되는 것을 결코 허용하지 않는 경우에는 이러한 산화물막은 발생되지 않는다. 컴퓨터에 의해서 조절된 주기적인 전류 적용에 의해서 자가 세정이 또한 스케일링을 방지할 것이다.

폐수 현탁액의 합리적인 전도성 수준이 요구된다. 이는 전극면적을 증가시킴으로써, 채류시간을 증가시킴으로써(예, 사이클 또는 일련의 추가의 셀), 전류량을 증가시킴으로써(예, 전극들을 평행하게 위치하도록 점퍼링(jumpering)시키는 것), 및/또는 무해한 화학약품(예, 황산나트륨 또는 중탄산나트륨 또는 베이킹 소다)을 첨가하여 전도성 및/또는 pH를 증가시킴으로써 낮은 전도성 적용에 대해서 보상될 수 있다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 작동 단계 및 이들 단계를 수행하기 위한 성분 및 시스템을 포함하는 본 발명은 첨부된 도면과 함께 이하 기재된 상세한 설명을 참조함으로써 더 용이하게 이해될 수 있다.

도 1은 방사성 폐수의 처리를 수행하는 본 발명의 시스템의 도식적인 설명이다.

도 2는 본 발명의 전기-응집 유닛을 예시하고 있다.

도 3은 본 발명의 전자기 여과 유닛을 예시하고 있다.

도 4는 도 3의 전자기 여과 유닛을 위한 변화된 하우징 및 여과 매체를 상세 히 예시하고 있는 전개도이다.

도 5는 도 4중의 원(5)에 의해서 나타낸 강자성 여과 매체의 일부를 확대한 도면이다.

도 6은 강자성 여과 매체의 대안적인 구체예를 나타내는 도 4와 유사한 전개도이다.

도 7은 강자성 여과 매체의 추가의 대안적인 구체예를 도시하는 도 4와 유사한 전개도이다.

도 8은 강자성 여과 매체의 또 다른 대안적인 구체예를 도시하는 도 4와 유사한 전개도이다.

바람직한 구체예에 대한 상세한 설명

본 발명의 전기 응집(EC) 유닛에서, 직류가 어떠한 용해된 이온 또는 정전기적으로 현탁된 오염물을 탈안정화시키도록 캐소드-애노드 시스템(cathode-anode system)에 가해진다. 이러한 전기분해 과정 동안에, 희생 애노드의 금속으로부터의 양이온성 화학종이 물에 용해된다. 이들 양으로 하전된 양이온은 중화되고, 그로 인해서 음으로 하전된 오염물을 탈안정화시키고, 또한 침전되어 침전물 부분으로서 중화된 오염물을 형성하는 금속 산화물 및 수산화물을 생성시킨다. 알루미늄 애노드가 사용되는 경우, 알루미늄 산화물 및 수산화물이 형성된다. 철 애노드가 사용되는 경우, 철 산화물 및 수산화물이 형성된다. 알루미늄 애노드가 본 발명에 바람직한데, 그 이유는 철 애노드가 철 산화물로 용이하게 코팅되어 전기분해 과정을 방해하기 때문이다.

금속 산화물과 수산화물의 형성, 및 이들의 후속된 침전은 명반 또는 그 밖의 화학 응집제를 사용한 응집 또는 플록 형성 동안 발생하는 과정과 유사하다. 차이는 전기 응집에서, 양이온이 화학 응집제를 첨가함으로써 생성되는 대신에 애노드 금속의 전기분해 용해에 의해서 생성된다는 것이다. 또한, 유닛에 공급된 전기 에너지가 금속 산화물의 형성을 위한 활성화 에너지를 초과하는 경우, 전류의 적용에 의해서 제공된 활성화 에너지는 필터를 막을 수 있는 끈적끈적한 형태일 수 있는 수산화물 대신에 산화물의 형성을 촉진할 것이다. 금속 산화물은 수산화물 보다 안정하고, 그로 인해서 산에 의한 파괴에 더 내성을 지닌다. 용해된 오염물은 철 브릿징 및/또는 흡착에 의해서 이들 산 내성 침전물의 분자 구조 내로 혼입된다. 또한, 판데르 발스힘(van der Waalls' force)으로 알려진 약한 분자간 힘이 이들 분자가 서로 결합되고 그리하여 플록(floc)로 응집되게 한다. 침전된 플록은 종종 TCLP(EPA의 독성 특성 누출 과정: EPA's Toxicity Characteristic Leaking Procedure)의 요건을 통과할 수 있고, 이는 고형 폐기물 처리비용을 현저하게 저감시킬 것이다.

또한, 전기분해 과정 동안에, 산소 기체가 물 분자의 전기분해에 의해서 애노드에서 생성된다. 동시 반응이 물 분자로부터의 수소 기체를 생성하는 캐소드에서 수행된다. 이들 기체는 응집된 플록 분자가 부유되게 할 수 있으며, 또한, 오일, 그리스 및 생물학적 물질, 예컨대, 전기-삼투 쇼크에 의한 박테리아 및 그 밖의 미생물의 파괴에 의해서 생성된 잔류물의 부유 및 응집을 유발시킬 수 있다. 부유하는 플록은 처리를 위해서 걷어낼 수 있거나, 진탕 또는 그 밖의 교란에 가해 져서 플록을 탈기시킬 수 있으며, 이를 금속 침전물과 함께 침전되게 할 수 있다. 응집 과정은 바람직하게는 서브마이크론 입자의 크기를 100 마이크론 만큼, 바람직하게는 20 마이크론 이상의 평균 크기로 입자의 크기를 증가시켜서, 침전 입자가 표준 20 또는 25 마이크론 필터에 의해서 용이하게 제거될 수 있게 한다.

