KR101961256B1 - 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셰일가스 채굴과정 전반에서 발생되는 오염수 중의 유류, 미세 이물질, 유기물 등을 효과적으로 제거함으로써 정화된 처리수를 셰일가스 개발에 재사용하거나 하천으로 방류하여 환경오염을 방지할 수 있는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 관한 것이다.
본 발명의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치는 셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수를 교반시키는 교반조와, 교반조로부터 유입되는 오염수 중의 이물질을 침전시키는 침전조와, 침전조로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거하는 부유물제거부와, 부유물제거부로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과하는 여과부와, 여과부를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 오존산화부를 구비한다.
본 발명의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치는 셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수를 교반시키는 교반조와, 교반조로부터 유입되는 오염수 중의 이물질을 침전시키는 침전조와, 침전조로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거하는 부유물제거부와, 부유물제거부로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과하는 여과부와, 여과부를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 오존산화부를 구비한다.
Description
본 발명은 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 셰일가스 채굴과정 전반에서 발생되는 오염수 중의 유류, 미세 이물질, 유기물 등을 효과적으로 제거함으로써 정화된 처리수를 셰일가스 개발에 재사용하거나 하천으로 방류하여 환경오염을 방지할 수 있는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 관한 것이다.
셰일가스(shale gas)는 모래와 진흙이 오랜 세월 동안 퇴적하여 굳어진 혈암(Shale)에 매장되어 있는 천연가스를 칭한다.
일반적인 천연가스는 암석층을 투과하여 지표면 근처에 모이는 반면, 셰일가스는 입자가 작은 셰일층 사이에 막혀 이동하지 못하고 넓은 지역에 분포하게 된다.
이러한 특성 때문에 셰일가스는 1800년대에 이미 알려졌지만 기술력의 한계로 인해 경제성이 낮아 개발에 어려움이 있었다. 2000년대에 들어서는 기술력이 발전함에 따라 수평시추공법과 수압파쇄공법을 이용하여 본격적인 개발을 시작하게 되었다.
수평시추공법이란 수직방향으로 암석층을 굴착한 뒤 다시 수평으로 셰일층까지 굴착하며 수평시추로 인한 표면적 증가로 채굴 생산성을 높이는 시추 기술이다. 그리고 수압파쇄공법은 수평시추로 뚫은 셰일층에 다량의 물과 모래, 화학첨가물을 섞은 혼합물을 고압으로 주입하여 암석층에 균열을 일으킨 뒤 셰일층 안에 저장된 가스를 채취하는 기술이다.
셰일가스를 채굴하는 과정에서 다량의 물이 사용되므로, 채굴과정 전반에 걸쳐 많은 오염수가 발생된다. 가령, 오염수로 수직시추 시 발생되는 드릴폐수, 수압파쇄 시 발생되는 환류수, 가스생산 시 발생되는 생산수를 예로 들 수 있다.
셰일가스 채굴과정에서 다량의 물을 사용하므로 인근 지역에 수자원 부족을 초래하고, 화학첨가물로 인한 수질오염과 폐수발생 등 다양한 환경문제가 발생될 수 있다.
셰일가스 채굴시 발생된 오염수는 회수를 하지만 회수된 오염수에는 다량의 유류(Oil&Grease), 유기물, 미세 이물질 등이 함유되어 있어 적절한 처리가 없다면 환경오염을 초래할 수 있다. 그리고 회수된 오염수를 셰일가스 개발에 재사용할 경우 오염물이 축적되어 지하수 및 지반으로 스며들 수 있으며, 방류 시에는 수질오염의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1817123호에는 셰일가스 수압파쇄 생산수 처리 모듈 및 처리 공정이 개시되어 있다.
