KR100951955B1 - 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리방법 및 처리장치 - Google Patents

유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리방법 및 처리장치 Download PDF

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Abstract

초임계수 산화반응을 이용하여 독립적으로 발생하는 유기폐수 및 무기폐수를 혼합하여 처리하는 방법이 개시된다. 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법에 있어서, 유기폐수 및 무기폐수는 각각 또는 혼합되어 고압펌프로 연속적으로 주입된 후, 예열기로 가열되고, 반응기에서 처리되고 열교환을 거쳐 배출된다. 무기폐수는 반응기에서 무기입자를 형성하여 유기폐수의 유기물 분해를 촉진시킴으로써, 유기폐수의 유기물 분해율을 향상시키고, 무기입자를 회수할 수 있다.

Description

유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리방법 및 처리장치 {Method of treatment of organic wastewater mixed with inorganic wastewater and apparatus for treatment of organic wastewater mixed with inorganic wastewater}
본 발명은 유기폐수 및 무기폐수의 혼합처리 방법 및 이를 수행하기 위한 혼합 처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 초임계수 산화기술을 이용하여 유기폐수 및 무기폐수를 효과적으로 정화할 수 있는 혼합 처리방법 및 이를 수행하기 위한 혼합 처리장치에 관한 것이다.
산업현장에서 배출되는 폐수는 제품을 생산하는 과정에서 필연적으로 발생되는 부산물들이다. 현재 산업폐수의 처리 방법으로 생물학적 처리 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 상기 생물학적 처리 방법은 고농도의 유기물 또는 난분해성 유기물을 함유한 폐수의 처리에는 적합하지 않다. 뿐만 아니라, 중금속 등의 무기물이 함유되어 있는 무기 산업폐수의 경우에는 생물학적 처리 방법으로 중금속의 제거가 어렵다.
이에 따라, 보다 효과적으로 고농도의 유기물 또는 난분해성 유기물을 함유한 폐수의 처리 문제를 해결하기 위해 초임계수 산화법을 이용한 폐수 처리 기술이 도입되었다. 이러한 초임계수 산화법은 오염물이 존재하는폐수 자체를 액상으로 유지하는 대신 폐수의 임계점(임계온도 374 ℃, 임계압력 218기압) 이상으로 조정하고 산소 또는 공기와 같은 산소원의 존재 하에서 오염물을 산화 처리하는 방법이다.
초임계수에서의 산화 반응은 산소와 유기물 사이의 물질전달 저항이 없기 때문에 수분 이내에 대부분의 유기 오염물을 99.99 % 이상 분해시키는 능력을 발휘할 수 있다. 여기서 주 생성물은 물과 이산화탄소이며 적절히 처리된 최종 생성물은 무해하기 때문에 특별한 후처리 없이 그대로 배출될 수 있다.
유기물 함유 폐수의 초임계수 산화법은 폐수에 함유되어 있는 무기물질의 석출로 인하여 초임계수 산화 반응기가 막히는 문제점을 갖는다. 이러한 문제점은 초임계수 산화 반응기에서 유체의 빠른 선속을 구현하여 무기물질 석출에 의한 반응기의 막힘을 방지할 수 있다.
