WO2016195129A1 - 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 및 방법 - Google Patents

미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2016195129A1
WO2016195129A1 PCT/KR2015/005553 KR2015005553W WO2016195129A1 WO 2016195129 A1 WO2016195129 A1 WO 2016195129A1 KR 2015005553 W KR2015005553 W KR 2015005553W WO 2016195129 A1 WO2016195129 A1 WO 2016195129A1
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microalgae
culture
contaminated water
radioactive
culture tank
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Application number
PCT/KR2015/005553
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English (en)
French (fr)
Inventor
심석구
Original Assignee
주식회사 이엔이티
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/18—Processing by biological processes

Definitions

  • the present invention relates to the treatment of spent fuel of a nuclear power plant or the purification of radioactive contaminated water. More specifically, the microalgae is used to stably treat spent fuel of a nuclear power plant or to remove radioactive substances in radioactive contaminated water during a nuclear accident. It relates to a technique for purifying water.
  • nuclear power plants use nuclear fission to produce low-cost, low-carbon clean energy.
  • the radioactive and radioactive materials generated during the nuclear fission process have a disadvantage in that the inhabitants or workers are not only fatal when exposed, but also have a long residence time when they leak into the surrounding environment.
  • nuclear power plants are applied to the design, manufacture, operation, and accident management of nuclear power plants by setting up deep defenses and multiple barriers as safety principles in order to minimize the storage of various radionuclides and radiation exposure by radioactive materials.
  • Doing Numerous radionuclides that occur during nuclear fission during normal operation of nuclear power plants exist within the fuel rod cladding. Radiation from radioactive materials in normal operation is shielded below the radiation safety dose standard by multiple barriers such as nuclear fuel rod cladding, raw material containers, and reactor buildings.
  • Tables 1 and 2 show the 60 major radionuclides and their half-lives, which are damaging to humans, caused by nuclear fission in nuclear power plants, and their half-lives in days and years.
  • Radioactive nuclides Pre-collapse nuclides Half life (days) Half-life (years) SR-92 NONE 0.11 0.00 Y-90 SR-90 2.67 0.01 Y-91 SR-91 58.80 0.16 Y-92 SR-92 0.15 0.00 Y-93 NONE 0.42 0.00 ZR-95 NONE 65.50 0.18 ZR-97 NONE 0.70 0.00 NB-95 ZR-95 35.10 0.10 0.10 MO-99 NONE 2.75 0.01 TC-99M MO-99 0.25 0.00 RU-103 NONE 39.59 0.11 RU-105 NONE 0.18 0.00 RU-106 NONE 368.98 1.01 RH-105 RU-105 1.48 0.00 SB-127 NONE 3.80 0.01 SB-129 NONE 0.18 0.00 TE-127 SB-127 0.39 0.00 TE-127M NONE 109.00 0.30 TE-129 SB-129 0.05 0.00 TE-129M NONE 33.40 0.09 TE-131M N
  • the fuel melt may be discharged into the lower space outside the reactor vessel. Then, a large amount of heat is generated by the released fuel melt, and if it is not properly cooled, the reactor building may be damaged by a phenomenon such as pressure or hydrogen explosion.
  • the present invention solves the problems of the prior art described above and adds several other advantages, and in particular, the radioactive polluted water contaminated with radioactive materials generated from spent fuel or from serious accidents of nuclear power plants such as Fukushima nuclear accidents.
  • the aim of the present invention is to provide a radioactive contaminated water treatment technology using microalgae that can stably and efficiently process and minimize the radiation exposure of workers.
  • the present invention by incubating the microalgae in a culture tank that can store the sealed radioactive contaminated water to provide an optimal culture environment, by allowing the field environment to automatically and remotely control the culture environment in the culture tank, It is an object of the present invention to provide a radioactive contaminant purification technology using microalgae, which minimizes the radiation exposure of the radioactive material.
  • the present invention by culturing only one species of microalgae in one culture tank, by connecting a plurality of such culture tanks in series, it is possible to efficiently remove various kinds of radioactive material in radioactive contaminated water, Algae radiation aims to provide contaminant purification techniques.
  • the present invention provides continuous and large amounts of water, such as cooling water for cooling spent fuel or radioactive contaminated water that may leak during an operation of nuclear power plants and groundwater flowing underground of nuclear power plants. It is an object of the present invention to provide a technique for purifying radioactive contaminated water using microalgae, which can remotely and automatically purify generated radioactive contaminated water.
  • the present invention by separating the nuclear material in the nuclear fuel rods of the spent fuel in the fuel rods to receive the water in the sealed storage tank in the form of powder to cultivate the microalgae, the radioactive contaminated water purification technology using the microalgae
  • the aim is to provide a technology for stably treating radioactive nuclear materials in spent fuel.
  • one aspect of the present invention is that the radioactive contaminated water and the microalgae growing in the radioactive contaminated water is input, has a closed inner space, contaminated water input pipe, microalgae input pipe And a culture tank connected to the purified water discharge pipe; Culture medium of a flexible material that can be attached to microalgae; A culture medium transporting device which feeds the culture medium into a closed inner space of the culture tank or extracts the culture medium to the outside of the culture tank to harvest microalgae collected from radionuclides; A measuring unit for obtaining various kinds of information in the culture tank; A local control unit controlling the operation of the contaminated water input pipe, the microalgae input pipe, the purified water discharge pipe, and the culture medium transfer device according to a remotely received control signal; It provides a radioactive polluted water purification system using a microalgae comprising a remote control system for transmitting a control signal to the local control unit using the information received from the measuring unit.
  • the culture medium transport apparatus the first control line and the second control line connected to one end and the other end of the culture medium, respectively;
  • a microalgae harvesting device may be installed outside the culture tank to dry, harvest and separate microalgae from the culture medium discharged by the culture medium transfer device.
  • the culture tank includes a plurality of culture tanks connected in series with each other, and the microalgae of different species may be introduced into the plurality of culture tanks, respectively.
  • the culture tank may be provided with a safety valve that is open when the pressure of the internal space is above the set value and closed when less than the set value.
  • the culture tank a temperature controller for controlling the temperature of the internal space, and provides a nutrient component that can grow microalgae in the contaminated water of the internal space
  • An additive inlet pipe for injecting an additive containing nitrogen, phosphorus, and carbon dioxide (CO 2 ) for supplying light, and a light emitting device providing light energy for growing the microalgae in contaminated water in the inner space may be installed.
  • the radioactive contaminated water and the microalgae grown in the radioactive contaminated water are introduced, each having a closed inner space and having a plurality of culture tanks connected in series with each other, and various types of the plurality of culture tanks.
  • a remote control system that transmits a control signal to the local control unit by using a measurement unit obtaining information, a local control unit controlling the operation of the plurality of culture tanks according to a control signal received remotely, and information received from the measurement unit
  • a method for purifying radioactive contaminated water including a plurality of nuclides in a purification system comprising: injecting radioactive contaminated water into a first culture tank of the plurality of culture tanks; Purifying radioactive contaminated water by injecting and culturing a first microalgae into the first culture tank; Transferring the first purified radioactive contaminated water from the first culture tank to a second culture tank; Purifying radioactive contaminated water by adding and culturing a second microalgae of a different species from the first microalgae to the second culture tank, and adding the radioactive contaminated water to the first culture tank, and then removing the first microalgae. It provides a radioactive contaminated water purification method using a microalgae comprising the step of purifying
  • a system for purifying radioactively contaminated soil includes: mixing and storing the contaminated soil with water and culturing a microalgae capable of capturing radionuclides; A measuring unit for obtaining various kinds of information of the culture tank; A local control unit controlling a device for providing a culture environment of the microalgae in the culture tank according to a remotely received control signal; Microalgae harvesting apparatus for drying, harvesting and separating the microalgae attached to the culture medium; It provides a system for the purification of radioactively contaminated soil, including a remote control system for transmitting a control signal to the local control unit using the information received from the measurement unit.
  • Another aspect of the present invention is an artificial lake for purifying a large amount of soil contaminated with radioactivity in a wide area due to a nuclear accident, by forming an artificial lake in the area, the contaminated water of contaminated soil is introduced and stored, and radioactivity
  • a reservoir for culturing microalgae capable of collecting nuclides A measuring unit obtaining various kinds of information of the storage space;
  • a local control unit controlling a device for providing a culture environment of the microalgae in the reservoir according to a remotely received control signal;
  • Microalgae harvesting apparatus for drying, harvesting and separating the microalgae attached to the culture medium; It provides a radioactive soil pollution purification artificial lake including a remote control system for transmitting a control signal to the local control unit using the information received from the measuring unit.
  • the present invention having the above-described configuration, it is appropriate to fine-tune radioactive contaminated water that may occur during the treatment of spent fuel and spent fuel of nuclear power plants and / or radioactive contaminated water that may occur during nuclear accident or serious accident during operation. It is possible to stably purify spent fuel radioactive nuclear material and radioactive contaminated water by adding it to an algae culture tank and allowing microalgae to grow and adsorb and / or absorb radioactive material in contaminated water while growing in the culture tank. It can improve the safety of nuclear power plant by purifying large amount of radioactive soil pollution in radioactive polluted area.
  • the present invention by providing a microalgae cultivation tank in a closed type, and by controlling the cultivation environment in the cultivation environment remotely and automatically in real time, it is possible to minimize the radiation exposure of the field worker, improving the safety of the field worker You can.
  • the present invention by cultivating only one species of microalgae in one culture tank, by connecting a plurality of such culture tanks in series, it is possible to simultaneously use the microalgae of various species that are difficult to culture together, Allows the efficient removal of various types of radioactive material.
  • the present invention is to remotely and automatically purify continuously and largely generated radioactive contaminated water, such as when cooling water for cooling spent fuel and groundwater flowing underground of a nuclear power plant are contaminated with radioactive material. Can provide purification techniques. Accordingly, the present invention can provide a more stable and efficient radioactive contaminant treatment technology as compared to existing temporary radioactive contaminated water storage techniques. In addition, the present invention can provide a more stable, continuous and economical contaminated water treatment technology compared to the existing groundwater inflow blocking technology using a temporary ice barrier.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a remote control system.
  • Figure 3 is a block diagram schematically showing the configuration of a remote control unit in the remote control system.
  • Figure 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the microalgae culture system.
  • Figure 5 is a schematic diagram conceptually showing the microalgal culture system around the culture tank.
  • Figure 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the measuring unit in the microalgae culture system.
  • Figure 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the local control unit in the microalgal culture system.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the configuration of a culture tank.
  • FIG. 9 is a view schematically showing an example of a configuration in which two culture tanks are connected in series.
  • the present invention is proposed for the treatment of radioactive contaminated water that may occur during the spent fuel treatment or treatment of a nuclear power plant or may occur in a serious accident in which a reactor vessel is damaged.
  • the present invention proposes a technique for treating polluted water that minimizes the exposure of workers engaged in polluted water treatment operations and at the same time provides stable and environmentally friendly treatment.
  • the main field of application of the present invention is the field of purifying radioactive contaminated water using microalgae, the oldest life on earth, which has survived by adapting to global change for more than 3.5 billion years on earth.
  • references 1, 2, and 3 below indicate that a study is underway that microalgae can be used to purify radioactive contaminated water.
  • Reference 1 An extremely radioresistant green eukaryote for radionuclide bio-decontamination in the nuclear industry, Richard Bligny et. al., Energy Environment Science, 2013, 6, 1230-1239, DOI: 10, 1029 / C2EE23129H.
  • References 1 and 2 of the above references are made of special microalgae, Closterium Moniliferum and Coccomyxa Actinabiotis, which are heavy metals (Zn-65, AG-110). Or a fission product (CS-137, CO-60, SR-90, U-238) is advertised and captured or absorbed and converted to a stable non-radioactive material without radiation.
  • the Cocomysa actinabiotis microalgae strain of Ref. 1 corresponds to Ref. 3, a publication of US patent application in March 2013.
  • microalgae In the publications of Ref. 1 and Ref. 2, one of the oldest living microalgae that have adapted to global change for more than 3.5 billion years is that the microalgae are particularly effective at absorbing and capturing radionuclear species. It can be inferred that it has the characteristics of absorbing and eliminating radioactivity and converting it into stable isotope, and future research on microalgae will be focused on the search for microalgae that absorb and convert these radioactive materials into non-radioactive isotopes. .
  • radioactive materials such as iodine I-131, cesium CS-134 and CS-137, strontium SR-90, tellurium TE-127, and krypton KR-85, which are the main radioactive substances of radioactive contaminated water, which have emerged since the Fukushima nuclear accident, The search for adsorption, capture and absorption specific microalgae is important.
  • microalgae that can be used for the treatment of radioactive materials have been found.
  • Efforts have been made to classify special microalgae that have special functions to treat radioactive material, such as the ability to remove nuclear radiation.
  • the present invention is to cultivate the microalgae in the radioactive contaminated water mixed with radioactive material, so that the radioactive material in the radioactive contaminated water can be removed by the microalgae, radioactive nuclear material treatment and radioactivity using the microalgae It was conceived that a contaminant purification technique could be provided.
  • the microalgae of a specific species capable of treating radioactive material are cultivated in a culture tank to which radioactive contaminated water is added, and the microalgae which adsorbed or absorbed the radioactive material are separated and removed during the culturing process, thereby preventing radioactive contamination.
