KR102027537B1 - 오염수 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의해 오염수 처리 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염수 처리 시스템은, 해양구조물에 탑재된 연소기관의 배기가스를 산화하여 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 배기가스관과 세정수공급관이 각각 연결되며, 산화된 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 스크러버와, 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관과, 세정수배출관 상에 연결되어 스크러버로부터 배출되는 세정수를 저장하며, 일 측에 세정수순환관이 연결되어 세정수 중 일부를 스크러버로 순환시키는 세정수저장탱크와, 세정수저장탱크 내부에 중화제를 공급하는 중화제공급부와, 세정수저장탱크 후단의 세정수배출관에 연결되며, 세정수저장탱크 내부에서 세정수와 중화제가 반응하여 생성된 염을 포함하는 세정수를 공급받아 청수로 변환하여 배출하는 조수기모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오염수 처리 시스템은, 해양구조물에 탑재된 연소기관의 배기가스를 산화하여 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 배기가스관과 세정수공급관이 각각 연결되며, 산화된 배기가스와 세정수를 기액 접촉시키는 스크러버와, 스크러버 내부의 세정수를 배출하는 세정수배출관과, 세정수배출관 상에 연결되어 스크러버로부터 배출되는 세정수를 저장하며, 일 측에 세정수순환관이 연결되어 세정수 중 일부를 스크러버로 순환시키는 세정수저장탱크와, 세정수저장탱크 내부에 중화제를 공급하는 중화제공급부와, 세정수저장탱크 후단의 세정수배출관에 연결되며, 세정수저장탱크 내부에서 세정수와 중화제가 반응하여 생성된 염을 포함하는 세정수를 공급받아 청수로 변환하여 배출하는 조수기모듈을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 오염수 처리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지소모를 줄이면서 배기가스의 정화로 오염된 세정수를 처리할 수 있는 오염수 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 미세분진(PM) 등의 유해물질을 포함하고 있다. 환경에 대한 인식이 점차 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 특히, 배기가스 중 질소산화물과 황산화물은 유엔 산하기관인 국제 해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있는 대표적인 대기 오염물질들이다. 질소산화물의 경우, Tier III가 발효되는 시점인 2016년에 3.4g/kwh 이하로 그 배출량을 규제하고 있으며, 황산화물의 경우, 2015년부터 SECA(Sulfur Emission Control Area)에서 0.1%이하로 그 배출이 규제된다. 이에 따라, 선박의 배기가스 처리를 위한 다양한 장치 및 방법들이 도입되고 있다. 황산화물의 경우, 습식 스크러버를 이용하여 제거하는 방식이 일반적이며, 과산화수소, 오존, 자외선 등을 이용하여 배기가스를 미리 산화시킨 후에 세정수와 기액 접촉시킬 경우, 황산화물과 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있다.
한편, 황산화물과 질소산화물이 산화되어 세정수에 용해될 경우, 황산염과 질산염(Nitrates)이 생성된다. 질산염은 해상에 배출할 수 있는 양에 대한 규제가 발효되어 있으므로, 일정 농도 이상의 질산염이 포함된 세정수는 배출될 수 없다. 그러나, 선박에 설치된 각종 엔진은 필요한 동력을 생성하기 위해 지속적으로 연료를 연소하고, 이에 따라 배출되는 배기가스를 처리하는 과정에서 황산염과 질산염이 계속 생성되므로, 이를 저장하기 위한 탱크가 복수 개 마련되어야 한다. 따라서, 탱크의 설치 및 유지를 위한 비용이 증가되고, 복수 개의 탱크를 배치하기 위해 넓은 공간이 요구되어 선박 내 공간 활용도가 저하되는 문제점이 있다. 이에, 세정수를 냉각시켜 황산염을 석출한 후, 질산염이 포함된 세정수만 저장하였으나, 세정수를 강제 냉각시키는 과정에서 에너지 소모가 큰 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 에너지 소모를 줄이면서 배기가스의 정화로 오염된 세정수를 처리할 수 있는 오염수 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 오염수 처리 시스템은, 해양구조물에 탑재된 연소기관의 배기가스를 산화하여 공급하는 배기가스관과, 세정수를 공급하는 세정수공급관과, 상기 배기가스관과 상기 세정수공급관이 각각 연결되며, 산화된 상기 배기가스와 상기 세정수를 기액 접촉시키는 스크러버와, 상기 스크러버 내부의 상기 세정수를 배출하는 세정수배출관과, 상기 세정수배출관 상에 연결되어 상기 스크러버로부터 배출되는 상기 세정수를 저장하며, 일 측에 세정수순환관이 연결되어 상기 세정수 중 일부를 상기 스크러버로 순환시키는 세정수저장탱크와, 상기 세정수저장탱크 내부에 중화제를 공급하는 중화제공급부와, 상기 세정수저장탱크 후단의 상기 세정수배출관에 연결되며, 상기 세정수저장탱크 내부에서 상기 세정수와 상기 중화제가 반응하여 생성된 염을 포함하는 상기 세정수를 공급받아 청수로 변환하여 배출하는 조수기모듈을 포함한다.
상기 조수기모듈은, 스팀과 열교환하여 상기 염을 포함하는 상기 세정수를 증발시키는 증발부와, 해수와 열교환하여 상기 증발부에서 증발된 상기 세정수를 응축시켜 상기 청수를 생성하는 응축부를 포함할 수 있다.
상기 스팀은, 상기 스크러버에서 상기 배기가스와 상기 세정수가 기액 접촉하여 생성되거나 보일러에서 생성될 수 있다.
