KR101794675B1

KR101794675B1 - 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법

Info

Publication number: KR101794675B1
Application number: KR1020170026537A
Authority: KR
Inventors: 전용봉
Original assignee: 솔라윈에너지(주)
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2017-12-01

Abstract

본 발명은 암모니아, 황화수소와 같은 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수를 탈기탑으로 공급하기 이전에 예열, 본가열 공정을 거치는 과정에서 고온으로 가열함으로써 탈기탑 내에서 탈기 효율이 향상되도록 하는 한편, 탈기된 가스를 사이클론 분리가 가능한 장치를 통해 더욱 효과적으로 처리되도록 해줌으로써, 정화 효율을 극대화한 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치는, 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수가 저장되고, 상기 오염폐수의 pH가 조절되는 폐수 저장조(100), 상기 폐수 저장조(100)로부터 공급되는 상기 오염폐수가 예열되는 1차 열교환기(200), 상기 1차 열교환기(200)에서 예열된 오염폐수가 분사되고, 후술하는 2차 열교환기(400)를 통과하는 과정에서 가열된 상기 오염폐수도 분사되며, 탈기용 가스가 분사되어 상기 분사된 오염폐수와 반응하여 상기 저비점 오염물질이 탈기되도록 해주는 탈기탑(300), 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 예열된 오염폐수가 가열용 스팀과 열교환되면서 가열되는 2차 열교환기(400), 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스에 산성의 순환액을 분무시키고 벤츄리 방식에 의해 상기 저비점 오염물질을 혼합 분리하는 상기 저비점 오염물질 분리기(500); 및 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로부터 배출되는 상기 순환액이 저장되고, 이 순환액 중 일부가 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로 순환 공급되는 순환액 저장조(600)를 포함한다.

Description

저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법{APPARATUS AND METHOD FOR PURIFYING WASTE WATER INCLUDING POLLUTANT WITH LOW BOILING TEMPERATURE}

본 발명은 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어 스트리핑 방식을 사용하는 처리장치 내에 사이클론 형태의 저비점 오염물질 분리기를 추가함으로써 정화 효율을 크게 향상시킨 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

암모니아를 포함한 저비점 오염물질을 치리하는 종래의 기술로는 물리, 화학적인 방법으로 염소주입법, 이온교환법, 탈기법(Air stripping)이 있으며, 생물학적 처리방법으로는 질산화와 탈질에 의한 질소처리 방법이 있다.

이 중에서 탈기법은 오염된 물이나 폐수 등 복원에 사용되는 기술로 기체를 공급하여 질소, 탄소 등과 같은 가스 물질을 제거하는 것을 의미한다. 예를 들어 심층식 포기조에서 산기 수심에 비례하여 용존 질소 농도가 증대하고, 과 포화분이 재포화되므로, 최종침전지에서 활성슬러지의 침강성이 악화된다. 이 때문에 최종침전지에서 방류하기 전에 알맞은 정도의 재포기를 행해서 질소 가스를 탈기한다.

또한, 폐수 중에 존재하는 암모니아성 질소성분을 pH 조정을 통하여 NH₃ 형태로 전환시켜 대기 중으로 이동, 제거시키는 방법을 암모니아 탈기법이라고 한다. 암모니아 탈기법은 NH₃의(암모니아, 기체)와 NH₄ ^＋이온(암모늄, 양이온)의 평형방정식(아래 수학식 1 참조)에서 pH가 9.25 이상으로 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동하여 NH₄ ^＋이온은 NH₃로 변하며, 이때 폐수를 교반하면서 대기 중으로 탈기시켜 제거하는 방법이다.

이러한 탈기 방식으로 암모니아와 같은 저비점 오염물질을 포함한 폐수를 정화 처리하는 일 예가 대한민국 등록특허 제0414917호(발명의 명칭: 암모니아를 함유한 폐수의 처리방법 및 그 장치, 등록공고일: 2003. 12. 29)(특허문헌1)에 개시되어 있다. 이 처리장치의 구성을 도 1을 참조로 간단히 설명하면 다음과 같다.

상기 암모니아를 함유한 폐수의 처리장치는, 유입 폐수를 저장하고 스팀 및 가성소다(NaOH)를 첨가하여 온도와 pH를 조절하는 2개의 탈기조(10)와, 상기 탈기조(10)로부터의 폐수를 탈기펌프(13)에 의해 분사하며 하부에 설치된 송풍기(FAN)(21)로 공기를 교차시켜 암모니아를 제거하는 탈기탑(20)과, 상기 탈기탑(20)으로부터의 암모니아 함유 공기를 황산으로 흡착하여 액상의 황산암모늄을 생산하는 가스흡착탑(30)을 포함한다.

그러나, 종래의 암모니아를 함유한 폐수의 처리장치는 다음과 같은 3가지 문제점을 가지고 있었다.

첫째, 탈기조(10) 내로 유입된 폐수에 고온의 스팀을 직접 공급하여 온도를 상승시키도록 구성되어 있는데, 이것은 스팀응축수가 폐수에 혼합되는 것이므로 폐수의 농도 희석에 대한 문제점을 발생시킬 우려가 있다.

둘째, 탈기조(10)에서 폐수의 온도를 30℃ 정도로만 가열시킨 다음 탈기탑(20)으로 공급되도록 구성되어 있는데, 기체의 특성상 온도가 증가할수록 용해도가 낮아지기 때문에 탈기탑(20) 내로 공급되는 폐수의 온도가 높으면 높을수록 폐수 내에 용해된 암모니아의 탈기 효율이 증가하게 되므로, 낮은 온도의 폐수공급은 탈기탑(20) 내에서의 효율을 저감시킨다.

세째, 가스흡착탑(30)의 규모에 비해 가스의 흡착 효율이 낮은 문제점이 있었다. 다시 말해, 탈기탑(20)에서 처리된 스트리핑 공기 내에 함유된 암모니아 가스는 가스흡착탑(30) 내에서 황산과 반응하여 황산암모늄으로 변환된 다음 최종 배출되는데, 가스 흡착 효율을 높이기 위해서는 가스흡착탑(30) 내에서 탈기된 공기와 황산의 접촉 시간이 증가하여야 한다. 그러나, 가스흡착탑(30)은 단순히 원형의 탑 형태를 가지고 그 하부에서 상승하는 스트리핑 공기에 황산을 단순 분사하는 구조로만 되어 있어 있기 때문에, 암모니아 가스와 황산의 접촉 시간을 증가시키기 위해서는 가스흡착탑(30)을 수직으로 거대하게 만들고, 내부에 황산 분사 구조를 다단으로 형성하여야 했다. 그 결과, 거대한 장치 규모에 비해 상대적으로 낮은 가스 흡착 효율을 나타내는 문제점이 있었다.

