KR101977782B1

KR101977782B1 - 탈황탑에서 배출되는 폐수 처리장치 및 처리방법

Info

Publication number: KR101977782B1
Application number: KR1020170127782A
Authority: KR
Inventors: 이건명; 노형근; 강위관; 최연희
Original assignee: 두산중공업 주식회사; 한국남동발전 주식회사
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-05-14
Also published as: KR20190037938A

Abstract

본 발명은 탈황탑에서 배출되는 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탈황탑에서 배출되는 폐수 내의 오염물질을 제거하여 방류 수질 기준에 적합하게 정화할 수 있는 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다. 이를 위해 폐수 처리장치는 탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거부; SS 제거부 후단에 배치되고, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거부; COD 제거부 후단에 배치되고, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거부; 불소 및 중금속 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거부; 칼슘 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거부; 및 칼슘 제거부와 질소 제거부 사이에 배치되고, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거부로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탈황탑에서 배출되는 폐수 처리장치 및 처리방법{WATERWATER TREATMENT APPARATUS AND TREATMENT METHOD DISCHARGED FROM A DESULFURIZATION TOWER}

본 발명은 탈황탑에서 배출되는 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 탈황탑에서 배출되는 폐수 내의 오염물질을 제거하여 방류 수질 기준에 적합하게 정화할 수 있는 폐수 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.

최근 산업이 발전하고 생활이 윤택해지면서 전력사용량이 매년 크게 늘어남에 따라 전기를 생산하는데 필요한 화석 연료도 더욱 많이 소모되고 있다.

화석 연료인 석탄이 연소할 때 발생하는 주요 오염 물질의 하나는 SO₂이며, 배연 가스 중 SO₂의 전형적인 함량은 500 내지 2000 ppm에 이른다. 상기 SO₂는 산성비의 원인 물질로 인체에 직접적인 피해를 주며, 동식물에도 막대한 영향을 끼친다.

일반적으로 탈황 폐수에는 화력발전소 운영 시에 NO_x 및 SO_x 등의 배출로 인한 N-S 화합물이 다량 포함되고, 고농도의 염소 이온과 독성물질, 경도물질(칼슘이온, 마그네슘이온 등) 및 질소 등이 많이 함유되어 있다.

이러한 성질의 탈황 폐수를 처리하기 위해 종래에는 일본 M 공법을 이용하여 처리하고 있으나, M 공법은 공정이 복잡하고 유지관리에 어려움이 있으며 운전비용이 높은 문제점이 있다. 특히, M 공법은 탈황 폐수 내의 고농도 염소 이온과 독소 성분으로 인하여 생물반응조 운영에 어려움이 있으며, 질소 성분의 제거에 충분히 대응하지 못하고 있다.

질소 성분을 제거하기 위해 역삼투압, 이온교환수지 등을 이용한 방법들이 개발되고 있으나, 이러한 방법들 역시 질소 성분을 충분히 제거하지 못하고 있는 실정이다.

한편, 폐수 처리장치를 운영하는데 있어 CAPEX(capital expenditure) 및 OPEX(operating expenses)를 절감하는 것은 중요 과제 중 하나이다. 이를 위해서는, 가장 경제적으로 처리 시설을 운영하는 것이 중요하다.

이에 탈황탑에서 배출되는 폐수 내에 포함된 경도물질, 질소 성분들을 방류 수질 기준에 적합하게 제거할 수 있을 뿐만 아니라 CAPEX 및 OPEX를 절감할 수 있는 폐수 처리시설 및 폐수 처리방법에 대한 개발이 요구되고 있다.

대한민국 특허공개공보 제10-2017-0078241호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 탈황탑에서 배출되는 폐수를 방류 수질 기준에 적합하게 정화할 수 있으면서도 CAPEX 및 OPEX를 효과적으로 절감할 수 있는 폐수 처리장치 및 폐수 처리방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.

