KR20090089757A - 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법 - Google Patents

방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법에 관한 것으로서, 방사성 오염된 유동성 폐기물을 고화 처리하여 물리적·화학적으로 안전하게 만드는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물에 있어서, 조성물의 총중량비를 기준으로 50 ∼ 75중량%로 포함되며, 유동성 폐기물과의 혼합시에 유동성 폐기물을 고형화(固形化)시키는 고형화제와; 조성물의 총중량비를 기준으로 15 ∼ 30중량%로 포함되며, 유동성 폐기물에 포함된 방사능과 유분과 중금속을 흡착 및 고정시키는 첨가제와; 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 포함되며, 유동성 폐기물과의 혼합시에 고형화제의 고형화반응을 촉진시키는 반응촉진제를 구비한다.

Description

방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법{SOLIDIFICATION AGENT FOR SOLIDIFYING FLUIDABLE WASTE CONTAMINATED BY RADIOACTIVITY AND SOLIDIFYING METHOD FOR FLUIDABLE WASTE USING THE SAME}
본 발명은 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 방사성 오염된 유동성 폐기물을 고화 처리하여 물리적·화학적으로 안전하게 만드는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법에 관한 것이다.
원자력발전소 가동시에는 다량의 유동성 폐기물이 발생된다. 그 일례로서, 터빈, 조속기, 각종 탱크, 제어 계통 등의 관련설비에서 발생되는 유기성폐액, 탱크 슬러지(Tank Sludge), 섬프 슬러지(Sump Sludge) 등(이하, "유동성 폐기물"이라 통칭함)이 있다.
유동성 폐기물은, 높은 방사능과 습분을 함유하고 있기 때문에, 외부로 유출될 경우, 작업자 및 원자력발전소 주변의 환경에 악영향을 끼치게 된다.
따라서, 원자력발전소 가동시에 발생된 유동성 폐기물은, 밀폐드럼에 담아 안전한 장소에 보관해야 한다.
그런데, 이러한 유동성 폐기물은, 유동성 물질이므로 운반 및 보관이 매우 힘들고 번거로우며 많은 관리비용이 소요된다는 문제점이 있다. 특히, 발전소 관련설비들이 점차 노후화됨에 따라 유동성 폐기물의 발생량이 점차 증가되므로, 증가되는 유동성 폐기물을 처리하고 보관하기 위해서는 많은 비용이 필요하고, 넓은 공간이 필수적으로 확보되어야 한다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 유동성 폐기물을 고화 처리함으로써, 유동성 폐기물의 운반 및 보관을 쉽게 할 수 있도록 하고, 유지 및 관리비용을 대폭적으로 저감시킬 수 있게 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 유동성 폐기물을 고화 처리하여 전체적인 부피를 줄임으로써, 유동성 폐기물의 보관시에 공간의 활용도를 높일 수 있는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유동성 폐기물을 고화 처리하되, 물리적·화학적으로 안전한 상태로 만들 수 있는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조 성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물에 있어서, 조성물의 총중량비를 기준으로 50 ∼ 75중량%로 포함되며, 유동성 폐기물과의 혼합시에 상기 유동성 폐기물을 고형화(固形化)시키는 고형화제와; 조성물의 총중량비를 기준으로 15 ∼ 30중량%로 포함되며, 상기 유동성 폐기물에 포함된 방사능과 유분과 중금속을 흡착 및 고정시키는 첨가제와; 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 포함되며, 상기 유동성 폐기물과의 혼합시에 상기 고형화제의 고형화반응을 촉진시키는 반응촉진제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 고형화제는, 시멘트 분말과 폴리머(Polymer) 분말을 포함하며, 상기 시멘트 분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 30 ∼ 50중량%, 상기 폴리머 분말이 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 25중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 첨가제는, 생석회(CaO) 분말과 벤토나이트(Bentonite) 분말과 활성백토(Activated Clay)분말과 보통석고(CaSO4)분말을 포함하며, 상기 생석회(CaO)분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 8 ∼ 12중량%, 상기 벤토나이트(Bentonite)분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 10중량%, 상기 활성백토 분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 1 ∼ 5중량%, 상기 보통석고 분말이 조성물 의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 조성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반응촉진제는, 경석고 분말을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법에 의하면, 유동성 폐기물을 고화 처리하는 구조이므로, 유동성 폐기물의 운반 및 보관을 쉽게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유동성 폐기물을 고화 처리하여 전체적인 부피를 줄이므로, 유동성 폐기물의 보관시에 공간의 활용도를 높일 수 있으며, 따라서, 유지 및 관리비용을 대폭적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 유동성 폐기물을 고화 처리하되, 물리적·화학적으로 안정적인 상태로 만들어 주므로, 유동성 폐기물을 안전하게 폐기 처리할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및 이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 고화제 조성물은, 고형화제를 구비한다. 고형화제는, 고화제 조성물의 기본 물질로서, 시멘트와 폴리머(Polymer)를 포함하며, 이들이 포함된 고형화제는, 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 50 ∼ 75중량%로 조성된다.