  • the radioactive material in the water can be purified.
  • the present invention connects a plurality of culture tanks in series, and different kinds of fine microparticles capable of efficiently treating different kinds of radioactive materials in each culture tank, respectively. Incubate algae. Accordingly, stepwise purification may be performed in such a manner that one kind of radioactive material is purified in one culture tank while several kinds of radioactive materials in radioactive contaminated water pass through several culture tanks sequentially.
  • the first culture tank in which radioactive contaminated water is first introduced can grow specialized microalgae that adsorb or absorb I-137 well.
  • the purified water discharged from the first culture tank only removed I-137, but would still contain the remaining radioactive material. This purified water is still radioactive contaminated water.
  • Purified water discharged from the first culture tank that is, radioactive contaminated water, is introduced into the second culture tank.
  • special microalgae that can absorb or absorb CS-134 and CS-137 can be cultured.
  • the clarified water discharged from the second culture tank then removed CS-134 and CS-137 in addition to I-137, but would contain the remaining radioactive material.
  • This purified water is still radioactive contaminated water.
  • Purified water discharged from the second culture tank that is, radioactive contaminated water
  • special microalgae that can absorb or absorb SR-90 can be cultured.
  • TE-127 can be treated in the fourth culture tank into which the radioactive contaminated water discharged from the third culture tank is introduced.
  • a special microalgae that adsorbs or absorbs KR-85 can be cultured.
  • the microalgae of a plurality of species can be sequentially separated in a multi-stage and cultured in different culture tanks to avoid the survival of the deficit survival between the microalgae.
  • the culture environment and the culture medium such as the temperature of one kind of special microalgae in each culture tank can improve the efficiency of culture and radioactive material treatment.
  • the spent fuel is separated from the fuel rods in the fuel assembly, the fuel rods are disassembled, or the fuel rod cladding is melted to separate the fuel pellets into original fuel powders, which are contained in water in the culture tank, and the radioactive material is applied to the special fine particles.
  • Algae can be cultured to treat radionuclides.
  • the present invention provides a remote control system through a remote control system such as the operation and input of the radioactive contaminated water into the culture tank, the microalgae input and discharge, the operation of the various devices to provide a culture environment in order to minimize the radiation exposure of workers. Control and monitor and process radiation in real time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a radioactive contaminated water purification system using a microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • the radioactive contaminated water purification system using microalgae may include a remote control system 100 and at least one microalgae culture system 200 connected through a communication network.
  • the microalgal culture system 200 is three in parallel in the illustrated example, but the illustrated is only an example, it is apparent that fewer or more microalgal culture system 200 may be connected.
  • the remote control system 100 may include, for example, a tablet, laptop, desktop, server system, and the like, and may be implemented by a computing device configured to receive data and transmit control signals over a communication network.
  • the microalgal culture system 200 is a system for processing the radioactive contaminated water mixed with radioactive materials into a culture tank providing a closed environment for culturing microalgae.
  • the microalgal culture system 200 may include one culture tank or a plurality of culture tanks connected in series.
  • the microalgal culture system 200 measures the temperature, pressure, water level, nitrogen concentration, phosphorus concentration, carbon dioxide concentration, pH, illuminance, and radiation of the culture tank in real time, and the measurement data is transferred to the remote control system 100. Send.
  • the remote control system 100 may transmit a control signal to control the environment in the culture tank of the microalgal culture system 200 based on the received measurement data.
  • Microalgae are photosynthetic that have survived and adapted to all global environments on Earth for about 3.5 billion years, and are suitable for cultivation of microorganisms that survive in water, such as nutrients such as light, range of temperature, range of pH and / or nitrogen and phosphorus. CO 2 is required.
  • Microalgae are typically sunlight much from the water surface of the water 10 as-well cultured in 8-under 50cm water temperature in a rich environment such as a nitrogen / phosphorus / CO 2 20 - at 25 o C and ph about 7. Therefore, the microalgal culture system 200 should be controlled to maximize the treatment efficiency by culturing the radioactive contaminated water temperature for 10 to 15 days in accordance with the optimum conditions for the microalgal culture and maximizing the growth rate.
  • the microalgal culture system 200 may measure the temperature, pressure and water level of radioactive contaminated water and nitrogen / phosphorus / carbon dioxide concentration, illuminance and pH in real time, and transmit the same to the remote control system 100.
  • the remote control system 100 controls the microalgae culture system 200 to control the temperature, pressure and water level of the radioactive contaminated water and the environment such as nitrogen / phosphorus / carbon dioxide concentration, illuminance and pH to the optimum culture conditions of the microalgae. ) Can be sent.
  • the closed culture tank of the microalgal culture system 200 the pipes required for the input and discharge of radioactive contaminated water, microalgae, and nitrogen / phosphorus / CO 2 , valves for opening and closing the respective pipes and A pump, a heater and a chiller facility for controlling temperature in the culture tank, and an illuminance control device in the culture tank may be installed.
  • the radiation in the culture tank and the radiation in the site in which the culture tank is installed can be measured.
  • the situation in the culture tank can be taken with a camera image such as CCTV.
  • FIGS. 2 and 3 show the remote control system of the radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention in more detail.
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a remote control system of the radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • the remote control system 100 includes a transceiver 110, a remote controller 130, a user input / output unit 150, a photographing data storage 160, a measurement data storage 170, and a control data storage. And 180.
  • Transmitting and receiving unit 110 is a module for transmitting and receiving data through a communication network capable of bidirectional data communication with the microalgal culture system 200.
  • the transmitter / receiver 110 may modulate digital data, for example, into packet-based signal data, and transmit the digital data.
  • the remote controller 130 may generate a control signal for controlling the culture environment of the microalgal culture system 200 based on the photographing data and the measurement data received through the transceiver 110 and previously stored control data. .
  • the generated control signal may be transmitted through the transceiver 110.
  • the user input / output unit 150 is an input device through which the user can input a command or data, and an output device through which the user can visually and / or acoustically recognize.
  • the input device may include a keyboard, a mouse, a key button, a trackball, a joystick, a touch-input device, a microphone, and the like.
  • the output device may include a display, a printer, a speaker, and the like.
  • the photographing data storage 160, the measurement data storage 170, and the control data storage 180 may each be a module that stores photographing data, measurement data, and control data.
  • the photographing data may be a still image or moving image data in a culture tank photographed by, for example, CCTV, received from the microalgae culture system 200.
  • the measurement data may be, for example, data obtained by measuring the temperature, pressure, illuminance, concentration, pH, etc. in the culture tank received from the microalgae culture system 200.
  • the control data is data that is preset and stored, and may be data associated with controlling the culture environment of the microalgal culture system 200.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a remote control unit of the remote control system of FIG. 2.
  • the remote controller 130 has various controllers for controlling each part of the microalgal culture system 200.
  • the remote control unit 130 is a contaminated water control unit 131, microalgae control unit 132, culture medium control unit 133, temperature control unit 134, air pressure control unit 135, roughness control unit 136, The nitrogen concentration controller 137, the phosphorus concentration controller 138, the carbon dioxide concentration controller 139, and the central controller 140 may be included.
  • the contaminated water control unit 131 injects radioactive contaminated water into the culture tank of the microalgal culture system 200, and discharges purified water (ie, radioactive contaminated water) to the outside of the culture tank of the microalgal culture system 200.
  • This module controls the operation.
  • the microalgae control unit 132 is a module for controlling the operation of injecting the microalgae culture solution into the culture tank of the microalgae culture system 200.
  • the microalgae may be introduced as contained in the culture medium which is incubated in the laboratory or pretreatment chamber.
  • the microalgae cultured in the culture tank may be discharged together with the radioactive contaminated water in the process of discharging the radioactive contaminated water.
  • the microalgae may be discharged together with the culture medium in the process of discharging the culture medium while being attached to the culture medium. Therefore, a separate control for discharging the microalgae is not shown.
  • a module for controlling the apparatus for filtering the discharged radioactive contaminated water to filter out microalgae may be further included.
  • the culture medium control unit 133 is a module for controlling the operation of injecting the culture medium into the culture tank of the microalgae culture system 200, and the operation of discharging the culture medium to the outside of the culture tank of the microalgae culture system 200.
  • the culture medium is preferably in the form of yarn, net, fabric and does not float on the water without sinking to the bottom of the water, and has a specific gravity and structure that can maintain a substantially constant shape in the water.
  • a culture medium of a flexible material it is possible to easily configure a device for removing the culture medium to the outside of the culture tank or injecting the culture medium to the inside. For example, if the control wires connected to one end and the other end of the culture medium are respectively wound on the first roller and the second roller installed outside or outside the culture tank, the first and second rollers are driven to drive the culture medium. It can be introduced into the culture tank or discharged to the outside of the culture tank.
  • the temperature control unit 134 may include control of a heating device and a cooling device to maintain the temperature of the radioactive contaminated water in the growth temperature range of the microalgae in the culture tank of the microalgae culture system 200.
  • Atmospheric pressure control unit 135 is a module for controlling the gas pressure of the portion that is not filled with radioactive contaminated water in the culture tank of the microalgae culture system 200. Since the culture tank is hermetically sealed, if the pressure is left high, it may lead to mechanical damage of the culture tank, so a safety valve and a control operation are required to prevent the culture tank.
  • the illuminance control unit 136 controls the light energy supply operation which is one of microalgal growth conditions in the culture tank of the microalgal culture system 200.
  • Light energy can be supplied through a light emitting device such as an LED (light emitting diode), for example.
  • a light emitting device such as an LED (light emitting diode), for example.
  • Such a light emitting device may be installed at a plurality of positions in the culture tank, and may be installed in radioactive contaminated water. In this case, the LED is preferably waterproof.
  • the nitrogen concentration control unit 137, the phosphorus concentration control unit 138, and the carbon dioxide concentration control unit 139 respectively adjust concentrations of additives such as nitrogen, phosphorus, and carbon dioxide, which are microalgal growth conditions in the culture tank of the microalgal culture system 200. To control. These concentrations may vary depending on the type of microalgae. Furthermore, it is apparent that depending on the microalgae, additives containing fewer or more types than these may be necessary, in which case, a concentration controller for each corresponding component may be further needed.
  • control unit such as a CCTV control unit, a radiation dose control unit, and the like may also be included.
  • the central controller 140 may be responsible for the integrated management of the operations of the units 131 to 139.
  • the central controller 140 may receive the photographing data measurement data from the microalgae culture system 100 in real time and display it to a user or generate an alarm. An alert may be generated in the event of measurement data that deviates from a predetermined reference value. Alarms may include culture tank pressure, temperature, level and LED illuminance, culture tank and site radiation dose alarms, and the like.
  • the central controller 140 may display an operation state of each valve, pump, lamp, heater, or the like through a user input / output device.
  • the central controller 140 may provide a screen for the user to manually control the on / off operation of valves, pumps, heaters and LED lights.
  • the above-described remote control system 100 may be installed at a place installed at a far distance from the microalgae culture system 200 including a culture tank in which the actual polluted water purification treatment is performed.
  • 4 to 7 shows the microalgal culture system of the radioactive contaminated water purification system using the microalgae according to an embodiment of the present invention in more detail.
  • Figure 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the microalgae culture system of the radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • the microalgal culture system 200 may include a transceiver 210, a culture tank 220, a measurement unit 230, a local controller 250, and a raw material tank 270.
  • the transceiver 210 is a module that can communicate with the transceiver 110 of the remote control system 100.
  • the measurement unit 230 may measure various factors in the culture tank 220 and transmit the measured data to the remote control system 100 via the transceiver 210.
  • the measuring unit 230 is described in more detail below with reference to FIG. 6.
  • the local controller 250 receives a control signal from the remote control system 100 via the transceiver 210 and controls an operation of various devices according to the received control signal to adjust the environment in the culture tank 220. Module.
  • the local controller 250 is described in more detail below with reference to FIG. 7.
  • the raw material tank 270 may exist in a number corresponding to various raw materials such as radioactive contaminated water, microalgal culture solution, culture medium roll, carbon dioxide, nitrogen, phosphorus, and the like. Although the raw material tank 270 is shown as being present locally inside the microalgal culture system 200, it may be remotely installed at a remote location outside the microalgal culture system 200.
  • the culture tank 220 has a generally cylindrical inner space in the illustrated example, is made of a material resistant to corrosion, such as stainless steel, and may be designed to have a sufficient thickness to withstand radiation shielding and design pressure.
  • the culture tank 220 is preferably closed, and various pipes each having a remotely controlled on / off valve and an inlet / outlet pump are connected, and various measuring devices are installed.
  • the culture tank 220 is described in more detail below with reference to FIGS. 8 and 9.
  • Figure 5 is a schematic diagram for conceptually explaining the microalgae culture system of Figure 4 around the culture tank.
  • the culture tank 220 provides an environment for the growth of microalgae in radioactive contaminated water.
  • the culture tank 220 is provided with contaminated water, microalgae, culture medium, light, nitrogen, phosphorus, carbon dioxide, temperature and the like.
  • the purified water and the culture medium may be discharged.
  • the purified water discharged is a state in which radioactive material is removed from the contaminated water by microalgae.
  • the discharged culture medium is a state in which microalgae that have absorbed or absorbed radioactive substances are fixed.