또 다른 중요한 캐소드 반응은 원소상태로 용해된 금속 양이온을 환원시켜서 이들이 캐소드상의 금속 코팅으로서 도금되어 나오게 함을 포함한다. 이들 금속의 일부 이상은 방사성활성이기 때문에, 본 발명의 캐소드는 이들의 극성을 역전시켜서 공정 애노드가 재생 캐소드가 되게 하고, 공정 캐소드가 재생 애노드가 되게 하여 공정 캐소드로부터의 금속 코팅을 탈도금시킴으로써, 및 유체 흐름을 재생 애노드(즉, 공정 캐소드)에 통과되게 하여 비도금된 금속 양이온을 통상의 방사성활성 폐기 처리 시스템에 운반되게 함으로써 그 위치에서 재생되어야 한다.

도 1을 참조하며, 일반적으로 (10)으로 지정한 방사성활성 수처리 시스템을 도시하고 있으며, 여기서, 유입 폐수 스트림(12)의 pH 및 전도선은 요구되는 경우 탱크(14)에서 조절될 수 있다. 높은 pH가 탱크(16)으로부터의 산 용액(황산)의 도입에 의해서 하향으로 조절되거나, 낮은 pH가 탱크(18)로부터의 염기 용액(예컨대, 수산화나트륨 또는 중탄산나트륨)의 도입에 의해서 상향으로 조절될 수 있다. 폐수의 전도성을 상승시키기 위해서, 전기분해 용액(예컨대, 황산나트륨 또는 중탄산나트륨)이 탱크(20)으로부터 탱크(14)내로 도입될 수 있다. 전도성이 또한 철 성분, 예컨대, 마그네타이트(magnetite)를 조절 탱크(14)내로 도입함에 의해서 상승될 수 있으며, 특히, 여기서, EC 유닛(26)으로부터의 유출수중의 침전물이 EMF 유 닛에 의해서 후속적으로 제거되어야 한다. 처리되는 폐수중의 우려되는 동위원소의 일부는 전이금속 활성화 생성물, 예컨대, Mn-54, Fe-55, Fe-59, Co-58, Co-60 및 Zn-65 및 이들의 비교적 짧은 수명 붕괴 소산물(progeny)이다.

산 용액은 계량 펌프(17)에 의해서 조절 탱크(14)로 전달될 수 있으며, 기초 용액은 계량 펌프(19)에 의해서 전달되고, 전기분해 용액은 계량 펌프(21)에 의해서 전달될 수 있다. 유입 폐수가 6 내지 8, 바람직하게는 6.5 내지 7.5, 더욱 바람직하게는 약 7.0의 요구된 pH 범위에 있고, 전도성이 2 내지 1000 μmhos, 바람직하게는 5.0 μmhos 이상, 더욱 바람직하게는 20μmhos 이상, 가장 바람직하게는 200 내지 800μmhos(수돗물은 약 200μmhos이다)의 범위인 경우에, 조절된 폐수가 펌프(24)에 의해서 전원(30)의 양극 단자에 병렬로 연결된 다수의 희생 금속 애노드(28)와 전원(30)의 음극 단자에 병렬로 연결된 다수의 캐소드를 지니는 전기응집(EC) 유닛에 전달된다.

EC 유닛(26)에 공급된 폐수는 애노드(28)과 캐소드(29) 사이에 전류를 수송하는 전해질(34)로서 작용하며, 이러한 전류의 양은 폐수의 전도성 및 전원의 단자를 가로지르는 접압에 좌우되고, 조절 패널(32)에 의해서 조절된다. 전류의 양은 바람직하게는 3 암페어 이상, 더욱 바람직하게는 4 내지 6 암페어의 범위이다. 설명되고 있는 바와 같이, 희생 전극(28)의 금속의 전기분해 반응 및 용해가 폐수중의 용해된 오염물, 콜로이드성 오염물 및 현탁된 오염물의 응집을 유발시켜서 플록 또는 침강물의 형태로 침전물을 생성시킨다. EC 유닛(26)으로부터, 처리된 폐수는 플록 및 침강 탱크(36)으로 흐르고, 여기서, 일부의 침전물이 플록(F)로서 부유될 수 있으며, 일부의 침전물은 침강물(S)로서 침강될 수 있고, 둘 사이의 중간 물질은 정화된 물(C)이다.