KR

10-0414917

B

본 발명은 상기한 종래의 암모니아를 함유한 폐수의 처리장치가 가지는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 암모니아와 같은 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수를 탈기탑으로 공급하기 이전에 예열, 본가열 공정을 거치도록 하여 고온으로 가열함으로써 탈기탑 내에서 탈기 효율이 향상되도록 하는 한편, 탈기된 오염가스를 냉각, 약품반응 및 사이클론 분리가 가능한 장치를 통해 더욱 효과적으로 제거될 수 있도록 해줌으로써, 정화 효율을 극대화한 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치 및 그 처리방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치는, 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수가 저장되고, 상기 오염폐수의 pH가 조절되는 폐수 저장조, 상기 폐수 저장조로부터 공급되는 상기 오염폐수가 예열되는 1차 열교환기, 상기 1차 열교환기에서 예열된 오염폐수가 분사되고, 후술하는 2차 열교환기를 통과하는 과정에서 가열된 상기 오염폐수도 분사되며, 탈기용 가스가 분사되어 상기 분사된 오염폐수와 반응하여 상기 저비점 오염물질이 탈기되도록 해주는 탈기탑, 상기 탈기탑으로부터 순환되는 상기 예열된 오염폐수가 가열용 스팀과 열교환되면서 가열되는 상기 2차 열교환기, 상기 탈기탑으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스에 산성 또는 알칼리성의 순환액을 분무시키고, 상기 순환액에 의해 상기 저비점 오염물질을 혼합 분리하는 저비점 오염물질 분리기; 및 상기 저비점 오염물질 분리기로부터 배출되는 상기 순환액이 저장되고, 이 순환액 중 일부가 상기 저비점 오염물질 분리기로 순환 공급되는 순환액 저장조를 포함할 수 있다.

또한, 상기 1차 열교환기에는 상기 탈기탑에서 상기 2차 열교환기로 순환되는 상기 오염폐수 중 일부가 분기 공급되어 예열용 열원으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 1차 열교환기에서 공급되는 예열된 오염폐수는 상기 탈기탑의 상단에 위치한 저온탈기부에 분사되고, 상기 2차 열교환기에서 공급되는 가열된 오염폐수는 상기 탈기탑의 중단에 위치한 고온탈기부에 분사되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑의 하단에서 분사될 수 있다.

또한, 상기 1차 열교환기를 통과한 상기 오염폐수는 45 ~ 65℃로 예열되고, 상기 2차 열교환기를 통과한 상기 오염폐수는 70℃ 이상으로 가열될 수 있다.

또한, 상기 저비점 오염물질 분리기는, 일단에 상기 탈기탑으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되는 탈기가스 유입구와 타단에 여과된 가스가 배출되는 여과가스 배출구가 마련된 동체와, 상기 탈기가스 유입구 상에 설치되고 상기 순환액 저장조로부터 순환 공급되는 상기 산성 또는 알칼리성의 순환액이 분무되는 스프레이 노즐과, 상기 탈기가스 유입구와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관과, 상기 벤츄리 관을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 저비점 오염물질이 원심력에 의해 기액 분리되면서 상기 여과가스를 배출하는 사이클론 분리관과, 상기 사이클론 분리관에 의해 분리된 상기 저비점 오염물질이 함유된 순환액이 배출되는 순환액 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 벤츄리 관은 상기 동체의 중앙부에 형성되고, 상기 사이클론 분리관은 상기 벤츄리 관의 주위에 둘 이상이 일정한 간격으로 배치되며, 상기 벤츄리 관의 후단에는 상기 혼합가스를 상기 둘 이상의 사이클론 분리관으로 분배하는 혼합가스 분배실이 형성될 수 있다.

또한, 상기 둘 이상의 사이클론 분리관은 상기 벤츄리 관의 주위에 방사형으로 배치되며, 상기 혼합가스 분배실에는 상기 벤츄리 관으로부터 각각의 상기 사이클론 분리관으로 독립된 유로를 형성하도록 혼합가스 분배판이 설치될 수 있다.

또한, 상기 사이클론 분리관은 상기 혼합가스가 유입되는 곳에 원심력을 발생시키는 나선형의 혼합가스 유도깃이 설치될 수 있다.

또한, 상기 사이클론 분리관 내에는 그 중앙에 상기 여과가스가 상승 배출될 수 있도록 사이클론 배출관이 형성되고, 상기 사이클론 배출관은 상기 여과가스 배출구와 연통될 수 있다.

또한, 상기 사이클론 분리관의 하부에는 상기 분리된 저비점 오염물질이 함유된 순환액이 하부로 유도되는 사이클론 호퍼가 설치되고, 상기 사이클론 호퍼로부터 배출된 상기 저비점 오염물질이 함유된 순환액은 상기 순환액 배출구를 통해 상기 동체의 외부로 배출될 수 있다.

또한, 상기 동체의 일측에는 상기 동체의 내부로 냉각수를 순환 공급하여 상기 동체의 내부에 위치한 상기 벤츄리 관과 상기 사이클론 분리관의 외면을 냉각시키도록 해주는 냉각수 공급구와 냉각수 배출구를 포함할 수 있다. 상기 냉각수는 상기 동체의 내부에 존재하는 혼합가스를 냉각시켜 반응성을 향상시킴과 동시에 혼합가스의 일부를 응결된 액적으로 만들어줌으로써 저비점 물질의 분리효율을 증대시키고, 가스의 냉각으로 인해 흡수, 흡착의 처리효율을 증대시켜 준다.

한편, 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법은, 폐수 저장조에서 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수를 저장하고 상기 오염폐수를 탈기에 적합한 pH로 조절하는 단계; 상기 pH가 조절된 오염폐수를 1차 열교환기를 통해 예열하는 단계; 상기 예열된 오염폐수를 탈기탑으로 공급 분사시켜 상기 탈기탑으로 분사되는 탈기용 가스와 반응하여 상기 저비점 오염물질을 마무리 단계로서 탈기시키는 단계; 상기 탈기탑을 통과한 상기 오염폐수를 2차 열교환기를 통해 가열하는 단계; 상기 가열된 오염폐수를 상기 탈기탑으로 공급 분사시켜 상기 탈기탑으로 분사되는 탈기용 가스와 반응하여 상기 저비점 오염물질을 메인 단계로서 탈기시키는 단계; 상기 탈기탑으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스를 저비점 오염물질 분리기 내로 공급하고, 상기 저비점 오염물질 분리기 내에 산성 또는 알칼리성의 순환액을 분사시켜 상기 탈기가스와 혼합시킨 다음 상기 저비점 오염물질을 분리하는 단계; 및 상기 저비점 오염물질이 포함된 순환액을 순환액 저장조로 배출하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 1차 열교환기를 통한 예열 단계는, 상기 탈기탑에서 상기 2차 열교환기로 순환되는 상기 오염폐수 중 일부가 분기 공급되어 상기 1차 열교환기의 예열용 열원으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 1차 열교환기에서 공급되는 예열된 오염폐수는 상기 탈기탑의 상단에 위치한 저온탈기부에서 분사되고, 상기 2차 열교환기에서 공급되는 가열된 오염폐수는 상기 탈기탑의 중단에 위치한 고온탈기부에서 분사되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑의 하단에서 분사될 수 있다.