상기 목적은, 탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거부; SS 제거부 후단에 배치되고, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거부; COD 제거부 후단에 배치되고, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거부; 불소 및 중금속 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거부; 칼슘 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거부; 및 칼슘 제거부와 질소 제거부 사이에 배치되고, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거부로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어부;를 포함하는 폐수 처리장치에 의해 달성될 수 있다.

이때, 폐수 처리장치는 유량 제어부와 연결되고, 유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수와 질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수를 수용 및 혼합할 수 있는 믹싱 탱크;를 포함할 수 있다.

바람직하게, 믹싱 탱크는, 원기둥 형상의 상단;과 원뿔 형상의 하단;이 결합되어 형성된 것일 수 있고, 상단은, 유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수가 유입되는 제1유입구; 및 질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수가 유입되는 제2유입구;를 구비할 수 있으며, 제1유입구 및 제2유입구는, 제1유입구 및 제2유입구를 통해 믹싱 탱크 내부로 이송되는 피처리수가 믹싱 탱크 내부면을 따라 선회류를 형성할 수 있도록 믹싱 탱크 측면의 일 지점에서 접선 방향으로 구비될 수 있다.

또한, 믹싱 탱크는, 유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수와 질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수를 혼합하는 교반기;를 구비할 수도 있다.

한편, 질소 제거부는, 피처리수가 유입되어 고온의 증기와의 열교환에 의해 증발농축됨으로써 농축수가 형성되는 강하 경막 증발기; 및 강하 경막 증발기에서 형성된 농축수를 이송받아 농축수 내의 질소를 염의 형태로 결정화하여 질소를 제거하는 강제순환식 증발기;를 포함할 수 있다.

강하 경막 증발기는, 내부에 복수의 증발튜브를 구비하고, 유입되는 피처리수가 증발튜브의 내벽을 타고 강하 경막을 이루어 흐르면서 증발튜브의 외벽 측으로 공급되는 고온의 증기와의 열교환에 의해 증발되는 것을 특징으로 한다.

강제순환식 증발기는, 내부로 유입된 농축수가 감압 증발되어 상부의 증기 배출구를 통해 발생된 증기가 배출되고 하부의 농축수 배출구를 통해 농축수가 배출되도록 내부 공간이 마련된 챔버; 농축수가 챔버의 내주면을 따라 선회류를 이루어 회전하도록 챔버 내주면의 접선 방향으로 챔버의 측면에 연결되어 유입되는 농축수를 분사하는 농축수 유입구; 및 챔버 내부 공간의 농축수 유입구와 증기 배출구 사이 영역에 구비되고 챔버 내벽으로부터 돌출 형성되어, 발생되는 증기 내 함유된 액적(mist)의 상승을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 격벽;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 챔버는 하부의 농축수 배출구를 향하여 농축수의 회전 반경이 줄어들도록 챔버의 내벽이 하방으로 경사진 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 강제 순환식 증발기는, 챔버 내의 격벽의 상부 및 하부 영역 중 어느 하나 이상에 마련되고, 발생되는 증기가 상향 배출되는 과정에서 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 메쉬(mesh) 타입의 판형 부재인 내장형 데미스터(demister);를 더 포함할 수 있고, 또는 챔버 외부에 증기 배출구의 말단과 연결되어 배출된 증기가 유입되도록 마련되고, 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 쉐브론(chevron) 타입의 부재가 유입된 증기의 이동 경로 상에 구비된 외장형 데미스터;를 더 포함할 수도 있다.