그러나 초임계수를 이용하여 무기성분을 다량 함유하고 있는 유기폐수의 정화 및 포함된 무기물질을 효과적으로 회수 또는 제거하는 기술의 개발은 미약한 상황이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유기폐수와 무기폐수의 혼합 후 초임계 산화기술을 적용하여 유기물의 분해와 무기물의 회수를 동시에 수행할 수 있는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 초임계 산화기술을 적용하여 폐수 내에 포함된 유기물의 분해와 무기물의 회수를 동시에 수행할 수 있는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리장치는 혼합기, 초임계 산화반응기, 제1 열 교환기, 입자 분리기를 포함한다. 상기 혼합기는 유기폐수, 무기폐수 및 산화제가 유입되고, 이를 혼합하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성하는 유닛이다. 상기 초임계 산화반응기는 상기 혼합폐수가 유입되고, 상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 형성된 무기입자를 촉매로 하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시키는 유닛이다. 상기 제1 열 교 환기는 상기 산화 반응기로부터 배출되는 배출수와 상기 혼합기로 유입되는 유기 페수를 열 교환시키는 유닛이다. 상기 입자 분리기는 상기 배출수가 유입되고 상기 배출수에 포함된 무기입자를 회수하는 유닛 이다. 이러한 구성을 갖는 장치는 무기성분을 다량 함유하고 있는 유기폐수의 정화 및 포함된 무기물질을 효과적으로 회수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리장치는 혼합기로 상기 무기폐수를 218atm 이상의 압력으로 공급하는 제1 펌프 및 상기 제1 펌프와 연결된 제1 공급라인을 통해 공급되는 무기폐수를 가열하는 제1 가열부를 더 포함한다.
또한, 상기 혼합기로 상기 유기폐수를 218atm 이상의 압력으로 공급하는 제2 펌프 및 상기 제2 펌프와 연결된 제2 공급라인을 통해 공급되는 유기폐수를 300 내지 650℃의 온도로 가열하는 제2 가열부를 더 포함한다. 상기 입자 분리기는 고압 입자분리기 및 상압 입자분리기를 포함한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리방법을 수행하기 위해서, 먼저 제공되는 유기폐수, 무기폐수 및 산화제를 혼합하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성한다. 이어서, 상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 석출된 무기입자를 촉매로하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시킨다. 이어서, 상기 산화 분해반응으로 형성된 배출수에 포함된 무기입자를 회수한다. 상술한 방법을 수행하면 무기성분을 다량 함유하고 있는 유기폐수의 정화 및 포함된 무기물질을 효과적으로 회수할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 처리 방법은 유기폐수를 218 기압 이상의 압력으로 가압 공급하는 단계 및 상기 가압 공급되는 유기폐수를 300 내지 650℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 처리 방법은 상기 무기폐수를 218atm 이상의 압력으로 가압 공급 하는 단계 및 공급되는 무기폐수를 0 내지 650 ℃로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산화제는 218atm 이상의 압력으로 가압되며, 상기 유기폐수, 무기폐수 또는 이들의 혼합물과 혼합되도록 공급될 수 있다.
상기 무기입자의 석출은 상기 유기물의 분해시 생성되는 반응열에 의해 촉진될 수 있다. 상기 무기입자의 회수는 상기 배출수에 무기입자를 고압 입자 분리하는 단계와 고입 입자 분리된 배출수를 감압하는 단계와 감압된 배출수에서 기체와 액체를 별도로 분리하는 단계 및 기체가 분리된 배출수를 저압 입자 분리하는 단계를 순차적으로 수행하여 이루어질 수 있다.
상술한 구성을 갖는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리장치는 기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 형성된 무기입자를 촉매로 하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시킬 수 있다. 이에 따라, 혼합폐수에 포함된 유기물 분해율을 향상시킬 수 있는 동시에 형성되는 무기입자를 99.8% 이상 회수할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것을 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예들을 설명 하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 및 무기폐수의 혼합 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예 1의 유기폐수 및 무기폐수를 정화기 위한 혼합 처리장치는 무기폐수 공급펌프(12), 유기폐수 공급펌프(14), 산화제 공급펌프(16), 무기폐수 가열기(22), 유기폐수 가열기(24), 혼합기(32), 산화반응기(34), 1차 열교환기(36), 2차 열교환기(38) 및 입자 분리기(40)를 포함하는 구성을 갖는다.
상기 무기폐수 공급펌프(12)는 제1 공급라인(미도시)을 통해 상기 무기폐수 가열기(22)와 연결되고, 무기폐수를 218atm 이상의 압력으로 가압하여 상기 혼합기(32)로 내부로 공급한다. 상기 무기폐수 가열기(22)는 상기 혼합기(32)와 연결되고, 상기 혼합기(32)로 유입되는 무기폐수를 산화 반응이 용이하게 일어날 수 있도록 가열한다. 상기 무기폐수 가열기(22)는 상기 무기폐수를 약 0 내지 650 ℃ 로 가열하고, 바람직하게 약 25 내지 374℃로 가열한다.
