KR101190250B1

KR101190250B1 - 저비점 오염물질을 포함하는 폐수 처리장치

Info

Publication number: KR101190250B1
Application number: KR1020090049694A
Authority: KR
Inventors: 한영무
Original assignee: 한영무
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2012-10-12
Also published as: KR20100130534A

Abstract

본 발명은 휘발성 유기용제 등의 저비점 물질을 포함한 폐수 처리장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 폐수공급펌프(400)로부터 원폐수를 공급받으며 급기송풍기(300)로부터 외부공기를 공급받는 증발농축기(1); 송풍기(100)에 의해 덕트(2b)를 통해 상기 증발농축기(1)로부터 수증기와 기체 상태의 오염물질을 공급받아 연소하는 축열연소기(2); 상기 축열연소기(2)에서 발생된 열과 상기 증발농축기에 공급된 원폐수를 열교환시킴으로써 상기 증발농축기(1)의 원폐수의 온도를 증발온도까지 상승시키는 제1열교환기(3b); 상기 제1열교환기(3b)에서 열교환후 남은 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 외부공기를 열교환시켜 상기 외부공기의 온도를 상승시키는 제2열교환기(3c)를 포함하며; 상기 축열연소기(2)의 연소실(2c)에서 정화된 수증기로 하여금 상기 제1열교환기(3b)로 유입되도록 하며; 상기 제2열교환기(3c)에서 열교환 후 남은 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 원폐수가 열교환되도록 하여 상기 원폐수의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다.

증발농축, 소각, 열교환기, 유기용제, 저비점 물질, 세라믹, 축열체

Description

저비점 오염물질을 포함하는 폐수 처리장치{System For Treating Waste Water Containing Material Having Low Boiling Point}

본 발명은 폐수처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기용제 등의 저비점 오염물질을 포함하는 폐수 처리장치에 관한 것이다.

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종래의 유기용제 등의 저비점 물질을 포함한 폐수의 처리에 있어서는 도 1과 같이 감압 증발농축 공법으로 폐수를 증발시킨 후 열교환기로 수증기와 저비점 물질을 응축하고, 2차적으로 막분리 공정이나. 생물학적 처리방법으로 처리하였으며, 더불어 도 2와 같이 증발농축 후 발생하는 수증기와 저비점 물질을 고온에서 열분해 시킨 후 연료를 절감하기 위해 금속재 열교환기를 사용, 대기로 배출되는 폐열로, 배가스 소각로로 유입되는 수증기와 저비점물질의 온도를 상승시키는데 사용하였다. 그러나, 이러한 상기의 두가지 공법은 완벽한 처리를 하기 위해서는 처리공정이 복잡하고, 넓은 부지를 필요로 할 뿐만 아니라 막대한 에너지 비용을 지출하여야 했다.

그리하여, 간단하면서도 처리비용이 저렴하며 완벽한 처리방법의 필요성이 대두되었다.

위의 문제는, 폐수공급펌프(400)로부터 원폐수를 공급받으며 급기송풍기(300)로부터 외부공기를 공급받는 증발농축기(1); 송풍기(100)에 의해 덕트(2b)를 통해 상기 증발농축기(1)로부터 수증기와 기체 상태의 오염물질을 공급받아 연소하되 상기 오염물질에 포함된 유기물의 산화온도를 유지토록 하는 축열연소기(2); 상기 축열연소기(2)에서 발생된 열과 상기 증발농축기에 공급된 원폐수를 열교환시킴으로써 상기 증발농축기의 원폐수의 온도를 증발온도까지 상승시키는 제1열교환기(3b); 상기 제1열교환기(3b)에서 열교환후 남은 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 외부공기를 열교환시켜 외부공기의 온도를 상승시키는 제2열교환기(3c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 포함하며;
상기 축열연소기(2)의 연소실(2c)에서 정화된 수증기로 하여금 상기 제1열교환기(3b)로 유입되도록 하는 폐수 처리장치에 의해 해결될 수 있다.
여기서, 상기 제2열교환기(3c)에서 열교환 후 남은 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 원폐수가 열교환되도록 하여 원폐수의 온도를 상승시킬 수도 있다.

기존의 저비점 물질 등의 오염물질을 함유한 폐수를 처리하는데 있어서 고비용 저효율의 문제점의 해결 수단을 제시하고, 일정농도 이상의 저비점 오염물질을 포함한 폐수의 처리에는 운전 초기의 에너지를 제외하고, 별도의 에너지를 공급하지 않으면서, 항상 방류수질 기준 이하의 처리수질을 얻을 수 있다.

