KR101626530B1 - 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 발전소의 배가스에 포함된 황산화물을 해수로 탈황처리하는 해수의 처리장치로서, 해수와 발전소 부산물을 반응시키는 반응부와, 해수와 발전소 부산물을 교반하는 교반부와, 반응부에서 반응된 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하는 흡수부와, 탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하고 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전부와, 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기하는 산화부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물의 해수탈황 공정시 반응부에서 해수의 알칼리도를 발전소 부산물로 증가시켜 공급함으로써, 해수탈황시 해수 투입량을 저감하고 탈황 처리시간도 단축시킬 수 있는 동시에 탈황해수의 pH 조정에 대한 약품사용량을 절감하여 해수탈황 공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법{Apparatus for treating seawater using by-product of power plant and method thereof}
본 발명은 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발전소에서 배출되는 황산화물을 해수로 탈황하는 탈황공정에서 해수를 처리하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화석연료 연료에 포함된 황이 연소할 때 배가스 중 1,000ppm 내외의 황산화물(SO2, SO3)이 포함되어 있으며, SO2는 대기중에서 SO3로 산화된 후 수분과 반응하여 SO2 보다 10배 정도 인체에 위해성이 있는 황산-미스트(H2SO4-mist)와 같은 오염물질로 변환된다.
이러한 화력발전소에서 발생하는 황산화물(SOx)를 저감시키는 방법으로는, 습식 석회석-석고법과 해수탈황 방법을 주로 사용하고 있다. 그 중 가장 보편적으로 사용되고 있는 습식 석회석-석고법 방법은 기술적인 완성도 및 신뢰성 면에서 우수하다고 알려져 있다.
그러나, 석회석을 전처리하기 위한 시설 등 초기 투자비가 크고, 설치면적이 크며, 폐수와 폐기물이 발생하여 이를 처리하는데 어려움이 있는 등 경제적이고 운영적인 측면에서 문제점을 가지고 있다.
또한, 해수탈황 방법은 대량의 냉각수를 사용하는 해안가에 건설되는 발전소에 적용할 수 있으며, 보일러의 복수기에서 다량의 해수를 냉각수로 이용하기 때문에, 상기 복수기로부터 배출되는 해수의 배액을 해수탈황 장치에 공급하여 흡수액으로 사용하여 배가스 중 SOx를 제거한다.
이러한 해수탈황 공정은 석회-석고법에 비해 초기투자비가 적고, 운영이 안정적이나 해수의 알칼리도와 pH를 복원시키기 위해서 NaOH 등의 약품이 다량 사용되어 경제성을 악화시키는 요인이 된다.
이와 같이, 해수탈황의 방법은 해수에 포함된 천연의 알칼리도(HCO3 -, CO3 2-, OH-)를 이용하여 배가스 중 황산화물을 제거하는 방법으로 이 방법을 사용하기 위해서는 해수에 130ppm 내외의 적정 알칼리도(HCO3 -)를 유지하여야 하나 계절별, 지역별로 해수의 알칼리도가 안정적이지 않아 이를 상승시켜줘야 한다.
종래의 해수탈황 방법은 알칼리도를 130ppm 내외로 증대시키기 위해 NaOH나 수산화칼슘을 첨가한다. 또한, 탈황 후 탈황해수는 pH8 내외에서 pH가 2.5 내외로 낮아져서 바다로 방류하기 위해서는 pH를 6이상으로 상승시켜야 한다.
