KR101860295B1 - 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화석연료를 사용하고 있는 화력발전소 보일러의 배출가스에 포함된 환경오염 물질 중 황산화물을 제거하기 위한 배연탈황(FGD, flue gas desulfurization) 설비에서 발생하는 폐수를 처리하는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 탈황설비로부터 폐수가 공급되어 저장되는 폐수저장조와; 상기 폐수저장조로부터 공급되는 폐수를 진공증발시키는 진공증발기와; 상기 진공증발기의 상부 내측과 연통되도록 유로가 설치되면서 유로를 따라 배출되는 증기를 응축시켜 응축수를 생성하는 응축기와; 상기 응축기를 통해 진공증발기의 내부와 연통되도록 설치되면서 진공증발기의 내부를 감압하는 진공펌프와; 상기 진공증발기의 내부에서 농축된 폐수가 공급되도록 유로가 연결되어 농축된 폐수를 여과하는 1차 필터와; 상기 1차 필터와 연결되어 1차 필터를 통해 여과된 슬러지가 저장되는 석고저장조와; 상기 1차 필터와 연결되어 1차 필터를 통해 여과된 여액이 공급되고, 탄산나트륨과 여액을 반응시키는 반응조와; 상기 반응조와 연결되면서 탄산나트륨과 반응된 폐수(반응액)로부터 탄산마그네슘과 탄산칼슘을 회수하여 탈황흡수제를 만드는 2차 필터; 및 상기 2차 필터와 연결되면서 2차 필터를 통해 탄산마그네슘과 탄산칼슘이 제거된 여액이 공급되어 건조되는 건조기를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르면, 탈황설비로부터 발생되는 폐수를 진공증발시켜 농축하고, 농축된 폐수 중의 고상물질은 여과 분리하여 석고로 회수하며, 농축된 여액은 탄산나트륨과 반응시켜 용액중의 칼슘과 마그네슘 성분을 탄산칼슘과 탄산마그네슘으로 회수하여 탈황설비의 탈황흡수제로 재활용하므로 최종적으로 발생하는 고상폐기물의 양이 크게 감소되는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 탈황설비로부터 발생되는 폐수를 진공증발시켜 농축하고, 농축된 폐수 중의 고상물질은 여과 분리하여 석고로 회수하며, 농축된 여액은 탄산나트륨과 반응시켜 용액중의 칼슘과 마그네슘 성분을 탄산칼슘과 탄산마그네슘으로 회수하여 탈황설비의 탈황흡수제로 재활용하므로 최종적으로 발생하는 고상폐기물의 양이 크게 감소되는 장점이 있다.
Description
본 발명은 화석연료를 사용하고 있는 화력발전소 보일러의 배출가스에 포함된 환경오염 물질 중 황산화물을 제거하기 위한 배연탈황(FGD, flue gas desulfurization) 설비에서 발생하는 폐수를 처리하는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배연탈황(FGD) 설비는 화석연료를 사용하는 보일러로부터 배출되는 황산화물을 제거하기 위해 많은 처리공정을 포함한다.
종래의 배연탈황 설비는, 도 1에 도시된 바와 같이 보일러(1), 열교환기(2), 흡수탑(3), 연돌(4), 석고슬러리탱크(5), 하이드로사이클론(6), 진공벨트필터(7), 여과액탱크(8) 및 폐수처리설비(9)를 포함한다.
상기와 같은 배연탈황 설비는 보일러(1)에서 배출된 가스가 열교환기(2, GGH, gas to gas heater)를 거쳐 흡수탑(3)으로 유입되면, 흡수탑(3)에서 흡수제인 석회석슬러리와 황산화물이 반응하여 석고가 생성되면서 가스로부터 황산화물이 제거된다.
위 과정에서 황산화물이 제거된 가스는 열교환기(2)에서 일정온도로 승온(가열)된 다음, 연돌(4, stack)로 배출된다.
그리고 흡수탑(3)에서 생성된 석고는 석고슬러리탱크(5)에 모아져 임시 저장된 후 1차 탈수설비인 하이드로사이클론(6, Hydrocyclone)으로 보내져 농축과정을 거친다.
이때 하이드로사이클론(6)의 overflow의 고상농도는 3~5중량%, underflow는 45~50중량%를 유지하는 것이 일반적이다.
여기서 하이드로사이클론(6)의 underflow는 2차 탈수설비인 진공벨트필터(7, vacuum belt filter)에서 탈수되고, 이에 의해 최종적으로 함수율 10중량% 이하의 석고가 얻어진다.