  • the microalgae fixed to the culture medium may be used as an organic fertilizer in a separated or fixed state from the culture medium, or may be recycled as a biomass raw material (RDF, carbide).
  • a biomass raw material RDF, carbide
  • the radioactive contaminated water introduced into the culture tank 220 may be generated by contaminating the groundwater around the nuclear power plant during a serious accident such as a breakdown of the reactor vessel. In another example, it may have occurred during the cooling treatment of spent fuel during normal operation of a nuclear power plant and during a transient accident of a nuclear power plant during operation.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically showing the configuration of the measurement unit of the microalgal culture system of FIG.
  • the measurement unit 203 includes a water level meter 231, a water temperature meter 232, a nitrogen concentration meter 233, a phosphorus concentration meter 234, a carbon dioxide concentration meter 235, a pH meter 236, It may include a camera 237, a temperature meter 238, a barometric pressure meter 239, an illuminance meter 240, and a radiation meter 241.
  • the level gauge 231 is a meter for measuring the level of contaminated water in the culture tank 220.
  • the water temperature measuring instrument 232 is a measuring instrument for measuring the temperature of the contaminated water in the culture tank 220.
  • the nitrogen concentration measuring instrument 233, the phosphorus concentration measuring instrument 234, the carbon dioxide concentration measuring instrument 235, and the pH measuring instrument 236 include nitrogen concentration, phosphorus concentration, carbon dioxide concentration, and the like in the contaminated water introduced into the culture tank 220. It is a measuring instrument which measures pH respectively.
  • the camera 237 may be a device capable of capturing a video such as CCTV.
  • the temperature measuring instrument 238 is a measuring instrument for measuring the temperature of the air portion above the contaminated water of the culture tank 220.
  • Atmospheric pressure meter 239 is a meter for measuring the pressure of the air portion of the upper portion of the contaminated water of the culture tank (220).
  • the illuminance measuring instrument 240 may measure the illuminance measured in the culture tank 220 and / or the contaminated water by a light emitting device such as an LED.
  • the radiation meter 241 may be a meter for measuring the radiation dose of the inside and outside of the culture tank 220 (that is, a building or site in which the culture tank is installed).
  • FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the local control unit of the microalgae culture system of FIG.
  • the local controller 250 includes a contaminated water input pipe 251, a purified water discharge pipe 252, a microalgae input pipe 253, a temperature controller 254, an additive input pipe 255, and a light emitting device. 256, the operation of the culture medium transfer device 257 can be controlled.
  • the local controller 250 controls the operation of these various devices in accordance with control signals from the remote control system 100 (see FIGS. 1 and 2) rather than determining and controlling itself.
  • the contaminated water input pipe 251 is a pipe for injecting radioactive contaminated water into the culture tank 220, which is remotely controlled (i.e., controlled by a control signal transmitted by the remote control system 200). With a pump. The valve is for opening and closing operation and the pump provides a forcing force for input.
  • Purified water discharge pipe 252 is provided with a valve and a pump remotely controlled as a pipe for discharging radioactive contaminated water into the culture tank 220.
  • the microalgal feed pipe 253 is provided with a valve and a pump remotely controlled as a pipe for injecting the microalgal culture solution into the culture tank 220.
  • the additive inlet pipe 255 is a respective pipe for injecting additives such as nitrogen, phosphorus, and carbon dioxide, and includes a valve and a pump that are remotely controlled.
  • the temperature controller 254 includes a heater and a cooler, and operates to adjust the temperature of the contaminated water in the culture tank 220.
  • the light emitting device 256 may be installed in a plurality of inside and outside the contaminated water, for example, as an LED light.
  • the culture medium transporting device 257 is a device for injecting the culture medium into the culture tank 220 and discharging it to the outside of the culture tank 220.
  • the culture medium transfer device 257 may include a roller and a drive motor for rotating the roller, and the drive motor may be remotely controlled.
  • the control line connected to the culture medium 220 may be wound around the roller of the culture medium transport device 257 or the culture medium may be wound together with the control line.
  • FIG 8 and 9 shows the culture tank in more detail in the radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view schematically showing the configuration of the culture tank in the radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • the contaminated water input pipe 251 is connected to the upper side of the culture tank 220, and the contaminated water discharge (ie, purified water discharge) pipe 252 is connected to the lower side of the culture tank.
  • the microalgal culture solution 253 is connected to the upper side of the culture tank.
  • the light emitting device 256 is installed in a plurality of top and side and bottom of the culture tank, for example, may be an LED light. It can be seen that the light emitting device 256 is also installed in a position immersed in contaminated water. In general, microalgae are incubated at a distance of about 50 cm from the surface. In the present invention, by attaching a waterproof LED lamp in the culture tank to provide light to the water to provide an environment that allows the microalgae to grow anywhere in the culture tank irrespective of the depth of the contaminated water.
  • the culture medium 260 is preferably a mesh of a fiber, net or fabric form, as shown in Figure 8, the culture medium 260 is the upper end of both sides connected to the culture medium transfer device 257 by a control line It is preferable to be installed soaking in contaminated water.
  • the control line connected to the culture medium 260 may be a wire or a rope, but is not limited thereto, and various types may be used.
  • the control line serves to adjust the position and height of the culture medium 260, as well as the role of introducing or removing the culture medium 260 into the culture tank 220, the operation of the control line is a culture medium transfer device ( 257).
  • the culture medium 260 provides a structure in which the microalgae are attached and grow, and the mesh size may vary according to the characteristics of the special microalgae. Therefore, when the culture medium 260 is discharged after about 10-15 days of culturing, the microalgae that collects the nuclides are also discharged, and the discharged culture medium 260 is finely provided outside the culture tank 220 by a control line. Move automatically to bird harvesting areas (not shown). In the microalgae harvesting space, the microalgae harvesting device (not shown) dries, harvests, and separates the microalgae attached to the culture medium 260, and the culture medium 260 in which the microalgae is separated is controlled by a control line. It is moved back to the culture tank 220.
  • the culture medium 260 is discharged to the outside of the culture tank 220 and then re-injected, so that the culture tank 220 has an entrance through which the culture medium 260 and a control line connected thereto are passed (not shown in the drawing). ) Should be formed.
  • the culture medium transfer device 257 may include a first culture medium transfer device 257a provided on one side of the culture tank 220 and a second culture medium transfer device 257b provided on the other side.
  • the entrance and exit of the culture medium 260 may be formed at both the first and second culture medium transfer devices 257a and 257b, or at one side thereof.
  • the first culture medium transfer device 257a may include a first roller (not shown) and a first driving motor (not shown) to rotate the first roller.
  • the first roller and the first driving motor may be mounted on the side wall of the culture tank 220, or may be installed outside the culture tank 220.
  • the second culture medium transfer device 257b may include a second roller (not shown) and a second driving motor (not shown) to rotate the second roller.
  • the second roller and the second driving motor may be mounted on the side wall of the culture tank 220, or may be installed outside the culture tank 220.
  • the control line connected to both ends of the culture medium 260 installed inside the culture tank 220 is wound around the first roller and the second roller, respectively.
  • the medium 260 is discharged to the outside of the culture tank 220 through the first entrance.
  • the culture medium 260 may be configured to be wound on the first roller, or the culture medium 260 may be configured to be moved to the microalgae harvesting space by a control line.
  • discharged culture medium 260 may be moved to the microalgae harvesting space as described above and may be reused after the microalgae are separated, or may be used as an organic fertilizer or biomass fuel.
  • the control is wound around the second roller by rotating the second roller located on the opposite side
  • the culture medium 260 may be introduced into the culture tank 220 using a line.
  • the culture medium 220 is composed of a flexible material such as fiber, net, fabric, and the like, and when one end and the other end of the culture medium 260 is connected to the roller of the culture medium transfer device 257, the remote control without the help of the operator Through the culture medium 260 can be easily added to the inside of the culture tank 220 or taken out to the outside, through which the microalgae collected radionuclide can be harvested from the outside of the culture tank to purify radioactive contaminated water.
  • a plurality of culture media 260 may be connected in series, and may be sequentially introduced into the culture tank 220 without using the culture media 260 manufactured in one unit.
  • only one culture medium transfer device 270 for driving the first roller may be used.
  • the first unit culture medium 260 is introduced into the culture tank 220 to perform the first purification process, and then the first roller is rotated to pass the first unit culture medium 260 through the first entrance.
  • the second unit culture medium 260 connected in series to the first unit culture medium 260 is introduced into the culture tank 220 through the second entrance.
  • the second unit culture medium 260 is discharged through the first entrance, and the third unit culture medium 260 connected to the second unit is connected to the culture tank 220 through the second entrance. It is injected into the inside, in this manner a plurality of culture medium 260 may be sequentially introduced into the culture tank 220. In this way, it is not necessary to replace the culture medium 260 for each unit process, and since the discharged culture medium 260 is treated at a time after performing a long-term process, the work efficiency can be improved.
  • a shielding cover that isolates the first and second culture medium transfer devices 257a and 257b from the outside to prevent exposure. It may be installed outside the culture tank 220.
  • the culture tank 220 includes a camera 237, a pressure gauge 239, a safety valve 221, a temperature gauge 232, a temperature gauge 238, a water level gauge 231, a pH gauge 236, and carbon dioxide.
  • the same additive supply pipe 255, a thermostat 254, which may include a heater and a cooler, etc. are shown, as well as other various instruments and input and discharge piping may be connected if necessary.
  • the safety valve 221 is normally closed and automatically opens when the pressure in the culture tank 220 is greater than or equal to a predetermined value, thereby automatically adjusting the pressure in the culture tank 220.
  • FIG. 9 is a view schematically showing an example of a configuration in which two culture tanks are connected in series in a radioactive contaminated water purification system using microalgae according to an embodiment of the present invention.
  • two culture tanks 220 'and 220 are connected in series. "That is, contaminated water discharged from the first culture tank 220' is introduced into the second culture tank 220".
  • only two culture tanks are connected, but this is only an example, and it is obvious that a larger number of culture tanks may be connected in series if necessary.
  • the same or different microalgae can be added to each culture tank.
  • the radioactive contaminated water purification system using the microalgae provided according to the present invention may implement the radioactive contaminated water purification method using the microalgae according to another aspect of the present invention.
  • the radioactive contaminated water purification method using microalgae may include a culture step, a measurement step, a remote control step, and a local control step.
  • the measuring step is a step of measuring data related to the radioactive contaminated water mixed with the microalgae during the culturing step to generate the measurement data.
  • the measurement data generated in the measurement step is received through a communication network and a control signal is transmitted to a local controller connected to the culture tank.
  • the control signal transmitted from the remote control step is received, the radioactive contaminated water and the discharge of purified water into the culture tank, the microalgae into the culture tank, the growth environment of the microalgae in the culture tank Controlling the devices providing the.
  • the culture medium for providing a flexible structure in the form of fibers, nets, or fabrics that can be attached to the microalgae in the contaminated water of the internal space of the culture tank from the outside to the internal space The culture medium input step and the culture medium discharge step of discharging the culture medium from the internal space of the culture tank to the outside may be performed respectively.
  • the method of purifying contaminated water using the culture tank 220 of the closed structure has been described above.
  • the microalgae may be cultivated in a large culture tank of an indoor swimming pool to contaminate the contaminated water. You can also purify.
  • the microalgae harvesting device is installed to dry, harvest, and separate the microalgae attached to the culture unit 230, the local control unit 250, and the culture medium to create an optimal microalgae culture environment in the culture tank And, it is preferable to configure to control through the remote control system (100).
  • the soil when the soil is contaminated by radioactive leakage due to nuclear accidents, the contaminated soil and water are put in a large-sized culture tank of indoor swimming pool, and the special microalgae are cultivated, and the fine particles adsorbed and absorbed radionuclides mixed in the soil.
  • the soil can be purified by separating and harvesting algae from the culture tank.
  • a microalgae harvesting device is installed to dry, harvest, and separate the microalgae attached to the culture unit 230, the local control unit 250, and the culture medium to create an optimal microalgae culture environment in the culture tank. And, it is preferable to configure to control through the remote control system (100).
  • a special microalgae culture environment is created in artificial lakes to adsorb and absorb special radionuclides mixed in the soil. Soil pollution can also be removed by harvesting and separating from artificial lakes.
