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원자력발전소 배출수에 포함된 붕산 제어 연구

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Author(s)
정원철
Issued Date
2022
Abstract
In a nuclear power plant, boric acid is used in the primary system to control the reactor reactivity, and the reactivity is controlled by changing the boron concentration. Boric acid exists in the form of Ortho Boric Acid[B(OH)3] and ionized Mono-borate Ion [B(OH)4-] inwater, and the presence ration of the two chemical species depends mainly on pH. Most of the waste boric acid-containing water generated during the operation of the power plant is recycled through a recovery process, but some boric acid water is discharged through the ion exchange resin of the Liquid Radioactive waste treatment System(LRS). In order to increase the efficiency of removing boric acid discharged, the pH in the discharged water must be maintained at 10 or more, but the pH limit value of the discharged water of nuclear power plants is between 6 and 9, so it is difficult to maintain the pH more than 10 in reality. Inaddition, a large amount of waste is generated when chemicals are added to increase the pH. In other words, the ion exchange resin loses its performance prematurely due to the overdosing of the chemical. Therefore, most of the boric acid in the discharged water
from nuclear power plants is being discharged without being removed. Of course, there is currently no regulation on boric acid in the discharged water from nuclear power plants, but the National Institute of Environmental Sciences recently designated boric acid(containing more than 0.3%) as a toxic substance. This means that boric acid is highly harmful to humans and the environment, and regulations on handling and use are expected to be strengthened in the future. Therefore, in this paper, various methods to meet the pH of the NPP discharge and ionize and remove boric acid were studied, and a pilot-scale boric acid control device was developed through the final verification test. The main core of this device
is to ionize boric acid with an oxidizing agent (H2O2) and then inject sodium hydroxide (NaOH) to adjust the pH to increase the ionization efficiency of boric acid. Next, after coagulation and precipitation of boron ions using a coagulant (CaCl2), the precipitation is recovered and the residual boron ions in the supernatant is removed by using a filtration membrane(RO). As a result of the experiment, the boron concentration was measured to be less than about 5ppm, satisfying the target value (less than 5ppm).
Alternative Title
A study on the Control of Boric Acid in Discharge Water of Nuclear Power Plants
Alternative Author(s)
Jung Won Chul
Affiliation
조선대학교 일반대학원
Department
일반대학원 원자력공학과
Advisor
송종순
Awarded Date
2022-02
Table Of Contents
ABSTRACT ix

제1장 서론 1
제1절 연구배경 1
제2절 연구범위 및 방법 3

제2장 붕산 사용 현황 및 붕산 제어 선행연구 고찰 5
제1절 원전에서 붕산 사용 및 배출 현황 5
1. 붕산 사용 현황 5
2. 붕산수 배출 현황 5
제2절 붕산의 이온화 특성 및 붕산 제어 선행연구 고찰 8
1. 붕산의 이온화 특성 8
2. 붕산 제어 선행연구 검토 9
가. 역삼투막(RO, Reverse Osmosis) 9
나. 전기투석(ED, Electrodialysis) 12
다. 흡착제(활성탄) 15
라. 화학산화침전 18

제3장 붕산제어장치 고안을 위한 선행연구 실증실험 22
제1절 각 실험의 주요 특징 및 개념도 22
제2절 전기탈이온장치(EDI)를 이용한 붕산 제어 실험 23
1. 전기탈이온장치(EDI) 원리 및 구성 23
2. 전기탈이온장치(EDI) 제작 28
가. 산화·환원 전극액 구간 29
나. 희석액구간 29
다. 전극 32
3. 전기탈이온장치(EDI) 성능실험 및 결과 33
가. 유량, 전류밀도 및 이온교환수지 비율 변화에 따른 성능실험 33
나. 전해액 변화에 따른 성능실험 36
제3절 산화제 및 응집제를 이용한 붕산 제어 실험 41
1. 실험 개요 41
2. 산화제 및 응집제 개별 성능실험 45
가. 산화제(H2O2) 및 응집제(CaCl2, BaCl2) 45
나. 산화제(H2O2, O3) 및 응집제[BaCl2, CaCl2, Fe2(SO4)3] 50
제4절 여과막(RO)을 이용한 붕산 제어 실험 65
1. 실험 개요 65
2. 여과막(RO) 종류에 따른 붕산 제어 실험 67
가. 범용 RO 필터를 이용한 붕산 제어 실험 67
나. 산업용 RO 필터를 이용한 붕산 제어 실험 69
제5절 결 언 72

제4장 붕산제어장치(Pilot-Scale) 제작 및 성능실험 76
제1절 붕산제어장치(Pilot-Scale) 설계 및 제작 76
1. Pilot-Scale 설계 76
2. 붕산제어장치(Pilot-Scale) 상세 설명 77
가. 응집계통 77
나. 여과계통 79
다. RO 계통 80
라. 배출계통 80
마. 액체방사성폐기물 배출계통 81
3. 붕산제어장치(Pilot-Scale) 사전 성능실험 및 결과 81
가. 1000ppm B 처리수에 대한 약품 적용 기준 93
나. 1000ppm B 처리를 위한 단계별 처리시간 및 방법 94
다. 붕산 제어 성능실험 절차 94
제2절 공인기관 검증 및 발전소 실증시험 94
1. 붕산제어장치(Pilot-Scale) 공인기관 성능검증 시험 94
2. 붕산제어장치(Pilot-Scale) 현장 실증시험 96

제5장 결론 102

참고문헌 104
Degree
Doctor
Publisher
조선대학교 대학원
Citation
정원철. (2022). 원자력발전소 배출수에 포함된 붕산 제어 연구.
Type
Dissertation
URI
https://oak.chosun.ac.kr/handle/2020.oak/17225
http://chosun.dcollection.net/common/orgView/200000589140
Appears in Collections:
General Graduate School > 4. Theses(Ph.D)
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  • AuthorizeOpen
  • Embargo2022-02-25
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