KR100395097B1 - Method and apparatus for treating wastewater by using coke breeze - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 코크스공장에서 발생하는 부산물을 이용한 폐수처리 방법 및 이에이용되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wastewater treatment method using by-products generated in the coke plant and an apparatus used therein.
최근 환경오염물질 발생을 근원적으로 억제하려는 연구들이 많은 환경분야에서 연구되어지고 있는데, 특히 이를 청정기술이라 명명하고 있다. 선진국에서는 막대한 연구비를 투입해 기존의 환경오염물질 처리기술을 대처할 수 있는 청정기술 개발에 힘쓰고 있다.Recently, many researches have been conducted in the environmental field to fundamentally suppress the generation of environmental pollutants. In particular, these are called clean technologies. Developed countries are investing enormous research funds to develop clean technologies that can cope with existing environmental pollutant treatment technologies.
지금까지 폐수처리에는 활성탄을 이용한 폐수처리법이 대부분 채택되고 있다. 종래의 활성탄을 이용한 폐수처리 방법중 대표적인 예를들면, 제1도와 같은 흡착탑(12)을 이용하는 방식을 들 수 있다. 즉, 제1도와 같이, 폐수는 활성탄이 충전된 흡착탑(12)의 아래에서 위로 유입된다. 그 이유는 폐수를 흡착탑의 상부로 부터 도입할 경우 흡착탑 내부에 터널링(Tunnelling) 현상이 나타나, 흡착효율이 저하되기 때문이다. 흡착탑을 지난 폐수는 처리되어 배출된다. 이때, 흡착함을 재 충전하기 위해서는 여분의 예비 흡착탑이 있어야 하는데, 이제까지 대부분의 공정은 이 방법을 채택했다. 이 제1도는 기존의 방법 중에 최 선진 방법을 나타낸 것으로, 예비 흡착탑없이 연속해서 재생 활성탄과 신 활성탄을 보충하므로 인해, 연속운전이 가능하고 대량의 폐수를 처리할 수 있는 장점이 있다.Until now, most wastewater treatment methods using activated carbon have been adopted for wastewater treatment. Representative examples of the conventional wastewater treatment method using activated carbon include a method using the adsorption tower 12 as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1, wastewater is introduced from the bottom of the adsorption tower 12 filled with activated carbon. The reason is that when the wastewater is introduced from the upper part of the adsorption tower, tunneling occurs inside the adsorption tower, and the adsorption efficiency is lowered. Wastewater passing through the adsorption tower is treated and discharged. At this time, an extra preliminary adsorption tower must be provided to recharge the adsorption box. Most processes have adopted this method. Figure 1 shows the most advanced method of the existing method, and because it is continuously supplemented with regeneration activated carbon and new activated carbon without a preliminary adsorption tower, there is an advantage that it is possible to operate continuously and to treat a large amount of waste water.
그러나, 상기와 같은 폐수처리방법은 위와같은 개선점에도 불구하고 연속해서 운전할 경우, 폐활성탄 처리 문제가 있다. 즉, 흡착탑(12)에서 발생된 폐활성탄은 소각처리하거나, 재생처리를 하여야 하는데, 소각처리 시에는 폐활성탄 저장설비가 필요하며, 또한 소각시에 많은 에너지와 공해물질이 발생한다. 특히, 대규모 폐수처리 설비에서는 연속해서 활성탄을 재생하는 재생로(14) 등의 설비가 함께 있는데, 이 경우에도 활성탄 부활을 위한 수증기와 많은 에너지가 필요하며, 또한 재생처리 시에 공해물질이 다량 발생한다.However, the wastewater treatment method as described above has a problem of treating waste activated carbon when continuously operated in spite of the above improvement. That is, the waste activated carbon generated in the adsorption tower 12 has to be incinerated or regenerated. In the incineration, waste activated carbon storage facilities are required, and a lot of energy and pollutants are generated during incineration. In particular, a large-scale wastewater treatment plant has facilities such as a regeneration furnace 14 for continuously regenerating activated carbon. In this case, too, steam and a lot of energy are required for revitalization of activated carbon, and a large amount of pollutants are generated during the regeneration treatment. do.
이와같은 이유로해서 활성탄을 이용한 폐수처리는 설비가크고, 비용이 많이들기 때문에 특별히 고도 폐수처리가 필요한 곳에서만 실시된다는 단점이 있다.For this reason, wastewater treatment using activated carbon has a disadvantage in that it is carried out only in places where high wastewater treatment is particularly necessary because of the large and expensive equipment.
더욱이, 이러한 설비적인 문제이외에도 활성탄은 그 제조공정에서 많은 양의 공해물질을 발생시키는 것으로 알려져 있는데, 이는 활성탄 제조공정에서 사용되는 원료인 나무, 석탄, 야자껍질 등이 약 1000℃정도에서 탄화될 대 다량의 휘발성 공해물질을 발생하기 때문이다.Moreover, in addition to these plant problems, activated carbon is known to generate a large amount of pollutants in its manufacturing process, which means that wood, coal, and coconut shells, which are used in the manufacturing process of activated carbon, are carbonized at about 1000 ° C. This is because it generates a large amount of volatile pollutants.