또한 하이드로사이클론(6)의 overflow와 진공벨트필터(7)의 여과액(filtrate)은 여과액탱크(8, filtrate tank)로 보내지고, 이때 대부분의 여과액은 탈황용수로 재활용되며 일부는 폐수처리설비(9)로 보내져 처리된다.
이때 폐수처리설비(9)로 보내지는 탈황용수에는 염화칼슘과 염화마그네슘, 황산칼슘과 황산마그네슘, 보론화합물 등 다양한 이온성 화합물과 미세 석고, 미반응 석회석, fly ash 등 고상물질, COD 유발물질, 총질소(total nitrogen, T-N), 소량의 중금속 등 다양한 화합물이 포함되어 있다.
따라서 탈황용수(탈황폐수)를 처리하기 위해 매우 복잡한 폐수처리공정과 많은 약품이 사용되고 있고, 따라서 탈황폐수 처리에 많은 시간과 비용이 소모되고 있다.
따라서 최근에는 탈황폐수처리에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있는 진공증발에 의한 탈황폐수 처리장치 및 방법이 개발되어 사용되고 있다.
상기와 같은 종래의 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치는 탈황폐수에 대해 pH 조정, 화학반응, 응집, 농축 등으로 이루어지는 전처리 과정을 거쳐 일차적으로 고상물질이 분리된 후 슬러지상태로 배출되고, 상등액을 예열기에서 예열한 후, 1, 2차 증발기에서 증발 농축되도록 한다.
여기서 1차 증발기의 온도는 약 95℃, 2차 증발기의 온도는 약 75℃로 유지되고, 이를 위해서 대용량 순환펌프와 열교환기가 사용된다.
그리고 2차 증발기에서 농축된 폐수는 농축탱크를 거쳐 원심분리기에서 탈수되어 슬러지를 배출하고 농축된 여과액은 건조기에서 건조하여 고상폐기물로 처리된다.
상기와 같은 진공증발법을 이용한 탈황폐수 처리장치는 전처리과정에서 폐수에 포함되어 있는 고체상물질이 제거된 상등액을 진공상태에서 증발시켜(이하 ‘진공증발’이라 한다.) 농축하기 때문에 결정씨앗(seed crystal)으로 작용할 수 있는 고상물질이 존재하지 않고, 따라서 폐수가 증발 농축되는 과정에서 석출되는 석고와 황산마그네슘 등의 결정이 증발조, 열교환기 및 배관 등의 내부에 고착되어 스케일화 되는 문제가 있다.
따라서 종래의 진공증발법을 이용한 탈황폐수 처리장치는 주기적으로 유로 내부에 고착된 스케일을 제거하기 위해 세척과 배관의 교체 등 유지보수에 많은 시간과 비용이 소모되던 또 다른 문제가 있다.
또한 탈황공정에서 발생하는 45 ~ 55℃ 정도의 폐수가 전처리과정에서 상온까지 낮아지게 됨으로써, 1차 증발기의 온도를 약 95℃까지 가열하기 위해 많은 양의 열에너지가 지속적으로 공급되어야 하는 문제가 있다.
따라서 탈황폐수를 진공증발법을 이용하여 처리하는 장치 및 방법에 있어서, 폐수를 증발시키기 위한 열에너지를 따로 투입하지 않아 열에너지의 소비를 줄일 수 있고, 증발조, 열교환기 및 배관(유로) 등의 내부에 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법의 개발이 요구된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 진공증발법을 이용한 탈황폐수 처리방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 폐수를 진공증발시키기 위해 열에너지를 따로 투입하지 않아 열에너지의 소비를 줄일 수 있고, 폐수 내에 포함된 고상물질에 의해 배관(유로) 내부에 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치를, 탈황설비로부터 폐수가 공급되어 저장되는 폐수저장조와; 폐수저장조로부터 공급되는 폐수를 진공증발시키는 진공증발기와; 진공증발기의 상부 내측과 연통되도록 유로가 설치되면서 유로를 따라 배출되는 증기를 응축시켜 응축수를 생성하는 응축기와; 응축기를 통해 진공증발기의 내부와 연통되도록 설치되면서 진공증발기의 내부를 감압하는 진공펌프와; 진공증발기의 내부에서 농축된 폐수가 공급되도록 유로가 연결되어 농축된 폐수를 여과하는 1차 필터와; 1차 필터와 연결되어 1차 필터를 통해 여과된 슬러지가 저장되는 석고저장조와; 1차 필터와 연결되어 1차 필터를 통해 여과된 여액이 공급되고, 탄산나트륨과 여액을 반응시키는 반응조와; 반응조와 연결되면서 탄산나트륨과 반응된 폐수(반응액)로부터 탄산마그네슘과 탄산칼슘을 회수하여 탈황흡수제를 만드는 2차 필터; 및 2차 필터와 연결되면서 2차 필터를 통해 탄산마그네슘과 탄산칼슘이 제거된 여액이 공급되어 건조되는 건조기를 포함하여 구성하는 것에 의해 달성된다.
