KR102166562B1 - 고농도 폐수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는, 피처리수와 게스트 물질의 반응에 의해 하이드레이트를 생성시키는 반응모듈, 상기 생성된 하이드레이트를 탈수시키는 탈수모듈, 및 상기 탈수된 하이드레이트를 처리수와 게스트 물질로 각각 분리하여 배출하는 해리모듈에 의해 상기 피처리수에 포함된 오염물질을 제거하여 1차처리수로 배출하는 제1수처리부와, 역삼투압법을 이용하여 상기 1차처리수에 포함된 잔여 오염물질을 제거하는 제2수처리부를 포함하되, 상기 탈수모듈은, 일측 단부는 회전축에 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이며 외면에 복수의 통공이 형성된 회전체, 상기 반응모듈에서 배출되는 하이드레이트를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제1파이프, 및 상기 하이드레이트의 표면을 세척하기 위한 세척수를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제2파이프를 포함하고, 상기 회전체가 회전할 경우 상기 제1파이프에서 공급된 하이드레이트는 원심력에 의해 상기 회전체의 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 회전체의 내면을 따라 이동되면서 상기 통공을 통해 탈수가 이루어지되, 이동되는 도중에 상기 제2파이프에서 공급된 세척수에 의하여 표면이 세척되는 것을 특징으로 한다

Description

고농도 폐수 처리장치{Apparatus for treatment of High Concentration Wastewater}

본 발명은 고농도의 폐수나 염수를 처리하기 위한 폐수 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 가스 하이드레이트의 생성 공정을 이용하여 피처리수에 고농도로 포함된 오염물질을 1차적으로 제거하고, 역삼투압(Reverse Osmosis) 공정에 의하여 피처리수에 저농도로 포함된 잔여 오염물질을 2차적으로 제거함으로써 고농도의 폐수나 염수의 경우에도 음용 가능한 수준까지 저비용으로 고효율의 수처리가 가능한 고농도 폐수 처리장치에 관한 것이다.

해수 담수화 기술을 포함하는 고농도의 염수나 폐수를 처리하기 위한 수처리 기술은 국내외의 물 수요를 해결하고 대체 수자원 확보기술을 제공함과 동시에 해외시장을 개척하며 고부가가치의 창출이 가능한 대표적인 기술분야이며, 폐수 방류에 따른 환경적 문제를 개선할 수 있는 장점이 있기 때문에 향후에도 그 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.

이러한 고농도의 폐수나 염수를 처리하기 위한 수처리 방법으로 종래에는 크게 증발법과 역삼투법을 적용하였는데, 상기 증발법은 수분 증발에 필요한 에너지의 소비량이 많아 경제성이 떨어지고 대용량의 제반 설비를 필요로 하는 단점이 있기 때문에 근래에는 역삼투법을 이용한 수처리 방법이 주로 사용되고 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 하기 [문헌 1] 등에 구체적으로 개시되어 있다.

그러나, 이러한 역삼투법의 경우에도 고농도의 폐수나 염수를 처리하기 위해서는 복잡한 전처리 공정, 플러깅(plugging)에 의한 빈번한 역삼투막의 교체, 및 에너지 소모가 과도해지는 단점을 가지고 있기 때문에 고농도 폐수의 처리에 적용하기 곤란한 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 역삼투법의 단점을 해결하기 위하여 최근에는 가스 하이드레이트의 생성 원리를 이용한 수처리 기술에 대한 연구개발이 이루어지고 있는데, 이러한 가스 하이드레이트의 생성 원리를 이용한 수처리 기술에 관한 내용은 본 발명의 출원인이 출원한 하기 [문헌 2] 등에 상세히 개시되어 있다.

그러나, 상기 가스 하이드레이트 생성 원리를 이용한 수처리 기술의 경우 상대적으로 에너지 소비량이 낮은 장점은 있으나, 하이드레이트와 여액의 완전한 분리가 곤란하여 음용이 가능한 수준의 고순도의 물을 생산할 수 없는 단점이 있기 때문에 역삼투법을 대체하기 곤란한 문제점이 있었다.

[문헌 1] 한국등록특허 제10-1853214호(2018. 4. 27. 공고)

