KR20090083588A - 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의처리방법 및 처리장치 - Google Patents

고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의처리방법 및 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의 처리방법 및 처리장치에 관한 것으로 방사성 물질을 함유한 폐액을 고온의 플라즈마로 열분해한 후 산화시키는 2단계 처리를 통해 바닥재(Bottom ash)와 고온 가스로 분리시키고, 상기 바닥재(Bottom ash)를 포집하여 배출하고, 상기 고온 가스에 포함된 비산재(Fly ash)를 제거하고, 비산재가 제거된 상기 고온 가스를 냉각시킨 후 배출하고, 상기 냉각 과정에서 발생된 응축수를 증발 건조시켜 순수한 물과 고체 폐기물로 분리한 후 각각 배출함으로써 방사성액상폐기물을 안정한 고형물, 순수한 물, 무해한 배출가스로 최종 처리할 수 있는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020080009482
증발·농축장치, 탈기설비, 플라즈마 열분해·산화 반응로, 바닥재 포집 호퍼, 싸이클론 집진기, 비산재 포집 호퍼, 열교환기, 응축수 포집탱크, 응축수 정화장치, 플라즈마 토치

Description

고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의 처리방법 및 처리장치 {Radioactive Organic Waste Water Treatment Process and Equipment by Thermal Plasma Technology}
제1도는 본 발명에 따른 처리시스템 및 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
제2도는 폐액처리용 고온 플라즈마 시스템의 전체 공정도이다.
제3도는 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로의 단면도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 *
10 : 증발·농축장치 20 : 탈기설비
30 : 임시저장탱크 40 : 플라즈마 열분해·산화 반응로
41 : 플라즈마 열분해 반응로 42 : 산화 반응로
43 : 바닥재 포집 호퍼 50 : 싸이클론 집진기
51 : 비산재 포집 호퍼 60 : 1차 열교환기
70 : 응축수 포집탱크 80 : 응축수 정화장치
90 : 2차 열교환기 100 : 습식세정장치
110 : 습분제거장치 120 : 히터
130 : 촉매산화반응기 140 : 촉매환원반응기
411 : 플라즈마 토치 412 : 분사노즐
발명의 분야
본 발명은 방사성 액상폐기물의 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고온의 플라즈마 열분해·산화 처리를 통해 방사성액상폐기물을 안정한 고형물, 순수한 물, 무해한 배출가스로 최종 처리하는 방사성 액상폐기물의 처리방법 및 처리장치에 관한 것이다.
발명의 배경
원전 증기발생기 세관의 화학 세정시, 금속 이온의 킬레이트제로 사용되는 EDTA는 착화(Complexation)를 통한 여러 금속이온들의 이동성을 통제ㆍ조절할 수 있다는 장점을 지니고 있다. EDTA는 강력한 킬레이팅 화학물질로 금속 이온과 6개의 배위결합 위치를 가지고 있으며, 금속 이온과 1:1로 매우 안정한 킬레이트 화합물을 형성한다. 이러한 특징 때문에 EDTA는 원자력산업 분야에서 중요한 제염제로 사용되고 있다. 원자력발전소에서 화학세정 및 제염시 사용되는 EDTA 물질은 방사능을 띤 양이온 금속이온과 착화물을 유발시켜 방사성 핵종이 다른 음이온과 반응 하려는 성질을 억제시키는 역할을 한다.
그러나 금속-EDTA 착화물은 최종처리가 소홀할 경우 시멘트나 다른 물질로 안정화된 양이온성 방사성폐기물의 침출성(Leachability)을 증가시켜 더 높은 이동성을 갖게 만들며, 활성탄에 의한 흡착시 지속적으로 흡착ㆍ유지를 어렵게 만들어 최종적으로 처리된 방사성 폐기물의 안정성에 악영향을 주기 때문에 안정적인 폐액처리 설비의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
최근 국내 원자력발전소의 경우 농축 또는 비농축 액상 폐기물 처리를 위해 AgNO3와 같은 고농도 강산을 이용해 유기물을 산분해(Acid digestion)하는 액상폐기물 처리 사업을 진행 중에 있다. 그러나 이러한 기술은 고가의 AgNO3 약품이 다량 소비되고, 대용량 폐액처리를 위한 장치의 규모 확대가 어려워 대용량으로 발생되는 폐액처리에 부적합한 단점을 가지고 있는 것으로 보고되고 있다.