이러한 고형화제는, 유동성 폐기물과의 혼합시에 유동성 폐기물을 고형화(固 形化)시키는 역할을 한다. 따라서, 유동성 폐기물의 물성이 딱딱해지면서 고체화(固體化)될 수 있게 하며, 이에 따라, 물리적으로 안정적인 상태를 유지할 수 있게 한다.
한편, 고형화제는, 분말형태로 구성되며, 시멘트가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 30 ∼ 50중량%, 폴리머가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 25중량%로 조성되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하기로는, 시멘트는 포틀랜드시멘트(Portland Cement)로 구성되는 것이 좋다. 특히, 1종 보통포틀랜드시멘트 또는 2종 중용열포틀랜드시멘트 또는 3종 조강포틀랜드시멘트 또는 4종 저열포틀랜드시멘트 또는 5종 내황산염포틀랜드시멘트로 구성되는 것이 좋다.
그리고 본 발명의 고화제 조성물은, 고형화제에 첨가되는 첨가제를 구비한다.
첨가제는, 생석회(CaO)와 벤토나이트(Bentonite)와 활성백토(Activated Clay)와 보통석고(황산칼슘;CaSO4)를 포함하며, 이들이 포함된 첨가제는 조성물의 총중량비를 기준으로 15 ∼ 30중량%로 조성된다.
이러한 첨가제는, 유동성 폐기물과의 혼합시에 고형화제의 고형화특성을 도와주고, 유동성 폐기물에 포함된 유분의 특성을 저하시킨다. 특히, 유동성 폐기물에 포함된 유분과 물과 유/무기성분 간의 친화력을 높여주고, 이들 속에 포함된 각종 유해물질들과 유분을 흡착하며, 시멘트의 강한 알카리성에 의해 수용성중금속을 수산화물로 불용화시킨다.
따라서, 유동성 폐기물의 고화특성을 증진시키고, 고화된 유동성 폐기물에서 중금속과 방사능 물질과 같은 각종 유해물질을 고정화시켜 이들의 용출(溶出) 현상을 저지한다.
한편, 이러한 첨가제는, 분말형태로 구성되며, 생석회(CaO)가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 8 ∼ 12중량%, 벤토나이트(Bentonite)가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 10중량%, 활성백토가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 1 ∼ 5중량%, 보통석고가 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 조성되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명의 고화제 조성물은, 고형화제에 첨가되는 반응촉진제를 더 포함한다.
반응촉진제는, 경석고 분말로 구성된다. 경석고는, 보통석고와 화학적으로는 동일하나 분말입자의 형태가 다른 것으로, 유동성 폐기물과의 혼합시에 고형화제의 고형화반응을 촉진시킨다. 특히, 고형화제의 고형화반응을 촉진시킴으로써 유동성 폐기물의 고형화 속도를 가속화시키고, 고형된 유동성 폐기물의 강도를 증가시킨다. 따라서, 유동성 폐기물을 물리적·화학적으로 안정화시킨다.
이러한 반응촉진제는, 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 조성된다.
다음으로, 이와 같은 각각의 구성물질을 이용하여 고화제 조성물을 제조하는 방법을 도 1을 참고하여 설명한다.
먼저, 고형화제 분말과 첨가제 분말과 반응촉진제 분말을 준비한다. 그리고 구비된 고형화제 분말과 첨가제 분말과 반응촉진제 분말을 서로 혼합한다(S101).
이때, 고형화제 분말이 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 50 ∼ 75중량%로, 첨가제 분말이 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 15 ∼ 30중량%로, 반응촉진제 분말이 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 조성되도록 혼합한다.