또한, 강제 순환식 증발기는, 챔버의 하부의 농축수 배출구가 마련되는 영역에 구비되고, 농축수 내 발생되는 와류(vortex)를 상쇄시키기 위한 와류상쇄부재;를 더 포함할 수 있고, 와류상쇄부재는 적어도 둘 이상의 판형 부재가 교차된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적은, 탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거단계; SS 제거단계 이후에, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거단계; COD 제거단계 이후에, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거단계; 불소 및 중금속 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거단계; 칼슘 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거단계; 및 칼슘 제거단계와 질소 제거단계 사이에, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거단계로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어단계;를 포함하는 폐수 처리방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 탈황탑에서 배출되는 폐수를 방류 수질 기준에 적합하게 정화할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 유량 제어부를 통해 폐수 처리 수량을 합리적으로 판단함으로써 CAPEX 및 OPEX를 절감할 수 있는 효과도 가진다.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수처리장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 일 예에 따른 믹싱 탱크를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 상면도이다.
도 4는 일 예에 따른 강하 경막 증발기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 일 예에 따른 강제순환식 증발기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 일 예에 따른 강제순환식 증발기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 일 예에 따른 와류상쇄부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

또한, 달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 가지며, 상충되는 경우에는, 정의를 포함하는 본 명세서의 기재가 우선할 것이다.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에서 기술한 "부"란, 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.

각 단계들에 있어 식별부호(제1, 제2, 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치(1000)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리장치(1000)는 탈황탑에서 배출되는 피처리수(폐수)에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거부(100); SS 제거부(100) 후단에 배치되고, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거부(200); COD 제거부(200) 후단에 배치되고, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거부(300); 불소 및 중금속 제거부(300) 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거부(400); 칼슘 제거부(400) 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거부(500); 및 칼슘 제거부(400)와 질소 제거부(500) 사이에 배치되고, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거부(500)로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어부(600);를 포함한다. 본 발명은 탈황탑에서 배출되는 폐수를 방류 수질 기준에 적합하게 정화시켜 방류하기 위한 것으로서, 유량 제어부(600)를 통해 CAPEX 및 OPEX를 효율적으로 절감할 수 있다.

SS 제거부(100)는 탈황탑에서 배출되는 피처리수(폐수)에 함유된 불용성 고형물(부유물, SS)을 제거하는 것으로서, 중력침강법을 사용하여 불용성 고형물을 제거할 수 있다. 이때 침강속도를 높여 제거 효율을 향상시키기 위하여 고분자 응집제를 사용할 수 있다. 고분자 응집제는 특별히 제한되는 것은 아니나, 음이온 고분자 응집제를 사용하는 것이 제거 효율에 유리하다.

COD 제거부(200)는, SS 제거부(100) 후단에 배치되어 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 감소(제거)시킬 수 있다. 탈황탑에서 배출되는 피처리수의 COD는 SO_x와 NO_x의 반응에 의해 생성된 N-S 컴파운드에 의해 유발되고, 이를 분해함으로써 COD를 감소시킬 수 있다. COD는 공지의 NaOCl 산화법을 이용하여 제거할 수 있다. 즉, NaOCl을 첨가하여 N-S 컴파운드를 분해한 후, 잉여 OCl^-에 대해서는 NaHSO₃를 이용하여 제거한다.

불소 및 중금속 제거부(300)는, COD 제거부(200) 후단에 배치되어 피처리수에 포함된 중금속과 불소 성분을 제거할 수 있다. 중금속은 망간, 철 등을 의미하고, 공지의 다양한 킬레이트제(이온교환수지)를 이용하여 침전시킨 후, 제거한다. 불소의 경우, 하기 화학식 1과 같이 알루미늄을 이용하여 공침시켜 제거한다.

[화학식 1]

칼슘 제거부(400)는, 불소 및 중금속 제거부(300) 후단에 배치되어 피처리수에 포함된 칼슘 성분을 제거할 수 있다. 칼슘 성분은 배관 등에 스케일(scale) 형성의 우려가 높으므로 제거할 필요성이 있다. 칼슘은 다양한 방법으로 제거할 수 있으나, 일 예로, 하기 화학식 2와 같이, Na₂CO₃를 이용하여 침전시킴으로써 제거할 수 있다.