상기 유기폐수 공급펌프(14)는 상기 제2 공급라인(미도시)을 통해 상기 1차 열교환기(36)와 연결되고, 무기폐수를 218atm 이상의 압력으로 가압하여 상기 혼합기(32)로 내부로 공급한다. 상기 유기폐수 가열기(24)는 상기 혼합기(32)와 1차 열교환기(36) 사이에 구비되고, 상기 혼합기로 제공되는 유기폐수를 초임계 산화반응이 용이하게 일어날 수 있도록 가열한다. 상기 유기폐수 가열기는 상기 유기폐수를 약 300 내지 650℃ 로 가열한다.
상기 산화제 공급펌프(16)는 상기 제3 공급라인(미도시)을 통해 상기 혼합기(32)와 연결되고, 산화제를 약 218atm 이상의 압력으로 가압하여 상기 혼합기(32)로 내부로 공급한다. 일 예로서, 상기 산화제가 무기폐수와 혼합된 상태로 상기 혼합기 내부로 공급될 수 있도록 상기 산화제 공급펌프(16)는 제3 공급라인 (미도시)을 통해 상기 제1 공급라인(미도시)과 연결될 수 있다.
상기 혼합기(32)는 상기 산화 반응기(34)와 연결되도록 구비되고, 가압 및 가열된 상태로 공급되는 무기폐수, 유기폐수 및 산화제가 유입/혼합되는 공간을 갖는 동시에 유입된 유기폐수, 무기폐수 및 산화제를 균일하게 혼합하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성한다.
일 예로서, 상기 혼합기(32)는 아임계 상태로 주입된 혼합폐수를 혼합기 내에서 발생하는 유기물의 발열반응을 이용하여 초임계 상태의 혼합폐수로 만든 이후, 상기 산화 반응기(34)로 주입시킬 수 있다.
일 예로서, 상기 혼합기(32)는 상기 산화 반응기(34) 내부의 상단에 노즐의 형태로 설치될 수 있다.
상기 산화 반응기(34)는 상기 혼합기(32)와 열 교환기(36) 사이에 구비되고, 상기 혼합기(32)에서 제공되는 혼합폐수를 제공받아 상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 형성된 무기입자를 촉매로 하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해하는 초임계 산화반응 유닛이다.
상기 1차 열교환기(36)는 상기 산화 반응기(34)로부터 배출되는 배출수와 상기 혼합기(32)로 유입되는 유기폐수를 열 교환시키는 유닛이다. 즉, 상기 1차 열 교환기는 상기 유기폐수 가열기로 제공되는 유기폐수에 배출수의 열을 제공함으로서 에너지를 절약하는 유닛이다. 상기 2차 열교환기(38)는 상기 1차 열교환기(36)와 상기 고압입자 분리기(42) 사이에 구비되며, 상기 1차 열 교환된 배출수에 포함된 무기 입자를 이후 공정에서 보다 용이하게 회수될 수 있도록 상기 배출수의 온 도를 약 100℃ 이하 즉, 10 내지 100℃로 온도는 낮춘다.
상기 입자분리기(40)는 상기 2차 열교환기에서 냉각된 배출수를 제공받고, 고압 입자 분리기(42), 감압기(44), 기액 분리기(46) 및 상압 입자 분리기(48)를 포함하는 구성을 갖는다. 상기 고압 입자 분리기(42)는 고압의 상태에서 상기 배출수에 포함된 무기 입자를 1차적으로 여과하는 여과기이고, 상기 감압기(44)는 고압의 배출수의 압력을 낮추는 유닛이며, 상기 기액 분리기(46)는 감압시 상기 배출수에서 발생되는 기체를 분리시키는 유닛이다. 상기 상압 입자 분리기(48)는 감압후 배출수에 존재하는 무기입자를 2차 차적으로 분리 및 회수하는 유닛이다. 상기 상압 입자 분리기의 예로서는 침전조, 여과기, 원심분리기 등을 들 수 있다.
