원자력발전의 최대 걸림돌은 사용 후 핵연료인 고준위폐기물이다. 높은 방사능과 발생하는 열은 사용 후 핵연료의 안전한 처분을 어렵게 하고 있다. 현재 유일한 처리방법은 심지층 처분기술이다. 본 논문은 이와 같은 심지층 처분기술의 핵심기술 중의 하나인 처분용기의 구조안전성 설계문제를 다루고 있다. 특히 처분장에서 처분용기 처분 시 사고로 운송차량에서 추락 낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기에 발생하는 응력 및 변형에 대한 비선형구 조해석을 수행하였다. 해석의 주된 내용은 심지층 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력을 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하고 이 충격력에 의하여 처 분용기에 발생하는 응력 및 변형을 유한요소 정적 구조해석 상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구한 것이다. 해석결과는 충돌 충격 시간 중 발생하여 처분용기에 가해지는 충격력에 의하여 처분용기, 특히 처분용기의 위 덮개 혹은 아래 덮개에 큰 응력과 대변형이 발생함을 보여주고 있다.

A pilot-scale biocover was installed at a sanitary landfill for municipal waste, and the removal of volatile organic compounds (VOCs) by the biocover was evaluated for a long period of 550 days. The biocover (2.5 m W × 5 m L × 1 m H) was constructed with the mixture of soil, perlite, earthworm cast and compost (6:2:1:1, v/v). The total VOCs concentration of the inlet gas into the biocover was 820.3 ppb~7,217.9 ppb, and the total VOCs concentration of the outlet gas from the surface of the biocover was 12.6 ppb~1,270.1 ppb. The average removal efficiency of total VOCs was 87.6 ± 11.0% (60.5% for minimum and 98.5% for maximum). Toluene concentration was the highest among the inlet VOCs, followed by ethylbenzene, m, p-xylene and o-xylene. These aromatic VOCs accounted for more than 50% of the total VOCs concentration. Other than these aromatic VOCs, hexane, cyclohexane, heptane, benzene, and acetone were major VOCs among the inlet VOCs. Compared with the VOC profiles in the inlet gas, the relative contribution of dichloromethane to the outlet VOCs emitted from the biocover layer increased from 0.1% to 15.3%. The average removal efficiencies of BTEX in the biocover were over 84% during the operation period of 550 days. The average removal efficiencies of hexane, cyclohexane and heptane in the biocover were 86.0 ± 18.9%, 85.4 ± 20.4% and 97.1 ± 4.0%, respectively. The removal efficiency of VOCs in the biocover decreased not only when the ambient temperature had fallen below 5oC, but also when the ambient temperature had risen above 23oC. Information on the VOCs removal characteristics of the biocover installed in the landfill field can be useful for commercializing the biocover technology for the treatment of VOCs.

원자력발전소 운영 과정에서 발생되는 폐기물인 폐수지를 원천적으로 저감하기 위해, 새로운 폐수 정화기술을 개발하고 원전 폐수처리시스템에 가상적으로 적용하여 효용성을 평가하고자 하였다. 본 기술의 기본 원리는 폐수에 존재하는 주요 핵 종이온들을 생물학적 혹은 화학적 방법을 통해 무기 결정광물로 바꾸는 방식이다. 실험실에서 폐수를 대상으로 회분식실험을 통해 핵종 제거율을 측정한 결과, 생물학적 방법은 24시간 이내에 세슘을 80% 이상 제거하였고, 화학적 방법은 95% 이상 세슘을 선택적으로 제거할 수 있었다. 그리고 원전 폐수에 존재하는 다른 주요 핵종들(Co, Ni, Fe, Cr, Mn, Eu)에 대해서도 초기 99% 이상의 높은 제거율을 보여 주었다. 우리는 APR1400 원자력발전소의 폐수처리시스템 공정에서 역삼투압(R/O)과 유기 이온교환수지 모듈 사이에 가상으로 본 기술 모듈을 설치하였다. 가상의 모듈 설치를 통한 기술적 타당성 평가를 통해, 우리는 폐수의 주요 핵종들이 90% 이상 선택적으로 제거되고 폐수지의 발생량이 대폭 감소된다는 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과가 의미하는 바는 본 기술이 향후 미래에 상용화되었을 경우, 폐수지 관리 비용을 크게 감소시키고 수지 수명도 대폭 연장시킬 수 있어, 결과적으로 월성 방사성폐기물 처분시설의 저장고 포화시점을 최대한 늦출 수 있는 이점이 있다.

