정삼투막에 의한 붕산함유 방사성 폐액 처리를 위한 pH 및 이온강도 영향 Influence of pH and Ionic Strength on Treatment of Radioactive Boric Acid Wastes by Forward Osmosis Membrane원문보기
일반적으로 역삼투압 공정에 의해 중성 pH 조건에서 40~90%의 붕소를 회수할 수 있다.정삼투공정은 새로운 선진 기술로 폐수처리 및 담수화 분야에서 관심이 높아지고 있다. 본 연구의 목적은 정삼투공정으로 방사성 액체 폐기물의 붕소제거 가능성을 고찰하고자 하는데 있다. 액체폐기물에서의 붕소 제거를 위한 정삼투공정의 성능을 평가하기 위해 pH, 삼투압, 용액의 이온강도 등을 고려하였다. 폐액의 붕산분리능을 좌우하는 주 조업변수인 pH 조건은 pH 7 이하에서 80% 이상의 붕소분리를 달성할 수 있었다. 약 1,000 mg/L 정도의 염농도에서는 막의 물의 플럭스는 거의 영향이 없었으나 붕소 투과율은 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 공급액 내 붕소 농도 증가에 따라 붕소플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 붕소의 투과율은 약 80% 정도로 일정하였다.
일반적으로 역삼투압 공정에 의해 중성 pH 조건에서 40~90%의 붕소를 회수할 수 있다.정삼투공정은 새로운 선진 기술로 폐수처리 및 담수화 분야에서 관심이 높아지고 있다. 본 연구의 목적은 정삼투공정으로 방사성 액체 폐기물의 붕소제거 가능성을 고찰하고자 하는데 있다. 액체폐기물에서의 붕소 제거를 위한 정삼투공정의 성능을 평가하기 위해 pH, 삼투압, 용액의 이온강도 등을 고려하였다. 폐액의 붕산분리능을 좌우하는 주 조업변수인 pH 조건은 pH 7 이하에서 80% 이상의 붕소분리를 달성할 수 있었다. 약 1,000 mg/L 정도의 염농도에서는 막의 물의 플럭스는 거의 영향이 없었으나 붕소 투과율은 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 공급액 내 붕소 농도 증가에 따라 붕소플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 붕소의 투과율은 약 80% 정도로 일정하였다.
In general, boron recovery of 40-90% could be achieved by Reverse Osmosis (RO) membranes in neutral pH condition. As an emerging technology, Forward Osmosis (FO) membrane has attracted growing interest in wastewater treatment and desalination. The objective of this study is to evaluate the possibili...
In general, boron recovery of 40-90% could be achieved by Reverse Osmosis (RO) membranes in neutral pH condition. As an emerging technology, Forward Osmosis (FO) membrane has attracted growing interest in wastewater treatment and desalination. The objective of this study is to evaluate the possibility of the boron removal in radioactive liquid waste by FO. In this study, the performance of FO was investigated to remove boron in the simulated liquid waste as the factors such as pH, osmotic pressure, ionic strength of solution, etc. The pH of feed solution is a major operating parameter which strongly influences to the permeation of boron and more than 80% of boron content can be separated when conducted at pH values less than 7. The water flux is not influenced but the boron flux and permeation rate tends to decrease in the low salt concentration of 1,000 mg/L. The boron flux increases linearly, but the permeation ratio of reducing boron is nearly constant even with changes in the draw solution concentration.
In general, boron recovery of 40-90% could be achieved by Reverse Osmosis (RO) membranes in neutral pH condition. As an emerging technology, Forward Osmosis (FO) membrane has attracted growing interest in wastewater treatment and desalination. The objective of this study is to evaluate the possibility of the boron removal in radioactive liquid waste by FO. In this study, the performance of FO was investigated to remove boron in the simulated liquid waste as the factors such as pH, osmotic pressure, ionic strength of solution, etc. The pH of feed solution is a major operating parameter which strongly influences to the permeation of boron and more than 80% of boron content can be separated when conducted at pH values less than 7. The water flux is not influenced but the boron flux and permeation rate tends to decrease in the low salt concentration of 1,000 mg/L. The boron flux increases linearly, but the permeation ratio of reducing boron is nearly constant even with changes in the draw solution concentration.
