방사성폐기물의 처리방법  
   
 
 

1. 개요

방사성폐기물 처리의 첫째 목적은 환경에 대한 방사능의 영향을 가능한 한 줄이는 것이다. 처리기술의 기본은 분리와 농축이며, 분리되어 농도가 극히 희박하게 된 것은 희석 방출하고 농축된 것은 효율적인 보관관리를 위하여 감용고화 한다.

실제 처리방법은 방사성폐기물의 방사능준위나, 물리적, 화학적 상태 및 함유하고 있는 방사성핵종의 종류에 따라 최적 방법이 선택된다. 처리의 일반적 흐름은 그림과 같다.

그림. 원자력발전소의 방사성폐기물 처리절차

2. 기체폐기물 처리방법

원자력시설의 종사자와 시설주변 주민의 안전성 측면에서 장치계통으로부터 방사성물질을 공기중으로 누출하거나 환경으로 배출하는 양에 대해서는 법적규제를 따르는 것은 물론 가능한 한 그 양을 감소시켜야 한다. 공기중 먼지와 결합한 방사성물질은 필터 등에 의한 여과방법을 이용하여 제거하며, 방사성요오드와 불활성가스 등의 방사성 기체는 냉각에 의한 응축법 및 용매에 의한 흡착법을 이용하여 제거한다.

원자력발전소의 기체폐기물 처리계통은 여러가지 발생원으로부터 유입되는 기체폐기물을 처리하며, 이 중 중요한 기체폐기물 발생원은 1차계통 탈기기, 원자로냉각재 배수탱크 배기, 체적제어탱크 배기 등이다.

현재 국내 가압경수로형 발전소에서 사용되고 있는 대표적인 두가지 종류의 기체폐기물 처리계통은 감쇠탱크를 사용한 경우와 활성탄지연대를 사용한 경우가 있다.

아래 그림은 활성탄 지연대를 사용한 경우이다.

 

아래 그림은 감쇠탱크를 사용한 경우이다.

 
 
   
  가.  입자상 방사성물질의 처리
   

원자력시설에서 0.3㎛의 둥근입자에 대하여는 99.97% 이상의 포집성능을 갖고 있는 고성능여과필터(HEPA Filter: High Efficiency Particulate Air Filter)가 사용되고 있다.


 
 
  나.  방사성옥소의 처리
   

원자력발전소와 원자력연구시설 등에서 환기계통으로 방출된 방사성요오드의 화학형태는 복잡하다. 일반적인 원소형태의 요오드는 용기벽 등에 흡착되어 급격히 감소하고 비반응성의 화학형과 에어졸 상태로 변하여 부유하거나 메탄과 반응하여 요오드화 메틸로 변환된다. 요오드를 제거하는 데는 주로 요오드화 칼륨을 첨가한 활성탄 필터가 사용되며, 방사성요오드는 비방사성요오드와 동위체 교환을 함으로서 필터에 포집된다.

 
 
 


3. 고체폐기물 처리방법

넓은 의미의 고체방사성폐기물은 폐이온교환수지, 폐필터 카트리지, 증발기 농축물 및 원자로 운전과정에서 발생되는 종이, 피복, PVC, 기타 오염된 기기 등의 건조고체 폐기물을 포함하나, 이 중 폐이온교환수지, 폐필터 카트리지, 증발기 농축물은 고화 처리하므로 실제로 고체폐기물처리에서 고려되는 것은 잡고체폐기물이다.

잡고체 폐기물은 종류가 매우 다양하며, 이들의 분류방법도 여러 종류가 있으나 주로 가연성, 압축성, 비압축성 등으로 분류한다. 또 폐기물의 각 성분의 조성비는 원자로형태, 운전기간, 제염 및 보수여부등 여러 인자에 따라 달라진다. 이와 같은 건조고체폐기물(잡고체)의 감용처리법은 압축하여 포장하는 방법과 가연성 물질을 소각하는 방법 등이 있다

  가.  압축(Compaction)
   

