KR20160106251A - 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법 - Google Patents

Abstract

방사성 핵종으로 오염된 오염수 또는 일반 산업용 오폐수를 흡착여재(Sorption Media)가 유동하는 연속 다단식 유동형 흡착방식으로 처리하는 오염수 처리방법에 관한 것으로, (a) 오염수 공급부를 통해 오염수를 방사형 다단 회전식 반응로로 공급하는 단계, (b) 흡착제 공급부를 통해 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종에 각각 상응하는 흡착제를 상기 오염수 공급부를 통해 공급되는 오염수와 대응하여 연속적으로 방사형 다단 회전식 반응로에 공급하는 단계, (c) 상기 방사형 다단 회전식 반응로를 주기적으로 회전시키는 단계, (d) 상기 오염수에 함유된 오염 물질을 흡착한 흡착제인 폐기물을 폐기물 배출부를 통해 배출하는 단계, (e) 상기 흡착제에 의해 오염 물질이 제거된 정수를 정수 배출부를 통해 배출하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 설치 및 유지보수비를 적게 소요되게 할 수 있다.

Description

방사형 다단 회전식 오염수 처리방법{Radial multi-pass waste-water treatment method}

본 발명은 수처리 기술로서 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법에 관한 것으로, 특히 방사성 핵종으로 오염된 오염수 또는 일반 산업용 오폐수를 흡착여재(Sorption Media)가 유동하는 연속 다단식 유동형 흡착방식으로 처리하는 오염수 처리방법에 관한 것이다.

과학 기술의 발전 및 에너지 문제 등으로 인해 국내외적으로 경제적이고 안정성 있는 원자력 발전소를 운용하고 있으나, 운영 중에 발생하는 많은 양의 액체 폐기물이 원자력 산업의 보급에 주요 장애 요인으로 지적되어 왔으며, 특히 체르노빌 원전 폭발사고 및 최근에 발생한 일본의 원전 사고로 인해 국내외적으로 액체 폐기물의 처리 문제가 매우 주요한 현안으로 부각되고 있다.

원자력 산업에서 발생하는 중저준위 방사성 액체폐기물의 대부분은 Co-60, Sr-90, Cs-187과 같은 방사성 핵종을 포함하고 있다. 이러한 핵종들은 생물체에 쉽게 흡수되어 다양한 암 및 유전자 돌연변이를 유발한다고 알려져 있다.

2011년 3월에 발생한 일본 후쿠시마 원전사고로 방사성 물질에 대한 경각심이 전 세계적으로 일게 되었고, 아직도 일본은 그 후유증에서 회복되지 못하고 있다. 그런데, 그 때 발생한 방사성 물질 중 Cs-137과 Sr-90이 아주 위험한 방사성 원소 중의 하나로서, 그 이유는 첫째, 그들의 반감기가 각각 28.8년과 30년으로서 매우 길므로 한번 오염이 되면, 오랫동안 오염된 상태가 지속될 수밖에 없기 때문이며, 특히 세슘염은 물에 대한 용해도가 높아서 빠른 속도로 지하수와 바다로 흘러들어가고 농작물과 식물 속으로 흡수가 되어 오염을 빠르게 확산시키게 된다. 그 결과, 식물과 농작물, 해산물을 인간이나 동물이 섭취하게 되면 그 오염의 고리는 점점 더 커지게 되고, 마침내는 전 인류의 건강을 해치게 된다.

따라서 원자력 발전소의 핵연료 재처리 과정에서 발생하는 폐수뿐 아니라 오염된 지하수, 토양, 바닷물로부터 방사성 Cs-137과 Sr-90을 제거하는 것은 인류의 안전과 건강에 직결이 되므로 이들의 처리 및 제거는 매우 필수적이다.

일반적으로 방사능 오염을 처리하는 방법은 방사능 오염도를 측정한 후, 측정된 방사능 오염도에 따라 방사능 오염 물질을 방사성 폐기물 처리장으로 이송하여 장기간 동안 보관하거나 또는 방사성 핵종을 제거하는 것이다. 또한, 방사성 핵종 폐수의 경우 매우 낮은 농도의 방사성 물질을 함유하고 있는 경우에도 방사성 폐기물로 간주되어 매우 까다로운 관리 및 처리절차를 요구한다.