이 시점에서, 부유 플록(F)은 걷어낼 수 있으며, 정화된 물(C)은 침강물(S)로부터 따라내서 요구되는 경우 추가의 처리를 위해서 이송되고, 침강물(S)은 탈수 용기, 예컨대, 시이트 필터가 있는 고건전성용기(high integrity container: HIC)로 전달되고, 그 후에, 통상의 형태로 처리된다. 그러나, 많은 경우에, 탱크(36)의 함유물의 추가의 처리가 정화된 물(C)중에 존재하는 더 적은 오염물을 함유하는 유출수를 제공하는데 바람직할 수 있다. 추가의 처리를 위해서, 침강물(S) 및 플록(F) 둘 중 하나 또는 둘 모두가 정화된 물(C)과 재혼합되고 혼합물이 펌프(38)에 의해서 통상의 분리 장치, 예컨대, 고구배 자성 여과 유닛, 초여과 유닛, 마이크로 여과 유닛, 시이트 필터, 바람직하게는 역플러싱 가능한 필터(backflushable filter: BFF)가 있는 탈수 가능한 HIC로 전달되어 폐수로부터 침전물을 분리할 수 있으며, 이들 유닛 모두는 도 1에 통상의 필터로서 지정된 박스(40)로 나타내고 있다. 통상의 필터(40)에 의해서 폐수로부터 분리된 여과된 침전물은 이어서 처리를 위한 통상의 방사성폐기물 시스템(42)으로 전달된다. 탱크(36)내의 플록 및 침강 침전물 및 어떠한 현탁된 침전물의 크기를 추가로 확대하기 위해서, 플록 형성 폴리머, 예컨대, 비츠-1138(BETZ-1138)이 계량 펌프(37)를 통해서 공급 탱크(35)로부터의 탱크(36)의 함유물에 첨가될 수 있다.

바람직하게는 탱크(36)로부터의 혼합물은 펌프(38)에 의해서 이하 기재된 바와 같은 본 발명에 따라 제조되고 작동하는 전자기 필터(electro-magnetic filter: EMF) 유닛(44)에 전달된다. EMF의 자기장이 이의 전기 코일에 전원(48)으로부터의 직류를 가함으로써 활성화되는 경우, 코일(46)에 의해서 둘러싸인 강자성 여과 매체 층(50)이 자기화되고, 그리하여 폐수로부터 강자성 성분, 예컨대, 폐수 유입물(12)이 비등수형 원자로(BWR)로부터 유래하는 경우의 이온 함유 침전물을 함유하는 어떠한 전기-응집된 침전물을 자기적으로 제거할 수 있게 한다. 강자성 여과 매체 층(50)은 다수의 작은 강자성 조각물, 바람직하게는 평활 또는 다면 표면(전자가 바람직함)을 지닐 수 있는 연질 또는 일시적 자성 물질(예, 430 S.S.)의 작은 스테인리스 강(steel) 볼로 제조된다. 볼은 비-자기화 가능한 물질로 제조되어 전기 코일(46)의 중심을 통과하는 관형 하우징(52)에 적층된다. 침전물 함유 폐수는 바람직하게는 하우징(52), 매체 층(50) 및 코일(46)의 통해서 하방으로 통과한다. EMF 유닛(44)로부터의 유출물은 그 후에 배출 또는 재생을 위한 회수된 물 탱크(54)에 전달될 수 있다.

전원(48)로부터의 전류가 코일(46)을 통과하는 동안에, 여과 매체 층(50)은 자기화되고, 그에 따라서, 플록 탱크(36)로부터의 폐수 유입물중의 강자성 침전물을 끌어당겨 축적시킨다. EMF 유닛의 여과 효율이 허용되지 않는 수준으로 열화되면, 코일(46)에 대한 전류를 차단하고, 여과 매체(50)을 펌프(56)로부터의 비오염된 물의 흐름으로 역플러싱시켜서 여과 매체 층(50)으로부터의 탈자성화된 침전물을 제거하고, 이들을 바람직하게는 시이트 필터 또는 BFF, 또한 또 다른 형태의 종래 필터일 수 있는 필터가 장착된 HIC일 수 있는 탈수 부품(58)내로 전달한다. 탈수 용기(58)로부터 회수된 정화된 물은 이어서 배출 또는 재생을 위한 회수된 물 탱크(54)로 보내질 수 있다.

탱크(36)에 수거된 EC 유닛으로부터의 유출물이 비-강자성 화학종, 예컨대, 세슘(Cs)을 함유하는 경우, 이들 화학종은 또한 먼저 탱크(36)의 함유물에 계량 펌프(57)를 통해서 자성 씨딩 탱크(60)으로부터의 자성 착화제를 첨가함으로써 EMF 유닛에 의해서 제거될 수 있다. 착화제는 강자성 성분을 지닌다. 착화제는 비-강자성 화학종과 자성 착물을 형성하여, EMF 유닛이 폐수로부터 생성되는 강자성 착물을 분리하는데 사용될 수 있게 한다. 비-강자성 화학종이 Cs인 경우, 바람직한 착화제는 코발트 헥사페리시아네이트(hexaferricyanate)이다.