이하, 상기 실시예 1의 구성을 갖는 처리장치를 적용하여 초임계 사화공정을 이용한 유기폐수 및 무기폐수를 혼합 처리(정화)방법을 설명하기로 한다.
먼저, 유기폐수, 무기폐수 및 산화제를 혼합기에 제공하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성한다. 구체적으로, 상기 무기폐수는 무기폐수 공급펌프(12)로 218atm 이상의 압력으로 가압된 후, 무기폐수 가열기(22)에서 0 내지 650 ℃ 사이의 온도로 가열되어 혼합기(32)로 공급된다. 상기 유기폐수는 유기폐수 공급펌프(14)로 218atm 이상의 압력으로 가압된 후, 유기폐수 가열기(24)에서 300 내지 650℃의 사이의 온도로 가열되어 혼합기(32)로 공급된다. 보다 구체적으로 상기 유기폐수는 1차 열교환기에서 1차적으로 가열된 후 상기 유기페수 가열기에서 2차 가열되어 상기 혼합기로 공급된다. 상기 산화제는 산화제 공급펌프(16)로 218atm 이상의 압력으로 가압되며, 상기 무기폐수 또는 무기폐수와 유기폐수의 혼합물과 혼합되도록 공급된다.
일 예로서, 상기 유기폐수는 염소, 불소, 브롬, 황, 인 및 질소 등을 포함하는 부식성 음이온 및 금속성 양이온의 성분을 소량 포함하는 폐수이다. 즉, 상기 유기폐수는 유기물을 주로 포함하는 폐수이다. 상기 무기폐수는 Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pb, Zr, Pd, Ce 등과 같은 금속성 양이온 성분을 주로 포함하는 폐수이다. 상기 산화제는 산소, 공기, 산소를 포함하는 기체, 오존, 과산화수소 수용액, 산소를 포함한 액체 등을 포함한다.
특히, 상기 산화제의 공급량은 상기 유기폐수의 유기물을 산화 분해시키는데 필요한 산화제 필요량과 상기 무기폐수에 포함된 유기물을 산화 분해시키는데 필요한 산화제 필요량 및 상기 무기폐수에 포함된 무기물을 산화시키는데 필요한 산화제 필요량을 더하여 산출될 수 있다. 바람직하게는 산화제 주입량은 상기 각각의 산화제 필요량에 대하여 1 내지 50 중량%를 초과하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 혼합기(32)에서 형성된 혼합폐수를 상기 산화 반응기(34) 내로 제공하여 초임계 산화 반응시킨다. 이에 따라, 상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 석출된 무기입자를 촉매로하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시킨다. 상기 산화 반응기에서 무기입자의 석출은 상기 유기물의 분해시 생성되는 반응열에 의해 촉진될 수 있다.
이어서, 산화 분해반응을 통해 상기 산화 반응기에서 형성된 배출수의 열을 이용하여 1차 열교환기(36)에서 상기 혼합기로 제공되는 유기폐수를 가열한다.
이어서, 1 차 열교환기(36)에서 일부 열이 손실된 배출수를 2 차 열교환 기(38)에서 10 내지 100℃로 냉각한다.
상기 냉각된 배출수에 포함된 무기입자를 입자 회수기(40)를 통해 회수함으로서 무기 입자와 배출수를 분리한다. 구체적으로 상기 무기입자와 배출수를 회수 및 분리하기 위해서는 먼저 상기 냉각된 고압의 배출수에 포함된 무기입자를 고압입자 회수기(42)에서 1차 여과하여 분리한다. 이후, 무기입자가 1차 여과된 배출수의 압력을 감압기(44)에서 감압한다. 이후, 감압된 배출수를 기액분리기(46)에서 기체와 액체의 배출수로 별도 분리한다. 이후, 기체가 분리된 배출수를 상압 입자 분리기(48)에서 무기입자를 2차 여과 분리한다. 이에 따라, 혼합폐수에 포함된 유기물을 효과적으로 분해할 수 있는 동시에 오염원인 무기입자를 별도로 회수할 수 있다.