따라서, 본 발명은 기존의 활성탄 대신 코크스 제조공정에서 분산물로 발생되는 분코크스를 흡착제로 이용하면서도 효율적으로 폐수를 처리하는 방법 및 이에 이용되는 간단한 폐수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for efficiently treating wastewater while using powdered coke generated as a dispersion in a coke manufacturing process instead of conventional activated carbon as an adsorbent, and a simple wastewater treatment apparatus used therein.
제1도는 종래의 폐수처리에 대한 개략 구성도1 is a schematic configuration diagram of a conventional wastewater treatment
제2도는 분코크스 발생과정을 설명하기 위한 코크스 제조공정도2 is a process diagram of coke production to explain the process of generating coke.
제3도는 본 발명에 부합되는 폐수처리장치의 구성도3 is a block diagram of a wastewater treatment apparatus according to the present invention
제4도는 활성화된 CDQ 분코크스와 미처리된 CDQ 분코크스에 대한 흡착속도 변화를 나타내는 그래프4 is a graph showing the adsorption rate change for activated and untreated CDQ powdered coke.
제5도는 CDQ 분코크스의 입도별 침강곡선도5 is the sedimentation curve of the particle size of CDQ
제6도는 CDQ 분코크스의 입도별 월류변화에 대한 제거율을 나타내는 그래프6 is a graph showing the removal rate of the monthly change of CDQ powder coke by the particle size
제7도는 폐수의 막투과 압력변화에 따른 물의 플럭스변화를 나타내는 그래프7 is a graph showing the change of flux of water according to the change of membrane permeation pressure of waste water
* 도면의 주요부분에 대한부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
30 ..... 페수처리장치 31 ..... 흡착제 투입기30 ..... Wastewater Treatment System 31 ..... Adsorbent Feeder
33 ..... 혼합반응기 34 ..... 침전지33 ..... Mixer 34 ..... Settling basin
36 ..... 여과기36 ..... Strainer
상기 목적달성을 위한 본 발명은 흡착제를 이용하여 폐수를 처리하는 방법에 있어서, 비표면적이 15㎡/g이상이고, 입도가 5-170메쉬범위인 분코크스를 흡착제로 하여 이를 폐수에 투입하는 단계:The present invention for achieving the above object is a method for treating wastewater by using an adsorbent, comprising the step of adding a powdered coke having a specific surface area of 15 m 2 / g or more and a particle size of 5-170 mesh as an adsorbent to the waste water; :
상기 투입된 분코크스와 폐수를 5-60분간 흡착반응시키는 단계;Adsorbing the injected coke and wastewater for 5-60 minutes;
상기 폐수를 10-60m/hr의 유속으로 월류시키면서 상기에서 흡착된 분코크스를 침전시키는 단계;Precipitating the adsorbed powdered coke while flowing the wastewater at a flow rate of 10-60 m / hr;
상기 침전된 분코크스는 재생하여 코크스공정으로 이송하고, 상기 월류된 폐수는 0.5-2bar의 압력으로 0.1-0.5㎛범위의 분리막을 통과시켜 처리수를 방출하는 단계; 로 이루어지는 분코크스를 이용한 폐수처리방법에 관한 것이다.The precipitated powdered coke is regenerated and transferred to a coke process, and the overflowed wastewater is discharged through a separator in a range of 0.1-0.5 μm at a pressure of 0.5-2 bar; The present invention relates to a wastewater treatment method using powdered coke.
또한, 본 발명은 흡착제를 이용하는 폐수처리장치에 있어서,In addition, the present invention is a wastewater treatment apparatus using an adsorbent,
일정량의 분코크스를 연속적으로 투입하는 흡착제투입기; 상기 흡착제투입기로부터 투입된 분코크스와 폐수를 회전력에 의해 저어주는 스크류(screw)가 내장된 혼합반응기; 상기 혼합반응기에 후속되어 위치하여 그로부터 방출되는 폐수를 담아 흡착된 분코크스를 침전시키는 침전지; 및 그 내부에 분리막이 내장되어 상기 침전지로부터 월류되는 폐수를 여과하고, 여과된 처리수를 방출하는 여과기;를 포함하여 구성되는 분코크스를 이용한 폐수처리장치에 관한 것이다.Adsorbent injector which continuously inputs a certain amount of powdered coke; A mixing reactor having a built-in screw that stirs the coke and wastewater introduced from the adsorbent injector by rotational force; A sedimentation basin, which is located subsequent to the mixing reactor and contains the wastewater discharged therefrom, to settle adsorbed powdered coke; And a filter having a separator built therein to filter the wastewater flowing out of the sedimentation basin and discharging the filtered treated water.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
우선, 본 발명에 적합한 분코크스로는 그 BET 비표면적이 15㎡/g 이상이고, 그 입도범위는 5-170메쉬(mesh)인 것이 바람직하다. 이러한 사양을 갖는 분코크스는 코크스 제조공정중 건식소화될 때 발생되는 분코크스(coke dry quendring : 이하 'CDQ') 를 들 수 있다.First, as the coke suitable for the present invention, the BET specific surface area is 15 m 2 / g or more, and the particle size range is preferably 5-170 mesh. The powdered coke having such a specification includes coke dry quendring (hereinafter referred to as 'CDQ') generated when dry fire is fired during the coke manufacturing process.