상기 나타내고 있는 바와 같이, 캐소드 반응은 용해된 금속 양이온을 원소상태로 환원시켜서 이들이 캐소드(29)상에 금속 코팅으로서 도금되어 나오게 함을 포함한다. 적어도 일부의 이들 금속은 방사성 활성일 것이기 때문에, 캐소드(29)는 이들의 극성을 역전시켜서 공정 애노드(28)가 재생 캐소드가 되게 하고 공정 캐소드(29)가 재생 애노드가 되게 하여 전류의 방향을 역전시키고 그리하여 공정 캐소드로부터 금속 코팅을 비도금되게 함으로써 그 위치에서 주기적으로 재생되어야 한다. 펌프(24)는 유체 흐름이 재생 애노드(즉, 공정 캐소드)를 통과하도록 사용될 수 있으며, 그러한 재생 애노드는 재생 플러시(regenerating flush: 55)로서 작용하여 비도금된 금속 양이온이 통상의 방사성 활성 폐기물 처리 시스템, 예컨대, 방사성활성 폐기물 시스템(42)로 운반되게 한다.

EC 유닛의 바람직한 구체예에 대한 상세한 설명이 도 2에 도시되어 있으며, 여기서, 희색 애노드(28)가 양극 단자(62) 및 연결 와이어(63)를 통해서 전원(30) 의 양극 단자에 병렬로 연결된다. 희생 애노드와 교대되는 캐소드(29)는 음극 단자(65)와 연결 와이어(66)를 통해서 전원(30)의 음극 단자에 병렬로 연결된다. 애노드(28)와 캐소드(29)는 유체 유입구(71) 및 유체 출구(72)를 지니는 하우징(70)의 전해질 챔버(68)내에 뜨도록 헤더(header) 또는 캡(cap: 69)상에 설치된다. 전해질 챔버(68)을 통한 유체 흐름은 바람직하게는 화살표(73)의 방향으로 상향으로 되어 있고, 유속은 1 l/분(lpm) 내지 200 갈론/분(gpm), 바람직하게는 셀당 5 gpm 이상의 범위일 수 있다. 전형적인 셀을 위한 하우징은 직경이 약 4 내지 6 인치 및 길이가 약 3 내지 4 피트일 수 있으며, 약 3 내지 4 개의 애노드 및 약 3 내지 4 개의 캐소드를 함유할 수 있다. 전형적인 생산 유닛은 약 6 내지 12개의 셀을 병렬로 포함하여 전체 유량이 PWR, BWR, 연료 풀, 또는 저장 수소인 경우 바람직하게는 약 30 내지 60gpm이 되게 할 수 있다. 화살표(73)의 방향으로의 상향흐름이 바람직하지만, 처리되는 폐수는 어떠한 방향으로 하우징 챔버(68)을 통해서 흐를 수 있다. EC 유닛(26)을 통한 상향흐름이 폐수의 처리 및 전극(28) 및 (29)의 그 위치에서의 세정 둘 모두에 바람직한데, 그 이유는 전극이 바람직하게는 캡(69)의 하방에 설치되고 떠 있어서 그 흐름이 이들의 원위 단부에서 플레이트 사이에 유입되는 경우 유체 흐름을 덜 방해하기 때문이다.

EC 유닛(26) 단독이 (12)의 폐수 유입 스트림중의 금속 오염물(철, 콜로이드 및 현탁된 입자로서 존재하는)의 99% 이상을 침전물로서 형성시켜서, 후속된 여과, 바람직하게는 기재된 형태의 EMF 유닛에 의한 여과가 방사성활성 폐수로부터 실질적으로 모든 오염물을 제거하게 할 것이다. 측정이 유입물 및 EC 유닛 유출물을 수용하는 침강 용기중의 정화된 물(상등액)의 금속 함량으로 이루어지는 도 2에 도시된 유닛과 유사한 EC 유닛의 시험은 하기 제거 효율을 입증하고 있다: 구리의 경우 99.0% 내지 99.9%, 철의 경우 99.8%, 니켈의 경우 99.5%, 및 아연의 경우 98.7 내지 99.9%. 전체 현탁된 고형물에 대한 입증된 제거 효율은 97.9%였다.