상기 오염수 처리 시스템은, 상기 세정수저장탱크와 상기 조수기모듈 사이의 상기 세정수배출관에 연결되며, 상기 염을 포함하는 상기 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 여과유닛과, 상기 여과유닛 후단의 상기 세정수배출관에 연결되는 블리드오프세정수탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 오염수 처리 시스템은, 상기 블리드오프세정수탱크 후단의 상기 세정수배출관에서 분기되어 상기 블리드오프세정수탱크에 연결되거나 상기 블리드오프세정수탱크 외부에서 상기 블리드오프세정수탱크의 일 측과 타 측을 연결하는 순환관과, 상기 순환관 상에 설치되는 이젝터를 더 포함하되, 상기 이젝터는, 상기 순환관으로 유입된 상기 염을 포함하는 상기 세정수를 고속으로 분출하는 노즐부와, 상기 노즐부를 통과한 상기 염을 포함하는 상기 세정수가 배출되는 디퓨저부, 및 상기 노즐부와 상기 디퓨저부 사이에 개재되되 일 측이 상기 증발부에 연결되는 흡입부를 포함하여, 상기 염을 포함하는 상기 세정수가 상기 노즐부에서 상기 디퓨저부로 분출되면, 상기 흡입부에 음압이 형성되어 상기 조수기 모듈 내부가 음압으로 유지될 수 있다.
상기 오염수 처리 시스템은, 상기 블리드오프세정수탱크의 일 측에 형성되어 상기 블리드오프세정수탱크 내부의 기체를 배출하는 가스배출구를 더 포함할 수 있다.
상기 오염수 처리 시스템은, 상기 증발부와 상기 응축부 사이에 개재되어, 상기 증발부 내부에서 석출된 염을 포함하는 고체상 입자가 상기 응축부로 이동하는 것을 방지하는 다공성 망체를 더 포함할 수 있다.
상기 오염수 처리 시스템은, 상기 응축부에서 생성된 상기 청수를 상기 보일러 또는 상기 스크러버 또는 상기 세정수공급관에 공급하는 청수순환관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배기가스의 정화로 생성된 황산염 또는 질산염이 포함된 세정수를 조수기모듈에서 증발 및 응축시켜 청수를 생성하므로, 염이 포함된 세정수의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 염이 포함된 세정수를 저장하는 탱크의 부피를 줄일 수 있으며, 필요에 따라서는 염이 포함된 세정수를 저장하기 위한 별도의 탱크를 구비하지 않아도 되므로, 탱크의 설치 및 유지를 위한 비용을 절감할 수 있고, 선박 내 공간 활용도를 증가시킬 수 있다.
또한, 염이 포함된 세정수를 강제로 냉각시켜 황산염 또는 질산염을 석출하는 경우보다 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 스크러버와 조수기모듈에 배관만 추가하면 구현이 가능하므로, 종래의 시스템에 적용이 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오염수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 오염수 처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 오염수 처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 오염수 처리 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 오염수 처리 시스템은 배기가스를 정화하며 오염된 세정수를 처리하는 장치로, 주로, 선박과 같은 해양구조물에 탑재될 수 있다.
오염수 처리 시스템은, 배기가스의 정화로 생성된 황산염 또는 질산염이 포함된 세정수를 조수기모듈에서 증발 및 응축시켜 청수를 생성하므로, 염이 포함된 세정수의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 염이 포함된 세정수를 저장하는 탱크의 부피를 줄일 수 있으며, 필요에 따라서는 염이 포함된 세정수를 저장하기 위한 별도의 탱크를 구비하지 않아도 되므로, 탱크의 설치 및 유지를 위한 비용을 절감할 수 있고, 선박 내 공간 활용도를 증가시킬 수 있다. 또한, 염이 포함된 세정수를 강제로 냉각시켜 황산염 또는 질산염을 석출하는 경우보다 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 스크러버와 조수기모듈에 배관만 추가하면 구현이 가능하므로, 종래의 시스템에 적용이 용이한 특징이 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 오염수 처리 시스템(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오염수 처리 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 오염수 처리 시스템(1)은 배기가스관(10)과, 세정수공급관(20)과, 스크러버(30)와, 중화제공급부(60)와, 세정수배출관(40), 및 조수기모듈(70)을 포함한다.
배기가스관(10)은 해양구조물에 탑재된 연소기관(100)에서 생성된 배기가스를 공급하는 관으로, 후술할 스크러버(30)에 연결된다. 배기가스관(10)은 연소기관(100)의 배기구에 직접 연결되어 고온의 배기가스를 공급하거나, 각종 열교환기를 통과하여 배기열의 대부분을 활용하고 남은 폐가스를 공급할 수 있다. 여기서, 연소기관(100)이라 함은, 연료를 연소하여 해양구조물에 필요한 각종 동력을 발생시키는 장치로서, 예를 들어, 메인 엔진, 발전기로 형성될 수 있다. 배기가스관(10)은 복수 개의 연소기관(100)의 배기구에 연결될 수 있으며, 복수 개의 연소기관(100)은 선택적으로 동작할 수 있다. 연소기관(100)은 통상, 화석 연료를 연소하여 동력을 발생시키므로, 화석 연료의 연소에 따른 배기가스를 생성한다. 생성된 배기가스는 다량의 질소산화물, 황산화물, 유기물질, 미세분진 등을 포함하고 있으며, 연소기관(100)의 일 측에 연결된 배기가스관(10)을 통해 스크러버(30)로 공급된다.