Wasted meat & bone has generated as byproducts in the slaughtering process of livestock and also faced with demands for its recycling and environmental protection. Many studies have been conducted to recycle byproducts and carried out mainly on the crushing of bones and the vacuum packing technology of products. In this study, the crushing unit, transporting unit, separated unit and packing unit have designed for development of the crushing and packing systems. Also, to confirm the performance of this system, the experimental verification were carried out the working noise and packing weight.

식품생산과정에서 발생하는 유기성폐기물인 골분, 유박, 굴 패화석을 토양에 투입한 결과 일부 처리구에서 토양생물과 화학성이 영향을 받았다. 골분은 토양의 질산태질소를 일시적으로 증가시켰고, 패화석은 pH를 증가시켰다. 골분은 느티나무 생장을 증진시키는 효과가 있었기 때문에 이차적으로 토양생태계에 영향을 미칠 수 있다. 미생물 PLFA는 패화석에 의해 증가하였으며 환경스트레스를 나타내는 지표도 낮은 경향이 있었다. 이것은 패화석이 양분 증가보다는 pH 증가를 통해 미생물의 서식환경을 개선하는 효과가 있다는 것을 보여준다. 토양미소동물 중에는 세균섭식성 선충만이 유박과 골분 처리구에서 증가하였다. 이들 밀도와 세균 PLFA 간에 상관관계는 없었다. 다만 식물생장과 식물섭식성선충의 유의적 상관관계는 유기물투입이 식물을 통해 이차적으로 토양생태계에 영향을 줄 수 있다는 것을 부분적으로 보여준다. 따라서 유기성폐기물 처리는 토양화학성 변화를 통해 일차적으로 미생물 군집에 영향을 주지만, 미생물을 섭식하는 생물군에게 상향식의 양적인 연쇄반응을 일으키지 않을 수 있다는 것을 시사한다.

본 연구에서는 고수분 음식물 및 농업 폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 열분해장치를 개 발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 건조용량 50kg/hr인 실험실용 열분 해장치를 제작하였다. 건조 처리된 농업폐기물과 음식물 폐기물을 열분해처리용 실험 원료로 사용하 였다. 원료종류, 열분해 온도, 열분해 시간에 따른 농업폐기물과 음식물 폐기물의 열분해 특성을 파악 하였다. 농업폐기물 건조물의 열분해 처리 결과, 열분해 처리능력은 평균 55.35kg/hr, 저위발열량은 평균 3,333kcal/kg으로 측정되었다. 열분해처리 하지 않은 농업폐기물의 고위발열량은 3,400kcal/kg, 저위발열량은 3,090kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 향상됨을 알 수 있었다. 음식물 폐기 물 건조물의 열분해 처리 결과, 열분해 처리능력은 평균 88.27kg/hr, 저위발열량은 평균 4,016kcal/kg 으로 측정되었다. 열분해처리 하지 않은 음식물 폐기물의 고위발열량은 4,040kcal/kg, 저위발열량은 3,686kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 역시 향상됨을 알 수 있다. 열분해 처리능력은 연구목표치인 50kg/hr보다 높게 나타났으며, 저위발열량은 연구목표치인 4,000kcal/kg 보다 다소 높게 나타났다. 다만 저위발열량 측정 기준 함수율이 습량기준으로 약 10%로 추정되는 바 5%로 조절하 고, 열분해 열풍온도를 상승시키면 발열량이 더욱 향상될 것으로 판단되었다.