실시예 2
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 및 무기폐수의 혼합 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2을 참조하면, 본 실시예 2의 유기폐수 및 무기폐수를 정화기 위한 혼합 처리장치는 무기폐수 공급펌프(112), 유기폐수 공급펌프(114), 산화제 공급펌프(116), 폐수 가열기(125), 혼합기(132), 산화반응기(134), 1차 열교환기(136), 2차 열교환기(138), 입자 분리기(140)를 포함하는 구성을 갖는다. 본 실시예 2에서 개시된 무기폐수 공급펌프, 유기폐수 공급펌프, 산화제 공급펌프, 혼합기, 산화반응기, 1차 열교환기, 2차 열교환기, 입자 분리기에 대한 구체적인 설명은 실시예 1과 동일하기 때문에 중복을 피하기 위해 생략한다.
구체적으로 본 실시예 2의 처리 장치는 실시예 1과 달리 상기 무기 페수와 유기폐수가 상기 혼합기에서 혼합되지 않고, 상기 폐수 가열기로 유입되기 전에 혼합될 수 있는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 유기폐수 공급펌프에서 제공되는 유기폐수가 제2 공급라인 통해 상기 1차 열교환기로 제공되는 구조를 가질 경우 상기 무기폐수 공급펌프는 상기 제2 공급라인과 연결되는 구조를 갖는다.
이에 따라, 상기 혼합폐수 형성 전에 상기 무기폐수와 상기 유기폐수는 서로 혼합되어 상기 1차 열교환기 또는 폐수 가열기에 유입될 수 있다.
이하, 상기 실시예 2의 구성을 갖는 처리장치를 적용하여 초임계 사화공정을 이용한 유기폐수 및 무기폐수를 혼합 처리(정화)방법을 설명하기로 한다.
먼저, 유기폐수, 무기폐수 및 산화제를 혼합기에 제공하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성한다. 구체적으로, 상기 무기폐수는 무기폐수 공급펌프(112)로 218atm 이상의 압력으로 가압된 후, 상기 유기폐수와 혼합되어 폐수 가열기(125)에서 약 300 내지 650℃의 사이의 온도로 가열되어 혼합기(132)로 공급된다. 보다 구체적으로 상기 무기폐수는 유기폐수와 함께 1차 열교환기에서 1차적으로 가열된 후 상기 유기폐수 가열기에서 2차 가열되어 상기 혼합기로 공급된다. 상기 산화제는 산화제 가압펌프로 218atm 이상의 압력으로 가압되며, 상기 무기폐수와 유기폐수의 혼합물과 혼합되도록 공급된다.
이어서, 상기 혼합기(132)에서 형성된 혼합폐수를 상기 산화 반응기(134) 내로 제공하여 초임계 산화 반응시킨다.
이어서, 1차 열교환기(136)로 상기 배출수를 제공함으로서 상기 배출수의 열 을 이용하여 상기 혼합기(132)로 제공되는 유기폐수를 가열한다.
이어서, 1 차 열교환기(136)에서 일부 열이 손실된 배출수를 2 차 열교환기(138)에서 10 내지 100℃로 냉각한다.
상기 냉각된 배출수에 포함된 무기입자를 입자 회수기(140)를 통해 회수함으로서 무기 입자와 배출수를 분리한다. 구체적으로 상기 무기입자와 배출수를 회수 및 분리하기 위해서는 먼저 상기 냉각된 고압의 배출수에 포함된 무기입자를 고압입자 회수기(142)에서 1차 여과하여 분리한다. 이후, 무기입자가 1차 여과된 배출수의 압력을 감압기(144)에서 감압한다. 이후, 감압된 배출수를 기액 분리기(146)에서 기체와 액체의 배출수로 별도 분리한다. 이후, 기체가 분리된 배출수를 상압 입자 분리기(148)에서 무기입자를 2차 여과 분리한다. 이에 따라, 혼합폐수에 포함된 유기물을 효과적으로 분해할 수 있는 동시에 오염원인 무기입자를 별도로 회수할 수 있다.
