KR20100116459A

KR20100116459A - 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치

Info

Publication number: KR20100116459A
Application number: KR1020090035181A
Authority: KR
Inventors: 문제권; 이정준; 김계남; 이근우
Original assignee: 한국원자력연구원; 한국수력원자력 주식회사
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-11-01
Also published as: KR101058793B1

Abstract

본 발명은 기존의 토양세정 공정에서 침출제의 침출 능력만으로 토양 내 핵종인 Co 및 Cs를 침출 제거하여 토양의 방사능을 자체처분기준 이하로 낮출 수 있으며 운전이나 조작이 단순하고 대량 처리가 가능한 경제적 제염기술에 관한 내용으로, 상부커버 및 하부커버에 의해 상하부가 폐쇄되어 내부에 내부공간을 가지고, 상부에는 침출제가 유입되는 유입포트가 형성되고, 하부에는 침출제유출액을 배출하는 배출홀이 형성되는 컬럼; 상기 컬럼의 상부에 설치되어 내부의 침출제의 수위를 검지하는 침출제검지부; 상기 컬럼에 침출제를 공급하는 침출제공급부; 및 상기 침출제검지부에 의해 검지된 침출제의 수위정보에 의해 상기 침출제유출액의 배출량과 상기 침출제공급부의 침출제의 공급량을 제어하는 제어부를 포함하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치이다.

침출제염장치

Description

방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치{Columnar leaching device for soil decontamination with radionuclides using leaching process}

본 발명은 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 토양세정 공정에서 침출제의 침출 능력만으로 토양 내 핵종인 Co 및 Cs를 침출 제거하여 토양의 방사능을 자체처분기준 이하로 낮출 수 있으며 운전이나 조작이 단순하고 대량 처리가 가능한 경제적 제염기술에 관한 내용이다.

원자력시설 부지에서 발생하는 방사성 오염토양을 직접 처분할 경우 전처리를 포함하여 매우 비싼 처분비가 요구되기 때문에 적절한 방법으로 제염하여 오염준위를 낮춘 후 자체처분 가능한 폐기물로 전환하는 것이 필요하다. 방사성 오염토양의 기존 제염방법에는 토양세척과 동전기제염 및 동전기세정 등이 있으나, 토양세척의 경우 세척에 필요한 동력비 문제, 미세 입자를 포함한 경우의 여과 문제, 세척 시의 과다한 폐액발생 등의 문제점이 있고, 동전기 및 동전기세정의 경우, 장 기간 숙성 오염된 토양에 대해 제염효율이 높으나, 처리 속도 및 용량의 확대에는 한계가 있다.

본 발명과 연관이 있는 종래의 기술들을 설명하면, 이재호(제8회 금속제련학술회의, 1995)는 TRU 토양을 대상으로 무기산을 이용한 침출 및 정화를 평가하여 황산을 침출제로 제안하였다. 손중권 등(한국방사성폐기물학회지, 2004)은 원자력발전소 토양을 대상으로 토양세척을 실시하였고 세척용매는 물을 사용하였으며, 반복세척을 통해 80%이상의 제염효율을 보였으나, 0.5㎜이하의 토양에 대해서는 처리할 수 없기 때문에 고형화하여 드럼처분할 것을 제안하고 있다.

또한, 원자력시설에서 발생가능한 토양을 대상으로 토양세척(김계남 등, 지하수토양환경, 2003), 초산을 이용한 동전기(김계남 등, 지하수토양환경, 2001 & 특허등록번호 1004193170000), 황산을 이용한 동전기(김계남 등, 한국방사성폐기물학회지, 2004 &　특허등록번호 1002963740000), 동전기세정(김계남 등, 한국폐기물학회지, 2008) 등의 방법의 적용가능성에 대한 연구가 진행되어 왔다. 김계남 등(2008)은 <방사선토양 제염을 위한 수직형 동전기세정장치 및 제염방법>을 제목으로 하는 특허를 출원(출원번호 2008-47944)중에 있다.