EMF 유닛의 바람직한 구체예가 도 1 보다 더 명확하게 도시하고 있는 도 3에 도시되어 있으며, 이는 여과 매체 층(50)이 다수의 작은 조각물, 바람직하게는 스테인리스 강 볼 베어링(74)를 포함하고 매체 하우징(52)의 세로 중심선이 바람직하게는 하우징(52)을 둘러싸는 전기 코일(46)의 중심축과 함께 정렬됨을 도시하고 있다. 평활한 둥근 표면을 지니는 볼 베어링이 패킹된 층(50)에 사용하기에 바람직한데, 그 이유는 그러한 패킹된 층이 큰 공극 용적을 지니며, 이는 강자성 침전물의 높은 부하를 가능하게 하기 때문이다. 코일(52)이 스풀(spool: 77) 주위를 감고 있는 연속적인 전기 전도체(76)로 제조된다. 전도체(76)의 각각의 단부는 전기 전도체(78) 및 (79) 및 이들의 상응하는 연결 와이어를 통해서 직류 전원(48)에 연결되어 있다. EMF 유닛은 자유로운 액체 흐름을 제공하기에 충분한 메시 크기이며 필터 매체 볼(74)의 통과를 방지하기에 충분히 작은 메시 크기인 지지 스크린(80)을 포함한다. 따라서, 스크린(80)은 하우징(52)의 출구(82) 위의 필터 매체를 지지한다. 유닛(44)은 도관(84)에 의해서 펌프(38)의 출구에 연결되고, 도관(87)에 의해서 회수된 물 탱크(54)에 연결되고, 이는 또한 여과 매체(50)를 통한 유체 흐름의 유량을 조절하는 밸브(86)를 포함한다. 여과 매체 층(50)을 통한 유체 흐름의 방향은 바람직하게는 축적되는 침전물을 제거하기 위한 하향 흐름 보다 더 효과 적인 후속된 상향 역세척 흐름을 촉진하도록 화살표 (83) 및 (85)에 의해서 예시된 바와 같이 하향으로 흐르는데, 그 이유는 더 무거운 침전물이 흐름이 층에 유입되는 지점 및 그 근처에서 축적되고, 지지 스크린(80)이 하향 흐름을 이용하여 이러한 침전물을 배출시키는 것을 방해할 것이기 때문이다. 그러나, EMF 유닛은 또한 처리되는 폐수 및 역플러싱 물의 흐름 방향에 무관하게 강자성 침전물의 제거에 효과적이다. EMF 하우징(52)를 통한 유체 흐름의 유량은 생산 EC 유닛을 통한 전체 유량에 따라서 1 lpm 내지 200gpm의 범위이어서, 생산 EMF 유닛 흐름이 바람직하게는 30 내지 60gpm의 범위가 되게 할 수 있다.

도 4에서는, 여과 매체를 하우징내에 유지시키고, 하우징을 유입 및 유출 도관에 연결하기 위한 각 단부에서 단부 캡(90)을 지니는 변화된 EMF 하우징(52)을 도시하고 있다. 각각의 하우징 및 캡은 여과 매체를 지지하는 벽(91)을 함유하고 있으며, 이를 통해서 여과 매체의 각각의 조각들의 통과를 방지하는 스크린 부재(93)을 함유하는 흐름 튜브(92)를 통과한다. 다면체의 430 스테인리스 강 볼(74)로 구성된 변화된 여과 매체가 또한 도시되어 있으며, 이의 면이 도 5에 보다 명확하게 도시되어 있다.

도 6에서는, 여과 매체가 10 마이크론 메쉬 크기인 430 스테인리스 강 스크린(94)인 EMF 유닛의 대안적인 변형을 도시하고 있으며, 이의 펀칭되거나 직조된 스크린 구멍(95)이 도 7에 더 상세히 도시되어 있다. 도 8에서는, EMF 유닛의 추가의 대안적인 구체예가 도시되어 있으며, 여기서, 여과 매체는 430 스테인리스 강의 하나 이상의 관형 시이트(97)를 포함하고 있다.

방사성 활성 폐수중에 현탁된 이온 및 콜로이드 및 그 밖의 고형물의 전기분해 응집을 위한 바람직한 파라메터는 요구되는 경우 수산화나트륨 또는 중탄산나트륨의 소다를 첨가함으로써 폐수의 pH를 5.5 내지 8.0, 바람직하게는 7.0 내지 8.0 범위로 조절하고, 요구되는 경우 황산나트륨 또는 중탄산나트륨을 첨가함으로써 저항을 5μmhos/cm 또는 그 초과, 바람직하게는 20 내지 30μmhos/cm(센티미터당 마이크로-지멘스, 즉 μmhos는 μohms의 역수이며, 또한 마이크로-지멘스라 칭할 수 있다)로 조절하고, 23 내지 24 볼트에서 4 내지 6, 바람직하게는 5 암페어의 직류(DC)를 가하는 것이다. 이들 파라메터에 의해서 생성된 응집된 플록은 20 내지25 미크론 필터에 의해서 제거될 수 있다. 5 μmhos 미만의 저항을 지니는 폐수가 황산나트륨 또는 중탄산나트륨의 소다를 첨가함으로써 요구된 범위로 조절될 수 있다.

전기-응집(EC)의 효과는 유속을 저하시키거나 흐름을 재순환시킴으로써 더 많은 전기 접촉시간을 제공하고, 전해질에 침지된 전극면적을 증가시키고, 애노드와 캐소드 사이의 전류밀도를 증가시키고, 예컨대, 양극 단자와 음극 단자 사이에 직렬로 연결(그리하여 이들을 병렬로 연결시킴)된 동일한 타입의 전극들을 점퍼링시키고, 황산나트륨 또는 중탄산나트륨의 소다를 첨가함으로써 전도성을 상승시킴으로써 증가될 수 있다.

방사성 활성 금속은 전기응집 장치의 캐소드상에 도금되어 나오기 때문에, 이들 전극은 탈오염 설비에서의 세정을 위해서 제거되는 대신에 그 위치에서 유지되면서 석출된 금속이 세정되는 것이 바람직하다. 그러한 그 위치에서의 세정은 바람직하게는 일시적인 역 전류에 의해서 수행되며, 그러는 동안, EC 애노드는 캐소드가 되고 EC 캐소드는 애노드가 되어 전기-세정이 수행되게 한다. 이러한 역 전류는 도금된 금속을 폐기물 액내로 재용해되게 하고, 이어서 폐기물 액이 통상의 방사성 활성 처리 시스템으로 역 플러싱된다.