또한, 상기 저비점 오염물질을 분리하는 단계는, 상기 저비점 오염물질 분리기의 일단에 형성된 탈기가스 유입구를 통해 상기 탈기탑으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되고, 상기 탈기가스 유입구 상에 설치된 스프레이 노즐로부터 상기 순환액 저장조로부터 순환 공급되는 상기 산성 또는 알칼리성의 순환액이 분무되며, 상기 탈기가스 유입구와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 저비점 오염물질이 사이클론 분리관 내에서 원심력에 의해 기액 분리되며, 상기 사이클론 분리관 내에서 여과된 여과가스가 상기 저비점 오염물질 분리기의 타단에 형성된 여과가스 배출구를 통해 배출되며, 상기 분리된 저비점 오염물질이 함유된 순환액은 순환액 배출구를 통해 배출될 수 있다.

또한, 상기 저비점 오염물질 분리단계는, 상기 저비점 오염물질 분리기의 일측에 설치된 냉각수 공급구와 냉각수 배출구를 통해 상기 저비점 오염물질 분리기의 내부로 냉각수를 순환 공급하여 상기 벤츄리 관과 상기 사이클론 분리관의 외면을 냉각시키는 단계를 더 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치를 사용하면, 암모니아를 포함한 저비점 오염물질 폐수를 탈기에 적합한 온도로 가열한 후 탈기탑으로 공급하기 때문에 탈기 효율을 크게 증대시킬 수 있다.

특히, 오염폐수를 예열 및 가열의 2단계로 온도를 증가시키고, 상기 예열 단계는 오염폐수 자체를 순환시켜 열원으로 사용함으로써 가장 효율적인 방법으로 가열 공정을 구성할 수 있다.

또한, 예열된 오염폐수를 탈기탑의 상부의 저온탈기부(45 ~ 65℃)로 분사하고, 가열된 오염폐수를 탈기탑의 중단의 고온탈기부(70℃ 이상)로 분사함으로써 탈기탑 내에서 각각 다른 온도조건에서 2번의 탈기가 이루어지도록 해준다. 그 결과, 고온탈기부에서 탈기된 오염물질이 저온탈기부에 분사된 폐수와 재흡수 및 재탈기가 이루어져 탈기 효율을 크게 향상시켜 준다.

또한, 탈기탑에서 배출되는 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스를 일반 스크러버가 아니라 벤츄리 관 및 사이클론 분리관으로 구성된 저비점 오염물질 분리기 내에서 분리 처리함으로써 반응 및 정화 효율을 크게 향상시켜 준다.

또한, 일반 스크러버의 경우에는 저비점 오염물질과 산성의 순환액을 균일하게 혼합하는 시간을 확보하기 위해 장치 자체를 거대하게 만들어야 했으나, 본 발명의 상기 저비점 오염물질 분리기는 벤츄리 효과 및 사이클론 효과 등을 이용하여 저비점 오염물질과 산성의 순환액이 신속하게 혼합, 분리될 수 있도록 해주기 때문에 저비점 오염물질 분리기의 크기를 소형화할 수 있다. 그 결과, 오염폐수 처리장치 전체를 컴팩트하게 구성할 수 있다.

또한, 탈기탑에서 배출되는 저비점 오염물질을 함유한 혼합가스를 냉각시켜 그 온도를 낮추어줌으로써 처리 효율을 향상시키는 장점이 있다.

도 1은 종래의 탈기 방식의 폐수 처리장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 폐수 처리장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 폐수 처리장치의 저비점 오염물질 분리기의 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 폐수 처리장치의 저비점 오염물질 분리기의 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 폐수 처리장치의 저비점 오염물질 분리기의 사용상태도.
도 6은 본 발명에 따른 폐수 처리방법의 순서도.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 증발농축시스템의 오염물질 제거장치를 보다 상세히 설명한다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치의 전체 구성을 나타낸다.

본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치는 크게 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수가 저장되고, 상기 오염폐수의 pH가 조절되는 폐수 저장조(100), 상기 폐수 저장조(100)로부터 공급되는 상기 오염폐수가 예열되는 1차 열교환기(200), 상기 1차 열교환기(200)에서 예열된 오염폐수가 저온탈기부(301)로 분사되고, 후술하는 2차 열교환기(400)를 통과하는 과정에서 가열된 상기 오염폐수가 고온탈기부(302)로 분사되며, 탈기용 가스가 분사되어 상기 분사된 오염폐수와 반응하여 상기 저비점 오염물질이 탈기되도록 해주는 탈기탑(300), 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 예열된 오염폐수가 가열용 스팀과 열교환되면서 가열되는 2차 열교환기(400), 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스에 산성 또는 알칼리성의 순환액을 분무시키고 벤츄리 방식에 의해 상기 저비점 오염물질을 분리하는 상기 저비점 오염물질 분리기(500); 및 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로부터 배출되는 상기 순환액이 저장되고, 이 순환액 중 일부가 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로 순환 공급되는 순환액 저장조(600)를 포함한다.

상기 오염폐수 저장조(100)는 처리 대상인 저비점 오염물질을 함유한 폐수가 유입되어 저장된다. 여기서, 저비점 오염물질이라 함은 물보다 끓는점이 낮은 오염물질을 의미하는 것으로, 대표적으로 암모니아(NH₃), 황화수소(H₂S), 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOC) 등이 있다. 이들 저비점 오염물질은 폐수가 증발농축 처리장치를 통과하더라도 물과 함께 증발하여 최종 처리된 응축수 내에 잔존하게 되므로 이를 다시 처리해주어야 하였다. 특히, 암모니아나 황화수소는 악취유발 물질로서 환경규제를 받는 주요 오염물질이며, 특히 암모니아는 폐수 내 총 질소함량에 크게 영향을 미치는 것이므로 반드시 제거되어야 한다.

본 발명은 이러한 업계의 요구에 맞추어 증발농축 처리장치에서 배출되는 응축수에서 알칼리성인 암모니아 또는 산성인 황화수소를 포함하는 저비점 오염물질을 제거하는 것을 주요 목적으로 하여 개발된 것이다. 이하에서는 대표적인 알칼리성 오염물질인 암모니아를 응축수로부터 제거하기 위한 처리 과정을 중심으로 설명하기로 한다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 일 실시예에 불과하므로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 암모니아, 황화수소 등 알칼리성 또는 산성을 갖는 모든 저비점 오염물질을 함유한 폐수 또는 공정수를 처리하는 다양한 형태의 정화처리 시스템에 적용될 수 있다 할 것이다.

상기 오염폐수 저장조(100)는 저비점 오염물질, 특히 암모니아를 함유한 응축수를 탈기 처리하기 위한 전처리 과정이 수행된다. 폐수 내에서 암모니아를 탈기하기 위해서 가장 중요한 제어인자는 바로 pH, 온도 및 탈기용 가스량이다. pH는 폐수 내에 암모니아가 기체 상태로 존재하도록 해주고, 온도는 폐수의 온도가 높을수록 기체의 용해도가 낮아지므로 이를 이용해 과포화된 암모니아 기체가 폐수에 용해되지 못하고 가스 중으로 배출되도록 해준다. 높은 탈기가스량은 폐수와의 많은 접촉을 유도하여 탈기효율을 극대화시켜준다.