배기가스관(10)을 유동하는 배기가스는 산화된 후에 스크러버(30)로 공급될 수 있다. 배기가스는 배기가스관(10)으로 분사되는 산화제에 의해 산화될 수 있으며, 산화제는 과산화수소(H2O2), 과망간산염(HMnO4), 하이포브롬산(HBrO), 이산화염(ClO2), 차아염소산소다(NaOCl), 삼종염(KHSO5), 오존(O3) 중 하나일 수 있다. 배기가스관(10)에 산화제를 분사하여 배기가스를 산화시킴으로써, 배기가스에 포함된 일산화질소가 이산화질소로 산화될 수 있다. 이산화질소는 일산화질소에 비해 물에 쉽게 용해되므로, 스크러버(30)에서 쉽게 녹아 제거될 수 있다. 산화제는 노즐, 초음파진동자, 스프레이, 가열판 등에 의해 미립자화되거나 액적화 또는 증기화되어 배기가스의 산화 효율을 높일 수 있다. 배기가스에 포함된 질소산화물은 아래의 반응식에 따라 반응하여 산화된다.
<반응식>
H2O2 → H2O + O -
NO + O - → NO2
그러나, 배기가스가 산화제에 의해 산화되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 펄스코로나 방전에 의해 산화되거나 자외선에 의해 산화될 수도 있다. 펄스코로나 방전을 하여 배기가스를 산화시키는 경우, 펄스 고전압에 의해 코로나 방전이 되면 배기가스가 플라즈마 상태가 되어 오존과 O2, OH 등의 산화성 라디칼을 발생시켜 질소산화물이나 황산화물을 산화시킬 수 있다.
세정수공급관(20)은 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나의 세정수를 스크러버(30)로 공급하는 관으로, 일단부가 해수유입구(sea-chest, s)와 청수저장탱크(75) 중 적어도 하나에 연결되고 타단부가 스크러버(30)에 연결될 수 있다. 즉, 세정수공급관(20)은 해수와 청수를 선택적으로 공급받아 스크러버(30)에 공급할 수 있다. 이하, 세정수가 청수인 경우로 한정하여, 세정수공급관(20)을 통해 주로 청수가 유입되어 스크러버(30)로 공급되는 과정을 보다 중점적으로 설명한다. 세정수공급관(20)은 일단부가 후술할 청수순환관(76)을 통해 청수저장탱크(75)에 연결되고, 타단부가 스크러버(30)에 연결된다. 이 때, 세정수공급관(20) 상에는 적어도 하나의 펌프가 설치되어, 청수저장탱크(75)에 저장된 청수를 스크러버(30)로 원활하게 공급할 수 있다.
전술한 바와 같이, 배기가스관(10)과 세정수공급관(20)은 각각 스크러버(30)에 연결되며, 스크러버(30)는 산화되어 공급된 배기가스에 세정수를 분사하여 기액 접촉시킬 수 있다. 스크러버(30)는 내부에 세정수를 미립자 형태로 분사하는 분사노즐(33)이 설치되며, 분사노즐(33)은 복수 개로 분기되어 배기가스의 유동 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 복수 개의 분사노즐(33)이 배기가스의 유동 방향을 따라 일렬로 배치됨으로써, 배기가스와 세정수의 접촉 면적, 및 접촉 횟수가 증대되어 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있다. 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 제거된 배기가스는 배기관(30a)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기관(30a)을 통해 배출되는 배기가스는 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 배기기준에 적합한 수준으로 제거되어 대기 중에 그대로 방출할 수 있다.
스크러버(30)는 제1 접촉부(31)와 제2 접촉부(32)를 포함한다.
제1 접촉부(31)는 스크러버(30)의 일 측을 이루는 통 형상의 부재로, 상부가 배기가스관(10)과 연통될 수 있다. 제1 접촉부(31)의 상부가 배기가스관(10)과 연통됨으로써, 제1 접촉부(31)로 유입된 배기가스는 하방으로 유동하며 세정수, 및 산화제와 기액 접촉하게 된다. 필요에 따라 제1 접촉부(31)는 내부에 배기가스의 회전 유동을 유도하는 교반패널(34)과, 세정수와 배기가스를 혼합하는 혼합기(35)가 설치될 수 있다. 교반패널(34)에 의해 회전 유동하는 배기가스가 혼합기(35)에 의해 세정수와 혼합됨으로써, 배기가스에 포함된 오염물질이 효과적으로 제거될 수 있으며, 배기가스의 온도가 저하되어 배기가스의 유속과 부피가 감소될 수 있다. 또한, 서로 상이한 압력을 갖는 배기가스들을 혼합할 때 압력 차로 인해 배기가스 중 일부가 흐름과 반대 방향으로 역류하는 것도 방지할 수 있다. 도면 상에는 제1 접촉부(31) 내부에 배기가스의 유동 방향을 따라 분사노즐(33), 교반패널(34), 혼합기(35), 분사노즐(33)이 차례로 배치된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 제1 접촉부(31)는 제2 접촉부(32)와 연통된다.