[문헌 1] 한국공개특허 제2009-0122811호(2009. 12. 1. 공개)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가스 하이드레이트의 생성 공정을 이용하여 피처리수에 고농도로 포함된 오염물질을 1차적으로 제거하고, 역삼투압(Reverse Osmosis) 공정에 의하여 피처리수에 저농도로 포함된 잔여 오염물질을 2차적으로 제거함으로써 고농도의 폐수나 염수의 경우에도 음용 가능한 수준까지 저비용으로 고효율의 수처리가 가능한 고농도 폐수 처리장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는, 피처리수와 게스트 물질의 반응에 의해 하이드레이트를 생성시키는 반응모듈, 상기 생성된 하이드레이트를 탈수시키는 탈수모듈, 및 상기 탈수된 하이드레이트를 처리수와 게스트 물질로 각각 분리하여 배출하는 해리모듈에 의해 상기 피처리수에 포함된 오염물질을 제거하여 1차처리수로 배출하는 제1수처리부와, 역삼투압법을 이용하여 상기 1차처리수에 포함된 잔여 오염물질을 제거하는 제2수처리부를 포함하되, 상기 탈수모듈은, 일측 단부는 회전축에 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이며 외면에 복수의 통공이 형성된 회전체, 상기 반응모듈에서 배출되는 하이드레이트를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제1파이프, 및 상기 하이드레이트의 표면을 세척하기 위한 세척수를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제2파이프를 포함하고, 상기 회전체가 회전할 경우 상기 제1파이프에서 공급된 하이드레이트는 원심력에 의해 상기 회전체의 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 회전체의 내면을 따라 이동되면서 상기 통공을 통해 탈수가 이루어지되, 이동되는 도중에 상기 제2파이프에서 공급된 세척수에 의하여 표면이 세척되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체는, 외면에 복수의 통공이 형성된 외부 회전체와, 상기 외부 회전체의 내면과의 사이에 이격공간을 형성하도록 상기 외부 회전체의 내부에 설치되고 상기 제1파이프와 제2파이프를 통해 하이드레이트와 세척수가 내부에 공급되는 내부 회전체로 구성되되, 상기 외부 회전체와 내부 회전체는 각각 직경이 작은 일측 단부가 상기 회전축에 동축으로 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이고, 상기 내부 회전체는 상기 회전축과의 결합부와 중간부에 각각 제1배출공과 제2배출공이 형성되고, 내면에는 상기 제1파이프에서 공급된 하이드레이트를 상기 제1배출공으로 안내하고 상기 제2파이프에서 공급된 세척수를 상기 제2배출공으로 안내하는 적어도 하나의 격막이 형성되며, 상기 외부 회전체와 내부 회전체가 회전할 경우 상기 제1파이프에서 배출된 하이드레이트는 제1배출공을 통해 상기 이격공간으로 이동되면서 상기 통공을 통해 수분이 배출되고, 상기 제2파이프에서 배출되는 세척수는 제2배출공을 통해 상기 통공으로 배출되면서 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트의 표면을 세척하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부 회전체의 외면에는 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트를 이송하기 위한 나선형의 블레이드가 형성되고, 상기 외부 회전체와 내부 회전체 중 어느 하나는 감속부재를 개재하여 상기 회전축에 결합됨으로써 상기 외부 회전체와 내부 회전체가 서로 상이한 회전 속도를 가지게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1파이프와 제2파이프는 서로 동축으로 결합되어 제1파이프의 외면에 제2파이프의 유로가 형성되는 이중 파이프 구조이고, 상기 제2파이프의 외면에는 상기 제2배출공 방향으로 세척수를 분사하는 적어도 하나의 분사노즐이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 제4항에 있어서, 상기 세척수는 상기 해리모듈에서 배출되는 1차처리수 중 일부인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반응모듈은, 내부에 하이드레이트가 생성되는 반응공간이 마련된 반응기, 상기 반응기의 일측에 연결되어 상기 하이드레이트를 생성하기 위한 호스트 물질인 피처리수와 게스트 물질을 상기 반응공간으로 유입하는 유입관부, 상기 반응기의 타측에 연결되어 상기 반응공간에서 생성된 하이드레이트를 외부로 배출하는 배출관부, 및 상기 반응공간 내부에 설치되어 회전 원심력에 의해 상기 유입되는 피처리수와 게스트 물질 중 적어도 어느 하나인 피분쇄물을 미세한 크기의 입자로 분쇄함으로써 상기 하이드레이트의 생성을 위한 반응 면적을 증가시키는 분쇄장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피처리수는 고농도 오염수 또는 해수이고, 상기 게스트 물질은 기상 또는 액상의 SF₆, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 해리모듈은, 내부에 상기 탈수모듈에서 탈수된 하이드레이트를 1차처리수와 게스트 물질로 분리하는 해리공간이 형성되고, 하부가 개구된 실린더 형상의 해리기 본체, 상기 반응모듈에서 발생되는 하이드레이트의 생성열을 상기 해리공간으로 전달하는 열교환부, 상기 탈수모듈에서 탈수된 하이드레이트가 상기 해리공간 내부로 유입되는 것을 단속하는 제1밸브, 상기 분리된 게스트 물질이 외부로 배출되는 것을 단속하는 제2밸브, 상기 분리된 1차처리수가 외부로 배출되는 것을 단속하는 제3밸브, 상기 해리기 본체의 하부에 승강 가능하도록 결합된 피스톤부, 및 상기 제1밸브를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 유입시키고, 상기 전달된 하이드레이트의 생성열에 의해 1차처리수와 게스트 물질이 분리되면 상기 제2밸브를 개방하여 상기 게스트 물질을 배출하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 생성열에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제1밸브와 제2밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 피스톤부를 초기 위치에서 하사점까지 하강시켜 상기 해리공간의 내부를 감압시키고, 상기 감압에 의하여 1차처리수에 포함된 게스트 물질이 추가적으로 분리되면 상기 제2밸브를 개방하여 상기 감압에 의해 분리된 게스트 물질을 배출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 생성열과 감압에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제3밸브를 개방하여 상기 분리된 1차처리수를 배출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기는 1차처리수의 배출이 완료되면 상기 피스톤부를 초기 위치로 상승시키고, 상기 제2밸브와 제3밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 제1밸브를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 재유입시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1밸브와 제2밸브는 해리기 본체의 상단부에 설치되고, 상기 제3밸브는 피스톤부의 하사점 위치에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 역삼투압법에 비하여 에너지 사용량이 적은 가스 하이드레이트 생성 원리를 이용한 제1수처리부에 의하여 피처리수에 포함된 고농도의 오염물질을 1차적으로 제거하고, 음용가능한 수준까지 수처리가 가능한 역삼투압법을 이용하는 제2수처리부에 의하여 1차처리수에 포함된 저농도의 잔여 오염물질을 제거하는 방식으로 구성되기 때문에 적은 에너지를 사용하면서도 음용 가능한 수준의 고효율 수처리가 가능한 장점을 가지게 된다.

또한, 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 하이드레이트의 탈수과정에서 세척수에 의하여 하이드레이트에 포함된 여액 및 표면 이물질을 세척하도록 구성되기 때문에 제1수처리부에 의한 오염물질 제거 효율을 향상시킴으로써 제2수처리부의 장치 운용에 소요되는 에너지와 유지비용을 현저히 저감할 수 있는 장점을 가지게 된다.

또한, 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 제1수처리부에서 하이드레이트의 생성열이 발생되는 반응기와 하이드레이트의 해리에 열량이 필요한 해리기 사이에 열교환이 이루어지도록 구성함으로써 제1수처리부의 장치 운용에 소요되는 에너지 소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 제1수처리부의 해리기에서 고온에 의한 해리와 감압에 의한 해리를 복합적으로 수행하도록 구성되기 때문에 게스트 물질의 회수율을 현저히 향상시킴으로써 제1수처리부의 장치 운용에 소요되는 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 폐수 처리장치의 전체적인 구성을 나타낸 블럭도,
도2는 도1에 적용된 제1수처리부의 전체 구성을 설명하기 위한 블럭도,
도3 내지 도5는 도1에 적용된 반응기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면,
도6 내지 도8은 도1에 적용된 탈수기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면, 및
도9와 도10은 도1에 적용된 해리기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 고농도 폐수 처리장치의 전체적인 구성을 나타낸 블럭도이고, 도2는 도1에 적용된 제1수처리부의 전체 구성을 설명하기 위한 블럭도이다.