방사성 오염수 처리방법으로서는 세정 처리 방식으로 알칼리 세정법 등이 있지만, 액체 흡착제에 의한 세정 처리 방식으로 처리하고, 이것을 액체 그대로 장기간 저장하는 것에는, 양적으로도, 또한 안전상으로도 문제가 많다.

고체 흡착제 충전에 의한 물리화학적 처리 방식에서는, 포착된 요오드는 다른 가스와의 교환의 가능성에 항상 노출되어 있고, 또한 온도가 상승하면 용이하게 흡착물을 방출하는 난점이 있다.

이온 교환제에 의한 처리 방식에서는, 무기 이온 교환제나 선택성 이온 교환 수지에 의한 흡착법으로 이온 교환제의 내열 온도는 100℃ 정도까지이며, 이보다 고온에서는 충분한 성능을 발휘할 수 없다는 과제가 있다.

방사성 핵종이 포함된 액체 폐기물들은 주로 증발농축법에 의해 처리되고 있으나 폐기물의 농축에는 매우 효과적이지만 핵종과 비핵종의 구분없이 모든 고형물들을 농축하여 감량효과를 저하시키고, 가열처리로 인한 많은 에너지 사용으로 많은 운전비용이 요구되며 유기물의 증발에 의한 비말동반(액체가 미소한 물방울로 되어 증기가스와 함께 운반되는 현상) 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 중공사막 필터 및 역삼투막 등과 같은 다양한 방법들이 연구 개발되고 있으며, 특히 단순하고 특정 성분에 대한 높은 선택성을 가지며 낮은 온도에서도 조작 가능하다는 장점으로 인해 흡착제 및 이온교환수지를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다[Angew. Chem. Int. 2014, 53, 7203-7208, Shuvo Jit Datta외 4인].

또한 이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 및 2 등에 개시되어 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 (a) SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 흡착제로 세슘 이온을 흡착 제거하는 세슘 이온 제거 단계 및 (b) Cl^-이온을 포함하는 스티렌계 유기 이온 교환수지로 요오드를 제거하는 요오드 제거 단계를 포함하고, 상기 세슘 이온 제거 단계 후에 처리된 방사능 오염수의 세슘 이온 수치를 측정하여 세슘 이온 수치가 임계점을 초과하는 경우 세슘 이온 제거 단계를 반복하고, 상기 요오드 제거 단계 후에 처리된 방사능 오염수의 요오드 수치를 측정하여 요오드 수치가 임계점을 초과하는 경우 요오드 제거 단계를 반복하는 방사능 오염수 처리 방법에 대해 개시되어 있다.

또 하기 특허문헌 2에는 초기 우수에 포함된 침전성 비점오염물질을 침전시키는 단계, 초기 우수에 포함된 부유성 비점오염물질 및 용해성 비점오염물질을 여재스크린을 통해 1차적으로 걸러내는 단계, 여재스크린을 통과한 초기 우수의 유속을 늦추는 단계, 속도가 늦추어진 초기 우수에 포함된 부유성 비점오염물질 및 용해성 비점오염물질을 이온교환 능력이 뛰어난 고흡착성 물질인 제오라이트가 충전된 분배유공관을 통과시켜 2차적으로 걸러내는 단계, 상기 초기 우수에 포함된 부유성 비점오염물질 및 용해성 비점오염물질을 다공질의 고흡착성 물질인 활성탄이 충전된 여재스크린을 통과시켜 최종적으로 걸러내는 단계를 포함하되, 상기 분배유공관을 통과시켜 2차적으로 걸러내는 단계에서 일부 초기 우수는 초기 우수의 흐름 방향에 대해 수직한 방향인 하부방향으로 유동하여 상하로 배치된 여재층을 통과하면서 정화되어 땅속으로 배출되도록 하는 다단처리를 통한 자연형 초기 우수 정화 방법에 대해 개시되어 있다.

대한민국 공개특허공보 제2014-0042067호(2014.04.07 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-0991492호(2010.10.27 등록)

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 방사성 오염수 중에 함유된 방사성 핵종(세슘, 요오드, 코발트 등)을 분리하여 제거하는 것에 대하여, 실제 입증이 어려워 실증 및 상용화가 아직 미흡한 실정이다. 따라서 보다 구체적이고 실질적이고 단순한 공정이 요구된다.

