KR100967747B1

KR100967747B1 - 액상폐기물 처리방법 및 시스템

Info

Publication number: KR100967747B1
Application number: KR1020100026187A
Authority: KR
Inventors: 노영수
Original assignee: 노영수
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2010-07-05

Abstract

본 발명은 액상폐기물 처리방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 액상폐기물 처리시스템은 강산 또는 강염기성의 액상폐기물을 저장하는 폐수저장탱크와; 상기 폐수저장탱크로부터 액상폐기물을 공급받는 중계조와; 상기 중계조 내부의 액상폐기물을 중화시키기 위한 중화제가 저장되는 중화제 저장조와; 상기 중화조 저장조로부터 중화제를 공급받아 내부에 저장된 응결수와 혼합하여 중화액을 생산하고, 상기 중화액을 상기 중계조에 공급하여 중계조 내부의 액상폐기물을 중화하는 중화장치와; 상기 중계조로부터 공급되는 중화된 액상폐기물을 고온의 증기와 교반하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 증발농축조와; 상기 증발농축조로부터 폐수증기를 공급받아 공기와 고온의 화염을 가함으로써 폐수증기를 소각하여 고온의 배기가스를 생성하는 소각로와; 상기 소각로로부터 고온의 배기가스를 내부에 설치된 복수개의 배기가스 유통관으로 공급받음과 아울러 상기 배기가스 유통관 주위로 물을 유통시켜 물을 가열하는 열교환장치와; 상기 열교환장치로부터 가열된 물을 공급받고, 이 가열된 물로부터 발생된 고온의 증기를 상기 증발농축조에 공급하는 증기드럼;을 포함하여 구성되어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 슬래그나 케이크(Cake)의 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

액상폐기물 처리방법 및 시스템{PROCESS AND SYSTEM FOR PROCESSING LIQUID WASTE}

본 발명은 액상폐기물 처리방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 액상폐기물 처리과정 중에 발생되는 고온의 증기를 재활용하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 액상폐기물 처리방법 및 시스템에 관한 것이다.

현행 폐기물관리법에서 액상 폐기물에 해당하는 것으로 가정하수, 오수, 분뇨, 축산폐수와 산업활동에서 발생되는 폐산. 폐알칼리, 폐유, 폐유기용제, 공장폐수 등이 있다. 이 가운데 소각처리의 대상이 되는 것들로는 COD가 높은 악성폐수인 염색폐수, 사진폐수, 그리고 spent caustic 등 특정 공정에서 배출되는 액상폐기물과, 폐유, 폐유기용제, 가연성 성분이 포함된 일부 폐산, 폐알칼리 등이며, 그 발생량은 날로 증가 되고 있는 상태이다.

액상폐기물 처리방법에 있어서 사업장에서 발생하는 사업장폐기물들은 자가처리가 원칙이며, 자가처리가 곤란한 경우에 전문처리업체에 위탁처리 하는데, 사업장 규모가 큰 경우 대부분 조성이 일정한 폐기물을 자체적으로 처리하는 시설을 갖추고 있는 경우가 많지만, 위탁처리의 경우에는 중소규모의 수많은 사업장에서 발생하는 폐기물들을 수집하여 처리하기 때문에 폐기물의 종류나 농도가 수시로 변하게 된다.

한편, 액상폐기물 처리시 가장 문제가 되는 점은 금속염을 함유하고 있는 폐액과 염화탄화수소(Chlorinated hydrocarbon)이다. 일반적으로 액상폐기물은 대부분 금속염을 함유하고 있으며 이를 소각할 경우, 소각로의 배출구를 비롯하여 비교적 온도가 낮은 지역과 소각로 후단 공정에서 염이 장비 표면에 둘러붙어 고형화되어 슬래그(slag)나 케이크(cake)로 쉽게 형성된다. 이 슬래그는 여러 가지 문제점을 발생시키는데 소각로 내부의 통로나 구멍을 막을 뿐만 아니라, 노 내의 내화물질과 반응하여 부식을 촉진하기 때문에 공구(해머나 드릴 등)를 사용하여 주기적으로 제거해 주어야 하는데, 이러한 제거작업을 위하여 소각로의 운전을 중단하여야 하기 때문에 폐기물처리 효율이 떨어지며, 제거작업에서의 안전사고의 발생위험성이 상존한다는 문제점이 있었다.

또한, 플라스틱, 염소화 용매(Chlorinated Solvent), 중간체 등을 생산하는 과정에서 배출되는 염화탄화수소(Chlorinated Hydrocarbon)는 염소와 유기화합물이 결합하여 중간화합물을 생성하며, 페인트, 플라스틱, 합성고무, 농약, 세척제 등의 제품을 만드는데 이용되지만, 중간화합물 생산공정에서 부반응으로 생성된 화합물은 폐기물로 배출된다. 이러한 염화탄화수소를 포함하는 액상폐기물 처리과정에서 염소가 발생할 수 있는데, 염소를 포함하는 물질이 불완전연소될 경우 대표적인 발암물질인 다이옥신이 발생하게 된다는 문제점이 있었다.