  • remote control system 110 transceiver
  • remote control unit 131 contaminated water control unit
  • microalgae control unit 133 culture medium control unit
  • central controller 150 user input / output unit
  • control data storage 200 microalgal culture system
  • transceiver 220 culture tank
  • barometer 240 roughness measuring instrument
  • contaminated water input pipe 252 purified water discharge pipe
  • microalgae input pipe 254 temperature controller
  • additive injection piping 256 light emitting device
  • culture medium transfer device 260 culture medium

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Abstract

본 발명은 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 및 방법이 개시한다. 본 발명에 따른 정화 시스템은, 방사능 오염수와 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류가 투입되는 것으로서, 밀폐된 내부공간을 구비하는 배양탱크; 미세조류가 부착할 수 있는 유연성 재질의 배양매체; 상기 배양매체를 상기 배양탱크의 밀폐된 내부공간으로 투입하거나 방사성 핵종을 포집한 미세조류를 수확하기 위해 상기 배양탱크의 외부로 빼내는 배양매체 이송장치; 상기 배양탱크 내의 각종 정보를 획득하는 계측부; 원격에서 수신된 제어신호에 따라 배양탱크에 설치된 각종 장치의 동작을 제어하는 로컬제어부; 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어 신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 원전의 사용후핵연료 처리 및 가동 중 원전 사고 시에 발생할 수 있는 방사능 오염수 및/또는 중대사고 시에 발생될 수 있는 방사능 오염수를 적절한 미세조류 배양탱크에 투입하고, 미세조류가 배양탱크내에서 생육하면서 오염수 내의 방사능물질을 흡착 및/또는 흡수하도록 함으로써, 방사능 오염수를 정화할 수 있고, 또한 광범위한 방사능 오염지역의 대량의 방사능 토양오염을 정화하여 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 및 방법
원자력발전소의 사용후핵연료 처리나 방사능 오염수의 정화에 관한 것으로서, 더 상세하게는 미세조류를 이용하여 원자력발전소의 사용후핵연료를 안정적으로 처리하거나 원전 사고시 방사능 오염수 내의 방사성 물질을 제거함으로써 방사능 오염수를 정화하는 기법에 관한 것이다.
일반적으로 원자력발전소는 핵분열을 이용하여 경제성이 높은 저탄소 청정에너지를 생성한다. 그런데, 핵분열 과정에서 발생하는 방사능 및 방사성 물질은, 주민이나 작업자 등이 피폭시 치명적일 뿐만 아니라 주위 환경으로 누출될 시 잔류 기간이 매우 길다는 단점이 있다. 원자력발전소의 정상적인 동작 시에는 방사능 누출을 방지하기 위한 여러 가지 방사선 차폐 및 방호 대비책이 작동하고 있기 때문에 방사능 누출의 문제가 없다.
그러나, 원자력발전소의 사용후-핵연료에 의해 및/또는 천재지변에 의한 원자력발전소의 중대사고 시 뜻하지 않게 발생되는 주위 환경으로의 방사성 물질 누출 및 이에 따른 토지, 해양, 지하수 등의 오염과 지역 주민 및 작업 종사자의 방사선 피폭은 큰 문제이다.
따라서 원자력발전소의 사용후핵연료나 중대 사고로 인한 방사성 물질 및/또는 방사능 오염수를 안정적이며 환경 친화적으로 처리할 수 있는 기술 개발이 필요하다.
통상적으로 원자력발전소는 핵분열 시 발생하는 다양한 방사성물질 핵종의 저장 및 방사성물질에 의한 방사선 피폭을 최소화하기 위하여 심층방어 및 다중방어벽을 안전 원리로 설정하여 원자력발전소의 설계, 제작, 운영 및 사고관리에 적용하고 있다. 원전의 정상가동 중 핵분열 시 발생하는 다양한 방사성물질 핵종은 핵연료봉 피복재 안에 존재한다. 정상운전 시의 방사성물질에 의한 방사선은 핵연료봉 피복재, 원자료용기 및 원자로건물 등의 다중방어벽에 의하여 방사선 안전선량기준 이하로 차폐된다.
표 1 및 표 2는 원전의 핵분열에 의해 발생되고 있는 방사성 물질 중 인체에 피해를 주는 60개의 주요 방사성물질 핵종 및 그 반감기를 날짜 단위 및 연 단위로 보여주고 있다.
표 1
방사성물질 핵종 붕괴전핵종 반감기(일) 반감기(년)
CO-58 NONE 71.30 0.20
CO-60 NONE 1921.30 5.26
KR-85 NONE 3918.98 10.74
KR-85M NONE 0.19 0.00
KR-87 NONE 0.05 0.00
KR-88 NONE 0.12 0.00
RB-86 NONE 18.65 0.05
SR-89 NONE 52.00 0.14
SR-90 NONE 10260.42 28.11
SR-91 NONE 0.40 0.00
표 2
방사성물질 핵종 붕괴전 핵종 반감기(일) 반감기(년)
SR-92 NONE 0.11 0.00
Y-90 SR-90 2.67 0.01
Y-91 SR-91 58.80 0.16
Y-92 SR-92 0.15 0.00
Y-93 NONE 0.42 0.00
ZR-95 NONE 65.50 0.18
ZR-97 NONE 0.70 0.00
NB-95 ZR-95 35.10 0.10
MO-99 NONE 2.75 0.01
TC-99M MO-99 0.25 0.00
RU-103 NONE 39.59 0.11
RU-105 NONE 0.18 0.00
RU-106 NONE 368.98 1.01
RH-105 RU-105 1.48 0.00
SB-127 NONE 3.80 0.01
SB-129 NONE 0.18 0.00
TE-127 SB-127 0.39 0.00
TE-127M NONE 109.00 0.30
TE-129 SB-129 0.05 0.00
TE-129M NONE 33.40 0.09
TE-131M NONE 1.25 0.00
TE-132 NONE 3.25 0.01
I-131 TE-131M 8.04 0.02
I-132 TE-132 0.10 0.00
I-133 NONE 0.87 0.00
I-134 NONE 0.04 0.00
I-135 NONE 0.27 0.00
XE-133 I-133 5.29 0.01
XE-135 I-135 0.38 0.00
CS-134 NONE 752.43 2.06
CS-136 NONE 13.00 0.04
CS-137 NONE 10989.58 30.11
BA-139 NONE 0.06 0.00
BA-140 NONE 12.79 0.04
LA-140 BA-140 1.68 0.00
LA-141 NONE 0.16 0.00
LA-142 NONE 0.07 0.00
CE-141 LA-141 32.53 0.09
CE-143 NONE 1.38 0.00
CE-144 NONE 284.38 0.78
PR-143 CE-143 13.58 0.04
ND-147 NONE 10.99 0.03
NP-239 NONE 2.35 0.01
PU-238 CM-242 32511.57 89.07
PU-239 NP-239 8912037.04 24416.54
PU-240 CM-244 2468750.00 6763.70
PU-241 NONE 5333.33 14.61
AM-241 PU-241 158101.85 433.16
CM-242 NONE 162.96 0.45
CM-244 NONE 6611.11 18.11
위의 표에서 알 수 있는 바와 같이, 사용후핵연료의 핵연료봉 내에 있는 방사성물질 중 대부분은 반감기가 짧지만, 몇몇의 방사성 물질은 매우 긴 반감기를 가지고 있기 때문에, 이에 대한 대비가 필요하다.
실제로, 1979년 발생한 미국 TMI-2 원전사고의 경우, 핵연료가 녹아 핵연료용융물이 원자로용기의 하반구로 재배치되는 상황으로 되었으나, 방사성물질은 다중방어벽인 원자로용기 안에 보존될 수 있었다. 그러므로, 방사성물질이 원자로용기의 외부로 방출되지 않았으며, 원자로건물 외부에서 방사선도 안전기준치 이하로 유지되었다.
하지만, 예컨대 폭발사고나 해일이나 지진과 같은 천재지변에 의해, 원자로용기가 파손되는 원전의 중대사고의 경우에는, 핵연료용융물이 원자로용기 외측의 하부공간으로 방출될 수 있다. 그러면, 방출된 핵연료용융물에 의해 다량의 열이 발생하게 되는데, 이를 적절하게 냉각시키지 못하면 압력이나 수소폭발 등과 같은 현상으로 원자로건물이 파손될 수 있다.
이와 같이, 원자로 용기 및 원자로 건물이 파손되면, 방사성물질 및 방사선이 대기와 환경으로 방출되어 환경오염과 지역주민 및 작업종사자의 방사선 피폭을 야기할 수 있다. 실제로 1986년 구소련의 체르노빌 원전사고와 2011년 일본 후쿠시마 원전사고가 대표적인 실례라 할 수 있다.
체르노빌 원전사고의 경우, 사고 후에 모래를 이용하여 방사성물질을 원자로건물 안에 고착시켰으나, 방사성물질의 대기방출에 의한 대기오염과 토양오염에 의한 환경 및 지역주민 방사선 피해가 발생하였다. 후쿠시마 원전사고는 대기오염, 지하수 오염으로 인한 해양오염, 토양오염으로 인한 환경오염 및 지역주민 방사선 피해가 발생하였다.
특히 후쿠시마 원전사고의 경우, 현재까지도 지하수에 의한 방사능 오염수 및 원자로건물 오염수의 처리가 가장 중요한 환경오염 처리 현안으로 부상되고 있어서 방사성물질 오염수에 대한 환경 친화적인 안정적 처리에 대한 절실한 요구가 있다.
후쿠시마 원전사고에서 가장 처리가 시급한 방사성물질은 표 1 및 표 2에서, 요오드(Iodine) I-131(반감기가 약 2일), 세슘(Cesium) CS-134(반감기가 약 2년) 및 CS-137(반감기가 약 30년), 스트론튬(Strontium) SR-90(반감기가 약 28년), 텔륨(Tellurium) TE-127(반감기가 약 0.39일), 크립톤(Krypton) KR-85(반감기가 약 10년) 등으로 분류되고 있다.
후쿠시마 원전사고 처리의 경우, 현재 방사능물질 및 방사능 오염수 처리기술이 없기 때문에 임시방편만이 실시되고 있다. 예를 들어, 방사능에 오염된 지하수나 원자로건물 오염수를 펌프로 퍼올려서 저장탱크에 임시로 저장하는 조치가 취해지고 있다.
한편으로 지하수의 흐름 중간 부분을 얼림으로써, 이 얼음층에 의해 지하수의 유입 및/또는 유출을 막으려는 계획이 있다. 오염수 저장탱크의 경우, 설치된 저장탱크에 부착한 배관이나 밸브가 오염수 내에서 지속적으로 발생하는 열에 의한 압력을 견디지 못하여 파손됨으로써, 오염수가 외부 환경으로 누출되고 있고 또한 작업종사자의 방사선 피폭이 급격히 증가하고 있는 실정이다. 한편, 지하수가 원자로건물로 유입되는 것을 차단하려고 원전 주변 땅을 얼려서 만드는 동토차수벽은 검증되지 않은 기술이며, 땅 속의 일정부분의 온도를 영점 이하로 유지하기 위해 막대한 재정투자가 필요하지만, 이것은 방사능 오염수 처리기술이 아니라 임시적인 지하 오염수 차단기술에 불과하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 여러 가지 다른 장점들을 추가하고, 특히 사용후핵연료에서 발생하는 또는 후쿠시마 원전사고와 같은 원전의 중대사고 시 발생하는 방사성 물질로 오염되어 있는 방사능 오염수를 안정적이며 효율적으로 처리하고, 작업종사자의 방사능 피폭을 최소화할 수 있도록 한 미세조류를 이용한 방사능 오염수 처리 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 미세조류를 최적의 배양 환경을 제공하기 위한 밀폐형의 방사능 오염수를 저장할 수 있는 배양탱크 내에서 배양하고, 이 배양탱크 내의 배양 환경을 원격에서 자동으로 실시간 제어하도록 함으로써, 현장 작업자의 방사능 피폭량을 최소화한, 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명은, 하나의 배양탱크 내에서 한 종의 미세조류만을 배양하고, 이러한 배양탱크들을 복수개로 직렬 연결시킴으로써, 방사능 오염수 내의 다양한 종류의 방사성 물질을 효율적으로 제거할 수 있게 한, 미세조류를 이용한 방사는 오염수 정화 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그리고 더 나아가 본 발명은, 사용후핵연료를 냉각하기 위한 냉각수나 가동 중 원전의 사고 시 누출될 수 있는 방사능 오염수 및 원자력 발전소의 지하를 흐르는 지하수가 방사성 물질에 오염된 경우와 같이 지속적이고 대량으로 발생하는 방사능 오염수를 원격으로 자동으로 단계적이고 연속적으로 정화시킬 수 있는, 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그리고 또한 본 발명은, 사용후핵연료의 핵연료봉 내에 있는 핵물질을 핵연료봉에서 분리하여 분말형태로 밀폐된 저장탱크의 물에 수용하여 미세조류를 배양함으로써 미세조류를 이용한 상기 방사능 오염수 정화 기술을 이용하여 안정적으로 사용후핵연료의 방사성 핵물질을 처리하는 기술을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상은, 방사능 오염수와 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류가 투입되는 것으로서, 밀폐된 내부공간을 구비하며, 오염수 투입배관, 미세조류 투입배관 및 정화수 배출배관이 연결된 배양탱크; 미세조류가 부착할 수 있는 유연성 재질의 배양매체; 상기 배양매체를 상기 배양탱크의 밀폐된 내부공간으로 투입하거나 방사성 핵종을 포집한 미세조류를 수확하기 위해 상기 배양탱크의 외부로 빼내는 배양매체 이송장치; 상기 배양탱크 내의 각종 정보를 획득하는 계측부; 원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 오염수 투입배관, 미세조류 투입배관, 정화수 배출배관 및 배양매체 이송장치의 동작을 제어하는 로컬제어부; 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어 신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 양상에 따른 방사능 오염수 정화 시스템에서, 상기 배양매체 이송장치는, 상기 배양매체의 일단과 타단에 각각 연결되는 제1 제어선 및 제2 제어선; 상기 제1 제어선과 상기 제2 제어선이 각각 감기는 제1롤러 및 제2롤러; 상기 제1롤러와 제2롤러를 회전시키는 구동수단을 포함할 수 있다. 또한 상기 배양탱크의 외부에는 상기 배양매체 이송장치에 의해 배출된 배양매체로부터 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치가 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 방사능 오염수 정화 시스템에서, 상기 배양탱크는 서로 직렬로 연결된 복수의 배양탱크를 포함하고, 상기 복수의 배양탱크에는 각각 다른 종의 미세조류가 투입될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 방사능 오염수 정화 시스템에서, 상기 배양탱크에는 내부공간의 압력이 설정값 이상이면 개방되고 설정값 미만이면 폐쇄되는 안전밸브가 설치될 수 있다.
