KR820000311B1 - 폐기물 처리방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폐기물 처리방법

첨부도면은 본 발명의 공정을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명은 폐기물질의 처리방법에 관한 것이다.

본 발명은 요오드 131 동위원소와 같은 방사성 할로겐 등을 함유하는 방사성 폐기물의 처리에 특히 유리하다. 특히 본 발명은 농축화학 폐기물, 여과 슬러지, 소모된 이온교환수지 덩이, 넝마 및 기타물질 등과 같은 액체 및 고체 방사성 폐기물질의 체적을 현저하게 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 방법에 의하면 모든 액체 및 가연성 고체 폐기물을 무수 과립상의 고체로 감소시킬 수 있다.

지난 몇년가, 동력장치를 위한 핵 에너지를 포함하는 에너지의 사용량이 많이 증가되었다. 따라서 늘어가는 폐기물의 취급과 처리에 따른 문제점이 증가하였다. 이러한 문제점 중에서, 작동설비의 증가에 따른 폐기물 처리 허가 장소의 확보가 특히 심각하다. 더구나 앞으로는 새로운 상업적 처리장의 선택이 엄격한 정부의 감독과 엄중한 규정에 따라 행하여질 것으로 에상된다.

특히 정부기관은 재조사를 할 것이고 낮은 수준의 방사성 오물처리장치를 감독할 것이라고 믿어진다.

또한, 면허를 얻을 수 있는 요건은 더욱 엄격해질 것이다.

처리상의 가장 중요한 관점은 처리된 폐기물을 최종 하차장까지 안전하게 수송할 수 있느냐 하는 것이다. 이러한 관점에서, 물질의 안전성을 증가하면서 가능한한 폐기물의 양을 줄이는 것이 바람직하다.

그러므로 본 발명의 목적은 폐기물의 양을 현저하게 감소시키는 처리방법을 제공하려는 것이다.

핵 공장 설비에 있어서의 폐기물 처리의 중요한 문제는 폐기물의 종류에 따라 화학적으로나 물리적으로 특성이 다르더라도 각종의 폐기물을 단일 시설내에서 처리할 수 있어야 한다는 점이다. 본 발명은 폐기물의 화학적 조성과는 가능한한 무관한 방법을 제공하므로, 수 많은 폐기물의 처리에 유용하다.

종래, 방사성 물질을 함유하는 액체 폐기물을 고체 입자로 전환하는데 활용되어 오던 유동층(流動層)은 액체폐기물을 건조 혹은 하소시켜 얻은 고체 생성물로 이루어졌다.

이러한 방법에 있어서는, 유체 입자의 표면에 새로운 액상 폐기물이 부착된후 물이 빠져나가 그 표면에 고체 피막이 형성됨으로써 입자가 커지는 것과 입자의 상호충돌 또는 입자상의 고체표면과의 충돌에 의한 "자기 분쇄" 효과에 따라 입자의 크기가 감소하는 것이 동시에 발생함으로써 중요한 문제점으로 된다.

입자의 크기가 커지는 것과 작아지는 것이 동시에 발생하게 되면 완전한 조작이 매우 어렵게 되는데 왜냐하면 유동층 입자가 너무 크면 이들이 적절하게 유체화될 수가 없어 공정을 성공적으로 수행할 수 없으며, 반면에 유동층 입자가 너무 작으면 이들 입자의 최종 속도가 용기내의 유체화 작용 공기의 표면 속도에 접근함에 따라 이들 입자가 유동층의 최상부에서 소멸되어 버리기 때문이다. 유출되는 가스에 고체 분자가 합쳐지는 작용은 보통 정화라고 불리워진다. 따라서, 이러한 구조에서 입자 크기의 성장과 축소사이의 섬세한 균형을 이루려면, 유동층 매체 내의 입자 크기 분포를 계속해서 관찰하여 입자의 크기 및 입자의 성장현상을 적절히 제어함으로써 이들을 작동 조건내로 유지시킬 필요가 있다.

입자의 성장 및 축소 현상은 고체로 전환될 액체 폐기물질의 화학적 특성과 조성에 의하여 영향을 받는다. 예를들어, 폐기물의 고체총량(용해량 및 불용량의 총함)이 액체폐기물의 화학적 특성에 따른 어떤 특정치보다 작다면, 유동층 입자가 성장할 수 없다. 이것은 액체 폐기물류 내의 고체 생성물질의 양이 적기때문에 입자 크기의 증가(성장)율 보다 축소(마찰)율이 더욱 커지기 때문이다.

상기 유동층의 하소나 증발 공정이 이와같이 액체 폐기물의 화학적 특성에 따라 달라지면, 적절한 작동을 수행하기 위하여 매우 엄격한 공정상의 감독이 필요하게 되므로 대단히 불리하다. 본 발명에 의하면, 하소와 소각이 액체 폐기물의 화학적 특성에 그다지 의존하지 않는 폐기물의 처리방법이 제공된다.