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문제 정의
본 연구에서는 정삼투압 분리막을 이용한 방사성 폐액내 붕산의 선택적 분리를 위해 유도용액의 종류, 삼투압 변화 및 공급용액의 pH, 이온강도, 붕산농도 등에 따른 붕산의 분리능 등 정삼투 분리막의 성능을 고찰하고자 하였다.
제안 방법
의 순으로 알려져 있다[6]. 따라서 본 연구에서는 유도용액의 선정에 있어서 삼투압이 가장 큰 MgCl2와 정삼투압 연구에 많이 사용되는 NaCl 두 종류에 대하여 물의 플럭스를 조사 하였다. Fig.
이온강도의 영향을 조사하기 위하여 공급용액 내 KCl을 0-1,000 mg/L의 농도로 변화시키며 조사하였다. 또한 붕산농도의 영향을 조사하기 위하여 공급용액 내 붕소 농도를 100-1,500 mg/L의 범위로 변화시켜 조사하였다. 공급 용액은 막의 활성층면, 유도용액은 막의 지지층면으로 하고 각 용액을 같은 방향으로 흐르도록 장착하여 30 분간 용액을 순환시켜 공급용액의 무게 감량을 전자저울로 측정하여 물 및 붕소 플럭스를 도출하였다.
5 M NaOH 용액을 사용하여 조절하였다. 이온강도의 영향을 조사하기 위하여 공급용액 내 KCl을 0-1,000 mg/L의 농도로 변화시키며 조사하였다. 또한 붕산농도의 영향을 조사하기 위하여 공급용액 내 붕소 농도를 100-1,500 mg/L의 범위로 변화시켜 조사하였다.
정삼투공정을 이용하여 붕산이 함유된 폐액의 붕산 분리능을 평가하기 위해 pH, 삼투압, 용액의 이온강도 등을 고려하였다. 본 연구에서 유도용액은 동일한 삼투압에서 물의 플럭스가 큰 NaCl을 사용하였다.
대상 데이터
용액 제조에 사용된 시약으로는 Sodium chloride (NaCl, 99.5%), Magnesium chloride hexahydrate(MgCl2·6H2O 98.0%), Boric acid(H3BO3, 99.5%)이다. 용액의 pH 측정을 위해서 Orion 3 Star Plus pH meter를 사용하였다.
성능/효과
약 1,000 mg/L 정도의 염농도에서는 막의 물 플럭스는 거의 영향이 없었으나 붕소 투과율은 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 공급액 내 붕소 농도 증가에 따라 붕소플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 붕소의 투과율은 약 80% 정도로 일정하였다. 따라서 폐액 처리시 폐액 내 함유된 염과 붕소의 농도는 폐액의 감용율 및 붕소 분리에 상호 영향을 미치는 주요인자로 작용하므로 공정 조건 선정 시 주요 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서 유도용액은 동일한 삼투압에서 물의 플럭스가 큰 NaCl을 사용하였다. 물의 플럭스는 공급 용액의 pH 변화에 관계없이 일정하였으며, 붕소 플럭스는 pH 7부터 감소하였으며, pH 7 이하에서 붕소의 투과율은 약 80% 이상 나타났다. 약 1,000 mg/L 정도의 염농도에서는 막의 물 플럭스는 거의 영향이 없었으나 붕소 투과율은 약간 감소하는 경향을 나타내었다.
후속연구
공급액 내 붕소 농도 증가에 따라 붕소플럭스는 선형적으로 증가하였으며, 붕소의 투과율은 약 80% 정도로 일정하였다. 따라서 폐액 처리시 폐액 내 함유된 염과 붕소의 농도는 폐액의 감용율 및 붕소 분리에 상호 영향을 미치는 주요인자로 작용하므로 공정 조건 선정 시 주요 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 정삼투 분리막의 특성에 따른 붕소 분리능 및 유도용액의 회수 등의 연구를 수행함으로써 실제 붕산 함유 방사성폐액 내 붕산의 선택적 분리 및 회수 공정을 개발할 수 있을 것으로 예측된다.
