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문제 정의
- 이것은 세슘의 흡착계수가 크고 Aging 효과 때문에 토양으로부터 세슘이 잘 추출되지 않기 때문으로 사료된다. 그러므로 본 논문에서는 동전기 적 복원장치를 제작하고 복원실험을 통해 방사능오염 토양으로부터 세슘을 제거하는 방법을 모색했다. 먼저 복원효율을 높이기 위해 여러 종류의 화학용액을 방사능토 양과 혼합한 후 Scrubbing 실험을 통해 세슘을 최대로 추출할 수 있는 화학제를 선정했다.
제안 방법
- H2O, NaOH, Na3PO4. HCI, H2SO4+Citric Acid 등의 추출 용액 200 ml를 이들 각각의 플라스크 용기에 첨가하고 이 용기를 Scrubber에 장착하여 4시간 동안 Scrubbing 시킨 후 이들 토양혼합물 내의 추출용액을 제거하고 남겨진 토양을 건조시킨 후 이 건조토양의 잔류 방사능 농도를 Multi Channel Analyzer(MCA)로 계측하여 초기방사능 농도와 비교하여 각 추출용액에 의한 137Cs과 60Co제거효율을 계산 및 비교분석했다(Fig. 1)..
- 1 1/Kg으로 나타났다. TRIGA 토양의 성분은 독일 Siemens에서 제조한 SRS-303 XRF(X-ray fluorescence)를 사용하여 토양성분을 분석하였다. 이때, 토양시료는 지름이 4cm 높이가 5cm 되는 용기에 넣었고, 이 용기 밑 부분의 X-ray 닿는 부분은 X-ray 투과용 막으로 구성되어 있다.
- 또한 양극에서 음극으로 전기삼투에 의해 용액이 계속 유동하므로 양극 저류조 윗쪽에 구멍을 내어 증류수를 연속적으로 주입하여 양극저류조에 증류수가 가득 차도록 하였다. 그리고 음극 저류조 윗쪽 옆으로 구멍을 내어, 주기적으로 유출수의 유량을 측정하였다. 토양복원 실험은 약 10일간 수행했다.
- 음극에서의 pH상승을 억제하기 위해 주기적으로 음극저류조에 H2SO4를 주입하였다. 또한 양극에서 음극으로 전기삼투에 의해 용액이 계속 유동하므로 양극 저류조 윗쪽에 구멍을 내어 증류수를 연속적으로 주입하여 양극저류조에 증류수가 가득 차도록 하였다. 그리고 음극 저류조 윗쪽 옆으로 구멍을 내어, 주기적으로 유출수의 유량을 측정하였다.
- 선정된 화학제를 미세오염토양과 혼합한 후 토양컬럼에 주입하고 동전기적실험을 수행하여 세슘의 제거효율을 분석하고 이때의 최적실험조건을 도출했다. 또한, 이 동전기적 토양복원을 모델링하기 위해 새로운 수치모델을 개발하고 모델값과 복원실험 값을 비교하여 개발한 수치모델을 검증했다.
- 그러므로 본 논문에서는 동전기 적 복원장치를 제작하고 복원실험을 통해 방사능오염 토양으로부터 세슘을 제거하는 방법을 모색했다. 먼저 복원효율을 높이기 위해 여러 종류의 화학용액을 방사능토 양과 혼합한 후 Scrubbing 실험을 통해 세슘을 최대로 추출할 수 있는 화학제를 선정했다. 선정된 화학제를 미세오염토양과 혼합한 후 토양컬럼에 주입하고 동전기적실험을 수행하여 세슘의 제거효율을 분석하고 이때의 최적실험조건을 도출했다.
- 토양복원 실험은 약 10일간 수행했다. 복원실험 완료 후 컬럼 내의 토양을 5 등분하여 본 연구실에서 보유한 MCA를 Up-grade하여 자체적으로 잔류방사능 농도를 분석 했다. 토양 복원 기간인 10일 동안 공극용액의 유동속도는 약간씩 감소했다.
- 먼저 복원효율을 높이기 위해 여러 종류의 화학용액을 방사능토 양과 혼합한 후 Scrubbing 실험을 통해 세슘을 최대로 추출할 수 있는 화학제를 선정했다. 선정된 화학제를 미세오염토양과 혼합한 후 토양컬럼에 주입하고 동전기적실험을 수행하여 세슘의 제거효율을 분석하고 이때의 최적실험조건을 도출했다. 또한, 이 동전기적 토양복원을 모델링하기 위해 새로운 수치모델을 개발하고 모델값과 복원실험 값을 비교하여 개발한 수치모델을 검증했다.
- 함수비(θ)는 샘플의 물부피(VW)를 전체부피(VT)로 나누어 구했다. 오염되지 않은 TRIGA 연구용원자로 주변 토양을 샘플링하고 체 분리하여 입경 0.063mm이하 의 토양에 대한 평형흡착계수(Kd)를 측정했다. 입경 0.
- 토양컬럼에 전압경사를 주기 위해 양 쪽전극에 100V의 전압을 가해주었고 전류는 약 10 mA를 나타냈다. 음극에서의 pH상승을 억제하기 위해 주기적으로 음극저류조에 H2SO4를 주입하였다. 또한 양극에서 음극으로 전기삼투에 의해 용액이 계속 유동하므로 양극 저류조 윗쪽에 구멍을 내어 증류수를 연속적으로 주입하여 양극저류조에 증류수가 가득 차도록 하였다.