제2 접촉부(32)는 스크러버(30)의 타 측을 이루는 통 형상의 부재로, 하측이 제1 접촉부(31)와 연통되어 굴절부를 이루고 상측이 배기관(30a)과 연통될 수 있다. 제2 접촉부(32)의 하측이 제1 접촉부(31)와 연통되고 상측이 배기관(30a)과 연통됨으로써, 제1 접촉부(31)를 따라 하방으로 유동하여 제2 접촉부(32)로 유입된 배기가스는 상방으로 유동하여 배기관(30a)을 통해 배출될 수 있다. 또한, 제2 접촉부(32)가 제1 접촉부(31)와 연통되어 U자형의 굴절부를 이룸으로써, 스크러버(30) 내부의 배기가스의 유동 경로가 길어지고 배기가스와 세정수가 접촉하는 시간이 연장되어 오염물질의 저감 효과가 극대화될 수 있다. 제2 접촉부(32)는 제1 접촉부(31)와 연통되는 하측에 혼합기(35)가 설치될 수 있으며, 배기가스의 유동 방향을 따라 복수 개의 분사노즐(33)이 배치될 수 있다. 또한, 제2 접촉부(32)는 배기관(30a)과 접하는 상부에 배기가스에 포함된 수분입자를 응축시키는 액적분리기(36)가 설치될 수 있다. 따라서, 세정수와 접촉하여 수분입자를 포함하고 있는 배기가스로부터 수분입자가 제거되어 배기가스가 건조된 상태로 배기관(30a)을 통해 배출될 수 있다. 또한, 배기가스로부터 제거된 수분입자가 하방으로 낙하하며 상부로 유동하는 배기가스와 다시 기액 접촉할 수 있어 잔존하는 오염물질이 추가로 제거될 수도 있다. 액적분리기(36) 상단의 제2 접촉부(32) 또는 배기관(30a) 상에는 배기가스를 강제 유동하여 외부로 배출하는 배기팬(37)이 설치되어, 교반패널(34), 혼합기(35)를 통과하며 증가된 배기가스의 압력을 일부 감소시킬 수 있다.
스크러버(30) 내부의 세정수는 세정수배출관(40)을 통해 배출된다.
세정수배출관(40)은 스크러버(30) 내부의 세정수를 배출하는 관으로, 일단부가 제1 접촉부(31)와 제2 접촉부(32) 사이의 굴절부에 연결되고 타단부가 후술할 조수기모듈(70)에 연결된다. 세정수배출관(40)이 제1 접촉부(31)와 제2 접촉부(32) 사이의 굴절부에 연결됨으로써, 제1 접촉부(31)와 제2 접촉부(32)에 각각 분사되어 굴절부에 고인 세정수가 원활하게 배출될 수 있다. 세정수배출관(40) 상에는 적어도 하나의 펌프가 설치되어, 세정수를 조수기모듈(70)로 원활하게 공급할 수 있다.
세정수배출관(40) 상에는 세정수저장탱크(50)가 연결될 수 있다.
세정수저장탱크(50)는 스크러버(30) 하부에 연결되어 스크러버(30)로부터 배출되는 세정수를 저장하며, 일 측에 세정수순환관(51)이 연결되어 저장된 세정수 중 일부를 스크러버(30)로 순환시킬 수 있다. 또한, 세정수저장탱크(50)는 일 측에 중화제공급부(60)가 연결될 수 있다.
중화제공급부(60)는 세정수저장탱크(50)에 중화제를 공급하여, 배기가스와 접촉함에 따라 질소산화물과 황산화물이 용해되어 산성화된 세정수를 중화시킨다. 예를 들어, 중화제는 수산화나트륨(NaOH) 또는 차아염소산나트륨(NaOCl) 또는 암모니아수와 같은 알칼리 용액으로, 해수 등을 전기분해하여 얻을 수 있다. 중화제공급부(60)는 단순히 중화제가 저장된 탱크이거나, 전기분해장치를 포함하여 중화제를 직접 생산하는 장치일 수 있다. 중화제공급부(60)가 중화제를 공급하여 산성화된 세정수를 중화시킴으로써, 세정수의 수소이온농도지수(pH)가 조절될 수 있다. 스크러버(30) 또는 세정수저장탱크(50)는 내부에 세정수의 pH를 측정하는 센서(도시되지 않음)가 설치될 수 있으며, 중화제공급부(60)는 센서와 연계되어 센서에서 측정된 pH값에 대응하여 공급되는 중화제의 양을 조절할 수 있다. 중화제공급부(60)에서 공급되는 중화제는 세정수에 용해된 배기가스의 오염물질과 반응하여 황산염(Na2SO4) 및 질산염(NaNO3)을 형성한다. 즉, 세정수저장탱크(50)) 내부에 저장된 세정수는 세정수에 용해된 오염물질이 중화제와 반응하여 염을 포함하는 상태가 되며, 일부가 세정수순환관(51)을 통해 스크러버(30)로 순환되고, 나머지 일부가 세정수배출관(40)을 통해 조수기모듈(70)로 공급된다.
조수기모듈(70)은 염을 포함하는 세정수를 공급받아 청수로 변환하여 배출하는 것으로, 일 측에 세정수저장탱크(50)에서 연장되는 세정수배출관(40)이 연결되어 염을 포함하는 세정수를 공급받을 수 있다. 조수기모듈(70)은 증발부(71)와 응축부(72)를 포함한다.
증발부(71)는 세정수배출관(40)을 통해 공급된 염을 포함하는 세정수를 스팀과 열교환하여 증발시키는 것으로, 열교환기를 포함할 수 있다. 이 때, 스팀은 스크러버(30)에서 공급되거나 보일러(200)에서 공급될 수 있다. 스크러버(30)에 공급되는 스팀은, 배기가스와 세정수의 기액 접촉으로 인해 생성된 것일 수 있으며, 증발부(71)에서 세정수와 열교환한 후 스크러버(30)로 순환될 수 있다. 보일러(200)에서 공급되는 스팀은, 세정수와 열교환한 후 온수로 사용되거나 해상에 방류될 수 있다. 도면 상에는 보일러(200)에서 스팀을 공급하는 배관과, 스크러버(30)에서 스팀을 공급하는 배관이 합류되어 증발부(71)로 연장되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 합류되지 않고 각각 증발부(71)로 연장될 수도 있다. 염을 포함하는 세정수가 스팀과 열교환하여 증발됨으로써, 세정수의 양이 줄어 세정수의 저장을 위한 탱크의 부피를 줄일 수 있으며, 필요에 따라서는 세정수의 저장을 위한 별도의 탱크를 구비하지 않아도 된다. 따라서, 탱크의 설치 및 유지를 위한 비용을 절감할 수 있으며, 선박 내 공간 활용도를 증가시킬 수 있다. 또한, 세정수의 양이 줄면서 염이 고농도로 농축되므로, 처리가 용이할 뿐만 아니라 염의 활용 가치도 높아진다. 예를 들어, 고농도로 농축된 염은 선박이 항구 등에 도달한 경우, 별도의 처리시설로 공급되어 비료의 재료로 쓰일 수 있다.