분리막을 이용한 음용수 내 붕산제거와 관련한 연구결과[9]의 경우 붕소농도 약 50 mg/L 이하에서 붕소농도 증가에 따라 붕소플럭스가 선형적 증가하는 것으로 보고된 바 있으나, 본 실험결과와 같이 1,500 mg/L의 농도에서도 선형적으로 붕소 플럭스가 증가하는 결과를 나타내었다. 이는 폐액 내 붕산을 분리하면서 폐액의 감용율을 높임으로서 폐액을 처리 효율을 높일 수 있는 기초 자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 폐액 처리시 폐액 내 함유된 염과 붕소의 농도는 폐액의 감용율 및 붕소 분리에 상호 영향을 미치는 주요인자로 작용하므로 공정 조건 선정 시 주요 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 향후 정삼투 분리막의 특성에 따른 붕소 분리능 및 유도용액의 회수 등의 연구를 수행함으로써 실제 붕산 함유 방사성폐액 내 붕산의 선택적 분리 및 회수 공정을 개발할 수 있을 것으로 예측된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경수로형 원자력발전소에서 발생하는 폐액내의 붕산은 어떠한 문제점을 일으키는가?
대부분의 경수로형 원자력발전소에서는 바닥 및 기기 배수 폐액, 화학제 폐액, 기타 폐기물 등이 발생하며, 이러한 폐기물은 폐기물 저장탱크에 수집 후 증발 농축기에 의해서 처리되고 있다. 폐액내의 붕산은 증발기의 처리효율을 저하시키며 농축도를 제한하는 요인이 되고 있다. 경수로형 원자로는 보통 1차 계통에 주입한 붕산의 양으로 원자로 출력을 조절하고, 붕산은 중성자를 흡수하여 중성자에 의한 연쇄반응을 줄여서 원자로를 제어한다.
대부분의 경수로형 원자력발전소에서는 무엇이 발생하는가?
대부분의 경수로형 원자력발전소에서는 바닥 및 기기 배수 폐액, 화학제 폐액, 기타 폐기물 등이 발생하며, 이러한 폐기물은 폐기물 저장탱크에 수집 후 증발 농축기에 의해서 처리되고 있다. 폐액내의 붕산은 증발기의 처리효율을 저하시키며 농축도를 제한하는 요인이 되고 있다.
경수로형 원자력발전소에서 발생하는 폐기물은 어떻게 처리되는가?
대부분의 경수로형 원자력발전소에서는 바닥 및 기기 배수 폐액, 화학제 폐액, 기타 폐기물 등이 발생하며, 이러한 폐기물은 폐기물 저장탱크에 수집 후 증발 농축기에 의해서 처리되고 있다. 폐액내의 붕산은 증발기의 처리효율을 저하시키며 농축도를 제한하는 요인이 되고 있다.
참고문헌 (9)
K.W. Lee, S. H. Cho, H. H. Park and J. H. Kim, "Treatment of Radioactive Boric Acid Wastes by Reverse Osmosis Membrane", J. Kor. Soc. Environ. Eng., 16(3), 405-413 (1994).
F.A. Cottin and G. Wilinson, "Advanced Inorganic Chemistry", John Wiley & Sons, p. 297 (1980).
P. J. Durrant and B. Durrant, "Introduction to Advanced Inorganic Chemistry", Longman, p. 533 (1970).
R. E. Mesmer, C. F. Baes, J. R and F. H. Sweeton, "Acidity Measurements at Elevated Temperatures", VI. Boric acid Equilibria, Inorganic Chemistry, 11(3), pp. 537-543 (1972).
Y. Magara, A. Tabata, M. Kohki, M. Kawasaki and M. Hirose, "Development of boron reduction system for sea water desalination", Desalination, 118, pp. 25-34 (1998).
T.Y. Cath, A.E. Childress and M. Elimelech, "Forward osmosis: principles applications, and recent developments", Journal of Membrane Science, 281, pp. 70-87 (2006).
S. Zhao and L. Zou, "Relating solution physicochemical properties to internal concentration polarization in forward osmosis", Journal of Membrane Science, 379, pp. 459-467 (2011).
M. Wilf, "The guidebook to membrane desalination technology", Balaban Desalination, p. 197 (2007).
Y. Cengeloglu, G. Arslan, A. Tor, I. Kocak and N. Dursun, "Removal of Boron from Water by Using Reverse Osmosis", Separation and Purification Technology, 64, pp. 141-146 (2008).
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