제2도는 일반적인 코크스제조공정을 나타내는데, 제2도와 같이 제철소에서 발생되는 분코크스는 3종류로 대별된다. 즉, 석탄이 장입되어 코크스 오븐(coke oven)에서 제조된 코크스는 물에 의한 습식소화(22) 및 가스에 의한 건식소화(24)방식으로 냉각되며, 습식 또는 건식소화된 코크스는 용광로(26)의 장입원료로 사용된다. 이때, 분코크스는 습식소화시 발생되는 분코크스(이하; '소화조 분코크스'), 건식 소화시 발생되는 CDQ, 및 습식 도는 건식소화된 코크스원료가벨트콘베이어(25)로 이송될 때 떨어지는 분코크스(이하, '낙광분코크스')로 나눌수 있다. 이중 본 발명에 따른 물성조건을 만족하는 것은 CDQ 이다.FIG. 2 shows a general coke production process. As shown in FIG. 2, powder coke generated in steel mills is roughly classified into three types. That is, the coke produced in the coke oven is charged with coal is cooled by the wet digestion 22 with water and the dry digestion 24 with gas, the wet or dry digested coke is the furnace 26 Used as feedstock for At this time, the powdered coke is powdered coke generated during wet digestion (hereinafter referred to as 'digestion tank coke'), CDQ generated during dry extinguishing, and wet or dry digested coke raw material falling when conveyed to the belt conveyor 25. (Hereinafter referred to as `` naked powder coke ''). Of these, it is CDQ that satisfies the physical condition according to the present invention.
상기와 같은 제철소 코크스공정에서 발생되는 분코크스에 대하여 질소에 대한 BET 비표면적과 입도분포를 예를들면 하기표 1 및 2와 같다.For example, BET specific surface area and particle size distribution of nitrogen with respect to powdered coke generated in the ironworks coke process as described above are shown in Tables 1 and 2.
[표 1]TABLE 1
[표 2]TABLE 2
상기표 1에서도 알 수 있듯이, 각 분말코크스의 BET 표면적을 측정한 결과, 낙광 분말코크스 0.68, 소화조 분말코크스 1.21, CDQ 분말코크스 16.7㎡/g 이었다. 따라서, CDQ 분말코크스를 흡착제로 사용하는 것이 가장 바람직함을 알 수 있다.As can be seen from Table 1, the BET surface area of each powder coke was measured, and as a result, the light fall powder coke 0.68, digester powder coke 1.21, and CDQ powder coke 16.7 m 2 / g. Therefore, it can be seen that it is most preferable to use the CDQ powder coke as the adsorbent.
또한, 상기 표2에는 입도의 크기가 낙광> 소화조> CDQ 분코크스인 것으로 나타났는데, 상기 CDQ가 흡착제로서 적합함을 알 수 있다. 특히, 입도가 큰 것은 고정층 흡착탑의 흡착제로, 작은 것은 유동층에 적합하다.In addition, Table 2 shows that the size of the particle size is falling light> digester> CDQ powdered coke, it can be seen that the CDQ is suitable as the adsorbent. In particular, larger ones are adsorbents for fixed bed adsorption towers, and smaller ones are suitable for fluidized beds.
한편, 상기와 같은 분코크스를 이용하여 본 발명에 따라 폐수처리하는데 적합한 장치를 제3도에 나타내었다. 즉, 본 발명에 부합되는 폐수처리장치(30)는, 일정량의 분코크스를 연속적으로 투입하는 흡착제 투입기(31) 다음에는 투입된 분코크스와 유입된 폐수를 흡착반응하도록 하기 위한 혼합반응기(33)가 설치되며, 혼합반응기(33)에서 흡착된 폐수를 침적시키는 침전지(34)가 상기 혼합반응기(33)에 연속하여 위치되고, 이어서 상기 침전지(34)의 후단에는 침전지로 부터 월류(overflow)되는 폐수를 최종적으로 여과는 여과기(36)를 포함하여 구성된다.On the other hand, a suitable apparatus for treating wastewater in accordance with the present invention using such a coke is shown in FIG. That is, in the wastewater treatment apparatus 30 according to the present invention, the adsorbent injector 31 for continuously feeding a predetermined amount of powdered coke is followed by a mixed reactor 33 for adsorbing the injected powdered coke and the introduced wastewater. A sedimentation basin 34 which is installed and deposits the wastewater adsorbed in the mixing reactor 33 is positioned continuously in the mixing reactor 33, and then the wastewater overflowed from the sedimentation basin at the rear end of the settling basin 34. Finally the filtration comprises a filter 36.
