13년 00월 24일 오후 2023시(현지 시간), 일본 후쿠시마 제XNUMX원전이 방사능 오염수를 해양에 방류하기 시작했습니다. 이는 전 세계에 광범위한 우려를 불러일으켰습니다. 우장하오 주일 중국 대사는 후쿠시마 방사능 오염수 해양 방류에 대해 일본 정부에 엄중 항의했습니다. 중국 세관총서는 일본산 수산물 수입 전면 중단을 지시했습니다. 한국 총리는 일본산 후쿠시마 수산물에 대한 수입 금지 조치를 현행대로 유지할 것이라고 밝혔습니다.
원자력 하수는 이름에서 알 수 있듯이 방사능을 함유한 하수입니다. 원전 누출 사고로 생성된 고방사능 폐수나 핵연료와 직접 접촉하는 냉각수 등이 그 예입니다. 전문가들은 원자력 폐수가 원자력 폐수와 동일하지 않다고 말합니다. 원자력 하수는 삼중수소를 포함한 64종의 핵 방사성 물질을 함유하고 있어 더욱 유해합니다.
원자력 발전소에서 배출되는 하수에는 우라늄, 플루토늄, 세슘, 스트론튬, 요오드, 코발트 등 많은 방사성 원소가 포함되어 있습니다. 그중 일부는 반감기가 길어 우라늄-238의 반감기는 4.5억 년, 플루토늄-239의 반감기는 24,000만 XNUMX천 년입니다. 이러한 방사성 원소는 발암성, 기형 발생성, 돌연변이 유발성 등 인체와 환경에 심각한 위험을 초래합니다. 원자력 발전소에서 배출되는 다양한 방사성 원소의 농도와 비율은 발생원과 환경에 따라 다르지만, 일반적으로 국제 기준 및 안전 한도를 크게 초과합니다.
핵폐기물이 적절한 처리 없이 환경으로 배출될 경우, 생태계와 인간의 건강에 심각한 영향을 미칠 것입니다. 방사성 물질은 물, 토양, 공기, 먹이 사슬 등을 통해 전파되어 생물체의 방사선량을 증가시키고, 각종 질병과 유전자 돌연변이를 유발할 수 있습니다. 따라서 핵폐기물의 처리 및 폐기는 누출 및 사고 발생 가능성을 방지하기 위해 엄격한 안전 기준과 규범을 준수해야 합니다.
각국에서 일반적으로 사용되는 원자력 폐수 처리 기술은 다음과 같습니다.
- 화학적 침전법
화학적 침전법은 침전제와 폐수 내 미량의 방사성 핵종을 공침시키는 방법입니다. 폐수 내 수산화물, 탄산염, 인산염 및 기타 방사성 핵종 화합물은 대부분 불용성이므로 처리 과정에서 제거될 수 있습니다. 화학적 처리의 목적은 폐수 내 방사성 핵종을 소량의 슬러지로 이동시키고 농축시켜 침전된 폐수에 방사능이 거의 남지 않고 방류 기준을 충족하도록 하는 것입니다.
이 방법의 장점은 비용이 저렴하고, 대수 방사성 핵종의 제거 효과가 우수하며, 비방사성 성분과 그 농도, 그리고 유동화 폐수를 상당한 유동화로 처리할 수 있다는 것입니다. 사용되는 처리 시설과 기술은 상당히 숙련된 경험을 갖추고 있습니다.
현재 철염, 알루미늄염, 인산염, 소다와 같은 침전제가 가장 일반적으로 사용됩니다. 응집 과정을 촉진하기 위해 점토, 활성 실리카, 고분자 전해질과 같은 응집 보조제가 첨가됩니다. 세슘, 루테늄, 요오드 및 제거가 어려운 기타 고농도 방사성 핵종의 경우 특수 화학 침전제를 사용해야 합니다. 예를 들어, 세슘은 페로시안화 제이철과 페로시안화 구리의 공침법으로 제거할 수 있습니다. 일부에서는 금속 함유 방사성 폐수를 처리하기 위해 불용성 전분 잔테이트를 사용합니다. 처리 효과가 좋고 적용 범위가 넓으며 방사성 물질 제거율이 90% 이상입니다. 우수한 성능을 가진 이온 교환 응집제입니다. 폐수 처리 시 잔류 황화물이 없기 때문에 폐수 처리에 더 적합합니다.