또한 EDTA를 함유한 폐액처리 방법으로 공지된 기술 중, 특허 제757516호가 있으나 이 역시 EDTA를 분해하기 위해 40∼50% 이상의 H2O2 약품을 사용하기 때문에 최종 배출되는 폐액이 기존의 1.4∼1.5배가 되며, 폐액의 pH를 12까지 상승시키는데 다량의 NaOH를 사용함으로써 발생되는 폐기물량이 많고, 전기 아크를 발생시키는 반응기의 효율이 저조하여 EDTA 분해율이 낮으며, H2O2를 전기 아크 반응기에 직접 주입함으로써 전극의 부식률이 높은 문제점을 가지고 있다.
특히 원전 증기발생기의 화학 세정시 발생되는 중·저준위 방사성 유기폐액 처리는 폐액의 발생과 동시에 처리를 수행하지 않을 경우 대용량의 폐액 저장시설 을 설치하고 이를 관리해야 하는 위험부담이 상존하기 때문에 방사성 유기폐액 처리는 폐액의 발생과 동시에 처리되어야 하나 위와 같은 화학적 처리방법들에서는 발생되는 폐기물량이 많아 폐액의 발생과 동시에 이를 처리하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 선진국들은 이미 전문 방사성 액상폐기물 처리 업체에서 운영하는 대형 플라즈마 소각 장치를 이용하여 방사성 액상폐기물을 처리하고 있다. 고온 플라즈마를 이용한 액상 폐기물 처리공정은 고온(10,000K∼20,000K)의 플라즈마를 이용하기 때문에 유기 화합물들을 신속하고 완전하게 분해할 수 있으며, 최종 발생되는 폐기물은 폐액에 함유된 무기성 물질들만 발생되기 때문에 폐액 처리에 대한 부피 감용비가 크다.
그러나 선진국에서 운영하는 이러한 대형화·전문화 된 플라즈마 소각 장치는 설치 부지를 많이 차지하고, 폐액 투입 전 반응로 내부 예열을 위해 많은 예열시간이 필요하며, 고온플라즈마 영역과 처리 대상 폐액이 접촉하는 면적이 작아 열손실이 많이 발생하는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명자는 국내 원자력발전소가 처한 환경에서 화학세정폐액과 같은 저준위 방사성 액상폐기물 처리를 단시간에 효과적이고, 안전하게 처리하면서도 기존의 중ㆍ대형 열분해 및 소각시설이 가지는 문제점 및 혐오시설로서의 이미지에서 벗어날 수 있는 새로운 폐액 처리방법 및 처리장치를 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 물질을 함유한 폐액의 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방사성 폐액의 중 순수한 물을 분리 배출하는 전처리를 함으로써 효율적인 운용이 가능한 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로를 통해 폐액에 함유된 유기물을 완전히 산화시킬 수 있는 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로를 이용하여 방사성 폐액을 완전 연소 시킴으로써 화학적 처리기술이 갖는 폐기물 감용율을 100배에서 약 170배까지 증가시킬 수 있는 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비이송식 아크 토치(Nontransfered arc torch)를 적용한 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로를 구성함으로써 고농도 폐액을 단시간 내에 처리할 수 있는 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리 과정 중 발생하는 바닥재와 비산재를 안정적으로 포집함으로써 방사성 입자들의 외부 유출을 근본적으로 차단할 수 있는 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 중 다이옥신 물질이 발생될 수 있는 200∼ 300℃의 온도 구간을 차단하여 환경 친화적인 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 소각 방식을 적용하면서도 옥외에 컨테이너 타입으로 설치, 운영이 