이를 위해 종래에는 NaOH나 석회, 수산화마그네슘 등의 고가의 약품을 사용한다. 하지만, 해수탈황 공정에서 이러한 고가의 약품을 사용하게 되면 약품소모량이 많아 경제성을 악화시키게 되어 해수의 처리비용이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제특1996-0010381호 (1996년 07월 31일) 대한민국 등록특허 제10-0701239호 (2007년 03월 29일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물의 해수탈황시 해수 투입량을 저감하고 탈황 처리시간도 단축시킬 수 있는 동시에 탈황해수의 pH 조정에 대한 약품사용량을 절감하여 해수탈황 공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탈황해수의 pH 복원을 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 처리시간을 단축시키고 해양으로 배출되는 탈황해수의 오염을 저감시킬 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 해수를 부산물과 반응시켜 흡수부와 침전부에 투입하고 해수원수를 저장하여 탈황해수의 pH 조정에 이용할 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발전소 부산물과 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 반응성을 향상시킬 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 매립 폐기되는 발전소 부산물을 재이용하여 해수탈황 공정의 해수처리비용을 절감할 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탈황해수의 pH 복원 및 탈황해수에 포함된 오염물질을 제거할 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탈황해수와 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 탈황해수의 pH 복원성을 향상시킬 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 탈황해수에 포함된 오염물질의 제거를 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 오염도를 저감시킬 수 있는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치 및 처리방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발전소의 배가스에 포함된 황산화물을 해수로 탈황처리하는 해수의 처리장치로서, 해수와 발전소 부산물을 반응시키는 반응부(10); 상기 반응부(10)의 내부에 설치되어 해수와 발전소 부산물 사이의 반응성을 향상시키도록 교반하는 교반부(20); 상기 반응부(10)의 하류에 연결되어, 상기 반응된 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하는 흡수부(30); 상기 흡수부(30)의 하류에 연결되어, 탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하고, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전부(40); 및 상기 침전부(40)의 하류에 연결되어, 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기하는 산화부(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 침전부(40)의 하류에 연결되어, 상기 탈황해수와 해수의 반응후 탈황해수의 pH를 조정하도록 약품을 투입하는 약품투입부(60);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 반응부(10)는, 해수에 발전소 부산물을 반응시켜 상기 흡수부(30)와 상기 침전부(40)로 배출하는 반응조; 및 해수를 저장하여 상기 산화부(50)로 배출하는 저장조;를 포함한다. 본 발명의 상기 발전소 부산물은, 발전소에서 발생되는 비산재 또는 바닥재이다.
본 발명의 상기 흡수부(30)는, 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하도록 하부에 저류조가 형성된 흡수탑으로 이루어져 있다.
본 발명의 상기 침전부(40)는, 탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하는 해수복원조; 상기 해수복원조의 하류에 연결되어, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전조; 및 상기 침전조의 하류에 연결되어, 상기 침전조에 분리된 탈황해수를 반복적으로 여과하는 여과조;를 포함한다.
본 발명의 상기 해수복원조는, 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정한다. 본 발명의 상기 침전조는, 침전조 상부의 부유물질과 침전조 하부의 침전물을 분리해서 외부로 배출하고, 침전조의 상등액을 상기 산화부(50)로 배출한다.
또한, 본 발명은 상기 기재된 해수의 처리장치를 사용하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법으로서, 해수와 발전소 부산물을 교반하는 단계; 해수에 발전소 부산물을 반응시키는 단계; 상기 반응된 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하는 단계; 상기 탈황에 사용된 탈황해수와 해수를 반응시키는 단계; 상기 반응된 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 단계; 및 상기 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 침전시키는 단계 후에, 탈황해수의 pH를 조정하도록 상기 침전분리된 탈황해수에 해수원수를 투입하여 희석하거나, 약품을 투입하거나, 해수원수를 투입하여 희석한 후 약품을 투입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 탈황해수와 해수를 반응시키는 단계는, 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물의 해수탈황 공정시 반응부에서 해수의 알칼리도를 발전소 부산물로 증가시켜 공급함으로써, 해수탈황시 해수 투입량을 저감하고 탈황 처리시간도 단축시킬 수 있는 동시에 탈황해수의 pH 조정에 대한 약품사용량을 절감하여 해수탈황 공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 침전부의 하류에 약품투입부를 연결 설치함으로써, 탈황해수의 pH 복원을 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 처리시간을 단축시키고 해양으로 배출되는 탈황해수의 오염을 저감시킬 수 있게 된다.
또한, 반응부에 반응조와 저장조를 구비함으로써, 해수를 부산물과 반응시켜 흡수부와 침전부에 투입하고 해수원수를 저장하여 탈황해수의 pH 조정에 이용할 수 있게 된다.