증발부(71)에서 증발된 수증기 상태의 세정수는 응축부(72)로 배출된다. 응축부(72)는 증발부(71)에서 증발된 세정수를 해수와 열교환하여 응축시켜 청수를 생성하는 것으로, 열교환기를 포함할 수 있다. 이 때, 해수는 해수유입구(s)로부터 유입되며, 세정수와 열교환한 후 선외로 배출되거나 다양한 필요처에 활용될 수 있다. 수증기 상태의 세정수가 해수와 열교환하여 응축됨으로써, 청수가 생성되며, 생성된 청수는 일 측에 연결된 청수배출관(74)을 통해 배출될 수 있다. 청수배출관(74)을 통해 배출되는 청수는 청수저장탱크(75)에 저장되며, 청수배출관(74) 또는 청수저장탱크(75) 중 적어도 하나에는 염측정센서(도시되지 않음)가 설치되어 청수에 포함된 염의 농도를 측정할 수도 있다. 필요에 따라 생성된 청수는 선외로 배출될 수도 있으며, 이 때, 청수를 선외로 배출하기 전, 염측정센서를 사용해 pH, PAH, turbidity, nitrate를 측정하여 그 결과에 따라 해상 배출기준을 만족시키는 경우에만 선외로 배출할 수 있다. 해상 배출기준을 만족시키지 못하는 경우, 청수는 세정수저장탱크(50)로 순환될 수 있다.
청수저장탱크(75)에는 청수순환관(76)이 연결되며, 청수순환관(76)은 보일러(200) 또는 스크러버(30) 또는 세정수공급관(20)에 연결되어 청수를 공급할 수 있다. 즉, 스크러버(30)에서 배기가스를 정화하고 오염된 세정수는 조수기모듈(70)에서 청수로 변환되어 다시 스크러버(30)로 공급되거나 보일러(200)로 공급된다. 오염된 세정수를 청수로 변환하여 재활용함으로써, 세정수를 보다 효율적으로 사용할 수 있으며, 이로 인해, 해수유입구(s)에서 스크러버(30)와 조수기모듈(70)에 각각 연결되는 배관이 생략될 수 있다. 따라서, 이에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 장치 구성도 간단해질 수 있다.
증발부(71)와 응축부(72) 사이에는 다공성 망체(73)가 개재될 수 있다. 다공성 망체(73)는 증발부(71) 내부에서 세정수가 증발함에 따라 수증기 중의 석출된 염을 포함하는 고체상 입자가 응축부(72)로 이동하는 것을 방지하기 위한 것으로, 예를 들어, 금속선(wire)을 종횡(縱橫)으로 엮어서 체(sieve)를 형성한 망(net) 형상의 부재로 형성될 수 있다. 다공성 망체(73)는 단일 개로 형성되어 증발부(71)와 응축부(72) 사이에 개재되거나, 복수 개가 서로 중첩되어 배치될 수도 있다.
한편, 세정수저장탱크(50)와 조수기모듈(70) 사이의 세정수배출관(40)에는 여과유닛(80)과 블리드오프세정수탱크(90)가 차례로 연결될 수 있다.
여과유닛(80)은 염을 포함하는 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 것으로, 원심분리기, 중력분리기, 필터 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기물질, 고체 상태의 염과 같은 고체상 입자는 세정수에 비해 비중이 크므로, 원심분리 또는 중력분리 또는 필터를 통해 세정수로부터 분리될 수 있다. 세정수에 포함된 고체상 입자는 배기가스에 포함된 오염물질을 포함하고 있어 점도(viscosity)가 높아 끈적거릴 수 있는데, 이를 제거하지 않을 경우, 세정수배출관(40), 및 각종 장치 내부에 쌓이게 되어 배관의 막힘, 부식, 장치의 부식, 고장을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 여과유닛(80)을 배치하여 고체상 입자를 제거하며, 여과유닛(80)에서 분리된 고체상 입자는 슬러지탱크(81)로 배출될 수 있다. 슬러지탱크(81)에 저장된 고체상 입자는 규제 해역을 벗어난 경우 해수 또는 청수로 구성된 세정수와 희석되어 방류 기준 이내에서 해상에 방류될 수 있다. 여과유닛(80)에서 고체상 입자가 제거된 세정수는 세정수배출관(40)을 통해 블리드오프세정수탱크(90)로 이동한다.
블리드오프세정수탱크(90)는 여과유닛(80) 후단의 세정수배출관(40)에 연결되어 내부에 고체상 입자가 제거된 세정수를 저장한다. 블리드오프세정수탱크(90)에 저장된 고체상 입자가 제거된 세정수는 증발부(71)로 공급되어 증발되며, 세정수에 액체 상태로 용해되어 있던 염은 증발부(71)에서 세정수가 증발함에 따라 석출될 수 있다.