또한 일반 산업체 오염수 처리의 경우, 기존의 오염수 처리방법은 고정층 흡착탑에 흡착제를 채우고 상부에 오염수를 투입하고 하부로 통과시키는 것으로, 상호 접촉된 흡착제의 일부 표면에는 오염물질의 흡착이 어렵다. 따라서 의도적으로 역세하는 공정을 두고 고압의 공기를 하부에서 상부로 공급하여 흡착제를 섞어주는 공정을 추가하기도 한다.

그러나, 역세하는 공정으로 인하여 운용설비의 구조물 및 각종 펌프류의 파손이 빈번하게 발생된다. 또한 고정층 흡착탑의 흡착제는 주기적으로 연중 3~6회 정도로 교체를 해야하는데 교체시 흡착탑 내부에 작업자가 직접 들어가서 작업을 해야하는 사항이다. 고정층 흡착탑을 통과한 여과수의 COD가 배출기준에 미달되면 흡착제를 교체해야한다. 따라서 대부분의 고정층 흡착시설은 2개를 설치하여 상호 번갈아가면서 사용하고 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 방사형 다단 회전로 기술을 접목하여 원전사고시 대량으로 발생되는 방사성 오염수(예, 일본 후쿠시마 원전사고) 또는 원자력 발전소를 운영하면서 발생되는 오염수의 핵종을 분리제거하는 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연속처리가 가능한 대용량의 처리공정으로 신속한 처리가 가능하고 시스템 및 처리공정을 보다 단순화시켜 2차 폐기물의 발생량과 처리비용을 최소화할 수 있는 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 오염수 처리방법은 (a) 오염수 공급부를 통해 오염수를 방사형 다단 회전식 반응로로 공급하는 단계, (b) 흡착제 공급부를 통해 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종에 각각 상응하는 흡착제를 상기 오염수 공급부를 통해 공급되는 오염수와 대응하여 연속적으로 방사형 다단 회전식 반응로에 공급하는 단계, (c) 상기 방사형 다단 회전식 반응로를 주기적으로 회전시키는 단계, (d) 상기 오염수에 함유된 오염 물질을 흡착한 흡착제인 폐기물을 폐기물 배출부를 통해 배출하는 단계, (e) 상기 흡착제에 의해 오염 물질이 제거된 정수를 정수 배출부를 통해 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 단계 (c)에서의 회전에 의해 상기 흡착제가 오염수와 연속적으로 향류 유동하여 상기 방사형 다단 회전식 반응로를 통과시켜서 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종이 흡착제에 흡착되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로는 다수 개의 튜브로 구성되며, 각각의 튜브는 긴 튜브를 다수 개로 접어놓은 것처럼 연결되고, 각각의 튜브 내부에는 이송가이드가 부착되어 상기 흡착제가 순차적으로 이동되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 흡착제는 오염수에 포함된 유기물 또는 다양한 핵종을 선택 흡착하는 흡착 물질로서 활성탄, 제올라이트 또는 상응하는 분자체를 포함하고, 상기 흡착제는 단독 또는 혼합하여 상기 방사형 다단 회전식 반응로에 공급되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부의 오염수가 비정상적으로 누출되지 않도록 방사형 다단 회전식 반응로 내부의 수위는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 좌우 양단에 마련된 오염수 공급부, 흡착제 공급부, 폐기물 배출부, 정수 배출부의 각각의 공급구 및 배출구 위치보다 항상 낮게 유지하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부로 오염수가 연속적으로 투입되어 흐르고, 상기 흡착제는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 회전에 따라 오염수 유동과 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부를 통과한 후 배출된 정수에 포함된 오염물질의 허용농도가 기준치 이내로 유지되도록, 상기 흡착제의 투입량 또는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 회전수가 조절되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로는 이동형 차량에 탑재하여 오염지에서 직접 오염물질을 처리하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부에 투입하는 오염수는 방사능 오염수,일반 산업용 오염수, 오폐수, 대기환경 오염물질 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 따른 오염수 처리방법에 있어서, 상기 단계 (d)에서 배출된 폐기물은 탄소강 드럼으로 직접 수거되어 분리한 다음 출입구를 밀봉한 후 방사능 준위에 따라 방사성 폐기물 처분장으로 이송하여 처분하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법에 의하면, 연속처리가 가능하여 대용량의 신속한 처리가 가능하고 시스템 및 처리공정이 보다 단순하여 설치 및 유지보수비가 적게 소요된다는 효과가 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수의 처리방법에 의하면, 방사성 핵종이 다량으로 흡착된 2차 폐기물이 소량이고 드럼으로 직접 수거함으로써 작업자가 방사성 물질에 노출될 위험성이 거의 없고, 기존의 고정층 흡착탑의 경우처럼 흡착제 교체를 위하여 가동을 멈추거나 교체할 필요가 없다는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법에 의하면, 이동형으로 차량에 적재하여 오염수 발생 현장에서 직접 처리함으로써 적은 비용으로 용이하고 신속하게 오염수에 함유되어 있는 방사성 핵종을 분리하거나 추출하여 제거할 수 있는 효과도 얻어진다.