[화학식 2]

Na₂CO₃를 사용하여 칼슘 성분을 제거할 경우, 아래 화학식 3 및 화학식 4와 같은 반응식이 부반응(side reation)으로 진행되어 피처리수 내의 미소 불소 성분도 제거할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

[화학식 3]

[화학식 4]

질소 제거부(500)는, 칼슘 제거부(400) 후단에 배치되어 피처리수 내에 함유된 질소 성분을 염의 형태로 전환하여 분리 제거할 수 있다. 수질 방류 기준이 강화됨에 따라 종래의 기술로는 질소 성분을 제거하는데 한계가 있었고, 이에 본 발명은 서로 다른 2개의 증발기를 이용하여 질소 성분을 제거할 수 있는데, 이에 대해서는 뒤에서 보다 상세히 설명한다.

유량 제어부(600)는, 칼슘 제거부(400)와 질소 제거부(500) 사이에 배치되어 피처리수의 오염 정도를 측정한 후, 방류할 피처리수와 질소 제거부(500)로 이송할 피처리수의 유량을 판단한다. CAPEX와 OPEX를 절감하기 위해서는, 설비의 운영을 얼마나 효과적으로 할 수 있는지가 중요하다. 뒤에서 구체적으로 서술할 질소 제거부(500)에 의해 피처리수는 최초 질소 농도의 1/30 수준으로 절감할 수 있는데, 이 경우 질소 제거부(500)의 가동량이 늘어나 부담이 가중될 수 있다. 이에 유량 제어부(600)는 질소 제거부(500)로 피처리수가 공급되기 이전에 피처리수의 상태를 파악한 후, 수질 방류 기준에 적합할 수 있도록 질소 제거부(500)로 이송될 유량을 판단한다.

이때, 폐수 처리장치(1000)는 유량 제어부(600)와 연결되고, 유량 제어부(600)에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수와 질소 제거부(500)에 의해 질소가 제거된 피처리수를 수용 및 혼합할 수 있는 믹싱 탱크(700);를 포함할 수도 있다. 구체적으로, 믹싱 탱크(700)는 일단은 유량 제어부(600)와 연결되어 질소 제거부(500)로 이송되지 않는 것으로 판단된 피처리수를 수용하고, 타단은 질소 제거부(500)와 연결되어 질소 제거부(500)를 통과한 피처리수를 수용한 후, 이들을 혼합한다. 혼합 후, 방류 수질 기준에 적합하면 방류한다. 다만, 방류 수질 기준에 부적할 경우, 질소 제거부(500)와 연결된 반송 파이프(도시하지 않음)를 통해 피처리수를 재차 정화할 수 있다.

도 2는 일 예에 따른 믹싱 탱크(700)를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 상면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하여 믹싱 탱크(700)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 믹싱 탱크(700)는 혼합 효율을 향상시키기 위하여 원기둥 형상의 상단(710)과 원뿔 형상의 하단(720)이 결합된 형태를 가질 수 있고, 하단(720)의 중심에는 피처리수를 방류할 수 있는 방류수 배출구가 형성될 수 있다. 믹싱 탱크(700)의 상단(710)은 유량 제어부(600)에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수가 유입되는 제1유입구(711); 및 질소 제거부(500)에 의해 질소가 제거된 피처리수가 유입되는 제2유입구(712);를 구비할 수 있다. 이때, 제1유입구(711) 및 제2유입구(712)는 제1유입구(711) 및 제2유입구(712)를 통해 믹싱 탱크(700) 내부로 이송되는 피처리수가 믹싱 탱크(700) 내부면을 따라 선회류를 형성할 수 있도록 믹싱 탱크(700) 측면의 일 지점에서 접선 방향으로 구비될 수 있다. 제1유입구(711) 및 제2유입구(712)는 동일한 높이에 형성되는 것이 바람직하고, 각각 유입되는 피처리수가 충돌하지 않고, 같은 방향으로 회전할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 필요한 경우, 믹싱 탱크(700)는 유입되는 피처리수가 잘 혼합될 수 있도록 내부에 교반기를 구비할 수도 있다.