또한, 도3 내지 도5는 도1에 적용된 반응기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도6 내지 도8은 도1에 적용된 탈수기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도9와 도10은 도1에 적용된 해리기의 상세 구성을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 고농도 폐수 처리장치는 폐수 유입관(1a)을 통해 내부에 피처리수인 고농도의 폐수 또는 염수가 저장되는 피처리수 저장조(1), 상기 피처리수 저장조(1)에서 공급되는 피처리수에 포함된 입자성(또는 부유성) 오염물질을 제거하여 배출하는 전처리부(2), 상기 전처리된 피처리수를 1차적으로 처리하는 제1수처리부(3), 역삼투압법을 이용하여 상기 1차 처리된 피처리수를 2차적으로 처리하는 제2수처리부(4), 및 상기 2차 처리된 처리수를 저장하는 처리수 저장조(5)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 처리수 저장조(5)에 저장된 2차처리수는 필요에 따라 처리수 배출관(5a)을 통해 배출될 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 전처리부(2)는 피처리수에 포함된 이물질 또는 유기물 성분과 같은 부유물질을 제거하기 위한 것으로서, 일예로서 모래, 활성탄, 거름망 등을 이용한 통상의 다층 여과제 필터 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.

한편, 상기 제1수처리부(3)는 호스트 물질과 게스트 물질의 반응에 의한 하이드레이트 생성 원리를 이용하여 피처리수에 고농도로 포함된 오염물질을 1차적으로 제거하여 1차처리수로 배출하게 된다.

이를 위하여 상기 제1수처리부(3)는, 하이드레이트 생성 원리를 이용하는 것으로서, 내부의 반응공간에서 하이드레이트를 생성시켜 배출하는 반응기(10), 상기 하이드레이트의 생성을 위한 호스트 물질(H)인 피처리수를 상술한 바와 같이 전처리하여 상기 반응기(10) 내부의 반응공간으로 공급하는 전처리부(2), 상기 하이드레이트의 생성을 위한 게스트 물질(G)을 상기 반응기(10) 내부의 반응공간으로 공급하는 게스트 물질 저장탱크(50), 상기 반응기(10)에서 배출된 하이드레이트를 탈수하는 탈수기(120), 및 상기 탈수된 하이드레이트를 1차처리수와 게스트 물질로 각각 분리하여 배출하는 해리기(130)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 반응기(10)는 일예로서 원통형으로 구성되어 내부에 하이드레이트가 생성되는 반응공간(11)이 마련되며, 상기 반응기(10)의 일측과 타측에는 각각 상기 하이드레이트를 생성하기 위한 호스트 물질(H)인 피처리수와 게스트 물질(G)을 상기 반응공간(11)으로 유입하는 유입관부(20)와, 상기 반응공간(11)에서 생성된 하이드레이트를 외부로 배출하는 배출관부(30)가 연결되도록 구성된다.

본 실시예에서는 일예로서 상기 유입관부(20)가 원통형 반응기(10)의 상면(12) 중앙부를 통해 상기 반응공간(11)과 연통되도록 구성하였으며, 상기 배출관부(30)는 반응기(10)의 측면을 통하여 상기 반응공간(11)과 연통되도록 구성하였다.

또한, 상기 유입관부(20)에는 하이드레이트를 형성하기 위한 호스트 물질(H)인 피처리수를 공급하는 전처리부(2)와 게스트 물질(G)을 공급하는 게스트 물질 저장탱크(50)가 각각 제1공급관(41)과 제2공급관(51)을 통해 연결된다.

또한, 상기 제1공급관(41)과 제2공급관(51) 각각의 중도에는 호스트 물질(H)인 피처리수와 게스트 물질(G)을 공급하기 위한 제1,2공급펌프(42,52)가 설치되어 있으며, 필요에 따라서는 이들 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)의 공급을 제어하기 위한 제어밸브(43,53)가 더 설치될 수도 있다.

이때, 상기 유입관부(20)에 연결되는 제1공급관(41) 또는 제2공급관(51) 중 적어도 어느 하나의 단부는 벤츄리관이나 노즐관 형상으로 구성되는 것이 더욱 바람직한데, 이와 같이 구성될 경우 상기 유입관부(20)의 내부로 유입되는 호스트 물질과 게스트 물질의 유입 속도가 크게 증가되기 때문에 양 물질의 혼합이 보다 잘 이루어짐으로써 하이드레이트의 생성효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 유입관부(20)의 출구(즉, 반응공간과 연통되는 부분)가 통상의 관 형상으로 구성된 경우를 설명하나, 필요에 따라서는 상기 유입관부(20)의 출구도 벤츄리관이나 노즐관 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 호스트 물질(H)은 피처리수로서 오염물질 제거가 필요한 고농도의 오염수(오수, 폐수 등)이거나 담수화가 필요한 고염도의 해수(또는 염수)일 수 있다.

또한, 상기 게스트 물질(G)은 기상 또는 액상일 수 있는데, 기상일 경우 CH₄, C₂H₆, C₃H₈, CO₂, H₂, Cl₂, SF₆, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 액상일 경우 SF₆, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

본 실시예에서는 일예로서 상기 호스트 물질(H)로서 해수를 사용하였으며, 상기 게스트 물질(G)로는 기상 또는 액상의 HFC-134a 냉매를 사용하였다.

또한, 상기 반응기(10)는 상기 반응공간 내부(11)에 설치되어 회전 원심력에 의해 상기 유입되는 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G) 중 적어도 어느 하나인 피분쇄물을 미세한 크기의 입자로 분쇄하는 분쇄장치부를 더 포함하도록 구성된다.

이때, 상기 분쇄장치부는 상술한 바와 같이 상기 유입관부(20)를 통해 유입되는 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)의 혼합물을 미세한 크기의 입자로 분쇄함으로써 하이드레이트를 생성하기 위한 입자들의 반응 면적(즉, 입자간 접촉 면적)을 증가시켜 하이드레이트의 생성 효율을 현저히 향상시키는 기능을 수행한다.

본 실시예의 경우 상기 분쇄장치부는 상기 반응공간(11) 내부에 고정 설치되는 고정자(61)와, 상기 고정자(61)의 내부에 회전 가능하도록 설치되는 회전자(62)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 고정자(61)는 상면(즉, 유입관부와 연통되는 면)과 하면이 개방된 중공 원통형으로 구성되는데, 상기 유입관부(20)와 연통되는 중앙의 중공부를 통해 상기 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)이 원통 내부로 유입된다.