더구나 상술한 하소 방법은 입자 크기 제어상의 문제 때문에 매우 묽은 액체 폐기물류를 처리할 수 없다. 본 발명의 방법은 완전한 고체 폐기물은 물론 매우 묽은 액체 폐기물류도 역시 성공적으로 취급할 수 있다. 본 발명에 의하면 동일한 유동층을 사용하여 하소와 소각을 모두 다른 조건(예컨대 다른 온도)에서 행할 수도 있다.

본 발명은 폐기물질량의 축소와 처리방법에 관한 것이며, 본 발명에 있어서는 적어도 약 1000℃까지의 온도에서 화합물질에 의한 공격 및 산화, 응집에 대한 내구성이 있는 재질로 된 유동층 하소기 및 소각로를 이용한다. 연소 조건은 연료 및 함산소 가스를 유동층으로 공급함으로써 유지된다. 층입자들을 유동성 형태로 유지시키기에 충분한 속도로 가스를 하소로와 소각로의 유동층 구역으로 주입하면 층입자들이 유동성입자의 형태로 존재된다.

처리될 폐기물은 유동층 하소로와 소각로의 유동층 구역으로 공급된다. 폐기물은 소각로와 하소로에서 소각되거나 하소되고, 용출 기류는 이로부터 제거되어 건조 사이클론으로 이송된다. 건조 사이클론내에서는 고체입자가 용출기류로 부터 분리된다. 고체입자는 건조 사이클론으로 부터 제거된 후, 차후의 처리를 위하여 저장탱크로 이송된다.

용출 기류는 사이클론으로 부터 제거되어 급냉탱크로 이송되며, 이 급냉탱크로는 액체가 주입되어 용출기류를 냉각시키고 또한 이 용출 기류내에 함유되어 있는 입자를 습윤시킨다. 용출기류내의 액체 및 습윤 입자는 급냉탱크로 부터 제거되어 세정용액 탱크로 이송된다.

용출기류는 급냉탱크로 부터 제거되고, 벤류리 세정기로는 액체가 또다시 부가되어 용출 기류내에 잔류된 입자를 습윤시키고 수증기를 용축시킨다. 습윤 입자를 함유하는 용출기류는 벤튜리 세정기로부터 제거되어 습윤 사이클론으로 이송된다. 액체 입자는 습윤 사이클론으로부터 제거되어 세정용액 탱크로 이송되며, 용출기류는 습윤 사이클론으로 부터 제거되어 응축기로 이송된다.

용출 기류 및 응축된 액체 입자는 응축기로부터 제거되어 디미스터로 이송되어 그곳에서 액체입자가 제거된다. 액체입자는 그후 세정용액 탱크로 옮겨진다. 용출 기류는 디미스터로 부터 제거되어 가열된다.

가열된 용출 기류는 여과기를 통과하여 잔류된 고체 입자를 제거시킨 후, 또한 흡착기를 통과하여 할로겐가스를 제거시킨다.

세정용액 탱크는 세정용액의 저장을 위한 주로 저장수단으로서의 역할을 한다. 이 세정용액은 필요시 세정용액 탱크로부터 제거되어 급냉탱크 및 벤튜리 세정기로 공급되는 액체로 사용되며, 액체 폐기물시스템으로 재순환되기도 한다. 따라서, 세정 용액내로 도입된 방사성 할로겐은 충분한 시간동안 처리계내에 잔류한 후 방사성이 없는 원소로 붕괴된다. 필요에 따라서는 할로겐 처리제를 세정용액 탱크내로 주입시킬 수도 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 방법을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다음의 설명에서는 편의상 낮은 수준의 방사성 폐기물을 처리하는 방법으로 기술되어 있으나, 기타의 폐기물도 본 발명의 방법에 의하여 동일하게 처리될 수 있는 것이다.

도면에는 용기(1)(3)(4)(6)으로 구성되는 원료 공급장치, 용기(9)로 구성되는 하소 및 소각로, 그리고 용기(10)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(21)로 구성되는 배기가스 정제 시스템이 도시되어 있다.

폐기물은 공급장치에 도입되기 전에 필요에 따라 예비 처리될 수 있다. 예를들면 연장이나 도관과 같이 비교적 크고 연소되지 않는 고체물질은 적당한 분류방법에 의해서 분리될 수 있다. 필요하다면 통상의 방법에 의해 폭발성 물질을 제거한다.

하소 및 소각로 용기(9)에 대한 원료 공급장치는 세가지 종류의 폐기물을 공급하기 위한 것이다.

세가지 종류의 폐기물이란 낮은 수준의 방사성으로 오염된 가연성 폐기물, 사용후 폐기된 수지 및 슬러지, 그리고 액체 폐기물을 의미한다. 이와같은 원료 공급장치는 물론 처리될 폐기물의 종류 또는 상태에 따라 사용가능한 수 많은 원료공급장치의 한가지 예를 나타낼 뿐이다.