블리드오프세정수탱크(90) 후단의 세정수배출관(40)에는 순환관(91)이 분기될 수 있다. 순환관(91)은 일단부가 블리드오프세정수탱크(90) 후단의 세정수배출관(40)에 연결되고 타단부가 블리드오프세정수탱크(90)에 연결되어, 세정수배출관(40)을 유동하는 세정수 중 일부를 블리드오프세정수탱크(90)로 순환시킬 수 있다. 증발부(71)로 연결되는 세정수배출관(40)과, 후술할 이젝터(92)로 연결되는 순환관(91) 상에는 각각, 세정수의 유동을 제어하는 제어밸브(V1, V2)가 형성되어, 증발부(71)로 유입되는 유량과 이젝터(92)로 유입되는 유량을 독립적으로 제어할 수 있다. 그러나, 순환관(91)이 블리드오프세정수탱크(90) 후단의 세정수배출관(40)에서 분기되어 블리드오프세정수탱크(90)에 연결되는 것으로 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 순환관(91)은 블리드오프세정수탱크(90) 외부에서 블리드오프세정수탱크(90)의 일 측과 타 측을 연결할 수도 있다.
순환관(91) 상에는 이젝터(92)가 설치된다.
이젝터(92)는 공지된 장치로, 증발부(71) 내부를 음압으로 유지하여 세정수의 원활한 증발을 유도할 수 있다. 구체적으로, 이젝터(92)는 순환관(91)으로 유입된 세정수를 고속으로 분출하는 노즐부(92a)와, 노즐부(92a)를 통과한 세정수가 순환관(91)으로 배출되는 디퓨저부(92b), 및 노즐부(92a)와 디퓨저부(92b) 사이에 개재되되 일 측이 흡입관(93)을 통해 증발부(71)에 연결되는 흡입부(92c)를 포함한다. 노즐부(92a)는 순환관(91)을 유동하는 염을 포함하는 세정수를 고속으로 분출하며, 노즐부(92a)에서 고압으로 분출된 세정수가 디퓨저부(92b)로 이동하는 과정에서 흡입부(92c)에 음압이 형성된다. 흡입부(92c)에 음압이 형성되면, 흡입관(93)을 통해 흡입부(92c)와 연결된 증발부(71) 내부가 음압이 되어 진공 상태가 되므로 세정수가 낮은 온도에서 증발될 수 있다. 이 때, 증발부(71)와 연통된 응축부(72)도 내부가 음압이 될 수 있다. 증발부(71)에서 증발되지 않은 염을 포함하는 세정수와, 증발부(71)에서 세정수가 증발함에 따라 석출된 염은 일부 흡입관(93)으로 흡입될 수도 있으며, 흡입관(93)으로 흡입된 세정수와 염은 노즐부(92a)에서 고속으로 분출된 세정수에 혼합되어 디퓨저부(92b)에 연결된 순환관(91)을 통해 블리드오프세정수탱크(90)로 순환될 수 있다. 블리드오프세정수탱크(90)로 순환된 염을 포함하는 세정수는 일부가 다시 세정수배출관(40)을 통해 증발부(71)로 공급되며, 나머지 일부가 염이 농축된 상태로 질산염저장탱크(94)로 이동할 수 있다.블리드오프세정수탱크(90)의 일 측에는 가스배출구(90a)가 형성될 수 있다. 가스배출구(90a)는 블리드오프세정수탱크(90) 내부의 기체를 배출하는 것으로, 블리드오프세정수탱크(90)의 상 측에 적어도 하나가 형성될 수 있다. 이젝터(92)에서 고압으로 분출된 세정수가 블리드오프세정수탱크(90)로 순환되면, 블리드오프세정수탱크(90)의 내부 압력이 과도하게 증가할 수 있다. 가스배출구(90a)가 블리드오프세정수탱크(90) 내부의 기체를 배출함으로써, 블리드오프세정수탱크(90)의 과압을 방지할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 오염수 처리 시스템(1)의 작동 과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 오염수 처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
본 발명에 따른 오염수 처리 시스템(1)은, 배기가스의 정화로 생성된 황산염 또는 질산염이 포함된 세정수를 조수기모듈(70)에서 증발 및 응축시켜 청수를 생성하므로, 염이 포함된 세정수의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 염이 포함된 세정수를 저장하는 탱크의 부피를 줄일 수 있으며, 필요에 따라서는 염이 포함된 세정수를 저장하기 위한 별도의 탱크를 구비하지 않아도 되므로, 탱크의 설치 및 유지를 위한 비용을 절감할 수 있고, 선박 내 공간 활용도를 증가시킬 수 있다. 또한, 염이 포함된 세정수를 강제로 냉각시켜 황산염 또는 질산염을 석출하는 경우보다 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 스크러버(30)와 조수기모듈(70)에 배관만 추가하면 구현이 가능하므로, 종래의 시스템에 적용이 용이하다.
먼저, 도 3을 참조하면, 조수기모듈(70)의 증발부(71)는 보일러(200)에서 공급되는 스팀을 이용하여 세정수를 증발시킬 수 있다.