상기 셰일가스 수압파쇄 생산수 처리 모듈 및 처리 공정에 따르면, 분리막, 증발 농축기, 해수역삼투 장치 및 기수 역삼투 장치를 이용하여 오염수를 다중 여과하는 방식으로 정화처리하고 있으나, 여과방식만으로 오염수에 함유된 유류, 미세 이물질, 각종 유기물 등을 제거하는데 한계가 있다. 또한, 오염수를 바로 분리막으로 유입시키므로 유류, 미세 이물질에 의한 분리막 여과공정에서 많은 부하가 걸려 여과효율이 현저히 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 여과방식 외에도 침전, 응집, 부상, 오존산화를 함께 적용하여 여과공정에서의 여과부하를 감소시키고, 미세 이물질과 유류(oil&grease), 각종 유기물까지도 효과적으로 제거할 수 있는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치는 셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수를 교반시키는 교반조와; 상기 교반조로부터 유입되는 오염수 중의 이물질을 침전시키는 침전조와; 상기 침전조로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거하는 부유물제거부와; 상기 부유물제거부로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과하는 여과부와; 상기 여과부를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 오존산화부;를 구비한다.
상기 부유물제거부는 상기 침전조와 연결되어 상기 침전조로부터 오염수가 유입되는 공기부상조와, 상기 공기부상조의 일측에 설치되는 수거조와, 상기 공기부상조의 하층에 제 1기포를 발생시켜 오염수 중의 미세입자와 유류를 수면으로 부상시키고 상기 공기부상조의 상층에 제 2기포를 발생시켜 수면의 부유물을 상기 수거조 방향으로 밀어내는 부유물부상이동부를 구비한다.
상기 여과부는 상기 부유물제거부로부터 유입되는 오염수가 저장되는 1차중간수조와, 상기 1차중간수조와 제 1연결관으로 연결되며 내부에 필터가 장착된 여과조와, 상기 제 1연결관에 설치되는 오염수를 여과조로 이동시키는 펌프와, 상기 여과조와 제 2연결관으로 연결되어 상기 여과조를 1회 통과한 오염수를 저장하는 2차중간수조와, 상기 2차중간수조와 상기 제 1연결관을 연결하는 제 3연결관과, 상기 여과조와 제 4연결관으로 연결되어 상기 여과조를 2회 통과한 오염수를 저장하는 3차중간수조를 구비한다.
상기 오존산화부는 오존산화탑과, 상기 오존산화탑과 상기 여과부를 연결하여 상기 여과부를 통과한 오염수를 상기 오존산화탑의 하부로 유입시키는 여과부배출관과, 상기 오존산화탑의 하부로 오존을 공급하기 위한 오존공급부와, 상기 오존산화탑의 상부에 일단이 연결되고 상기 오존산화탑의 하부에 타단이 연결되어 오염수와 오존이 이동하는 순환관과, 상기 순환관에 설치되어 상기 순환관을 따라 이동하는 유체를 반복하여 압축 및 팽창시키는 캐비테이션부와, 상기 순환관에 과산화수소수를 주입하기 위한 과산화수소수주입부와, 상기 오존산화탑의 상부에 연결되어 상기 오존산화탑에서 산화처리된 처리수가 배출되는 처리수배출관을 구비한다.
상기 과산화수소수주입부는 과산화수소수가 저장된 과산화수소수저장탱크와, 상기 과산화수소수저장탱크에 저장된 과산화수소수를 상기 순환관으로 주입하기 위한 주입관과, 상기 순환관에 설치되어 상기 주입관과 연결되는 혼합기를 구비하고, 상기 혼합기는 상기 순환관에 설치되는 확관부와, 상기 확관부의 내주면과 이격되도록 상기 확관부의 내부에 설치되는 센터봉과, 상기 센터봉이 상기 확관부의 중심에 위치하도록 상기 센터봉을 고정시키는 지지바들과, 상기 센터봉의 전면에 형성되며 외주면에 요철이 형성된 원추형의 요철부와, 상기 센터봉에 오목하게 형성된 오목부와, 상기 센터봉의 내부에 형성되며 상기 주입관과 연결되어 과산화수소수가 유입되는 유입실과, 상기 유입실로 유입된 과산화수소수가 상기 오목부의 주위를 통과하는 오염수 중으로 분출될 수 있도록 상기 유입실과 연결되는 다수의 분출로들을 구비한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 여과공전 이전에 응집, 침전, 공기부상 공정을 수행함으로써 미세 이물질과 유류를 제거하여 여과공정에서의 여과부하를 감소시키므로 여과효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 여과공정 후에 오존에 의한 유기물의 산화공정을 수행하므로 각종 유기물까지도 효과적으로 제거할 수 있다.