가능한 방사성 폐액 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 방사성액상폐기물을 안정한 고형물, 순수한 물, 무해한 배출가스로 최종 처리하는 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치는 방사성 물질을 함유한 폐액을 고온 플라즈마 열분해 시키는 플라즈마 열분해 반응로(41)와 열분해 된 폐액을 산화 시키는 산화반응로(42)가 일체로 형성되며, 산화 과정에서 발생한 바닥재(Bottm Ash)를 포집하는 바닥재 포집 호퍼(43)를 포함하는 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40), 상기 산화 과정에서 발생한 고온가스에 포함된 비산재를 제거하는 싸이클론 집진기(50), 비산재가 제거된 상기 고온가스를 냉각시켜 배출하는 1차 열교환기(60), 상기 냉각 과정에서 발생된 응축수를 포집하는 응 축수 포집탱크(70) 및 상기 포집된 응축수를 증발 건조시켜 미처리된 고체 폐기물을 분리한 후 순순한 물을 배출하는 응축수 정화장치(80)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 때 방사성 물질을 함유한 폐액을 증발·농축시킨 농축폐액을 상기 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로 제공하는 증발농축장치(10) 및 상기 증발·농축 과정에서 발생한 응축수에서 암모니아를 포함하는 휘발성 물질을 탈기한 후 방류하는 탈기설비(20)를 더 구비하여 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로가 처리해야할 폐액의 양을 최소화하는 것이 바람직하다.
또한 상기 1차 열교환기(60)는 분무액을 분사하는 분사 노즐을 더 포함하므로써 상기 고온가스의 냉각효과를 더 상승시킬 수 있음과 동시에 고온가스가 포함하고 있는 미처리된 비산재 및 질소산화물, 황산화물 등을 처리할 수 있다. 이 때 1차 열교환기를 응축수 포집탱크(70)와 연결하여 응축수를 상기 분사 노즐의 분무액으로 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 플라즈마 열분해 반응로(41)는 5000℃ 이상의 고온 플라즈마를 발생시킬 수 있는 비이송식 플라즈마 토치(411)를 구비하고 폐액을 분사노즐을 통해 반응로 내부로 분사함으로써 고농도 폐액을 단시간 내에 처리할 수 있다.
또한 폐액은 5,000℃ 이상의 플라즈마 조건에서 열분해한 후 약 800℃의 산화반응로에서 완전 산화시키는 것이 바람직하며, 이 때 발생한 약 800℃의 고온 가스는 1차 열교환기에서 60℃ 이하로 냉각시켜 다이옥신과 퓨란 등의 물질이 생성되는 것을 근본적으로 차단하는 것이 바람직하다.
또한 습식세정장치(100), 촉매산화반응기(130) 및 촉매환원반응기(140) 등을 이용하여 냉각되어 배출되는 상기 가스에 포함되어 있는 미처리된 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 휘발성 유기화합물(VOCs; volatile organic compounds)과 일산화탄소(CO)를 제거하는 것이 보다 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
도 1은 원전 증기발생기 화학세정시 발생되는 EDTA와 같은 킬레이트 물질을 함유하는 방사성 액상 폐기물을 처리하기 위한 본 발명의 구체예에 따른 개략적인 시스템 블록 공정도이다.
우선 처리대상 폐액의 유기물 농도가 낮을 경우 일체형 플라즈마 열분해ㆍ산화 반응로(40)에 처리대상 폐액을 공급하기에 앞서 처리대상 폐액을 증발·농축장치(10)에 공급한다.
상기 증발·농축장치는 처리대상 폐액을 증발, 농축시켜 일체형 플라즈마 열분해ㆍ산화 반응로(40)에서 처리해야할 폐액의 양을 최소화 할 수 있다. 그러나 유기물의 농도가 높을 경우 폐액을 농축시키는 과정은 생략될 수 있다.