또한 본 발명의 일 양상에 따른 방사능 오염수 정화 시스템에서,상기 배양탱크에는, 내부공간의 온도를 조절하기 위한 온도조절기와, 내부공간의 오염수 내에서 미세조류가 생육할 수 있는 영양 성분을 제공하기 위한 질소, 인, 및 이산화탄소(CO2)를 포함하는 첨가제를 투입하는 첨가제 투입배관와, 상기 내부공간의 오염수 내에서 상기 미세조류가 생육할 수 있는 빛에너지를 제공하는 발광장치가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은, 방사능 오염수와 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류가 투입되는 것으로서, 각각 밀폐된 내부공간을 구비하며 서로 직렬로 연결된 복수의 배양탱크와, 상기 복수의 배양탱크내의 각종 정보를 획득하는 계측부와, 원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 복수의 배양탱크의 동작을 제어하는 로컬제어부와, 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어 신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함하는 정화 시스템에서 다수 핵종을 포함하는 방사능 오염수를 정화시키는 방법에 있어서, 상기 복수의 배양탱크 중 제1 배양탱크에 방사능 오염수를 투입하는 단계; 상기 제1 배양탱크에 제1 미세조류를 투입 및 배양하여 방사능 오염수를 정화하는 단계; 상기 제1 배양탱크에서 1차 정화된 방사능 오염수를 제2 배양탱크로 이송하는 단계; 상기 제2 배양탱크에 상기 제1 미세조류와 다른 종의 제2 미세조류를 투입 및 배양하여 방사능 오염수를 정화하고, 상기 제1 배양탱크에 방사능 오염수를 투입한 후 상기 제1 미세조류를 투입하여 방사능 오염수를 정화하는 단계를 포함하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양상은, 방사능으로 오염된 토양을 정화하는 시스템에 있어서, 오염된 토양을 물과 혼합하여 저장하며, 방사능 핵종을 포집할 수 있는 미세조류를 배양하는 배양수조; 상기 배양수조의 각종 정보를 획득하는 계측부; 원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 배양수조에서 상기 미세조류의 배양환경을 제공하는 장치를 제어하는 로컬제어부; 배양매체에 부착된 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치; 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함하는 방사능으로 오염된 토양의 정화 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양상은, 원전사고로 인한 광범위한 지역의 방사능에 오염된 대량의 토양을 정화하기 위한 인공호수로서, 상기 지역에 인공호수를 조성하여 오염된 토양의 오염수가 유입되어 저장되며, 방사능 핵종을 포집할 수 있는 미세조류를 배양하는 저수공간; 상기 저수공간의 각종 정보를 획득하는 계측부; 원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 저수공간에서 상기 미세조류의 배양환경을 제공하는 장치를 제어하는 로컬제어부; 배양매체에 부착된 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치; 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함하는 방사능 토양오염 정화용 인공호수를 제공한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 원전의 사용후핵연료 및 사용후핵연료 처리시에 발생할 수 있는 방사능 오염수 및/또는 가동 중 원전 사고나 중대사고 시에 발생될 수 있는 방사능 오염수를 적절한 미세조류 배양탱크에 투입하고, 미세조류가 배양탱크내에서 생육하면서 오염수 내의 방사능물질을 흡착 및/또는 흡수하도록 함으로써, 사용후핵연료 방사능 핵물질 및 방사능 오염수를 안정적으로 정화할 수 있고, 또한 광범위한 방사능 오염지역의 대량의 방사능 토양오염을 정화하여 원자력발전소의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 미세조류의 배양탱크를 밀폐형으로 제공하고, 이 배양탱크 내의 배양 환경을 원격에서 자동으로 실시간 제어하도록 함으로써, 현장 작업자의 방사능 피폭량을 최소화할 수 있어, 현장 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있다.
더 나아가 본 발명은, 하나의 배양탱크 내에서 한 종의 미세조류만을 배양하고, 이러한 배양탱크들을 복수개로 직렬 연결시킴으로써, 함께 배양되기 힘든 다양한 종들의 미세조류를 동시에 이용할 수 있어, 방사능 오염수 내의 다양한 종류의 방사성 물질을 효율적으로 제거할 수 있게 한다.
또한 본 발명은, 사용후핵연료를 냉각하기 위한 냉각수 및 원자력 발전소의 지하를 흐르는 지하수가 방사성 물질에 오염된 경우와 같이 지속적이고 대량으로 발생하는 방사능 오염수를 원격으로 자동으로 단계적이고 연속적으로 정화시킬 수 있는 정화 기술을 제공할 수 있다. 이에 따라 기존의 임시적인 방사성 오염수 저장 기법과 비교할 때, 본 발명은 더 안정적이고 효율적인 방사능 오염수 처리 기술을 제공할 수 있다. 또한 기존의 임시적인 얼음 차단벽을 이용한 지하수 유입차단 기술과 비교할 때, 본 발명은 더 안정적이고 지속적이며 경제적인 오염수 처리 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템의 전체 구성을 간단하게 나타낸 블록도.
도 2는 원격 제어시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 3은 원격 제어시스템에서 원격제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 4는 미세조류 배양시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 5는 미세조류 배양시스템을 배양탱크를 중심으로 개념적으로 나타낸 개략도.
도 6은 미세조류 배양시스템에서 계측부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 7은 미세조류 배양시스템에서 로컬제어부의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 8은 배양탱크의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 9는 2개의 배양탱크가 직렬 연결된 구성의 예를 개략적으로 보여주는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 한편 본 발명의 실시예를 설명함에 있어 이미 공지되어 있는 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 원자력발전소의 사용후핵연료 처리나 처리과정에서 발생하거나 또는 원자로용기가 파손되는 중대사고 시 발생할 수 있는 방사능 오염수 처리를 위해 제안된다. 본 발명은, 오염수 처리 작업에 동원된 종사자의 피폭을 최소화하는 동시에 안정적이고 환경친화적으로 처리하는 방사는 오염수 처리를 위한 기술을 제안한다. 특징적으로 본 발명의 주된 적용 분야는, 지구상에서 35억년 이상 지구변화에 적응하여 생존해온 지구상의 가장 오래된 생명체인 미세조류를 이용하여 방사능 오염수를 정화 처리하는 분야이다.
아래의 참고문헌 1, 2, 3으로부터, 방사능 오염수를 정화 처리하기 위해 미세조류를 이용할 수 있다는 연구가 진행 중임을 알 수 있다.
참고문헌1: An extremely radioresistant green eukaryote for radionuclide bio-decontamination in the nuclear industry, Richard Bligny et. al., Energy Environment Science, 2013, 6, 1230-1239, DOI : 10, 1029/C2EE23129H.
참고문헌2: Algae Industry megazine.com, April 4, 2011.
참고문헌3: Novel Radioresistant Algaeof the Coccomyxa Genus, March 28, 2013, US Patent, Applied No. : 20130078707
위의 참고문헌 중 참고문헌1과 참고문헌2는 특수한 미세조류인 클로스테리움 모닐리페룸(Closterium Moniliferum)과 코코마이사 악티나바이오티스(Coccomyxa Actinabiotis)가 중금속(Zn-65, AG-110)이나 핵분열 생성물질(CS-137, CO-60, SR-90, U-238)을 흡착 및 포획하하거나 흡수하여 방사능이 없는 안정적인 비방사성물질로 변환하는 것으로 발표한 논문 및 기사이다. 참고문헌1의 코코마이사 악티나바이오티스 미세조류 균주는 2013년 3월에 미국 특허 출원된 것의 공개공보인 참고문헌3에 대응된다.
참고문헌1과 참고문헌2의 발표를 볼 때, 지구상에서 약 35억년 이상 지구변화에 적응해온 가장 오래된 생명체인 미세조류 중 특수한 종류의 미세조류는 방사성물질인 특수핵종을 특히 효율적으로 흡착 및 포획하거나 흡수하여 방사능을 없애고 안정적인 동위원소로 변환하는 특성을 갖고 있다고 유추할 수 있으며, 향후의 미세조류 환경연구는 이러한 방사성물질을 흡수하여 비방사성 동위원소로 변환하는 미세조류의 탐색에 집중될 것으로 판단된다.
특히, 후쿠시마 원전사고 이후 대두되고 있는 방사능 오염수의 주요 방사성물질인 요오드 I-131, 세슘 CS-134 및 CS-137 그리고 스트론튬 SR-90, 텔륨 TE-127과 크립톤 KR-85 등의 방사성 물질을 흡착, 포획 및 흡수 특용 미세조류의 탐색이 중요하다.
본 발명의 발명자는 이러한 미세조류 중에서 방사성 물질의 처리에 이용될 수 있는 특용 미세조류가 발견되고 있다는 점에 주목하였다. 현재, 다양한 미세조류 종들 중에서 특정한 방사성물질을 포획이나 흡착하여 방사능물질을 오염수와 분리하여 제거하는 기능, 방사성물질을 흡수하여 오염수 내의 방사선을 줄이는 기능, 또는 방사성물질을 안전한 비방사성물질로 변환하여 핵종방사선을 제거할 수 있도록 하는 기능 등과 같이 방사성 물질을 처리할 수 있는 특수한 기능을 가진 특용 미세조류를 분류하기 위한 노력들이 이루어지고 있다.
따라서, 본 발명자는 적어도 하나의 방사성 물질을 포획하거나 흡착하는 기능을 가진 미세조류 종을 이용한다면, 환경친화적으로 방사능 오염수를 정화할 수 있는 기술을 제공할다는 점에 주목하였다. 이에 따라, 본 발명은 미세조류를 방사능물질이 혼합되어 있는 방사능 오염수 내에서 배양함으로써, 미세조류에 의해 방사능 오염수 내의 방사능물질이 제거될 수 있도록 하는, 미세조류를 이용한 방사능 핵물질 처리 및 방사능 오염수 정화 기술을 제공할 수 있음에 착안하였다.
본 발명에 따라, 방사성 물질을 처리할 수 있는 특정 종의 미세조류를 방사능 오염수를 투입한 배양탱크에서 배양하고, 배양과정에서 방사성 물질을 흡착이나 흡수한 미세조류를 분리 및 제거함으로써, 방사능 오염수 내의 방사성 물질을 정화할 수 있다.
방사능 오염수 내에 한 종류가 아니라 여러 종류의 방사성 물질이 혼입되어 있는 경우가 일반적이다. 그러므로, 이런 경우의 방사능 오염수를 정화하기 위하여, 본 발명은 복수의 배양탱크를 직렬로 연결시키고, 각각의 배양탱크에 서로 다른 종류의 방사성 물질을 효율적으로 각각 처리할 수 있는 서로 다른 종류의 미세조류를 배양시킨다. 이에 따라, 방사능 오염수 내의 여러 종류의 방사능 물질들이 여러 개의 배양탱크를 순차적으로 통과하면서 한 종류의 방사능 물질이 하나의 배양탱크에서 정화되는 방식으로 단계적인 정화가 이루어질 수 있다.
예를 들어, 5개의 배양탱크를 직렬로 연결한 시스템을 가정하자. 5개의 배양탱크 중 방사능 오염수가 제일 처음에 투입되는 첫번째 배양탱크에서는 I-137을 잘 흡착 또는 흡수하는 특용 미세조류를 배양할 수 있다. 첫번째 배양탱크에서 배출된 정화수는 I-137만이 제거되었으나, 나머지 방사성 물질들을 그대로 포함하고 있을 것이다. 이 정화수는 여전히 방사능 오염수이다. 첫번째 배양탱크에서 배출된 정화수 즉 방사능 오염수는 두번째 배양탱크로 투입된다. 두번째 배양탱크에서는 CS-134 및 CS-137을 잘 흡착 또는 흡수하는 특용 미세조류를 배양할 수 있다. 그러면, 두번째 배양탱크에서 배출된 정화수는 I-137 에 추가하여 CS-134 및 CS-137이 제거되었으나, 나머지 방사성 물질들은 그대로 포함하고 있을 것이다. 이 정화수도 여전히 방사능 오염수이다. 두번째 배양탱크에서 배출된 정화수, 즉 방사능 오염수는 세번째 배양탱크로 투입된다. 세번째 배양탱크에서는 SR-90을 잘 흡착 또는 흡수하는 특용 미세조류를 배양할 수 있다. 같은 방식으로, 세번째 배양탱크에서 배출된 방사능 오염수가 투입되는 네번째 배양탱크에서는 TE-127를 처리할 수 있다. 마지막으로 네번째 배양탱크에서 배출된 방사능 오염수가 투입되는 다섯번째 배양탱크에서는 KR-85를 잘 흡착 또는 흡수하는 특용 미세조류를 배양할 수 있다.