또한, 반응부에서 발전소 부산물과 해수의 혼합비를 소정범위로 한정하고 반응시간을 소정범위를 한정하여 반응시킴으로써, 발전소 부산물과 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 반응성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 발전소 부산물 중 비산재 또는 바닥재를 사용함으로써, 매립 폐기되는 발전소 부산물을 재이용하여 해수탈황 공정의 해수처리비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 침전부에 해수복원조와 침전조와 여과조를 순차적으로 연결하여 설치함으로써, 탈황해수의 pH 복원 및 탈황해수에 포함된 오염물질을 제거할 수 있게 된다.
또한, 해수복원조에서 탈황해수과 해수의 혼합비를 소정범위로 한정하여 반응시킴으로써, 탈황해수와 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 탈황해수의 pH 복원성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 침전조에서 탈황해수의 부유물질과 침전물질을 제거함으로써, 탈황해수에 포함된 오염물질의 제거를 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 오염도를 저감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법을 나타내는 흐름도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법을 나타내는 흐름도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치는, 반응부(10), 교반부(20), 흡수부(30), 침전부(40) 및 산화부(50)를 포함하여 이루어져 있다.
반응부(10)는, 해수와 발전소 부산물을 반응시키는 반응조로서, 화력발전소에서 발생되는 부산물 중 비산재 또는 바닥재와 해수를 반응시켜 해수의 알칼리도를 증가시키게 되며, 해수유입관(11), 저장조(14), 부산물 유입관(15), 부산물탱크(16) 및 반응조(17)로 이루어져 있다.
이러한 발전소의 부산물은, 석탄화력발전소의 바닥재(bottom ash) 또는 비산재(fly ash)로서, 발전소에서 석탄의 연소후 잔류하는 석탄회 성분으로 이루어지며, 무연탄의 경우 26∼50%, 역청탄은 8∼15% 정도 발생되며, 연소 후 모이는 장소에 따라 바닥재 또는 비산재로 구분된다.
특히, 석탄 비산재는, 다공성 구형입자, 단단한 구형입자, 부정형 입자의 혼합물이며, 석탄 비산재의 입자크기는 분쇄도에 따라 보통 1.0∼150㎛ 정도이며, 평균입경은 약 20∼30㎛로서 시멘트의 입경과 비슷하다.
또한, 석탄 비산재의 화학적 성상으로서, 전형적인 역청탄회의 화학조성은 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3) 성분의 합계가 85% 이상이고, 산화칼슘(CaO) 성분은 2∼3% 이고, 산화마그네슘(MgO) 성분은 대략 1% 이다.
해수유입관(11)은, 해양으로부터 해수원수를 유입시키는 배관부재로서, 해수유입관(11)의 하류에는 반응조(17)로 분기하여 펌핑하는 제1 워터펌프(12)와 저장조(14)로 분기하여 펌핑하는 제2 워터펌프(13)가 설치되어 있다.
저장조(14)는, 제2 워터펌프(13)의 하류에 연결되어 해수를 저장하는 저장수단으로서, 저장조(14)에 저장된 해수는 흡수부(30)로 배출되거나 산화부(50)로 배출된다.
부산물 유입관(15)은, 화력발전소에서 발생되는 부산물 중 비산재 또는 바닥재가 유입되는 배관부재로서, 부산물 유입관(15)의 하류에는 부산물을 일시적으로 저장하는 부산물탱크(16)가 설치되어 있다.
반응조(17)는, 제1 워터펌프(12)의 하류에 연결되고 부산물탱크(16)의 하류에 연결된 반응수단으로서, 해수와 발전소 부산물을 반응시켜 해수의 알칼리도를 증가시키게 된다.
반응조(17)에서는 발전소 부산물과 해수를 1:2000 내지 1:100의 비율로 혼합하여 1분 내지 60분 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 부산물과 해수의 혼합비가 1:2000 보다 낮으면 해수의 알칼리도의 상승효과 미미하고, 1:100 보다 높으면 해수의 알칼리도의 상승이 용이하나 해수에 부산물의 함량이 증가되어 해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
또, 부산물과 해수의 혼합 반응시간이 1분 보다 짧으면 해수의 알칼리도의 상승효과가 미미하고, 60분 보다 길면 해수의 알칼리도의 상승이 용이하나 해수의 유동이 정체되어 해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
또한, 반응조(17)의 하류에는 공급펌프가 설치되어, 발전소 부산물과 반응한 해수를 흡수부(30)로 배출시키는 동시에 해수의 배출량을 적절하게 조절할 수 있게 되는 것도 가능함은 물론이다.