가연성 폐기물을 처리함에 있어서 필요하다면, 소각로에 효율적으로 도입될 수 있도록 하기 위해 폐기물을 잘게 부수어 각 입자의 크기를 감소시키는 것이 바람직하다. 입자의 최대 크기는 각 공정 용기에 연결되는 수송 도관의 내부 직경보다 작아야만 하며, 공기를 함유하는 원료가 사용될 때에는 원료가스의 유동 속도에 의한 제한을 받는다. 또한, 입자의 크기는 하소가 완료되기 전에 용기(9)의 밑바닥에서 이동할 수 없도록 충분히 작아야 한다.

우수한 상업적 시스템에 있어서 입자의 크기를 제한하는 조건은 수송 도관의 내부 직경이다. 특히 상술한 바와 같은 시스템에 있어서는 입자의 최대 크기가 2" 이하인 것이 바람직하다. 필요한 경우에는 저장용기(6) 내에 분쇄기를 위치시켜서 입자의 크기를 감소시킬 수도 있다. 저장탱크(6)내에 분쇄기를 위치시키면 작업상의 수고 및 방사능 노출을 최소한으로 하면서 분쇄와 저장의 2가지 작업을 동시에 수행할 수 있다. 저장용기는 약 한달분의 폐기물 원료를 저장할 수 있을 정도의 크기가 바람직하다. 또한, 저장용기의 주변을 밀폐시켜서 주변 작업장에 대한 방사성 오염의 가능성을 배제하는 것이 바람직하다. 낮은 수준의 방사성 가연성 폐기물로서는 방호용 피복, 장갑, 누더기, 플라스틱류, 여과지, 목재 등이 있다.

가연성 폐기물은 예컨대 스크류 콘베이어(31) 및 도관(32) 등의 수단을 통하여 하소 및 소각로(9)로 운송된다. 다른 운송수단도 물론 사용될 수 있다. 시스템내의 방사성 물질로부터의 방사성 오염가능성을 배제하기 위하여서는, 하소 및 소각로 용기(9)의 압력을 주변 압력보다 낮게 유지시키는 한친 공급 원료를 주변 압력보다 낮은 용기내의 부분으로 도입시킨다. 용기(9) 내의 압력은 보통 10-35mmHg, 바람직하게는 약 28mmHg의 진공상태로 유지되는 것이 좋다. 또한 필요한 경우에는 스크류 공급장치내에 격리 밸브(도시하지 않았음)을 설치함으로써 가연성 공급원료를 사용하지 않을 때 시스템을 완전한 공기 밀폐 상태로 하여줄 수도 있다.

분쇄기 및 저장용기(6), 그리고 공급 도관들은 탄소강으로 제조되는 것이 바람직하다.

폐기물의 유동속도는 용기(9)의 크기, 즉 용기(9)의 용량에 주로 좌우된다. 여러가지 상황에 대하여 적당한 용기(9)의 크기는 시간당 약 200-300파운드의 가연성 고체폐기물을 처리할 수 있을 정도의 것이다.

수지와 슬러지는 도관(33)을 거쳐 탱크(3)로 도입되어 그속에서 모아진다. 전형적인 수지 및 슬러지 폐기물은 음이온과 양이온 교환수지 입자, 분말화된 수지 여과물 피복물질(예; "Powdex"), 비수지성 여과물 피복물질(예; "Solkafloc", 규조로 등)이 적당량의 물과 섞여있는 것이다. 수지와 슬러지는 도관(34)을 통해 혼합 및 탈수탱크(4)로 이송된다. 이 물질은 그후 탱크(4)로 부터 측정 장치 겸용 펌프(5)로 이송된 후 도관(35)을 통하여 용기(9)에 주입된다.

여러가지 상황에 대하여 적당한 용기(9)의 크기는 시간당 약 100-175파운드의 수지와 슬러지 폐기물을 처리할 수 있을 정도의 것이다. 이 수지와 슬러지 폐기물은 탈수 및 혼합탱크(4) 내에서 기계적으로 교반됨으로써 탱크벽에 침적, 압착 또는 접착되는 것이 방지된다. 탈수가 이루어진 후에는, 슬러리 내에 단지 이 슬러리를 펌핑 가능한 상태로 유지할 정도의 물만이 존재한다. 슬러리는 적어도 70중량%의 고체 함량 내지 80중량%까지의 고체함량을 갖는 것이 보통이다.

탈수로 인한 물은 슬러리 펌프 시스템으로 되돌아와서 보충수로 사용되거나, 혹은 펌프(5)에 의해 도관(36)을 거쳐 액체 저장탱크(1)로 펌핑될 수 있다. 펌프(5)는 하소로에 주입되는 폐기물의 양을 측정하는 적극적인 기계적 공급장치일 수 있다. 탈수와 측정, 주입은 동시에 일어나는 작동이므로, 원한다면 시스템을 연속적으로 작동시킬 수도 있다. 필요에 따라서는 공급량을 자동적으로 제어할 수도 있다.

수지와 슬러지는 압력이 대기압보다 낮고 주위압력보다는 일반적으로 1-2psi 정도 낮은 지점에서 용기(9)로 도입된다. 수지와 슬러지를 혼합 및 탈수시키는 장치는 스테인레스 강으로 만들어지는 것이 바람직하다.