상기 오염폐수 저장조(100)에서는 이들 3가지 제어인자 중에서 pH를 조절하여 향후 탈기 공정이 효과적으로 이루어질 수 있도록 해준다. 앞서 설명한 바와 같이, 암모니아 탈기법은 폐수 중에 존재하는 암모니아성 질소성분을 pH 조정을 통하여 NH₃ 형태로 전환시켜 대기 중으로 이동, 제거시키는 방법이며. 상기한 수학식 1에서 보듯이 NH₃의(암모니아, 기체)와 NH₄ ^＋이온(암모늄, 양이온)의 평형방정식(아래 수학식 1 참조)에서 pH가 9.25 이상으로 증가하면 평형은 왼쪽으로 이동하여 NH₄ ^＋이온은 NH₃로 변하며, 이때 폐수를 교반시켜줌으로써 대기 중으로 탈기시켜 제거하는 방식이다.

이를 위해 상기 오염폐수 저장조(100)에서는 가성소다(NaOH)와 같은 염기성 화합물을 오염폐수에 첨가하여 pH를 9.25 이상으로 조절함으로써, 폐수 내에 암모늄 이온이 암모니아 기체로 존재할 수 있도록 해주는 것이다.

상기 오염폐수 저장조(100)에서 pH 조절이 완료된 오염폐수는 상기 1차 열교환기(200), 2차 열교환기(400)를 통과하면서 탈기를 위한 2번째 제어 인자인 온도 조절이 이루어진다. 오염폐수 저장조(100)에서 pH 조절이 완료된 후에 배출되는 오염폐수는 대략 30 ~ 50℃의 온도를 가진다. 이 오염폐수는 탈기탑(300)에서 효과적인 탈기 반응이 일어나기 위해서는 저온탈기부(301)와 고온탈기부(302)로 구분하여 각각 45 ~ 65℃, 70℃ 이상으로 온도를 높여주는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 이러한 오염폐수의 가열 공정을 1차 열교환기(200)에서 이루어지는 예열 과정과 2차 열교환기(400)에서 이루어지는 본 가열 과정의 2단으로 구성하고, 1차 열교환기(200)를 통과하면서 예열된 오염폐수를 곧바로 2차 열교환기(400)로 보내는 것이 아니라 상기 탈기탑(300)의 상단의 저온탈기부(301)로 공급, 분사함으로써 부분적으로 탈기 반응이 일어나도록 한 다음, 이 오염폐수를 2차 열교환기(400)로 공급하여 일정 온도 이상으로 가열한 후 다시 탈기탑(300)의 중단의 고온탈기부(302)로 공급, 분사함으로써 주된 탈기 반응이 일어나도록 구성된다. 이와 같이, 1차 열교환기(예열) -> 탈기탑의 저온탈기부(부분 탈기반응) -> 2차 열교환기(본 가열) -> 탈기탑의 고온탈기부(본 탈기반응)로 진행되는 처리 공정은 본 발명의 중요한 기술적 특징 중 하나이다. 이하에서 상기 4 단계의 가열 및 탈기 과정을 보다 상세히 설명한다.

상기 1차 열교환기(200)는 상기 오염폐수 저장조(100)에서 pH 9.25 이상으로 조절된 온도 30 ~ 50℃ 정도의 오염폐수가 공급된다. 1차 열교환기(200)에서는 30 ~ 50℃ 정도의 오염폐수를 45 ~ 65℃ 정도의 온도가 되도록 예열한다. 이 예열 단계의 열원은 상기 탈기탑(300)에서 배출되어 상기 2차 열교환기(400)로 순환되는 오염폐수 중의 일부가 처리수 배출 밸브(340)에 의해 1차 열교환기(200)를 통과한 후 배출되도록 해준다. 즉, 본 발명에 따르면, 오염폐수의 예열을 위해 별도의 열원을 사용하지 아니하고 탈기탑(300)에서 탈기 처리된 고온의 처리수를 1차 열교환기(200)를 통하여 폐열회수하여 사용함으로써 폐수 가열에 따른 에너지 비용을 최소화하였다.

상기 1차 열교환기(200)에서 예열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 상단의 저온탈기부(301)로 공급되어 분사된다. 도 2에 도시된 바와 같이 터보 에어팬(350)에서 발생한 탈기용 가스(일반적으로 공기가 많이 사용되나, 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스가 사용될 수도 있음)는 탈기탑(300)의 하단부의 에어 노즐(360)을 통해 고속으로 분무된다. 이 분무된 탈기용 가스는 탈기탑(300)을 따라서 상승하면서 탈기탑(300)의 중단에 위치한 고온탈기부(302)에서 상기 2차 열교환기(400)를 통해 가열된 고온의 오염폐수와 만나 주된 탈기 반응이 일어난다.

이 과정에서 탈기된 오염가스와 미반응된 탈기용 가스는 계속 상승하여 탈기탑(300)의 상단에 위치한 저온탈기부(301)에서 상기 1차 열교환기(200)를 통과한 저온의 오염폐수와 다시 접촉, 반응하여 재흡수 및 재탈기가 이루어진다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 탈기탑(300) 내에서 1차 열교환기(200)를 통과한 저온의 오염폐수가 접촉하는 저온탈기부(301)와 2차 열교환기(400)를 통과한 고온의 오염폐수가 접촉하는 고온탈기부(302)를 탈기용 가스가 순차적으로 접촉하도록 해줌으로써 탈기 효율을 향상시켜준다. 다시 말해, 상기 고온탈기부(302)에서 탈기된 고온의 저비점 오염물질이 저온탈기부(301)에 유입되는 저온의 오염폐수와 직접 열교환 및 재흡수 과정을 거치면서 증류탑과 같이 저비점 오염물질의 농축현상에 의한 분리효율의 극대화를 유도할 수 있는 것이다.

또한, 1차 열교환기(200)를 통과한 오염폐수는 상기 탈기탑(300)을 통과하는 동안에 2차 열교환기(400)를 통과한 오염폐수와 혼합되어 오염폐수의 온도가 전체적으로 상승한다. 따라서, 탈기탑(300)에서 배출되어 순환되는 처리수는 최초 예열된 오염폐수보다 온도가 높기 때문에 그 일부를 분기하여 1차 열교환기(200)를 통해 배출되게 함으로써 폐열을 회수하여 열원으로 사용할 수 있는 것이다.