교반부(20)는, 반응부(10)의 반응조(17)의 내부에 설치된 교반기로 이루어져, 해수와 발전소 부산물을 일정속도로 교반하여 해수와 발전소 부산물 사이의 반응성을 향상시키게 된다.
흡수부(30)는, 반응부(10)의 하류에 연결되어, 부산물과 반응한 해수와, 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물을 반응시켜 탈황하는 탈황수단으로서, 흡수탑(31), 배가스 유입구(32), 교반기(33) 및 열교환기(34)로 이루어져 있다.
흡수탑(31)은, 발전소의 부산물과 반응한 해수와, 발전소의 배가스에 포함된 황산화물을 반응시켜 탈황하도록 하부에 저류조가 형성되어 있고, 상부에 해수를 분사하는 분사관이 설치되어 있다.
배가스 유입구(32)는, 흡수탑(31)의 하부에 설치된 유입수단으로서, 발전소에서 배출되는 배가스가 유입되어 흡수탑(31)의 상부에 설치된 배가스 유출구를 통해서 상방으로 배출된다.
교반기(33)는, 흡수탑(31)의 하부에 형성된 저류조에 설치된 교반수단으로서, 발전소의 배가스에 포함된 황산화물과 반응하여 탈황처리된 탈황해수를 교반하게 된다.
열교환기(34)는, 배가스 유입구(32)의 상류에 설치된 배가스 배관과 배가스 유출구의 하류에 설치된 배가스 배관이 서로 통과하도록 설치된 가스히터로서, 배가스의 폐열을 이용하여 가스를 히팅하게 된다.
침전부(40)는, 흡수부(30)의 하류에 연결되어, 탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하고, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 분리수단으로서, 해수복원조(41), 침전조(42), 여과조(45)로 이루어져 있다.
해수복원조(41)는, 탈황해수와 반응부(10)에서 부산물과 반응한 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하는 해수의 pH 복원수단으로서, 탈황해수와 해수 사이의 반응성을 향상시키도록 해수복원조(41)의 하부에는 에어공급수단(43)으로부터 에어를 투입하는 분배관이 설치되어 있다.
이러한 해수복원조(41)에서는 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 3.5 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 그 이유는 탈황해수와 해수의 혼합비가 1:0.5 보다 낮으면 탈황해수의 pH 조정시간이 과다하게 소요되고, 1:1.4 보다 높으면 탈황해수의 pH 조정시간은 단축되지만 탈황해수의 유입량을 줄여야 하므로 탈황해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
침전조(42)는, 해수복원조(41)의 하류에 연결되어, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전수단으로서, 침전조(42)의 상부의 부유물질을 외부로 배출하고, 하부에 설치된 체인플레이트를 이용하여 침전조(42)의 하부의 침전물을 분리해서 진공필터(44)를 통해서 외부로 배출하고 나머지 탈황해수를 침전조(42)로 복귀시켜 재침전하게 되고, 침전조(42)의 상등액인 탈황해수를 여과조(45)로 배출하게 된다.
여과조(45)는, 침전조(42)의 하류에 연결되어, 침전조(42)에서 분리된 탈황해수를 반복적으로 여과하는 여과수단으로서, 탈황해수를 반복적으로 여과하여 탈황해수에 포함된 이물질을 제거한 후 산화부(50)로 배출하게 된다.
산화부(50)는, 침전부(40)의 하류에 연결되어 외부의 공기투입에 의해 탈황해수에 포함된 이산화탄소(CO2)를 탈기하는 산화수단으로서, 탈기조(51), 공기투입관(52), 블로워(53), 분배관(54), 배수관(55)으로 이루어져 있다.