액체 폐기물은 도관(37)을 거쳐 액체 폐기물 저장탱크(1)로 도입된다. 여러가지 상황에 대하여 적당한 용기(9)의 크기는 시간당 약 30-50갈론의 액체 폐기물을 처리할 수 있을 정도의 것이다.

액체 폐기물은 펌크(2)에 의해 탱크(1)로 부터 펌핑되어 도관(38)을 거쳐 용기(9)로 주입된다. 이때 액체 폐기물은 분무 노즐을 통하여 용기(9)내로 도입되는 것이 바람직하다. 액체 폐기물의 온도는 고체물을 용액 상태로 유지시키기에 충분한 정도인 것이 좋다. 액체 폐기물의 온도는 용액내의 고체 폐기물의 농도에 있어서의 포화 온도보다 높아야 한다. 이 온도는 고체의 양과 형태에 따라 달라지지만, 일반적으로 약 50℉-200℉ 정도이다. 이 온도는 용해된 고체 폐기물의 침전이 폐기물류로 부터 노즐 및 이송 장치상에 형성되는 것을 최소한 지연시켜주는 역할을 하므로, 따라서 도관, 밸브, 노즐 또는 기타의 부품들이 막히는 것을 방지하여 준다.

전형적인 액체폐기물은 황산나트륨, 황산암모늄, 염화나트륨, 붕산 등과 같은 용해성 물질과 약 50-90%의 물을 포함하고 있다. 어떤 특수한 액체 폐기물은 물 약 75%, 황산나트륨 약 22.9%, 염화나트륨 약 2% 및 기타 불순물 약 0.1%를 함유한 강제순환 증발기로 부터 나오는 비등수 반응기(BWR) 폐기물; 물 약 73.4%, 황산나트륨 약 14.9%, 황산 암모늄 약 9.6%, 염화나트륨 약 2% 및 기타 불순물 약 0.1%를 함유한 강제순환 증발기로 부터 나오는 가압수 반응기(PWR) 폐기물; 물 약 87.9%, 붕산 약 12% 및 나머지량의 기타 불순물을 함유한 강제순환 증발기로 부터 나오는 붕산 폐기물 등으로 이루어진다.

상기 백분율은 모두 중량 기준이다.

물론, 공급 원료의 형태가 달라지면 하소 또는 소각의 필요성 여부에 따라 처리 온도가 달라지게 되기 때문에, 용기(9) 내로는 한번에 한가지 종류만의 폐기물류가 도입되어 처리된다. 따라서, 1개 폐기물류가 용기(6)로 도입될 경우에는 다른 2개 폐기물류는 용기(9)로 도입되지 않는다.

본 발명에 의하면, 용기내에 존재하는 온도 상태에 따라 동일 용기를 하소 및 소각 겸용으로 사용할 수도 있다. 이것은 적어도 약 1000℃까지의 온도에서 예컨대 산 및 염기와 같은 화합물질에 의한 공격 및 산화, 응집에 대한 내구성이 있는 재질로 된 유동층 물질을 사용함으로써 가능한 것이다. 이와 같은 불활성 물질을 사용하면, 시스템을 적절히 작동시키기 위하여 엄격한 감독을 필요로 하였던 종래의 유동층 하소기에서의 결점을 제거할 수 있다. 이것은 상술한 바와같은 입자의 성장과 축소 현상이 적절히 제어되어야 한다는 사실 때문이다. 예컨대 석영과 같이 상기의 특성을 가지고 있지 않은 층물질은 본 발명의 방법으로 성공할 수 없다.

바람직한 불활성층 물질은 다음과 같은 특성을 갖는다.

경도 (Moh) 6.0-9.0 고온반응 염기성

비 중 3.2-3.9 열 흡수성이 큼

건조 부피밀도(lb/ft³) 100-125 규산질 없음

열팽창 계수(in/in/℉) 0.0083 입자크기 약 0.5-1.5mm

용융점 2300-3200℉

(1538-1760℃)

상기의 모든 특성을 가질 수 있는 층물질의 예로서는 귀감람석, 감람석, 남정석, 강옥, 알루미나 등이 있다.

가장 바람직한 불활성 층물질은 감람석 또는 귀감람석으로 알려져 있는 마그네슘-철 규산염이다.

본 발명에 의한 유동층 물질로 적합한 전형적인 감람석 물질은 다음과 같은 화학적, 물리적 특성을 가지고 있다.

감 람 석 용융점 2300℉-3200℉

경도(Moh) 6.5-7.0 (1538℃-1760℃)

건조 부피밀도(lb/ft³) 100-125 고온 반응 염기성

비 중 3.2-3.6 용융금속에 대한 습윤성 통상없음

열팽창(in./in.) 0.0083 화학반응 염기성

걸보기 열 전도성 낮음 입자 크기 약 0.5-1.5mm

화학적 분석 범위

MgO 45-49% Ni 0.2-0.3%

SiO₂39-43% Al₂O₃0.2-0.8%

FeO 6-8% 미량 원소 0.5%

Cr₂O₃0.6-0.8%

광물학적 분석

감람석 92-93% 크롬 철석 1%

엔스터타이트 5% 합 계 100%

사문석 1-2%

기타 특성

열팽창계수가 일정함. 입자가 강하고 내구성이 있음.