또, 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법에 의하면, 배출되는 정수(여과수)에 포함된 핵종이 배출 기준치에 미달되는 경우에는 흡착제 투입을 늘리거나 오염수 투입량을 줄이는 것에 의해, 방사성 오염수의 발생이 적게 되고 원자력발전소 오염수 저장공간의 이용률을 크게 향상시킬 수 있는 효과도 얻어진다.

도 1은 본 발명에 따른 원자력 발전소에서 발생되는 방사성 오염수 처리장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 원자력발전소에서 발생되는 방사성 오염수 처리장치의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에 마련되고, 흡착제가 각각의 튜브에 유지되는 다수 개의 튜브의 배치 상태를 나타내는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 다수 개의 튜브 내에서의 향류 유동의 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에서 오염수와 흡착제의 향류 유동의 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에서 오염물질의 흡착 상태를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명은 원자력 발전소에서 발생하는 방사능 오염수에서 방사능 물질을 제거하기 위하여 선택적 흡착이 가능한 흡착제를 방사형 다단 회전식 흡착 반응로 내부에서 순차적으로 유동시키면서 향류 방향으로 방사능 오염수를 연속적으로 통과시켜 방사능 오염물질을 흡착제에 매우 효과적으로 흡착하는 방법을 마련한 것이다. 즉, 원자력발전소, 연구소 및 대학교의 실험실에서 발생하는 방사능 오염수에 포함된 방사성 핵종을 효율적으로 제거하는 처리방법을 마련한다.

이하의 설명에서 본 발명에 따른 오염수 처리방법은 원자력 발전소에서 발생하는 세슘, 요오드, 코발트, 스트론튬 등에 오염된 방사능 오염수를 주로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 일반 산업용 오염수, 오폐수, 대기환경 오염물질 중의 어느 하나에도 적용 가능하다.

이하, 본 발명의 구성을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 원자력 발전소에서 발생되는 방사성 오염수 처리장치의 사시도 이고, 도 2는 본 발명에 따른 원자력 발전소에서 발생되는 방사성 오염수 처리장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에 마련되고, 흡착제가 각각의 튜브에 유지되는 다수 개의 튜브의 배치 상태를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 오염수 처리방법을 실행하기 위해 원자력 발전소에서 발생하는 방사능 오염수를 처리하기 위한 오염수 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(10)에 장착되는 방사형 다단 회전식 반응로(20)를 구비한다.

상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)는 프레임(10) 위에서 롤러 등을 구비한 구동장치(11)에 의해 구동되어 회전한다. 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전은 구동장치(11)의 정회전 또는 역회전에 대응하여 정회전 또는 역회전하며, 회전속도는 제어부(미 도시)의 제어에 따라 구동장치(11)의 구동 속도를 조절하는 것에 의해 제어된다.

상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 내부는 도 3에 도시된 바와 같이, 수십 미터에 이르는 긴 튜브를 다수 개로 접어서 삽입한 것처럼 다수 개의 튜브(30)가 장착된다. 도 3의 예에서는 8개의 튜브(30)가 마련된 구조를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 크기, 즉 직경 또는 길이에 따라 가변되고, 각각의 튜브(30)의 길이 및 직경도 투입되는 오염수 또는 흡착제의 공급량에 따라 가변되므로, 특정 수치에 한정되는 것은 아니다.

각각의 튜브(30) 내부에는 공급되는 흡착제가 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 따라 순차적으로 이송되도록 이송가이드(31)가 장착될 수 있다. 이와 같은 이송가이드(31)는 흡착제가 배출 슬롯을 통과하여 배출되도록 이동시키는 리프트 판과 배출 슬롯으로 흡착제가 일시에 쏟아지는 것을 방지하기 위한 슬롯 댐을 구비할 수 있으며, 방사형 다단 회전식 반응로(20)에서 흡착제가 순차적으로 이송되도록 각각의 튜브(30) 내에 순방향 및 역방향으로 교대로 장착된다.

