기체, 액체, 고체 상태의 방사성 폐기물 처리법

방사성폐기물이란 “방사성동위원소 또는 방사성동위원소에 오염된 것으로 폐기의 대상이 되는 물질”을 의미합니다. 예를 들면 방사능에 오염된 실험용 소모품, 기구류, 실험동물(시체, 배설물), 실험 후 폐기물 및 방사화된 공기, 물, 금속제품, 콘크리트, 사용하지 않고 버리는 방사성물질이나 파손된 밀봉선원, 오염된 대형 장치 등이 방사성폐기물에 해당합니다. 방사성폐기물은 폐기물의 성질에 따라 처리법을 다르게 해서 처리합니다. 이번 글에선 각 폐기물의 상태에 따른 폐기물 처리법에 대해 알아봅시다.

 

기체, 액체, 고체 상태의 방사성 폐기물 처리법

 

방사성 기체 폐기물 처리

 

 

방사성 기체 폐기물의 종류엔 방사성 낙진, 방사성 불활성 기체, 방사성 요오드 등이 있고 이들의 처리 방법은 다음과 같습니다.

 

 

방사성 낙진의 처리

 

 

일반적으로 방사성 낙진의 제거에 필터가 널리 사용되고 있습니다. 보통은 방사성낙진 중 입자가 큰 것을 먼저 전단 필터로 걸러내고 입자 크기가 작은 것은 본 필터를 이용합니다. 필터 사용할 경우, 부유 입자의 크기를 생각해서 적절한 부유 입자 제거를 할 수 있는 필터를 선택하여 사용합니다. 필터를 오래 사용하면 부유 입자가 필터를 막아 성능을 저하하므로 적절한 시기에 필터를 새것으로 교체해야 합니다. 필터의 교환 시기는 필터의 제품에 따라 다릅니다.

 

 

방사성 불활성 기체의 처리

 

 

방사성 불활성 기체를 처리하는 방법은 수집 후 압축한 뒤 일정 기간 감쇄 탱크에 보관한 후 방사선 감시기로 검사한 다음 건물 외부로 방출시키는 방법, 가스를 선택적으로 용해, 흡수되는 것을 이용한 용매 흡수법, 공기의 액화 분리 기술을 응용한 액화 증류법, 활성탄의 관내 및 층에 불활성 기체를 유입시켜 기체 이동을 지연시켜 방사능을 감쇄시키는 활성탄 흡착법, 선택 투과성을 이용한 격막법, 확산계수의 차를 이용한 열확산법 등이 있습니다.

 

 

방사성 요오드 제거

 

 

방사성 요오드는 핵분열 기체 중 인체의 갑상샘에 가장 악영향을 줍니다. 방사성 요오드가 격납용기로부터 방출되는 것을 막기 위해 활성탄 필터가 사용되며, 요오드와 은의 교환반응을 이용한 것으로 습도 등의 영향을 적게 받는 질산은법도 종종 이용되고 있습니다.

 

 

방사성 액체 폐기물 처리

 

 

방사성 폐기물 중에선 액체로 된 폐기물이 있고 이것들은 여러 방법으로 처리됩니다. 대표적으로는 희석법, 농축법 등이 있습니다,

 

 

희석법

 

 

방사성 폐액을 대량의 물로 희석한 후 방사능 농도가 법에 규정된 방출 제한치 이하가 되면 주변 환경에 방류하는 것으로, 일반적으로 방사성 폐액의 방사능 농도가 크면 막대한 양의 희석용 물이 필요합니다. 희석의 경우 단순히 물로 희석하는 것뿐만 아니라 같은 화학 형의 안정동위원소로 희석하는 것도 효과적입니다.

 

 

농축법

 

 

반감기가 길고 방사능 농도가 높아 희석법을 적용하기 힘든 방사성 폐액은 농축, 압축 처리를 합니다. 농축법에 해당하는 것엔 응집침전법, 이온 교환 처리법, 증발 농축 처리법이 있다.

 

 

방사성폐수의 관리

 

 

방사성폐수를 준위에 따라 분류, 수집하여 각각 적절한 조치를 할 필요가 있습니다. 고농도의 폐액은 병 등에 넣고 흘러가지 않게 해야 하며, 반감기가 짧은 것들은 수집 탱크에 일정 기간 수집하여 냉각시킨 다음 방사능 농도를 낮추어 방출할 수 있습니다.