열 흡수성이 큼 규산질이 없음.

저온에서의 열 전도성이 큼 고온에서 절연성이 있음.

하소 공정에 사용되는 최고의 온도는 주로 고체 공급물의 융점에 의해 제한된다. 최고 소각온도는 용기(9) 재질의 강도를 감안하고 경제적, 실용적인 면을 고려하여 결정한다. 층물질의 온도는 하소 공정시 일반적으로 약 350-550℃, 바람직하게는 약 400℃로 유지되며, 수지와 슬러지의 소각처리시에는 약 800-1000℃, 바람직하게는 약 800℃로 유지되고, 압착가능한 고체 폐기물의 처리시에는 약 900-1200℃, 바람직하게는 약 1000℃로 유지된다.

공기 등의 가스는 송풍기(7) 및 도관(39)을 거쳐 용기(9)의 저부로 도입되어서 층물질을 유동상태로 유지시키며 또한 적절한 높이로 유지시킨다. 이 가스로서 공기를 사용하면 연소에 필요한 산소를 공급할 수도 있다. 필요시에는 도관(32)을 통해 추가의 공기를 층물질의 상부로 주입하여서 완전한 연소를 촉진시킬 수도 있다. 용기(9)의 높이와 처리된 물질의 유동 속도와의 상호관계를 고려하여, 연행된 입자상의 물질이 건조 사이클론으로 완전히 빠져나가기 전에 필요한 후기연소(afterburning)가 일어날 수 있도록, 상기 물질을 충분히 시간동안 층위에 위치시킨다. 이와같이 하면 후기 연소장치를 설치할 필요가 없다.

용기(9)의 전체높이를 약 15피이트로 하면 상술한 바와 같은 양의 물질들을 처리하기에 적합하다.

상술한 양의 물질들을 처리하기 위한 정지층의 높이는 약 18-36인치 정도이다. 물론, 층의 높이나 용기의 높이는 처리될 물질의 실제 양에 따라 증감될 수 있다.

하소 혹은 소각에 사용되는 열, 그리고 층을 예비 가열시키기 위한 열은 버어너(도시하지 않았음) 내의 액체 탄화수소 연료층에서의 연소에 의해 얻어진다. 층내에서 연소시키면 필요한 열 전도가 이루어진다.

이 연료는 펌프(8) 및 도관(40)을 통하여 버어너로 펌핑된다. 하소로와 소각로는 인코넬(Inconel), 혹은 내열 라이닝 혹은 세라믹 라이닝을 가진 티타늄, 하스텔로이 (hastelloy), 철 등의 재질로 만들어진다. 용출 기류는 도관(41)을 통해 용기(9)를 빠져나가 건조 사이클론(10)으로 향한다.

다음의 표는 아래와 같은 칫수를 갖는 건조 사이클론(10)의 각종 작동형태에 있어서의 전형적인 작동조건을 대략적으로 열거한 것이다.

시설용량-1750CFM 주입관-0.5ft×1.0ft(길이가 긴쪽은 수직방향에서 측정)

주입속도-50ft/sec 사이클론의 내부직경-2 ft

액체 폐기물의 하소

O₂-166lb/hr H₂O-86lb/hr 온도-375℃

N₂-858lb/hr 고체-50lb/hr 압력-14psia

CO₂-235lb/hr 합계-1395lb/hr CFM-900

수지/여과 슬러지의 소각

O₂-33lb/hr H₂O-141lb/hr 온도-800℃

N₂-725lb/hr 고체-2lb/hr 압력-14psia

CO₂-157lb/hr 합계-1058lb/hr CFM-1150

압착 가능한 폐기물의 소각

O₂-44lb/hr H₂O-120lb/hr 온도-1000℃

N₂-874lb/hr 고체-8lb/hr 압력-14psia

CO₂-294lb/hr 합계-1340lb/hr CFM-1750

건조 사이클론의 칫수를 제어하는 요소는 유동 주입속도에 따른 주입 도관의 크기, 그리고 건조 사이클론의 내부에서의 유동속도 및 이에 따른 원심력을 결정시키는 주입 도관의 직경 등이다. 건조 사이클론은 용출 기류내의 고체물질을 제거하기 위한 것으로서, 함유된 고체 물질의 적어도 약 82%를 제거하는 것이 바람직하다. 용출기류는 사이클론의 정부 근처로 도입되어 사이클론의 내부에서 순환 소용돌이 운동을 일으킨다. 용출 기류로부터 분리된 고체는 건조 사이클론의 밑바닥에 가라앉은 후, 도관(42)을 통하여 폐기 용기(11)로 들어간다. 고체 입자는 폐기 용기(11)내에서 통상의 방법으로 고형화되어 그후 매립등의 방법으로 폐기된다. 건조 사이클론으로 부터는 적어도 약 82%의 방사성이 적어도 약 17%의 방사성 할로겐과 함께 고체 입자로부터 제거된다.