이와 같이 방사성 토양에 대한 침출제염 기술에 대한 연구결과 및 특허 출원이 보고되고 있지만 대량으로 발생하는 방사성 오염 토양을 연속 순환식의 컬럼 침출제염 결과에 대한 특허는 출원되지 않고 있다. 특히 대량으로 발생한 방사성 오염 토양을 제염하기 위해서는 침출제의 침출능력으로 핵종을 침출제거하는 침출제염기술과 같이 연속 운전이 필수적이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 목적은, 기존의 토양세정 공정에서 침출제의 침출 능력만으로 토양 내 핵종인 Co 및 Cs를 침출 제거하여 토양의 방사능을 자체처분기준 이하로 낮출 수 있으며 운전이나 조작이 단순하고 대량 처리가가능한 컬럼형 침출제염장치를 제공하는데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상부커버 및 하부커버에 의해 상하부가 폐쇄되어 내부에 내부공간을 가지고, 상부에는 침출제가 유입되는 유입포트가 형성되고, 하부에는 침출제유출액을 배출하는 배출홀이 형성되는 컬럼; 상기 컬럼의 상부에 설치되어 내부의 침출제의 수위를 검지하는 침출제검지부; 상기 컬럼에 침출제를 공급하는 침출제공급부; 및 상기 침출제검지부에 의해 검지된 침출제의 수위정보에 의해 상기 침출제유출액의 배출량과 상기 침출제공급부의 침출제의 공급량을 제어하는 제어부를 포함하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치이다.

상기 컬럼의 측벽에는 세로방향으로 일정 간격으로 시료채취용홀이 형성되고, 상기 시료채취용홀은 상기 시료채취용홀에 결합되는 캡에 의해 개폐되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 컬럼과 상기 침출제공급부 사이에는 공급제어밸브가 설치되고, 상 기 컬럼의 배출홀에 연결되는 배출관에는 유출밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 침출제검지부는, 상기 컬럼 내에 설치되는 3개의 전극센서와, 상기 전극센서와 전기적으로 연결되며 상기 제어부에 상기 전극센서의 데이터를 송신하는 신호수신부를 포함하고, 상기 3개의 전극센서는 서로 다른 길이를 가지며, 가장 긴 전극센서와 가장 짧은 전극센서의 길이차에 의해 침출제의 수위 변동폭을 한정하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 컬럼의 내부 하측에는 토양의 유출을 방지하는 스크린이 더 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 침출제공급부는, 침출제가 저장되는 침출제탱크와, 상기 침출제탱크에 연결되어 상기 침출제를 가압하여 상기 컬럼으로 공급하는 공급펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

원자력 시설의 해체부지의 복원시 대량의 방사성 토양 폐기물이 발생하며 이를 직접 처분하는 경우 고화처리 비용을 포함하여 매우 많은 비용이 소요된다. 따라서, 방사성 오염 토양을 컬럼에서 침출처리하는 공정을 포함하는 본 발명에 따른 컬럼침출 제염기술은 방사성 토양 폐기물을 적절한 제염처리를 통해 자체처분 가능하도록 함으로써 방사성폐기물로서 처분되는 비용을 절감할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 컬럼형 침출 장치를 이용하여, 연속 순환식으로 제염 조 작이 가능하며 방사성 오염토양으로부터 Co 및 Cs 에 대해 80% 이상 제염효율로 자체처분기준 이하로 준위를 낮출 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬럼형 침출제염장치(10)의 개략도이고, 도 2는 상기 컬럼형 침출제염장치(10)의 컬럼의 부분절개 사시도이다.

상기 컬럼형 침출제염장치(10)는 몸체와, 상기 몸체에 설치되는 컬럼(30) 및 상기 컬럼(30)에 침출제를 공급하는 침출제공급부를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체는 상기 컬럼(30) 및 상기 침출제공급부를 안정적으로 지지하는 한구조 및 형상의 제한이 없다. 본 발명의 실시예에서는, 상기 몸체는 바닥에 맞닿아 지지하는 플레이트인 베이스(12)와, 상기 베이스(12)와 연결되어 상기 컬럼(30)을 지지하는 세로프레임(16)과, 상기 세로프레임(16)에 수직하게 연결되어 하기하는 공급펌프(24)가 설치되는 가로프레임(14)과, 상기 세로프레임(16)의 상단부에 가로방향으로 설치되어 하기하는 침출제탱크(20)가 설치되는 거치대(18)를 포함하여 이루어진다.