따라서 본 발명은 셰일가스 채굴과정 전반에서 발생되는 오염수 중의 유류, 미세 이물질, 유기물 등을 효과적으로 제거함으로써 정화된 처리수를 셰일가스 개발에 재사용하거나 하천으로 방류하여 환경오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치의 구성을 나타낸 블록도이고,
도 2는 도 1의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 2의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 적용된 요부를 나타낸 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 적용된 요부를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 3은 도 2의 요부를 발췌한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 적용된 요부를 나타낸 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 적용된 요부를 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치는 셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수를 교반시키는 교반조(10)와, 교반조(10)로부터 유입되는 오염수 중의 이물질을 침전시키는 침전조(15)와, 침전조(15)로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거하는 부유물제거부(20)와, 부유물제거부(20)로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과하는 여과부(30)와, 여과부(30)를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 오존산화부(40)를 구비한다.
셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수는 저장조(5)에 저장된 후 교반조(10)로 유입된다.
저장조(5)에 저장된 오염수는 드릴폐수, 수압파쇄시 발생되는 환류수, 가스생산시 발생되는 생산수 중 어느 하나일 수 있다. 오염수에는 셰일가스 채굴과정에서 발생된 각종 오염물질이 포함되어 있다. 오염물질로 고형 이물질, 유류(oil&grease), 유기물 등을 들 수 있다.
교반조(10)는 저장조(5)로부터 유입되는 오염수를 교반시킨다. 필요할 경우 응집제를 교반조에 투입할 수 있다. 이를 위해 응집제공급부(50)가 구비될 수 있다. 응집제공급부(50)는 응집제가 저장된 응집제저장탱크(51)와, 응집제저장탱크(51)와 교반조(10)를 연결하는 응집제주입관(53)이 구비된다. 응집제로 PAC(poly aluminium chloride)를 이용할 수 있다.
후술할 3차중간수조(39)로 유입되는 오염수 중의 탁도, COD의 값 등을 실시간으로 모니터링하면서 기준값을 초과할 경우 응집제가 교반조(10)에 투입될 수 있다.
교반조(10)에는 교반스크류와, 교반스크류를 회전시키기 위한 모터가 설치된다. 교반스크류가 오염수를 교반하여 내부의 오염물질을 균일하게 분산시킨다. 또한, 응집제가 교반조(100로 투입될 경우 응집제와 오염수를 골고루 혼합하는 역할을 한다.
교반조(10)의 하부에는 드레인관이 설치되어 교반조(10) 내부에서 발생된 침전물을 외부로 배출시킬 수 있다.
침전조(15)는 교반조(10)의 후단에 설치된다. 교반조(10)에 체류하는 오염수는 침전조(15)로 유입된다. 오염수는 자연유하식으로 침전조(15)로 유입되거나 펌프를 이용하여 침전조(15)로 유입될 수 있다.
침전조(15)는 비중의 차이를 이용하여 비교적 비중이 큰 고형 이물질 등이 제거된다. 침전조(15)로 유입된 오염수를 일정시간 정치시키면 비중이 큰 고형 이물질은 침전조(15)의 하부에 침전되어 쌓인다. 침전조(15)의 하부에 쌓인 침전물은 침전조(15)의 하부에 설치된 드레인관을 이용하여 외부로 배출시킬 수 있다.
부유물제거부(20)는 침전조(15)로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거한다.
일 예로 부유물제거부(20)는 공기부상조(21)와, 공기부상조(21)에 미세기포를 발생시켜 오염수 중의 미세입자와 유류를 수면으로 부상시키는 미세기포발생부(미도시)를 구비한다.
공기부상조(21)는 침전조(15)의 후단에 설치된다. 오염수는 자연유하식으로 침전조(15)에서 공기부상조(21)로 유입되거나 펌프를 이용하여 유입될 수 있다. 도시되지 않았지만 미세기포발생부는 공기부상조의 하층에 미세기포를 발생시켜 오염수 중의 미세 이물질 및 유류를 수면으로 부상시키는 역할을 한다.