그리고 본 발명은 진공증발기의 내측 상부에 복수 개의 분사노즐이 설치된 분사관과, 분사관을 통해 분사된 폐액 미스트의 월류를 방지하기 위한 미스트제거기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 진공증발기의 내측에 진공증발 및 농축 과정에서 증발잠열로 손실된 열을 보충하기 위한 열교환기가 설치되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리방법을, 폐수저장조에 저장된 폐수를 진공증발기로 공급하는 폐수공급 단계와; 폐수저장조에서 공급되는 폐수를 진공증발기의 내부에 설치된 분사관을 통해 분사하면서 진공펌프를 가동하여 진공증발기의 내부를 감압함으로써 폐수를 증발 및 농축시키는 진공증발 및 농축 단계와; 진공증발기에서 농축된 폐수를 1차 필터로 공급하여 여과함으로써 슬러지와 여액으로 분리하는 1차 여과 단계와; 1차 필터를 통해 여과된 여액을 반응조로 공급하여 탄산나트륨과 반응시키는 탄산나트륨 반응 단계와; 반응조에서 반응된 폐수를 2차 필터로 공급하여 폐수로부터 탄산마그네슘과 탄산칼슘을 분리 회수하는 2차 여과 단계; 및 2차 필터를 통해 탄산마그네슘과 탄산칼슘이 제거된 여액을 건조기로 공급하여 여액을 건조 및 폐기하는 건조 및 폐기 단계를 포함하고, 진공증발 및 농축 단계에서는 진공증발기의 내부에 설치되는 열교환기를 이용하여 진공증발 및 농축 과정에서 증발잠열로 손실된 열을 보충하도록 구성하는 것에 의해 달성된다.
그리고 본 발명은 진공증발 및 농축 단계에 진공증발기의 내부에서 증발되는 수분을 응축기를 이용하여 응축하여 응축수를 생성하는 응축수 생성 단계가 더 포함되고, 1차 여과 단계에서 여과된 슬러지를 석고저장조에 저장하는 석고 저장 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 탈황설비로부터 발생되는 폐수를 진공증발시켜 농축하고, 농축된 폐수 중의 고상물질은 여과 분리하여 석고로 회수하며, 농축된 여액은 탄산나트륨과 반응시켜 용액중의 칼슘과 마그네슘 성분을 탄산칼슘과 탄산마그네슘으로 회수하여 탈황설비의 탈황흡수제로 재활용하므로 최종적으로 발생하는 고상폐기물의 양이 크게 감소되는 장점이 있다.
또한 본 발명은 진공증발 및 농축을 위해 탈황설비에서 배출되는 폐수가 가지고 있는 열을 그대로 이용하기 때문에 폐수를 증발시키기 위한 열에너지의 소비를 줄일 수 있다.
그리고 본 발명은 폐수를 처리하기 위한 전처리과정(아질산나트륨을 이용한 COD 성분 분해공정, 중금속제거를 위한 킬레이트 주입공정, 부유물질 농축 및 여과 공정, 이온교환수지탑을 이용한 불소제거 공정 등 화학처리공정)이 요구되지 않아 처리공정이 간소화되어 폐수를 처리하는 데에 소요되는 시간도 크게 단축된다.
도 1은 종래의 배연탈황설비의 예를 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치의 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리방법의 예를 보인 공정 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치의 예를 보인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리방법의 예를 보인 공정 순서도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 본 발명의 구성과 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 폐수를 진공증발시키기 위해 열에너지를 따로 투입하지 않고 전처리과정 없이 폐수를 직접 공급하여 진공증발시킴으로써 열에너지의 소비를 줄일 수 있고, 폐수 내에 고상물질을 투입하여 배관(유로) 내부에 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명의 처리장치는 도 2에 도시된 바와 같이 폐수저장조(10), 진공증발기(20), 응축기(30), 진공펌프(40), 1차 필터(50), 석고저장조(60), 반응조(70), 2차 필터(80) 및 건조기(90)를 포함한다.