상기 몸체를 구성하는 상기 베이스(12)와 상기 세로프레임(16)과 상기 가로프레임(14)는 일체로 구성되며, 금속제로 형성될 수 있다.

상기 침출제공급부는 침출제가 저장되어 있는 상기 침출제탱크(20)와, 상기 침출제탱크(20)로부터 공급되는 침출제에 압력을 가하여 상기 컬럼(30)에 공급하는 공급펌프(24)를 포함하여 이루어진다.

상기 침출제탱크(20)에 저장되는 침출제는 방사성 오염토양의 제염을 위해 염산(HCl)을 사용하고, 그 농도는 0.01~0.5M로 한다.

상기 공급펌프(24)의 입력측은 상기 침출제탱크(20)의 하부에 형성된 침출제공급포트(21)와 침출제 공급관(22)에 의해 연결되고, 또 상기 공급펌프(24)의 출력측은 상기 컬럼(30)의 상부에 형성된 유입포트(32)에 침출제유입관(28)에 의해 연결된다.

상기 침출제유입관(28)에는 공급제어밸브(26)가 설치되어, 상기 컬럼(30)에 유입되는 침출제의 양을 제어할 수 있다.

상기 컬럼(30)은 통상으로 형성되고, 상기 컬럼(30)의 상단과 하단은 상부커버(36)와 하부커버(38)에 의해 폐쇄되어, 내부에 내부공간(48)을 형성한다. 특히, 상기 하부커버(38)는 나사 및 볼트와 같은 체결수단으로 상기 컬럼(30)의 하부에 연결되서, 제염완료 후 상기 컬럼(30) 내의 토양의 배출이 용이하다.

상기 컬럼(30)은 컬럼설치부재(56,58)에 의해 상기 세로프레임(16)에 고정된다. 상기 컬럼설치부재(56,58)는 금속제 등으로 형성된 고정밴드로 이루어질 수 있다.

상기 컬럼(30)의 상부 일측에는 침출제가 유입되는 상기 유입포트(32)가 형성되고, 상기 컬럼(30)의 하부에는 침출제유출액이 배출되는 배출홀(30)이 형성된다.

상기 배출홀(30)은 배출관(62)과 연결되며, 상기 배출관(62)에는 유출밸브(54)가 설치된다. 상기 유출밸브(54)에 의해 침출제유출액의 유량을 1~300㎖/분으로 조절할 수 있다.

또, 상기 컬럼(30)의 내부 하측에는 토양의 유실을 방지하기 위해 다수의 관통홀이 형성된 스크린(50)이 설치될 수 있으며, 상기 스크린(50)은 금속제로 형성될 수 있다.

상기 컬럼(30)의 측벽에는 세로방향으로 일정 간격으로 시료채취용홀(미도시)이 형성되고, 상기 시료채취용홀은 캡(52)에 의해 폐쇄된다. 상기 캡(52)과 상기 시료채취용홀은 나사결합된다. 따라서, 상기 캡(52)을 분리하여 상기 시료채취용홀을 통해 채취한 토양으로부터 제염 진행 중 방사능 평가가 가능하여 제염 종료 시점을 결정할 수 있다.

상기 컬럼(30)의 상부에는 상기 컬럼(30) 내부의 침출제의 수위를 검지하는 침출제검지부를 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 침출제검지부로써, 신호수신부(40) 및 전극센서(42,44,46)을 포함한다.

상기 상부커버(36)에는 신호수신부(40)가 설치되며, 상기 상부커버(36)의 내측하부로는 전극센서(42,44,46)가 설치된다.