연소기관(100)에서 배출되어 배기가스관(10)을 유동하는 배기가스는 산화되어 스크러버(30)로 공급되며, 해수유입구(s)로 유입되거나 청수저장탱크(75)에 저장된 세정수는 세정수공급관(20)을 통해 스크러버(30)로 공급된다. 스크러버(30)는 배기가스와 세정수를 기액 접촉시켜 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등을 제거하며, 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진이 제거된 배기가스는 액적분리기(36)에서 수분이 제거된 후 배기관(30a)을 통해 배출된다. 배기가스와 기액 접촉하여 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등의 오염물질이 포함된 세정수는 세정수배출관(40)을 통해 유동하여 세정수저장탱크(50)에 저장된다. 세정수저장탱크(50)에 저장된 세정수는 중화제공급부(60)에서 공급되는 중화제에 의해 적정 pH로 중화될 수 있다. 중화제는 질소산화물, 황산화물과 반응하여 황산염(Na2SO4) 및 질산염(NaNO3)을 생성하며, 생성된 염은 고체 또는 액체 상태로 세정수에 포함된다. 염을 포함하는 세정수는 일부가 세정수순환관(51)을 통해 스크러버(30)로 순환되고, 나머지 일부가 세정수배출관(40)을 통해 여과유닛(80)으로 이동한다. 여과유닛(80)은 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하며, 세정수로부터 분리된 고체상 입자는 슬러지탱크(81)에 저장된다.
고체상 입자가 분리된 세정수는 블리드오프세정수탱크(90)로 이동하여, 일부가 세정수배출관(40)을 통해 조수기모듈(70)의 증발부(71)로 공급되고, 나머지 일부가 순환관(91)으로 분기된다. 증발부(71)로 이동한 세정수는 보일러(200)에서 공급되는 스팀과 열교환하여 증발되며, 증발된 기체 상태의 세정수는 응축부(72)로 이동하여 해수와 열교환을 통해 응축되어 청수로 변환된다. 이 때, 증발부(71)와 응축부(72) 사이에 개재된 다공성 망체(73)는 세정수가 증발함에 따라 수증기에서 석출된 염을 포함하는 고체상 입자가 응축부(72)로 이동하는 것을 방지할 수 있다. 순환관(91)으로 분기된 세정수는 이젝터(92)를 통과하며 조수기 모듈(70) 내부를 음압으로 유지시키고, 이에 따라, 증발부(71) 내부가 진공 상태가 되어 세정수가 낮은 온도에서 증발할 수 있다. 이젝터(92)를 통과한 세정수는 흡입관(93)으로 흡입된 증발부(71) 내부의 증발되지 않은 세정수, 및 석출된 염과 함께 블리드오프세정수탱크(90)로 순환된다. 이 때, 고압으로 순환된 세정수에 의해 블리드오프세정수탱크(90) 내부가 과압되지 않도록 가스배출구(90a)를 개방하여 블리드오프세정수탱크(90) 내부의 기체를 배출할 수 있다. 블리드오프세정수탱크(90)로 순환된 염을 포함하는 세정수는 일부가 다시 세정수배출관(40)을 통해 증발부(71)로 공급되며, 나머지 일부가 염이 농축된 상태로 질산염저장탱크(94)로 이동할 수 있다
응축부(72)에서 생성된 청수는 청수배출관(74)을 통해 배출되어 청수저장탱크(75)에 저장되며, 청수순환관(76)을 통해 세정수공급관(20) 또는 보일러(200)로 순환될 수 있다.
도 4를 참조하면, 조수기모듈(70)의 증발부(71)는 스크러버(30)에서 공급되는 스팀을 이용하여 세정수를 증발시킬 수 있다.
연소기관(100)에서 배출되어 배기가스관(10)을 유동하는 배기가스는 산화되어 스크러버(30)로 공급되고, 세정수는 세정수공급관(20)을 통해 스크러버(30)로 공급된다. 스크러버(30)는 배기가스와 세정수를 기액 접촉하여 배기가스에 포함된 질소산화물, 황산화물, 미세분진 등을 제거하며, 질소산화물, 황산화물, 및 미세분진이 제거된 배기가스는 배기관(30a)을 통해 배출된다. 세정수는 세정수배출관(40)을 통해 세정수저장탱크(50)로 배출되며, 중화제공급부(60)는 세정수저장탱크(50) 내부로 중화제를 공급하여 산성화된 세정수를 중화시킨다. 중화제는 질소산화물, 황산화물과 반응하여 황산염(Na2SO4) 및 질산염(NaNO3)을 생성하고, 생성된 염은 고체 또는 액체 상태로 세정수에 포함된다. 염을 포함하는 세정수는 일부가 스크러버(30)로 순환되고, 나머지 일부가 여과유닛(80)으로 이동한다.
여과유닛(80)으로 이동한 세정수는 고체상 입자가 분리된 후 블리드오프세정수탱크(90)로 이동하며, 블리드오프세정수탱크(90)에 저장된 세정수는 일부가 세정수배출관(40)을 통해 조수기모듈(70)의 증발부(71)로 이동하고, 나머지 일부가 순환관(91)으로 분기된다. 증발부(71)로 이동한 세정수는 스크러버(30)에서 공급되는 스팀과 열교환하여 증발되며, 증발된 기체 상태의 세정수는 응축부(72)로 이동하여 해수와 열교환을 통해 응축되어 청수로 변환된다. 스크러버(30)에서 생성된 스팀이 증발부(71)로 공급되는 경우, 보일러(200)에서 생성된 스팀은 선박 내 필요처에 활용될 수 있다. 순환관(91)으로 분기된 세정수는 이젝터(92)를 통과하며 조수기 모듈(70) 내부를 음압으로 유지시키고, 흡입관(93)으로 흡입된 증발부(71) 내부의 증발되지 않은 세정수, 및 석출된 염과 함께 블리오프세정수탱크(90)로 순환된다.