상기 이송가이드(31)는 방사형 다단 회전식 반응로(20)가 회전하는 동안 흡착제가, 예를 들어 7번째 튜브에서 배출 슬롯을 통과하여 6번째 튜브로 이동하는 경우, 흡착제가 일시에 배출 슬롯을 통과하여 배출되는 것을 2단계로 순차적으로 배출하도록, 이송가이드(31)를 제1 이송가이드와 제2 이송가이드의 2개의 구조를 마련할 수 있다. 즉, 제1 이송가이드는 튜브 내의 중심을 향한 각도를 기존 90도로 하고, 제2 이송가이드를 45도로 하여 이원화하여, 제1 이송가이드에서 흡착제를 50% 정도 배출한 후, 제2 이송가이드에서 나머지가 배출되도록 함으로서, 흡착제와 오염수의 접촉을 주기적이고 순차적으로 실행하여 오염수의 오염물질이 흡착제에 완전히 흡착되도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 오염수 처리장치는 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 좌측에 마련되어 오염수를 방사형 다단 회전식 반응로(20)로 공급하는 오염수 공급부(40), 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 우측에 마련되어 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종에 각각 상응하는 흡착제를 방사형 다단 회전식 반응로(20)에 공급하는 흡착제 공급부(50), 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 좌측에 마련되어 오염수에 함유된 오염 물질을 흡착한 흡착제인 폐기물을 배출하는 폐기물 배출부(60), 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 우측에 마련되어 상기 흡착제에 의해 오염 물질이 제거된 정수(여과수)를 배출하는 정수 배출부(70)를 구비한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오염수 처리장치를 마련하는 것에 의해 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부로 오염수가 연속적으로 투입되어 정수 배출부(70)로 배출되고, 상기 흡착제는 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 따라 오염수 유동과 반대 방향으로 이동하여 폐기물 배출부(60)로 배출된다.

상기 흡착제는 오염수에 포함된 유기물 또는 세슘, 요오드, 코발트, 스트론튬 등의 다양한 핵종을 선택 흡착하는 흡착 여재(Sorption Media)로서 활성탄, 제올라이트 또는 상응하는 분자체를 단독으로 사용되거나, 이들을 혼합하여 상기 흡착제 공급부(50)에 공급된다.

상기 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부에 투입되는 흡착제는 제거되는 오염물질에 따라 이러한 다양한 흡착제들을 적절하게 혼합한 혼합흡착제 또는 하나의 흡착제를 투입하여 사용하며, 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부에 투입되는 흡착제는 입상 형태의 고상으로 비중이 비교적 커서 오염수 속에서 가라앉도록 한다.

한편, 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부의 오염수가 비정상적으로 누출되지 않도록, 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부의 수위는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 좌우 양단에 마련된 오염수 공급부(40), 흡착제 공급부(50), 폐기물 배출부(60), 정수 배출부(70)의 각각의 공급구 및 배출구 위치보다 항상 낮게 유지하게 한다. 즉 도 2에서는 설명의 편의상 오염수의 공급 및 정수의 배출 위치, 흡착제의 공급 및 폐기물의 배출 위치가 도면의 중앙 부분에 표기하였지만, 실제 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부로의 공급은 방사형 다단 회전식 반응로(20)가 회전하는 동안 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내의 수위보다 낮은 위치에서 공급되도록 구성된다.

또 2의 구조에서 점선의 화살표는 오염수가 공급되어 여과되어 정수로 되는 오염수의 공급 경로를 나타내고, 실선의 화살표는 흡착제가 공급되어 폐기물로 배출되어 보관통인 탄소강 드럼으로 공급되는 경로를 나타낸다.

한편 상기 제어부는 오염수 공급부(40)에서 공급되는 오염수의 공급량 및 흡착제 공급부(50)에서 공급되는 흡착제의 투입량을 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전수에 따라 미리 설정된 조건으로 제어하도록 한다. 이러한 제어부의 제어에 따라 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부를 통과한 후 배출된 정수에 포함된 오염물질의 허용농도가 기준치 이내로 유지되도록 할 수 있다.

다음에 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수 처리방법에 대해 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한다.'