구체적으로 흡착제 투입기(31)는 제철소 코크스 제조공정에서 발생되는 분코크스가 90% 이상이 50메쉬(mesh)이하이기 때문에 분말상태의 코크스를 일정하게 투입하는 역할을 한다. 바람직하게는 상기 흡착제투입기(31)에는 상기 분코크스를 각 메쉬별로 선별하는 입도선별기(31a) 과 부착되는 것이 좋다.Specifically, the adsorbent injector 31 serves to constantly input powdered coke because 90% or more of the powdered coke generated in the ironworks coke manufacturing process is 50 mesh or less. Preferably, the adsorbent injector 31 may be attached to a particle size selector 31a for selecting the powdered coke for each mesh.
또한, 혼합반응기(33)는 유입된 폐수와 분코크스를 혼합반응시켜, 폐수중의 환경오염물질이 분코크스에 흡착되게하는 작용을 한다. 즉, 혼합반응기내에는 스크류(32)가 내장되어 이 스크류의 교반작용에 의해 분코크스가 폐수로 부터 흡착반응하여 환경오염물질을 흡착 제거한다.In addition, the mixed reactor 33 mixes and reacts the introduced wastewater and the powdered coke, thereby adsorbing the environmental pollutants in the wastewater to the powdered coke. In other words, the screw 32 is embedded in the mixing reactor, and the coke is adsorbed and removed from the waste water by the stirring action of the screw to adsorb and remove environmental pollutants.
다음은 본 발명의 혼합반응기를 최적으로 운전하기 위해 도입된 이론이다.혼합 반응기 해석은 다음과 같은 모델(Model)을 설정하여, 관계식을 정립하였다.The following is a theory introduced to optimally operate the mixed reactor of the present invention. The mixed reactor analysis established the following model and established a relational expression.
위 등식을 숫자로 나타내면 다음과 같다.The above equation is represented by a number:
윗식은 반지름 R인 구형 흡착제에 있어서, 임의의 반지름 r에서 △r 까지의 부피는 4πr2△r*q(r)이라 가정할 때, 흡착제에 흡착되는 양에 대한 일반식이다. 여기서 C는 농도, t는 시간, F는 유량이다. 이 식을 흡착제 투입량에 대한 관계식으로 표현하면 다음과 같은 식이된다.The above equation is a general formula for the amount adsorbed on the adsorbent for a spherical adsorbent of radius R, assuming that the volume from any radius r to Δr is 4πr 2 Δr * q (r). Where C is concentration, t is time, and F is flow rate. Expressed in relation to the adsorbent dose, the equation is:
따라서, 윗식을 이용하면, 혼합반응기에 분코크스 흡착제 투여량과 혼합반응기의 흡착시간을 최적화 시킬 수 있어, 혼합반응기의 규모와 처리시간을 결정할 수 있다. 본 발명에서는 CDQ 분코크스를 사용하기 때문에 폐수와의 처리시간은 약 5-60분 정도가 바람직하다.Therefore, by using the above equation, it is possible to optimize the dose of the powdered coke adsorbent and the adsorption time of the mixed reactor in the mixing reactor, so that the size and processing time of the mixing reactor can be determined. In the present invention, since CDQ powdered coke is used, the treatment time with wastewater is preferably about 5-60 minutes.
또한, 침전지(34)는 혼합반응기(33)에서 유출된 폐수 중의 분코크스를 분리시켜 침전하는 작용을 한다. 즉, 오염물질을 흡착한 분코크스를 중력에 의해 침강시켜 폐수로 부터 분리하는 작용을 한다. 본 발명의 침전지는 분코크스를 다음 공정인 정밀여과 공정에 적합하도록 특별히 작용해야 하는 것으로, 그 이론적 근거는다음과 같다.In addition, the sedimentation basin 34 functions to separate and settle the powdered coke in the wastewater discharged from the mixing reactor 33. That is, the powdered coke adsorbed pollutants are sedimented by gravity to separate them from the wastewater. The sedimentation basin of the present invention has to act specifically to make the powdered coke suitable for the next step, the microfiltration process, and the theoretical basis thereof is as follows.
본 발명의 분말코크스 침전의 경우에 입자간의 상호작용이 없으므로, 분코크스의 침전이 농도에 무관하게 일정한 침강속도를 갖게 되는 것으로 파악되었다. 즉 분말코크스는 정지해 있는 물소겡 놓여져 있을 때, 입자에 작용하는 중력이 물의 저항과 같게 될 때까지 가속도를 받으며 침전하다가, 평형상태가 되어 일정한 속도로 침전하는 것으로 판단되었다.Since there is no interaction between particles in the case of powder coke precipitation of the present invention, it was found that the precipitation of powdered coke has a constant sedimentation rate regardless of the concentration. That is, the powder coke was settled under acceleration until the gravitational force acting on the particles became equal to the resistance of the water when placed on the stationary water buffalo.
따라서 관계식은 다음과 같이 표현하였다.Therefore, the relation is expressed as follows.
여기서 FG는 중력,Where F G is gravity,
FD는 마찰력,F D is the frictional force,
VP는 입자체적,V P is the particle volume,
CD는 마찰계수(Frictional Drag Coeff.)C D is the coefficient of friction (Frictional Drag Coeff.)
AP는 입자의 투영면적,A P is the projection area of the particle,
V는 침강속도,V is the settling velocity,
ρP는 입자의 밀도,ρ P is the particle density,
ρL은 물의 밀도ρ L is the density of water
이 식으로 부터 유도한 입자의 침강 관계식은 다음과 같다.The sedimentation relation of the particles derived from this equation is as follows.