처리 대상 폐액을 증발함에 있어서 외부 압력을 낮추어 증발을 용이하게 하는 감압증발 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 폐액을 농축시키는 과정에서 발생되는 응축수 처리과정은 농축폐액과 분리되어 처리된다.
원전 증기발생기의 저농도 화학세정 폐액을 증발·농축 시킨 후 세정폐액 원 수, 농축폐액, 응축수의 분석 결과는 다음 표 1과 같다.
아래의 표 1에서 확인할 수 있듯이 증발·농축장치(10)를 통해 배출되는 응축수는 암모늄 이온(NH4 +)을 제외하고 매우 안정적인 수질을 얻을 수 있으며, 폐액 원수, 농축폐액, 응축수, 24시간 탈기한 응축수에 포함된 암모늄 이온 농도를 나타낸 아래의 표 2에서 확인할 수 있듯이 응축수를 탈기하면 대부분의 암모늄 이온들이 NH3(g)로 탈기되는 것을 확인할 수 있다.
[표 1]
Figure 112008007791512-PAT00001
※ 2σ는 계측오차만 고려되었음.
[표 2]
Figure 112008007791512-PAT00002
따라서 증발·농축장치에서 발생된 응축수는 탈기설비(20)를 거치면서 암모니아 및 기타 휘발 가능한 물질이 탈기된 후 원자력발전소 계통과 연계하여 최종 배출되는 것이 바람직하다.
또한 증발·농축장치(10)에서 배출되는 응축수 중 암모늄이온을 제거하기 위해 pH를 높이지 않고, 폭기장치로 암모늄이온을 제거해 응축수 중 TN 성분을 제거하여 배출할 수도 있다.
증발·농축장치(10)를 통해 농축된 농축폐액은 폐액 임시 저장탱크(30)에 유입되어 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)에 안정적인 폐액을 공급하게 된다.
본 발명의 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)는 도3에 도시된 바와 같이 플라즈마 열분해 반응로(41)와 산화 반응로(42)가 일체로 형성되어 있으며, 5000℃ 이상의 고온의 플라즈마 열분해 반응로로 공급된 농축폐액이 열분해된 후 800℃ 이상의 산화 반응로에서 산화되는 2단계 처리를 통해 완전히 산화될 수 있다.
특히 플라즈마 열분해 반응로에는 비이송식 플라즈마 토치(Nontransfered arc torch)(411)를 적용하여 5000℃ 이상의 고온의 플라즈마의 공급이 가능하도록 구성하였으며, 임시저장탱크(30)에 저장된 폐액은 플라즈마 열분해 반응로 상부에, 바람직하게는 45° 각도로 반응로 내부에 분사되도록 설치된 분사노즐을 통해 미세한 입자로 분사되게 함으로써 고농도 폐액을 단시간 내에 처리할 수 있도록 구성되어 있다.
위와 같은 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)를 사용함으로써 종래 선진국에서 운영하는 이러한 대형화·전문화된 플라즈마 소각 장치에 비해 공간 효율성을 높일 수 있으며, 예열을 위한 많은 예열시간이 필요하지 않으며, 열손실이 없이 고농도의 농축폐액을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한 고온의 플라즈마 열분해 반응로(41)에서 농축폐액에 함유되어 있는 고농도의 EDTA((HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2) 물질은 아래 화학식과 같은 SNCR(Selective Non Catalyst Reduction) 반응을 일으켜 유해가스인 질소산화물(NOx) 생성을 억제하게 된다.