또한, 상기 회전자(62)는 상기 유입관부(20)와 연통되는 상면이 개방된 드럼형 원통으로 구성되어, 상기 유입된 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)을 원통 내부에 수용하게 된다.

또한, 상기 회전자(62)는 외측면이 고정자(61)의 내측면과 일정 간극(64)을 형성하도록 구성되며, 상기 회전자(62)의 측면에는 후술하는 바와 같이 발생되는 회전력에 의해 드럼형 원통의 내부에 수용된 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)을 상기 간극(64) 방향으로 배출하는 복수의 슬릿(slit)형 유로(65)가 형성되어 있다.

또한, 상기 고정자(61)의 측면에도 상기 간극(64)으로 배출되는 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)을 상기 반응공간(11)으로 배출하는 복수의 슬릿(slit)형 유로(66)가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 회전자(62)는 고정자(61)의 내부에서 회전하도록 구성되는데, 이를 위하여 상기 회전자(62)의 하부면에는 반응기(10)의 하면(14)을 관통하여 외부의 구동모터(70)와 연결되는 구동축(63)이 결합되도록 구성된다.

이때, 상기 구동축(63)이 관통하는 반응기(10)의 하면(14)과 구동축(63) 사이에는 반응공간(11) 내부의 기밀성을 유지하면서 상기 구동축(63)의 회전이 용이하도록 기밀형 베어링(67)이 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 분쇄장치부는, 회전자(62)가 구동모터(70)에 의해 회전하게 되면 그 회전력(즉, 원심력)에 의하여 방사상으로 형성된 슬릿형 유로(65)를 따라 상기 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)을 간극(64) 방향으로 배출하게 된다.

또한, 이와 같이 배출된 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)은 상기 간극(64)에서 반응공간(11)으로 직접 배출될 수도 있고, 고정자(61)에 형성된 슬릿형 유로(66)를 따라 상기 반응공간(11)으로 배출될 수도 있다.

이와 같은 방식으로 배출되는 상기 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)은 도5의 확대도에서 나타낸 바와 같이 회전력에 의해 상기 회전자(62)의 슬릿형 유로(65)를 통과하는 과정에서 1차적으로 분쇄되고, 상기 간극(64)에서 회전자(62)와 고정자(61) 사이에 발생되는 회전 전단력에 의하여 2차적으로 분쇄되어 매우 미세한 크기의 입자로 상기 반응공간(11)으로 배출됨으로써 하이드레이트를 형성하기 위한 입자간의 반응면적(즉, 접촉면적)을 증가시켜 하이드레이트의 생성 효율을 향상시키는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 배출관부(30)에는 반응공간(11)에서 형성된 하이드레이트를 외부로 배출하기 위한 배출펌프가 추가적으로 설치될 수도 있으나, 본 실시예에서는 상기 분쇄장치부(60)가 상술한 바와 같이 이종간 유체를 미립화된 에멀젼 형태로 분산시켜 배출하는 분산펌프 방식으로 구성되기 때문에 별도의 배출펌프의 설치를 생략할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 분쇄장치부가 고정자(61)와 회전자(62)로 구성되는 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 고정자(61)의 구성을 생략할 수도 있다.

다만, 이 경우에는 상기 회전자(62)의 외측면은 반응공간(11)을 형성하는 상기 본체부(10)의 내측면과 일정 간극(64)을 형성하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 분쇄장치부가 분산펌프 방식으로 구성된 경우를 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 상기 분쇄장치부는 기체나 액체를 미세한 입자로 분쇄하는 기능을 수행하는 범위내에서는 마이크로 버블 장치(기체의 경우)와 같이 공지된 여러 가지 다른 방식으로 구현될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는 상술한 고정자(61) 및 회전자(62)의 슬릿형 유로(65,66)가 각각 고정자(61)와 회전자(62)의 측면에 원통의 길이 방향으로 형성된 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 각각 원통형 측면에 원주 방향 또는 나선 방향으로 형성될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 고정자(61) 및 회전자(62)의 유로(65,66)가 슬릿 형상으로 구성된 경우를 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 동일한 기능을 수행하는 범위내에서 상기 유로(65,66)는 원형 홀 형상, 타원형 홀 형상, 또는 메쉬 형상 등 여러 가지 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정자(61)와 회전자(62)의 슬릿형 유로(65,66)의 폭과 길이, 상기 간극(64)의 크기, 그리고 회전자(62)의 회전속도 등은 분쇄되는 입자의 크기, 구동모터의 부하, 생성된 하이드레이트의 배출속도(또는 배출량) 등을 고려하여 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.

특히, 상기 간극(64)의 크기는 필요에 따라 수 미크론(micron) 내지 수 미리(mm)의 범위에서 정해질 수 있으나, 하이드레이트의 생성 효율과 분쇄장치부의 구동효율을 고려할 때 0.1mm 내지 1mm의 범위로 설정되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 상기 분쇄장치부가 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)을 모두 분쇄하는 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)의 유입 경로를 별도로 구성하여 상기 분쇄장치부가 이들 중 어느 하나만을 미세한 입자로 분쇄하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 분쇄장치부가 유입관부(20)를 통해 유입되는 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)의 혼합물을 분쇄하도록 구성된 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 별도로 구성된 호스트 물질(H)과 게스트 물질(G)의 유입 경로 각각에 상기 분쇄장치부가 구성될 수도 있다.

한편, 상기 반응기(10)의 경우 하이드레이트의 생성 반응이 발열반응이어서 반응공간(11) 내부에서는 하이드레이트의 생성열에 의하여 온도 상승이 발생되기 때문에 하이드레이트의 생성 효율을 향상시키기 위해서는 상기 반응공간(11)의 내부가 하이드레이트의 생성에 적합한 압력과 온도(즉, 저온 고압 상태)로 유지되어야 한다.

따라서, 본 실시예에서는 하이드레이트의 생성 효율을 더욱 향상시키기 위하여 반응기(10)의 외주면에 상기 하이드레이트의 생성열(또는 반응열)을 신속히 제거하기 위한 냉각장치를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

이를 위하여, 상기 반응기(10)의 외주면(즉, 원통형의 측면)을, 내부에 상기 반응공간(11)을 형성하는 제1본체(15a), 상기 제1본체(15a)와의 사이에 냉각공간(16b)을 형성하도록 상기 제1본체(15a)의 외면에 자켓(jacket) 구조로 형성되는 제2본체(15b), 및 상기 냉각공간(16b)으로 냉각유체를 유동시켜 상기 반응공간(11)의 내부 온도를 미리 정해진 온도 범위로 유지시키는 냉각모듈(16a,16c,17)을 포함하도록 구성하였다.