상기 전극센서(42,44,46)의 길이는 서로 다르며, 도 1 및 도 2에 도시된 바 와 같이 3개의 전극센서(42,44,46) 중 가장 긴 전극센서(42)와 가장 짧은 전극센서(46)의 길이차에 의해 침출제의 수위의 변동폭을 제한할 수 있다. 그리고, 중간 길이의 전극센서(44)에 의해 상기 변동폭 내에 침출제의 수위가 유지되고 있음을 체크할 수 있다. 상기 변동폭은 2~5㎝인 것이 바람직하며, 상기 침출제의 수위를 자동적으로 유지함으로써, 상기 컬럼(30) 내 공극 형성이 방지되고, 24시간 연속 운전성이 가능하다.

상기 전극센서(42,44,46)는 상기 신호수신부(40)와 전기적으로 연결되며, 사익 신호수신부(40)는 도시되지 않은 제어부와 연결되어, 현재의 컬럼(30) 내의 침출제의 수위에 대한 데이터를 수신받고, 상기 침출제의 공급량 및 침출제유출액의 배출량을 상기 공급제어밸브(26) 및 상기 유출밸브(54)에 의해 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 컬럼형 침출제염장치(10)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 도 3은 Co 및 Cs로 오염된 토양을 상기 컬럼형 침출제염장치(10)를 이용하여 침출제염을 평가한 결과를 나타낸 것으로 Co 및 Cs 모두 80%이상의 제염효율을 보이는 것으로 확인되었다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬럼형 침출제염장치의 개략도이다.

도 2는 도 1의 컬럼형 침출제염장치의 컬럼의 부분절개 사시도이다.

도 3은 도 1의 컬럼형 침출제염장치를 이용한 방사성 오염토양의 침출제염성능을 평가한 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 컬럼형 침출제염장치 12: 베이스

14: 가로프레임 16: 세로프레임

18: 거치대 20: 침출제탱크

21: 침출제공급포트 22: 침출제공급관

24: 공급펌프 26: 공급제어밸브

28: 침출제유입관 30: 컬럼

32: 유입포트 34: 유출포트

36: 상부커버 38: 하부커버

40: 신호수신부 42,44,46: 전극센서

48: 내부공간 50: 스크린

52: 캡 54: 유출밸브

56,58: 컬럼설치부재 60: 배출홀

62: 배출관

Claims

상부커버 및 하부커버에 의해 상하부가 폐쇄되어 내부에 내부공간을 가지고, 상부에는 침출제가 유입되는 유입포트가 형성되고, 하부에는 침출제유출액을 배출하는 배출홀이 형성되는 컬럼;

상기 컬럼의 상부에 설치되어 내부의 침출제의 수위를 검지하는 침출제검지부;

상기 컬럼에 침출제를 공급하는 침출제공급부; 및

상기 침출제검지부에 의해 검지된 침출제의 수위정보에 의해 상기 침출제유출액의 배출량과 상기 침출제공급부의 침출제의 공급량을 제어하는 제어부를 포함하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치.
제1항에 있어서, 상기 컬럼의 측벽에는 세로방향으로 일정 간격으로 시료채취용홀이 형성되고, 상기 시료채취용홀은 상기 시료채취용홀에 결합되는 캡에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치.
제1항에 있어서, 상기 컬럼과 상기 침출제공급부 사이에는 공급제어밸브가 설치되고, 상기 컬럼의 배출홀에 연결되는 배출관에는 유출밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치.
제1항에 있어서, 상기 침출제검지부는, 상기 컬럼 내에 설치되는 3개의 전극센서와, 상기 전극센서와 전기적으로 연결되며 상기 제어부에 상기 전극센서의 데이터를 송신하는 신호수신부를 포함하고,

상기 3개의 전극센서는 서로 다른 길이를 가지며, 가장 긴 전극센서와 가장 짧은 전극센서의 길이차에 의해 침출제의 수위 변동폭을 한정하는 것을 특징으로 하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치.
제1항에 있어서, 상기 컬럼의 내부 하측에는 토양의 유출을 방지하는 스크린이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출제염장치.
제1항에 있어서, 상기 침출제공급부는, 침출제가 저장되는 침출제탱크와, 상기 침출제탱크에 연결되어 상기 침출제를 가압하여 상기 컬럼으로 공급하는 공급펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성토양의 침출제염처리를 위한 컬럼형 침출 제염장치.