한편, 각 구성물질의 혼합이 완료되면, 혼합된 구성물질들을 분쇄한다(S103). 분쇄공정은, 구성물질들의 입자들을 고르게 만드는 것으로, 구성물질 간의 혼합율을 향상시킨다. 따라서, 유동성 폐기물과의 혼합시, 고화반응을 촉진시킨다. 여기서, 혼합물질의 분쇄는, 로울러 방식의 분쇄기를 사용하여 분쇄하는 것이 바람직하다.
그리고 혼합물의 분쇄가 완료되면, 분쇄된 혼합물을 포장하고(S105), 이렇게 포장된 혼합물은 고화제 조성물로 제조된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 고화제 조성물에 의하면, 유동성 폐기물을 고화 처리하는 구조이므로, 유동성 폐기물의 운반 및 보관을 쉽게 할 수 있도록 한다.
또한, 유동성 폐기물을 고화 처리하여 전체적인 부피를 줄이므로, 유동성 폐기물의 보관시에 공간의 활용도를 높일 수 있다. 따라서, 유지 및 관리비용을 대폭적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 유동성 폐기물을 고화 처리하되, 물리적·화학적으로 안정적인 상태로 만들어 주므로, 유동성 폐기물을 안전하게 폐기 처리할 수 있게 한다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 고화제 조성물을 이용하여 유동성 폐기물을 고화 처리하는 방법을 도 2를 참조하여 살펴본다.
먼저, 원자력 발전소에서 발생된 유동성 폐기물에 고화제 조성물을 투입한 다음 이들을 교반한다(S201).
이때, 유동성 폐기물과 고화제 조성물의 교반비율이 1 : 1 인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 유동성 폐기물 중 폐액과 슬러지와 고화제 조성물의 비율이 0.3 : 0.7 : 1 인 것이 좋다.
왜냐하면, 폐액과 슬러지와 고화제 조성물의 비율이 0.3 : 0.7 : 1 인 상태가 효율좋게 고화되고, 고화 후, 물리적·화학적으로 안정적인 상태를 유지하기 때문이다.
그리고, 유동성 폐기물과 고화제 조성물의 교반이 완료되면, 교반된 유동성 폐기물과 고화제 조성물의 혼합물을 양생시킨다(S203). 이때, 혼합물의 양생은 그늘진 곳에서 자연건조 방식으로 대략 28일간 시행한다.
한편, 이렇게 양생된 유동성 폐기물과 고화제 조성물의 혼합물은, 28일 후 딱딱한 상태의 고형물이 된다. 특히, 물리적·화학적으로 안정적인 상태의 방사성 폐기물이 된다.
따라서, 방사능과 습분을 함유하고 있는 유동성 폐기물은, 안전한 상태를 유지할 수 있고, 안전한 상태를 유지하는 방사성 폐기물은, 별도의 보관장소에 효율좋게 보관된다.
다음으로, 본 발명자는, 이러한 구성을 갖는 본 발명의 고화제 조성물의 성능을 알아보기 위해, 본 발명의 고화제 조성물에 의해 고화된 유동성 폐기물을 몇가지 항목으로 시험해 보았다. 그 결과를 다음의 [표 1]과 [표 2]에 도시하였다. 여기서, 유동성 폐기물은 폐유슬러지, 탱크슬러지, 섬프슬러지, 유분함유슬러지로 구분하여 시험하였다.
[표 1] [압축강도 비교시험]
구분 폐유슬러지 탱크슬러지 섬프슬러지 유분함유슬러지
압축강도(psi) 1070 1350 1470 1360
(압축강도)
폐유슬러지, 탱크슬러지, 섬프슬러지, 유분함유슬러지들을 지름 10㎝ 높이 20㎝의 시편으로 각각 고화시켜서 압축시험해 보았다.
시험결과, 본 발명의 고화제 조성물에 의해 고화된 폐유슬러지, 탱크슬러지, 섬프슬러지, 유분함유슬러 고화물 시편 모두 높은 압축강도를 갖는 것으로 나타났다. 특히, 한국수력원자력의 중저준위 방사성 폐기물 인수기준 시안 "폐기물 포장성 안정성 요건"의 압축강도 500psi 보다 높은 것으로 나타났다.
따라서, 본원 발명의 고화제 조성물에 고화된 유동성 폐기물 고화물은, 물리적으로 안전한 것으로 나타났으며, 이에 따라, 본원 발명의 고화제 조성물이 유동성 폐기물을 안전하게 고화 처리하는 것을 알 수 있다.