폐수저장조(10)는 탈황설비의 하이드로사이클론의 월류액(overflow), 여액탱크(filtrate tank) 내의 여액, 진공벨트필터의 여과액(이하 '폐수'로 통칭한다.)이 공급되어 내부에 저장될 수 있는 소정 크기의 탱크로 이루어진다.
그리고 폐수저장조(10)의 하부 일측에는 후술하는 진공증발기(20)의 내부와 연통되는 공급유로(L1)가 연결되고, 이 유로상에 폐수저장조(10)에 저장된 폐수를 진공증발기(20)로 공급하는 폐수공급펌프(11)가 설치된다.
또한 폐수저장조(10)의 내부에는 모터에 의해 임펠러를 회전 동작시키는 교반기(도면부호 없음)가 설치되고, 이 교반기에 의해 폐수저장조(10)의 내부 바닥에 침전물이 쌓이지 않게 함과 동시에 폐수에 포함된 고체상의 물질이 고르게 분포된다. 이때 고체상의 물질은 탈황설비로부터 공급되는 폐수에 고체상의 물질이 포함된 상태로 공급되거나 또는 필요에 따라 폐수저장조(10)에 저장된 폐수에 고체상의 물질을 적정량 투입할 수도 있다.
여기서 고체상의 물질은 씨앗결정(seed crystal)으로서의 기능을 하는 것으로, 이에 의해 폐수가 진공 증발되어 농축될 때, 폐수에 융해된 석고가 석출되어 진공증발기(20), 열교환기(23) 및 배관 등의 내부에 쌓여 고착(스케일화)되는 것이 방지된다.
진공증발기(20)에는 폐수저장조(10)의 폐수공급펌프(11)에 의해 공급되는 폐수가 미립자 분사(안개 분사)될 수 있도록 복수 개의 분사노즐이 구비된 분사관(21)과, 이 분사관(21)을 통해 안개 분사되는 폐액의 월류를 방지하기 위한 미스트제거기(22)가 설치된다.
여기서 분사관(21)은 진공증발기(20)의 내측 상부에 설치되면서 복수 개의 분사노즐이 진공증발기(20)의 내측 하부를 향하도록 설치되고, 미스트제거기(22)는 분사관(21)의 위쪽에 소정 간격 이격되어 설치된다.
그리고 진공증발기(20)의 내측 하부에는 진공증발 및 농축 과정에서 증발잠열로 손실된 열을 보충하기 위한 열교환기(23)가 설치된다.
이러한 열교환기(23)는 양측에 고온증기(스팀)가 유입 및 배출되는 스팀유입구(23A)와 스팀배출구(23B)가 각각 구비되고, 이 스팀유입구(23A)와 스팀배출구(23B) 사이에 사행상의 유로를 형성하는 배관이 연결되어 내부를 따라 고온의 증기가 통과하도록 구성된다.
또한 진공증발기(20)의 상부에는 증발된 증기가 후술하는 응축기(30)로 공급됨과 동시에 진공펌프(40)에서 발생하는 진공력에 의해 진공증발기(20)의 내부 압력이 감압될 수 있도록 진공유로(L2)가 설치된다.
그리고 진공증발기(20)의 하부에는 진공증발기(20)를 세척하거나 점검할 때, 내부에 잔류하는 폐수 등을 폐수저장조(10)로 회수하기 위한 회수유로(L3)가 설치되며, 이 회수유로(L3)는 후술하는 1차 필터(50)로 농축된 폐수를 공급하기 위한 농축폐수공급유로(L4)가 연결된다.
상기와 같은 진공증발기(20)의 구성에 의해 폐수가 분사관(21)을 통해 안개 분사됨으로써 증발이 더욱 용이하고, 아울러 증발되는 수분과 함께 동반하여 월류(carryover)될 수 있는 고상물질은 미스트제거기(22)에서 제거된다.
응축기(30)는 진공증발기(20)와 진공펌프(40)를 연결하는 진공유로(L2) 상에 설치되어 진공증발기(20) 내부에서 증발된 증기가 진공펌프(40)로 유입되기에 앞서 응축되면서 응축수가 생성된다.
이러한 응축기(30)는 양측에 냉각수 유입구(31)와 냉각수 배출구(32)가 서로 대향하여 설치되고, 하부에는 응축수가 배출되는 응축수 배출구(33)가 설치된다.