또한, 상기 냉각모듈(16a,16c,17)은 냉각공간(16b)으로 냉각유체를 유입하는 냉각유체 유입관(16a), 상기 냉각공간(16b)을 경유하는 과정에서 상기 반응공간(11) 내부의 하이드레이트 생성열을 흡수한 냉각유체를 배출하는 냉각유체 유출관(16c), 및 후술하는 해리기(130)에서 발생되는 저온의 냉각유체를 상기 냉각유체 유입관(16a)으로 공급하고 상기 냉각유체 유출관(16c)에서 배출되는 고온의 냉각유체를 상기 해리기(130)로 공급하는 냉각펌프(17)를 포함하여 구성되며, 상기 냉각유체는 공기나 물 등을 포함하는 유동 가능한 열매체일 수 있다.

이때, 상기 냉각모듈(16a,16c,17)은 냉각공간(16b) 및 후술하는 해리기(130)와 함께 냉각유체가 유동되는 폐회로를 구성함으로써, 후술하는 바와 같이 상기 반응기(10)에서 발생되는 하이드레이트의 생성열을 해리기(130)로 전달하는 기능을 수행하게 된다.

또한, 상기 전처리부(2)는 전술한 바와 같이 호스트 물질(H)로서 피처리수인 고농도의 폐수(또는 오염수) 또는 해수(또는 염수)를 상기 반응기(10)에 공급하기 위한 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이 제1공급관(41)에는 피처리수를 공급하기 위한 제1공급펌프(42)와 공급량 제어를 위한 제어밸브(43)가 구비될 수 있다.

또한, 상기 게스트 물질 저장탱크(50)는 전술한 바와 같이 기상 또는 액상의 게스트 물질 중 어느 하나를 상기 반응기(10)에 공급하기 위한 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이 제2공급관(51)에는 게스트 물질(G)을 공급하기 위한 제2공급펌프(52)와 공급량 제어를 위한 제어밸브(53)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 탈수기(120)는 반응기(10)에서 생성되어 여액과 함께 슬러리 형태로 배출되는 하이드레이트를 탈수 처리하는 기능을 수행하는데, 이 과정에서 게스트 물질(G)과 반응하지 않은 피처리수(즉, 여액)를 탈수시키게 된다.

이를 위하여 상기 탈수기(120)는 일측 단부는 회전축(121)에 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이며 외면에 복수의 통공이 형성된 회전체, 상기 반응기(10)에서 생성되어 여액과 함께 슬러리 형태로 배출되는 하이드레이트를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제1파이프(125), 및 상기 하이드레이트의 표면을 세척하기 위한 세척수를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제2파이프(126)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성에 의하여 상기 탈수기(120)는 외부 구동모터(미도시)에 의해 회전하는 회전축(121)에 의하여 회전체가 회전할 경우, 상기 제1파이프(125)에서 공급된 하이드레이트는 원심력에 의해 상기 회전체의 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 회전체의 내면을 따라 이동되면서 상기 통공을 통해 탈수가 이루어지되, 이동되는 도중에 상기 제2파이프(126)에서 공급된 세척수에 의하여 표면이 세척됨으로써 보다 불순물의 함량이 적은 하이드레이트가 후술하는 해리기(130)로 공급될 수 있게 된다.

상기 회전체는 상술한 기능을 수행하는 범위내에서는 단일 부재로 구성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 회전체를, 외면에 복수의 통공(122b)이 형성된 외부 회전체(122)와, 상기 외부 회전체(122)의 내면과의 사이에 이격공간을 형성하도록 상기 외부 회전체(122)의 내부에 설치되고 내부에 상기 제1파이프(125)와 제2파이프(126)를 통해 하이드레이트와 세척수가 공급되는 내부 회전체(123)로 구성하였다.

이때, 상기 외부 회전체(122)는 직경이 작은 일측 단부(122a)가 상기 회전축(121)에 결합되고, 직경이 큰 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡(cap) 형상으로 구성하였다.

또한, 상기 내부 회전체(123)는 외부 회전체(122)와 동일한 형상(즉, 중공 원추형의 캡 형상)으로 이루어지되, 상기 외부 회전체(122)의 내부에 설치될 수 있도록 외부 회전체(122) 보다 작은 사이즈로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 형성된 내부 회전체(123)는 직경이 작은 일측 단부(123a)가 상기 외부 회전체(122)와 동축으로 상기 회전축(121)에 결합하게 됨으로써, 내부 회전체(123)의 외면과 외부 회전체(122)의 내면 사이에는 후술하는 바와 같이 제1파이프(125)에서 배출된 하이드레이트가 이송되는 경로를 제공하는 상기 이격공간이 형성된다.

또한, 상기 내부 회전체(123)는 상기 회전축(121)과의 결합부(즉, 일측 단부측)와 중간부에 각각 적어도 하나의 제1배출공(123b)과 제2배출공(123c)이 형성되고, 내면에는 상기 제1파이프(125)에서 공급된 하이드레이트를 상기 제1배출공(123b)으로 안내하고 상기 제2파이프(126)에서 공급된 세척수를 상기 제2배출공(123c)으로 안내하는 적어도 하나의 격막(123e,123f,123g)이 형성된다.

상기와 같은 구성에 의하여 회전축(121)의 회전에 의하여 상기 외부 회전체(122)와 내부 회전체(123)가 회전할 경우, 도8에 도시한 바와 같이 상기 제1파이프(125)에서 배출된 하이드레이트는 제1배출공(123b)을 통해 상기 이격공간으로 이동되면서 상기 통공(122b)을 통해 하이드레이트에 포함된 수분(즉, 여액)이 배출되고, 상기 제2파이프(126)에서 배출되는 세척수는 제2배출공(123c)을 통해 상기 통공(122b)으로 배출되면서 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트의 표면을 세척하게 된다.

따라서, 본 실시예에 따른 탈수기(120)는 세척수에 의한 세척에 의하여 하이드레이트에 포함된 여액 및 표면의 이물질을 상당량 제거할 수 있기 때문에 오염물질이 현저히 적게 포함된 하이드레이트를 후술하는 해리기(130)로 공급할 수 있게 된다.