따라서, 액상폐기물의 종류나 조성에 무관하게 안정적으로 소각처리하기 위해서는 금속염과 염화탄화수소를 효과적으로 처리할 수 있는 소각로 및 장비가 필요했는데, 종래에 널리 사용되고 있는 액중배기식 소각(submerged quench incierator) 장비는 화염이 하방으로 향하게 설치된 버너가 상부에 구비되고, 중간부에 소각로 본체가 있으며, 하부에 냉각부(quencher)가 위치하는 수직형 소각 장비로서, 버너에서 형성되는 강한 선회류에 의하여 연소용 공기와 폐기물과의 혼합효과가 우수하고 과잉공기비가 낮을 뿐만 아니라 배기가스가 냉각부에서 순간적으로 100℃이하로 냉각되므로 다이옥신 발생률이 매우 낮다. 또한, 폐기물에 함유된 금속염은 고온에 의하여 용융되며 중력에 의하여 소각로 벽을 타고 흘러내려 하부에 위치한 냉각부에서 포집되도록 구성되어 있다.

그러나, 상기 액중배기식 소각 장비에서 연소 배기가스는 후단에 설치된 I.D.팬에 의하여 다운코머(down comer) 밑에서 수층으로 배출되고 물속에서 상승하여 기액 분리된 후 후단으로 배출되는데, 상기 다운코머에서 발생하는 맥동으로 인하여 소각로 본체 내 압력의 불안정을 유도하게 되어 가장 중요한 소각로에서의 연소에 나쁜 영향을 미치게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 수분이 다량으로 포함된 액상폐기물을 그대로 소각로에 투입하게 되므로 이를 완전소각하기 위하여 소모되는 연료의 양이 상당할 뿐만 아니라 용융/포집되는 금속염의 양이 많고, 소각로 및 냉각부를 가동하기 위하여 소모되는 물의 양 또한 상당하다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 현행 소각방식은 직접 소각로에 액상폐기물을 투입, 노즐을 통한 직접분사 방식으로 액상폐기물의 성분조성에 따라 완전소각을 위한 미립화가 어려워 후단에서 불완전연소에 의한 대기오염 물질의 방출을 제거하기가 어려운 문제도 가지고 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액상폐기물을 폐수증기와 슬러지로 분리하여 금속염을 포함한 슬러지는 종래의 일반 처리법을 활용하여 보다 효율적으로 처리될 수 있도록 하며, 균일하고 미립화된 증기를 통한 간접분사 방식으로 가연성분을 지닌 폐수증기만을 완전 소각하여 소모되는 연료의 양을 줄일 뿐만 아니라 폐수증기의 소각에서 발생하는 열을 활용하여 증기를 발생시킴으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 액상폐기물 처리방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법은 강산 또는 강염기의 액상폐기물에 중화액을 투입하여 상기 액상폐기물을 중화하는 단계와; 중화된 액상폐기물에 고온의 증기를 투입하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 단계와; 상기 액상폐기물로부터 분리된 폐수증기에 공기와 고온의 화염을 가하여 소각하는 단계와; 상기 폐수증기의 소각과정에서 발생된 고온의 배기가스를 배기가스 유통관으로 이송시키고, 그 배기가스 유통관 주위에 물을 유통시켜 고온의 증기를 생산하는 단계와; 상기 배기가스와 물의 열교환으로 발생되는 고온의 증기를 상기 중화된 액상폐기물을 폐수증기와 슬러지로 분리하기 위하여 공급하는 단계;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기한 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법을 구현하기 위한 액상폐기물 처리시스템은 강산 또는 강염기성의 액상폐기물을 저장하는 폐수저장탱크와; 상기 폐수저장탱크로부터 액상폐기물을 공급받는 중계조와; 상기 중계조 내부의 액상폐기물을 중화시키기 위한 중화제가 저장되는 중화제 저장조와; 상기 중화조 저장조로부터 중화제를 공급받아 내부에 저장된 응결수와 혼합하여 중화액을 생산하고, 상기 중화액을 상기 중계조에 공급하여 중계조 내부의 액상폐기물을 중화하는 중화장치와; 상기 중계조로부터 공급되는 중화된 액상폐기물을 고온의 증기와 교반하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 증발농축조와; 상기 증발농축조로부터 폐수증기를 공급받아 공기와 고온의 화염을 가함으로써 폐수증기를 소각하여 고온의 배기가스를 생성하는 소각로와; 상기 소각로로부터 고온의 배기가스를 내부에 설치된 복수개의 배기가스 유통관으로 공급받음과 아울러 상기 배기가스 유통관 주위로 물을 유통시켜 물을 가열하는 열교환장치와; 상기 열교환장치로부터 가열된 물을 공급받고, 이 가열된 물로부터 발생된 고온의 증기를 상기 증발농축조에 공급하는 증기드럼;을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 액상폐기물 처리방법 및 시스템은 액상폐기물 전체를 소각하지 않고 가열 증발된 폐수증기 만을 소각하므로 소각에 소모되는 연료의 양이 현저히 감소할 뿐만 아니라 균일하고 미립화된 간접분사방법에 의한 완전소각으로 대기오염발생을 줄이고, 소각 처리에서 발생하는 배기가스의 열에너지를 이용하여 증기를 발생시켜 다시 시스템내부로 끌어 들여 액상폐기물을 증발시키기 위한 가열과정에 투입함으로써 에너지 효율을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 수분을 포함하고 있는 폐수증기를 완벽하게 연소시키기 위하여 압축공기를 다수의 방향에서 강제 분사함으로써 폐수증기를 고르게 분산 및 혼합시킴으로써 소각에 필요한 에너지를 절감하고 불완전 연소로 인한 다이옥신의 발생을 방지하는 유용한 효과를 제공한다.