자성 필터의 바람직한 파라메터는 직경이 약 0.2 내지 0.5 cm, 더욱 바람직하게는 7/32 인치인 스테인리스 강 볼 베어링(74)의 코어를 둘러싸고 있는 전도체 코일에 36 볼트의 직류 10암페어를 가하는 것이다. 사용된 스테인리스 강 볼은 둘러싸고 있는 코일을 통한 직류의 부재하에서는 자성화된 상태로 유지되지 않는 연자성 코어로서 작용해야 한다. 경자성 코어가 사용되는 경우, 교류 전류가 코일에 적용되어 경질 금속 코어를 "탈자성화"시켜야 하며, 그렇지 않으며, 그 자성 유지될 것이다.

BWR 폐수중의 플록은 철을 함유하기 때문에, 자성이며 전자기 필터에 의해서 폐수로부터 분리될 수 있다. 폐수중의 강자성 물질의 양이 적은 경우, 전자기 여과(electromagnetic filtering: EMF)의 효과는 폐수를 전기-응집에 가하기 전에 씨딩제로서 마그네타이트를 폐수에 첨가함으로써 증진될 수 있다. 조합된 EC-EMF 시스템을 빠져나오는 정화된 물이 처리, 재사용 또는 재순환하기에 너무 높은 전도성을 지니는 경우, 전도성은 그러한 정화된 물을 이온 교환 시스템에 통과시킴으로써 저하될 수 있다.

이하의 설명은 이온, 콜로이드성 입자 및 현탁된 고형물을 함유하는 용액 또는 슬러리의 형태의 오염물을 함유하는 방사성 활성 폐수의 처리를 위한 도 1의 시 스템의 작동예이다. 슬러리를 조절 탱크(14)에 공급하고, 여기서, 슬러리의 pH는 수산화나트륨(또는 pH와 전도성 둘 모두를 조절하는 중탄산나트륨)의 첨가에 의해서 5.5 내지 7로 조절하고, 이의 전도성은 포화된 황산나트륨 용액 또는 중탄산나트륨 용액의 첨가에 의해서 약 2 μmhos 내지 약 100 μmhos로 조절된다. 낮은 전도성은 EC 전극 사이의 무시할 만한 전류를 초래할 것이며, 높은 전도성은 약 4 내지 5 암페어의 전류를 제공할 것이다. 조절 탱크(14)로부터의 조절된 유입물은 일정한 유속으로 EC 유닛(26)에 공급되고, EC 유닛을 통해서 플록 탱크(36)으로 흐름에 따라서 폐수를 통한 1-암페어-분의 전류를 가하기에 충분한 전압에서 전력 공급원(30)이 작동된다. 플록 탱크(36)에서, 충분한 비츠-1138(Betz-1138)이 첨가되어 약 4 내지 10ppm의 플록 형성 폴리머를 제공하고, 그러한 폴리머는 탱크(36)중의 침강물(S)와 플록(F)을 현저하게 더 크게 한다. 그러나, EC 유닛 단독이 덜 결합된 물, 더 높은 전단 강도 등을 지님으로 해서 더 용이하게 탈수 가능하다.

그렇게 처리된 폐수는 이어서 펌프(38)에 의해서 EMF 유닛 (44)를 통해서 운반되고, EMF 유닛(44)에서 이러한 폐수는 430 스테인리스 강으로 제조되며 평활면(가장 바람직하게)을 지니는 패킹된 볼 베어링 층을 통해서 통과된다. 7.5 암페어의 전류가 생성된 전자기장을 통해서 폐수가 통과하는 동안에 코일에 가해진다. 하유징(52)을 통한 이러한 물의 유속 및 코일(46)의 축상 길이는 자기장내의 폐수의 채류시간이 약 2.5초가 되게 한다. 이러한 처리의 효과는, 펌프(38)에 공급되는 플록 탱크(36)의 교반 함유물의 적색/갈색 침전물의 아주 탁한(불투명) 현탁액과 비교한, 회수된 물 탱크(54)에 전달된 EMF 유출물의 시각적 투명도(투명 또는 무색)에 의해서 입증된다. 이러한 처리된 물은 또한 검출 가능한 비-휘발성 방사성 활성이 없다(약간의 휘발성 트리튬 기체가 여전히 있을 수 있다)

그 후에, EMF 유닛은 전류을 차단하고 활성화 펌프(56)에 의해서 패킹된 볼 코어를 통해서 액체 역 흐름을 제공하여 축적된 플록을 플러싱하고, 이러한 플록을 탈수 용기(58), 예컨대, 방사성 활성 슬러지를 처리하기 위한 고건전성용기(HIC), 또는 일부 그 밖의 통상의 처리 시스템에 전달한다. 이러한 세정 액체로부터의 침전된 침전물은 일반적으로 EPA의 TCLP 처리요건에 부합하며, 그로 인해서 일반적으로 HIC에 밀봉되고 저수준 폐기물 처리부위로 운반될 것이다.

폐기물 처리분야의 전문가에게는 많은 변화 및 치환이 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 상기된 바람지한 구체예에 적용될 수 있다는 것이 자명할 것이다.