상기 탈기탑(300)의 하단부에서 배출되는 처리수는 순환 펌프(330)에 의해 상기 2차 열교환기(400)로 순환 공급된다. 이 2차 열교환기(400)에서는 외부에 고온의 스팀이 공급되어 오염폐수를 70℃ 이상의 고온으로 가열한다. 오염폐수의 온도가 높을수록 암모니아의 용해도가 낮아지기 때문에 탈기 반응 효율이 더욱 증가한다. 따라서, 오염폐수는 온도가 높을수록 유리하다. 하지만, 오염폐수의 비등점 이상으로 가열하게 되면 액체 내에서 기체를 탈기시키는 반응 자체가 일어나기 어렵기 때문에 오염폐수의 비등점 이상으로 가열하지 않는 것이 바람직하다. 다만, 오염폐수는 그 종류마다 비등점이 상이하므로 본 발명에서는 2차 열교환기(400)의 가열온도 상한치를 특별히 한정하지는 아니한다.

상기 2차 열교환기(400)에서 가열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 중단의 고온탈기부(302)에 분사되어 탈기탑(300)의 하단부에 설치된 에어 노즐(360)을 통해 고속으로 분무되는 탈기용 가스와 혼합되어 주된 탈기 반응이 일어난다는 것은 이미 상기한 바와 같다. 2차 열교환기(400)에서 가열된 오염폐수를 탈기탑(300)의 중단의 고온탈기부(302)로 공급하는 것은 공급된 오염폐수가 처리되어 연속으로 배출되어야 하기 때문에 고온으로 하여 탈기효과를 극대화하기 위함이다.

상술한 바와 같이, 1차 열교환기(예열) -> 탈기탑의 저온탈기부(부분 탈기반응) -> 2차 열교환기(본 가열) -> 탈기탑의 고온탈기부(본 탈기반응)를 거치는 일련의 과정을 통해 탈기된 가스는 탈기탑(300)의 가장 상단에 위치한 액적 분리부(303)에서 액적이 분리된 다음 탈기탑(300)의 상단에 설치된 저비점 오염물질 분리기(500)로 공급된다. 상기 액적 분리부(303)는 데미스터 형태로 구성되고, 탈기 과정에서 저비점 오염물질이 탈기가스로 이동하고 남은 오염폐수 액적이 데미스터를 통해 걸러져 탈기탑(300)으로 회수된다.

이 때, 탈기탑(300)에서의 3번째 제어인자인 탈기용 가스량은 처리할 오염폐수 대비 가스량의 비율(기액비)를 200 ~ 2000 으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기한 탈기 공정을 통해 탈기된 처리수는 상기 1차 열교환기(200)에서 열원으로 사용된 후 외부로 배출된다. 이 때, 배출되는 처리수는 온도가 40℃ 이상으로 높은 경우가 발생한다. 법적으로 처리수는 40℃ 이하로 배출되어야 하므로 이를 더 냉각할 필요가 있다. 또한, 초기 오염폐수의 저비점 오염물질 농도가 높은 경우에는 상술한 2단계 탈기 공정을 통과한 후에도 처리수의 오염물질 농도가 법적 기준치 이상으로 높은 경우도 발생하므로, 탈기 공정을 추가하여 오염물질 농도를 더 낮추어야 할 필요도 있다.

이를 위해 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 1차 열교환기(200)와 연결된 처리수의 배출라인 상에 탈기겸용 냉각탑(700)을 추가로 설치할 수 있다. 이 탈기겸용 냉각탑(700)은 기본적으로 상기 탈기탑(300)과 유사한 형태로 구성된다. 보다 상세하게 설명하면, 50 ~ 70℃ 온도로 배출되는 처리수가 탈기겸용 냉각탑(700)의 상단으로 분사되고, 상기 터보 에어팬(350)에서 발생한 상온(20 ~ 25℃)의 탈기용 가스가 탈기탑(300)의 하단부에 설치된 에어 노즐을 통해 고속으로 분무된다. 이 탈기용 가스와 처리수가 탈기겸용 냉각탑(700)의 내부에서 혼합되는데, 이 과정에서 처리수의 온도가 감소됨과 동시에 처리수 내에 잔존하던 저비점 오염물질이 추가로 탈기된다.

탈기된 가스는 탈기겸용 냉각탑(700)의 상부를 통해 배출되는데, 전환밸브(720)의 작동으로 그 중 일부가 상기 탈기탑(300)의 하부로 공급되어 탈기용 가스로 사용되고, 일부는 스크러버(800)로 최종 배출된다. 이 때, 상기 탈기탑(300)으로 공급되는 탈기용 가스는 40 ~ 60℃로 예열되어 공급된다. 이와 같이 예열된 가스는 탈기탑(300) 내부의 소비 열량을 감소시켜주는 효과를 가져온다.

상기 탈기겸용 냉각탑(700)의 하부로 최종 배출되는 처리수는 30 ~ 35℃의 온도를 가지므로 법적 기준치인 40℃ 이하 조건을 만족하게 된다. 요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따라 탈기겸용 냉각탑(700)을 추가로 설치하게 되면, 처리수의 냉각, 처리수의 추가 탈기를 통한 오염농도 감소, 탈기탑으로 공급되는 탈기용 가스의 예열을 통한 소비열량 감소 등의 효과를 달성할 수 있다.

한편, 상기 저비점 오염물질 분리기(500)는 탈기탑(300)과 스크러버(800)의 사이에 배치되어 고농도의 가스상 오염물질을 1차로 제거함으로써, 종래의 스크러버에서 진행하였던 산성용액에 의한 암모니아 가스의 반응 및 저비점 오염물질의 처리효율을 극대화하기 위한 것이다. 탈기가스 내에 함유된 암모니아와 같은 저비점 오염물질은 산성용액과 반응하여 염으로 분리 제거될 수 있다. 예를 들어 암모니아와 황산이 반응하여 황산암모늄으로 분리되거나, 질산과 반응하여 질산암모늄으로 분리될 수 있다.

탈기가스 내에 황화수소와 같은 산성계 저비점 오염물질이 함유되어 있을 경우에는 알칼리성 용액과 반응하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 황화수소와 소석회(Ca(OH)₂)가 반응하여 황화칼슘으로 분리되거나, 황화수소와 가성소다(NaOH)가 반응하여 황화나트륨으로 분리될 수 있다.

종래의 스크러버는 원통의 탑 내에 산성 또는 알칼리성 용액을 단순히 분사하는 방식으로 구성되는데, 유입되는 가스 중에서 VOC나 암모니아 또는 황화수소의 농도가 높을 경우 처리효율이 낮았고, 이를 해결하기 위해 추가로 활성탄을 사용하거나 접촉 시간을 늘이기 위한 방편으로 스크러버 장치를 거대하게 만들어야 하는 문제점이 있었다는 것은 상기한 바와 같다. 또한, 스크러버에 유입되는 가스의 온도가 높을 경우에도 저비점 오염물질의 처리효율이 매우 저하되었다.

상기 저비점 오염물질 분리기(500)는 벤츄리 관 및 사이클론 분리관을 구비하여 산성 또는 알칼리 용액과 탈기가스의 접촉 및 분리 효율을 극대화한 것이다. 이하에서 도 3 내지 도 5를 참조로 암모니아 분리를 위한 저비점 오염물질 분리기(500)의 기술구성을 상세히 설명한다.