또한, 상기 내부 회전체(123)의 외면에는 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트를 이송하기 위한 나선형의 블레이드(123d)가 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 형성된다.

이 경우 상기 블레이드(123d)에 의한 하이드레이트의 이송 작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 외부 회전체(122)와 내부 회전체(123) 중 어느 하나가 감속부재(또는 변속부재)를 개재하여 상기 회전축(121)에 결합되도록 구성함으로써 상기 외부 회전체(122)와 내부 회전체(123)가 서로 상이한 회전 속도를 가지도록(즉, 서로 상대 속도를 가지도록) 하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 일예로서 상기 내부 회전체(123)의 일측 단부(123a)가 감속부재(124)를 개재하여 상기 회전축(121)에 결합되도록 구성하였는데, 상기 감속부재(124)는 통상의 감속기 또는 감속베어링을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.

또한, 상기 제1파이프(125)는 일측 단부가 반응기(10)의 배출관부(30)에 연결되고 타측 단부는 상기 내부 회전체(123)의 내부에 수용되도록 구성되며, 상기 제2파이프(126)는 일측 단부가 세척수 공급원(미도시)에 연결되고 타측 단부는 상기 내부 회전체(123)의 내부에 수용되도록 구성된다.

이때, 상기 세척수 공급원(미도시)은 외부에 별도로 구비될 수도 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 후술하는 해리기(130)에서 분리 배출되는 1차처리수 중 일부를 상기 세척수로 사용하도록 구성하였다.

또한, 상기 제1파이프(125)와 제2파이프(126)의 타측 단부는 각각 별도로 분리되어 상기 내부 회전체(123)의 내부에 수용되도록 구성될 수도 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 제1파이프(125)와 제2파이프(126)가 서로 동축으로 결합되어 제1파이프(125)의 외면에 제2파이프(126)의 유로(즉, 세척수 유로)가 형성되는 이중 파이프 구조로 구성하였다.

이때, 상기 제2파이프의 외면에는 상기 제2배출공(123c) 방향으로 세척수를 분사하는 적어도 하나의 분사노즐(126a)이 형성될 수 있으며, 상기 내부 회전체(123)의 내부에서 하이드레이트와 세척수가 균일하게 배출될 수 있도록 하기 위하여 상기 제1파이프(125)와 제2파이프(126)는 회전축(121)과 동축으로 배치되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 하이드레이트의 탈수과정에서 세척수에 의하여 하이드레이트에 포함된 여액 및 표면 이물질을 세척하도록 구성되기 때문에 제1수처리부(3)에 의한 오염물질 제거 효율을 향상시킴으로써, 역삼투막의 플러깅 발생을 저감시키고 운전 압력을 저하시킴으로써 제2수처리부(4)의 장치 운용에 소요되는 에너지와 유지비용을 현저히 저감할 수 있는 장점을 가지게 된다.

한편, 상술한 바와 같이 회전체(122,123)의 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 이동되면서 여액의 탈수와 세척수에 의한 세척이 완료된 하이드레이트는 회전체(122,123)의 타측 단부와 연통되는 하이드레이트 수집관(127)에 의하여 해리기(130)로 이송되는데, 상기 해리기(130)는 고온,저압 상태에서 상기 하이드레이트를 해리시켜 1차처리수(일예로서, 순수한 물 또는 담수)와 게스트 물질로 분리 배출하는 기능을 수행하게 된다.

이를 위하여, 본 실시예에서는 상기 해리기(130)가 내부에 상기 탈수기(120)에서 탈수된 하이드레이트를 1차처리수와 게스트 물질로 분리하는 해리공간이 형성되고, 하부가 개구된 실린더 형상의 해리기 본체(131), 상기 반응기(10)에서 발생되는 하이드레이트의 생성열을 상기 해리공간으로 전달하는 열교환부(132), 상기 탈수된 하이드레이트가 상기 해리공간 내부로 유입되는 것을 단속하는 제1밸브(127a), 상기 해리공간에서 분리된 게스트 물질이 외부로 배출되는 것을 단속하는 제2밸브(135a), 상기 해리공간에서 분리된 1차처리수가 외부로 배출되는 것을 단속하는 제3밸브(136a), 상기 해리기 본체(131)의 하부에 승강 가능하도록 결합된 피스톤부(133,134), 및 상기 제1밸브 내지 제3밸브(127a,135a,136a)와 피스톤부(133,134)의 동작을 제어하는 제어기(137)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 해리기 본체(131)는 중력이 작용하는 수직 방향으로 길이가 긴 원통형의 실린더 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 상기 열교환부(132)를 해리기 본체(131)의 내주면을 둘러싸는 형태로 해리기 본체(131) 내부에 매설된 배관 형태로 구성하였는데, 고온의 냉각유체가 유입되는 유입구는 상술한 냉각모듈(16a,16c,17)의 냉각유체 유출관(16c)에 연결되고, 하이드레이트와의 열교환에 의하여 냉각된 저온의 냉각유체가 유출되는 유출구는 냉각유체 유입관(16a)에 연결되도록 구성하였다.

상기와 같은 구성에 의하여 앞서 설명한 상기 냉각모듈은 반응기(10)의 냉각공간(16b)과 상기 열교환부(132)와 함께 냉각펌프(17)에 의하여 냉각유체가 순환되는 폐회로인 폐열순환회로(160)를 형성하게 됨으로써, 반응기(10)에서 발생되는 하이드레이트의 생성열을 해리기(130)에 전달하고 해리기(130)와의 열교환에 의해 얻어진 냉열은 상기 반응기(10)로 전달하게 된다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예에 따른 고농도 폐수 처리장치는 상기 해리기(130)로부터 흡수한 냉열을 반응기(10)의 냉각에 재사용하고, 상기 반응기(10)에서 생성된 하이드레이트 생성열을 해리기(130)의 하이드레이트 해리에 재사용하게 되기 때문에 수처리에 소요되는 에너지를 현저히 저감할 수 있게 된다.

또한, 상기 제1밸브(127a)는 해리기 본체(131)의 내부와 연통되는 하이드레이트 수집관(127)의 중도에 설치되고, 상기 제2밸브(135a)는 게스트 물질 배출관(135)의 중도에 설치되며, 상기 제3밸브(136a)는 1차처리수 배출관(136)의 중도에 설치된다.