Claims

음전하를 지니는 이온, 콜로이드, 현탁된 고형물 또는 이의 조합물 형태의 오염물을 함유하는 방사성 활성 폐수를 처리하는 방법으로서,

전류를 애노드 수단과 캐소드 수단 사이에 위치한 일정량의 물에 통과시켜서 오염물의 전기-응집을 유발시키는데, 상기 애노드 수단이 물중에 용해되는 금속으로 제조된 하나 이상의 애노드 원소를 포함하여 오염물상의 음전하를 중화시키는 금속의 양이온을 제공하고 중화된 오염물을 함유하는 금속의 산화물 또는 수산화물 침전물을 형성시키게 하여, 전기-응집을 유발시키고,

일정량의 폐수로부터의 침전물을 분리하여 전기-응집전에 폐수중에 존재하는 오염물 보다 실질적으로 더 적은 오염물을 지니는 유출수를 제공함을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 전류가 폐수를 통해서 통과하기 전에, 화합물이 폐수에 첨가되어 이의 pH가 6 내지 8.0의 범위가 되게 하는 방법.
제 1항에 있어서, 전류가 폐수를 통해서 통과하기 전에, 화합물이 폐수에 첨가되어 이의 전도성이 2 내지 1000 μmhos의 범위가 되게 하는 방법.
제 1항에 있어서, 침전물의 입자가 평균 크기를 지니며, 방법이 침전물이 폐 수로부터 분리되기 전에 입자의 평균 크기를 증가시키도록 플록 형성 폴리머를 전기-응집으로부터의 폐수에 첨가함을 추가로 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 오염물의 적어도 일부가 비-강자성 물질이며, 방법이 강자성 성분을 지니는 폐수에 비-강자성 오염물과 강자성 착물을 형성하는 화합물을 첨가함을 추가로 포함하고, 분리 단계가 폐수로부터 강자성 착물을 분리하기 위한 전자기 필터를 사용함을 포함하는 방법.
제 5항에 있어서, 비-강자성 오염물 부분이 세슘을 함유하고, 첨가된 화합물이 코발트 헥사페리시아네이트인 방법.
제 5항에 있어서, 전자기 필터가 전자기 코일에 의해서 둘러싸인 여과 매체를 포함하고, 여과 매체가 자성화 가능한 조각물의 층을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 침전물의 적어도 일부가 강자성 성분을 함유하고, 분리 단계가 폐수로부터 강자성 침전물을 분리하기 위한 전자기 필터를 사용함을 포함하는 방법.
제 8항에 있어서, 전자기 필터가 전자기 코일에 의해서 둘러싸인 여과 매체를 포함하고, 여과 매체가 자성화 가능한 조각물의 층을 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 애노드 수단이 알루미늄으로 제조된 하나 이상의 희생 원소를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 애노드 수단이 철로 제조된 하나 이상의 희생 원소를 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 애노드 수단이 첫 번째 세트의 금속 플레이트를 포함하고, 캐소드 수단이 첫 번째 세트의 플레이트와 교대로 평행하게 배열된 두 번째 세트의 플레이트를 포함하고; 첫 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 양극 단자에 직렬로 연결되고, 두 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 음극 단자에 직렬로 연결되는 방법.
제 1항에 있어서, 애노드 수단이 첫 번째 세트의 금속 플레이트를 포함하고, 캐소드 수단이 첫 번째 세트의 플레이트와 교대로 평행하게 배열된 두 번째 세트의 플레이트를 포함하고; 첫 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 양극 단자에 병렬로 연결되고, 두 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 음극 단자에 병렬로 연결되는 방법.
제 1항에 있어서, 침전물의 적어도 일부가 방사성 활성 및 강자성 성분을 함 유하고; 분리 단계가 전자기장에 의해서 자성화된 강자성 여과 매체상에 적어도 침전물 부분을 축적시킴으로써 폐수중의 침전물 부분을 분리하고; 방법이 전자기장을 주기적으로 제거하여 여과 매체를 탈자성화하고 여과 매체로부터 침전물 부분의 축적물을 이탈시키고, 이어서 여과 매체를 통한 액체의 흐름을 제공하여 이탈된 축적물을 플러싱하고, 이를 방사성 활성 폐기물을 처리하는 수단에 운반함을 추가로 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 애노드 수단이 전력 공급원의 양극 단자에 연결되고, 캐소드 수단이 전력 공급원의 음극 단자에 연결되어서 전류가 방사성 활성 침전물이 캐소드 수단상에 축적되게 하는 방향으로 물을 통해서 흐르게 되고; 방법이 애노드 수단을 음극 단자에 주기적으로 연결하고 캐소드 수단을 양극 단자에 주기적으로 연결하여 전류의 방향이 역전되고, 방사성 활성 침전물의 축적물이 이탈되게 하고, 이어서 액체의 흐름을 캐소드 수단에 통과되게 하여 이탈된 축적물을 플러싱하고, 이러한 축적물을 방사성 활성 폐기물을 처리하기 위한 수단에 운반함을 추가로 포함하는 방법.
제 1항에 있어서, 침전물의 입자가 평균 크기를 지니며, 방법이 플록 형성 폴리머를 전기-응집으로부터의 폐수에 첨가하여 침전물이 폐수로부터 분리되기 전에 입자의 평균 크기를 증가시키고, 침전물의 적어도 일부가 강자성 성분을 함유하고, 분리단계가 폐수로부터 강자성 침전물을 분리하기 위한 전자기 필터를 사용함 을 포함하는 방법.
음전하를 지니는 이온, 콜로이드, 현탁된 고형물 또는 이의 조합물 형태의 오염물을 함유하는 방사성 활성 폐수를 처리하는 시스템으로서,