전술 하였던 질소 제거부(500)에 대해 구체적으로 설명하면, 질소 제거부(500)는 피처리수가 유입되어 고온의 증기와의 열교환에 의해 증발농축됨으로써 농축수가 형성되는 강하 경막 증발기(510); 및 강하 경막 증발기(510)에서 형성된 농축수를 이송받아 농축수 내의 질소를 염의 형태로 결정화하여 질소를 제거하는 강제순환식 증발기(550);를 포함할 수 있다. 강하 경막 증발기(510) 및 강제순환식 증발기(550)에서 증기로 변환 후 응축된 응축수는 믹싱 탱크(700)로 이송되고, 질소 성분이 염의 형태로 포함된 슬러지는 별도로 분리하여 처리한다. 또한, 이 과정에서 COD, SS, 중금속 등 전단에서 미처 제거되지 않은 오염 물질들도 함께 제거될 수 있다.

도 4는 일 예에 따른 강하 경막 증발기(510)를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 4를 참조하여 강하 경막(Vertical Tube Falling Film, VTFF) 증발기(510)에 대해 구체적으로 설명한다. 강하 경막 증발기(510)의 전단에는 피처리수를 가열할 수 있는 가열 장치(도시하지 않음)가 구성될 수 있다. 가열 장치는 강하 경막 증발기(510) 내부에 설치할 수도 있는데, 이 경우 열교환 효율 및 압력 손실을 줄일 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 강하 경막 증발기(510)는 원통형의 하우징(511) 상부에 플레이트 형태의 유동균일장치(512)가 수평으로 설치되고 피처리수 유입구(513)는 유동균일장치(512)보다 높게 설치되며, 유입되는 피처리수는 유동균일장치(512) 상부의 상류 공간(S1)에 공급되도록 구성될 수 있다. 하우징(511) 내부에는 다수의 증발튜브(514)가 밀집되어 설치되어 있으며, 증발튜브(514)는 그 상단이 유동균일장치(512)를 관통하여 설치되는데, 상류 공간(S1)과 증발튜브(514)의 내부 공간이 서로 소통되도록 설치된다. 이로써 상류 공간(S1)으로 공급된 피처리수가 증발튜브(514)의 내벽을 타고 흘러내리게 된다. 강하 경막을 이루며 증발튜브(514)의 내벽을 타고 하방으로 흐르는 피처리수는 하우징(511) 중간부의 열교환 공간(S2)으로 투입되는 수증기와 증발튜브(514) 벽을 사이에 두고 열교환에 의해 가열되면서 피처리수 내에 함유된 수분이 증발하게 된다. 이러한 강하 경막 증발기(510)는 장치 내의 압력 손실 없이 비점 상승을 억제할 수 있으며, 가열 유체와의 온도차가 작아도 열전달 속도가 매우 높아 수증기 등의 가열체와 접촉시간을 최소화할 수 있고, 또한 1 ~ 2 mm 정도로 유지되는 액체 경막에서의 온도 구배가 매우 작아 열에 민감한 액체의 온도 상승을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 강하 경막 증발기(510)에 의해 농축된 농축수는 후단의 강제순환식 증발기(550)로 이송되고, 정화된 응축수는 믹싱탱크로 이송된다.