건조 사이클론에서, 공기의 소용돌이 운동은 고체 입자상에 원심력을 발생시켜서 이들 입자를 벽쪽으로 이동시킨다. 공기의 속도는 경계면 효과에 의하여 벽근처에서는 낮아지므로, 입자들은 벽을 따라 미끄러져 내려가 출구(42)로 향하게 된다. 용출 기류는 도관(43)을 통하여 건조 사이클론(10)의 정부 중앙으로부터 빠져나가 급냉 탱크(12)로 향한다. 건조 사이클론은 하소로 및 소각로와 동일한 재질로 만들어질 수 있다.

용출 기류는 도관(44) 및 분무 노즐(도시하지 않았음)을 통하여 급냉 탱크(12)로 도입된 액체분무에 의하여 급냉 탱크(12) 내에서 약 70℃의 온도로 냉각된다. 급냉 탱크(12) 내에서는 기류의 난류운동이 발생되어 기류와 액체류를 밀접하게 접촉시킨다. 이 때문에 용출기류가 냉각됨과 동시에 이 용출 기류내에 잔류된 대부분의 고체 입자들이 습윤된다. 비교적 큰 액체방울들은 급냉탱크(12)의 밑바닥으로 떨어져 모이고, 이것은 습윤된 고체 입자를 함유한채로 도관(45)을 거쳐 세정용액 탱크(21)로 되돌아온다. 이보다 작은 액체 방울들은 용출 기류와 함께 도관(47)을 거쳐 급냉탱크(12)로 부터 빠져나간다. 급냉탱크 및 세정용액 탱크는 유리나 테프론으로 라이닝된 스테인레스강, 인코넬, 하스텔로이, 또는 철 등으로 만들어지는 것이 바람직하다.

액체 입자는 세정 용액 탱크(21)에서 물과, 그리고 바람직하게는 할로겐 흡작제(즉, 할로겐을 흡착하는 물질)와 혼합된다. 요오드 흡착제의 예로서는 레조르시놀, 티오황산 나트륨, 황산 나트륨, 사이클로 헥실아민, 페로시안화 칼륨, 탄산 칼륨 및 수산화칼륨이 있다. 할로겐 흡착제와 pH조절제는 도관(46)을 통해 주로 수용성 조성물의 형태로 세정용액 탱크에 가해질 수 있다. 할로겐 흡착제의 사용량은 일반적으로 세정용액내 약 10-100ppm 정도이다.

용출 기류는 도관(47)을 통하여 급냉 탱크로 부터 벤튜리 세정기(13)로 이송된다. 세정용액은 도관(48)을 통하여 벤튜리 세정기의 목부분에서 용출 기류내로 분무된다. 벤튜리 세정기(13)에서는, 급냉탱크(12)에서 습윤되지 않은 입자들을 용이하게 습윤시키기 위하여 물을 포화상태로 도입시키는 것이 바람직하다.

용기(9)로부터 빠져나오는 용출 기류에는 다량(예컨대 약 9-17% 정도)의 수증기가 함유되어 있다. 뿐만 아니라, 용출 기류가 급냉 탱크(12)를 통해 이동됨에 따라, 가해진 물 이외에 수증기가 발생하게 된다.

따라서 용출 기류는 벤튜리 세정기(13)에서 거의 수증기 포화 상태로 된다. 용출 기류가 벤튜리 세정기(13)의 목부분을 통과할 때, 초가의 세정용액을 도관(48)을 통하여 용출 기류내에 분무시킴으로써 포화상태는 더욱 확실하여진다. 용출 기류가 벤튜리 세정기의 목부분을 통과할 때에는 압력이 강하되므로 이 기류내에 증기상태로 유지될 수 있는 수분의 양이 증가하게 되며, 따라서 증발이 일어난다. 용출 기류가 벤튜리 세정기의 확산 부분으로 도입되면 속도가 감소하고 압력이 증가됨으로써 수증기가 응축된다. 이러한 응축작용에 의하여 기존의 물방울은 더욱 커지고, 또한 새로운 입자들이 미습윤 입자상에 형성되어 이 입자들이 응축핵으로서의 역할을 한다.

상술한 바와같이, 급냉탱크 및 벤튜리 세정기의 주목적은 배출가스를 냉각시킴으로써, 고체입자의 제거가 용이하도록 가능한한 많은 고체입자를 습윤시킬 수 있도록 하여 주는 것이다. 상당히 작은 고체입자를 제거하기 보다는 액체 방울을 제거하기가 쉽다. 입자들이 용해가능한 물질로 구성되어 액체방울내에 용해되어 있거나 혹은 입자들이 불용성 물질로 구성되어 액체 방울내에 습윤고체의 형태로 존재하거나에 관계없이 액체 입자들은 차후의 단계에서 제거된다. 고체 입자들은 상술한 어느 경우에서도 액체 방울에 함유되어 이동한다. 벤튜리 세정기는 급냉 탱크와 동일한 재질로 만들어질 수 있다. 다음의 표는 아래와 같은 칫수를 갖는 급냉 탱크와 벤튜리 세정기의 전형적인 공정변수를 나타낸 것이다.