이와 같이, 다수 종의 미세조류들을 순차적으로 다단계식으로 분리하여 서로 다른 배양탱크 내에서 배양함으로써 미세조류 간의 적자생존 경쟁을 회피할 수 있다. 또한 배양탱크마다 한 종류의 특용 미세조류의 온도 등 배양 환경과 배양액을 적합하게 사용하여 배양 및 방사성물질 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
사용후핵연료는 핵연료집합체에서 핵연료봉을 분리하고, 핵연료봉을 해체하거나 혹은 핵연료봉의 피복관을 용융하여 핵연료 펠렛을 분리하여 본래의 핵연료 분말로 만든 후 배양탱크 내에서 물에 수용하여 방사성물질을 특용 미세조류를 배양하여 방사성물질 핵종을 처리할 수 있다.
본 발명은 특히 작업종사자의 방사능 피폭을 최소화하기 위하여 배양탱크로의 방사능 오염수 투입 및 배출, 미세조류 투입 및 배출, 배양 환경을 제공하는 다양한 장치들의 동작 등을 원격의 제어 시스템을 통해 원격조정으로 제어하고 방사능을 실시간에 감시하며 처리한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 및 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템의 전체적인 구성을 간단하게 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템은, 원격 제어시스템(100)과 통신망을 통해 연결되는 적어도 하나의 미세조류 배양시스템(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 미세조류 배양시스템(200)은 도시된 예에서 3개가 병렬로 연결되어 있으나, 도시된 것은 예시일 뿐이고, 더 적거나 더 많은 수의 미세조류 배양시스템(200)이 연결될 수 있음은 자명하다.
원격 제어시스템(100)은 예컨대 타블렛, 랩탑, 데스크탑, 서버 시스템 등을 포함할 수 있으며, 통신망을 통해 데이터를 수신하고 제어 신호를 송신할 수 있도록 구성된 컴퓨팅 장치에 의해 구현될 수 있다.
미세조류 배양시스템(200)은, 방사성 물질이 혼합되어 있는 방사능 오염수를 미세 조류를 배양하기 위한 밀폐된 환경을 제공하는 배양탱크에 투입하여 처리하는 시스템이다. 미세조류 배양시스템(200)은 하나의 배양탱크 또는 직렬 연결된 복수의 배양탱크들을 포함할 수 있다.
미세조류 배양시스템(200)은 배양탱크의 온도, 압력, 수위, 질소 농도, 인 농도, 이산화탄소 농도, pH, 조도, 및 방사선 등을 실시간으로 계측하고, 이 계측 데이터를 원격 제어시스템(100)으로 송신한다. 원격 제어시스템(100)은 수신된 계측 데이터에 기초하여 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내의 환경을 제어하도록 제어 신호를 송신할 수 있다.
미세조류는 약 35억년 간 지구상의 모든 지구환경에 적응하며 생존하여온 광합성을 하며 물속에서 생존하는 미생물로 배양을 위하여 빛, 적정 범위의 수온, 적정 범위의 pH 및/또는 질소/인 등의 영양분과 CO2가 필요하다. 미세조류는 일반적으로 일조량이 많은 물 수면으로부터 약 10 - 50cm 아래에 질소/인/CO2 등이 풍부한 환경에서 물의 온도가 약 20 - 25oC에서 그리고 ph가 약 7 - 8에서 잘 배양된다. 따라서, 미세조류 배양시스템(200)은 방사능 오염수 온도를 미세조류의 배양에 필요한 최적조건에 맞추어 약 10 - 15일간 배양하고 증식배수를 최대화하여 처리효율을 극대화하도록 제어되어야 한다.
따라서 미세조류 배양시스템(200)은 방사능 오염수의 온도, 압력 및 수위와 질소/인/이산화탄소 농도와 조도 및 pH 등을 실시간으로 계측하여 원격 제어시스템(100)으로 송신할 수 있다. 원격 제어시스템(100)은 방사능 오염수의 온도, 압력 및 수위와 질소/인/이산화탄소 농도, 조도 및 pH 등의 환경을 미세조류의 최적 배양조건으로 조절하기 위한 제어 신호를 미세조류 배양시스템(200)으로 송신할 수 있다.
이를 위해, 미세조류 배양시스템(200)의 밀폐형 배양탱크에는, 방사능 오염수, 미세조류, 및 질소/인/CO2 의 투입과 배출에 필요한 배관들과, 각각의 배관의 개폐 동작을 위한 밸브와 펌프, 배양탱크내 온도 조절을 위한 가열기 및 냉각기 시설, 배양탱크내 조도 조절 장치 등이 설치될 수 있다. 또한, 원격 감시 및 제어에 도움이 되도록 하기 위하여, 배양탱크 내의 방사선 및 배양탱크가 설치되어 있는 부지 내의 방사선을 계측할 수 있다. 또한 배양탱크 내의 상황을 CCTV와 같은 카메라 영상으로 촬영할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 중 원격 제어시스템을 더 상세히 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 중 원격 제어시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 원격 제어시스템(100)은 송수신부(110), 원격제어부(130), 사용자 입출력부(150), 촬영데이터 스토리지(160), 계측데이터 스토리지(170), 및 제어데이터 스토리지(180)를 포함한다.
송수신부(110)는 미세조류 배양시스템(200)과 양방향 데이터 통신이 가능한 통신망을 통해 데이터를 송수신하는 모듈이다. 송수신부(110)는 디지털 데이터를 예컨대 패킷 기반의 신호 데이터로 변조시켜 송신시킬 수 있다.
원격제어부(130)는 송수신부(110)를 통해 수신되는 촬영데이터 및 계측데이터와 미리 저장되어 있는 제어데이터를 기초로 미세조류 배양시스템(200)의 배양환경을 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다. 생성된 제어신호는 송수신부(110)를 통해 전송될 수 있다.
사용자 입출력부(150)는 사용자가 명령이나 데이터를 입력할 수 있는 입력장치와 사용자가 시각적으로 및/또는 청각적으로 인지할 수 있도록 하는 출력장치이다. 예를 들어, 입력장치는 키보드, 마우스, 키버튼, 트랙볼, 조이스틱, 터치-입력장치, 마이크로폰 등이 포함될 수 있다. 출력장치는 디스플레이, 프린터, 스피커 등이 포함될 수 있다.
촬영데이터 스토리지(160), 계측데이터 스토리지(170), 및 제어데이터 스토리지(180)는 각각 촬영데이터, 계측데이터, 및 제어데이터를 저장하는 모듈일 수 있다. 촬영데이터는, 미세조류 배양시스템(200)으로부터 수신된, 예컨대 CCTV에 의해 촬영된 배양탱크 내 정지영상 또는 동영상 데이터일 수 있다. 계측데이터는, 미세조류 배양시스템(200)으로부터 수신된, 예컨대 배양탱크 내 온도, 압력, 조도, 농도, pH 등을 계측한 데이터일 수 있다. 제어 데이터는 미리 설정되어 저장되어 있는 데이터로서, 미세조류 배양시스템(200)의 배양 환경을 제어하는 것과 연관된 데이터일 수 있다.
도 3은 도 2의 원격 제어시스템 중 원격제어부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 원격 제어부(130)는 미세조류 배양시스템(200)의 각부를 제어하기 위한 다양한 제어부를 가진다. 도시된 예에서, 원격 제어부(130)는 오염수 제어부(131), 미세조류 제어부(132), 배양매체 제어부(133), 온도 제어부(134), 기압 제어부(135), 조도 제어부(136), 질소 농도 제어부(137), 인 농도 제어부(138), 이산화탄소 농도 제어부(139), 및 중앙 컨트롤러(140)를 포함할 수 있다.
오염수 제어부(131)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내에 방사능 오염수를 투입하는 동작, 및 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 외부로 정화수(즉, 방사능 오염수)를 배출시키는 동작을 제어하는 모듈이다.
미세조류 제어부(132)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내에 미세조류 배양액을 투입하는 동작을 제어하는 모듈이다. 미세조류는 연구실이나 사전처리실에서 배양한 상태인 배양액에 포함되어 있는 상태로 투입될 수 있다.
배양탱크 내에서 배양된 미세조류는, 방사능 오염수를 배출하는 과정에서 방사능 오염수와 함께 배출될 수 있다. 다른 방식으로, 미세조류는 배양매체에 붙어있는 상태로, 배양매체를 배출하는 과정에서 배양매체와 함께 배출될 수 있다. 그러므로 미세조류를 배출하기 위한 별도의 제어부가 도시되어 있지 않다. 도시되어 있지는 않지만, 예컨대 배출된 방사능 오염수를 필터링하여 미세조류를 걸러내는 장치의 제어를 위한 모듈이 더 포함될 수 있다.
배양매체 제어부(133)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내에 배양매체를 투입하는 동작, 및 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 외부로 배양매체를 배출시키는 동작을 제어하는 모듈이다. 배양매체는 실, 그물, 직물 형태로서 물 바닥에 가라앉지 않으면서 물 위로 둥둥 뜨지도 않고, 물 속에서 대체로 일정한 형태를 유지할 수 있는 정도의 비중과 구조를 가지는 것이 바람직하다.
이와 같이 유연성 재질의 배양매체를 배양탱크 내부의 오염수 자유공간에 자유로운 형태로 떠있도록 설치하면, 배양탱크의 내부에 배양매체를 지지하거나 고정할 별도의 구조물을 설치하지 않아도 되므로 제작이 용이한 장점이 있다.
또한 유연성 재질의 배양매체를 사용하면, 배양탱크의 외부로 배양매체를 빼내거나내부로 배양매체를 투입하는 장치를 간단하게 구성할 수 있다. 예를 들어 배양매체의 일단과 타단에 연결된 제어선을 각각 배양탱크의 외측 또는 외부에 설치된 제1롤러와 제2롤러에 감기도록 하면, 제1 롤러 및/또는 제2 롤러를 구동시켜서 배양매체를 배양탱크의 내부로 투입하거나 배양탱크의 외부로 배출시킬 수 있다.
온도 제어부(134)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내에서 방사능 오염수의 온도가 미세조류의 생육 온도 범위로 유지되도록 하는 가열장치 및 냉각장치의 제어를 포함할 수 있다.
기압 제어부(135)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내에서 방사능 오염수로 채워지지 아니한 부분의 기체 압력을 제어하는 모듈이다. 배양탱크는 밀폐형이기 때문에, 압력이 높아지는 것을 방치하면 배양탱크의 기계적 파손으로 이어질 수 있으므로 이를 방지하기 위한 안전밸브 및 제어 동작이 필요하다.
조도 제어부(136)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내의 미세조류 생육 조건 중 하나인 빛에너지 공급 동작을 제어한다. 빛에너지는 예컨대 LED(발광다이오드)와 같은 발광장치를 통해 공급할 수 있다. 이러한 발광장치는 배양탱크 내의 복수의 위치에서 설치될 수 있으며, 방사능 오염수 내에도 설치될 수 있다. 이 경우 LED는 방수처리된 것이 바람직하다.
질소 농도 제어부(137), 인 농도 제어부(138), 및 이산화탄소 농도 제어부(139)는 미세조류 배양시스템(200)의 배양탱크 내의 미세조류 생육 조건인 질소, 인, 이산화탄소 등의 첨가제의 농도를 각각 제어한다. 이들 농도는 미세조류의 종류에 따라 다를 수 있다. 더 나아가 미세조류에 따라서는 이들보다 더 적은 또는 더 많은 종류를 포함하는 첨가제가 필요할 수 있음은 자명하며, 이런 경우 각각 대응하는 성분에 대한 농도 제어부가 더 필요할 수 있다.
그리고, 비록 도시되어 있지는 않지만, CCTV 제어부, 방사선량 제어부 등과 같은 제어부도 포함될 수 있다.
중앙 컨트롤러(140)는 각부(131 ~ 139)의 동작을 통합 관리하는 기능을 담당할 수 있다. 중앙 컨트롤러(140)는, 미세조류 배양시스템(100)으로부터 실시간으로 촬영 데이터 계측 데이터를 수신하고 이를 사용자에게 디스플레이하거나, 경보를 발생시킬 수 있다. 경보는 계측 데이터가 미리 결정되어 있는 기준치를 벗어나는 등의 경우에 발생될 수 있다. 경보에는 배양탱크 압력, 온도, 수위 및 LED 조도, 배양탱크 및 부지 내 방사선 선량 경보 등을 포함할 수 있다. 이와 더불어, 중앙 컨트롤러(140)는 사용자 입출력장치를 통해 각각의 밸브, 펌프, 전등, 전열기 등의 작동상태를 표시할 수 있다. 또한 중앙 컨트롤러(140)는 밸브, 펌프, 전열기 및 LED 전등 등의 온/오프(On/Off) 작동을 사용자가 수동으로 제어할 수 있도록 화면을 제공할 수 있다.
상술한 원격 제어시스템(100)은, 실제 오염수 정화 처리가 이루어지는 배양탱크를 포함하는 미세조류 배양시스템(200)으로부터 멀리 떨어진 원거리에 설치되어 있는 장소에 설치될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 중 미세조류 배양시스템을 더 상세히 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템 중 미세조류 배양시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 미세조류 배양시스템(200)은 송수신부(210), 배양탱크(220), 계측부(230), 로컬제어부(250), 및 원료탱크(270)를 포함할 수 있다.