그리고 냉각수 유입구(31)를 통해 냉각수로서 냉각탑을 통해 공급되는 공업용수가 공급되거나 또는 펌프 등을 이용하여 냉각수로서 바닷물이 공급되도록 구성될 수도 있다.
또한 응축수 배출구(33)를 통해 배출되는 응축수는 탈황설비의 공정수 또는 후술하는 석고저장조(60)에 저장되는 석고를 세척하는 세척수로 사용된다.
진공펌프(40)는 진공라인(L2)을 통해 진공증발기(20)의 내부의 공기를 강제로 취출함으로써 진공증발기(20)의 내부 압력을 감압하는 것으로, 이때 폐수저장조(10)에 저장되는 폐수는 약 45 ~ 55℃의 온도이고, 따라서 진공증발기(20)의 내부압력을 약 70 ~ 150mmHg의 범위로 감압시키면, 폐수의 증발점이 낮아지면서 폐수를 추가로 가열하지 않더라도 공급된 폐수가 쉽게 증발될 수 있다.
이러한 진공펌프(40)는 공지되어 널리 사용되고 있는 바, 그 구조와 원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
1차 필터(50)는 진공증발기(20)의 내부에서 진공증발되어 농축된 폐수 중의 염화칼슘, 염화마그네슘 및 황산마그네슘의 농도가 설정된 농도에 도달하면 이를 여과하여 슬러지(석고)와 여액으로 분리하기 위한 것으로, 이를 위해 1차 필터(50)에는, 후술하는 석고저장조(60)로 슬러지(석고)가 공급되도록 하는 석고저장유로(L5)와 후술하는 반응조(70)로 1차 필터(50)를 통과한 여액이 공급되도록 하는 여액공급유로(L6)가 설치된다.
석고저장조(60)는 1차 필터(50)에서 여액과 분리된 슬러지(석고)가 석고저장유로(L4)를 통해 공급되어 저장되는 탱크로서, 이때 석고저장조(60)에 저장되는 석고에는 고농도의 염화물이 포함되어 있어 응축기(30)를 통해 배출되는 응축수를 이용하여 필요에 따라 석고를 세척(세정)하는 과정이 포함될 수 있다.
반응조(70)는 1차 필터(50)에서 슬러지가 제거된 여액이 여액공급유로(L6)를 통해 공급되어 탄산나트륨(Na2CO3)과 여액을 반응시키는 구성으로, 이러한 반응조(70)의 내부에는 여액과 탄산나트륨을 고르게 혼합하여 반응시키기 위해 모터에 의해 구동되는 교반기(도면부호 없음)가 설치된다.
그리고 반응조(70)의 내부에 저장되는 폐수의 양에 맞추어 탄산나트륨을 정량 투입하기 위한 정량투입장치가 포함될 수 있다.
또한 반응조(70)에서 반응된 폐수를 후술하는 2차 필터(80)로 공급하기 위한 반응액공급유로(L7)가 설치되고, 이 반응액공급유로(L7)상에 반응액을 2차 필터(80)로 공급하는 배출펌프(71)가 설치된다.
상기와 같은 반응조(70)의 구성에 의해 여액에 포함된 마그네슘과 칼슘은 아래의 화학식 1에서 보는 바와 같이 탄산나트륨과 화학 반응하여 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3) 및 소금(NaCl)과 망초(Na2SO4) 등이 생성된다.
2차 필터(80)는 반응조(70)에서 탄산나트륨(Na2CO3)과 반응된 반응액이 반응액공급유로(L7)를 통해 공급되어 여액과 탄산마그네슘(MgCO3) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 분리한 다음, 탄산마그네슘(MgCO3) 및 탄산칼슘(CaCO3)을 탈황흡수제로서 회수하는 구성이다.
이를 위해 2차 필터(80)에는 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)이 회수되는 탈황흡수제배출유로(L8)와, 후술하는 건조기(90)로 여액을 공급하기 위한 건조유로(L9)를 포함한다.
건조기(90)는 2차 필터(80)로부터 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)이 제거된 여액이 건조유로(L9)를 통해 공급되고, 이러한 여액을 가열하여 건조시킴으로써 고농도의 소금(NaCl)과 망초(Na2SO4)가 포함된 여액이 건조되어 슬러지 형태로 폐기(배출)하기 위한 구성이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치에 따르면, 폐수를 증발시키기 위해 추가로 열에너지를 투입하지 않기 때문에 열에너지의 소비를 크게 줄일 수 있고, 농축된 폐수로부터 석고를 회수하여 탈황공정에 재사용하며, 탄산나트륨(Na2CO3)을 이용하여 여액에 포함된 마그네슘과 칼슘을 회수하여 탈황흡수제로 사용하므로 재활용 효율이 높고, 따라서 건조기를 통해 최종적으로 발생하는 고상폐기물(슬러지)의 양도 크게 감소된다.