본 발명은 종래의 기술의 문제점인 낮은 처리효율 및 높은 처리비용의 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 방법을 제시한다.

기존의 증발농축공법은 증발 농축을 개시하기 위하여 외부로부터 스팀 등의 열원을 공급하여야 했으나, 본 발명(도 3)은 축열연소기(2)의 버너(2a) 외에는 외부로부터 어떠한 열원을 공급받지 않는 것을 특징으로 한다.

원폐수는 폐수공급펌프(400)에 의해 후술되는 처리수조(4)를 거쳐 증발농축기(1)로 공급된다. 또한 외부공기는 급기송풍기(300)에 의해 후술되는 제2열교환기(3c)를 거쳐 증발농축기(1)로 공급된다.
가동 초기에 축열연소기(2)의 버너(2a)를 점화하여 축열연소기(2)의 연소실(2c)내의 온도를 유기물의 산화 온도까지 상승시킨다. 그리고 이 온도를 유지하면서 연소실(2c)에서 발생하는 고온의 열은 댐퍼(500)를 열어 제1열교환기(3b)로 보내게 된다. 폐수 순환펌프(200)는 폐수를 제1열교환기(3b)와 증발농축기(1) 사이에서 순환시킴으로써 증발농축기(1)의 온도를 물의 증발온도까지 상승시킨다.
즉 본 발명은 잠열을 회수하기 위한 수단으로서, 제1열교환기(3b)에 유입되는 폐수로 하여금 상기 제1열교환기(3b)와 상기 증발농축기(1)를 순환하게 함으로써 상기 증발농축기(1)의 온도를 물의 증발온도까지 상승시키는 폐수 순환유로(1c) 및 상기 폐수순환유로(1a) 상에 설치되는 폐수 순환펌프(200)를 포함한다.
증발농축기(1)에서 물과 저비점 오염물질이 증발되기 시작하면, 수증기와 기체상태의 오염물질은 송풍기(100)에 의해 덕트(2b)를 따라 축열연소기(2)로 보내진다. 그리고 회전식 분배기(3a)에 의해 제1축열재(A) 부분을 통과하면서 유기물산화 온도 부근까지 상승된다. 연소실(2c)로 유입된 수증기와 저비점 오염물질은 일정한 체류시간과 온도에 의해 저비점 오염물질은 완전히 열 산화되어 물과 이산화탄소로 분해되어지면서 연소열을 발생시키게 된다. 이 연소열은 연소실(2c)내의 온도를 유지시키는데 이용될 뿐만 아니라, 댐퍼(500)를 통해 제1열교환기(3b)로 보내어져 폐수의 증발에 이용되기도 한다.

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축열연소기(2)의 연소실(2c)에서 정화된 수증기는 제2축열재(B)를 통과하면서, 가지고 있던 현열의 90％ 이상을 빼앗기고, 제1열교환기(3b)로 유입된다. 이때 수증기가 가지고 있는 잠열과 현열은 폐수의 증발농축에 이용되게 된다.

제1열교환기(3b)에서 수증기의 응축에 의해 생성되는 응축수가 갖는 폐열은 제2열교환기(3c)로 유입되어 증발농축기(1) 내로 공급되는 외부공기를 가열하는데 사용된다. 이 외부공기는 폐열을 회수하여 증발농축에 이용하는 한편, 증발농축의 효율을 높이고, 축열연소기(1)에서 오염물질의 연소시에 필요한 산소를 공급하는 작용을 하게 된다.

제1,2열교환기(3b, 3c)를 거치면서 잠열과 현열을 빼앗기고 응축된 응축수는 처리수조(4)에 공급된다. 그런데 이 응축수도 아직 현열을 가지고 있는 상태이다. 그래서 본 실시예는 원폐수유입라인(1d)을 따라 증발농축기(1)로 공급되는 원폐수를 처리수조(4)의 응축수와 열교환시킨 다음 증발농축기(1)로 공급함으로써 버려지는 폐열을 모두 회수하여 사용하게끔 한다. 처리수조(4)로부터는 응축수가 방류된다.
미설명된 도면부호 1a는 데미스터를, 1b는 폐수 분사노즐을 나타낸다. 그리고 증발농축기(1)의 하부에는 농축액 취출구(1f)가 마련된다.
이하, 실제의 작동 상태를 수치를 개입시켜 구체적으로 예시한다.

(실시예)
메탄올 30kg 을 함유한 폐수를 시간당 2000kg 처리할 경우 물의 양은 1970kg이고, 메탄올이 30kg이므로 폐수의 증발시 발생되는 수증기의 양은 1970 × 22.4/18 × 1/60 = 40.9S㎥/min 메탄올의 증발시 발생되는 증기의 양은 30 × 22.4/32.04 × 1/60 = 0.35S㎥/min 이므로 총 41.25S㎥/min의 배출가스가 발생한다.