미세 이물질 및 유류 등이 수면으로 부상되어 형성된 부유물은 통상적은 스컴스키머로 제거할 수 있다. 그리고 공기부상조(21)의 하부에 쌓인 침전물은 공기부상조(21)의 하부에 설치된 드레인관을 이용하여 외부로 배출시킬 수 있다.
공기부상조(21)에서 부유물이 제거된 오염수는 1차중간수조(31)로 유입된다. 공기부상조에서 1차중간수조로 유입되는 오염수 중의 탁도, COD의 값 등을 실시간으로 모니터링하면서 기준값을 초과할 경우 교반조(10)에 응집제를 투여할 수 있다.
한편, 본 발명은 부유물제거부의 다른 예를 도 4에 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 부유물제거부(60)는 공기부상조(61)와, 공기부상조(61)의 일측에 설치되는 수거조(63)와, 공기부상조(61)의 하층에 제 1기포를 발생시켜 오염수 중의 미세입자와 유류를 수면으로 부상시키고 공기부상조(61)의 상층에 제 2기포를 발생시켜 수면의 부유물을 수거조(63) 방향으로 밀어내는 부유물부상이동부를 구비한다.
공기부상조(61)는 침전조의 후단에 설치되어 침전조로부터 오염수가 유입된다.
수거조(63)는 공기부상조(61)의 일측에 설치된다. 수거조(63)와 공기부상조(61)를 구획하는 격벽(62)은 공기부상조(61)보다 더 낮게 형성된다.
부유물부상이동부는 공기부상조(61)의 하층에 제 1기포를 발생시켜 오염수 중의 미세입자와 유류를 수면으로 부상시킨다. 이와 함께 공기부상조(61)의 상층에 제 2기포를 발생시켜 수면의 부유물을 수거조(63) 방향으로 밀어낸다.
부유물부상이동부에 의해 공기부상조의 하층에서 발생되는 제 1기포는 마이크로미터 또는 나노미터 크기의 미세기포이다. 그리고 공기부상조의 상층에서 발생되는 제 2기포는 10 내지 100mm의 거대기포일 수 있다.
부유물부상이동부는 가압탱크(67)와, 가압탱크(67)로 압축공기를 공급하는 공기압축기(69)와, 1차중간수조(31)에 저장된 오염수를 가압탱크(67)로 이송시키는 펌프(65)와, 가압탱크(67)와 연결되어 공기부상조(61)의 하층으로 연장되는 제 1기포발생관(66)과, 가압탱크(67)와 연결되어 공기부상조(61)의 상층으로 연장되는 제 2기포발생관(68)을 구비한다.
압축공기의 유입으로 의해 고압으로 유지되는 가압탱크(67)에서 공기는 1차중간수조(31)로부터 공급되는 오염수에 용해된다. 이와 같이 생성된 공기용해수는 제 1기포발생관(66)을 통해 공기부상조(61)의 하층으로 유입된다. 제 1기포발생관(66)에는 미세한 분출공이 일정 간격으로 다수 형성되어 있다. 따라서 분출공을 통해 공기부상조(61)의 하층으로 분출되는 공기용해수는 미세한 제 1기포를 무수히 형성한다. 이때 발생되는 제 1기포는 오염수 중의 미세 이물질 및 유류를 수면으로 부상시킨다.
그리고 가압탱크(67)의 공기용해수 중 일부는 제 2기포발생관(68)을 통해 공기부상조(61)의 상층으로 유입된다. 제 2기포발생관(68)의 단부는 수면 아래에 위치하도록 한다. 제 2기포발생관(68)은 수거조(63)의 맞은편 방향의 공기부상조(61)의 측벽에 근접하게 위치한다.
제 2기포발생관(68)을 통해 공기용해수가 공기부상조(61)의 상층으로 유입되면 제 2기포가 형성되고, 제 2기포는 수면 위로 떠오르면서 수면의 부유물(64)을 수거조 (63) 방향으로 밀어내는 역할을 한다. 이에 따라 부유물(64)이 격벽(62)을 월류하여 수거조(63)로 유입된다.