이하에서는 도 3에 도시된 바와 같이 폐수공급 단계(S100), 진공증발 및 농축 단계(S200), 1차 여과 단계(S300), 탄산나트륨 반응 단계(S400), 2차 여과 단계(S500) 및 건조 및 폐기 단계(S600)를 포함하는 본 발명의 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리방법에 대하여 설명한다.
(1) 폐수공급 단계(S100)
이 단계는 탈황설비의 하이드로사이클론의 월류액(overflow), 여액탱크(filtrate tank) 내의 여액, 진공벨트필터의 여과액 중에서 선택된 어느 하나의 탈황폐수(이하 ‘폐수’라 한다.)가 공급되어 폐수저장조(10)에 저장된 다음, 폐수공급펌프(11)를 이용하여 폐수저장조(10)에 저장된 적정량의 폐수를 진공증발기(20)로 공급하는 단계이다.
이때 폐수저장조(10)에 저장되는 폐수에는 씨앗결정(seed crystal)으로서의 기능을 하는 고체상의 물질(바람직하게는 미립자 상태의 석고)이 폐수의 전체 중량대비 3 ~ 5중량% 혼합되고, 이러한 고체상의 물질에 의해 폐수가 농축되는 과정에서 폐수에 융해된 석고가 고체상의 물질에 부착되면서 유로(배관) 등의 내부에 석고가 고착되어 스케일이 생성되고 성장하는 것이 방지된다.
(2) 진공증발 및 농축 단계(S200)
이 단계는 진공증발기(20)의 내부 압력을 폐수가 쉽게 증발할 수 있는 증기압이 되도록 감압하여 공급된 폐수의 자체 온도만으로 진공증발시키고, 이를 통해 폐수를 농축하는 단계이다.
이때, 폐수는 폐수의 표면적을 증가시키기 위해 진공증발기(20)의 내부에 설치된 분사관(21)을 통해 안개 분사되고, 진공펌프(40)를 가동하여 진공증발기(20)의 내부 압력을 적정한 압력으로 감압 제어한다.
여기서 일반적으로 진공증발기(20)의 내부로 공급되는 폐수의 온도가 약 45 ~ 55℃이고, 따라서 진공펌프(40)를 이용하여 진공증발기(20)의 내부압력을 약 70 ~ 150mmHg의 범위로 감압하여 증발점을 낮춤으로써 폐수를 별도로 가열하지 않더라도 증발이 이루어진다.
이때 수분이 증발되어 농축되는 폐수에는 석고가 주성분인 고상물질의 농도와 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산마그네슘이 주성분인 액상물질의 농도도 증가하게 되고, 폐수 중에 용해되어 있던 석고는 농축이 진행됨에 따라 석출되는데, 이때 폐수에 씨앗결정(seed crystal)으로 포함된 고체상 물질에 석출되는 석고가 부착되어 결정성장반응이 유도됨으로써, 석출되는 석고가 진공증발기(20)의 내부나 유로(배관)의 내부에 부착되는 것이 방지된다.
한편, 본 발명은 폐수를 진공증발시켜 농축시킬 때, 진공증발기(20)의 내측에 설치되는 열교환기(23)를 이용하여 폐수와 열 교환함으로써, 진공증발 및 농축 과정에서 증발잠열로 손실된 열이 보충되도록 실시됨이 더욱 바람직하다.
또한 진공증발기(20)의 내부에서 증발되는 수분은 진공유로(L2)를 따라 응축기(30)로 공급되어 냉각수에 의해 냉각됨으로써 응축수가 생성되고(S210), 이렇게 생성된 응축수는 탈황설비의 공정수 또는 후술하는 석고저장조(60)에 저장된 석고를 세척(세정)하기 위한 세척수로 사용된다.
(3) 1차 여과 단계(S300)
이 단계는 진공증발기(20)에서 농축된 폐수 중의 염화칼슘, 염화마그네슘 및 황산마그네슘의 농도가 설정된 농도에 도달하면 이를 1차 필터(50)를 이용하여 여과하는 단계이다.
