KR20200077280A - 6불화우라늄(uf6) 실린더 세척폐액의 처리공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액의 처리공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가성소다(NaOH) 등을 이용한 침전 공정을 수행하지 않고, 감압증발 공정에 의하여 세척폐액을 처리하는 공정에 관한 것이다.

Description

6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액의 처리공정{TREATMENT PROCESS OF URANIUM HEXAFLUORIDE CYLINDER WASHING WASTEWATER}
본 발명은 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액의 처리공정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가성소다(NaOH) 등을 이용한 침전 공정을 수행하지 않고, 감압증발 공정에 의하여 세척폐액을 처리하는 공정에 관한 것이다.
6불화우라늄(UF6) 실린더 세척 공정에 있어서, 세척수는 순수(Demineralized water), 세척액은 [과산화수소(H2O2) 10% + 탄산나트륨(Na2CO3) 90%] 혼합용액을 사용하며, 국내에서 사용하는 30B Type 실린더의 경우 통상 세척수로 3회, 세척액으로 2회 세척하여 실린더당 총 5회 세척을 실시하며, 발생 폐액은 1회당 20 Liters, 총 100 Liters 정도 발생한다. 이때, 발생되는 세척폐액은 원자력연료를 생산하는 과정에서 필연적으로 발생하는 방사성 폐기물로, 효율적인 방법으로 이를 처리하여 방사성폐기물량을 최소화 함을 필요로 한다.
종래의 실린더 세척폐액 화학처리 공정은 Ammonium diuranate(ADU) 침전 공정과 Sodium diuranate(NaDU) 침전 공정이 있으며 국외에서는 주로 Sodium diuranate(NaDU) 공정을 채택하고 있는데, 이는 Sodium diuranate(NaDU) 공정에서 취급이 용이한 가성소다(NaOH)를 사용하고 우라늄(U)과 불소(F) 규제치를 쉽게 만족하며 방사성폐기물 발생량이 적기 때문이다.
국내에서는 기존 공정인 ADU 공정으로 폐액을 처리하고자 하였으나, 원자력인허가 및 환경규제치를 만족하지 못하여 ADU 침전 공정 이후 발생한 2차 폐액을 열분해하여 원자력인허가 및 환경 규제치를 만족시킨 후 대기로 방출하고 있다. 하지만 열분해공정은 공정제어요소가 많고 유지보수비용이 큰 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0112862호
본 발명의 목적은, 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척공정에 발생되는 세척폐액으로부터 배출되는 방사성폐기물의 발생량을 저감시킴과 동시에, 세척폐액의 환경 규제치를 만족하는 처리공정을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (1) 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액을 금속 필터로 여과시켜 여과수를 수득하는 단계; (2) 상기 여과수를 증발농축하여 응축수를 수득하는 단계를 포함하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법을 제공한다.
상기 금속 필터는 금속 분말 필터일 수 있다.
상기 (2) 단계는, 상기 여과수를 증발농축기를 통하여 감압농축 시킨 후, 진공건조기를 통하여 응축수를 수득할 수 있다.
상기 감압농축은 상기 여과수로부터 발생된 증기와 상기 여과수의 열교환을 통하여 반복수행할 수 있으며, 상기 진공건조는 프레온 가스를 이용하여 응축수를 수득할 수 있다.
상기 (2) 단계는 증발농축 후 잔류하는 고형물을 순환 건조기(covection oven)로 건조시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기존의 가성소다(NaOH) 등을 첨가하여 우라늄 화합물을 침전시키는 공정을 수행할 필요가 없으며, 별도의 침전공정을 생략함에 따른 화학약품 처리를 감소시킬 수 있다.
또한, 침전공정을 수행하지 않으므로, 세척폐액의 처리 공정단계를 축소시킴으로써 세척폐액의 처리속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 환경 규제치를 만족하는 세척폐액을 처리할 수 있으며, 방사성폐기물의 발생량을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에서 세척폐액(원수)의 혼탁정도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에서 세척폐액(원수)의 pH 측정 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에서 여과수의 혼탁정도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에서 여과수의 pH 측정 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에서 여과수의 여과량에 따른 여과속도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에서 응축수의 pH 측정 실시예를 도시한 것이다.
이하, 도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리공정을 도시한 것으로서, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법은 (1) 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액(이하, ‘세척폐액’이라 함)을 금속 필터로 여과시켜 여과수를 수득하는 단계; 및 (2) 상기 여과수를 증발농축하여 응축수를 수득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 세척폐액은 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척공정에서 순수(demineralized water)와 탄산소다(Na2CO3)의 혼합용액 및 순수(demineralized water)와 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액을 세척용액으로 사용한 것일 수 있다.