이하, 평가예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하며, 그러나, 하기 평가예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 평가예에 의하여 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수의 혼합 처리 평가
상기 도 1에 도시된 구성을 갖는 혼합 처리장치를 이용하여 혼합폐수의 정화함에 있어서, 아크로나이트릴 폐수 단독으로 처리할 경우와 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수가 혼합된 혼합폐수의 경우 및 온도의 조건을 달리할 경우 이에 따른 유기물의 분해도 여부를 평가하였다. 즉, 온도 변화 및 무기입자의 생성 여부에 따른 유기물 분해 효과를 평가하였다. 그 결과가 도 3의 그래프에 개시되어 있다.
여기서, 초임계 산화반응으로 무기입자의 유기물 분해 촉진 효과를 파악하기 위하여, 250atm 압력, 체류시간 2 초, 반응 전 총 탄소 함량 0.491 mol/L, 산화제 필요량의 50 중량% 초과 조건을 동일하게 유지하였고 온도는 400 에서 600℃로 변경하였다.
도 3은 무기폐수 존재 여부 및 온도변화에 따른 유기물 분해율을 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수가 혼합된 혼합폐수를 처리할 때, 구리 폐수로부터 발생되는 구리 산화물 입자들이 아크로나이트릴 폐수에 함유된 유기물을 분해시키는 촉매로써 작용하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수가 혼합된 혼합폐수를 처리할 때 500℃ 이하의 온도에서 높은 유기물 분해율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
도 4는 혼합폐수의 초임계 산화반응으로 형성된 무기입자의 X선 회절분석 그래프이다.
도 4를 참조하면, 무기폐수와 유기폐수가 혼합된 혼합폐수를 초임계 산화시킬 경우 무기 입자인 구리 및 구리산화물 입자가 형성되는 것이 확인되었다. 즉, 혼합폐수의 산화반응 이후 무기입자가 별도로 회수될 수 있는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 초임계 산화공정을 수행하여 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수의 혼합폐수를 처리할 경우 구리 폐수로부터 형성되는 구리입자의 촉매 작용으로 유기물 분해율이 크게 증가하고 형성된 구리입자는 배출된 침전물로부터 회수될 수 있음이 확인되었다.
온도 변화 및 무기폐수의 혼합여부에 따라 초임계수 산화 반응기 내부에서 무기폐수로부터 무기입자가 형성되고, 배출되어 얻어지는 회수율을 하기 표 1에 개시하였다.
[표 1]
Figure 112008049221213-pat00001
표 1은 참조하면, 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수의 혼합폐수를 500℃로 처리할 때 97.9%의 구리 회수율을 보이고, 600℃로 처리할 때 99.8%의 구리 회수율을 보이는 것을 알 수 있다. 초임계수를 이용하여 아크로나이트릴 폐수와 구리 폐수의 혼합폐수를 처리하는 경우, 구리 폐수로부터 형성되는 구리입자의 촉매 작용으로 유기물 분해율이 크게 증가하고, 형성된 구리입자는 배출된 침전물로부터 회수됨이 확인되었다.