이와 같이 압축공기에 의해 발생시킨 기포에 의해 부유물을 이동시키는 방식을 적용함에 따라 본 발명은 종래의 스컴스키머에 비해 구조를 간소화시킬 수 있고, 유지관리가 매우 용이한 장점을 갖는다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 여과부(30)는 부유물제거부(20)로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과한다.
본 발명은 여과부(30)의 전단에 설치된 부유물제거부(20)를 통해 미세 이물질과 유류(oil&grease)를 제거한 상태에서 오염수를 여과하기 때문에 여과부하를 크게 감소시킬 수 있다.
도시된 여과부(30)는 부유물제거부(20)로부터 유입되는 오염수가 저장되는 1차중간수조(31)와, 1차중간수조(31)와 제 1연결관(32)으로 연결되며 내부에 필터(3)가 장착된 여과조(34)와, 제 1연결관(32)에 설치되는 오염수를 여과조로 이동시키는 펌프(1)와, 여과조(34)와 제 2연결관(35)으로 연결되어 여과조(34)를 1회 통과한 오염수를 저장하는 2차중간수조(36)와, 2차중간수조(36)와 제 1연결관(32)을 연결하는 제 3연결관(37)과, 여과조(34)와 제 4연결관(38)으로 연결되어 여과조(34)를 2회 통과한 오염수를 저장하는 3차중간수조(39)를 구비한다.
1차중간수조(31)에 저장된 오염수는 제 1연결관(32)을 통해 여과조(34)로 유입된다. 제 1연결관(32)에는 오염수를 여과조(34)로 펌핑하기 위한 펌프(1)가 설치된다.
여과조(34)는 하나 또는 둘 이상이 설치될 수 있다. 둘 이상이 설치될 경우 여과조(34)는 직렬로 연결된 수 있다. 도시된 예는 두개의 여과조(34)가 직렬로 연결된 모습을 나타내고 있다.
여과조(34)의 내부에는 필터(3)가 설치된다. 필터(3)로 마이크로미터 크기의 공극을 갖는 맴브레인이나 나노미터 크기의 공극을 갖는 맴브레인을 이용할 수 있다. 이러한 막여과 방식은 미세입자와 잔조 부유물질 등을 효과적으로 제거할 수 있으며, 설치 후에 조작이 필요 없고 유지관리비가 상대적으로 적게 드는 장점을 갖는다.
여과조(34)를 한번 통과한 오염수는 제 2연결관(35)을 통해 2차중간수조(36)로 유입된다. 2차중간수조(36)에 저장된 오염수는 제 3연결관(37)을 통해 다시 여과조(34)로 재유입되어 한번 더 여과된다. 여과조(34)를 두번 통과한 오염수는 제 4연결관(38)을 통해 3차중간수조(39)로 유입되어 저장된다.
2번의 여과를 통해 오염수 중의 TSS(Total Suspended Solids)를 크게 저감시킬 있다. 제 4연결관(38)이나 3차중간수조(39)에 센서를 설치하여 오염수 중의 탁도, COD의 값 등을 실시간으로 모니터링하면서 기준값을 초과할 경우 교반조(10)에 응집제를 투여할 수 있다.
오존산화부(40)는 여과부(30)를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 역할을 한다.
오존은 살균, 탈취, COD 제거 등 다양한 수처리에 응용된다. 오존은 높은 산화력을 가지며 수용액 상의 오존에 의한 직접적인 산화와 수용액 상에서 오존 분해 시 발생하는 OH라디칼의 간접적인 산화로 나뉜다.
오존산화부(40)는 오존산화탑(41)과, 오존산화탑(41)과 여과부(30)를 연결하여 여과부(30)를 통과한 오염수를 오존산화탑(41)의 하부로 유입시키는 여과부배출관(42)과, 오존산화탑(41)의 하부로 오존을 공급하기 위한 오존공급부와, 오존산화탑(41)의 상부에 일단이 연결되고 오존산화탑(41)의 하부에 타단이 연결되어 오염수와 오존이 이동하는 순환관(43)과, 순환관(43)에 설치되어 순환관(43)을 따라 이동하는 유체를 반복하여 압축 및 팽창시키는 캐비테이션부(70)와, 순환관(43)에 과산화수소수를 주입하기 위한 과산화수소수주입부(80)와, 오존산화탑(41)의 상부에 연결되어 오존산화탑(41)에서 산화처리된 처리수가 배출되는 처리수배출관(46)을 구비한다.