이때, 상기 마찰계수는, (a 와 n은 상수)라고 표현될 수 있다.At this time, the friction coefficient is , (a and n are constants).
[표 3]TABLE 3
한편, 형상인자 Ψ를 고려하여 마찰계수를 나타내면 다음과 같다.Meanwhile, considering the shape factor Ψ, the friction coefficient is as follows.
[표 4]TABLE 4
여기서, 분코크스와 같이 입자가 작을 경우 구형으로 가정할 수 있고, 또한 침전지의 흐름은 일반적으로 충류흐름이기 때문에 상기 표 3,4의 값을 이용하면 아래와 같은 방법으로 침강속도를 구할 수 있다. 물론, 충류흐름이 아닌 경우에도 상기 표 값을 이용하면 아래식에 의해 침강속도를 구할 수 있다.Here, if the particles are small, such as powdered coke can be assumed to be spherical, and because the flow of the sedimentation basin is generally a flow of flow, the sedimentation rate can be obtained by the following method using the values in Tables 3 and 4. Of course, even in the case of non-flow flow, the sedimentation velocity can be obtained by the following equation using the above table values.
윗 식은 다음을 나타낸다. 즉, 침전조에서, 폐수는 월류(Overflow rate)되고, 침강속도 Vs를 가진 입자는 제거될 때, 이 입자의 제거율은The above formula represents That is, in the settling tank, when the wastewater overflows and the particles with sedimentation rate Vs are removed, the removal rate of these particles is
Vs/VoVs / Vo
(Vo = Q/A, Q는 유량, A는 침전조의 평면면적)(Vo = Q / A, Q is the flow rate, A is the planar area of the settling tank)
로 나타낼 수 있다.It can be represented as.
그러나, 실제적으로는 분 코크스의 입자가 일정하지 않고 다양하게 분포되어 있으므로, 다음과 같은 침강식을 확립하였다.However, in practice, the particles of powdered coke are not constant but are distributed in various ways, and thus the following sedimentation equation is established.
여기서, 1-Fo는 Vo보다 큰 침강속도를 갖는 입자들의 제거율을 나타내고,Where 1-Fo represents the removal rate of particles having a sedimentation rate greater than Vo,
는 Vo보다 작은 침강속도를 갖는 입자들의 제거율을 나태난다. Shows the removal rate of particles with sedimentation rate less than Vo.
상기 침강속도에 의하면 침전지에서 월류되는 폐수의 유속은 분코크스의 입자크기에 따라 달라지는데, 본 발명에서 사용되는 입도크기 5-170 메쉬 범위의 CDQ 분코크스의 경우 폐수의 유속은 10-60 m/hr가 적당하다.According to the sedimentation rate, the flow rate of the wastewater flowing in the sedimentation basin varies depending on the particle size of the powdered coke, and in the case of the CDQ powdered coke of the particle size size 5-170 mesh range used in the present invention, the flow rate of the wastewater is 10-60 m / hr. Is suitable.
구체적으로, 상기 분코크스가 5-35메쉬인 입도를 사용하는 경우 폐수의 월류를 10-41m/hr의 범위로 하고, 또한 상기 분코크스가 35-70메쉬인 입도를 갖는 경우 폐수의 월류를 20-60m/hr의 범위로 하며, 상기 분코크스가 70-100메쉬인 입도를 갖는 경우 폐수의 월류를 10-55m/hr의 범위로 하고, 그리고 상기 분코크스가 100-170메쉬인 입도를 갖는 경우 폐수의 월류를 10-25m/hr의 범위로 함이 바람직하다.Specifically, when the particle size of the coke is 5-35 mesh, the monthly flow of wastewater is in the range of 10-41 m / hr, and when the minute coke has a particle size of 35-70 mesh, the monthly flow of the wastewater is 20. When the powdered coke has a particle size of 70-100 mesh, the monthly flow of wastewater is in the range of 10-55m / hr, and the powdered coke has a particle size of 100-170 mesh. It is preferable to make the monthly amount of waste water into the range of 10-25 m / hr.
마지막으로, 여과공정은 침전지(34)에서 침전되지 않은 미립 분코크스를 최종적으로 제거하는 작용을 한다. 즉, 이 공정은 미세여과막(micro filter)과 같은 분리막(35)을 이용해 침전지(34)에서 제거되지 않은 미립 분코크스를 분리제거하는 작용을 한다.Finally, the filtration process serves to finally remove the fine powdered coke that has not precipitated in the settling basin 34. That is, this process serves to separate and remove the fine powdered coke that has not been removed from the sedimentation basin 34 by using a separation membrane 35 such as a micro filter.
막분리 공정에 있어서, 중요한 인자는 압력과 플럭스인데, 막투과 압력(Transmembrane Pressure) 이란 분리막 모듈에 걸리는 압력을 나타내고, 플거스 보정은 물의 점도를 고려하여 다음 식과 같다.In the membrane separation process, important factors are pressure and flux. Transmembrane Pressure represents the pressure applied to the membrane module, and the correction of the flux is as follows in consideration of the viscosity of water.