 

 

방사성폐기물의 고화처리

 

 

고화 처리된 폐기물은 최종 처분을 전제로 처분장의 인수 조건에서 정해진 기준인 기계적 강도, 침출 특성, 유리수, 방사선 영향 및 열적 성질 등을 충분히 만족해야 합니다. 고화 처리하는 물질은 대표적으로 시멘트, 아스팔트, 유리 등이 있습니다.

 

 

시멘트 고화

 

 

증발 처리법을 적용한 농축액 및 화학 처리법을 거친 후 폐기물 등을 시멘트와 섞어 고화 처리하는 방법으로서, 시멘트와 액체를 혼합시키는 방법에 따라 드럼 밖 혼합, 드럼 내 혼합 등의 방법으로 분류합니다.

 

드럼 밖 혼합법은 폐기물, 수분, 시멘트를 혼합 용기에 넣고 사전에 혼합시킨 다음 드럼에 채워 넣는 방법이며, 폐기물을 균일하게 혼합시켜 드럼에 넣을 수 있습니다. 반면 드럼 내 혼합법은 폐기물, 시멘트 등과 필요에 따라 물을 드럼 내에 넣고 교반기를 작동시켜 혼합하는 방법입니다.

 

 

아스팔트 고화

 

 

방사성 농축 폐액이나 폐기물 속에 있는 염분, 고형분을 뜨거운 아스팔트 매체 중에 미세입자로서 균일하게 분산, 고화시키는 방법입니다. 이는 시멘트 고화에 비해 방사성물질의 용출 비율이 낮고 압축 비율이 크다는 장점이 있습니다. 하지만 단점으로는 최종 폐기물이 인화성을 가집니다.

 

 

유리 고화

 

 

사용 후 핵연료를 재처리하는 과정에서 유발되는 고준위 폐액을 고화 처리하는 과정으로서 증발, calcine 또는 탈 질산 및 유리화의 3단계로 나눌 수 있습니다. 재처리 과정에서 얻어지는 폐액 중 대부분의 원소는 질산 화합물로 용해되어 있기에 2단계 공정을 탈 질산 공정이라 합니다. 첫 번째나 두 번째 단계에서 얻어지는 고화된 물체는 calcine이라고 합니다. 가소물을 생성하는 반응을 calcination이라 하고 calcination은 섭씨 500도에서 800도 사이에서 멈춥니다. 마지막 단계에서는 1~2단계에서 얻어진 분말 상의 가소물을 첨가제와 혼합하여 유리와 함께 용융시켜 고화 물질을 제조하는 공정입니다.

 

 

방사성 고체 폐기물의 처리

 

 

고체폐기물은 발생한 폐기물의 취급, 저장, 수송 및 최종 처분 등의 원활한 관리와 장기적으로 방사선 장애로부터 인간 및 환경을 보호하기 위하여 부피를 줄일 수 있는 압축 처리, 소각처리, 해체 처리 방법 등을 이용합니다.

 

 

소각처리

 

 

가연성 폐기물에 대해 소각처리가 적용되며, 소각처리의 특징은 6가지가 있습니다.

1. 압축 비율이 높습니다.

2. 소각물 중에 섞여 들어가 있는 염화비닐 등으로부터 생성되는 부식성 기체를 고려하여 주요부는 내부식성 재료로 구성합니다.

3. 연소 기체 중에 포함되어 있는 방사성 분진을 제거해야 합니다.

4. 기체 정화 계통으로부터 기체 세정폐수 등의 2차 폐기물이 발생하는 단점이 있습니다.

5. 소각 결과 생성되는 재는 화학적으로 안전하기에 보관 또는 처분에 적합합니다.

6. 운전경비가 많이 듭니다.

 

 

압축 처리

 

 

압축이 가능한 폐기물을 압축기로 압축하는 단순한 처리법이며, 3가지 특징이 있습니다.

1. 간단한 설비로서 조작이 편리하고 처리비용이 저렴합니다.

2. 압축한 물체가 다시 복원되는 단점이 있어 압축 비율이 매우 낮습니다.

3. 압축한 물체를 장기 보관할 때 부패 등의 화학변화를 일으킬 가능성이 있습니다.

 

 

해체 처리

 

 

시설 기기의 교환 및 사용 중단으로 생성되는 기기류 폐기물은 필요에 따라 제염시킨 후 압축, 소각 등의 처리에 적합하도록 절단, 분해하여 해체하는 처리 방법입니다.