또한, 이러한 산화부(50)는, 반응부(10)의 저장조(14)의 하류에도 연결되어, 탈황해수와 저장조(14)의 해수원수를 혼합하여 탈황해수를 해수원수로 희석하므로, 탈황해수의 pH를 해수원수와의 희석에 의해 조정하는 것도 가능함은 물론이다.
탈기조(51)는, 침전부(40)의 하류에 연결되어 탈황해수에 포함된 이산화탄소(CO2)를 탈기하는 탈기수단으로서, 탈기조(51)의 하부에는 외부의 공기투입관(52)으로부터 블로워(53)를 통해서 송풍되어 탈기조(51)의 내부 바닥에 공기가 투입되도록 분배관(54)이 설치되어 있고, 탈기조(51)의 하류에는 탈기조(51)의 내부에서 외부의 공기에 의해 탈기된 탈황해수가 해양으로 배출되도록 배수관(55)이 연결되어 있다.
따라서 산화부(50)에서는, 탈황해수를 해수원수와 혼합하여 희석해서 탈황해수의 pH를 조정하는 동시에 외부로부터 공기를 탈기조(51)에 투입하여 탈황해수를 탈기한 후 해양으로 배출하게 된다.
또한, 도 1에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치는, 침전부(40)의 하류에 연결되어 탈황해수와 해수의 반응후 탈황해수의 pH를 조정하도록 약품을 투입하는 약품투입부(60)를 더 포함하여 이루어지는 것도 가능함은 물론이다.
약품투입부(60)는, 침전부(40)의 하류에 연결되되 산화부(50)의 상류에 연결되어, 침전부(40)에서 탈황해수와 해수와의 반응 후 탈황해수의 pH를 조정하도록 약품을 투입하는 약품투입수단으로서, 약품공급관(61), 약품저장조(62), 투입펌프(63)로 이루어져 있다.
약품저장조(62)는, 탈황해수의 pH를 정밀하게 조정하도록 수산화나트륨(NaOH) 등의 소정량의 약품을 투입하기 위해 약품을 저장하는 저장수단으로서, 약품저장조(62)의 상류에는 외부로부터 약품을 공급하기 위한 약품공급관(61)이 연결되어 있고, 약품저장조(62)의 하류에는 탈황해수의 pH에 따라 약품의 투입량을 조절하도록 투입펌프(63)가 설치되어 있다.
따라서 이러한 약품투입부(60)는, 침전부(40)에서 탈황해수와 해수와의 반응 후 탈황해수가 적정한 pH로 복원되지 않은 경우, 또는 산화부(50)에서 탈황해수와 해수원수를 희석 반응시켜 탈황해수가 적정한 pH로 복원되지 않은 경우에, 탈황해수의 pH를 증가시키기 위해 수산화나트륨(NaOH) 등의 약품을 투입하게 된다.
즉, 침전부(40)에서 탈황해수와 해수와의 반응 후 탈황해수가 적정한 pH로 복원된 경우, 또는 산화부(50)에서 탈황해수와 해수원수를 희석 반응시켜 탈황해수가 적정한 pH로 복원된 경우에는 약품투입부(60)에 의한 약품투입 없이 탈황해수를 해양으로 배출하는 것도 가능함은 물론이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법을 더욱 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 본 실시예의 해수의 처리장치를 사용하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법은, 해수와 부산물 교반단계(S10), 해수와 부산물 반응단계(S20), 탈황단계(S30), 탈황해수와 해수 반응단계(S40), 침전단계(S50) 및 탈기단계(S70)를 포함하여 이루어져 있다.
해수와 부산물 교반단계(S10)는, 해수와 발전소 부산물을 교반기에 의해 일정속도로 교반하는 단계로서, 해수와 부산물 반응단계(S20)에서 해수와 발전소 부산물 사이의 반응성을 향상시키도록 해수와 발전소 부산물을 교반기에 의해 교반시키게 된다.
해수와 부산물 반응단계(S20)는, 해수와 발전소 부산물을 반응시키는 단계로서, 화력발전소에서 발생되는 부산물 중 비산재 또는 바닥재와 해수를 반응시켜 해수의 알칼리도를 증가시키게 된다.