여기서, J는 플러스Where J is plus
μ는 물의 점도μ is the viscosity of water
상기 식에서 물의 플러스는 막투과 압력에 비례하여 증가한다.In the above formula, the plus of water increases in proportion to the transmembrane pressure.
본 발명에 적합한 분리막은 그 구경이 약 0.1-0.5 ㎛범위인 미세여과막을,이때 유입되는 폐수의 막투과 압력은 0.2-2 bar의 압력이 바람직하다.Separation membrane suitable for the present invention is a microfiltration membrane having a diameter of about 0.1-0.5 ㎛ range, the membrane permeation pressure of the incoming waste water is preferably a pressure of 0.2-2 bar.
한편, 침전지(34)와 여과기(36)에서 새성된 폐분코크스는 기존에 존재하는 코크스오븐(Oven)(20)을 이용해 전량 재생한다. 재생된 분 코크스는 다시 폐수처리제로 재활용한다. 즉, 침전공정과 여과공정에서 분리된 분코크스는 오염물질을 다량 함유하고 있기 때문에, 소각처리나 재생처리를 실시해야 한다. 본 발명에서는 폐분코크스를 기존의 코크스오븐에 장입시켜 재생하는 것이 특징이다. 기존의 방법에 의해 활성탄 등의 폐수처리제(흡착제)를 소각이나 재새처리를 할 경우, 산화성 분위기(예, 수증기, 이산화탄소, 산소 등의 가스)에서 처리함으로 인해 다량의 공해 물질이 발생한다. 예를들면, 폐수중의 황합합물은 산화되어 SOx, 질소화합물(예를들어 단백질 따위)은 NOx, 탄소화합물은 이산화탄소 혹은 일산화탄소 등등이 되어 막대한 양의 공해물질을 배출한다. 그러나, 본 발명처럼 코크스 오븐을 이용하면, 코크스 오븐은 1100℃에서 환원분위(수소성분이 60%정도)이기 때문에, 폐수 중의 황화합물은 환원되어 유화수소, 질소화합물(예를들어 단백질 따위)은 암모니아 혹은 시안화합물, 탄소화합물은 메탄 혹은 유기화합물이 된다. 제철소의 코크스오븐에는 기존에 유화수소, 암모니아 제거설비가 되어 있어 대기중에 이들 물질이 방출되지 않는다. 즉, 현재 제철소가 보유한 이들 물질 제거설비로는 유안비료 제조설비가 있다. 또한, 탄소화합물은 메탄 혹은 유기화합물이 되므로, 오히려 코크스오븐에서 발생되는 가스의 발열량을 증가시키는 장점이 있다. 그리고, 환원분위기에서 재생된 분코크스는 폐수처리제로 100% 재활용이 가능하다.Meanwhile, the waste coke generated in the sedimentation basin 34 and the filter 36 is regenerated all by using the existing coke oven (Oven) 20. The recovered coke is recycled back to the waste water treatment. That is, the powdered coke separated in the precipitation process and the filtration process contains a large amount of contaminants, and therefore, incineration or regeneration treatment should be performed. The present invention is characterized in that the waste coke is charged into the existing coke oven and recycled. When incineration or re-treatment of wastewater treatment agents (adsorbents) such as activated carbon by conventional methods, a large amount of pollutants are generated by treatment in an oxidizing atmosphere (eg, water vapor, carbon dioxide, oxygen, etc.). For example, the sulfur compounds in the waste water are oxidized to SOx, nitrogen compounds (such as proteins) to NOx, carbon compounds to carbon dioxide or carbon monoxide, etc., to release enormous amounts of pollutants. However, when the coke oven is used as in the present invention, since the coke oven has a reducing atmosphere (about 60% of hydrogen content) at 1100 ° C., sulfur compounds in the waste water are reduced so that hydrogen sulfide and nitrogen compounds (such as proteins) are ammonia. Or cyanide and carbon compounds are methane or organic compounds. Coke ovens in steel mills are already equipped with hydrogen emulsification and ammonia removal facilities, which do not release these substances into the atmosphere. In other words, the current iron and steel removal facilities are plant fertilizer manufacturing facilities. In addition, since the carbon compound is methane or an organic compound, there is an advantage of increasing the calorific value of the gas generated in the coke oven. The coke regenerated in the reducing atmosphere can be recycled 100% as a wastewater treatment agent.
이하, 본 발명을 실시예을 통하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.
실시예 1Example 1
먼저, 본 실시예에서는 상기 표1 및 2와 같은 비표면적 및 입도분포를 갖는 CDQ 분코크스를 사용하였다.First, in this embodiment, CDQ powdered coke having a specific surface area and particle size distribution as shown in Tables 1 and 2 were used.
상기 CDQ 분코크스를 1000℃에서 30분동안 활성화 처리한 경우와 미처리 한 경우에 대하여 흡착속도를 실험적으로 구하고, 또한 이론에서 도출한 식을 이용하여 구한 결과를 제 4 도에 나타내었다.The adsorption rate was experimentally determined for the activated and untreated CDQ powdered coke at 1000 ° C. for 30 minutes, and the results obtained using the equation derived from the theory are shown in FIG. 4.