또한, 금속성을 함유하고 있는 액상폐기물을 처리할 경우에는 금속염으로 인한 슬래그(slag)나 케이크 (cake) 의 발생을 최소화할 수 있어, 운전효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법의 흐름도.
도 2는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 개략도.
도 4는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 증발농축조를 보인 도.
도 5는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 소각로를 보인 도.
도 6a는 도 5에 도시된 B-B'단면도이고, 도 6b는 도 4에 도시된 C-C'단면도.
도 7은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열교환장치와 증기드럼의 일측 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열교환장치와 증기드럼의 타측 단면도.
도 9는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열조절장치를 보인 도.

이하, 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법 및 시스템의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법의 흐름도이다.

먼저, 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법은 강산 또는 강염기의 액상폐기물에 중화액을 투입하여 상기 액상폐기물을 중화하는 단계(S10)와, 중화된 액상폐기물에 고온의 증기를 투입하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 단계(S20)와, 상기 액상폐기물로부터 분리된 폐수증기에 공기와 고온의 화염을 가하여 소각하는 단계(S30)와, 상기 폐수증기의 소각과정에서 발생된 고온의 배기가스를 배기가스 유통관으로 이송시키고 그 배기가스 유통관 주위에 물을 유통시켜 고온의 증기를 생산하는 단계(S40)와, 상기 배기가스와 물의 열교환으로 발생되는 고온의 증기를 상기 중화된 액상폐기물을 폐수증기와 슬러지로 분리하기 위하여 공급하는 단계(S50)를 포함하여 구성된다.

상기 S20단계에서 중화된 액상폐기물에 고온의 증기를 투입하여 교반하면 액상폐기물과 고온의 증기가 격렬하게 반응하면서 폐수증기와 슬러지로 분리된다.

상기 S30단계에서 폐수증기에 고온의 화염을 접촉시키면서 압축공기를 공급하면, 폐수증기에 포함된 소각되면서 폐수증기는 고온의 배기가스로 변환된다.

상기 S40단계는 상기 S30단계에서 발생된 고온의 배기가스를 복수개가 병렬설치된 배기가스 유통관 내부로 이동시키면서, 상기 배기가스 유통관 주위로 물을 유통시켜 고온의 배기가스와 물을 열교환시키는 단계이다. 이렇게 하면 고온의 배기가스 열이 물로 전달되어 물이 고온이 되고, 고온의 물로부터 고온의 증기가 생산된다.

상기 S50단계는 중화된 액상폐기물을 폐수증기와 슬러지로 분리하기 위하여 상기 S40단계에서 생성된 고온의 증기를 중화된 액상폐기물에 투입하는 단계이다. 이렇게 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법은 폐수증기의 소각과정에서 발생되는 열을 재활용하므로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법은 상기 S40단계에서 물과 열교환되어 낮은 온도로 하강된 배기가스, 즉 저온의 배기가스를 인체나 환경에 무해하게 처리하여 배출하는 단계(S60)를 더 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리방법을 구현하기 위한 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템을 살펴보면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 개략도이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 증발농축조를 보인 도이고, 도 5는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 소각로를 보인 도이며, 도 6a는 도 5에 도시된 B-B'단면도이고, 도 6b는 도 4에 도시된 C-C'단면도이다.

도 7은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열교환장치와 증기드럼의 일측 단면도이고, 도 8은 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열교환장치와 증기드럼의 타측 단면도이며, 도 9는 본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템의 열조절장치를 보인 도이다.

본 발명에 의한 액상폐기물 처리시스템은 폐수저장탱크(10)와, 중계조(20)와, 중화제 저장조(30)와, 중화장치(40)와, 증발농축조(50)와, 소각로(60)와, 열교환장치(70) 및 증기드럼(80)을 포함하여 구성된다.