CO(NH2)2 + 2NO +1/2O2 → 2N2 + CO2 + 2H2O
다음 표 3은 원자력 발전소에서 발생된 폐액(표1의 농축폐액)을 플라즈마 열분해ㆍ산화처리한 후 발생된 배출가스의 성분을 분석할 결과이다. 결과 값은 원자력발전소 증기발생기 화학세정시 발생된 증발ㆍ농축처리된 폐액을 1개월 동안 플라즈마 열분해ㆍ산화 처리하면서 발생된 배출가스의 평균값이다. 표 3에서 알 수 있 듯이 본 발명의 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)를 사용할 경우 NH3(g)를 투입하지 않고도 배출가스 중 NOx 물질의 농도는 환경기준치(150 ppm 이하)의 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
[표 3]
Figure 112008007791512-PAT00003
주) ( ) : 산소농도(%) 보정
고농도의 EDTA 물질과 다량의 중금속과 방사성 물질을 함유하는 폐액(표 1 참조)은 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)에서의 2단계 처리를 거치면서 고형물(바닥재)과 고온의 가스로 분리된다. 이렇게 분리된 바닥재(Bottom ash)는 산화반응로(42) 하부에 설치된 포집 호퍼(43)에 포집된다. 특히 플라즈마 열분해 반응로(104)의 내부는 체적을 작게 하고, 수직으로 설치함으로써 발생되는 바닥재의 배출이 원활하게 된다.
다음 표 4는 플라즈마 열분해ㆍ산화 처리 후 발생된 고체 폐기물의 성분을 분석한 결과이다. 성분 분석 결과 약 69.1wt%가 중금속이며, 그중 Fe의 함량은 66.1 ± 0.6wt% 인 것으로 나타났다. 포집된 철산화물은 주로 헤마타이트(Fe2O3, Hematite) 형태로 존재하며, 그 비율은 30∼50%를 차지하는 것으로 나타났으며, 다 음으로 뷔스티테(FeO, Wustite)가 7wt%, 기타 철산화물이 9∼29wt% 수준인 것으로 XRD(X-Ray Diffraction) 분석결과 알 수 있다.
[표 4]
Figure 112008007791512-PAT00004
주1) 중금속 농도 분석기기
- ICP-AES : Jobin Yvon, 모델 Ulitma 2C
- AAS : Perkin Elmer, 모델 AAnalyst 400
- ICP-MS : Varian, 모델 Red Top
주2) 분석값은 3회 분석 평균값임.
일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)에서 배출되는 800℃의 배출가스는 싸이클론 집진기(50)를 통과하면서 1차적으로 비산재(Fly ash)가 제거되며, 제거된 비산재는 비산재 포집 호퍼(51)에 포집된 후 처리된다.
비산재가 1차로 제거된 상기 배출가스는 1차 열교환기(60)를 거치면서 배출가스는 60℃ 이하로 냉각됨으로써 공정 중 다이옥신 물질이 발생될 수 있는 200~300℃의 온도 구간을 근본적으로 차단될 뿐만 아니라 제1 열교환기에는 분무 노즐이 설치되어 있어 스프레이 노즐을 통해 분무되는 분무액에 의해 냉각효과가 상승될 뿐만 아니라 상기 싸이클론 집진기에서 미처리된 비산재가 2차로 제거되어 보다 환경 친화적이고도 효율적인 설비를 구축할 수 있다.
1차 열교환기(60)를 거치며 냉각된 응축수는 응축수 포집탱크(70)에 포집된다. 이 때 상기 응축수에는 비산재가 일부 포함되어 있을 수 있으므로 도2에 도시된 바와 같이 응축수 포집탱크(70) 하부에 연결된 응축수 정화장치(80)를 통해 증발, 건조됨으로써 비산재 성분인 고체 폐기물이 분리된 정화된 물이 배출된다.
표 5는 원자력발전소 증기발생기 화학세정시 발생된 킬레이트 화합물이 농축된 화학세정폐액을 1개월 동안 플라즈마 열분해ㆍ산화 처리하면서 처리된 응축수의 수질 분석 결과이다. 표 5에서 알 수 있듯이 응축수 정화장치(111)를 통해 배출되는 응축수 수질은 환경기준치 이하임을 알 수 있다.