2017년 고리 1 호기 영구정지를 계기로 국내 원자력발전소의 해체가 점차 가시화되고 있다. 앞으로 원전 해체가 본격적으로 추진될 경우 원전 1기 당 약 16만 t의 콘크리트 폐기물이 발생될 것으로 예측되었으며, 이들 콘크리트 폐기물은 대부분 오염 준위가 매우 낮아 자체처분 대상으로 고려될 수 있다. 따라서, 국내 자체처분 폐기물(원자력안전위원회 고시 2017-65호에 따른 자체처분 허용농도 또는 자체처분 허용선량을 만족하는 폐기물)에 대한 현행 규제체계가 대량의 콘크리트 폐기물에 대한 무제한적 자체처분에 대해서도 유효성을 유지할 수 있는지를 사전에 확인할 필요가 있다. 이와 관련, 국내 자체처분 규정 개발 시 참조기준인 IAEA SRS No. 44를 심층분석하고, 국내 산업계 현황을 반영한 입력값과 계산식을 이용하여 4가지 자체 처분 시나리오에 대한 예상 피폭방사선량을 평가하였다. 그 결과, 재활용 시나리오에 대한 예상선량은 대부분 정상 시나리오에 대한 자체처분 선량 기준(즉, 0.01 mSv·y-1)보다 낮은 것으로 평가되었으나, 성토 후 거주 시나리오의 경우 보수적인 가정을 적용하면 자체처분 선량 기준을 초과할 가능성도 배제할 수 없는 것으로 나타났다. 따라서, 대량의 해체 콘크리트 폐기물의 안전하고 지속가능한 자체처분을 위해서는 폐기물 처리업체 다변화, 성토 시나리오에 대한 보다 구체적인 평가, 성토를 통한 자체처분에 대한 부분적 제한조건 설정 등을 고려할 수 있다.

우리나라는 원자력 발전소를 운영하면서 발생하는 중·저준위 방폐물을 경북 경주시에 위치한 방폐물처분장을 통하여 영구적으로 처분하고 있다. 하지만 방폐물의 해상운송은 해양사고의 위험성에 노출되어 있고, 이에 관하여 해양경찰의 기능과 역할적 관점에서 안전성 확보를 위한 제도의 도입이 필요할 것이다. 특히 우리나라는 허베이스프리트 사고 또는 세월호 사고 등 국가적 재난에 해당하는 대형 해양사고로 인하여 사회적 영향을 받은 바 있으므로, 이를 대비한 대응체계가 필요할 것이다. 이러한 관점에서 우리나라의 방폐물 해상운송의 현황을 파악해 보고, 외국 주요국의 대응체계에 대해서 살펴보았다. 주요 사고 사례를 검토한 결과, 이와 유사한 핵물질 운반선 및 위험물 운반선의 사고 등 사회적, 지역적, 국제적 영향을 미칠 수 있는 해양사고에 긴급하게 대응하고자 유럽 국가를 중심으로 비상예인선(ETV) 선단을 운용하고 있었으며 일정 부분 효과를 증명하고 있다. 이를 바탕으로 한국형 ETV의 도입을 제시한다. 즉, 핵물질 운송선박, 대형 유조선, 대형 여객선 등의 해양사고와 같이 막대한 환경적, 재산적, 인명적 손해로 이어질 수 있는 대형 해양사고의 초기 대응을 위해 비상예인기능, 유류오염 방제기능과 구조 장비 및 인력 수송이 가능한 한국형 ETV의 도입이 필요하리라 보인다. 이를 통해 해양경찰의 해양사고 대응기능의 향상으로 이어지며, 국가적 재난에 대한 초기대응의 골든타임을 놓치지 않게 되어 귀중한 인명과 재산을 지키고 환경을 보호하는데 일조할 것이다.