즉, 도 4의 과정은 증발부(71)가 스크러버(30)에서 공급되는 스팀과 세정수를 열교환하여 증발시키는 것을 제외하면 나머지 과정은 도 3의 과정과 동일하다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 오염수 처리 시스템
10: 배기가스관 20: 세정수공급관
30: 스크러버 30a: 배기관
31: 제1 접촉부 32: 제2 접촉부
33: 분사노즐 34: 교반패널
35: 혼합기 36: 액적분리기
37: 배기팬 40: 세정수배출관
50: 세정수저장탱크 51: 세정수순환관
60: 중화제공급부 70: 조수기모듈
71: 증발부 72: 응축부
73: 다공성 망체 74: 청수배출관
75: 청수저장탱크 76: 청수순환관
80: 여과유닛 81: 슬러지탱크
90: 블리드오프세정수탱크 91: 순환관
92: 이젝터 92a: 노즐부
92b: 디퓨저부 92c: 흡입부
93: 흡입관 94: 질산염저장탱크
100: 연소기관 200: 보일러
10: 배기가스관 20: 세정수공급관
30: 스크러버 30a: 배기관
31: 제1 접촉부 32: 제2 접촉부
33: 분사노즐 34: 교반패널
35: 혼합기 36: 액적분리기
37: 배기팬 40: 세정수배출관
50: 세정수저장탱크 51: 세정수순환관
60: 중화제공급부 70: 조수기모듈
71: 증발부 72: 응축부
73: 다공성 망체 74: 청수배출관
75: 청수저장탱크 76: 청수순환관
80: 여과유닛 81: 슬러지탱크
90: 블리드오프세정수탱크 91: 순환관
92: 이젝터 92a: 노즐부
92b: 디퓨저부 92c: 흡입부
93: 흡입관 94: 질산염저장탱크
100: 연소기관 200: 보일러
Claims (8)
- 해양구조물에 탑재된 연소기관의 배기가스를 산화하여 공급하는 배기가스관;
세정수를 공급하는 세정수공급관;
상기 배기가스관과 상기 세정수공급관이 각각 연결되며, 산화된 상기 배기가스와 상기 세정수를 기액 접촉시키는 스크러버;
상기 스크러버 내부의 상기 세정수를 배출하는 세정수배출관;
상기 세정수배출관 상에 연결되어 상기 스크러버로부터 배출되는 상기 세정수를 저장하며, 일 측에 세정수순환관이 연결되어 상기 세정수 중 일부를 상기 스크러버로 순환시키는 세정수저장탱크;
상기 세정수저장탱크 내부에 중화제를 공급하는 중화제공급부;
상기 세정수저장탱크 후단의 상기 세정수배출관에 연결되며, 상기 세정수저장탱크 내부에서 상기 세정수와 상기 중화제가 반응하여 생성된 염을 포함하는 상기 세정수를 공급받아 청수로 변환하여 배출하는 조수기모듈을 포함하되,
상기 조수기모듈은,
스팀과 열교환하여 상기 염을 포함하는 상기 세정수를 증발시키는 증발부와,
해수와 열교환하여 상기 증발부에서 증발된 상기 세정수를 응축시켜 상기 청수를 생성하는 응축부를 포함하는 오염수 처리 시스템. - 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 스팀은, 상기 스크러버에서 상기 배기가스와 상기 세정수가 기액 접촉하여 생성되거나 보일러에서 생성되는 오염수 처리 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 세정수저장탱크와 상기 조수기모듈 사이의 상기 세정수배출관에 연결되며, 상기 염을 포함하는 상기 세정수에 포함된 고체상 입자를 분리하는 여과유닛과,
상기 여과유닛 후단의 상기 세정수배출관에 연결되는 블리드오프세정수탱크를 더 포함하는 오염수 처리 시스템. - 제4 항에 있어서, 상기 블리드오프세정수탱크 후단의 상기 세정수배출관에서 분기되어 상기 블리드오프세정수탱크에 연결되거나 상기 블리드오프세정수탱크 외부에서 상기 블리드오프세정수탱크의 일 측과 타 측을 연결하는 순환관과,
상기 순환관 상에 설치되는 이젝터를 더 포함하되,
상기 이젝터는,
상기 순환관으로 유입된 상기 염을 포함하는 상기 세정수를 고속으로 분출하는 노즐부와, 상기 노즐부를 통과한 상기 염을 포함하는 상기 세정수가 배출되는 디퓨저부, 및 상기 노즐부와 상기 디퓨저부 사이에 개재되되 일 측이 상기 증발부에 연결되는 흡입부를 포함하여,
상기 염을 포함하는 상기 세정수가 상기 노즐부에서 상기 디퓨저부로 분출되면, 상기 흡입부에 음압이 형성되어 상기 조수기 모듈 내부가 음압으로 유지되는 오염수 처리 시스템. - 제5 항에 있어서, 상기 블리드오프세정수탱크의 일 측에 형성되어 상기 블리드오프세정수탱크 내부의 기체를 배출하는 가스배출구를 더 포함하는 오염수 처리 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 증발부와 상기 응축부 사이에 개재되어, 상기 증발부 내부에서 석출된 염을 포함하는 고체상 입자가 상기 응축부로 이동하는 것을 방지하는 다공성 망체를 더 포함하는 오염수 처리 시스템.
- 제3 항에 있어서, 상기 응축부에서 생성된 상기 청수를 상기 보일러 또는 상기 스크러버 또는 상기 세정수공급관에 공급하는 청수순환관을 더 포함하는 오염수 처리 시스템.
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| KR20190070694A KR20190070694A (ko) | 2019-06-21 |
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| KR1020170171465A KR102027537B1 (ko) | 2017-12-13 | 2017-12-13 | 오염수 처리 시스템 |
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