도 5는 일 예에 따른 강제순환식 증발기(550)를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 5를 참조하여 강제순환식(Forced circulation type, FC) 증발기에 대해 구체적으로 설명한다. 강제순환식 증발기(550)는 사이클론 타입의 장치로서, 내부로 유입된 농축수가 감압 증발되어 상부의 증기 배출구(554)를 통해 발생된 증기가 배출되고 하부의 농축수 배출구(557)를 통해 농축수가 배출되도록 내부 공간이 마련된 챔버(551); 농축수가 챔버(551)의 내주면을 따라 선회류를 이루어 회전하도록 챔버(551) 내주면의 접선 방향으로 챔버(551)의 측면에 연결되어 유입되는 농축수를 분사하는 농축수 유입구(552); 및 챔버(551) 내부 공간의 농축수 유입구(552)와 증기 배출구(554) 사이 영역에 구비되고 챔버(551) 내벽으로부터 돌출 형성되어, 발생되는 증기 내 함유된 액적(mist)의 상승을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 격벽(553);을 포함할 수 있다. 이를 통해, 강하 경막 증발기(510)로부터 이송된 농축수가 챔버(551) 내에서 소용돌이의 형태로 회전하게 되고 소용돌이의 표면에서 감압 증발이 일어나게 되며, 난류 강도와 플래싱 면적 증가로 인해 증발 효율이 높아지게 되고, 소용돌이 중심으로 갈수록 정수압이 낮아지게 되어 침수 손실(submersible loss)이 최소화되며, 소용돌이 형태의 와류로 인한 믹싱 효과로 둥글고 고른 결정이 형성되어 고형 물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있고, 챔버(551) 내부에서 유체의 정체 구간이 없어 케이킹(caking) 현상을 방지할 수 있다.

챔버(551) 내부에는 생성되는 증기 내 함유된 액적(mist)의 상승을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 격벽(553)이 구비될 수 있다. 증기의 생성 및 상승 과정에서 크고 작은 액적(mist, droplet)이 같이 상승하게 되는데 비교적 큰 액적은 격벽(553)에 의해 차단되어 중력에 의해 하부로 하강하게 된다.

격벽(553)은 챔버(551) 내부 공간의 농축수 유입구(552)와 증기 배출구(554) 사이 영역에 마련되며 챔버(551) 내벽으로부터 돌출 형성될 수 있다. 바람직하게는 챔버(551) 내벽으로부터 90~180도의 각도로 상부 방향으로 기울어지도록 돌출 형성되도록 하여 액적의 상승 차단 및 차단된 액적의 하강을 보다 효과적으로 유도할 수 있다.

또한, 비교적 크기가 작은 액적이 격벽(553)에 의해 차단되지 않고 상승할 경우를 대비하여 내장형 데미스터(555)(demister)를 추가로 구비할 수도 있다. 내장형 데미스터(555)는 챔버(551) 내의 격벽(553)의 상부 및 하부 중 어느 하나 이상의 영역에 마련되며 발생되는 증기가 상향 배출되는 과정에서 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 메쉬(mesh) 타입의 판형 부재(561)일 수 있다. 이를 통해 격벽(553)을 통해 제거되지 않은 액적들이 증기 상승 과정에서 효과적으로 걸러질 수 있다.

또한, 도 6과 같이 내장형 데미스터(555) 대신 외장형 데미스터(556) 데미스터를 구비할 수도 있다. 외장형 데미스터(556) 데미스터는 챔버(551) 외부에 별도로 마련되는 장치로서 증기 배출구(554)의 말단과 연결되어 배출되는 증기가 유입되도록 마련되어 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 쉐브론(chevron) 타입의 부재가 유입되는 증기의 이동 경로 상에 구비된 형태일 수 있다. 데미스터를 챔버(551) 외부에 외장형 데미스터(556) 타입으로 구성하게 되면 상대적으로 고급, 고가의 소재를 사용하는 챔버(551)의 부피를 축소할 수 있어 경제적이며, 데미스터의 오염을 최소화할 수 있고 세척 등과 같은 유지 보수에 용이하다는 장점이 있다.

또한, 강제 순환식 증발기의 챔버(551)는 하부의 농축수 배출구(557)를 향하여 농축수의 회전 반경이 줄어들도록 챔버(551)의 내벽이 하방으로 경사진 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 점점 단면의 면적이 좁아지는 하부 구조에 따라 농축수 배출구(557)에 이르러서는 급격한 와류(vortex)가 발생되는데 이로 인해 공동현상(cavitation)이 형성되어 후단 공정으로 농축수를 배출하는 펌프에 악영향을 미치게 된다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 챔버(551)의 하부의 농축수 배출구(557)가 마련되는 영역에 구비되고, 농축수 내 발생되는 와류(vortex)를 상쇄시키기 위한 와류상쇄부재(560);를 더 포함할 수도 있다. 와류상쇄부재(560)는 도 5의 XX' 단면을 도시하고 있는 도 7과 같이 적어도 둘 이상의 판형 부재(561)가 교차된 형태로 형성된 것을 사용할 수 있다.