2013년 국내 시설(비닐, 유리 온실)에서 재배되는 토마토, 풋고추, 파프리카의 생산량은 총 632,315톤으로 잎, 줄기 등 발생되는 폐기물은 수확량의 약 30%에 해당되는 189,695 톤으로 추정되며 대부분 노지에 방치 유실되거나 소각 처리된다. 본 연구에서는 이 처럼 단순 폐기되는 농업폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 건조 장치를 개발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 건조용량 100kg/hr인 실험실용 건조기를 제작하였다. 경상남도 진주시 농업기술원 온실에서 재배되는 파프리카, 토마토, 딸기, 가지, 고추 등의 부산물을 실험원료로 사용하였다. 원료성상, 원료이송방식, 송풍량, 건조온도, 건조시간에 따른 부산물 건조특성을 파악하였다. 원료를 비교적 짧게 절단하고 열풍이 배출되는 다공판위를 견인형 컨베이어로 이송시키는 형태의 경우 건조실험 결과 세절된 원료에서 추출된 내부 수분이 외부로 유출되어 원료들 사이의 공극을 채워 건조공기가 원료 층을 통과하지 못하게 하고, 특히 100℃ 이상 고온에 노출되는 경우 원료표면에 잔류하는 유출 수분이 건조되면서 막을 형성하여 내부 원료들은 전혀 건조가 되지 못하는 현상이 관측되었다. 이러한 원료내부의 공극형성 불량으로 국부적으로 공기가 통과되는 부분만 집중적으로 급격한 건조가 진행되고 공급된 건조공기 대부분이 이 부분으로 유출되어 효과적인 건조가 전혀 진행되지 못하였다. 피건조물 사이의 공극형성을 위해 원료를 절단하지 않고 수행한 건조실험 결과 송풍량 및 온도에 따라 건조속도 및 처리용량이 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다. 특히 송풍량과 압력을 증가시킨 건조 실험결과 건조 상하층 간 불균일 건조해소 및 건조속도, 건조능력에서 연구목표치인 100kg/hr, 60%/hr를 상회하는 결과를 보였다. 특히 건조공기온도 150℃ 이하에서도 송풍량을 증가시켜서 원하는 건조작업 수행이 가능함을 확인할 수 있었다. 결론적으로 시설농업폐기물 같은 산물밀도가 작은 초본계 원료도 컨베이어형 원료이송 형태로 연속식 열풍건조가 가능함을 확인하였다.

In this study, to replace the ‘J-slot joint’, a joint device between a disposal canister and an emplacement jig in Deep Borehole Disposal process, a novel joint device was designed and tested. The novel joint device was composed of a wedge on top of a disposal canister and a hook box at the end of a winch system. The designed joint device had merits in that it can recombine an emplaced canister freely without the replacement of the joint component. Moreover, it can be applied to various emplacement jigs such as drill pipes, wire-lines, and coiled tubing. To demonstrate the designed joint device, the joint device (Φ 110 mm, H 148 mm), a twin canister string (Φ 140 mm, H 1,105 mm), and a water tube (Φ 150 mm, H 1,500 mm) as a borehole model were manufactured at 1/3 scale. As deployment muds, Na-type bentonite (MX-80) and Ca-type (GJ II) bentonite muds were prepared at solid contents of 7wt% and 28wt%, respectively. The manufactured joint device showed good performance in pure water and viscous muds, with an operation speed of 10 m·min-1. It was concluded that the newly developed joint device can be used for the emplacement and retrieval of a deep disposal canister, below 3~5 km, in the future.

본 연구의 목적은 고준위폐기물 처분기술 개발과 관련하여 현장실증 연구를 위해 사용될 공학규모 이상의 균질 완충재 블록 을 제작하기 위한 새로운 방법론을 제시하는 것이다. 이와 관련하여 플롯팅 다이(floating die) 방식의 프레스 재하 및 냉간 등방압프레스(CIP; Cold Isostatic Press) 기법을 국내 최초로 완충재 제작에 적용하였다. 또한 소요 밀도기준을 충족하는 완충재 블록을 생산하기 위한 최적의 제작조건(프레스 및 CIP의 소요 압력)과 현장 적용성을 분석하였다. 상기 기법의 적용을 통해 완충재 블록 내 밀도분포 편차가 현저히 감소하였으며, 이와 동시에 평균 건조밀도가 소폭 상승하고 약 5%의 크기가 감소하였다. 또한 CIP 적용을 통해 응력이완(stress release) 현상이 감소하고, 이로 인해 시간 경과에 따른 표면균열 발생이 현저히 저감됨을 시험제작을 통해 확인하였다. 본 연구에서 제시된 방법론은 공학규모 이상의 균질한 완충재 블럭을 성형할 수 있으며, 또한 이는 선진핵주기 고준위폐기물처분시스템(AKRS; Advanced Korea Reference Disposal System of HLW)의 완충재 소요 밀도기준을 충족하는 것으로 분석되었다.