상기 폐수저장탱크(10)는 강산 또는 강염기성의 액상폐기물이 내부에 저장된다.

상기 중계조(20)는 상기 폐수저장탱크(10)와 배관으로 연결되고, 그 관로상에 설치된 펌프(P1)의 작동에 의하여 상기 폐수저장탱크(10)로부터 액상폐기물을 공급받는다.

상기 중화제 저장조(30)는 상기 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화시키기 위한 중화제가 저장된다. 이때 사용되는 중화제로는 수산화나트륨(NaOH)이 사용될 수 있다.

상기 중화장치(40)는 상기 중화제 저장조(30)와 배관으로 연결되고, 그 관로상에 설치된 펌프(P2)의 작동에 의하여 중화제 저장조(30)로부터 중화제를 공급받는다. 이러한 중화장치(40)는 내부에 응결수가 저장되어 있는데, 이 응결수와 중화제가 혼합되어 중화액이 생산된다. 그리고, 상기 중화장치(40)는 상기 중계조(20)와 배관으로 연결되어 있는데, 배관을 통하여 중계조(20)에 중화액을 공급함으로써 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화한다. 이러한 중화장치(40)에는 수위센서(미도시)가 설치되어 일정량의 중화액이 지속적으로 중화장치 내부에 존재하도록 한다.

이렇게 액상폐기물이 중화되는 과정을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 중계조(20)에 액상폐기물이 공급되면 중계조(20)에 구비된 pH센서(미도시)가 액상폐기물의 pH를 측정하여 그 값을 제어부(미도시)에 전달하고, 제어부는 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화시키는데 필요한 중화액을 투입하도록 중화장치(40)에 신호를 보낸다. 이러한 제어부의 신호는 상기 중화장치(40)와 중계조(20)를 연결하는 관로상에 설치된 펌프(P4)를 가동시켜 중화장치(40) 내부의 중화액을 중계조(20) 내부에 투입하여 상기 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화시키고, 중계조(20) 내부의 액상폐기물이 적당한 수준의 pH농도에 이르면 상기 제어부는 중화액의 투입을 중단시킨다.

상기 증발농축조(50)는 하부 일측에 구비된 폐수유입구(51)를 통하여 상기 중계조(20)와 배관으로 연결되고, 그 관로상에 설치된 펌프(P3)의 작동에 의하여 중계조(20)로부터 중화된 액상폐기물을 공급받는다. 또한, 증발농축조(50)는 상기 폐수유입구(51)의 상측에 증기유입구(52)가 구비되는데, 이 증기유입구(52)를 통하여 후술할 열조절장치(100)로부터 고온의 증기를 공급받는다. 이렇게 증발농축조(50) 내부로 공급된 중화된 액상폐기물과 고온의 증기는 혼합/교반되어 폐수증기와 슬러지로 분리된다.

한편, 증발농축조(50) 내부에서 중화된 액상폐기물과 고온의 증기가 교반될 때는 그 반응이 매우 격렬하게 반응하면서 버블(Bubble)이 발생하여 상기 버블이 상승되는 오버플로우(Over Flow) 현상이 발생될 수 있는데, 이러한 오버플로우 현상을 방지하기 위하여 증발농축조(50)의 내부, 좀 더 자세히는 상기 증기유입구(52)의 상측에 오버플로우 방지수단(53)을 설치한다.

상기 오버플로우 방지수단(53)은 차단막(53a)과, 상기 차단막(53a)에 설치되는 유입관(53b)과, 상기 유입관(53b)의 외주면을 둘러싸는 지지대(53c)와, 상기 지지대(53c)의 상단에 설치되는 버블캡(53d)으로 구성된다.

상기 차단막(53a)은 상기 증발농축조(50) 내부에 가로방향으로 설치되어 버블의 상승을 차단한다.

상기 유입관(53b)은 직경이 작고 긴 터널형상으로 구성된 것으로서, 상기 차단막(53a)을 관통하도록 일정간격으로 복수개가 설치되어 차단막(53a)에 의하여 상승을 방해받지 않은 버블이 유입관(53b)을 통하여 상승한다.

상기 지지대(53c)는 상기 유입관(53b)의 외주면을 둘러싸도록 설치되는데, 이와 동시에 상기 유입관(53b)의 외주면과 상기 차단막(53a)의 상면에 일정거리 이격되게 설치된다.

상기 버블캡(53d)은 상기 유입관(53b)을 통하여 상승하는 버블을 차단한다.

상기와 같이 오버플로우 방지수단(53)이 구성되므로, 고온의 증기와 중화된 액상폐기물이 반응할 때 발생되는 폐수증기는 오버플로우 방지수단(53)을 통과하여 증발농축조(50)의 상측으로 계속 상승할 수 있는 반면에 버블은 그 상승이 차단되어 소멸된다. 즉, 폐수증기는 상기 유입관(53b)을 통하여 상승하다가 상기 버블캡(53d)에 부딪혀 방향이 바뀌면서 상기 유입관(53b)과 지지대(53c) 사이의 이격된 틈으로 이동하고, 연이어 상기 차단막(53a)의 상면에 부딪혀 상기 지지대(53c)의 외부로 이동/상승하는 것이다.