- 이온교환법
많은 방사성 핵종이 물, 특히 화학적 침전 처리 후 방사성 폐수에서 이온화됩니다. 부유 및 콜로이드 방사성 핵종이 제거되면 거의 이온성 물질만 남게 되는데, 이 중 대부분은 양이온입니다. 또한, 방사성 핵종은 물에 소량 존재하기 때문에 이온 교환 처리에 매우 적합하며, 비방사성 이온의 간섭이 없는 경우 이온 교환 처리가 장기간 효과적으로 작용할 수 있습니다. 대부분의 양이온 교환 수지는 높은 제거 용량과 방사성 스트론튬에 대한 큰 교환 용량을 가지고 있습니다. 페놀성 양이온 수지는 방사성 세슘을 효과적으로 제거할 수 있으며, 미세다공성 양이온 수지는 방사성 양이온뿐만 아니라 지르코늄, 니오븀, 코발트(콜로이드 형태), 루테늄(착물 형태)까지 흡착하여 제거할 수 있습니다. 그러나 이 법칙에는 치명적인 약점이 있습니다. 폐액 내 방사성 핵종이나 비방사성 이온의 함량이 높으면 수지층이 빠르게 침투하여 성능이 저하됩니다. 일반적으로 방사성 폐수를 처리하는 데 사용되는 수지는 재생되지 않으므로, 일단 고장이 나면 즉시 교체해야 합니다.
이온 교환법은 이온 교환 수지를 사용하는데, 이는 염 함량이 낮은 폐액에 적합합니다. 염 함량이 높을 경우, 이온 교환 수지를 이용한 처리 비용이 선택 처리법보다 높습니다. 이는 주로 방사성 핵종과 높은 상관관계를 갖는 수지의 낮은 선택성 때문입니다. 방사성 폐수를 정화할 때, 전기 투석법을 사용하면 이온 교환 공정의 이용 효율을 높일 수 있습니다.
- 흡착방식
흡착은 다공성 고체 물질을 이용하여 중금속 이온을 흡착 및 제거하는 효과적인 방법입니다. 흡착법의 핵심 기술은 흡착제의 선택입니다. 일반적으로 사용되는 흡착제로는 활성탄, 제올라이트, 카올린, 벤토나이트, 점토 등이 있습니다. 그중 제올라이트는 저렴하고 안전하며 구하기 쉽습니다. 다른 무기 흡착제와 비교하여 제올라이트는 흡착 용량이 더 크고 정화 효과도 더 좋습니다. 제올라이트는 다른 무기 흡착제보다 정화 능력이 10배 뛰어나 경쟁력 있는 수처리제입니다. 수처리 공정에서 흡착제로 자주 사용되며, 이온 교환제 및 여과제 역할도 합니다.
활성탄은 흡착력이 강하고 제거율도 높지만, 재생 효율이 낮고 처리수의 수질이 재사용 요건을 충족하기 어렵다는 단점이 있습니다. 가격이 비싸고 적용 분야도 제한적입니다. 최근 흡착력을 가진 다양한 흡착제가 점차 개발되고 있습니다. 관련 연구에 따르면 키토산과 그 유도체는 중금속 이온에 대한 우수한 흡착제입니다. 키토산 수지는 가교 결합 후 흡착력을 크게 저하시키지 않고 여러 번 재사용할 수 있습니다. 개질된 세피올라이트를 사용하여 중금속 폐수를 처리하면 Co와 Ag에 대한 흡착력이 우수하며, 처리수의 중금속 함량은 종합 하수 배출 기준보다 현저히 낮습니다.