급냉탱크 벤튜리 세정기

기류의 유동속도(CFM) 900-1800 500-900

주입온도(℃) 400-1000 65-75

배출온도(℃) 60-75 45-65

주입압력(psia) 13.7 13.7

급냉탱크 벤튜리 세정기

Δp(psi) 무시가능 2

세정용액의 유동속도(gpm) 5 11

크 기 4'(직경)× 8' 직경 6"

길이 32"

목부분 2.7"

액체 입자를 함유하는 용출기류는 도관(49)을 통하여 벤튜리 세정기로부터 제거되어 습윤 사이클론(14)의 정부 근처로 도입된다. 액체는 습윤 사이클론(14)내에서 그 벽을 따라 하부로 이동되어 사이클론의 바닥의 방출구로 모인다. 이 액체는 도관 (50)을 통해 사이클론으로 부터 제거되어 세정용액 탱크(21)로 향한다.

사이클론(14)의 전형적인 작동조건은 약 45℃ 내지 약 65℃의 온도범위, 약 12psia의 주입 앞력, 약 0.5psia의 Δp, 그리고 약 400-750 CFM의 기류 유동속도 등이다.

용출 기류는 도관(51)을 통해 습윤 사이클론(14)의 정부로부터 제거되어 응축기(15) 내에서 냉각된다.

필요에 따라서는 이 응축기로서 투관형 열교환기를 사용할 수도 있다. 응축기내에서는, 용출 기류 내의 상당량의 물이 중력효과 혹은 운동량 효과에 의해 제거되는 지점까지 액체 입자가 점점 커진다. 중력식제거기구에 있어서는 입자들이 매우 커짐으로써 용기의 바닥으로 낙하된다. 반면, 운동량적 제거기구에서는 방울들이 방출류로 부터 빠져나올 정도로 크지는 않지만, 기류의 방향이 갑자기 바뀔 경우 이와같은 진로변화를 유발시킨 벽면 혹은 기타의 고체 물질상에 충돌하기에는 충분한 크기로 커진다.

응측기(15)의 전형적인 작동조건에는 약 400-800CFM의 기류 유동속도, 약 5-20갈론/분의 냉각 유체, 약 45-65℃의 주입온도, 약 10-30℃의 ΔT, 약 11.5psia의 주입압력, 그리고 약 2psi의 Δp등이 있다.

용출 기류와 액체 방울은 도관(52)을 통해 웅축기로부터 나와서 디미스터(16)로 도입된다. 이 디미스터는 운동량적 제거효과에 의해 액체 입제를 제거하는 작용을 한다. 이 기류를 직포를된 여과기로 통과시키면 기류의 방향이 급속히 자주 바뀌게 된다. 그러나 액체 방울은 기체 입자와 같이 예리하게 방향을 전환하기에는 너무 크므로 여과기의 섬유와 충돌하게 된다. 이때, 이 액체 방울은 이 섬유를 통하여 디미스터 (16)의 벽을 따라 아래로 이동하여 도관(53)을 통하여 세정용액 탱크(21)로 되돌아간다.

용출기류는 도관(54)을 통해 디미스터(16)의 상부 근처에서 방출되어 가열기 (55)로 보내어지며, 거기서 기류는 약 40℃내지 약 55℃로 가열된다. 이 가열기는 기류 내의 상대습도를 조절함으로써 여과기(17)가 지나친 습도로 인하여 엉기거나 막히는 것을 방지하기 위해 설치된 것이다. 용출기류는 도관(56)을 통해 가열기로 할터 여과기로 이동하여서, 아직도 습윤되지 않은 고체 입자 혹은 디미스터 내에서 제거되지 않은 방울들이 가열기내에서 증발함으로써 형성된 고체입자들을 걸러낸다. 여과기는 매우 작은 기공을 가진 재질로 되어 있으므로 입자들은 충돌에 의하여 제거된다.

용출 기류는 도관(57)을 통해 여과기를 빠져 나와 할로겐 흡수기(18)로 도입되어서 할로겐을 흡수 제거한다. 할로겐 원자는 흡수제와 화학적으로 결합하여 재질의 표면에 고정된 후, 안정한 원자로 붕괴된다.

예를들어, 방사성 요오드는 안정한 크세논으로 붕괴한다. 흡수제로서는 활성탄 또는 예컨데 규산은, 은제올라이트와 같은 은포화 고체 등이 있다.