상기 저비점 오염물질 분리기(500)는 일단에 상기 탈기탑(300)으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되는 탈기가스 유입구(502)와 타단에 여과된 가스가 배출되는 여과가스 배출구(512)가 마련된 동체(501)와, 상기 탈기가스 유입구(502) 상에 설치되고 상기 순환액 저장조(600)로부터 순환 공급되는 상기 산성의 순환액이 분무되는 스프레이 노즐(514)과, 상기 탈기가스 유입구(502)와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관(503)과, 상기 벤츄리 관(503)을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 암모니아를 포함한 저비점 오염물질이 흡수된 순환액을 원심력을 이용하여 분리하는 사이클론 분리관(506)과, 상기 사이클론 분리관(506)에 의해 분리된 상기 저비점 오염물질이 흡수된 순환액이 배출되는 순환액 배출구(509)를 포함한다.

탈기가스 중에 함유된 암모니아는 탈기가스와 혼합되도록 분무되는 산성의 순환액에 의해 흡수 및 반응하여 분리되고, 분무된 순환액과 함께 다른 저비점 오염물질들도 상기 사이클론 분리기(506)에 의해 원심 분리된다.

상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 동체(501) 일측에는 냉각수 공급구(516)와 냉각수 배출구(517)가 각각 형성되어, 상기 벤츄리관(503)과 사이클론 분리관(506)의 외면에 냉각수를 공급하도록 구성될 수 있다. 이 냉각수는 상기 동체(501)의 내부에 존재하는 혼합가스를 냉각시켜 반응성을 향상시킴과 동시에 혼합가스의 일부를 응결된 액적으로 만들어줌으로써 저비점 오염물질의 분리효율을 증대시키고, 가스의 냉각으로 인해 흡수, 흡착의 처리효율을 증대시켜 준다.

상기 벤츄리 관(503)은 상기 동체(501)의 중앙에 위치하며, 상부로 연장되도록 형성된다. 이 벤츄리 관(503)은 중앙에 직경이 좁아지다가 다시 확장되는 구간이 존재한다. 상기 스프레이 노즐(514)을 통해 고속으로 분무된 순환액이 상기 벤츄리 관(503)의 직경이 좁은 구간을 통과하면서 유속이 더욱 증가하게 되고 그 결과 주위에 있는 탈기가스가 유속이 증가된 순환액 속으로 급속이 빨려들어가면서 균일하게 혼합된다. 그 결과 오염물질이 원활하게 순환액에 흡수, 반응된다.

순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되어 만들어진 혼합가스는 직경이 확장되는 부분을 통과하면서 팽창된다. 그 결과 유속이 감소하면서 탈기가스의 혼합 정도가 더욱 증가하게 된다.

한편, 상기 사이클론 분리관(506)는 상기 벤츄리 관(503)의 주위에 둘 이상이 일정한 간격으로 배치되며, 상기 벤츄리 관(503)의 후단에는 상기 혼합가스를 상기 둘 이상의 사이클론 분리관(506)로 분배하는 혼합가스 분배실(504)이 형성된다. 이에 의해, 상기 혼합가스는 상기 벤츄리 관(503)을 완전히 통과한 후에 그 위에 형성된 혼합가스 분배실(504)로 유입되어 후속하는 복수개의 사이클론 분리관(506)으로 균일하게 공급된다.

바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 10개의 사이클론 분리관(506)은 상기 벤츄리 관(503)의 주위에 방사형으로 배치되며, 상기 혼합가스 분배실(504)에는 상기 벤츄리 관(503)으로부터 각각의 상기 사이클론 분리관(506)으로 독립된 유로를 형성하도록 혼합가스 분배판(505)이 설치된다. 이 혼합가스 분배판(505)은 벤츄리 관(503)으로 배출되는 혼합가스가 방사형으로 배치된 10개의 사이클론 분리관(506) 각각에 균일하게 공급될 수 있도록 해준다.

또한, 상기 사이클론 분리관(506)은 상기 혼합가스가 유입되는 곳에 원심력을 발생시키는 나선형의 혼합가스 유도깃(507)이 설치될 수 있다. 혼합가스가 상기 혼합가스 유도깃(507)을 통과하는 과정에서 강력한 나선형의 흐름이 발생되고, 이에 의해 사이클론 분리관(506) 내부에서 원심 분리가 일어난다. 이 과정에서 상대적으로 저비점 오염물질을 포함한 다양한 종류의 오염물질들이 액적의 형태로 바깥쪽으로 원심 분리되고 사이클론 분리기(506)의 내면을 따라 하부로 떨어지게 된다. 또한, 사이클론의 강력한 원심 분리 작용에 의해 다시 기체와 액체로 분리되며, 오염물질이 분리 제거된 기체상의 여과가스는 상승 배출된다.

이를 위해, 상기 사이클론 분리관(506) 내에는 그 중앙에 상기 여과가스가 상승 배출될 수 있도록 사이클론 배출관(510)이 형성되고, 상기 사이클론 배출관(510)은 상부 케이싱(511)을 매개로 상기 여과가스 배출구(512)와 연통된다.

또한, 상기 사이클론 분리관(506)의 하부에는 상기 분리된 오염물질이 함유된 순환액이 하부로 유도되는 사이클론 호퍼(508)가 설치되고, 상기 사이클론 호퍼(508)로부터 배출된 오염물질이 함유된 순환액은 상기 순환액 배출구(509)를 통해 상기 동체(501)의 외부로 배출된다.

상기 순환액 배출구(509)를 통해 배출된 순환액은 순환액 저장조(600) 및 순환액 순환라인을 통해 재순환된다. 상기 순환액 저장조(600)는 암모니아와의 화학반응을 높이기 위하여 pH를 2 ~ 6으로 조절하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 저비점 오염물질 분리기(500)를 통과한 여과가스는 마지막 정화 장치로서 스크러버(800)로 이송될 수 있다. 이 때, 스크러버(800)는 상기 저비점 오염물질 분리기(500)에 의해 거의 정화가 완료된 여과가스를 마지막으로 처리하는 것이므로 종래의 스크러버보다 훨씬 작은 용량으로 설치할 수 있다. 또한, 본 발명의 스크러버(800)의 정화 효율을 극대화한 경우에는 스크러버(800)의 설치를 생략할 수도 있다.

이하에서 도 5를 참조로 본 발명에 따른 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법에 대하여 간단히 설명한다.

먼저, 폐수 저장조(100)에서 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수를 저장하고 상기 오염폐수를 탈기에 적합한 pH로 조절한다. 여기서, pH는 암모늄 이온이 암모니아 기체로 존재할 수 있도록 9.25 이상으로 조절하는 것이 바람직하다.

상기 pH가 조절된 약 30 ~ 50℃의 오염폐수를 1차 열교환기(200)를 통과하는 동안에 45 ~ 65℃로 예열한다. 이 예열 단계의 열원은 외부에 별도로 공급하는 것이 아니라 탈기탑(300)에서 2차 열교환기(400)로 순환하는 오염폐수의 일부를 분기하여 사용함으로써 가열에 필요한 에너지 비용을 절감시켜 준다.

