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문제 정의
- 이와 같은 결과는 표준운전과 달리 실제 실험에서 회수율이 낮게 나타난 결과이다. 설계에 반영되어질 실제실험결과를 근거로 하여 NF 분리막 시스템의 효율적인 배치, 나노분리막 교체시 작업 량 최소화, 유로의 간소화 및 처 리용량의 안정성 등을 설계에 반영하고자 하였다. 따라서 나노분리막의 선정에 있어서 운영 및 성 능 측면에서 동일하며, 분리막의 단위 처리능력이 큰 즉, 분리막의 면적이 높은 NF 90-4040을 선 정하여 현장에 적용하고자 한다.
제안 방법
- 설계에 반영되어질 실제실험결과를 근거로 하여 NF 분리막 시스템의 효율적인 배치, 나노분리막 교체시 작업 량 최소화, 유로의 간소화 및 처 리용량의 안정성 등을 설계에 반영하고자 하였다. 따라서 나노분리막의 선정에 있어서 운영 및 성 능 측면에서 동일하며, 분리막의 단위 처리능력이 큰 즉, 분리막의 면적이 높은 NF 90-4040을 선 정하여 현장에 적용하고자 한다. NF 90-4040은 유효면적은 7.
- 목표하는 투과수량 즉 회수율과 농축율을 최대로 하면서 안정된 수량을 확보할 수 있는 방안 그리고 공급펌프의 동력을 최소화 할 수 있는 배열을 선정함이 적절할 것이다. 따라서 본 설계에서 는 안정된 회수율을 확보할 수 있는 병렬식과 농축율을 최대화하며 공급펌프의 동력을 절감 할 수 있는 직렬식을 조합하여 직 . 병렬식으로 선정하였다.
- 표 4, 5에서 NF-90-2540 및 NF 90-4040의 적용수량을 예측하기 위한 계산 결과를 도시하였다. 또한 처리의 안정성을 확보하기 위하여 예측된 설계수량에 약 30%의 안전율을 적용하여 최종 나 노분리막(NF 90-4040) 모듈의 소요개수는 8 모듈로 선정하였다.
- 본 연구에서는 정밀여과분리막(MF)과 나노분리막(NF)을 조합한 실험실 규모 처리 장치와 고리 2호기 선택성 이온교환설비를 축소 . 모사한 소규모 선택성 이온교환장치를 제작하여 원전 운영중 발생된 방사성 폐액을 대상으로 현장실험을 수행하였다. 현장 실험을 통해 확보된 설계 입력 자료를 바탕으로 고리 2호기선택성 이온교환설비의 전처리 설비를 설계 및 제작하였다.
- 본 연구에서는 정밀여과분리막(MF)과 나노분리막(NF)을 조합한 실험실 규모 처리 장치와 고리 2호기 선택성 이온교환설비를 축소 . 모사한 소규모 선택성 이온교환장치를 제작하여 원전 운영중 발생된 방사성 폐액을 대상으로 현장실험을 수행하였다.
- 병렬식으로 선정하였다. 선정된 배열은 아래 그림 1과 같으며, 설 계계산에서 선정되어진 8 개의 분리막을 4단 직렬과 2단 병렬로 하여 설계하였다. 본 배열에서 예 상할 수 있는 것은 직렬배열에 따라 단수가 후단으로 갈수록 고농도의 농축수가 유입되어지므로 회수율은 감소하며 농축수량은 증가될 것으로 예상된다.
- 연속 운전 실험을 통해 얻어진 데이터를 이용하여 정밀여과분리막과 나노분리막의 모듈에 대한 개념 설계를 수행하여 각각 정밀여과분리막은 4개 모듈, 나노분리막은 8개의 모듈을 도출하였다. 이러한 결과는 막분리 공정을 이용한 SIES 전처리 설비 설계 및 제작에 활용될 것이다.
- 처리공정별 실험결과를 근거로 정밀여과분리막-나노분리막-이온교환수지 공정으로 WHT 폐 액을 연속 처리하였다. 각 장치별 처리수질과 시간대별 각장치의 특성을 각각 표 2에 나타내었다.
- 모사한 소규모 선택성 이온교환장치를 제작하여 원전 운영중 발생된 방사성 폐액을 대상으로 현장실험을 수행하였다. 현장 실험을 통해 확보된 설계 입력 자료를 바탕으로 고리 2호기선택성 이온교환설비의 전처리 설비를 설계 및 제작하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 고려한 처리 대상 폐액은 표 1에 나타낸 고리 1발 2호기에서 방사성 폐액을 수집해 놓은 WHT(Waste Holdup Tank)와 FDT(Floor Drain Tank)폐액이다. 처리 유량은 각 막 장치를 통과하여 얻고자하는 목표 유량으로 MF 장치는 2톤/hr으로, NF 장치는 1톤/hr이다.
성능/효과
- FDT 폐액을 정밀여과분리막-나노분리막-소규모 선택성이온교환수지 공정으로 처리한 결과 탁 도와 부유물질의 경우 정밀여과분리막에서 98.7%, 98.1 %, 나노분리막에서 93.5 %, 95.8%가 각각 제거되었으며, 정밀여과분리막 처리수를 나노분리막으로 처리한 결과 Ag-llOme 대부분 제거되 었으며, 나노분리막 처리수를 소규모 선택성 이온교환장치로 처리한 결과 방사성 핵종을 모두 제 거할 수 있어 나노분리막 처리수의 경우 선택성이온교환수지의 운전조건을 만족할 수 있었다.