이때 1차 필터(50)를 통해 여과된 여액은 반응조(70)로 공급되고, 슬러지는 석고저장조(60)로 공급된다(S310).
그리고 석고저장조(60)에 저장되는 석고는 필요에 따라 진공증발 및 농축 단계(S200)에서 생성된 응축수를 이용하여 세척(세정)된다.
(4) 탄산나트륨 반응 단계(S400)
이 단계는 1차 필터(50)를 통해 여과된 여액을 반응조(70)로 공급하여 탄산나트륨(Na2CO3)과 반응시키는 단계이다.
이에 의해 여액에 포함된 마그네슘과 칼슘과 탄산나트륨의 화학 반응에 의해 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3) 및 소금(NaCl)과 망초(Na2SO4)가 생성되고, 이후 후술하는 2차 여과 단계(S500)를 통해 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)은 여액으로부터 분리 회수된다.
(5) 2차 여과 단계(S500)
이 단계는 반응조(70)에서 반응된 폐수를 2차 필터(80)로 공급하여 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)을 분리 회수하는 단계이다.
이렇게 회수되는 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)은 탈황설비의 공정에서 탈황흡수제로 재사용된다.
(6) 건조 및 폐기 단계(S600)
이 단계는 2차 필터(80)를 통해 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)이 제거된 소금(NaCl)과 망초(Na2SO4)를 포함한 여액을 건조기(90)로 공급하여 건조하고, 건조된 고형의 슬러지를 폐기(배출)하는 단계이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 탈황공정에서 발생하는 폐수를 처리함에 있어서 추가로 열에너지를 투입하지 않고 45 ~ 55℃의 탈황폐수를 직접 진공증발기로 공급하여 진공증발시키므로 열에너지가 크게 절약되고, 폐수에 포함된 고체상물질에 의해 진공증발기와 유로의 내부에 석고 스케일이 생성되는 것이 방지된다.
그리고 본 발명은 석고와 더불어 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)을 회수하여 탈황공정에 재사용하기 때문에 최종 폐기되는 고형 슬러지의 양이 크게 감소된다.
위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 당업자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.
10: 폐수저장조 11: 폐수공급펌프
20: 진공증발기 21: 분사관
22: 미스트제거기 23: 열교환기
23A: 스팀유입구 23B: 스팀배출구
30: 응축기 31: 냉각수 유입구
32: 냉각수 배출구 33: 응축수배출구
40: 진공펌프 50: 1차 필터
60: 석고저장조 70: 반응조
71: 배출펌프 80: 2차 필터
90: 건조기 L1: 공급유로
L2: 진공유로 L3: 회수유로
L4: 농축폐수배출유로 L5: 석고저장유로
L6: 여액공급유로 L7: 반응액공급유로
L8: 탈황흡수제배출유로 L9: 건조유로
20: 진공증발기 21: 분사관
22: 미스트제거기 23: 열교환기
23A: 스팀유입구 23B: 스팀배출구
30: 응축기 31: 냉각수 유입구
32: 냉각수 배출구 33: 응축수배출구
40: 진공펌프 50: 1차 필터
60: 석고저장조 70: 반응조
71: 배출펌프 80: 2차 필터
90: 건조기 L1: 공급유로
L2: 진공유로 L3: 회수유로
L4: 농축폐수배출유로 L5: 석고저장유로
L6: 여액공급유로 L7: 반응액공급유로
L8: 탈황흡수제배출유로 L9: 건조유로
Claims (5)
- 탈황설비에서 발생하는 탈황폐수를 처리하는 장치에 있어서,
탈황설비로부터 폐수가 공급되어 저장되는 폐수저장조(10)와;
상기 폐수저장조(10)로부터 공급되는 폐수를 진공증발시키는 진공증발기(20)와;
상기 진공증발기(20)의 상부 내측과 연통되도록 유로가 설치되면서 상기 유로를 따라 배출되는 증기를 응축시켜 응축수를 생성하는 응축기(30)와;
상기 응축기(30)를 통해 상기 진공증발기(20)의 내부와 연통되도록 설치되면서 상기 진공증발기(20)의 내부를 감압하는 진공펌프(40)와;