- 063mm이하 의 토양에 대한 평형흡착계수(Kd)를 측정했다. 입경 0.063mm이하 토양을 0.01M의 Cs+ 용액으로 포화시켜 3일 동안 교반기에 넣어 평형에 도달하도록 교반시킨 후 포화 토양을 10g 취하여 원심분리기에 넣고 약 15분간 가동시켜 공극용액을 토양과 분리시키고 상등액을 취하여 Atomic Absorption Spectrometer로 농도를 측정하였다. 측정된 Cs+에대한 평형흡착계수는 8.
대상 데이터
- 05M Citric Acid용액으로 추출시 137Cs은 주로 H2SO4에 의해 추출되고 60Co코발트는 주로 Citric Acid에 의해 제거되는 것으로 나타났고 토양으로부터 137Cs 추출효율은 초산보다 상당히 높이 나타났다. 그러므로 본 연구에서는 첨가제로 주로 사용했던 초산 대신에 H2SO4+ Citric Acid용액을 사용했다. 즉, H2SO4+ Citric Acid용액을 방사능토양과 혼합하여 토양내의 세슘을 추출한 다음이 토양을 동전기 복원하므로 제거효율을 높였다.
성능/효과
- 4는 토양복원시간 경과에 따른 컬럼의 공극용액과 컬럼토양 내에 잔류한 총 세슘의 방사능 농도를 나타낸다. 0.85 일 복원실험 후에는 토양컬럼 내의 초기 총농도의 12.1%가 복원되었고, 1.7일 후에는 토양컬럼 내의 초기 총농도의 25.8%가 복원되었고, 3.4일 후에는 토양컬럼 내의 초기 총농도의 39.1%가 복원되었고, 5.1일 후에는 토양컬럼 내의 초기 총농도의 50.0%가 복원되었고, 10.0일 후에는 53.7%가 복원되었다. 또한, 개발된 수치모델로 계산한 컬럼 내의 잔류농도에 대한 예측값과 복원실험 후 토양컬럼에 남은 잔류농도를 직접 측정한 실험값과 서로 상당히 일치하는 것으로 나타났다.
- 7 Pore Volume이었다. 10.0일간 복원실험 결과 방사능토양 내 세슘의 약 54%가 제거되었다. 한편 개발된 수치모델에 의한 예측값은 실험값과 상당히 일치하는 것으로 나타났으며 발생한 토양복원폐액 부피는 Soil Washing시보다 매우 적었다.
- 063 mm 이하의 미세토양은 동전기적방법으로 복원할 계획이다. 동전기적방법을 사용할 때, 음극쪽 부근의 pH가 상승되어 토양내의 중금속과 수산화침전물이 발생하여 오염물질 제거효율이 감소되었다. 그러므로 Li 등은 이 금속침전물의 형성을 방지하기 위하여 KNO3용액을 주입하거나 초산용액 및 HC1을 음극저류조에 첨가했다.
- 7%가 복원되었다. 또한, 개발된 수치모델로 계산한 컬럼 내의 잔류농도에 대한 예측값과 복원실험 후 토양컬럼에 남은 잔류농도를 직접 측정한 실험값과 서로 상당히 일치하는 것으로 나타났다. 한편, 스웨덴의 Royal 연구소에서 세슘에 대한 복원실험 결과 10일 정도 경과 후 컬럼 내 세슘의 95% 이상 복원되었다.
- 방사능오염토양내의 세슘을 동전기적방법으로 제거하기 위해 첨가제로 H2SOd+Citric Acid를 사용했을 때 초산을 사용했을 때보다 세슘의 제거효율이 높았다. 즉, 실험결과 컬럼의 음극쪽으로 배출된 유출수의 유출속도는 평균2.
- 복원 실험 전 측정한 토양컬럼 내의 황산 포화토양 pH는 3.0이었고 양쪽 저류조 내의 증류수의 pH 는 7.0이었다. 그러나 복원실험이 시작되면서 양극에서 산소의 방출과 음극에서 수소의 방출로 인해 음극 저류조에서의 pH는 상승하기 시작했다.
- 이 제거율의 차이는 세슘의 흡착평형계수가 크고, 본 방사능오염 토양이 약14년 동안의 저장으로 인한 Ageing 효과 때문으로 사료된다. 이상과 같이 토양에 흡착된 세슘을 동전기적방법에 의한 복원 시 황산을 추출제로사용할 때가 초산을 사용할 때보다 세슘제거율이 높게 나타났다. 즉 동전 기방법에 의한 제거효율은 토양을 포화시킬 때 첨가한 추출용액의 추출력에 비례함을 예측할 수 있다.
- 그러므로 본 연구에서는 첨가제로 주로 사용했던 초산 대신에 H2SO4+ Citric Acid용액을 사용했다. 즉, H2SO4+ Citric Acid용액을 방사능토양과 혼합하여 토양내의 세슘을 추출한 다음이 토양을 동전기 복원하므로 제거효율을 높였다.
- SOd+Citric Acid를 사용했을 때 초산을 사용했을 때보다 세슘의 제거효율이 높았다. 즉, 실험결과 컬럼의 음극쪽으로 배출된 유출수의 유출속도는 평균2.0×10-2cm/min이었고, 10일간 음극저류조로 배출된 토양복원폐액의 부피는 3.7 Pore Volume이었다. 10.
- 0일간 복원실험 결과 방사능토양 내 세슘의 약 54%가 제거되었다. 한편 개발된 수치모델에 의한 예측값은 실험값과 상당히 일치하는 것으로 나타났으며 발생한 토양복원폐액 부피는 Soil Washing시보다 매우 적었다.
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