애노드 수단, 캐소드 수단, 및 애노드 수단과 캐소드 수단 사이에 일정량의 폐수를 제공하는 수단을 포함하는 전기-응집 어셈블리;

애노드 수단으로부터의 전류를 일정량의 폐수를 통해서 애노드 수단에 통과시켜 오염물의 전기-응집을 유도하는 수단으로, 상기 애노드 수단이 물중에 용해되는 금속으로 제조된 하나 이상의 애노드 원소를 포함하여 오염물상의 음전하를 중화시키는 금속의 양이온을 제공하고 중화된 오염물을 함유하는 금속의 산화물 또는 수산화물 침전물을 형성시키게 구성되어 있는, 오염물의 전기-응집을 유도하는 수단; 및

일정량의 폐수로부터 침전물을 분리하여 전기-응집 전에 폐수중에 존재하는 오염물 보다 실질적으로 더 적은 오염물을 지니는 유출수를 제공하는 수단을 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 폐수에 화합물을 첨가하여 전류가 폐수를 통과하기 전에 폐수의 pH를 6 내지 8.0의 범위가 되게 하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 폐수에 화합물을 첨가하여 전류가 폐수를 통과하기 전에 폐수의 전도성을 2 내지 200 μmhos가 되게 하는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 침전물의 입자가 평균 크기를 지니며, 시스템이 플록 형성 폴리머를 전기-응집으로부터의 폐수에 첨가하여 침전물이 폐수로부터 분리되기 전에 입자의 평균 크기를 증가시키는 수단을 추가로 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 오염물의 적어도 일부가 비-강자성 물질이며, 시스템이 강자성 성분을 지니는 폐수에 비-강자성 오염물과 강자성 착물을 형성하는 화합물을 첨가하는 수단을 추가로 포함하고, 분리 수단이 폐수로부터 강자성 착물을 분리하기 위한 전자기 필터 어셈블리를 포함하는 시스템.
제 21항에 있어서, 비-강자성 오염물 부분이 세슘을 함유하고, 첨가된 화합물이 코발트 헥사페리시아네이트인 시스템.
제 21항에 있어서, 전자기 필터 어셈블리가 강자성 물질로 제조되며 전자기 코일에 의해서 둘러싸인 여과 매체를 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 침전물의 적어도 일부가 강자성 성분을 함유하고, 분리 수단이 폐수로부터 강자성 침전물을 분리하기 위한 전자기 필터 어셈블리를 포함하는 시스템.
제 24항에 있어서, 전자기 필터 어셈블리가 강자성 물질로 제조되고 전자기 코일에 의해서 둘러싸인 여과 매체를 포함하는 시스템.
제 25항에 있어서, 여과 매체가 자성화 가능한 조각물들의 층을 포함하는 시스템.
제 25항에 있어서, 여과 매체가 자성화 가능한 강(steel) 볼의 층을 포함하는 시스템.
제 25항에 있어서, 여과 매체가 자성화 가능한 강 스크린을 포함하는 시스템.
제 25항에 있어서, 여과 매체가 자성화 가능한 강 튜브 또는 롤링된 강 시이트(rolled steel sheet)를 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 애노드 수단이 알루미늄으로 제조된 하나 이상의 희생 원소를 포함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 애노드 수단이 철로 제조된 하나 이상의 희생 원소를 포 함하는 시스템.
제 17항에 있어서, 애노드 수단이 첫 번째 세트의 금속 플레이트를 포함하고, 캐소드 수단이 첫 번째 세트의 플레이트와 교대로 평행하게 배열된 두 번째 세트의 플레이트를 포함하고; 첫 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 양극 단자에 직렬로 연결되고, 두 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 음극 단자에 직렬로 연결되는 시스템.
제 17항에 있어서, 애노드 수단이 첫 번째 세트의 금속 플레이트를 포함하고, 캐소드 수단이 첫 번째 세트의 플레이트와 교대로 평행하게 배열된 두 번째 세트의 플레이트를 포함하고; 첫 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 양극 단자에 병렬로 연결되고, 두 번째 세트의 플레이트가 전력 공급원의 음극 단자에 병렬로 연결되는 시스템.
제 17항에 있어서, 침전물의 입자가 평균 크기를 지니며, 시스템이 플록 형성 폴리머를 전기-응집으로부터의 폐수에 첨가하여 침전물이 폐수로부터 분리되기 전에 입자의 평균 크기를 증가시키고, 침전물의 적어도 일부가 강자성 성분을 함유하고, 분리 수단이 폐수로부터 강자성 침전물을 분리하기 위한 전자기 필터 어셈블리를 포함하는 시스템.