상기 진공증발기(20)의 내부에서 농축된 폐수가 공급되도록 유로가 연결되어 농축된 폐수를 여과하는 1차 필터(50)와;
상기 1차 필터(50)와 연결되어 상기 1차 필터(50)를 통해 여과된 슬러지가 저장되는 석고저장조(60)와;
상기 1차 필터(50)와 연결되어 상기 1차 필터(50)를 통해 여과된 여액이 공급되고, 탄산나트륨(Na2CO3)과 여액을 반응시키는 반응조(70)와;
상기 반응조(70)와 연결되면서 탄산나트륨(Na2CO3)과 반응된 반응액으로부터 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)을 회수하여 탈황흡수제를 만드는 2차 필터(80); 및
상기 2차 필터(80)와 연결되면서 상기 2차 필터(80)를 통해 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)이 제거된 여액이 공급되어 건조되는 건조기(90);
를 포함하고,
상기 폐수저장조(10)의 하부 일측과 상기 진공증발기(20)의 내부를 연결하는 공급유로(L1);
상기 진공증발기(20)의 상부에 설치되면서 증발된 증기가 상기 응축기(30)로 공급됨과 동시에 상기 진공펌프(40)에서 발생하는 진공력에 의해 진공증발기(20)의 내부 압력이 감압될 수 있도록 하는 진공유로(L2);
상기 진공증발기(20)의 하부에 설치되면서 상기 진공증발기(20)를 세척하거나 점검할 때, 상기 진공증발기(20)의 내부에 잔류하는 폐수를 상기 폐수저장조(10)로 회수하는 회수유로(L3);
상기 회수유로(L3)에 연결되면서 상기 1차 필터(50)로 농축된 폐수를 공급하는 농축폐수공급유로(L4);
상기 1차 필터(50)와 상기 석고저장조(60)가 연결되면서 상기 1차 필터(50)를 통해 여액과 분리된 석고를 상기 석고저장조(60)로 공급하는 석고저장유로(L5);
상기 1차 필터(50)와 상기 반응조(70)가 연결되면서 상기 1차 필터(50)를 통과한 여액을 상기 반응조(70)로 공급하는 여액공급유로(L6);
상기 반응조(70)에서 반응된 여액을 상기 2차 필터(80)로 공급하는 반응액공급유로(L7);
상기 2차 필터(80)와 연결되면서 탄산마그네슘(MgCO3)과 탄산칼슘(CaCO3)이 회수되는 탈황흡수제배출유로(L8); 및
상기 2차 필터(80)와 상기 건조기(90)를 연결하면서 상기 건조기(90)로 여액을 공급하는 건조유로(L9);
를 포함하며,
상기 응축기(30)의 양측에는 냉각수 유입구(31)와 냉각수 배출구(32)가 서로 대향하여 설치되고, 하부에는 응축수가 배출되는 응축수 배출구(33)가 설치되어 상기 진공증발기(20)의 내부에서 증발된 증기가 상기 진공펌프(40)로 유입되기에 앞서 응축되면서 상기 응축수 배출구(33)로 배출되도록 구성되고,
상기 응축수 배출구(33)를 통해 배출되는 응축수가 상기 석고저장조(60)에 저장되는 석고를 세척하는 세척수로 사용되도록 구성되며,
상기 폐수저장조(10)에 저장되는 폐수의 온도는 45 ~ 55℃이고, 상기 진공증발기(20)의 내부 압력은 70 ~ 150mmHg의 범위로 감압되어 폐수를 증발시키기 위해 폐수를 추가 가열하지 않더라도 증발이 이루어지도록 구성되고,
상기 반응조(70)에는,
상기 반응조(70)의 내부에 저장되는 폐수의 양에 맞추어 탄산나트륨을 정량 투입하는 정량투입장치가 구비되며,
상기 반응조(70)의 내부에 투입된 탄산나트륨과 여액을 고르게 혼합하기 위해 모터에 의해 구동되는 교반기가 설치되고,
상기 진공증발기(20)의 내측 상부에는,
복수 개의 분사노즐이 설치된 분사관(21); 및
진공증발기(20) 내부에서 증발되는 수분과 함께 월류되는 고상물질의 월류를 방지하기 위한 미스트제거기(22);
가 설치되며,
상기 분사관(21)을 통해 폐수가 안개 분사되어 증발이 용이하도록 함과 동시에 상기 진공증발기(20) 내부에서 증발되는 수분과 함께 월류되는 고상물질이 미스트제거기(22)를 통해 제거되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 진공증발기(20)의 내측에는,
진공증발 및 농축 과정에서 증발잠열로 손실된 열을 보충하기 위한 열교환기(23)가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공증발을 이용한 탈황폐수 처리장치. - 삭제
- 삭제
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