이때, 상기 게스트 물질 배출관(135)과 1차처리수 배출관(136)의 중도에는 각각 게스트 물질과 1차처리수의 배출을 용이하게 하기 위한 배출펌프(135b,136b)가 더 설치될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 게스트 물질 배출관(135)은 후술하는 회수기(170)에 연결되고, 상기 1차처리수 배출관(136)은 후술하는 제2수처리부(4)에 연결되도록 구성하였다.

또한, 상기 피스톤부(133,134)는 해리기 본체(131)의 하부 개구를 통해 삽입되어 해리공간 중도의 미리 정해진 초기 위치에서 상기 해리공간을 밀폐시키는 피스톤(133)과 상기 피스톤(133)을 승강시키는 실린더(134)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같이 구성되는 해리기(130)의 구체적인 작동을 도10을 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 제어기(137)는 상기 제1밸브(127a)를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 유입시키고(유입 후 제1밸브 폐쇄), 유입된 하이드레이트는 상기 열교환부(132)에 의하여 전달된 하이드레이트의 생성열에 의해 용융되어 해리공간 내부에서 1차처리수(액상)와 게스트 물질(기상)로 분리된다(도10의 (a) 참조).

이와 같이 하이드레이트의 생성열에 의해 분리된 1차처리수(액상)와 게스트 물질(기상)은 기상과 액상의 비중차에 의하여 해리공간 내부에서 상부의 게스트 물질과 하부의 1차처리수로 분리되며, 상기 제어기(137)는 상기 제2밸브(135a)를 개방하여 상기 게스트 물질을 외부로 배출하게 된다(도10의 (b) 참조).

상술한 바와 같이 생성열에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제어기(137)는 제1밸브(127a)와 제2밸브(135a)를 폐쇄한 상태(제3밸브는 초기 폐쇄 상태)에서 상기 피스톤부(133,134)를 초기 위치에서 하사점까지 하강시켜 상기 해리공간의 내부를 감압시키고(도10의 (c) 참조), 상기 감압에 의하여 용해도가 낮아진 1차처리수에 포함된 게스트 물질이 추가적으로 분리되면 상기 제2밸브(135a)를 재개방하여 상기 감압에 의해 분리된 게스트 물질을 외부로 배출하게 된다(도10의 (d) 참조).

또한, 상기 제어기(137)는 상술한 바와 같이 생성열과 감압에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제3밸브(136a)를 개방하여 상기 분리된 1차처리수를 외부로 배출하게 되는데, 이 경우 게스트 물질의 역류를 방지하기 위하여 상기 제2밸브(135a)는 폐쇄하는 것이 바람직하다(도10의 (e) 참조).

이와 같이 1차처리수의 배출이 완료되면, 상기 제어기(137)는 상기 피스톤부(133,134)를 초기 위치로 상승시키고, 상기 제2밸브(135a)와 제3밸브(136a)를 폐쇄한 상태에서 상기 제1밸브(127a)를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 재유입시키고 동일한 과정을 반복하여 수행하게 된다(도10의 (f) 참조).

본 실시예에서는 하이드레이트의 유입과 게스트 물질 및 1차처리수의 배출이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 일예로서 상기 제1밸브(127a)와 제2밸브(135a)는 해리기 본체(131)의 상단부에 설치되고, 상기 제3밸브(136a)는 피스톤부(133,134)의 하사점 위치에 설치되도록 구성하였다.

또한, 본 실시예에 따른 제1수처리부(3)는 해리기(130)에서 배출되는 게스트 물질(G)을 회수하여 상기 게스트 물질 저장탱크(50)로 재공급하는 회수기(170)를 더 포함하도록 구성되는데, 본 실시예에서 게스트 물질(G)로 액상의 냉매를 사용하는 경우 상기 회수기는 기상으로 배출되는 상기 게스트 물질(G)을 저온고압 조건에서 액화하여 상기 게스트 물질 저장탱크(50)로 재공급하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 제1수처리부(3)의 해리기(130)에서 고온에 의한 해리와 감압에 의한 해리를 복합적으로 수행하도록 구성되기 때문에 게스트 물질의 회수율을 현저히 향상시킴으로써 제1수처리부(3)의 장치 운용에 소요되는 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 하나의 해리기(130)에 의하여 온도에 의한 1차처리수와 게스트 물질의 분리, 감압에 의한 1차처리수와 게스트 물질의 분리, 및 비중차에 의한 1차처리수와 게스트 물질의 분리가 모두 이루어지기 때문에 전체적인 장치의 부피도 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 제2수처리부(4)는 역삼투압법에 의하여 상기 제1수처리부에서 배출되는 1차처리수에 저농도로 포함된 잔여 오염물질을 제거하여 음용이 가능한 수준까지 정화된 2차처리수를 생성하게 되는데, 역삼투압법에 의한 수처리 기술은 공지기술이기 때문에 여기에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

다만, 본 실시예의 경우 제1수처리부(3)에 의하여 피처리수에 포함된 고농도의 오염물질은 대부분 제거된 상태이기 때문에 해수 역삼투막(SWRO) 보다 운전 압력이 낮아서 상대적으로 낮은 비용으로 수처리가 가능한 기수 역삼투막(BWRO)을 이용하여 1차처리수에 포함된 잔여 오염물질을 제거하도록 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고농도 폐수 처리장치는 역삼투압법에 비하여 에너지 사용량이 적은 가스 하이드레이트 생성 원리를 이용한 제1수처리부에 의하여 피처리수에 포함된 고농도의 오염물질을 1차적으로 제거하고, 음용가능한 수준까지 수처리가 가능한 역삼투압법을 이용하는 제2수처리부에 의하여 1차처리수에 포함된 저농도의 잔여 오염물질을 제거하는 방식으로 구성되기 때문에 적은 에너지를 사용하면서도 음용 가능한 수준의 고효율 수처리가 가능한 장점을 가지게 된다.