- 증발 및 농축
증발 농축법은 농축 계수와 정화 계수가 높으며 주로 중·고준위 방사성 폐수 처리에 사용됩니다. 증발법의 작동 원리는 방사성 폐수를 증발 장치로 보내고 동시에 가열 증기를 주입하여 물을 수증기로 증발시키는 것입니다. 이때 방사성 핵종은 물 속에 남게 됩니다. 증발 과정에서 생성된 응축수는 배출되거나 재사용되고, 농축된 액체는 다시 고화됩니다. 증발 농축법은 휘발성 핵종을 함유하고 거품이 발생하기 쉬운 폐수 처리에는 적합하지 않습니다. 열에너지를 많이 소모하고 운영비가 높습니다. 또한 설계 및 운영 시 부식, 스케일링, 폭발과 같은 잠재적 위험을 고려해야 합니다. 증기 활용도를 높이고 운영 비용을 절감하기 위해 각국은 증기 압축 증발기, 박막 증발기, 진공 증발기 등 새로운 증발기 개발에 전력을 다하고 있으며, 그 외 새로운 증발기는 놀라운 성과를 거두었습니다.
- 막분리기술
막 기술은 방사성 폐수를 처리하는 데 있어 비교적 효율적이고 경제적이며 신뢰성 있는 방법입니다. 막 분리 기술은 우수한 방류수 품질, 물질의 상변화 없음, 낮은 에너지 소비 등의 특징을 가지고 있어 활발히 연구되고 있습니다.
해외에서 사용되는 막 기술에는 미세여과, 한외여과, 나노여과 , 수용성 고분자 막여과, 역삼투(RO), 전기투석, 막 증류, 전기화학적 이온 교환, 액체 막, 페라이트 흡착 여과막 분리 및 음이온 교환 종이 막 등이 있습니다.
멜라민 폼은 나노 크기의 안정적인 1차원 망상 유기 여과 기질로, 기공 크기는 최대 0.297nm, 기공 용량은 최대 98cc/g, 기공 개방률은 최대 XNUMX%에 달합니다. 대부분의 흡착제를 첨가하더라도 핵폐기물의 효율적인 흡착 및 여과가 가능합니다.
- 생물학적 처리
생물학적 처리 방법에는 식물복원과 미생물 처리가 있습니다. 식물복원은 녹색 식물과 그 근권에 서식하는 토착 미생물을 함께 이용하여 환경 오염 물질을 제거하는 새로운 현장 처리 기술을 말합니다.
기존 연구 결과에 따르면, 적용 가능한 생물학적 복원 기술은 주로 인공 습지 기술, 근권 여과 기술, 식물 추출 기술, 식물 고형화 기술, 그리고 식물 증발 기술을 포함합니다. 실험 결과는 수역 내 우라늄의 거의 대부분이 식물 뿌리에서 농축될 수 있음을 보여줍니다.
저방사성 폐수의 미생물학적 처리는 1960년대에 연구가 시작된 새로운 기술입니다. 이 방법을 이용하여 방사성 폐수에서 우라늄을 제거하는 연구는 국내외에서 일부 진행되었지만, 현재 대부분은 실험 연구 단계에 있습니다.
생명공학의 발전과 미생물과 금속의 상호작용 메커니즘에 대한 심층적인 연구를 통해, 사람들은 미생물을 이용한 방사성 폐수 오염 처리가 매우 유망한 방법임을 점차 깨닫게 되었습니다. 미생물 세포는 생물학적 처리제로 사용되어 우라늄과 같은 방사성 핵종을 수용액에서 흡수, 농축 및 회수하는데, 이는 높은 효율, 낮은 비용, 낮은 에너지 소비를 특징으로 합니다. 또한, 2차 오염물질이 발생하지 않아 방사성 폐기물 감축 목표를 달성하고 핵종의 재생 또는 지층 처분에 유리한 환경을 조성할 수 있습니다.