이때, 상기 예열용 열원으로 사용된 오염폐수는 탈기겸용 냉각탑(700)으로 공급되고, 상기 탈기겸용 냉각탑(700)에서 탈기용 가스와 혼합되어 냉각 및 추가 탈기가 이루어진 다음 최종 처리수로서 배출되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑(300)으로 공급되도록 구성될 수 있다.

상기 탈기겸용 냉각탑(700)에서의 공정이 추가되면, 법적 기준치인 40℃ 이하로 최종 처리수의 냉각, 처리수의 추가 탈기를 통한 오염농도 감소, 탈기탑으로 공급되는 탈기용 가스의 예열을 통한 소비열량 감소 등의 효과를 달성할 수 있음은 상기한 바와 같다.

상기 예열된 오염폐수를 탈기탑(300)의 상단의 저온탈기부(301)로 공급 분사시켜 상기 탈기탑(300)으로 분사되는 탈기용 가스와 반응시킴으로써 상기 저비점 오염물질을 마무리 단계로서 탈기시킨다. 여기서 마무리 단계로서의 탈기 반응이라 함은 탈기탑(300)의 중단의 고온탈기부(302)에서 이루어지는 메인 탈기 단계에서 탈기된 고농도의 저비점 오염물질, 탈기용 가스 및 오염폐수를 재접촉시켜 처리 효율을 높여준다는 의미이다.

상기 탈기탑(300)을 통과한 오염폐수를 2차 열교환기(400)를 통해 본 가열한다. 오염폐수 내의 암모니아의 용해도는 온도가 높을수록 낮아지므로 오염폐수를 가열하면 더 많은 암모니아를 기체 상태로 배출시킬 수 있어 탈기 효율을 높일 수 있다. 이를 위해 본 가열 단계에서는 2차 열교환기(400)로 외부의 열원인 스팀을 공급하여 오염폐수를 70℃ 이상으로 가열한다. 가열온도의 상한치는 각 오염폐수의 비등점 이하로 제어하는 것이 바람직함은 이미 상기한 바와 같다.

상기 본 가열된 오염폐수를 상기 탈기탑(300)의 중단의 고온탈기부(302)로 공급 분사시켜 상기 탈기탑(300)으로 분사되는 탈기용 가스와 반응하여 상기 저비점 오염물질을 메인 단계로서 탈기시킨다. 여기서 메인 단계로서의 탈기 반응이라 함은 70℃ 이상의 오염폐수가 연속 순환하면서 상기 저온탈기부(301)로부터 하강하는 저온 탈기액과 함께 탈기용 가스와 오랜시간 동안 접촉 혼합되도록 함으로써 탈기탑(300) 내에서 대부분의 탈기 반응이 여기서 일어난다는 의미이다.

상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스(일반적으로 공기를 많이 사용하나, 아르곤, 질소와 같은 불활성 기체를 사용할 수도 있음)를 저비점 오염물질 분리기(500) 내로 공급하고, 상기 저비점 오염물질 분리기(500) 내에 산성의 순환액을 분사시켜 벤츄리 방식에 의해 상기 탈기가스와 혼합시킨 저비점 오염물질을 분리시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 일단에 형성된 탈기가스 유입구(502)를 통해 상기 탈기탑(300)으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되고, 상기 탈기가스 유입구(502) 상에 설치된 스프레이 노즐(514)로부터 상기 순환액 저장조(600)로부터 순환 공급되는 상기 산성의 순환액이 분무되며, 상기 탈기가스 유입구(502)와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관(503)을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 저비점 오염물질이 액적의 형태로 사이클론 분리관(506) 내에서 원심력에 의해 분리되며, 상기 여과가스가 상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 타단에 형성된 여과가스 배출구(512)를 통해 배출되며, 상기 분리된 저비점 오염물질이 함유된 순환액은 순환액 배출구(509)를 통해 배출된다. 이 때, 벤츄리 관(503)과 사이클론 분리관(506)의 외면에 냉각수를 공급하여 혼합가스의 온도를 낮춤으로써 반응과 처리효율을 극대화할 수 있음은 상기한 바와 같다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 저비점 오염물질 분리기(500)가 벤츄리 방식, 사이클론 방식 및 냉각 방식을 동시에 구현함으로써 단순히 순환액을 분사만 하던 기존의 스크러버 장치에 비하여 산성 분리용액과 탈기가스의 접촉, 혼합 및 처리 효율을 향상시켜 암모니아 분리 효과를 극대화시켜준다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 폐수 저장조 200: 1차 열교환기
300: 탈기탑 400: 2차 열교환기
500: 저비점 오염물질 분리기 600: 순환액 저장조
700: 탈기겸용 냉각탑 800: 스크러버