제 4 도에서, 활성화 처리 및 미처리 CDQ 분코크스의 화성폐수에 대한 흡착은 60분이후에는 거의 변화가 없는 것으로 나타났다. 180분 흡착량에 대한 처리 및 미처리 CDQ 분코크스의 시간별 흡착을 비교에서, 약 1분간 흡착양은 180분 흡착량에 대해 각각 53.6와 70.2%, 3분간 흡착양은 각각 71.0와 75.4%, 5분간 흡착양은 각각 74.9와 78.8%, 10분간 흡착양은 각각 82.7와 84.0%, 15분간 흡착양은 각각 87.1와 88.0%, 20분간 흡착양은 각각 89.9와 89.0%, 30분간 흡착양은 각각 92.3와 90.5%인 것으로 나타났다.In FIG. 4, the adsorption of activated and untreated CDQ powdered coke to chemical wastewater showed little change after 60 minutes. In comparing the adsorption of the treated and untreated CDQ powdered coke for 180 minutes, the adsorption amount for 1 minute was 53.6 and 70.2% for 180 minutes adsorption, 71.0 and 75.4% for 3 minutes respectively, and the adsorption amount for 5 minutes was The adsorption amounts of 74.9 and 78.8% and 10 minutes were 82.7 and 84.0%, and the 15 minutes were 87.1 and 88.0%, and the 20 minutes were 89.9 and 89.0% and the 30 minutes were 92.3 and 90.5%, respectively.
즉, 혼합반응기 설계에 있어서 폐수처리 시간은 5-60분간으로 하는 것이 타당한 것으로 나타났다.In other words, it was found that the waste water treatment time in the mixed reactor design was appropriate for 5-60 minutes.
한편, 이론적으로 예측선은 대체로 실험값과 비슷한 경향을 갖는 것으로 나타났는데, 특히 120분이후에는 실험값과 매우 일치하였다. 따라서, 분코크스를 이용하여 산업폐수 등의 처리시 본 발명에 따른 이론을 활용할 수 있음을 알 수 있었다.On the other hand, theoretically, the predictive line generally showed a similar tendency to the experimental value, especially after 120 minutes, very consistent with the experimental value. Therefore, it can be seen that the theory according to the present invention can be utilized in the treatment of industrial wastewater and the like by using coke.
실시예 2Example 2
침강실험은 직경 17cm, 높이가 100cm인 원통형관(제작한 Settling column)을 이용하여 침강속도와 부유물의 잔존중량비율을 구했다.In the sedimentation experiment, the sedimentation velocity and the residual weight ratio of the suspended solids were determined by using a cylindrical tube (made settling column) having a diameter of 17 cm and a height of 100 cm.
그 결과는 제 5 도에 나타내었다.The results are shown in FIG.
제 5 도에서 보듯이 코크스 건식소화공정에서 발새하는 분코크스 가운데 35-70Mesh에 해당하는 분말코크스가 입자의 직경이 가장 크므로 침강속도가 크고, 따라서 주어진 침강속도보다 작은 침강속도를 가지는 잔존중량비율이 제일 작게 나타나게 된다. 그 다음으로 CDQ 70-100 Mesh, CDQ 100-170 Mesh의 순서로 침강속도가 작아지므로 잔존중량비율이 커지고 있음을 알 수 있다. 체거름 하지 않은 원래의 분말코크스인 경우에는 CDQ 70-100 Mesh와 CDQ 100-170 Mesh사이에 침강곡선을 얻을 수 있으므로 평균직경도 그 사이에 존재함을 유출할 수 있다. 또한 170 Mesh를 통과하지 않고 위에 걸리는 분말코크스인 경우에는 170 Mesh를 빠져나온 입자가 없으므로 체거름하지 않은 원래 분말코크스보다 평균입자의 직경이 크게 되므로 침강 곡선도 그보다 낮은 위치에 존재하게 된다. 이 실험 결과는 다양한 CDQ 입자를 이용해 폐수처리를 실시할 경우, 침전지 설계를 위한 침강속도를 결정하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, the powder coke corresponding to 35-70Mesh among the powder coke produced in the coke dry fire extinguishing process has the largest particle diameter, so the sedimentation rate is large, and thus the residual weight ratio having a sedimentation rate smaller than the given sedimentation rate. Is the smallest. Next, the sedimentation rate decreases in the order of CDQ 70-100 Mesh and CDQ 100-170 Mesh, indicating that the remaining weight ratio is increasing. In the case of the original powder coke without sieving, the sedimentation curve can be obtained between the CDQ 70-100 mesh and the CDQ 100-170 mesh, so that the average diameter may exist between them. In addition, in the case of powder coke that does not pass through the 170 mesh above, since no particles have escaped the 170 mesh, the average particle diameter is larger than that of the original powder coke that is not sifted, so the settling curve is also present at a lower position. The experimental results can be used to determine the sedimentation rate for the design of the sedimentation basin when wastewater treatment with various CDQ particles is performed.