[표 2] [방사성동위원소 첨가시료의 침출지수 비교시험]
시료 탱크슬러지 유분함유슬러지 섬프슬러지 폐유슬러지
항목 Cs-137 Co-60 Cs-137 Co-60 Cs-137 Co-60 Cs-137 Co-60
2시간 6.5 10.8 6.6 11.8 6.8 10.6 8.8 11.0
7시간 6.5 10.8 6.4 11.4 6.0 10.2 8.7 10.9
24시간 6.4 11.5 6.6 12.4 6.3 11.2 8.9 11.6
2일 6.5 11.7 6.8 12.3 6.3 11.1 9.0 11.3
17일 7.0 12.6 7.2 13.7 6.8 12.4 9.7 12.9
45일 7.5 12.6 7.5 13.9 7.3 12.6 9.7 13.1
94일 8.0 12.3 7.9 13.9 8.0 12.8 9.9 13.2
평균 6.9 11.8 7.0 12.8 6.8 11.6 9.2 12.0
(방사성동위원소 침출지수)
폐유슬러지, 탱크슬러지, 섬프슬러지, 유분함유슬러지들을 지름 50㎝ 높이 45㎝의 시편으로 각각 고화시킨 후, 증류수에 침지시켜 방사성핵종(Cs-137, Co-60)의 침출지수를 시간대별로 측정해보았다.
측정결과, 본 발명의 고화제 조성물에 의해 고화된 폐유슬러지, 탱크슬러지, 섬프슬러지, 유분함유슬러 고화물 시편 모두 높은 침출지수를 갖는 것으로 나타났다. 특히, 미국 NRC(Nuclear Regulatory Commission)과 한국수력원자력의 중저준위 방사성 폐기물 인수기준 시안에서 요구하는 6이상의 검출지수보다 높은 것으로 나타났다.
따라서, 본원 발명의 고화제 조성물에 고화된 유동성 폐기물 고화물은, 화학적으로 안전한 것으로 나타났으며, 이에 따라, 본원 발명의 고화제 조성물이 유동성 폐기물을 안전하게 고화 처리하는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물을 제조하는 방법을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물을 이용하여 유동성 폐기물 고화하는 방법을 나타내는 블록도이다.

Claims (5)

  1. 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물에 있어서,
    조성물의 총중량비를 기준으로 50 ∼ 75중량%로 포함되며, 유동성 폐기물과의 혼합시에 상기 유동성 폐기물을 고형화(固形化)시키는 고형화제와;
    조성물의 총중량비를 기준으로 15 ∼ 30중량%로 포함되며, 상기 유동성 폐기물에 포함된 방사능과 유분과 중금속을 흡착 및 고정시키는 첨가제와;
    조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 포함되며, 상기 유동성 폐기물과의 혼합시에 상기 고형화제의 고형화반응을 촉진시키는 반응촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고형화제는, 시멘트 분말과 폴리머(Polymer) 분말을 포함하며,
    상기 시멘트 분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 30 ∼ 50중량%, 상기 폴리머 분말이 고화제 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 25중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는, 생석회(CaO) 분말과 벤토나이트(Bentonite) 분말과 활성백 토(Activated Clay)분말과 보통석고(CaSO4)분말을 포함하며,
    상기 생석회(CaO)분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 8 ∼ 12중량%, 상기 벤토나이트(Bentonite)분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 5 ∼ 10중량%, 상기 활성백토 분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 1 ∼ 5중량%, 상기 보통석고 분말이 조성물의 총중량비를 기준으로 10 ∼ 20중량%로 조성되는 것을 특징으로 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반응촉진제는, 경석고 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 고화제 조성물을 유동성 폐기물과 교반하는 단계와; 교반된 유동성 폐기물과 고화제 조성물의 혼합물을 특정기간동안 양생하는 단계를 포함하며,
    상기 교반단계에서, 상기 유동성 폐기물속의 폐액과 슬러지와 상기 고화제 조성물의 교반비율이 0.3 : 0.7 : 1 인 것을 특징으로 하는 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물을 이용한 유동성 폐기물 고화방법.
KR1020080020819A 2008-02-19 2008-03-06 방사성 오염된 유동성 폐기물 고화용 고화제 조성물 및이를 이용한 유동성 폐기물 고화방법 KR100966863B1 (ko)

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