이러한 해수와 부산물 반응단계(S20)에서는 발전소 부산물과 해수를 1:2000 내지 1:100의 비율로 혼합하여 1분 내지 60분 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 그 이유는 부산물과 해수의 혼합비가 1:2000 보다 낮으면 해수의 알칼리도의 상승효과 미미하고, 1:100 보다 높으면 해수의 알칼리도의 상승이 용이하나 해수에 부산물의 함량이 증가되어 해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
또, 부산물과 해수의 혼합 반응시간이 1분 보다 짧으면 해수의 알칼리도의 상승효과 미미하고, 60분 보다 길면 해수의 알칼리도의 상승이 용이하나 해수의 유동이 정체되어 해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
탈황단계(S30)는, 반응단계(S20)에서 알칼리도가 증가된 해수와, 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물을 반응시켜 황산화물을 탈황하는 단계로서, 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하도록 하부에 저류조가 형성된 흡수탑에서 해수와 황산화물을 반응시키게 된다.
또한, 흡수탑에서 탈황공정의 반응은 아래의 반응식 1과 같이 진행된다.
[반응식 1]
NaHCO3 + SOx → NaHSO3 + CO2
상기 탈황공정의 자세한 반응경로는 반응식 2 내지 반응식 4에 나타낸다.
[반응식 2]
SO2 + H2O → HSO3 - + H+
HSO3 - ↔ SO3 2- + H+ (배가스 중 SO2와 반응)
[반응식 3]
HSO3 - + ½O2 → SO4 2- + H+
SO3 - + ½O2 → SO4 2- (배가스 중 O2와 반응)
[반응식 4]
CO2(L) + H2O ↔ HCO3 - + H+
HCO3 - ↔ CO3 2- + H+ (배가스 중 CO2와 반응)
또한, 탈황단계(S30)에서는, 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황한 후 흡수탑의 내부에서 집진하거나 외부에 별도로 설치된 집진기에 의해 집진하는 것이 바람직하다.
탈황해수와 해수 반응단계(S40)는, 탈황단계(S30)에서 배출된 탈황해수와, 반응단계(S20)에서 알칼리도가 증가된 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 1차로 조정하는 1차 복원단계로서, 탈황해수와 알칼리도가 증가된 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 증가시키게 된다.
이러한 탈황해수와 해수 반응단계(S40)에서는 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 3.5 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.
그 이유는 탈황해수와 해수의 혼합비가 1:0.5 보다 낮으면 탈황해수의 pH 조정시간이 과다하게 소요되고, 1:1.4 보다 높으면 탈황해수의 pH 조정시간은 단축되지만 탈황해수의 유입량을 줄여야 하므로 탈황해수의 유동성이 저하되기 때문이다.
침전단계(S50)는, 탈황해수와 해수 반응단계(S40)에서 해수와 반응된 탈황해수로부터 발전소 부산물을 분리하도록 침전조에서 침전하는 단계로서, 침전조 상부의 부유물질과 침전조 하부의 침전물을 분리해서 외부로 배출하고, 침전조의 상등액인 탈황해수를 후공정인 탈기단계(S70)로 배출하게 된다.
탈기단계(S70)는, 침전단계(S50)에서 분리된 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기조에서 탈기하는 단계로서, 외부로부터 공기를 탈기조에 투입하여 탈황해수를 탈기한 후 해양으로 배출하게 된다.
또한, 탈기조에서 탈기공정의 반응은 아래의 반응식 5과 같이 진행된다.
[반응식 5]
NaHSO3 + ½O2 → NaHSO4
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2
상기 탈기공정의 자세한 반응경로는 반응식 6 내지 반응식 7에 나타낸다.
[반응식 6]
HSO3 - + ½O2 → SO4 2- + H+
SO3 - + ½O2 → SO4 2- (주입하는 Air 중 O2와 반응)
[반응식 7]
CO3 2- + H+ ↔ HCO3 -
HCO3 - + H+ ↔ CO2(L) + H2O (CO2 탈기함)
또한, 본 실시예의 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법은, 침전단계(S50)와 탈기단계(S70) 사이에 탈황해수의 pH를 2차로 조정하도록 침전분리된 탈황해수에 해수원수를 투입하여 희석하거나, 약품을 투입하거나, 해수원수를 투입하여 희석한 후 약품을 투입하는 단계(S60)를 더 포함하는 것도 가능함은 물론이다.