오존산화탑(41)의 내부에는 충진층(47)이 하나 이상 설치될 수 있다. 충진층(47)은 공극률과 비표면적이 큰 충진물이 충진된 구조로서, 충진물의 일 예로 폴링(pall ring), 라슁링(rashing ring) 등을 이용할 수 있다. 또한, 충진물의 일 예로 활성탄을 이용할 수 있다. 이러한 충진층(47)은 오염수와 오존의 접촉을 증대시키는 역할을 한다.
오존산화탑(41)의 하부에 여과부배출관(42)이 연결된다. 여과부배출관(42)에는 펌프(45)가 설치된다. 여과부배출관(42)을 통해 3차중간수조(39)에 저장된 오염수가 오존산화탑(41)의 하부로 유입된다.
오존공급부는 오존산화탑(41)의 하부로 오존을 공급한다. 오존공급부는 오존발생기(48)와, 오존발생기(48)와 오존산화탑(41) 하부를 연결하는 오존공급관(49)으로 이루어진다.
오존산화탑(41)의 하부로 오염수와 함께 오존이 유입된다. 따라서 오존산화탑(41)의 내부에서 오염수와 오존이 1차로 반응하면서 유기물이 분해된다. 그리고 오존산화탑(41)의 상부까지 상승한 오염수와 오존 중 일부는 순환관(43)을 통해 다시 오존산화탑(41)의 하부로 순환된다.
순환관(43)은 오존산화탑(41)의 상부에 일단이 연결되고 오존산화탑(41)의 하부에 타단이 연결된다. 순환관(43)에는 순환펌프(44)가 설치된다.
순환관(43)에 캐비테이션부(70)가 설치된다. 캐비테이션부(70)는 순환관(43)을 따라 이동하는 유체를 반복하여 압축 및 팽창시켜 오염수와 오존이 2차로 반응하도록 하여 유기물의 제거효율을 높인다. 이는 수리동력학적 캐비테이션(Hydrodynamic Cavitation)의 원리를 이용한 것이다. 이러한 캐비테이션부(70)는 유체의 속도 변화에 의한 압력 변화로 인해 순간적으로 기포를 발생시키게 되고, 발생된 기포에서 라디칼을 생성하여 오존의 효율을 높인다. 또한, 기포가 붕괴될 때 발생되는 고압과 고온의 작용으로 주위의 물질을 산화, 분해시킨다.
일 예로 캐비테이션부(70)는 벤츄리 효과를 이용한다. 도시된 캐비테이션부(70)는 순환관(43)과 연결되는 하우징(71)과, 하우징(71)의 내부에 형성된 축소경부(73)와 확장경부(75)로 이루어진다. 축소경부(73)와 확장경부(75)는 번갈아 형성된다. 따라서 하우징(71)을 지나는 유체는 반복적으로 압축 및 팽창된다. 이에 따라 오존 기포가 생성, 붕괴되고 이때 발생된 OH라디칼의 강력한 산화작용에 의해 오염수 중이 유기물이 분해된다.
과산화수소수주입부(80)는 처리수배출관을 통해 배출되는 처리수에 대해 모니터링을 실시하고 기준치 초과 시 과산화수소수를 오존산화탑(41)의 내부로 투입한다.
과산화수소수주입부(80)는 과산화수소수가 저장된 과산화수소수저장탱크(81)와, 과산화수소수저장탱크(81)에 저장된 과산화수소수를 순환관(73)으로 주입하기 위한 주입관(83)을 구비한다.
과산화수소는 순환관(43)을 통해 오존산화탑(410의 내부로 유입되며, 과산화수소는 강력한 산화작용에 의해 오존과 함께 유기물 중의 유기물을 제거한다.