[표 5]
Figure 112008007791512-PAT00005
응축수 포집탱크(70)는 도2에 도시된 바와 같이 3개의 포집탱크로 구성될 수 있으며, 제1 포집탱크(71)에 채워진 응축수가 오버플로우 되어 제2 포집탱크(72)로 넘어가고, 제2 포집탱크에서 오버플로우된 응축수가 제3 포집탱크(73)로 넘어가게 되는데 고체인 비산재는 아래로 가라앉으므로 제3 포집탱크에 채워진 응 축수에는 비산재가 거의 포함되어 있지 않게 된다. 따라서 도2에 도시된 바와 같이 제3 포집탱크와 상기 제1 열교환기(60)를 연결시켜 제2 포집탱크의 응축수를 열교환기의 분무액으로 사용함으로써 분무액을 외부에서 공급받지 않고도 열교환기에 필요한 분무액을 안정적이고도 경제적으로 공급할 수 있다.
고온의 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40)에서 배출되는 배출가스는 위의 표3에서 확인할 수 있듯이 질소산화물, 황산화물, 일산화탄소 등의 농도가 환경기준치 이하이며, 싸이클론 집진기 및 제1 열교환를 거치면서 비산재가 거의 제거된 안정된 온도의 기체로 처리된다.
그러나 이러한 과정을 거친 후에도 남아 있을 수 있는 미처리 비산재 및 유해가스(황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등)의 처리를 위해 도1과 도2에 도시된 바와 같이 다음과 같은 추가적인 공정들을 선택적으로 수행할 수 있다.
즉, 응축수 포집탱크(70)를 거쳐 배출되는 배출가스를 2차 열교환기(90)에서 40℃ 내외로 냉각시킨 후 습식세정 장치(100)에서 물 또는 세정액을 분사하여 배출가스에 포함된 미처리 비산재 및 유해가스를 제거하며, 촉매산화반응기(130)와 촉매환원반응기(140)를 거치면서 300∼350℃의 저온에서 촉매를 이용해 산화·환원 반응에 의해 잔류하는 CO(g), 유기화합물(VOCs; volatile organic compounds) 및 NOx(g)를 제거하여 원자력발전소 배기가스 정화계통으로 최종 배출한다.
촉매산화반응기와 촉매환원반응기에서의 처리는 300∼350℃에서 이루어지기 때문에 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 배출가스를 미리 히터(120)로 가열하는 것 이 바람직하며, 습식세정 장치(100)에서 처리된 배출가스는 수분을 함유할 수 있으므로 히터로 가열하기 전 디미스터와 같은 습분제거장치(110)에서 수분을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명은 방사성 폐액의 중 순수한 물을 분리 배출하는 전처리를 함으로써 효율적인 운용이 가능하고, 비이송식 아크 토치를 적용한 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로를 통해 대형 플라즈마 소각 장치에 비해 적은 공간에서 예열에 필요한 과다한 에너지, 시간 및 열 소모 없이 고농도 폐액에 함유된 유기물을 단시간에 완전히 산화시킬 수 있으며, 방사성 폐액을 완전 산화시킴으로써 화학적 처리기술이 갖는 폐기물 감용율을 100배에서 약 170배까지 증가시킬 수 있으며, 처리 과정 중 발생하는 바닥재와 비산재를 안정적으로 포집함으로써 방사성 입자들의 외부 유출을 근본적으로 차단하며, 공정 중 다이옥신이나 퓨란과 같은 재합성 물질이 발생될 수 있는 200∼300℃의 온도 구간을 차단하여 환경 친화적이며, 장치를 옥외에 컨테이너 타입으로 설치, 운영이 가능하기 때문에 공간의 제약성을 극복하면서도 방사성액상폐기물을 안정한 고형물, 순수한 물, 무해한 배출가스로 최종 처리 가능한 방사성 폐액 처리방법 및 처리장치를 제공하는 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시 될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. 방사성 물질을 함유한 폐액을 고온 플라즈마 열분해 시키는 플라즈마 열분해 반응로(41)와 열분해 된 폐액을 산화 시키는 산화반응로(42)가 일체로 형성되며, 산화 과정에서 발생한 바닥재(Bottm Ash)를 포집하는 바닥재 포집 호퍼(43)를 포함하는 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로(40);
    상기 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로에서 발생한 고온 가스에 포함된 비산재를 제거하는 싸이클론 집진기(50);