- WHT 폐액을 대상으로 연속 운전 실험한 결과에 의하면 MF 모듈당 처리용량은 평균 24 mJ /day이었고, 시간당 최하 처리 용량은 0.7 nf/hr이었다. 따라서 목표 MF 처리 유량이 2 nf/hr이므 로 MF 모듈의 개수는 2.
- 고리 1발 2호기에서 발생된 방사성 폐액에 정밀여과분리막과 나노여과막을 조합한 공정을 적용한 실험을 수행한 결과, 선택성 이온교환설비에 여과막을 적용할 경우 공정 배열은 정밀여과분리 막-나노분리막-선택성이온교환설비의 순서가 가장 최적 배열임을 확인하였다.
- 실험기간 동안 처리수 중에 AgTlOme 대부분 제거가 되었음을 확인하였다. 나노분리막 처 리수를 이온교환수지 장치에 공급한 결과 대부분의 핵종의 제거가 이루어졌음을 확인하였다. 처리 공정별 실험에서 FDT 폐액을 처리할 때 보다 핵종 농도가 높은 WHT 폐액을 처리하였음에도 핵 종의 제거 효율은 우수하였다.
- 4 n〃day인 제품이다. 또한 이 분리막으로 대상으로 실제 적용할 경우 회수율 및 플럭스의 차이를 극복할 수 있는 모의 테스트를 실시하였으며, 9 %의 회수율과 23.68 LMH(l/nf/hr)의 플럭스를 나타내었다. 표 4, 5에서 NF-90-2540 및 NF 90-4040의 적용수량을 예측하기 위한 계산 결과를 도시하였다.
- 상기 실험결과, 선택성 이온교환장치를 이용하여 방사성 폐액을 처리할 경우, 반드시 전처리 장치가 필요한 것으로 생각되며, 또한 나노분리막은 Ag-llOme 제거하는 반면, Co-58 등 핵종을 제거하지 못하고 있어 방사성 폐액의 처리 공정은 정밀여과분리막-나노분리막-이온교환수지라고 판단된다.
- 09 ㎥이상의 처리수부터는 Ag-llOm이 검출되었다. 소규모 선택성 이온교환장치 처리수내 AgTlOme 나노분리막에서 모두 제거가 가능하였으나, Co-58 등은 제거되지 못하는 결과를 얻어 선택성이온교환수지 후단에 나노분리막을 후처리 장치로 사용하는 것은 적절치 못한 것으로 판단된다.
- 정밀여과분리막 처리수를 나노분리막으로 공급한 결과 12 %의 회수율을 나타내었다. 실험기간 동안 처리수 중에 AgTlOme 대부분 제거가 되었음을 확인하였다. 나노분리막 처 리수를 이온교환수지 장치에 공급한 결과 대부분의 핵종의 제거가 이루어졌음을 확인하였다.
- 정밀여과분리 막-이온교환수지-나노분리막 공정으로 WHT 폐액을 처리한 경우 정밀여 과분리 막 처리수를 소규모 선택성 이온교환장치로 유입한 결과 처리수 0.06 m1 이상으로부터 방사성 핵종이 검출되었으며, 0.09 ㎥이상의 처리수부터는 Ag-llOm이 검출되었다. 소규모 선택성 이온교환장치 처리수내 AgTlOme 나노분리막에서 모두 제거가 가능하였으나, Co-58 등은 제거되지 못하는 결과를 얻어 선택성이온교환수지 후단에 나노분리막을 후처리 장치로 사용하는 것은 적절치 못한 것으로 판단된다.
- 정밀여과분리막은 대부분의 부유물질을 제거한 결과 처리수의 총유기탄소 (TOO 제거율이 75 % 이상으로 나타나 폐액의 총유기탄소는 대부분 입자성 물질에 기인하는 것으로 확인되었다. 정밀여과분리막 처리수를 나노분리막으로 공급한 결과 12 %의 회수율을 나타내었다. 실험기간 동안 처리수 중에 AgTlOme 대부분 제거가 되었음을 확인하였다.
- 정밀여과분리막은 24시간 후에는약 3배의 차압이 상승하였으나, 처리유량은 약 25 %만이 감소하는 결과를 보였다. 정밀여과분리막은 대부분의 부유물질을 제거한 결과 처리수의 총유기탄소 (TOO 제거율이 75 % 이상으로 나타나 폐액의 총유기탄소는 대부분 입자성 물질에 기인하는 것으로 확인되었다.
- 정밀여과분리막은 24시간 후에는약 3배의 차압이 상승하였으나, 처리유량은 약 25 %만이 감소하는 결과를 보였다. 정밀여과분리막은 대부분의 부유물질을 제거한 결과 처리수의 총유기탄소 (TOO 제거율이 75 % 이상으로 나타나 폐액의 총유기탄소는 대부분 입자성 물질에 기인하는 것으로 확인되었다. 정밀여과분리막 처리수를 나노분리막으로 공급한 결과 12 %의 회수율을 나타내었다.
후속연구
- 목표하는 투과수량 즉 회수율과 농축율을 최대로 하면서 안정된 수량을 확보할 수 있는 방안 그리고 공급펌프의 동력을 최소화 할 수 있는 배열을 선정함이 적절할 것이다. 따라서 본 설계에서 는 안정된 회수율을 확보할 수 있는 병렬식과 농축율을 최대화하며 공급펌프의 동력을 절감 할 수 있는 직렬식을 조합하여 직 .
- 연속 운전 실험을 통해 얻어진 데이터를 이용하여 정밀여과분리막과 나노분리막의 모듈에 대한 개념 설계를 수행하여 각각 정밀여과분리막은 4개 모듈, 나노분리막은 8개의 모듈을 도출하였다. 이러한 결과는 막분리 공정을 이용한 SIES 전처리 설비 설계 및 제작에 활용될 것이다.
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