Claims

저비점 오염물질을 함유한 오염폐수가 저장되고, 상기 오염폐수의 pH가 조절되는 폐수 저장조(100), 상기 폐수 저장조(100)로부터 공급되는 상기 오염폐수가 예열되는 1차 열교환기(200), 상기 1차 열교환기(200)에서 예열된 오염폐수가 분사되고, 후술하는 2차 열교환기(400)를 통과하는 과정에서 가열된 상기 오염폐수도 분사되며, 탈기용 가스가 분사되어 상기 분사된 오염폐수와 반응하여 상기 저비점 오염물질이 탈기되도록 해주는 탈기탑(300), 상기 탈기탑(300)으로부터 순환되는 상기 예열된 오염폐수가 가열용 스팀과 열교환되면서 가열되는 상기 2차 열교환기(400), 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스에 산성 또는 알칼리성의 순환액을 분무시키고, 상기 순환액에 의해 상기 저비점 오염물질을 혼합 분리하는 저비점 오염물질 분리기(500); 및 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로부터 배출되는 상기 순환액이 저장되고, 이 순환액 중 일부가 상기 저비점 오염물질 분리기(500)로 순환 공급되는 순환액 저장조(600)를 포함하고,
상기 저비점 오염물질 분리기(500)는, 일단에 상기 탈기탑(300)으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되는 탈기가스 유입구(502)와 타단에 여과된 가스가 배출되는 여과가스 배출구(512)가 마련된 동체(501)와, 상기 탈기가스 유입구(502) 상에 설치되고 상기 순환액 저장조(600)로부터 순환 공급되는 상기 산성 또는 알칼리성의 순환액이 분무되는 스프레이 노즐(514)과, 상기 탈기가스 유입구(502)와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관(503)과, 상기 벤츄리 관(503)을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 저비점 오염물질이 원심력에 의해 기액 분리되면서 상기 여과가스를 배출하는 사이클론 분리관(506)과, 상기 사이클론 분리관(506)에 의해 분리된 상기 저비점 오염물질이 함유된 순환액이 배출되는 순환액 배출구(509)를 포함하며,
상기 동체(501)의 일측에는 상기 동체(501)의 내부로 냉각수를 순환 공급하여 상기 동체(501)의 내부에 위치한 상기 벤츄리 관(503)과 상기 사이클론 분리관(506)의 외면을 냉각시키도록 해주는 냉각수 공급구(516)와 냉각수 배출구(517)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 1차 열교환기(200)에는 상기 탈기탑(300)에서 상기 2차 열교환기(400)로 순환되는 상기 오염폐수 중 일부가 분기 공급되어 예열용 열원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 2에 있어서,
상기 예열용 열원으로 사용된 오염폐수는 탈기겸용 냉각탑(700)으로 공급되고, 상기 탈기겸용 냉각탑(700)에서 탈기용 가스와 혼합되어 냉각 및 추가 탈기가 이루어진 다음 최종 처리수로서 배출되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑(300)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 1차 열교환기(200)에서 공급되는 예열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 상단에 위치한 저온탈기부에 분사되고, 상기 2차 열교환기(400)에서 공급되는 가열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 중단에 위치한 고온탈기부에 분사되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑(300)의 하단에서 분사되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 1차 열교환기(200)를 통과한 상기 오염폐수는 45 ~ 65℃로 예열되고, 상기 2차 열교환기(400)를 통과한 상기 오염폐수는 70℃ 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 벤츄리 관(503)은 상기 동체(501)의 중앙부에 형성되고, 상기 사이클론 분리관(506)은 상기 벤츄리 관(503)의 주위에 둘 이상이 일정한 간격으로 배치되며, 상기 벤츄리 관(503)의 후단에는 상기 혼합가스를 상기 둘 이상의 사이클론 분리관(506)으로 분배하는 혼합가스 분배실(504)이 형성된 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 7에 있어서,
상기 둘 이상의 사이클론 분리관(506)은 상기 벤츄리 관(503)의 주위에 방사형으로 배치되며, 상기 혼합가스 분배실(504)에는 상기 벤츄리 관(503)으로부터 각각의 상기 사이클론 분리관(506)으로 독립된 유로를 형성하도록 혼합가스 분배판(505)이 설치된 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 사이클론 분리관(506)은 상기 혼합가스가 유입되는 곳에 원심력을 발생시키는 나선형의 혼합가스 유도깃(507)이 설치된 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 사이클론 분리관(506) 내에는 그 중앙에 상기 여과가스가 상승 배출될 수 있도록 사이클론 배출관(510)이 형성되고, 상기 사이클론 배출관(510)은 상기 여과가스 배출구(512)와 연통된 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 사이클론 분리관(506)의 하부에는 상기 분리된 저비점 오염물질이 함유된 순환액이 하부로 유도되는 사이클론 호퍼(508)가 설치되고, 상기 사이클론 호퍼(508)로부터 배출된 상기 저비점 오염물질이 함유된 순환액은 상기 순환액 배출구(509)를 통해 상기 동체(501)의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리장치.
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폐수 저장조(100)에서 저비점 오염물질을 함유한 오염폐수를 저장하고 상기 오염폐수를 탈기에 적합한 pH로 조절하는 단계; 상기 pH가 조절된 오염폐수를 1차 열교환기(200)를 통해 예열하는 단계; 상기 예열된 오염폐수를 탈기탑(300)으로 공급 분사시켜 상기 탈기탑(300)으로 분사되는 탈기용 가스와 반응하여 상기 저비점 오염물질을 마무리 단계로서 탈기시키는 단계; 상기 탈기탑(300)을 통과한 상기 오염폐수를 2차 열교환기(400)를 통해 가열하는 단계; 상기 가열된 오염폐수를 상기 탈기탑(300)으로 공급 분사시켜 상기 탈기탑(300)으로 분사되는 탈기용 가스와 반응하여 상기 저비점 오염물질을 메인 단계로서 탈기시키는 단계; 상기 탈기탑(300)으로부터 공급되는 상기 저비점 오염물질을 함유한 탈기가스를 저비점 오염물질 분리기(500) 내로 공급하고, 상기 저비점 오염물질 분리기(500) 내에 산성 또는 알칼리성의 순환액을 분사시켜 상기 탈기가스와 혼합시킨 다음 상기 저비점 오염물질을 분리하는 단계; 및 상기 저비점 오염물질이 포함된 순환액을 순환액 저장조(600)로 배출하는 단계;를 포함하고,
상기 저비점 오염물질 분리단계는, 상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 일단에 형성된 탈기가스 유입구(502)를 통해 상기 탈기탑(300)으로부터 상기 저비점 오염물질이 함유된 탈기가스가 유입되고, 상기 탈기가스 유입구(502) 상에 설치된 스프레이 노즐(514)로부터 상기 순환액 저장조(600)로부터 순환 공급되는 상기 산성 또는 알칼리성의 순환액이 분무되며, 상기 탈기가스 유입구(502)와 연통되고 일부가 직경이 좁아지도록 형성된 벤츄리 관(503)을 통과하면서 상기 순환액과 탈기가스가 균일하게 혼합되고, 이 혼합가스 중에서 상기 저비점 오염물질이 사이클론 분리관(506) 내에서 원심력에 의해 기액 분리되며, 상기 사이클론 분리관(506) 내에서 여과된 여과가스가 상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 타단에 형성된 여과가스 배출구(512)를 통해 배출되고, 상기 분리된 저비점 오염물질이 함유된 순환액은 순환액 배출구(509)를 통해 배출되며,
상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 일측에 설치된 냉각수 공급구(516)와 냉각수 배출구(517)를 통해 상기 저비점 오염물질 분리기(500)의 내부로 냉각수를 순환 공급하여 상기 벤츄리 관(503)과 상기 사이클론 분리관(506)의 외면을 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법.
청구항 13에 있어서,
상기 1차 열교환기(400)를 통한 예열 단계는,
상기 탈기탑(300)에서 상기 2차 열교환기(400)로 순환되는 상기 오염폐수 중 일부가 분기 공급되어 상기 1차 열교환기(200)의 예열용 열원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법.
청구항 14에 있어서,
상기 예열용 열원으로 사용된 오염폐수는 탈기겸용 냉각탑(700)으로 공급되고, 상기 탈기겸용 냉각탑(700)에서 탈기용 가스와 혼합되어 냉각 및 추가 탈기가 이루어진 다음 최종 처리수로서 배출되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑(300)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법.
청구항 13에 있어서,
상기 1차 열교환기(200)에서 공급되는 예열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 상단에 위치한 저온탈기부(301)에서 분사되고, 상기 2차 열교환기(400)에서 공급되는 가열된 오염폐수는 상기 탈기탑(300)의 중단에 위치한 고온탈기부(302)에서 분사되며, 상기 탈기용 가스는 상기 탈기탑(300)의 하단에서 분사되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법.
청구항 13에 있어서,
상기 1차 열교환기(200)를 통과한 상기 오염폐수는 45 ~ 65℃로 예열되고, 상기 2차 열교환기(400)를 통과한 상기 오염폐수는 70℃ 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는 저비점 오염물질을 함유한 폐수의 처리방법.
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