향후 원자력시설 해체 시 막대한 양의 해체 콘크리트 폐기물이 발생할 수 있음을 감안하였을 때, 방사성 콘크리트 폐기물의 최적 처리기술에 대한 면밀한 검토와 향후 기술개발 방향에 대한 논의는 반드시 필요하다. 본 논문에서는 방사성 콘크리트 폐기물의 국내외 발생 사례를 종합해 보고, 처리 대상이 되는 방사성 콘크리트 폐기물의 특성을 검토하였다. 또한, 종래의 방사성 콘크리트 처리기술로써 기계적 제염기술, 화학적 제염기술, 부피감용기술, 재활용 및 고화기술에 대한 국내외 적용 사례를 정리하고 기술 개발 동향을 살펴봄으로써 기존 기술의 한계점을 파악하고 기술 고도화 방향을 고찰해 보고자 한다.

우라늄 토양 및 콘크리트 폐기물의 동전기 제염 후 방사성폐기물의 시멘트 고화특성을 분석하기 위하여, 시멘트 고화 유동성 시험을 수행하고 시멘트 고화 시료를 제작하였다. 시멘트 고화시료에 대하여 압축강도, pH, 전기전도도, 방사선조사 효과 및 부피증가를 분석하였다. 방사성폐기물의 시멘트 고화의 작업 적정도는 175~190% 정도였다. 시멘트 고화시료의 방사선 조사 후 압축강도는 방사선 조사 전 압축강도 보다 약 15% 감소하였으나, 한국원자력환경공단 인수기준 (34 kgf·cm-2)을 만족하였다. 동전기 제염 후 방사성폐기물의 시멘트 고화 시료에 대한 SEM-EDS 분석결과, 알루미늄상은 시멘트와 잘 결합 한 형상을 나타낸 반면, 칼슘상은 시멘트와 분리된 형상을 나타내었다. 방사성폐기물의 시멘트 고화 부피는 시멘트에 대한 폐기물의 배합과 수분량에 따라 다르게 나타났다. 방사성폐기물의 시멘트 고화 부피(C-2.0-60)는 약 30% 증가였으며 동전기 제염 후 생성된 방사성폐기물의 영구처분은 적절하다고 판단되었다.

Due to economic feasibility and recycling policy of wastes, various types of residues have been studied particularly for high valued materials, such as gas adsorbents. In this study, the preparation of an adsorbent using the waste from coffee manufacturing process was attempted, and the removal efficiencies the odor and VOCs with acetaldehyde were quantitatively evaluated. The obtained coffee adsorbent had a specific surface area ranging from 400~1024 m2/g, the adsorption amount at the largest specific surface area was about 92.6 mg/g for acetaldehyde. The adsorption time by the characteristics of the adsorbents, such as pore, pore volume and the amount of adsorbent was also measured. This was to determine whether or not coffee adsorbents have any performance as adsorbent.

국내 원자력발전소의 사용후핵연료는 소내저장시설에 보관되어 있으나 저장시설의 용량 확장이 어려움이 있으며, 연구기관 의 연구로에서 발생하는 고준위 방사성폐기물도 자체 보관중이나 영구적으로 저장할 수 없다. 또한 원전의 해체 시에도 고 준위 방사성폐기물이 발생할 것으로 예상된다. 이에 따라, 본 연구에서는 현재 개발된 사용후핵연료 운반용기를 사용하여 고준위 방사성폐기물을 가상의 관리시설로 철도를 통하여 운반하는 경우에 대하여 작업자 및 운반경로 주변 일반인의 예상 피폭선량을 평가하였으며, 그 결과를 국내 법적기준치와 비교하였다. 또한, 고준위 방사성폐기물의 상하차 작업 시 작업자 와 운반용기 간 거리와 운반사고 시 방사성핵종의 누출율의 변화에 따른 피폭선량의 변화에 따른 피폭선량 추이와 운반에 사용되는 열차의 구성에 따른 운반작업자의 피폭선량 변화를 분석하였다. 본 연구에서 설정한 모든 조건에서의 예상피폭선 량은 국내 법적제한치 이하임을 확인하였다.