도 4는 도 3에 도시된 다수 개의 튜브 내에서의 향류 유동의 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에서 오염수와 흡착제의 향류 유동의 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 반응로 내에서 오염물질의 흡착 상태를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 방사형 다단 회전식 오염수 처리장치는 다수 개의 튜브(30) 내에서 흡착제가 향류 유동하도록 이송가이드(31)가 도 4에 도시된 바와 같이, 순방향(+) 및 역방향(-)으로 교대로 장착된다. 이와 같이, 이송가이드(31)가 순방향(+) 및 역방향(-)으로 교대로 장착되고, 각각의 튜브(30)에 도 5에 도시된 바와 같이, 배출 슬롯(32)이 마련되므로 오염수 공급부(40)에서 공급되는 오염수 및 흡착제 공급부(50)에서 공급되는 흡착제가 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 따라 다수 개의 튜브(30)를 순차적으로 경유하여 하나의 긴 튜브 형상의 기능을 갖게 하는 것이다.

원자력 발전소, 연구소 및 대학교의 실험실에서 발생하는 방사능 오염수는 상기 오염수 공급부(40)를 통해 투입되어 도 5 및 도 6에서 점선의 화살표로 표시한 바와 같이, 방사형 다단 회전식 반응로(20)에서 상기 흡착제를 향류 방식으로 통과하여 오염수에 포함된 방사성 물질 또는 유기물이 상기 흡착제에 순차적으로 흡착되도록 한다.

흡착제는 흡착제 공급부(50)에 의해 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부로 투입되고, 방사형 다단 회전식 반응로(20)는 주기적으로 매우 천천히 회전한다. 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 따라 튜브(30) 내부의 흡착제는 상하로 골고루 섞이면서 순차적으로 각각의 튜브(30)를 따라 천천히 이송가이드에 의해 이동한다.

즉, 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)가 주기적으로 회전하는 것에 의해 상기 흡착제가 오염수와 연속적으로 향류 유동하여 상기 방사형 다단 회전식 반응로(20)를 통과하여 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종이 흡착제에 흡착된다.

상기 오염수에 함유된 오염 물질을 흡착한 흡착제인 폐기물은 폐기물 배출부(60)를 통해 배출되고, 상기 흡착제에 의해 오염 물질이 제거된 정수는 정수 배출부(70)를 통해 배출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오염수 처리방법에서는 오염수의 유동이 흡착제의 유동과 반대방향이므로, 흡착제가 오염수의 흐름 방향으로 밀리면서 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 따른 이송가이드를 따라 상하로 골고루 섞이면서 이동하는데, 이때 이동되는 거리는 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부에 추가되는 흡착제의 양에 비례한다.

흡착제가 추가로 투입되지 않으면 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부의 흡착제는 오염수의 흐름에 밀리면서 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에도 불구하고 이송되지 않는다.

따라서 지속적인 흡착제의 투입에 비례하여 방사형 다단 회전식 반응로(20) 내부의 흡착제는 점차 이동하여 폐기물 배출부(60)로 배출된다. 이때 투입되는 흡착제의 양은 제어부에서 미리 설정된 조건에 따라 여과된 정수의 방사성 물질이 오염기준치 이하로 유지되도록 조절한다. 즉, 방사형 다단 회전식 반응로(20)의 회전에 비례하며 흡착제가 투입되며 투입되는 양은 배출되는 정수의 허용 기준치를 고려한다. 마찬가지로 폐흡착제의 배출량도 투입되는 흡착제의 양만큼씩 방사형 다단 회전식 반응로(20)로의 회전마다 배출된다.

본 발명에 따른 방사능 오염수 처리방법에 따르면, 방사형 다단 회전식 반응로를 통과한 여과된 물은 더 이상 방사성 오염수가 아니며, 대신에 소량으로 배출되는 폐흡착제는 유기물과 방사성 핵종을 다량으로 흡착한 방사성 폐기물이 된다. 배출된 폐흡착제는 자동적으로 탄소강 드럼에 저장되고 가득 찬 드럼은 안전하게 교체한다. 즉, 상기 방사성 물질로 오염된 흡착제는 탄소강 드럼으로 직접 수거하여 안전하게 분리한 다음 출입구를 밀봉한 후 방사능 준위에 따라 방사성 폐기물 처분장으로 이송하여 처분한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 오염수 처리방법에서는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이, 수십 미터에 이르는 긴 튜브를 회전하는 것을 수 미터 이내로 작고 단순한 구조로 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 오염수 처리 시스템 및 처리공정이 단순하여 이동형으로 차량에 오염수 처리장치를 탑재하면 오염물질 발생 현지에서 연속처리 및 대용량의 신속한 처리가 가능하다. 또 처리 후 발생하는 2차 폐기물의 양이 최소화되고 2차 폐기물에 노출될 위험성이 크게 감소하여 보다 안정적이고 경제적으로 신속하게 방사성 오염수를 처리할 수 있다.