2 : 전처리부 3 : 제1수처리부
4 : 제2수처리부 10 : 반응기
11 : 반응공간 16b : 냉각공간
17 : 냉각펌프 61 : 고정자
120 : 탈수기 122 : 외부 회전체
123 : 내부 회전체 124 : 감속부재
125 : 제1파이프 126 : 제2파이프
130 : 해리기 160 : 폐열순환모듈
170 : 회수기

Claims (12)

1. 피처리수와 게스트 물질의 반응에 의해 하이드레이트를 생성시키는 반응모듈, 상기 생성된 하이드레이트를 탈수시키는 탈수모듈, 및 상기 탈수된 하이드레이트를 처리수와 게스트 물질로 각각 분리하여 배출하는 해리모듈에 의해 상기 피처리수에 포함된 오염물질을 제거하여 1차처리수로 배출하는 제1수처리부;와
   역삼투압법을 이용하여 상기 1차처리수에 포함된 잔여 오염물질을 제거하는 제2수처리부를 포함하되,
   상기 탈수모듈은, 일측 단부는 회전축에 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이며 외면에 복수의 통공이 형성된 회전체, 상기 반응모듈에서 배출되는 하이드레이트를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제1파이프, 및 상기 하이드레이트의 표면을 세척하기 위한 세척수를 상기 회전체의 내부로 공급하는 제2파이프를 포함하고,
   상기 회전체가 회전할 경우 상기 제1파이프에서 공급된 하이드레이트는 원심력에 의해 상기 회전체의 일측 단부에서 타측 단부 방향으로 회전체의 내면을 따라 이동되면서 상기 통공을 통해 탈수가 이루어지되, 이동되는 도중에 상기 제2파이프에서 공급된 세척수에 의하여 표면이 세척되고,
   상기 해리모듈은, 내부에 상기 탈수모듈에서 탈수된 하이드레이트를 1차처리수와 게스트 물질로 분리하는 해리공간이 형성되고, 하부가 개구된 실린더 형상의 해리기 본체, 상기 반응모듈에서 발생되는 하이드레이트의 생성열을 상기 해리 공간으로 전달하는 열교환부, 상기 탈수모듈에서 탈수된 하이드레이트가 상기 해리공간 내부로 유입되는 것을 단속하는 제1밸브, 상기 분리된 게스트 물질이 외부로 배출되는 것을 단속하는 제2밸브, 상기 분리된 1차처리수가 외부로 배출되는 것을 단속하는 제3밸브, 상기 해리기 본체의 하부에 승강 가능하도록 결합된 피스톤부, 및 상기 제1밸브를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 유입시키고, 상기 전달되는 하이드레이트의 생성열에 의해 1차처리수와 게스트 물질이 분리되면 상기 제2밸브를 개방하여 상기 게스트 물질을 배출하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전체는, 외면에 복수의 통공이 형성된 외부 회전체와, 상기 외부 회전체의 내면과의 사이에 이격공간을 형성하도록 상기 외부 회전체의 내부에 설치되고 상기 제1파이프와 제2파이프를 통해 하이드레이트와 세척수가 내부에 공급되는 내부 회전체로 구성되되,
   상기 외부 회전체와 내부 회전체는 각각 직경이 작은 일측 단부가 상기 회전축에 동축으로 결합되고 타측 단부는 외측으로 개방된 중공 원추형의 캡 형상이고,
   상기 내부 회전체는 상기 회전축과의 결합부와 중간부에 각각 제1배출공과 제2배출공이 형성되고, 내면에는 상기 제1파이프에서 공급된 하이드레이트를 상기 제1배출공으로 안내하고 상기 제2파이프에서 공급된 세척수를 상기 제2배출공으로 안내하는 적어도 하나의 격막이 형성되며,
   상기 외부 회전체와 내부 회전체가 회전할 경우 상기 제1파이프에서 배출된 하이드레이트는 제1배출공을 통해 상기 이격공간으로 이동되면서 상기 통공을 통해 수분이 배출되고, 상기 제2파이프에서 배출되는 세척수는 제2배출공을 통해 상기 통공으로 배출되면서 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트의 표면을 세척하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내부 회전체의 외면에는 상기 이격공간으로 이동되는 하이드레이트를 이송하기 위한 나선형의 블레이드가 형성되고,
   상기 외부 회전체와 내부 회전체 중 어느 하나는 감속부재를 개재하여 상기 회전축에 결합됨으로써 상기 외부 회전체와 내부 회전체가 서로 상이한 회전 속도를 가지게 되는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1파이프와 제2파이프는 서로 동축으로 결합되어 제1파이프의 외면에 제2파이프의 유로가 형성되는 이중 파이프 구조이고,
   상기 제2파이프의 외면에는 상기 제2배출공 방향으로 세척수를 분사하는 적어도 하나의 분사노즐이 형성된 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 세척수는 상기 해리모듈에서 배출되는 1차처리수 중 일부인 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 반응모듈은,
   내부에 하이드레이트가 생성되는 반응공간이 마련된 반응기;
   상기 반응기의 일측에 연결되어 상기 하이드레이트를 생성하기 위한 호스트 물질인 피처리수와 게스트 물질을 상기 반응공간으로 유입하는 유입관부;
   상기 반응기의 타측에 연결되어 상기 반응공간에서 생성된 하이드레이트를 외부로 배출하는 배출관부; 및
   상기 반응공간 내부에 설치되어 회전 원심력에 의해 상기 유입되는 피처리수와 게스트 물질 중 적어도 어느 하나인 피분쇄물을 미세한 크기의 입자로 분쇄함으로써 상기 하이드레이트의 생성을 위한 반응 면적을 증가시키는 분쇄장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 피처리수는 고농도 오염수 또는 해수이고,
   상기 게스트 물질은 기상 또는 액상의 SF₆, CFC계 물질, HCFC계 물질, PFC계 물질 또는 HFC계 물질 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
8. 삭제
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제어기는 생성열에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제1밸브와 제2밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 피스톤부를 초기 위치에서 하사점까지 하강시켜 상기 해리공간의 내부를 감압시키고, 상기 감압에 의하여 1차처리수에 포함된 게스트 물질이 추가적으로 분리되면 상기 제2밸브를 개방하여 상기 감압에 의해 분리된 게스트 물질을 배출하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제어기는 생성열과 감압에 의해 분리된 게스트 물질의 배출이 완료되면 상기 제3밸브를 개방하여 상기 분리된 1차처리수를 배출하는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 1차처리수의 배출이 완료되면 상기 피스톤부를 초기 위치로 상승시키고, 상기 제2밸브와 제3밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 제1밸브를 개방하여 미리 설정된 양의 하이드레이트를 상기 해리공간으로 재유입시키는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1밸브와 제2밸브는 해리기 본체의 상단부에 설치되고, 상기 제3밸브는 피스톤부의 하사점 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 고농도 폐수 처리장치.
    

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