그리고, 상기 증발농축조(50)는 상부 일측에 중화액 유입구(50a)가 구비되는데, 상기 중화액 유입구(50a)는 상기 중화장치(40)와 배관으로 연결되고, 그 관로상에 설치된 펌프(P4)의 작동에 의하여 중화장치(40)로부터 중화액을 공급받는다. 이렇게 공급된 중화액은 오버플로우 방지수단(53)의 상측에 설치된 중화액 분사노즐(54)을 통하여 증발농축조(50)의 내부 하측으로 중화액을 분사한다.

상기 중화액 분사노즐(54)은 중화액을 분사하여 상기 오버플로우 방지수단(53)을 통과하여 상승한 폐수증기를 중화시킨다. 좀 더 자세히 설명하면, 오버플로우 방지수단(53)을 통과한 폐수증기는 증발과정에서 오염성분의 농도가 높아지면서 산성도가 상승할 수 있으므로, 이것을 중화시키기 위하여 중화액 분사노즐(54)로 중화액을 분사하는데, 이때 폐수증기에 포함된 금속염 성분들은 중화액에 포함된 수산화나트륨(NaOH)과 반응하며 분리된다.

여기서, 상기와 같이 증발농축조(50) 내부의 공간에서 폐수증기와 중화액이 반응할 경우, 그 반응시간이 길지 못하여 폐수증기가 충분히 중화되지 못하거나 금속염이 분리되지 못할 수 있으므로, 폐수증기와 중화액의 반응시간을 연장해 줘야할 필요성이 있고, 이러한 이유로 증발농축조(50) 내부에 폴링(55)을 더 설치한다.

상기 폴링(55)은 상기 오버플로우 방지수단(53)과 상기 중화액 분사노즐(54) 사이에 설치되는 것으로서, 복수개의 구술이 일정거리 이격된 채 연결되어 구성된다. 이렇게 폴링(55)을 설치하면 폐수증기와 중화액의 접촉면적 및 반응시간이 확장된다. 여기서, 상기 폴링(55)은 구술이 연결된 형태로 구성된다고 하였으나, 그 형태가 어느 특정 형태로 한정되는 것은 아니고, 폐수증기를 유통시킬 수 있는 공간을 확보하면서 동시에 폐수증기와 중화액의 접촉면적 및 반응시간을 확장시킬 수 있는 것이라면 어떠한 형태도 가능하다.

한편, 상기 증발농축조(50)의 내부에서 발생되는 반응들에 의하여 상기 오버플로우 방지수단(53)의 차단막(53a)에는 응결수가 형성되는데, 이러한 응결수를 배출하기 위하여 증발농축조(50)의 내부에는 포집부(56)와 응결수 배출구(57)가 구비된다.

상기 포집부(56)는 상기 오버플로우 방지수단(53)의 차단막(53a) 하측에 설치되어 응결수를 모으고, 상기 응결수 배출구(57)는 상기 포집부(56)에 연통됨과 아울러 상기 중화장치(40)와 배관으로 연결되어 포집부(56)에 모아진 응결수가 중화액 생성을 위하여 사용되도록 중화장치(40)에 재투입된다.

그리고, 상기 폐수유입구(51)를 통하여 증발농축조(50) 내부에 유입된 중화된 액상폐기물은 고온의 증기와 계속 교반되면서 폐수증기가 증발되므로, 증발농축조(50) 내부 하측에 잔류하는 폐수는 그 농도가 높아지게 되어 슬러지가 된다. 이러한 슬러지는 증발농축조(50)의 하측에 구비된 슬러지 배출구(59)를 통하여 외부로 배출되어 별도 처리된다.

상기 소각로(60)는 일측에 폐수증기 유입부(61)가 구비되어, 상기 증발농축조(50)의 상단에 구비된 폐수증기 배출구(58)를 통하여 배출되는 폐수증기가 유입된다. 이러한 소각로(60)는 타측에 버너(62)가 구비되어 고온의 화염을 분출함으로써 소각로(60) 내부로 유입되는 폐수증기를 가열하여 소각한다. 이렇게 폐수증기를 소각함으로써 고온의 배기가스를 생성한다.

그리고, 상기 소각로(60) 내부에는 압축공기 유통부(63)와 연통되어 외부의 공기를 소각로(60) 내부로 공급하는 제1압축공기 분사노즐(64)과 제2압축공기 분사노즐(65)이 일정거리 이격되게 설치된다.

상기 제1압축공기 분사노즐(64)과 상기 제2압축공기 분사노즐(65)은 상기 증발농축조(50)로부터 공급된 폐수증기에 외부의 공기를 공급하여 상기 버너(62)의 화염에 의하여 소각되는 폐수증기의 연소율을 향상시킨다.