상술한 오존산화부(40)를 통해 오존산화탑(41)에서 오염수는 오존과 1차 반응을 한 후 순환관(43)을 통해 오존산화탑(41) 상부에서 다시 하부로 순환된다. 오염수는 순환관(43)을 따라 이동하여 오존산화탑으로 재유입되어 오존과 2차 반응을 한다.
그리고 오존산화탑(41)의 최상부에서 최종적으로 정화처리된 처리수가 배출된다. 처리수의 모니터링 결과에 의해 과산화수소가 투입되어 추가적인 산화분해가 수행될 수 있다.
한편, 과산화수소와 오염수의 접촉효율을 높이기 위해 과산화수소수주입부는 과산화수소수가 저장된 과산화수소수저장탱크와, 과산화수소수저장탱크에 저장된 과산화수소수를 순환관으로 주입하기 위한 주입관과, 순환관에 설치되어 주입관과 연결되는 혼합기를 구비할 수 있다.
과산화수소수저장탱크와 주입관은 상술한 예와 동일하다.
도 5를 참조하면서 혼합기(90)에 대해 설명한다.
혼합기(90)는 순환관(43)에 설치되는 확관부(91)와, 확관부(91)의 내주면과 이격되도록 확관부(91)의 내부에 설치되는 센터봉(92)과, 센터봉(42)이 확관부(91)의 중심에 위치하도록 센터봉(92)을 고정시키는 지지바들(93)과, 센터봉(92)의 전면에 형성되며 외주면에 요철이 형성된 원추형의 요철부(94)와, 센터봉(92)에 오목하게 형성된 오목부(95)와, 센터봉(92)의 내부에 형성되며 주입관(83)과 연결되어 과산화수소수가 유입되는 유입실(96)과, 유입실(96)로 유입된 과산화수소수가 오목부(95)의 주위를 통과하는 오염수 중으로 분출될 수 있도록 유입실(96)과 연결되는 다수의 분출로들(97)을 구비한다.
확관부(91)는 내부에 유로가 형성된다. 확관부(91)의 직경은 순환관(43)의 직경보다 더 크게 형성된다.
센터봉(92)은 확관부(91) 유로의 단면적을 좁게 하여 확관부(91)을 통과하는 유체의 속도와 압력을 크게 변화시킨다. 특히, 센터봉(60)의 전면에 원추형의 요철부(94)를 형성하여 유체의 흐름에 더 큰 변화를 줄 수 있다. 요철부(94)의 외주면에는 톱니 형태의 요철이 형성된다. 요철에 의해 무수한 와류가 형성되면서 기액간 접촉효율을 크게 높일 수 있다.
오목부(95)는 센터봉(92)에 오목하게 패인형태로 형성된다. 이러한 오목부(95)는 가장자리의 직경이 크고 중앙의 직경이 작은 장구 모양으로 형성된다.
센터봉(92)의 내부에는 과산화수소수가 유입되는 유입실(96)이 형성된다. 주입관(83)은 확관부(91)을 관통하여 센터봉(92)의 후면으로 연결된다. 주입관(83)의 단부는 센터봉(92)의 내부로 삽입되어 유입실(96)과 연결된다.
분출로(97)는 오목부(95)에 다수 형성된다. 분출로(97)는 직경이 작은 오목부(95)의 중앙 부위에 형성된다. 분출로(97)는 유입실(96)의 주위에 일정 간격으로 형성된다. 분출로(97)는 유입실(96)과 연결되어 오목부(95)의 외주면까지 연장되도록 형성된다. 이러한 분출로(97)는 유입실(96)에서 오목부(95)의 외부까지 연결되는 유로를 형성한다. 분출로(97)를 통해 유입실(96)로 유입된 과산화수소수는 오목부(95)의 바깥으로 분출된다. 오목부(95)의 바깥으로 분출되는 과산화수소수는 주위를 통과하는 오염수와 효과적으로 혼합된다. 따라서 과산화수소에 의한 산화효과를 높일 수 있다.