여과기 및 요오드 흡수기를 통과하는 용출기류의 온도 및 유동속도는 각각 약 40℃ 내지 약 55℃, 그리고 약 350CFM 내지 약 550CFM정도이다. 요오드 흡수기를 통과한 후, 용출 기류는 도관(58)을 통하여 제 2 의 여과기(19)로 도입된다. 2개의 여과기(17)(19) 및 요오드 흡수기(18)의 조합은 상업적으로 이용되고 있는 것으로서, 본 명세서에서는 더 이상의 상세한 설명을 생략한다.

도관(59)을 통하여 여과기로 부터 배출된 용출 기류는 충분히 탈오염화되어, 이 기류내에 방사성물질이 혹시 존재하더라도 그 양은 공장 작동허가의 허용치 이하로 존재할 정도이므로, 이 기류는 펌프(20) 및 도관(60)을 통해 대기로 방출되어도 무방하다.

상술한 바와 같이, 세정용액 탱크(21)내로는 도관(46)을 통해 할로겐 흡착제가 주입될 수 있으므로, 할로겐을 이온의 형태로 용액중에 유지시켜 안정한 비방사성 물질로의 붕괴를 가능하게 하여줄 수 있다. 세정용액은 도관(61) 및 펌프(23)를 통해 세정용액 탱크로 부터 제거될 수 있다. 또한, 필요할 경우에는 고체입자를 제거하기 위한 거름장치(strainer)(22)를 세정용액 탱크(21)와 펌프(23) 사이의 도선(61)에 설치할 수도 있다. 세정용액은 그후 열교환기(24)내에서 충분히 냉각됨으로써, 그 일부를 도관(62)을 통해 급냉 탱크(12) 및 벤튜리 세정기(13)로 재순환시켜 분무 용액으로 사용할 수 있게 된다. 나머지 세정용액은 도관(63)을 통해 액체 폐기물 탱크(1)로 재순환될 수 있다.

세정용액 냉각기의 하류 온도는 대개 약 30℃ 정도이다. 급냉 탱크 및 벤튜리 세정기로 향하는 세정용액의 유동속도는 통상 약 15갈론/분이며, 세정용액 탱크로 재순환되는 세정용액의 유동속도는 통상 약 10갈론/분이다.

본 발명에 의하면, 압착가능한 건조 고형분의 양을 적어도 약 1/80로 감소시킬 수 있고, 수지 폐기물은 적어도 약 1/18로, 농충된 액체 폐기물은 적어도 약 1/8로, 그리고 여과 슬러지는 적어도 약 1/5로 각각 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 적어도 약 1000℃까지의 온도에서 화학 물질에 의한 공격 및 산호, 응집에 대한 내구성이 있는 재질로 된 유동층 소각로 및 하소기를 설치하고, 유동층 소각로 및 하소기 내에 연소조건을 형성시킨 후, 유동층 소각로 및 하소기의 유동층 구역에 폐기물을 주입하며, 연료 및 함산소가스를 소각로 및 하소기에 공급하여 이들 내부의 연소조건을 유지시키고, 층입자를 유동성 입자형태로 유지시키기에 충분한 속도로 가스를 소각로 및 하소기의 유동층 구역으로 주입하며, 상기 폐기물을 소각 혹은 하소시키고, 기류를 상기 소각로 및 하소기로 부터 건조 사이클론으로 이송시켜 이곳에서 입자를 기류로부터 분리시키며, 상기 건조 사이클론으로부터 고체 입자를 제거하여 이들을 저장 용기로 이송시키고, 또한 이 사이클론으로부터 기류를 제거하여 이것을 급냉탱크로 이송시키며, 상기 급냉 탱크에 액체를 주입함으로써 기류중에 함유되어 있는 입자를 냉각 및 습윤시킨 후, 상기 급냉 탱크로부터 액체입자를 제거하여 이들을 세정용액 탱크로 이송시키고, 급냉탱크로 부터 기류를 제거하여 이것을 벤튜리 세정기로 이송시키며, 벤튜리 세정기에 액체를 주입함으로써 기류중에 잔류하고 있는 입자를 습윤시키고 수증기를 응축시키며, 벤튜리 세정기로 부터 기류 및 습윤입자를 제거하여 이들을 습윤 사이클론으로 이송시키고, 습윤 사이클론으로 부터 액체입자를 제거하여 이들을 세정용액 탱크로 이송시키며, 습윤 사이클론으로부터 기류를 제거하여 이것을 응축기로 이송시킴으로써 액체 증기를 응축시키고, 응축기로 부터 기류 및 응축된 액체 입자를 제거하여 이들을 디미스터(demister)로 이송시키며, 디미스터로 부터 액체 입자를 제거하여 이들을 세정용액 탱크로 이송시키고, 그후 디미스터로부터 기류를 제거하여 이것을 가열기로 이송시킴으로써 기류의 온도를 상승시켜 잔류액체 방울을 증발시킨 다음, 기류를 여과기로 통과시켜 잔류 고체입자를 제거하는 한편 이 기류를 또한 흡수기로 통과시켜 기류로 부터 할로겐 가스를 제거하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 폐기물 처리방법.

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