상기 제1압축공기 분사노즐(64)은 상기 소각로(60)의 내부 벽면에 복수개가 환형(環形)을 이루며 일정간격으로 설치되는데, 소각로(60)의 중심지점으로부터 시계방향으로 일정각도(약 15도) 기울어지게 설치된다.

상기 제2압축공기 분사노즐(65)은 상기 소각로(60)의 내부 벽면에 복수개가 환형(環形)을 이루며 일정간격으로 설치되는데, 소각로(60)의 중심지점으로부터 반시계방향으로 일정각도(약 15도) 기울어지게 설치된다.

이렇게 제1압축공기 분사노즐(64)과 제2압축공기 분사노즐(65)이 반대방향으로 일정각도를 이루며 설치되므로, 그 사이에는 강한 와류가 형성되어 수분이 함유된 폐수증기를 강력하게 분산시키며 공기와 혼합되게 하여 연소율을 향상시킨다.

또한, 상기 소각로(60)에는 하나 이상의 온도센서(66)와 압력센서(67)가 설치되어 소각로 내부의 상황을 탐지하여 그 신호를 제어부에 전송하고, 각각의 상황에 따라서 제어부는 상기 버너(62)에 공급되는 기름의 양을 증감시키거나 유입되는 폐수증기나 압축공기의 양을 조절한다.

더불어, 상기 소각로(60)는 그 벽이 고온의 화염에 저항할 수 있도록 내열벽(68)으로 이루어져 있고, 소각로(60) 내부의 압력이 허용치를 벗어날 경우 자동으로 압력을 조절할 수 있도록 안전뚜껑(69)이 구비된다.

상기 열교환장치(70)는 폐수증기가 소각되어 발생된 고온의 배기가스를 상기 소각로(60)로부터 공급받는다. 좀 더 자세히 설명하면, 열교환장치(70)는 내부에 복수개의 배기가스 유통관(71)이 병렬로 설치되어 배기가스 유입부(72)를 통과한 고온의 배기가스가 유입된다. 이러한 배기가스 유통관(71)은 물유통부(73)의 중앙에 배치되어, 상기 물유통부(73)에 저장된 물과 열교환을 함으로써 물을 가열한다.

이렇게 가열된 물은 상기 증기드럼(80)과 연결된 열수이송관(74)을 통하여 증기드럼(80)으로 이동한다.

상기 증기드럼(80)은 상기 열수이송관(74)을 통하여 상기 열교환장치(70)로부터 가열된 물을 공급받고, 이 가열된 물로부터 발생된 고온의 증기를 상측에 형성된 증기배출구(81)를 통하여 상기 증발농축조(50)에 공급한다.

이러한 증기드럼(80)은 물이송관(75)에 의해서도 상기 열교환장치(70)와 연결되는데, 상기 물이송관(75)은 증기드럼(80) 내부에 존재하는 물 가운데 온도가 비교적 낮은 물을 열교환장치(70)의 물유통부(73)로 안내하여 가열되도록 한다.

그리고, 상기 증기드럼(80)의 하부에는 급수구(82)가 구비되어 물탱크(90)로부터 물이 공급된다. 또한, 증기드럼에는 수위센서(83)가 구비되어 증기드럼(80) 내부에 일정량의 물이 항상 존재할 수 있도록 한다.

한편, 상기 증기드럼(80)으로부터 상기 증발농축조(50)로 공급되는 증기는 온도가 145℃ 이상이고, 압력이 6Kgf/cm² 정도로 고온 고압의 증기이며, 증기 내에 포함된 수분입자가 균일하지 못하기 때문에 상기 증발농축조(50)에서 행해지는 폐수증기와 슬러지의 분리를 최적화 하는 동시에 시스템의 안전성을 향상시키기 위하여, 상기 증기드럼(80)으로부터 공급되는 증기의 온도를 조절하고 이 증기에 포함된 수분의 입자를 균일하게 하는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 증기드럼(80)과 증발농축조(50)를 연결하는 관로상에 열조절장치(100)를 설치하였다.

상기 열조절장치(100)는 상부 일측에 타공관(110)과 연결된 증기유입구(120)가 구비되고, 상기 증기유입구(120)는 상기 증기드럼(80)에 구비된 증기배출구(81)와 배관으로 연결되어 증기드럼(80)으로부터 고온의 증기를 공급받는다.

