가. 실험장치 구성
화학약품을 이용하여 폐수지로부터 60Co, 14C 등의 방사성핵종을 분리하기 위한 장치를 그림 3.1과 같이 제작하였다.
그림 12. 화학약품을 이용한 폐수지 제염장치
나. 실험 방법
화학약품의 제염 효과를 알아보기 위하여 그림 3.1과 같이 구성된 장치의 둥근 플라스크 속에 폐수지를 넣고 과산화수소와 황산을 실험 조건에 따라 반응 시켰다. 반응이 끝난 뒤 필터를 사용하여 폐수지와 화학약품을 분리 하였고 아래와 같이 결과를 나타내었다.
다. 화학약품 종류별 방사성핵종 분리실험
상온에서 과산화수소(H2O2)와 황산(H2SO4)을 이용하여 폐수지 중 방사성 핵종을 제 거하는 기초실험을 수행하여 그림 3.2와 표 23에 나타내었다. 실험결과, 60Co과 14C 의 농도는 낮아졌지만 IAEA 규제해제 기준농도 이상인 것으로 나타났으며 황산이 과산화수소보다 약간 더 효과적인 것으로 확인되었다.
(a) 반응전 폐수지 (b) 반응후 폐수지 그림 13. 화학약품을 이용한 제염전·후 폐수지 현상
표 23. 화학약품 종류별 제염실험결과
폐수지
Co-60 유기 C-14 무기 C-14 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g)
반응전 1.55 1.46 2.82
과수반응(상온) 0.46 0.77 1.89
제염 효율(%) 70.3 47.2 32.9
폐수지
Co-60 유기 C-14 무기 C-14 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g)
반응전 1.55 1.46 2.82
황산반응(상온) 0.42 1.16 0.13
제염 효율(%) 72.9 20.5 95.3
라. 황산수용액 농도별 방사성핵종 분리실험
폐수지 표면과 기공 내에 흡착되어 있는 유기형 방사성탄소화합물(14CmHn)를 무기형 방사성이산화탄소(14CO2)로 전환하여 분리하고, 무기형 방사성이산화탄소를 기체상 태의 방사성이산화탄소로 전환시킬 뿐만 아니라, 음이온교환수지의 관능기에 결합된 이온형 방사성탄소(H14CO3
-, 14CO3
2-)를 치환분리하기 위해 황산수용액 농도에 따른 실험을 수행하여 얻어진 결과를 표 24.에 정리하였다. 이물질을 포함하고 있는 방 사성폐수지를 2 % 및 10 % 황산수용액으로 처리한 결과, 10 % 황산수용액으로 처리한 폐수지의 제염 효율이 더 높은 것으로 확인되었다.
표 24. 황산수용액 농도에 따른 방사성핵종 분리실험결과
황산농도 핵종 반응 전(Bq/g) 반응 후(Bq/g) 제염효율(%)
2% Co-60 1.06 0.75 29.2
C-14 1.42 0.97 31.6
10% Co-60 1.06 0.53 50
C-14 1.42 0.21 85.2
황산처리 폐수지(이물질 포함)를 폐수지(이물질 제거)와 이물질로 분리한 후 유·
무기형 14C 농도를 분석하여 표 25.에 정리하였으며, 유기형 14C 농도가 무기형 14C 농도보다 낮은 것으로 확인되었다.
표 25. 황산처리 폐수지 및 이물질 중 유·무기형 14C 농도 분석결과 황산
농도 분석시료
(황산처리후)
유기 C-14 무기 C-14 전체 C-14 (Bq/g)농도 구성비
(%) 농도
(Bq/g) 구성비
(%) 농도
(Bq/g) 구성비 (%)
2 %
폐수지 + 이물질 0.46 47.5 0.51 52.5 0.97
100 폐수지 0.21 36.7 0.36 63.3 0.57
이물질 1.50 27.7 3.92 72.3 5.42
10 %
폐수지 + 이물질 0.09 42.9 0.12 5.71 0.21
폐수지 MDA - MDA - MDA
이물질 0.65 23.3 2.15 76.7 2.80
마. 황산수용액 온도별 방사성핵종 분리실험
황산용액을 이용하여 상온과 90℃의 온도에서 폐수지에 오염된 방사성 핵종을 제거하여 표 26.에 나타내었다. 반응온도를 90℃로 하였을 때 60Co은 물론 유·무 기형 14C가 각각의 자체처분 허용농도값인 0,1 Bq/g과 1 Bq/g 이하를 나타내어 폐수지 제염공정에 적용 가능한 것으로 확인되었다.
표 26. 반응온도별 방사성핵종 분리실험
폐수지
Co-60 유기 C-14 무기 C-14
농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g)
반응전 1.55 1.46 2.82
황산반응(상온) 0.42 1.16 0.13
제염효율(%) 72.9 20.5 95.3
폐수지
Co-60 유기 C-14 무기 C-14
농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g) 농도 (Bq/g)
반응전 1.55 1.46 2.82
황산반응(90℃) MDA 0.06 0.09
제염효율(%) 100 95.8 96.8
바. 반응시간별 방사성핵종 분리실험
황산을 이용하여 90℃의 온도에서 반응시간을 달리하여 폐수지에 오염된 방사성 핵종을 제거한 결과를 표 27.에 나타내었다. 반응시간을 3시간으로 하였을 때 60Co 은 물론 14C도 각각의 자체처분 허용농도값 이하를 나타내어 폐수지의 제염이 가능 한 것으로 확인되었다. 그러나 황산반응 후 폐수지 중의 60Co의 농도를 보다 안전 한 농도(0.01 Bq/g, IAEA 규제해제 기준농도인 0.1 Bq/g의 1/10)까지 낮추기 위해 서는 추가적인 제염공정의 적용이 필요한 것으로 판단된다.
표 27. 반응시간별 방사성핵종 분리실험
폐수지 반응조건
황산반응 전 황산반응 후 제염 효율(%) Co-60
(Bq/g)
C-14 (Bq/g)
Co-60 (Bq/g)
C-14
(Bq/g) Co-60 C-14
A 90℃, 3시간 0.478 1.14 0.044 0.12 90.7 89.4 90℃, 5시간 0.448 1.46 0.047 0.14 89.5 90.4
위 결과들을 종합해 보면 과산화수소보다 황산의 폐수지 제염효율이 더 높은 것으로 보이며 황산을 제염제로 사용하여 농도, 온도를 증가 시킬 경우 제염 효율이 증가하는 것으로 나타났다. 하지만 실제 폐수지 제염장비를 설계할 경우 반응 용기의 재질이나 특성을 고려해 본다면 높은 온도와 농도의 황산의 사용에는 한계가 있을 것으로
보인다.
제 2 절 초음파와 미세버블 실험장치 제작 및 제염실험