본 발명에 따른 구성을 갖는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리장치는 혼합폐수에 포함된 무기물을 산화시켜 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 형성된 무기입자를 촉매로 하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시킬 수 있다. 이에 따라, 혼합폐수에 포함된 유기물 분해율을 향상시킬 수 있는 동시에 형성되는 무기입자를 99.8% 이상 회수할 수 있다. 또한, 유기물의 분해시 생성되는 반응열을 이용하여 무기폐수로부터 무기입자의 형성을 원활하게 할 수 있고, 무기폐수로부터 형성되는 무기입자의 촉매적 역할로 유기 폐수의 유기물 분해율을 크게 증가 시키는 상승작용을 발생시킴으로써 처리 효과를 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 유기 및 무기폐수의 혼합 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 유기 및 무기폐수의 혼합 처리장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 무기폐수 존재 여부 및 온도변화에 따른 유기물 분해율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 혼합폐수의 초임계 산화반응으로 형성된 무기입자의 X선 회절분석 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 무기폐수 공급펌프 14 : 유기폐수 공급펌프
16 : 산화제 공급펌프 22 : 무기폐수 가열기
24 : 유기폐수 가열기 32 : 혼합기
34 : 산화 반응기 36 : 1차 열교환기
38 : 2차 열교환기 40 : 입자 분리기
42 : 고압 입자 분리기 44 : 감압기
46 : 기액 분리기 48 : 상압 입자 분리기

Claims (14)

  1. 유기폐수, 무기폐수 및 산화제가 유입되고, 이를 혼합하여 아임계 또는 초임계 상태의 혼합폐수를 형성하는 혼합기;
    상기 혼합폐수가 유입되고, 상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 형성된 무기입자를 촉매로 하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해하는 산화 반응기;
    상기 산화 반응기로부터 배출되는 배출수와 상기 혼합기로 유입되는 유기 페수를 열 교환시키는 제1 열 교환기; 및
    상기 배출수가 유입되고, 상기 배출수에 포함된 무기입자를 회수하는 입자 분리기를 포함하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합기로 상기 무기폐수를 218 내지 700atm 압력으로 가압 공급하는 제1 펌프; 및
    상기 제1 펌프와 연결된 제1 공급라인을 통해 공급되는 무기폐수를 가열하는 제1 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 혼합기로 상기 유기폐수를 218 내지 700atm 압력으로 가압 공급하는 제2 펌프; 및
    상기 제2 펌프와 연결된 제2 공급라인을 통해 공급되는 유기폐수를 300 내지 650℃의 온도로 가열하는 제2 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제2 공급라인에 상기 무기폐수를 218 내지 700atm의 압력으로 가압 공급하는 제1 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 산화제를 218 내지 700atm의 압력으로 가압 공급하는 제3 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 입자 분리기는 고압 입자분리기 및 상압 입자분리기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 배출수의 온도는 10 내지 100℃로 낮추는 제2 열 교환기 및 상기 배출수의 압력을 감소시키는 감압기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 처리장치.
  8. 제공되는 유기폐수, 무기폐수 및 산화제를 혼합하여 아임계 또는 초임계 상 태의 혼합폐수를 형성하는 단계;
    상기 혼합폐수에 포함된 무기물을 무기입자 상태로 석출시키는 동시에 석출된 무기입자를 촉매로하여 상기 혼합폐수에 포함된 유기물을 연속적으로 산화 분해시키는 단계; 및
    상기 산화 분해반응으로 형성된 배출수에 포함된 무기입자를 회수하는 단계를 포함하는 무기폐수 및 유기폐수의 혼합 처리방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유기폐수를 218 내지 700atm 이상의 압력으로 가압 공급하는 단계; 및
    상기 가압 공급되는 유기폐수를 300 내지 650℃의 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 혼합폐수 형성 전에 상기 무기폐수와 상기 유기폐수는 서로 혼합되도록 공급되는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 무기폐수를 218 내지 700atm의 압력으로 가압 공급하는 단계; 및
    공급되는 무기폐수를 0 내지 650℃로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 산화제는 218 내지 700atm의 압력으로 가압되며, 상기 무기폐수 또는 무기폐수와 유기폐수의 혼합물과 혼합되도록 공급되는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 무기입자의 석출은 상기 유기물의 분해시 생성되는 반응열에 의해 촉진되는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 무기입자의 회수는
    상기 배출수에 무기입자를 고압 입자 분리하는 단계;
    고압 입자 분리된 배출수를 감압하는 단계;
    감압된 배출수에서 기체와 액체를 별도로 분리하는 단계; 및
    기체가 분리된 배출수를 저압 입자 분리하는 단계를 순차적으로 수행하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기폐수 및 무기폐수의 혼합 처리 방법.
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