그리고, 상기 열조절장치(100)의 내부에는 복수개의 증기유통홀(131)이 형성된 증기유통관(130) 복수개가 상하방향으로 길게 설치된다. 이러한 복수개의 증기유통관(130)은 브릿지(132)에 의하여 서로 연결됨과 동시에 상기 브릿지(132)에 의하여 서로 연통된다. 상기 증기유입구(120)를 통하여 유입된 증기는 타공관(110)에 형성된 타공홀을 통과하여 열조절장치(100)의 내부로 유입되고, 이렇게 열조절장치(100)의 내부로 유입된 증기는 상기 증기유통관(130)의 증기유통홀(131)을 통과하여 증기유통관(130) 내부로 유입된다. 그리고, 증기유통관(130)의 증기유통홀(131)을 통과한 증기는 이웃한 증기유통관(130)으로 유입되는데, 그 통로가 상기 브릿지(132)다. 여기서, 상기 열조절장치(100)에서 상기 증기드럼(80)으로부터 공급된 고온의 증기를 타공관(110)의 타공홀과 증기유통관(130)의 증기유통홀(131)에 통과시키고 브릿지(132)를 통하여 이웃하는 증기유통관(130)으로 유입시키는 이유는 증기의 순환속도를 최대화하여 열조절장치(100) 내부에 스케일이 발생하는 것을 최소화하기 위함이 한 가지 이유다. 또한, 증기에 포함된 입자의 크기를 균일하게 하며 증기의 온도를 일정부분 낮추기 위해서 증기가 열조절장치(100) 내부에 체류하는 시간을 충분히 확보하기 위함이 또 다른 이유다.

따라서, 상기 증기드럼(80)으로부터 배출된 고온의 증기는 상기 증기유입구(120)와 타공관(110)의 타공홀을 거쳐 열조절장치(100) 내부로 유입되고, 유입된 고온의 증기는 상기 증기유통홀(131)을 통과하게 되는데, 이때 입자가 미세한 수분을 포함한 증기는 신속하게 통과되고, 입자가 큰 수분을 포함한 증기는 상기 열조절장치(100) 내부에서 분리응축 및 재증발 과정을 거치면서 입자가 미세하고 균일한 수분을 포함하는 증기로 재생되거나 응축액의 형태로 상변환된다. 또한 상기와 같은 과정을 거치면서 상기 증기드럼(80) 내부의 증기보다 일정부분 온도가 하강된다.

이러한 과정을 거쳐 입자가 미세한 수분을 포함하도록 재생된 증기는 상기 증발농축조(50)의 증기유입구(52)를 통하여 증발농축조(50) 내부로 유입된다. 그리고, 응축된 액은 응축수와 응축물로 분리되어 응축수는 열조절장치(100)와 배관으로 연결된 물탱크(90)로 이송되고, 응축물은 열조절장치(100)와 배관으로 연결된 슬러지 저장조(200)로 이송된다.

한편, 상기 열교환장치(70)에서 배기가스 유통관(71) 내부를 유동하다가 물유통부(73)에 존재하는 물에 열을 빼앗겨 저온이 된 배기가스는 배기가스 유출부(76)를 통하여 외부로 배출되는데, 이렇게 배출된 저온의 배기가스는 후처리설비(300)에 공급되어 환경에 무해한 가스로 처리된 이후 공기중으로 배출된다.

10: 폐수저장탱크 20: 중계조
30: 중화제 저장조 40: 중화장치
50: 증발농축조 50a: 중화액 유입구
51: 폐수유입구 52: 증기유입구
53: 오버플로우 방지수단 53a: 차단막
53b: 유입관 53c: 지지대
53d: 버블캡 54: 중화액 분사노즐
55: 폴링 56: 포집부
57: 응결수 배출구 58: 폐수증기 배출구
59: 슬러지 배출구 60: 소각로
61: 폐수증기 유입부 62: 버너
63: 압축공기 유통부 64: 제1압축공기 분사노즐
65: 제2압축공기 분사노즐 66: 온도센서
67: 압력센서 68: 내열벽
69: 안전뚜껑 70: 열교환장치
71: 배기가스 유통관 72: 배기가스 유입부
73: 물유통부 74: 열수이송관
75: 물이송관 76: 배기가스 유출부
80: 증기드럼 81: 증기배출구
82: 급수구 83: 수위센서
90: 물탱크 100: 열조절장치
110: 타공관 120: 증기유입구
130: 증기유통관 131: 증기유통홀
132: 브릿지 200: 슬러지 저장조
300: 후처리설비