약품투입단계(S60)는, 탈황해수와 해수 반응단계(S40)에서 탈황해수와 알칼리도가 증가된 해수의 반응후, 약품이나 해수원수를 투입하여 탈황해수의 pH를 2차로 조정하는 2차 복원단계로서, 탈황해수와 해수 반응단계(S40)에서 적정한 탈황해수의 pH가 되지 않았을 경우에 탈황해수의 pH를 증가시켜 조정하기 위해 수산화나트륨(NaOH) 등의 약품을 투입하거나 해수원수를 투입하게 된다.
또한, 약품투입단계(S60)는, 탈황해수와 해수 반응단계(S40)에서 탈황해수와 알칼리도가 증가된 해수의 반응후, 해수원수를 먼저 투입하여 탈황해수의 pH를 조정하고, 다음으로 약품을 투입하여 탈황해수의 pH를 조정하는 것도 가능함은 물론이다.
[실시예]
일반적으로 500MW 석탄화력발전소에서는 연료의 물성에 따라서 13∼20 ton/hr의 비산재와 1.3∼2.0 ton/hr의 바닥재가 발생한다. 이를 이용한 해수의 알칼리도 상승 실험 및 탈황해수의 pH 복원을 위한 실험의 실시예는 아래와 같다.
[탈황 전 해수의 알칼리도 증대 실험]
500MW급 화력발전소에서 발생할 수 있는 비산재의 양(13 ton/hr)과 해수탈황에 사용되는 해수의 양(24,000 ton/hr)을 기준으로 하여, 비산재와 해수의 비율을 조절하면서 해수의 알칼리도 증대 효과를 살펴보았다.
비산재와 해수의 비율이 1:2000인 경우, 초기 알칼리도가 110에서 시간이 지남에 따라 127로 증가하였다. 그리고 비산재와 해수의 비율이 1:200인 경우에는 알칼리도가 110에서 155로 크게 증가하였다.
[탈황 후 해수 pH 복원실험]
탈황 후 탈황해수의 pH는 2.5∼3.5 내외로 알려져 있으며, pH 2.69를 기준으로 비산재의 투입량을 1:2000, 1:200, 1:100 등으로 조절하면서 실험을 실시하였다. 그 결과 pH가 최대 2.69에서 5.86으로 상승하였다.
그리고 비산재의 양은 고정하고 탈황해수의 pH를 2.5, 3.0, 3.5로 변화하면서 시간이 지남에 따른 탈황해수의 pH 복원 실험을 실시한 결과, 1:40에서 최대 4.92에서 6.48까지 복원할 수 있었다.
[해수와 탈황 처리수 pH 복원실험]
해수탈황 공정에서는 흡수탑과 탈기조로 해수가 각각 1:1 내외로 1차 및 2차로 투입된다. 따라서 1차로 투입된 탈황 후 탈황해수의 pH가 3.5일 경우, 2차로 투입된 해수원수의 pH가 8 내외일 경우, 최종 복원 가능한 탈황해수의 pH는 6이상으로 조정되어 해양으로 배출이 가능하게 되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 발전소에서 배출되는 배가스에 포함된 황산화물의 해수탈황 공정시 반응부에서 해수의 알칼리도를 발전소 부산물로 증가시켜 공급함으로써, 해수탈황시 해수 투입량을 저감하고 탈황 처리시간도 단축시킬 수 있는 동시에 탈황해수의 pH 조정에 대한 약품사용량을 절감하여 해수탈황 공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 침전부의 하류에 약품투입부를 연결 설치함으로써, 탈황해수의 pH 복원을 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 처리시간을 단축시키고 해양으로 배출되는 탈황해수의 오염을 저감시킬 수 있게 된다.
또한, 반응부에 반응조와 저장조를 구비함으로써, 해수를 부산물과 반응시켜 흡수부와 침전부에 투입하고 해수원수를 저장하여 탈황해수의 pH 조정에 이용할 수 있게 된다.