또한 방사성 오염수 대신 일반 산업용 오폐수 또는 대기오염물질을 투입하여 오염물질을 흡착 제거하는 것이 가능하므로, 이는 기존의 고정층 흡착방법의 단점인 흡착제 교체비용의 과다, 흡착시설 유지비용의 과다 및 소요되는 흡착제의 양 의 과다를 모두 해소할 수 있는 장점을 갖는다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명에 따른 방사성 오염수 처리방법을 사용하는 것에 의해 원자력 발전소 등에서 발생하는 오염수의 다 핵종처리 설비뿐만 아니라 일반 산업체에서 발생되는 오폐수, 정수장에서 사용되는 정수설비 또는 대기환경 오염물질 흡착설비로 사용하는 것이 가능하므로, 기존의 산업계에서는 주로 고정층 흡착탑을 사용해오고 있으나 향후 이를 대체하는 설비로 널리 사용될 할 수 있다.

10 : 프레임
20 : 방사형 다단 회전식 반응로
30 : 튜브
40 : 오염수 공급부
50 : 흡착제 공급부
60 : 폐기물 배출부
70 : 정수 배출부

Claims (10)

1. (a) 오염수 공급부를 통해 오염수를 방사형 다단 회전식 반응로로 공급하는 단계,
   (b) 흡착제 공급부를 통해 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종에 각각 상응하는 흡착제를 상기 오염수 공급부를 통해 공급되는 오염수와 대응하여 연속적으로 방사형 다단 회전식 반응로에 공급하는 단계,
   (c) 상기 방사형 다단 회전식 반응로를 주기적으로 회전시키는 단계,
   (d) 상기 오염수에 함유된 오염 물질을 흡착한 흡착제인 폐기물을 폐기물 배출부를 통해 배출하는 단계,
   (e) 상기 흡착제에 의해 오염 물질이 제거된 정수를 정수 배출부를 통해 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (c)에서의 회전에 의해 상기 흡착제가 오염수와 연속적으로 향류 유동하여 상기 방사형 다단 회전식 반응로를 통과시켜서 상기 오염수에 포함된 유기물 또는 핵종이 흡착제에 흡착되도록 하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로는 다수 개의 튜브로 구성되며,
   각각의 튜브는 긴 튜브를 다수 개로 접어놓은 것처럼 연결되고, 각각의 튜브 내부에는 이송가이드가 부착되어 상기 흡착제가 순차적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 흡착제는 오염수에 포함된 유기물 또는 다양한 핵종을 선택 흡착하는 흡착 물질로서 활성탄, 제올라이트 또는 상응하는 분자체를 포함하고,
   상기 흡착제는 단독 또는 혼합하여 상기 방사형 다단 회전식 반응로에 공급되는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부의 오염수가 비정상적으로 누출되지 않도록 방사형 다단 회전식 반응로 내부의 수위는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 좌우 양단에 마련된 오염수 공급부, 흡착제 공급부, 폐기물 배출부, 정수 배출부의 각각의 공급구 및 배출구 위치보다 항상 낮게 유지하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부로 오염수가 연속적으로 투입되어 흐르고, 상기 흡착제는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 회전에 따라 오염수 유동과 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부를 통과한 후 배출된 정수에 포함된 오염물질의 허용농도가 기준치 이내로 유지되도록, 상기 흡착제의 투입량 또는 상기 방사형 다단 회전식 반응로의 회전수가 조절되는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로는 이동형 차량에 탑재하여 오염지에서 직접 오염물질을 처리하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 방사형 다단 회전식 반응로 내부에 투입하는 오염수는 방사능 오염수,일반 산업용 오염수, 오폐수, 대기환경 오염물질 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서 배출된 폐기물은 탄소강 드럼으로 직접 수거되어 분리한 다음 출입구를 밀봉한 후 방사능 준위에 따라 방사성 폐기물 처분장으로 이송하여 처분하는 것을 특징으로 하는 오염수 처리방법.

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