다음으로, 탈황탑에서 배출되는 폐수를 처리하는 폐수 처리방법에 대해 설명한다. 이를 설명하는데 있어, 상술하여 중복된 부분에 있어서는 그 설명을 생략하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 처리방법은, 탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거단계; SS 제거단계 이후에, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거단계; COD 제거단계 이후에, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거단계; 불소 및 중금속 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거단계; 칼슘 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거단계; 및 칼슘 제거단계와 질소 제거단계 사이에, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거단계로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어단계;를 포함한다. 본 발명은 탈황탑에서 배출되는 폐수를 방류 수질 기준에 적합하게 정화시켜 방류하기 위하여, 유량 제어단계를 수행하고, 이를 통해 CAPEX 및 OPEX를 효율적으로 절감할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

도 1과 같이 유량 제어부 및 믹싱 탱크가 구비된 폐수 처리장치를 구성하였다.

[실험예]

상기 실시예를 이용하여 탈황탑에서 배출되는 폐수(피처리수)를 처리하였다. 이때, 유량 제어부의 판단에 따라 질소 제거부로 85%의 피처리수가 이송되고, 15%의 피처리수는 믹싱 탱크로 이송되었으며, 도 1의 A, B, C, D 지점에서 피처리수의 상태를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1과 같이, 유량 제어부를 통해 피처리수를 효과적으로 처리함으로써 CAPEX 및 OPEX를 절감하면서도 방류 수질 기준에 적합하게 피처리수를 정화할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

1000 : 폐수 처리장치
100 : SS 제거부
200 : COD 제거부
300 : 불소 및 중금속 제거부
400 : 칼슘 제거부
500 : 질소 제거부
510 : 강하 경막 증발기
511 : 하우징
512 : 유동균일장치
513 : 피처리수 유입구
514 : 증발튜브
515 : 농축수 배출구
516 : 응축수 배출구
550 : 강제순환식 증발기
551 : 챔버
552 : 농축수 유입구
553 : 격벽
554 : 증기 배출구
555 : 내장형 데미스터
556 : 외장형 데미스터
557 : 농축수 배출구
560 : 와류상쇄부재
561 : 판형 부재
600 : 유량 제어부
700 : 믹싱 탱크
710 : 상단
720 : 하단
711 : 제1유입구
712 : 제2유입구
S1 : 상류공간
S2 : 열교환 공간
S3 : 액체 저조