송수신부(210)는 원격 제어시스템(100)의 송수신부(110)와 통신할 수 있는 모듈이다.
계측부(230)는 배양탱크(220) 내에서 다양한 팩터들에 대해 계측하고 계측된 데이터를 송수신부(210)를 경유하여 원격제어시스템(100)으로 송신할 수 있다. 계측부(230)는 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
로컬제어부(250)는 원격 제어시스템(100)으로부터 송수신부(210)를 경유하여 제어신호를 수신하고, 수신된 제어신호에 따라 다양한 장치들의 동작을 제어함으로써 배양탱크(220) 내의 환경을 조절하는 모듈이다. 로컬제어부(250)는 도 7을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
원료탱크(270)는 비록 하나의 모듈로서 도시되어 있으나, 방사능 오염수, 미세조류 배양액, 배양매체 롤, 이산화탄소, 질소, 인 등의 다양한 원료에 대응하는 개수로 존재할 수 있다. 비록 원료탱크(270)는 미세조류 배양시스템(200) 내부에 로컬적으로 존재하는 것으로 도시되어 있으나, 미세조류 배양시스템(200) 외부에 멀리 떨어진 위치에 원격으로 설치될 수도 있다.
배양탱크(220)는 도시된 예에서 대체로 원통형의 내부공간을 가지며, 스텐레스강과 같이 부식에 강한 재질로 만들어지며, 또한 방사선 차폐 및 설계 압력을 견딜 수 있도록 충분한 두께를 가지도록 설계될 수 있다.
배양탱크(220)는 밀폐형인 것이 바람직하며, 원격제어되는 개폐밸브 및 유입/배출 펌프를 각각 구비한 다양한 배관들이 연결되며, 다양한 계측 장치들이 설치된다. 배양탱크(220)는 도 8 및 도 9를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 5는 도 4의 미세조류 배양시스템을 배양탱크를 중심으로 개념적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 배양탱크(220)는 방사능 오염수 내에서 미세조류가 생육하도록 하는 환경을 제공한다. 이를 위해, 배양탱크(220)에는 오염수, 미세조류, 배양매체, 빛, 질소, 인, 이산화탄소, 온도 등이 제공된다. 배양이 완료되면, 정화수 및 배양매체가 배출될 수 있다. 배출되는 정화수는 투입된 오염수로부터 미세조류에 의해 방사능 물질이 제거된 상태이다. 배출되는 배양매체는 방사능 물질을 흡착 또는 흡수한 미체조류가 고착되어 있는 상태다.
배양매체에 고착되어 있는 미세조류는 배양매체에서 분리하거나 또는 고착된 상태로 유기질비료로 사용되거나, 바이오매스 원료(RDF, 탄화연료)로서 재활용될 수 있다.
배양탱크(220)에 투입되는 방사능 오염수는, 예컨대 원자로 용기의 파손과 같은 중대사고시 원자력 발전소 주변의 지하수가 방사능에 오염됨으로써 발생된 것일 수 있다. 다른 예를 들면, 원자력 발전소의 정상적인 동작 중 사용후핵연료의 냉각 처리 및 가동 중 원전의 과도사고 시 발생된 것일 수 있다.
도 6은 도 4의 미세조류 배양시스템 중 계측부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 6을 참조하면, 계측부(203)는 수위 계측기(231), 수온 계측기(232), 질소 농도 계측기(233), 인 농도 계측기(234), 이산화탄소 농도 계측기(235), pH 계측기(236), 카메라(237), 기온 계측기(238), 기압 계측기(239), 조도 계측기(240), 및 방사선 계측기(241)를 포함할 수 있다.
수위 계측기(231)는 배양탱크(220) 내에서 오염수의 수위를 측정하는 계측기이다. 수온 계측기(232)는 배양탱크(220) 내에서 오염수의 온도를 측정하느 계측기이다. 질소 농도 계측기(233), 인 농도 계측기(234), 이산화탄소 농도 계측기(235), 및 pH 계측기(236)는 배양탱크(220)에 투입되어 있는 오염수 내의 질소 농도, 인 농도, 이산화탄소 농도, 및 pH를 각각 측정하는 계측기이다.
카메라(237)는 예컨대 CCTV와 같이 동영상을 촬영할 수 있는 장비일 수 있다.
기온 계측기(238)는 배양탱크(220)의 오염수 상부의 공기 부분의 온도를 측정하는 계측기이다. 기압 계측기(239)는 배양탱크(220)의 오염수 상부의 공기 부분의 압력을 측정하는 계측기이다. 조도 계측기(240)는 LED와 같은 발광 장치에 의해 배양탱크(220)의 내부 및/또는 오염수 내부에서 측정되는 조도를 계측할 수 있다. 방사선 계측기(241)는 배양탱크(220)의 내부 및 외부(즉 배양탱크가 설치되어 있는 건물 또는 부지)의 방사선량을 측정하는 계측기일 수 있다.
도 7은 도 4의 미세조류 배양시스템 중 로컬제어부의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 로컬제어부(250)는 오염수 투입배관(251), 정화수 배출배관(252), 미세조류 투입배관(253), 온도 조절기(254), 첨가제 투입배관(255), 발광장치(256), 배양매체 이송장치(257) 등의 동작을 제어할 수 있다. 로컬제어부(250)는 스스로 판단하여 제어하는 것이 아니라 원격 제어시스템(100)(도 1 및 도 2참조)으로부터의 제어 신호에 따라 이들 다양한 장치들의 동작을 제어한다.
오염수 투입배관(251)은 배양탱크(220) 내로 방사능 오염수를 투입하는 배관으로서 원격제어되는(즉, 원격 제어시스템(200)에 의해 송신된 제어 신호에 의해 제어되는, 이하 같다) 밸브 및 펌프를 구비한다. 밸브는 개폐동작을 위한 것이며, 펌프는 투입을 위한 강제력을 제공한다. 정화수 배출배관(252)은 배양탱크(220) 내로 방사능 오염수를 배출하는 배관으로서 원격제어되는 밸브 및 펌프를 구비한다. 미세조류 투입배관(253)은 배양탱크(220) 내로 미세조류 배양액을 투입하는 배관으로서 원격제어되는 밸브 및 펌프를 구비한다. 첨가제 투입배관(255)은 질소, 인, 이산화탄소 등의 첨가제를 투입하기 위한 각각의 배관으로서, 각각 원격제어되는 밸브 및 펌프를 구비한다.
온도 조절기(254)는 가열기 및 냉각기를 포함하며, 배양탱크(220) 내 오염수의 온도를 조절하도록 동작한다. 발광장치(256)는 예컨대 LED 전등으로서 오염수 내외에 복수로 설치될 수 있다.
배양매체 이송장치(257)는 배양매체를 배양탱크(220) 내부로 투입하고, 배양탱크(220) 외부로 배출하기 위한 장치이다. 배양매체 이송장치(257)는 롤러와 이 롤러를 회전시키기 위한 구동모터를 포함할 수 있고, 구동모터는 원격제어될 수 있다. 배양매체 이송장치(257)의 롤러에는 배양매체(220)에 연결된 제어선이 감기거나 제어선과 함께 배양매체가 감길 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템에서, 배양탱크를 더 상세히 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템에서, 배양탱크의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 배양탱크(220)의 약 3분의 2가 오염수로 채워져 있는 예가 도시된다. 배양탱크(220)의 상부 측면에 오염수 투입 배관(251)이 연결되며, 배양탱크의 하부 측면에 오염수 배출(즉, 정화수 배출) 배관(252)이 연결된다. 미세조류 배양액(253)은 배양탱크의 상부 측면에 연결되어 있다.
발광장치(256)는 배양탱크의 상부와 측부 및 하부에 다수로 설치되며, 예를 들어 LED 전등일 수 있다. 발광장치(256)는 오염수에 잠겨 있는 위치에도 설치되어 있음을 볼 수 있다. 일반적으로 자연상태에서 미세조류는 수면에서 약 50 cm 까지에서 서식하며 배양된다. 본 발명에서는 방수된 LED 전등을 배양탱크 내에 부착하여 설치함으로써 빛이 수중에 비치게 하여 오염수의 깊이에 상관없이 배양탱크 내부 어디에서나 미세조류가 생육할 수 있도록 하는 환경을 제공할 수 있다.
또한 배양매체(260)는 섬유, 그물 또는 직물 형태의 메쉬형인 것이 바람직하고, 도 8에 나타낸 바와 같이 배양매체(260)는 양측 상단이 제어선에 의해 배양매체 이송장치(257)에 연결된 상태로 오염수 내에 잠기도록 설치되는 것이 바람직하다.
배양매체(260)에 연결되는 제어선은 와이어 또는 로프일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니므로 다양한 유형이 사용될 수 있다. 또한 제어선은 배양매체(260)를 배양탱크(220)의 내부로 투입하거나 빼내는 역할뿐만 아니라 배양매체(260)의 위치와 높이를 조절하는 역할도 하며, 이러한 제어선의 동작은 배양매체 이송장치(257)에 의해 제어된다.
배양매체(260)는 미세조류가 부착하여 생육하는 구조물을 제공하며 특용 미세조류의 특성에 따라 메쉬 크기가 달라질 수 있다. 따라서 약 10 - 15일간의 배양 후에배양매체(260)를 배출하면 핵종을 포집한 미세조류도 함께 배출되며, 배출된 배양매체(260)는 제어선에 의해 배양탱크(220) 외부에 구비된 미세조류 수확공간(도면에는 나타내지 않았음)로 자동으로 이동한다. 미세조류 수확공간에서는 미세조류 수확장치(도면에는 나타내지 않았음)가 배양매체(260)에 부착된 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하며, 미세조류가 분리된 배양매체(260)는 제어선에 의해 다시 배양탱크(220)의 내부로 이동한다.
이와 같이 배양매체(260)는 배양탱크(220)의 외부로 배출되었다가 다시 투입되어야 하므로, 배양탱크(220)에는 배양매체(260)와 이에 연결된 제어선이 통과하는 출입구(도면에는 나타내지 않았음)가 형성되어야 한다.
한편 배양매체 이송장치(257)는 배양탱크(220)의 일측에 구비된 제1 배양매체 이송장치(257a)와 타측에 구비된 제2 배양매체 이송장치(257b)를 포함할 수 있다. 이때 배양매체(260)가 출입하는 출입구는 제1 및 제2 배양매체 이송장치(257a,257b)가 설치된 위치에 모두 형성될 수도 있고, 한쪽에만 형성될 수도 있다.
제1 배양매체 이송장치(257a)는 제1롤러(도면에는 나타내지 않았음)와 제1롤러를 회전시키는 제1구동모터(도면에는 나타내지 않았음)를 포함할 수 있다. 제1롤러와 제1구동모터는 배양탱크(220)의 측벽에 장착될 수도 있고, 배양탱크(220)의 외부에 설치될 수도 있다.
제2 배양매체 이송장치(257b)는 제2롤러(도면에는 나타내지 않았음)와 제2롤러를 회전시키는 제2구동모터(도면에는 나타내지 않았음)를 포함할 수 있다. 제2롤러와 제2구동모터는 배양탱크(220)의 측벽에 장착될 수도 있고, 배양탱크(220)의 외부에 설치될 수도 있다.
제1 및 제2 배양매체 이송장치(257a,257b)가 배양탱크(220)의 외부에 형성되는 경우에는 배양매체(260)에 연결된 제어선이 통과할 수 있는 출입구가 2개 형성되는 것이 바람직하다.
도 8에 나타낸 바와 같이 배양탱크(220)의 내부에 설치된 배양매체(260)의 양단에 연결된 제어선을 각각 제1롤러와 제2롤러에 감은 상태에서, 예를 들어 제1롤러를 회전시키면 배양매체(260)는 제1출입구를 통해 배양탱크(220)의 외부로 배출된다. 이때 배양매체(260)가 제1롤러에 감기도록 구성할 수도 있고, 배양매체(260)가 제어선에 이끌려 미세조류 수확공간까지 이동하도록 구성할 수도 있다.
또한 배출된 배양매체(260)는 전술한 바와 같이 미세조류 수확공간으로 이동하여 미세조류가 분리된 후 재사용될 수도 있고, 유기질비료나 바이오매스 연료로 활용될 수도 있다.
한편 배양탱크(220)의 외부로 배출된 배양매체(260)로부터 미세조류를 분리하였거나 새로운 배양매체(260)로 교체된 경우에는, 반대쪽에 위치하는 제2롤러를 회전시켜서 제2롤러에 감긴 제어선을 이용하여 배양매체(260)를 배양탱크(220)의 내부로 투입할 수 있다.
이와 같이 배양매체(220)를 섬유, 그물, 직물 등과 같은 유연성 재질로 구성하고, 배양매체(260)의 일단과 타단을 각각 배양매체 이송장치(257)의 롤러에 연결하면 작업자의 도움 없이 원격제어를 통해 배양매체(260)를 간편하게 배양탱크(220)의 내부로 투입하거나 외부로 빼낼 수 있고, 이를 통해 방사성 핵종을 포집한 미세조류를 배양탱크 외부에서 수확하여 방사능오염수를 정화할 수 있다.
한편 도면에 나타낸 바와 같이 하나의 유닛으로 제작된 배양매체(260)를 사용하지 않고, 다수의 배양매체(260)를 직렬로 연결하여 배양탱크(220)의 내부로 순차적으로 투입시킬 수도 있다. 이 경우에는 제1롤러를 구동시키는 하나의 배양매체 이송장치(270)만 사용할 수도 있다.