상기 (1) 단계는 여과반응조(120) 내에서 수행되며, 여과반응조(120) 내에 구비된 필터 박스에 의하여 세척폐액의 여과를 수행한다. 상기 필터 박스 내에는 Absolute 타입의 금속 분말(Metal Powder) 필터(1 ㎛)가 구비되며, 세척폐액을 상기 금속 분말 필터를 여과시킴으로서 여과수를 수득할 수 있다.Absolute 타입이란 절대적 공극 크기를 의미한다.
보다 상세하게는, 상기 (1) 단계는 세척폐액이 저장된 폐액수집조(110)에서 폐액이송 펌프(P1)를 통해 세척폐액을 여과반응조(120)로 이송한다. 여과반응조(120)로 이송된 세척폐액은 여과반응조(120) 내 구비된 필터 박스로 이송되며, 필터 박스 내 Absolute 타입의 Metal powder 필터(1 ㎛)(여과필터)를 통하여 여과공정을 수행한다.
상기 (1) 단계에서 여과공정을 수행하여 수득된 여과수는 여과수집조 펌프(P2)를 통해 여과수집조(130)에 저장된다. 금속 필터에 잔류하는 슬러지는 별도로 구비된 건조 설비로 이송 된다. 이때, 여과반응조(120)에는 세척폐액의 일부 성분인 UO2F2 및 Na4UO2(CO3)이 침전될 수 있으며, 침전된 UO2F2 및 Na4UO2(CO3)를 분리시키는 공정을 더 수행할 수 있다.
상기 (2) 단계는, 상기 (1) 단계에서 수득된 여과수를 증발농축기(140)를 통하여 감압농축 시킨 후, 진공건조기(160)를 통하여 응축수를 수득하는 단계이다.
상기 감압농축은 상기 여과수로부터 발생된 증기와 상기 여과수의 열교환을 통하여 반복수행하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 (2) 단계는 상기 (1) 단계에서 수득된 여과수를 여과수집조(130)로부터 증발농축기(140)로 이송하여, 증발농축 과정을 수행한다. 증발농축기(140)는 기기 내부에 구비된 송풍기(blower)(141)가 작동되어 내부 감압을 수행하고, 미리 설정된 압력에 도달하면 밸브가 개방된다. 밸브의 개방으로 증발농축기(140) 내외부의 압력차에 따라 증발농축기(140) 내 감압증발탱크(!43)로 여과수가 유입된다. 감압증발탱크(143) 내에 유입된 여과수는 전기에너지에 의한 가열이 시작되며, 가열에 의해 발생되는 일부 증기는 송풍기(blower)(131)에 의해 압축되며, 압축된 가열 증기는 박막식 열교환기(H1)로 이송되며, 열교환에 따른 열원 공급원으로 이용된다. 한편, 감압증발탱크(143) 내부의 여과수는 순환/농축펌프(P3)에 의해 박막식 열교환기(H1)로 이송하여 강제 순환시킨다. 박막식 열교환기(H1)에서는 상기 압축된 가열 증기와 강제 순환된 여과수와 열교환을 수행함으로써, 여과수의 증발을 유도하고, 강제 순환된 여과수는 감압증발탱크(143)로 다시 유입된다. 상기 압축된 가열 증기는 박막식 열교환기(H1)의 열교환 과정에서 여과수의 증발에 이용된 후, 응축되어 후단의 검사조(190)로 이송된다.
여과수는 감압증발탱크(143)에서 연속적인 증발을 통하여 농축되며, 농축에 따라 감압증발탱크(143)에 잔류하는 농축물은 내부 순환/농축 펌프(P4)에 의해 후단의 농축수조(150)로 이송된다. 농축수조(150)에 저장된 농축물은 진공건조기(160)로 유입되어 추가적인 농축 및 건조 공정(진공건조)을 수행한다.
상기 진공건조는 프레온 가스를 이용하여 응축수를 수득하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 진공건조기(160) 내에 구비된 진공펌프(161)는 진공건조기(160) 설비 내부를 감압함으로써, 진공건조기 내외부의 압력 차이에 의해 진공건조기(160) 내 진공건조탱크(163)로 농축물을 유입시킨다. 유입된 농축물이 존재하는 진공건조탱크(163) 하부에는 고온의 프레온 가스(HT-CFC)의 흐름이 존재하며, 고온의 프레온 가스(HT-CFC)는 컴프레셔(compressor)에 의한 압축을 형성될 수 있다. 고온의 프레온 가스(HT-CFC)는 진공건조탱크(163) 내부 농축물을 증발시켜 증기를 발생시키고, 농축물로부터 발생된 증기는 진공건조탱크(163) 상부에서 Air cooler에 의해 냉각된 프레온 가스(LT-CFC)의 흐름에 의해 응축된다. 냉각된 프레온 가스(LT-CFC)의 흐름에 의해 응축된 응축수는 진공건조기(160) 내부의 응축수 탱크(165)를 지나 후단의 검사조(190)로 저장된다. 또한, 진공건조탱크(163) 내에서 최종적으로 농축 및 건조된 건조물은 고형물로 존재하게 되며 별도의 처리공정으로 이송된다.