Claims

탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거부;
SS 제거부 후단에 배치되고, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거부;
COD 제거부 후단에 배치되고, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및
중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거부;
불소 및 중금속 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거부;
칼슘 제거부 후단에 배치되고, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거부; 및
칼슘 제거부와 질소 제거부 사이에 배치되고, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거부로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량제어부;를 포함하되,
질소 제거부는,
피처리수가 유입되어 고온의 증기와의 열교환에 의해 증발농축됨으로써 농축수가 형성되는 강하 경막 증발기; 및
강하 경막 증발기에서 형성된 농축수를 이송받아 농축수 내의 질소를 염의 형태로 결정화하여 질소를 제거하는 강제순환식 증발기;를 포함하고,
강제순환식 증발기는,
내부로 유입된 농축수가 감압 증발되어 상부의 증기 배출구를 통해 발생된 증기가 배출되고 하부의 농축수 배출구를 통해 농축수가 배출되도록 내부 공간이 마련된 챔버;
농축수가 챔버의 내주면을 따라 선회류를 이루어 회전하도록 챔버 내주면의 접선 방향으로 챔버의 측면에 연결되어 유입되는 농축수를 분사하는 농축수 유입구; 및
챔버 내부 공간의 농축수 유입구와 증기 배출구 사이 영역에 구비되고 챔버 내벽으로부터 돌출 형성되어, 발생되는 증기 내 함유된 액적(mist)의 상승을 방지하기 위한 적어도 하나 이상의 격벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제1항에 있어서,
유량 제어부와 연결되고, 유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수와 질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수를 수용 및 혼합할 수 있는 믹싱 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제2항에 있어서, 믹싱 탱크는,
원기둥 형상의 상단;과 원뿔 형상의 하단;이 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제3항에 있어서, 믹싱 탱크의 상단은,
유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수가 유입되는 제1유입구; 및
질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수가 유입되는 제2유입구;를 구비하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제4항에 있어서, 제1유입구 및 제2유입구는,
제1유입구 및 제2유입구를 통해 믹싱 탱크 내부로 이송되는 피처리수가 믹싱 탱크 내부면을 따라 선회류를 형성할 수 있도록 믹싱 탱크 측면의 일 지점에서 접선 방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제2항에 있어서, 믹싱 탱크는,
유량 제어부에 의해 방류하는 것으로 판단된 피처리수와 질소 제거부에 의해 질소가 제거된 피처리수를 혼합하는 교반기;를 구비하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
삭제
제1항에 있어서, 강하 경막 증발기는,
내부에 복수의 증발튜브를 구비하고, 유입되는 피처리수가 증발튜브의 내벽을 타고 강하 경막을 이루어 흐르면서 증발튜브의 외벽 측으로 공급되는 고온의 증기와의 열교환에 의해 증발되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
삭제
제1항에 있어서,
챔버는 하부의 농축수 배출구를 향하여 농축수의 회전 반경이 줄어들도록 챔버의 내벽이 하방으로 경사진 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 강제 순환식 증발기는,
챔버 내의 격벽의 상부 및 하부 영역 중 어느 하나 이상에 마련되고, 발생되는 증기가 상향 배출되는 과정에서 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 메쉬(mesh) 타입의 판형 부재인 내장형 데미스터(demister);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 강제 순환식 증발기는,
챔버 외부에 증기 배출구의 말단과 연결되어 배출된 증기가 유입되도록 마련되고, 증기에 함유된 액적을 차단하기 위한 쉐브론(chevron) 타입의 부재가 유입된 증기의 이동 경로 상에 구비된 외장형 데미스터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제1항에 있어서, 강제 순환식 증발기는,
챔버의 하부의 농축수 배출구가 마련되는 영역에 구비되고, 농축수 내 발생되는 와류(vortex)를 상쇄시키기 위한 와류상쇄부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제13항에 있어서,
와류상쇄부재는 적어도 둘 이상의 판형 부재가 교차된 것을 특징으로 하는, 폐수 처리장치.
제1항의 폐수 처리장치를 이용한 폐수 처리방법에 있어서,
탈황탑에서 배출되는 피처리수에 부유하고 있는 불용성 고형물(suspended solids, SS)을 제거하는 SS 제거단계;
SS 제거단계 이후에, 피처리수의 화학적 산소 요구량(COD)을 제거하는 COD 제거단계;
COD 제거단계 이후에, COD가 제거된 피처리수 내에 함유된 불소 및 중금속을 제거하는 불소 및 중금속 제거단계;
불소 및 중금속 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 칼슘을 제거하는 칼슘 제거단계;
칼슘 제거단계 이후에, 피처리수 내에 함유된 질소를 염의 형태로 전환하여 분리 제거하는 질소 제거단계; 및
칼슘 제거단계와 질소 제거단계 사이에, 피처리수의 오염 정도를 측정하여 방류할 피처리수와 질소 제거단계로 이송할 피처리수의 유량을 판단하는 유량 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐수 처리방법.