즉, 배양탱크(220)의 내부로 제1 유닛 배양매체(260)를 투입하여 1차 정화공정을 진행한 후, 제1롤러를 회전시켜 제1유닛 배양매체(260)를 제1 출입구를 통해 배출시키면 제1유닛 배양매체(260)에 직렬로 연결된 제2유닛 배양매체(260)가 제2 출입구를 통해 배양탱크(220)의 내부로 투입된다. 이어서 2차 정화공정을 진행한 후 제1 출입구를 통해 제2유닛 배양매체(260)를 배출시키면 제2유닛에 연결된 제3유닛 배양매체(260)가 제2 출입구를 통해 배양탱크(220)의 내부로 투입되며, 이러한 방식으로 다수의 배양매체(260)를 순차적으로 배양탱크(220)의 내부로 투입할 수도 있다. 이렇게 하면 단위 공정마다 배양매체(260)를 교체할 필요가 없고 장기간의 공정을 수행한 후에 배출된 배양매체(260)를 한꺼번에 처리하면 되므로 작업효율을 높일 수 있다.
한편 제1 또는 제2출입구를 통해 출입하는 배양매체(260)에는 방사능 핵종이 포집되어 있으므로 피폭을 방지하기 위하여 제1 및 제2 배양매체 이송장치(257a,257b)를 외부와 격리하는 차폐커버를 배양탱크(220)의 외부에 설치할 수 있다.
또한 배양탱크(220)에는 카메라(237), 압력 계측기(239), 안전밸브(221), 온도 계측기(232), 기온 계측기(238), 수위 계측기(231), pH 계측기(236), 이산화탄소와 같은 첨가제 공급배관(255), 가열기 및 냉각기를 포함할 수 있는 온도조절기(254) 등이 도시되는데, 이 외에도 필요한 경우 그 외 다른 다양한 계측기들 및 투입 및 배출 배관들이 연결될 수 있음은 자명하다.
안전밸브(221)는 평소에는 폐쇄되어 있다가 배양탱크(220) 내의 압력이 소정 값 이상이면 자동으로 개방되어, 배양탱크(220) 내부의 압력을 자동조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템에서, 2개의 배양탱크가 직렬 연결된 구성의 예를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 2개의 배양탱크(220', 220")가 "직렬로" 연결되어 있다. 즉 첫번째 배양탱크(220')에서 배출된 오염수가 두번째 배양탱크(220")로 투입된다. 도시된 예에서 배양탱크가 단지 2개만 연결되어 있으나, 이는 예시에 불과하며, 필요한 경우 더 많은 수의 배양탱크가 직렬로 연결될 수 있음은 자명하다. 이 예에서, 각각의 배양탱크에 동일한 또는 상이한 미세조류가 투입될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템은 본 발명의 다른 양상에 따른 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 방법을 구현할 수 있다.
미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 방법은, 배양단계, 계측단계, 원격 제어단계, 로컬제어단계를 포함할 수 있다.
배양단계는, 배양탱크의 밀폐된 내부공간 내에 방사성 물질을 포함하는 방사능 오염수, 상기 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류, 상기 미세조류가 생육할 수 있는 영양 성분를 투입하고, 온도를 조절하고 빛에너지를 제공하여, 상기 미세조류가 생육하도록 배양하는 단계이다.
계측단계는, 배양단계 동안에 상기 미세조류가 혼합된 방사능 오염수와 관련된 데이터를 계측하여 계측 데이터를 생성하는 단계이다.
원격 제어단계는, 계측단계에서 생성된 계측 데이터를 통신망을 통해 수신하고 상기 배양탱크와 연결되어 있는 로컬제어부로 제어 신호를 송신하는 단계이다.
로컬 제어단계는, 원격 제어단계에서 송신된 제어 신호를 수신하여, 배양탱크 내로 상기 방사능 오염수의 투입 및 정화수의 배출, 배양탱크 내로 상기 미세조류의 투입, 상기 배양탱크 내에서 미세조류의 생육 환경을 제공하는 장치들을 제어하는 단계이다.
배양단계 이전 및 이후에, 배양탱크의 내부공간의 오염수 내에서 상기 미세조류가 부착할 수 있는 섬유 형태, 그물 형태, 또는 직물 형태의 유연한 구조물을 제공하는 배양매체를 외부에서 내부공간으로 투입하는 배양매체 투입 단계 및 배양매체를 배양탱크의 내부공간에서 외부로 배출하는 배양매체 배출 단계가 각각 진행될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있다.
일 예로서, 이상에서는 밀폐된 구조의 배양탱크(220)를 이용하여 오염수를 정화하는 방법을 설명하였으나 대량의 오염수를 처리하기 위해서는 실내 수영장 규모의 대형 배양수조에 미세조류를 배양하여 오염수를 정화할 수도 있다. 이 경우에도, 배양수조에 최적의 미세조류 배양 환경을 조성할 수 있는 계측부(230), 로컬제어부(250), 및 배양매체에 부착된 미세조류를 건조, 수확 및 분리하는 미세조류 수확장치를 설치하고, 이를 원격제어시스템(100)을 통해 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
다른 예로서, 이상에서는 미세조류를 이용하여 오염수를 정화하는 방법을 설명하였으나 오염된 토양을 미세조류를 이용하여 정화할 수도 있다.
즉, 원전사고에 의한 방사능 누출로 토양이 오염된 경우에, 실내 수영장 규모의 대형 배양수조에 오염된 토양과 물을 넣고 특용 미세조류를 배양하고, 토양에 섞여있는 방사성핵종을 흡착 및 흡수한 미세조류를 배양수조로부터 분리 및 수확함으로써 토양을 정화할 수 있다. 이 경우에도, 배양 수조에 최적의 미세조류 배양 환경을 조성할 수 있는 계측부(230), 로컬제어부(250), 및 배양매체에 부착된 미세조류를 건조, 수확 및 분리하는 미세조류 수확장치를 설치하고, 이를 원격제어시스템(100)을 통해 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또 다른 예로서, 원전사고로 인해 광범위한 면적에 걸쳐 방사능 오염토양이 발생한 경우에는, 인공호수에 특용 미세조류 배양환경을 조성하여 토양에 섞여있는 특수한 방사성핵종을 흡착 및 흡수하여 배양된 특용 미세조류를 인공호수로 부터 수확하고 분리하여 토양오염을 제거할 수도 있다. 이 경우 인공호수가 특용 미세조류를 위한 최적의 배양 환경을 갖출 수 있도록 빛, CO2, 인, 질소 등을 조절하는 자동화 시스템을 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 다양한 형태로 변형 또는 수정되어 실시될 수 있으며, 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.
[부호의 설명]
100 : 원격 제어시스템 110 : 송수신부
130 : 원격제어부 131 : 오염수 제어부
132 : 미세조류 제어부 133 : 배양매체 제어부
134 : 온도 제어부 135 : 기압 제어부
136 : 조도 제어부 137 : 질소 농도 제어부
138 : 인 농도 제어부 139 : 이산화탄소 농도 제어부
140 : 중앙 컨트롤러 150 : 사용자 입출력부
160 : 촬영 데이터 스토리지 170 : 계측 데이터 스토리지
180 : 제어 데이터 스토리지 200 : 미세조류 배양시스템
210 : 송수신부 220 : 배양탱크
221 : 안전밸브 230 : 계측부
231 : 수위 계측기 232 : 수온 계측기
233 : 질소 농도 계측기 234 : 인 농도 계측기
235 : 이산화탄소 농도 계측기 236 : pH 계측기
237 : 카메라 238 : 기온 계측기
239 : 기압 계측기 240 : 조도 계측기
241 : 방사선 계측기 250 : 로컬제어부
251 : 오염수 투입배관 252 : 정화수 배출배관
253 : 미세조류 투입배관 254 : 온도조절기
255 : 첨가제 투입배관 256 : 발광장치
257 : 배양매체 이송장치 260 : 배양매체
270 : 원료탱크 290 : 배양매체

Claims (9)

  1. 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템에 있어서,
    방사능 오염수와 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류가 투입되는 것으로서, 밀폐된 내부공간을 구비하며, 오염수 투입배관(251), 미세조류 투입배관(253) 및 정화수 배출배관(252)이 연결된 배양탱크(220);
    미세조류가 부착할 수 있는 유연성 재질의 배양매체(260);
    상기 배양매체(260)를 상기 배양탱크(220)의 밀폐된 내부공간으로 투입하거나 방사성 핵종을 포집한 미세조류를 수확하기 위해 상기 배양탱크(220)의 외부로 빼내는 배양매체 이송장치(257);
    상기 배양탱크(220) 내의 각종 정보를 획득하는 계측부(230);
    원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 오염수 투입배관(251), 미세조류 투입배관(253), 정화수 배출배관(252) 및 배양매체 이송장치(257)의 동작을 제어하는 로컬제어부(250);
    상기 계측부(230)로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부(250)로 제어 신호를 송신하는 원격 제어시스템(100)
    을 포함하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배양매체 이송장치(257)는,
    상기 배양매체(260)의 일단과 타단에 각각 연결되는 제1 제어선 및 제2 제어선;
    상기 제1 제어선과 상기 제2 제어선이 각각 감기는 제1롤러 및 제2롤러;
    상기 제1롤러와 제2롤러를 회전시키는 구동수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배양탱크(220)의 외부에는 상기 배양매체 이송장치(257)에 의해 배출된 배양매체로부터 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치가 설치된 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배양탱크(220)는 서로 직렬로 연결된 복수의 배양탱크(220',220")를 포함하고, 상기 복수의 배양탱크(220',220")에는 각각 다른 종의 미세조류가 투입되는 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양탱크(220)에는 내부공간의 압력이 설정값 이상이면 개방되고 설정값 미만이면 폐쇄되는 안전밸브(221)가 설치된 것을 특징으로 하는 방사능 오염수 정화 시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배양탱크(220)에는,
    내부공간의 온도를 조절하기 위한 온도조절기(254)와,
    내부공간의 오염수 내에서 미세조류가 생육할 수 있는 영양 성분을 제공하기 위한 질소, 인, 및 이산화탄소(CO2)를 포함하는 첨가제를 투입하는 첨가제 투입배관(255)와,
    상기 내부공간의 오염수 내에서 상기 미세조류가 생육할 수 있는 빛에너지를 제공하는 발광장치(256)
    가 설치된 것을 특징으로 하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화 시스템.
  7. 방사능 오염수와 방사능 오염수 내에서 생육하는 미세조류가 투입되는 것으로서, 각각 밀폐된 내부공간을 구비하며 서로 직렬로 연결된 복수의 배양탱크와, 상기 복수의 배양탱크내의 각종 정보를 획득하는 계측부와, 원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 복수의 배양탱크의 동작을 제어하는 로컬제어부와, 상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어 신호를 송신하는 원격 제어시스템을 포함하는 정화 시스템에서 다수 핵종을 포함하는 방사능 오염수를 정화시키는 방법에 있어서,
    상기 복수의 배양탱크 중 제1 배양탱크에 방사능 오염수를 투입하는 단계;
    상기 제1 배양탱크에 제1 미세조류를 투입 및 배양하여 방사능 오염수를 정화하는 단계;
    상기 제1 배양탱크에서 1차 정화된 방사능 오염수를 제2 배양탱크로 이송하는 단계;
    상기 제2 배양탱크에 상기 제1 미세조류와 다른 종의 제2 미세조류를 투입 및 배양하여 방사능 오염수를 정화하고, 상기 제1 배양탱크에 방사능 오염수를 투입한 후 상기 제1 미세조류를 투입하여 방사능 오염수를 정화하는 단계
    를 포함하는 미세조류를 이용한 방사능 오염수 정화방법.
  8. 방사능으로 오염된 토양을 정화하는 시스템에 있어서,
    오염된 토양을 물과 혼합하여 저장하며, 방사능 핵종을 포집할 수 있는 미세조류를 배양하는 배양수조;
    상기 배양수조의 각종 정보를 획득하는 계측부;
    원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 배양수조에서 상기 미세조류의 배양환경을 제공하는 장치를 제어하는 로컬제어부;
    배양매체에 부착된 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치;
    상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어신호를 송신하는 원격 제어시스템
    을 포함하는 방사능으로 오염된 토양의 정화 시스템.
  9. 원전사고로 인한 광범위한 지역의 방사능에 오염된 대량의 토양을 정화하기 위한 인공호수로서,
    상기 지역에 인공호수를 조성하여 오염된 토양의 오염수가 유입되어 저장되며, 방사능 핵종을 포집할 수 있는 미세조류를 배양하는 저수공간;
    상기 저수공간의 각종 정보를 획득하는 계측부;
    원격에서 수신된 제어신호에 따라 상기 저수공간에서 상기 미세조류의 배양환경을 제공하는 장치를 제어하는 로컬제어부;
    배양매체에 부착된 미세조류를 건조하고 수확하여 분리하는 미세조류 수확장치;
    상기 계측부로부터 수신한 정보를 이용하여 상기 로컬제어부로 제어신호를 송신하는 원격 제어시스템
    을 포함하는 방사능 토양오염 정화용 인공호수
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