Claims

강산 또는 강염기의 액상폐기물에 중화액을 투입하여 상기 액상폐기물을 중화하는 단계와;
중화된 액상폐기물에 고온의 증기를 투입하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 단계와;
상기 액상폐기물로부터 분리된 폐수증기에 공기와 고온의 화염을 가하여 소각하는 단계와;
상기 폐수증기의 소각과정에서 발생된 고온의 배기가스를 배기가스 유통관으로 이송시키고, 그 배기가스 유통관 주위에 물을 유통시켜 고온의 증기를 생산하는 단계와;
물과의 열교환작용으로 낮은 온도로 하락된 배기가스를 처리하는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리방법.
청구항 1에 있어서,
상기 고온의 배기가스와 물의 열교환으로 발생되는 고온의 증기는 상기 중화된 액상폐기물을 폐수증기와 슬러지로 분리하기 위하여 재활용되는 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리방법.
강산 또는 강염기성의 액상폐기물을 저장하는 폐수저장탱크(10)와;
상기 폐수저장탱크(10)로부터 액상폐기물을 공급받는 중계조(20)와;
상기 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화시키기 위한 중화제가 저장되는 중화제 저장조(30)와;
상기 중화제 저장조(30)로부터 중화제를 공급받아 내부에 저장된 응결수와 혼합되어 중화액이 생산되고, 상기 중화액을 상기 중계조(20)에 공급하여 중계조(20) 내부의 액상폐기물을 중화하는 중화장치(40)와;
상기 중계조(20)로부터 공급되는 중화된 액상폐기물을 고온의 증기와 교반하여 폐수증기와 슬러지로 분리하는 증발농축조(50)와;
상기 증발농축조(50)로부터 폐수증기를 공급받아 공기와 고온의 화염을 가함으로써 폐수증기를 소각하여 고온의 배기가스를 생성하는 소각로(60)와;
상기 소각로(60)로부터 고온의 배기가스를 내부에 설치된 복수개의 배기가스 유통관(71)으로 공급받음과 아울러 상기 배기가스 유통관(71) 주위로 물을 유통시켜 물을 가열하는 열교환장치(70)와;
상기 열교환장치(70)로부터 가열된 물을 공급받고, 이 가열된 물로부터 발생된 고온의 증기를 상기 증발농축조(50)에 공급하는 증기드럼(80);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 증발농축조(50)는 내부에 상기 중화된 액상폐기물과 고온의 증기가 교반될 때 발생되는 버블의 상승을 차단하기 위한 오버플로우 방지수단(53)이 설치되고,
상기 오버플로우 방지수단(53)은 증발농축조(50) 내부에 가로방향으로 설치되어 버블의 상승을 차단하는 차단막(53a)과;
상기 차단막(53a)을 관통하도록 일정간격으로 설치되어 버블이 통과되는 유입관(53b)과;
상기 유입관(53b)의 외주면을 둘러쌈과 아울러 상기 유입관(53b)의 외주면과 상기 차단막(53a)의 상면에 일정거리 이격되게 설치되는 지지대(53c)와;
상기 지지대(53c)의 상단에 설치되어 유입관(53b)을 통하여 상승하는 버블을 차단하는 버블캡(53d);으로 구성된 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 증발농축조(50)는 상기 오버플로우 방지수단(53) 상측에 상기 중화장치(40)로부터 공급받은 중화액을 분사하는 중화액 분사노즐(54)이 더 설치되어, 상기 오버플로우 방지수단(53)을 통과하여 상승한 폐수증기를 중화시키는 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 증발농축조(50)는 상기 오버플로우 방지수단(53)과 상기 중화액 분사노즐(54) 사이에 복수개의 구슬이 일정거리 이격된 채 연결된 폴링(55)이 더 설치되어, 중화액 분사노즐(54)로부터 분사되는 중화액과 폐수증기의 반응시간을 연장되는 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 증발농축조(50)는 상기 오버플로우 방지수단(53)의 차단막(53a) 하측에 포집부(56)가 구비됨과 아울러 상기 포집부(56)에 연통되면서 상기 중화장치(40)에 연결되는 응결수 배출구(57)가 설치되어, 상기 오버플로우 방지수단(53)의 차단막(53a)에 응결된 응결수가 상기 중화장치(40)로 이송되는 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 증기드럼(80)으로부터 상기 증발농축조(50)로 고온의 증기가 공급되는 관로상에는 열조절장치(100)가 더 설치되되,
상기 열조절장치(100)는 증기유통홀(131)이 형성된 다수의 증기유통관(130)이 내부에 설치되어 상기 증기드럼(80)으로부터 공급된 고온의 증기가 상기 증기유통홀(131)을 통과하면서 균일한 수분입자를 갖는 증기로 변환됨과 동시에 상기 증기유통관(130)을 따라 이송되면서 소정온도로 하락되는 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 소각로(60)에는 상기 증발농축조(50)로부터 공급된 폐수증기에 공기를 공급하는 제1압축공기 분사노즐(64)이 일정간격을 이루며 환형으로 설치되되, 상기 제1압축공기 분사노즐(64)은 상기 소각로(60)의 중심으로부터 시계방향으로 일정각도 기울어지게 설치된 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 소각로(60)는 상기 제1압축공기 분사노즐(64)의 뒤쪽에 상기 증발농축조(50)로부터 공급된 폐수증기에 공기를 공급하는 제2압축공기 분사노즐(65)이 일정간격을 이루며 환형으로 설치되되, 상기 제2압축공기 분사노즐(65)은 상기 소각로(60)의 중심으로부터 반시계방향으로 일정각도 기울어지게 설치된 것을 특징으로 하는 액상폐기물 처리시스템.