오염물질의 연소에 필요한 연소공기는 수증기의 양과 같은 양으로 정하였을 때 41.25S㎥/min 이면 축열연소기(2)로 유입되는 총 배출가스 양은 82.5S㎥/min 이 된다. 메탄올의 착화점이 385℃이므로 축열연소기(2)의 연소실(2c) 온도를 500℃로 유지할 때 축열연소기(2)에서 필요한 열량은 다음과 같다.

82.5S㎥/min × 60min/hr × 0.32 × (500-100) = 633,600㎉/hr 축열연소기(1)에서의 열회수율은 일반적으로 90％ 이상이므로 실제 투입되는 열량은 63,360㎉/hr가 되고, 메탄올의 연소에 의해 발생되는 열량이 30kg/hr×5,238㎉/kg=157,143㎉/hr 이므로 157,143㎉/hr - 63,360㎉/hr = 93,780㎉/hr 오히려, 93,780㎉/hr의 열량이 남아 축열연소기(1)는 무연료 운전이 가능하게 된다.

증발농축에 필요한 열량을 살펴보면 다음과 같다.

20℃의 물, 1kg증발에 필요한 열량은 현열이 80㎉/kg이고, 잠열이 약 540㎉/kg이므로 모두 620㎉/kg의 열량이 필요하게 된다.

1970kg/hr × 620㎉/kg = 1,221,400㎉/hr의 열량이 필요한 데, 축열연소기(1)에서 배출되는 과열증기는 축열연소기의 열회수율이 90％이므로, 약 150℃로 배출된다. 축열연소기에서는 현열만 회수되어 재사용되므로 과열증기가 갖고 있는 잠열은 제1열교환기(3b, 잠열교환기)를 이용하여 회수하게 되면 1970kg/hr × 540㎉/kg = 1,063,800㎉/hr의 열량이 회수되어 증발농축에 이용되고, 나머지 현열 82.5S㎥/min × 60min/hr × 0.32(비열) × 150(△T) = 237,600㎉/hr은 제2열교환기(3c, 현열교환기)에서 공기의 예열에 의해 증발농축에 공급되어지므로 1,221,400㎉/hr - 1,063,800㎉/hr - 237,600㎉/hr - 93,780㎉/hr = -173,780㎉/hr

즉, 173,780㎉/hr의 열량이 오히려 남게 되므로 설비의 방산열량을 10％(122,140㎉/hr)정도로 가정하더라도 증발농축과 축열연소기의 보조연료의 투입없이 폐수의 처리가 가능하다.

도 1은 감압식 증발농축 공정도

도 2는 상압식 증발농축 소각로의 공정도

도 3은 본 발명의 구성을 보여주는 처리공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 증발농축기

1a : 데미스터

1b : 폐수 분사노즐

1c : 폐수 순환 유로

1d : 원폐수 유입라인

1f : 농축액 취출구

2 : 축열연소기

2a : 버너

2b : 덕트

2c : 연소실

3a : 회전식 분배기

3b : 제1열교환기

3c : 제2열교환기

4 : 처리수조

100 : 송풍기

200 : 폐수 순환펌프

300 : 급기 송풍기

400 : 폐수 공급펌프

500 : 댐퍼

Claims

폐수공급펌프(400)로부터 원폐수를 공급받으며 급기송풍기(300)로부터 외부공기를 공급받는 증발농축기(1);

송풍기(100)에 의해 덕트(2b)를 통해 상기 증발농축기(1)로부터 수증기와 기체 상태의 오염물질을 공급받아 연소하되 유기물의 산화온도를 유지토록 하는 축열연소기(2);

상기 축열연소기(2)에서 발생된 수증기와 상기 증발농축기(1)에 공급된 원폐수를 열교환시킴으로써 상기 수증기의 현열과 잠열로써 상기 증발농축기(1)의 온도를 상기 원폐수의 증발온도까지 상승시키는 제1열교환기(3b);

상기 수증기의 응축에 의해 상기 제1열교환기(3b)에서 생성되어 배출되는 응축수의 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 외부공기를 열교환시켜 상기 외부공기의 온도를 상승시키는 제2열교환기(3c)를 포함하며;

상기 제2열교환기(3c)에서 열교환 후 남은 폐열과 상기 증발농축기(1)로 공급되는 원폐수가 열교환되도록 하여 상기 원폐수의 온도를 상승시키도록 하는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 포함하는 폐수 처리장치.
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