압축처리법은 고체폐기물에 기계적 힘을 가해 폐기물의 기하학적 구조를 변화시켜, 폐기물이 점유하고 있는 실제 부피를 감소시키는 방법으로서 현재 원자력 발전소에서 고체폐기물처리법으로 가장 널리 이용되고 있으며, 소각이나 기타 처리가 적합하지 않은 경우에 효과적이다. 발전소에서 발생되는 저준위 고체폐기물의 약 70~80%가 압축 처리할 수 있으나 폐기물의 조직이 너무 치밀하고 단단하여 부피 감소를 무시할 수 있거나 극히 작은 것, 압축기 및 압축용기를 손상시킬 수 있는 물질, 인화성 및 폭발성 물질, 액체를 함유하고 있는 물질은 압축처리 할 수 없다. 적용 압력은 4.5톤에서 2200톤까지 다양하며, 100톤 미만의 압력을 사용할 경우 저압압축, 그 이상일 때는 고압압축이라고 한다. 압축처리법에 의한 감용효과를 높이기 위해서는 폐기물 사이의 공간을 완전히 제거하는 것이 이상적이나 실제로는 기술적, 경제적 문제로 곤란하므로 일반적으로 이론치의 70~90%를 최적압축률이라 한다. 이 때 압축된 폐기물이 압력을 제거시킨 후 탄성에 의해 부피가 증가하는 현상을 스피링 백이라 하며, 이로 인해 감용효과가 현저히 감소되므로, 해결책으로 밴드 및 스트랩을 사용하거나 초고압을 사용하기도 한다. 압축처리에 의해 얻어지는 감용비는 폐기물의 종류, 적용압력 등에 따라 다르나 2~10 정도로 보고되고 있다. 압축처리법은 공정이 간단할 뿐 아니라 운전경험이 풍부하고 기술적인 문제점이 거의 없으나 압축처리 공정중 폐기물에 함유된 공기가 분출되어 주위의 대기를 오염시킬 위험이 있다. 현재 방사성폐기물 처리용으로 사용되고 있거나 제안된 대표적 압축기에는 컴팩터, 베일러, 스크류 컴팩터, 초고압 압축기 등이 있다.

  나.  소각(Incineration)
   

원자력발전소에서 발생되는 건조고체폐기물은 상당부분이 방호용 피복, 장갑, 종이, 플라스틱, 나무 등의 가연성물질로 구성되어 있으나 대부분의 발전소에서는 이를 비가연성 폐기물과 혼합하여 압축시켜 처리하고 있다. 만약 이러한 가연성 폐기물을 별도로 분리하여 소각처리할 경우 감용비는 약 40~100 정도에 달해 최종 폐기물의 발생량을 크게 감소시킬 수 있다. 소각처리는 폐기물의 감용효과가 클 뿐 아니라 폐기물을 불활성 혹은 반응성이 작은 형태로 전환시켜, 추후 수송 및 저장시의 문제점을 감소시켜주므로 고체폐기물처리법으로 주목을 받고 있다. 소각공정은 원리가 간단하고 앞에서 말한바와 같이 많은 장점을 갖고 있으나, 방사성 폐기물처리 특성상 몇가지 문제점이 있다. 즉, 폐기물의 불완전 연소, 배기체처리계통의 과도한 부식, 타르 및 매연 등에 의한 필터의 폐쇄현상, 배기체 처리효율 저하, 방사선 분위기에서의 소각로 조작에 따른 기계적 문제, PVC 함유시의 감용효율 저하문제 등이 제기되고 있어 이를 해결하기 위한 연구개발이 진행중에 있다. 방사성폐기물의 소각처리시 가장 주안점을 두는 사항은 폐기물의 완전연소이며, 이를 위해 폐기물의 소각로내 체류시간과 연소온도가 적절해야하고 난류연소 및 충분한 산소공급이 보장되어야 한다. 이 밖에도 방사성 물질의 격납이 이루어져야하며, 보수유지의 필요성이 작아 운전원을 방사선 피폭으로부터 보호할 수 있어야 한다. 현재까지 방사성폐기물의 소각처리를 위해 여러 형태의 소각로가 개발되었으며, 이 중 중요한 것은 제어공기소각로, 열분해 소각로, 과잉공기 소각로 등이 있다.

4. 액체폐기물 처리방법

원자력발전소에서 액체폐기물은 폐기물의 방사선학적 및 물리화학적 특성 그리고 발생량을 고려하여 처리 공정이 선정되어야 한다. 처리 공정으로는 이온교환, 화학적 침전 및 증발공정이 있다.

증발이나 화학적 침전법은 비교적 방사능이 높은 폐액에 사용되나, 이온교환공정은 수지를 구성하고 있는 유기물질의 제한된 내 방사선 특성 때문에 고방사능폐액을 처리하기에는 적합하지 않다. 증발공정은 제염효과는 좋지만 운전시 부식, 관성침적, 검풀발생 및 염의 침전 등의 문제가 발생하는 단점이 있다. 화학적 침전법은 화학물질 주입관의 관막힘 현상을 주의해야 하며, 이온교환법은 부유된 입자나 고형물에 의한 관막힘 현상을 주의해야 한다.

위와 같이 처리된 액체폐기물은 배출 전에 방사능을 측정하고 연속 유출물방사선감시기로 감시하면서 바다로 배출되거나 계통으로 순환되어 재사용된다