상기 (2) 단계는 증발농축 후 잔류하는 고형물을 순환 건조기(covection oven)로 건조시킬 수 있으며, 구체적으로는 감압증발탱크(143) 및 진공건조탱크(163) 내에서 잔존하는 고형물은 순환건조기(convection oven)(170)로 이송되어 200 ℃이하에서 운전하여 건조된 후 , 분말저장용기(UD Drum, T:1mm, H:980mm, D:230mm)(180)에 저장하여 보관된다.
한편, 검사조(190)에 저장된 응축수는 처리수 펌프에 의해 후단 설비로 이송 또는 재이용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예.
(1) 시료의 준비
취수 일자(6불화우라늄(UF6) 실린더 세척일자)를 달리하는 UF6 세척폐액(원수) 시료 3개(시료 A(취수일로부터 10일 보관): 1ℓ, 시료 B(취수일로부터 9일 보관): 1 ℓ, 시료 C(취수일로부터 1일 보관): 5ℓ)를 준비한다.
(2) 시료(원수)의 분석
상기 준비된 시료 A, B, C에 대하여 혼탁도(Turbidity), SS(Suspended Solids), pH, TDS, 방사능 농도를 각각 측정한다.
(3) 시료의 여과
필터(Metal Powder Filter, 1㎛)를 여과기 SET에 창착한 후, 각각의 시료 A, B, C를 500 ml씩 여과시킨 후, 처리시간과 압력을 측정한다. 이후, 여과된 각 시료의 여과수 A(시료 A의 여과수), 여과수 B(시료 B의 여과수), 여과수 C(시료 C의 여과수)에 대하여, 혼탁도, SS, pH, TDS, 방사능 농도, 탁도를 측정하고, 여과된 고형물의 방사능 농도를 측정한다.
또한, 시료 A, B, C를 필터가 폐색되는 시점까지 여과하여 처리량, 시간, 압력을 측정한다.(최대 5 ℓ)
(4) 여과수 증발농축
상기 (3)에서 여과된 여과수 A, B, C를 운전조건 42 ℃, 50 mbar 이하에서 증발농축을 수행한 후(응축수 A(여과수 A의 응축수), B(여과수 B의 응축수), C(여과수 C의 응축수)), 혼탁도(Turbidity), pH, TDS 및 방사능 농도를 측정한다.
(5) 불소 농도 분석
상기 (2)의 원수, 상기 (3)의 여과수, 상기 (4)의 응축수에 대하여 각각 불소 농도를 측정한다.
분석예.
(1) 원수(세척폐액) 분석
상기 실시예 (2)에서의 원수 시료 A, B, C에 대한 시료상태를 도 2에 도시하였으며, 혼탁도(Turbidity; NTU), SS, pH, TDS 및 방사능 농도를 하기 표 1에 정리하였다. 또한, pH의 정도를 촬영한 이미지를 도 3에 도시하였다.
측정 항목 시료 A 시료 B 시료 C
Turbidity(NTU) 368 566 509
SS(ppm) 2,838 2,548 760
pH 12 12 12
TDS(ppm) 12,630 13,210 12,230
방사능 농도(Bq/cc) 1,030 926 934
(2) 여과수 분석
상기 실시예 (3)에서의 여과수 A, B, C에 대하여 처리량에 따른 시간(T), 압력(P), 혼탁도(Turbidity; NTU), SS, pH, TDS 및 방사능 농도를 하기 표 2에 정리하였다. 또한, 여과상태에 따른 각각의 여과수의 상태를 도 4에 도시하였으며, pH의 정도를 촬영한 이미지를 도 5에 도시하였다.
또한, 상기 여과수 C에 대하여 3,500 ml까지 여과하여, 각 100 ml마다 처리시간에 따른 압력을 측정하여(처리량에 따른 여과 속도(cm/s) 변화) 도 6에 도시하였다.