이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 교반조 15: 침전조
21: 공기부상조 31: 1차중간수조
34: 여과조 36: 2차중간수조
39: 3차중간수조 40: 오존산화부
41: 오존산화탑
21: 공기부상조 31: 1차중간수조
34: 여과조 36: 2차중간수조
39: 3차중간수조 40: 오존산화부
41: 오존산화탑
Claims (5)
- 셰일가스 채굴과정에서 발생되는 오염수를 교반시키는 교반조와;
상기 교반조로부터 유입되는 오염수 중의 이물질을 침전시키는 침전조와;
상기 침전조로부터 유입되는 오염수에 기포를 발생시켜 부유물을 제거하는 부유물제거부와;
상기 부유물제거부로부터 유입되는 오염수를 필터로 여과하는 여과부와;
상기 여과부를 통과한 오염수를 오존과 접촉시켜 유기물을 분해시키는 오존산화부;를 구비하고,
상기 여과부는 상기 부유물제거부로부터 유입되는 오염수가 저장되는 1차중간수조와, 상기 1차중간수조와 제 1연결관으로 연결되며 내부에 필터가 장착된 여과조와, 상기 제 1연결관에 설치되는 오염수를 여과조로 이동시키는 펌프와, 상기 여과조와 제 2연결관으로 연결되어 상기 여과조를 1회 통과한 오염수를 저장하는 2차중간수조와, 상기 2차중간수조와 상기 제 1연결관을 연결하는 제 3연결관과, 상기 여과조와 제 4연결관으로 연결되어 상기 여과조를 2회 통과한 오염수를 저장하는 3차중간수조를 구비하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치. - 제 1항에 있어서, 상기 부유물제거부는 상기 침전조와 연결되어 상기 침전조로부터 오염수가 유입되는 공기부상조와, 상기 공기부상조의 일측에 설치되는 수거조와, 상기 공기부상조의 하층에 제 1기포를 발생시켜 오염수 중의 미세입자와 유류를 수면으로 부상시키고 상기 공기부상조의 상층에 제 2기포를 발생시켜 수면의 부유물을 상기 수거조 방향으로 밀어내는 부유물부상이동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 오존산화부는 오존산화탑과, 상기 오존산화탑과 상기 여과부를 연결하여 상기 여과부를 통과한 오염수를 상기 오존산화탑의 하부로 유입시키는 여과부배출관과, 상기 오존산화탑의 하부로 오존을 공급하기 위한 오존공급부와, 상기 오존산화탑의 상부에 일단이 연결되고 상기 오존산화탑의 하부에 타단이 연결되어 오염수와 오존이 이동하는 순환관과, 상기 순환관에 설치되어 상기 순환관을 따라 이동하는 유체를 반복하여 압축 및 팽창시키는 캐비테이션부와, 상기 순환관에 과산화수소수를 주입하기 위한 과산화수소수주입부와, 상기 오존산화탑의 상부에 연결되어 상기 오존산화탑에서 산화처리된 처리수가 배출되는 처리수배출관을 구비하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치.
- 제 4항에 있어서, 상기 과산화수소수주입부는 과산화수소수가 저장된 과산화수소수저장탱크와, 상기 과산화수소수저장탱크에 저장된 과산화수소수를 상기 순환관으로 주입하기 위한 주입관과, 상기 순환관에 설치되어 상기 주입관과 연결되는 혼합기를 구비하고,
상기 혼합기는 상기 순환관에 설치되는 확관부와, 상기 확관부의 내주면과 이격되도록 상기 확관부의 내부에 설치되는 센터봉과, 상기 센터봉이 상기 확관부의 중심에 위치하도록 상기 센터봉을 고정시키는 지지바들과, 상기 센터봉의 전면에 형성되며 외주면에 요철이 형성된 원추형의 요철부와, 상기 센터봉에 오목하게 형성된 오목부와, 상기 센터봉의 내부에 형성되며 상기 주입관과 연결되어 과산화수소수가 유입되는 유입실과, 상기 유입실로 유입된 과산화수소수가 상기 오목부의 주위를 통과하는 오염수 중으로 분출될 수 있도록 상기 유입실과 연결되는 다수의 분출로들을 구비하는 것을 특징으로 하는 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020180029740A KR101961256B1 (ko) | 2018-03-14 | 2018-03-14 | 셰일가스 채굴 오염수의 정화장치 |
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