중·저준위방사성폐기물 표층처분시설 인간침입시나리오의 ‘평가/해석에 대한 불확실성’의 관리를 위해 GENII를 이용 한 평가결과를 오염토양에 대한 방사선영향평가를 위해 개발된 RESRAD를 이용하여 검증하였다. 중저준위방사성폐기물 표 층처분시설의 인간침입시나리오로 시추후거주시나리오를 선정하여 각 코드의 현상 모사에서 발생하는 한계점을 파악하고 동일한 입력데이터 조건에서 두 코드의 평가결과를 비교분석함으로써 모델링의 불확실성을 분석하였다. 평가결과 각 코드 에서 일부 핵종의 거동모사에 대한 차이는 있었으나 폐쇄후관리기간 이후 선량평가 결과 모든 피폭경로에 대한 경향이 유사 함을 확인하였다. 또한 RESRAD에서 확인한 선량평가 결과를 바탕으로 입력인자에 대한 민감도 분석을 수행하고 주요입력 인자를 도출하였다. 이를 통해 모델링 결과 및 입력인자에 대한 불확실성을 분석하고 안전성평가 결과에 대한 신뢰성을 확 인하였다. 본 연구의 결과는 중저준위방사성폐기물 처분시설의 Safety Case 구축에 활용될 수 있다.

2017년 6월에 영구정지 된 고리 1호기의 해체는 한국의 상업 원전에 대한 첫 해체 사례가 될 것이다. 해체 과정 중에 발생하 는 폐기물에 대한 처분은 전체 해체 비용의 많은 부분을 차지한다. 따라서 방사화 및 오염된 콘크리트 구조물은 적절한 해체 전략을 수립하여 경제적이고 안전하게 해체되어야 한다. 본 논문에서는 생물학적 차폐체에 대한 최적화된 해체 및 처분 시 나리오를 연구하였다. 해체사례, 폐기물 처분 규정 및 처리 기술을 분석하였다. 그리고 생물학적 차폐체 제거 과정의 폐기물 발생량을 최소화하기 위해서, 최적 해체 시나리오를 제시하였고 폐기물 처분 방안을 도출하였다.

고준위폐기물 처분용기를 처분장에서 처분 시 사고로 운송차량에서 추락낙하 하여 지면과 충돌하는 경우 처분용기에 가 해지는 충격력에 의해 처분용기에 응력이 발생한다. 본 논문에서는 고준위폐기물 처분용기의 구조안전성 설계과정의 일환으 로 이와 같은 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력에 대한 비교연구를 수행하였다. 연구의 주된 내용 은 이와 같은 비교연구를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기의 설계에 관한 것이다. 처분장에서 운반차량으로 처분용기 운 반 중 사고로 추락낙하 하여 지면과의 충돌 시에 처분용기에 가해지는 충격력은 기구동역학해석 상용 컴퓨터코드인 RecurDyn으로 구하였다. 이렇게 구한 충격력에 의하여 여러 가지 처분용기 모델에 발생하는 응력 및 변형은 유한요소해석 상용 컴퓨터코드인 NISA를 이용하여 구하였다. 이 응력과 변형 값들의 비교 검토를 통하여 구조적으로 건전한 처분용기에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 처분용기 내부 고준위폐기물 다발을 감싸는 외곽 벽의 두께가 두꺼워 질수록 또는 처분 용기의 직경이 커질수록 처분용기에 발생하는 응력이 커지는 것을 알 수 있었다. 그러나 처분용기에 가해지는 충격력도 처 분용기의 직경이 커짐에 따라 증가하였다. 그럼에도 불구하고, 단위 충격력 당 발생하는 변형의 크기는 직경이 증가함에 따 라 감소하였다. 따라서 결론적으로 직경이 증가할수록 처분용기는 구조적으로 건전함을 알 수 있었다.