또한, 반응부에서 발전소 부산물과 해수의 혼합비를 소정범위로 한정하고 반응시간을 소정범위를 한정하여 반응시킴으로써, 발전소 부산물과 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 반응성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 발전소 부산물 중 비산재 또는 바닥재를 사용함으로써, 매립 폐기되는 발전소 부산물을 재이용하여 해수탈황 공정의 해수처리비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 침전부에 해수복원조와 침전조와 여과조를 순차적으로 연결하여 설치함으로써, 탈황해수의 pH 복원 및 탈황해수에 포함된 오염물질을 제거할 수 있게 된다.
또한, 해수복원조에서 탈황해수과 해수의 혼합비를 소정범위로 한정하여 반응시킴으로써, 탈황해수와 해수 사이의 반응을 최적화하는 동시에 탈황해수의 pH 복원성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 침전조에서 탈황해수의 부유물질과 침전물질을 제거함으로써, 탈황해수에 포함된 오염물질의 제거를 용이하게 하는 동시에 탈황해수의 오염도를 저감시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 반응부 20: 교반부
30: 흡수부 40: 침전부
50: 산화부 60: 약품투입부

Claims (11)

  1. 발전소의 배가스에 포함된 황산화물을 해수로 탈황처리하는 해수의 처리장치로서,
    해수와 발전소 부산물을 반응시키는 반응부(10);
    상기 반응부(10)의 내부에 설치되어 해수와 발전소 부산물 사이의 반응성을 향상시키도록 교반하는 교반부(20);
    상기 반응부(10)의 하류에 연결되어, 상기 반응된 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하는 흡수부(30);
    상기 흡수부(30)의 하류에 연결되어, 탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하고, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전부(40); 및
    상기 침전부(40)의 하류에 연결되어, 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기하는 산화부(50);를 포함하고,
    상기 발전소 부산물은, 발전소에서 발생되는 비산재 또는 바닥재인 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전부(40)의 하류에 연결되어, 상기 탈황해수와 해수의 반응후 탈황해수의 pH를 조정하도록 약품을 투입하는 약품투입부(60);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응부(10)는,
    해수에 발전소 부산물을 반응시켜 상기 흡수부(30)와 상기 침전부(40)로 배출하는 반응조; 및
    해수를 저장하여 상기 산화부(50)로 배출하는 저장조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수부(30)는, 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하도록 하부에 저류조가 형성된 흡수탑으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 침전부(40)는,
    탈황해수와 해수를 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하는 해수복원조;
    상기 해수복원조의 하류에 연결되어, 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 침전조; 및
    상기 침전조의 하류에 연결되어, 상기 침전조에서 분리된 탈황해수를 반복적으로 여과하는 여과조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 해수복원조는, 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 침전조는, 침전조 상부의 부유물질과 침전조 하부의 침전물을 분리해서 외부로 배출하고, 침전조의 상등액을 상기 산화부(50)로 배출하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리장치.
  9. 제 1 항에 기재된 해수의 처리장치를 사용하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법으로서,
    해수와 발전소 부산물을 교반하는 단계;
    해수에 발전소 부산물을 반응시키는 단계;
    상기 반응된 해수와 황산화물을 반응시켜 탈황하는 단계;
    상기 탈황에 사용된 탈황해수와 해수를 반응시키는 단계;
    상기 반응된 탈황해수와 발전소 부산물을 분리하도록 침전시키는 단계; 및
    상기 탈황해수에 포함된 이산화탄소를 탈기하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 침전시키는 단계 후에, 탈황해수의 pH를 조정하도록 상기 침전분리된 탈황해수에 해수원수를 투입하여 희석하거나, 약품을 투입하거나, 해수원수를 투입하여 희석한 후 약품을 투입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 탈황해수와 해수를 반응시키는 단계는, 탈황해수와 해수를 1:0.5 내지 1:1.4의 비율로 혼합하여 반응시켜 탈황해수의 pH를 조정하는 것을 특징으로 하는 발전소 부산물을 이용한 해수의 처리방법.
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