- 자기분자법
미국 전력연구소(EPRI)는 스트론튬, 세슘, 코발트와 같은 방사성 폐기물의 발생량을 줄이기 위해 Mag-Mole-clue 방법을 개발했습니다. 이 방법은 페리틴이라는 단백질을 기반으로 하며, 자성 분자를 사용하여 오염 물질을 선택적으로 결합하도록 변형된 후 자석으로 용액에서 제거한 다음 결합된 금속을 자기 필터 베드의 역세척을 통해 회수합니다. 페리틴은 생물체에서 흔히 발견되는 고도로 보존된 다기능 다중 단위 단백질로, 묽은 산(pH<2.0), 묽은 염기(pH=12.0) 및 고온(70~75°C 수온에 불변)에 대한 저항성이라는 특수한 특성을 가지고 있습니다. 페리틴 연구가 심화됨에 따라 단백질 껍질의 나노 공간을 사용하여 시험관 내에서 새로운 기능을 연구하는 데 큰 진전이 있었습니다. 시험관 내 연구는 페리틴이 시험관 내에서 중금속 이온을 저장하는 능력이 있음을 보여주었습니다. 또한, 이전 연구들은 철 이온과 경쟁하는 다른 중금속 이온을 프로브로 사용하여 페리틴으로부터 철의 저장 및 방출 메커니즘에 초점을 맞춰 왔습니다. 이와는 대조적으로, 최근 연구에서는 금속 이온을 포획하고 역전되지 않는 페리틴의 이러한 특성을 이용하여 페리틴 반응기를 제작하고 현장에서 중금속 이온에 의한 흐르는 물의 오염 정도를 지속적으로 모니터링할 수 있음을 보여주었습니다. 특정 시험관 내 조건 하에서, FeS 핵, CdS 핵, Mn3O4 핵, Fe3O4 자성 철 핵, 방사성 물질의 우라늄 핵과 같은 일부 금속 핵이 페리틴 단백질 껍질의 나노 공간에 성공적으로 조립되었습니다.
- 불활성 경화 방법
펜실베이니아 주립대학교와 사바나 리버 국립연구소는 특정 저준위 방사성 폐기물 액체를 안전하게 폐기할 수 있도록 고체 형태로 처리하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 새로운 공정은 저온(<90°C) 응고법을 이용하여 고알칼리성, 저방사능 방사성 폐기물 액체를 안정화하고, 즉 폐기물 액체를 불활성 고체로 변환합니다. 과학자들은 최종 경화된 고체를 "하이드로 세라믹"(초벌구이 다공성 세라믹)이라고 명명했습니다. 최종 고체는 매우 단단하고 안정적이며 내구성이 뛰어나며, 제올라이트 구조에 방사성 핵종을 고정할 수 있다고 합니다. 이러한 제조 과정은 자연에서 암석이 형성되는 과정과 유사합니다.
- 0가 철 침투 반응 벽 기술
투수성 반응성 장벽(PRB)은 오염된 지하수 내 오염물질 성분을 현장 제거를 위해 유럽과 미국 등 선진국에서 새롭게 부상하고 있는 공법입니다. PRB는 일반적으로 지하 대수층에 지하수 흐름 방향과 수직으로 설치됩니다. 오염된 지하수가 자체 수압구배의 작용으로 반응벽을 통과할 때, 반응벽 내 반응 물질과의 물리적 및 화학적 반응을 통해 오염물질이 제거되어 오염 복원이라는 목적을 달성합니다.
이 기술은 유지 보수가 거의 필요 없고 비용이 저렴한 수동 복원 기술입니다. PRB 기술의 중요한 분야인 Fe0-PRB 기술은 여러 국가에서 지하수 오염 처리의 다양한 측면에서 연구 개발되어 왔습니다. PRB의 반응 메커니즘, 구조 및 설치, 그리고 새로운 활성 물질 연구에서 고무적인 성과를 거두었습니다. 중국 학자들은 우라늄 광미 방사성 폐수의 정화(처리)를 위해 XNUMX가 철로 대표되는 활성 침투벽 기술을 연구하기 시작했으며, 현재 연구에서는 일정한 성과를 거두고 있습니다.
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