    비산재가 제거된 상기 고온 가스를 냉각시켜 배출하는 1차 열교환기(60);
    상기 냉각 과정에서 발생된 응축수를 포집하는 응축수 포집탱크(70); 및
    상기 포집된 응축수를 증발 건조시켜 미처리된 고체 폐기물을 분리하고 순순한 물을 배출하는 응축수 정화장치(80);
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    방사성 물질을 함유한 폐액을 증발·농축시킨 농축폐액을 상기 일체형 플라즈마 열분해·산화 반응로 제공하는 증발농축장치(10); 및
    상기 증발·농축 과정에서 발생한 응축수에서 암모니아를 포함하는 휘발성 물질을 탈기한 후 방류하는 탈기설비(20);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 1차 열교환기(60)는 분사 노즐을 더 포함하고, 상기 응축수 포집탱크(70)와 연결되어 포집된 응축수를 분사노즐 분무액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 열분해 반응로(41)는 5000℃ 이상의 고온 플라즈마를 발생시킬 수 있는 비이송식 플라즈마 토치(411) 및 폐액을 반응로 내부로 미세 분사하는 분사노즐(412)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    냉각되어 배출되는 상기 가스를 2차 냉각시키는 2차 열교환기(90);
    2차 냉각된 상기 가스 중 미처리된 비산재 및 유해가스를 제거하는 습식세정장치(100);
    상기 습식세정장치를 통과한 가스에 포함된 수분을 제거하는 습분제거장치(110);
    수분이 제거된 상기 가스를 가열하는 히터(120);
    가열된 상기 가스 중 미처리된 휘발성 유기화합물(VOCs; volatile organic compounds)과 일산화탄소(CO)를 산화시켜 제거하는 촉매산화반응기(130); 및
    가열된 상기 가스 중 미처리된 질소산화물(NOx)을 환원시켜 제거하는 촉매환원반응기(140);
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리장치.
  6. 방사성 물질을 함유한 폐액을 고온의 플라즈마로 열분해한 후 산화시키는 2단계 처리를 통해 바닥재(Bottom ash)와 고온가스로 분리하고;
    상기 바닥재(Bottom ash)를 포집하여 배출하고;
    상기 고온 가스에 포함된 비산재(Fly ash)를 제거하고;
    비산재가 제거된 상기 고온 가스를 냉각시킨 후 배출하고;
    상기 냉각 과정에서 발생된 응축수를 증발 건조시켜 순수한 물과 고체 폐기물로 분리하여 각각 배출하는;
    단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 분리 단계 이전에 처리할 방사성 폐액을 최소화하기 위해 방사성 폐액을 증발·농축시키는 전처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 전처리 단계에서 발생된 응축수는 휘발성 물질을 탈기한 후 방류하는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 분리단계는 폐액을 플라즈마 열분해 반응로에 미세입자로 분사하여, 5,000℃ 이상의 플라즈마 조건에서 열분해한 후 약 800℃의 산화반응로에서 완전 산화시키는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리방법.
  9. 제8항에 있어서, 산화처리된 상기 800℃의 고온 가스는 상기 냉각 단계에서 다이옥신 물질 생성 온도 이하인 60℃ 이하로 냉각되는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리방법.
  10. 제8항에 있어서, 냉각되어 배출된 상기 가스에 포함된 미처리된 비산재 및 유해가스를 제거하는 습식세정처리; 미처리된 휘발성 유기화합물(VOCs; volatile organic compounds)과 일산화탄소(CO)를 산화시켜 제거하는 촉매산화반응처리; 및 미처리된 질소산화물(NOx)을 환원시켜 제거하는 촉매환원반응처리 중 1이상의 처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 플라즈마 기술을 이용한 방사성 폐액 처리방법.
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