이러한, 침강속도 실험을 통하여 얻은 결과를 이용해 침전조 설계에 응용하기 위해, 침전조에서의 제거율과 월류(Overflow rate - Design Settling Velocity =Q/A, q는 유량, A는 침전조 단면적)와의 관계를 제 6 동 나타내었다.In order to apply to the sedimentation tank design using the results obtained from the sedimentation rate experiment, the relationship between the removal rate in the sedimentation tank and the overflow rate (Overflow rate-Design Settling Velocity = Q / A, q is the flow rate, A is the sedimentation tank cross section) The same is shown.
침전지에서 분말코크스의 제거율을 80-99%로 할 경우, CDQ를 체로 거르지 않은(no screen)것에 해당하는 분말코크스의 월류는 10-41m/hr, 35-70 Mesh에 해당하는 것은 20-60 m/hr, CDQ 70-100 Mesh에 해당하는 것은 10-55m/hr, CDQ 100-170 Mesh에 해당하는 것은 10-25 m/hr, 170 Mesh를 통과하지 않고 위에 걸리는 분말코크스인것은 10-50 m/hr하는 것이 타당한 것으로 나타났다.If the removal rate of powdered coke is 80-99% in the sedimentation basin, the monthly flow of powdered coke corresponding to no screening of CDQ is 10-41m / hr and 20-60m for 35-70 Mesh. / hr, CDQ 70-100 Mesh corresponds to 10-55m / hr, CDQ 100-170 Mesh corresponds to 10-25 m / hr, and powder coke that does not pass through 170 Mesh 10-50 m / hr appeared to be valid.
실시예 3Example 3
잔류 분말코크스를 여과하여 제거할 때, 분말코크스가 플럭스에 미치는 영향을 조사하기 위해 다음과 같은 시험을 실시하였다.When the residual powder coke was removed by filtration, the following test was conducted to investigate the effect of powder coke on the flux.
즉, 분리막의 제질은 Zr2O3이고, 세공크기 0.14㎛이며, 길이는 60cm인 관형막에 CDQ분코크스가 혼합된 증류수를 사용하여, 압력에 따른 분리막의 워터플럭스(Water Flux)를 측정하였다. 실험결과는 제 7 도에 나타내었다.That is, the quality of the membrane was measured using Zr 2 O 3 , pore size 0.14 μm, 60 cm in length, distilled water mixed with CDQ powdered coke, and water flux of the membrane according to pressure. . The experimental results are shown in FIG.
제 7 도는 170 Mesh이하 분코크스의 농도를 2000ppm으로 유지할 경우, 압력변화에 따른 플러스 변화를 나타낸 것이다, 여기서, 플거스(Flux)의 단위는 LMH 이다.FIG. 7 shows the positive change according to the pressure change when maintaining the concentration of powdered coke below 170 Mesh at 2000ppm, wherein the unit of flux is LMH.
분코크스에 대한 플러스는 압력이 변할 경우 플럭스가 증가했다. 그런, 2기압 이상에서는 감소할 것으로 예측되었다.The plus for powdered coke increased the flux as the pressure changed. However, it is expected to decrease above 2 atm.
실시예 4Example 4
제철소 코크스 제조공정에서 발생되는 폐수를 기존의 활성탄 폐수처리법과 본 발명과 비교시험해 보았다.The wastewater generated in the steelmaking coke production process was compared with the existing activated carbon wastewater treatment method and the present invention.
대상 폐수처리량이 하루 4만톤일 경우, 기존 폐수에 대한 화학적 산소요구량(COD) 약 25% 저감, 부유물질 약 100%, 시안(CN) 약 50-60%, 색도 70-90% 저감에 필요한 활성탄과 분코크스량 및 비용은 아래의 표 5와 같았다.If the amount of wastewater treated is 40,000 tons per day, activated carbon is required to reduce the chemical oxygen demand (COD) by about 25%, the suspended solids by about 100%, the cyan by about 50-60%, and the color by 70-90%. The amount and cost of coke were as shown in Table 5 below.
표 5Table 5
상기 표 5 에서 나타낸 것 이외의 기존방법은 재생로 운영비, 인건비, 공해방지설비 가동비등과 초기 투자시 폐수처리시설비 등을 고려하면 본 발명이 기존에 비해 월등이 경제성이 있음을 알 수 있다.Existing methods other than those shown in Table 5 can be seen that the present invention is more economical than the conventional one, considering the operation costs, labor costs, pollution prevention equipment operation costs, and waste water treatment facility costs during initial investment.
상술한 바와같이, 본 발명은As mentioned above, the present invention
첫째, 흡착제 구입이 용이하고 가격이 저렴하고, 둘째, 폐흡착제 처리시에 소각(혹은 재처리)비용이 부담이 없으며, 셋째, 폐흡착제를 저장, 운소하는데 소요되는 많은 비용을 절감할 수 있고, 또한 넷째, 기존에 비해 설비가 간단한 효과가 있다.First, it is easy to purchase the adsorbent and the price is low. Second, there is no burden of incineration (or reprocessing) cost in the treatment of the waste adsorbent. Third, the cost of storing and transporting the waste adsorbent can be reduced. Fourth, the installation is simple compared to the existing effect.
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