측정 항목 여과수 A 여과수 B 여과수 C
처리량(ml) T(sex) P(mbar) T(sex) P(mbar) T(sex) P(mbar)
100 153 356 86 202 79 395
200 218 356 149 91 107 395
300 268 351 192 91 116 395
Turbidity(NTU) 4.73 5.50 4.68
SS(ppm) 348 492 365
pH 12 12 12
TDS(ppm) 12,480 13,040 12,730
방사능 농도(Bq/cc) 1,082 902 832
상기 표 2 및 도 4를 참조하면, Metal Powder 필터(공극 사이즈 1 ㎛)로 여과함으로써 고유의 황색을 띠는 잔류물질이 제거되고, 높은 투명도를 갖는 것을 확인할 수 있으며, 탁도 제거율을 99%을 보인다.
pH 변화는 상기 표 1과 비교하여, 변화가 없으며, 이는 여과 단계에서, pH에 영향을 미치는 성분은 여과되지 않으며, 여과수 내 용해되어 있는 것으로 볼 수 있다.
(3) 여과수 증발농축 처리수(응축수) 분석
상기 실시예 (4)에서의 응축수 A, B, C와 원수(세척폐액) 시료 C에 대하여 혼탁도(Turbidity; NTU), pH, TDS 및 방사능 농도를 하기 표 3에 정리하였다. 또한, pH의 정도를 촬영한 이미지를 도 7에 도시하였다.
측정 항목 응축수 A 응축수 B 응축수 C 시료 C
Turbidity(NTU) 0.62 0.42 0.67 0.94
pH 7 7 7 7
TDS(ppm) 0.25 0.13 0.48 0.12
방사능 농도(Bq/cc) 0.032 0.006 0.021 0.030
상기 표 3을 참조하면, 응축수의 탁도는 1 NTU 이하로 처리되었으며, TDS의 경우 여과수 대비 99.99 % 이상 제거되었음을 확인할 수 있다.
증발농축처리 후 응축수는 pH 12에서 pH 7로 감소하였으며, 방사능농도는 설계기준인 0.04 Bq/cc 이하를 만족하였다.
(4) 불소 농도 분석
상기 실시예 (2)의 시료 C(원수), 상기 실시예 (3)의 여과수 C, 상기 실시예 (4)의 응축수 C의 불소농도를 하기 표 4에 정리하였다.
측정 항목 시료 C(원수) 여과수 C 응축수 C
불소(ppm) 4,086 4,072 0
상기 표 4를 참조하면, 원수 대비 여과 후의 농도 차이가 없으며, 증발농축처리 후(응축수) 불소가 99.99% 이상 제거되었음을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. (1) 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액을 금속 필터로 여과시켜 여과수를 수득하는 단계;
    (2) 상기 여과수를 증발 농축하여 응축수를 수득하는 단계를 포함하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 필터는 금속 분말 필터인 것을 특징으로 하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 단계는,
    상기 여과수를 증발농축기를 통하여 감압농축 시킨 후, 진공건조기를 통하여 응축수를 수득하는 것을 특징으로 하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감압농축은 상기 여과수로부터 발생된 증기와 상기 여과수의 열교환을 통하여 반복수행하는 것을 특징으로 하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공건조는 프레온 가스를 이용하여 응축수를 수득하는 것을 특징으로 하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (2) 단계는 증발농축 후 잔류하는 고형물을 순환 건조기(covection oven)로 건조시키는 것을 특징으로 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법.
  7. (1) 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액을 금속 필터로 여과시켜 여과수를 수득하는 단계;
    (2) 상기 여과수를 증발 농축하여 응축수를 수득하는 단계를 포함하며,
    상기 (2) 단계는,
    ⅰ) 상기 여과수를 증발농축기를 통하여 감압농축 시키는 단계; 및
    ⅱ) 상기 감압농축 후, 진공건조기를 통하여 응축수를 수득하는 단계로 이루어지며,
    상기 ⅰ) 단계는 상기 여과수로부터 발생된 증기와 상기 여과수의 열교환을 통하여 반복수행하며,
    상기 ⅱ) 단계는 프레온 가스를 이용하여 응축수를 수득하는 것을 특징으로 하는 6불화우라늄(UF6) 실린더 세척폐액 처리 방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090112862A (ko) 2008-04-25 2009-10-29 한국원자력연구원 고 알카리 탄산염 용액 계를 사용하는 사용후핵연료의우라늄 분리회수방법과 그 장치
KR20120089557A (ko) * 2010-12-15 2012-08-13 일렉트릭 파워 리서치 인스티튜트, 인크. 경수로에서 수처리를 하기 위한 격리 수지의 합성
KR101648973B1 (ko) * 2016-04-28 2016-08-18 한전원자력연료 주식회사 6불화우라늄(uf6) 실린더 세척공정에서 발생한 세척폐액의 처리공정에 의한 우라늄(u) 회수방법
KR101868534B1 (ko) * 2017-12-22 2018-06-19 (주)한국원자력 엔지니어링 방사성 금속 침전 폐액 처리장치

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