KR102205446B1 - 암모니아 성분 회수 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기성 폐기물의 암모니아 성분을 저감하는 장치에 있어서: 폐기물의 폐수에서 암모니아 가스의 발생을 유발하는 NH3 스트리퍼(20); 상기 NH3 스트리퍼(20)의 하류측에 연결되어 암모니아 회수 반응을 유발하고, 잔류 가스를 회수관(34)을 통하여 NH3 스트리퍼(20)로 순환시키는 NH3 업소버(30); 상기 NH3 업소버(30)의 일측에 연결되고, 황산과 인산을 공급하는 약제공급기(40); 및 상기 NH3 스트리퍼(20), NH3 업소버(30), 약제공급기(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 각종 유기성 폐기물에서 암모니아 성분을 효율적으로 제거하는 과정에서 전반적 생력화와 공정 유연성을 기반으로 암모니아 성분의 제거율을 높여 환경오염 방지의 실효성을 증대하는 효과가 있다.

Description

암모니아 성분 회수 저감장치{Apparatus for recovering and reducing ammonia material}
본 발명은 암모니아 처리에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 각종 유기성 폐기물, 폐수 및 암모니아를 포함하는 폐자원에서 암모니아 성분을 효율적으로 제거하여 배출하기 위한 암모니아 성분 회수 저감장치에 관한 것이다.
통상 암모니아 스트리핑(stripping) 설비는 암모니아를 포함하는 폐수 등에서 발생되는 폐가스로부터 암모니아 성분을 제거한다. 폐가스를 블로워를 통해 유동시키면서 황산, 인산 등을 투입하여 반응을 유발하면 황산암모늄 또는 인산암모늄(액상)으로 추출하도록 처리가 이루어진다.
이때, 일정 농도의 황산암모늄 또는 인산암모늄이 생성되면 이를 배출하게 되며, 이과정에서 반응열이 발생하므로 열교환기를 통해 적절한 온도로 냉각시켜 배출한다. 배출된 황산암모늄 또는 인산암모늄 용액은 수거하여 소정의 공정을 거쳐 재활용 가능한 암모니아를 생성할 수 있다.
다만 암모니아 스트리핑 장치는 암모니아가 제거된 공기를 외부로 바로 배출하거나 완전하게 제거하기 어려워 결국 민원이 대상이 되고 있다.
이와 관련하여 하기의 한국 등록특허공보 제1250636호, 한국 등록특허공보 제2108512호 등의 선행기술문헌을 참조할 수 있다.
전자는 음식물이나 축산 폐기물 등의 폐수에서 암모니아를 제거하되, 라임(lime), 가성소다와 같은 약품을 이용한 pH 조절 및 온도, 압력 조절을 거친 폐수를 에어와 접촉하면서 폐수의 암모니아를 제거함은 물론 폐수의 이젝팅, 미립화에 의한 에어 접촉효율을 개선하여 암모니아 제거 효율을 높인다.
후자는 처리수 배출부 및 멤브레인 컨텍터 순환부를 포함하는 암모니아 제거 시스템에서 컨텍터 순환부의 스트리핑 용액 순환조를 비롯한 관련부의 개선을 통하여 처리중 발생하는 멤브레인 컨텍터의 유입 압력 증가로 가동 정지 문제 및 암모니아계 화합물 즉, 최종 부산물 다량 발생 문제를 해소한다.
그러나, 폐기물에서 폐수를 분리하는 선행작업의 생력화가 해결되지 않고 폐수량에 대응하는 공정 변동의 유연성이 낮아 개선이 필요하다.
한국 등록특허공보 제1250636호 "폐수의 암모니아 스트리핑장치" (공개일자 : 2012.07.11.) 한국 등록특허공보 제2108512호 "멤브레인 컨텍터를 이용한 암모니아 제거 시스템 및 제어 방법" (공개일자 : 2020.05.08.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 각종 유기성 폐기물에서 암모니아 성분을 효율적으로 제거하여 배출함에 있어서 전반적 생력화와 공정 유연성을 기반으로 암모니아 성분의 제거율을 높이는 암모니아 성분 회수 저감장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기성 폐기물의 암모니아 성분을 저감하는 장치에 있어서: 폐기물의 폐수에서 암모니아 가스의 발생을 유발하는 NH3 스트리퍼; 상기 NH3 스트리퍼의 하류측에 연결되어 암모니아 회수 반응을 유발하고, 잔류 가스를 회수관을 통하여 NH3 스트리퍼로 순환시키는 NH3 업소버; 상기 NH3 업소버의 일측에 연결되고, 황산과 인산을 공급하는 약제공급기; 및 상기 NH3 스트리퍼, NH3 업소버, 약제공급기를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼의 상류측에 분리수단을 더 구비하고, 상기 분리수단은 압착대와 스크레퍼를 이용하여 폐기물을 액상과 고상으로 분리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼는 목제 및 수지제 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 충전재를 가변적으로 부가하는 패키징부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼 pH조절기를 통하여 유입 폐수의 pH를 10~11.5 사이로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼는 열교환기에 스팀을 부가하여 유입 폐수의 온도를 40~80℃, 바람직하게는 60~65℃로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 업소버는 회수관을 통한 송풍량 조절을 위하여 블로워를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 약제공급기는 약제관에 설치되는 조절밸브를 통하여 악제를 가변적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 제어기, 처리수관의 암모니아 가스 농도를 검출하는 유입검출부, 회수관의 암모니아 가스 농도를 검출하는 회수검출부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단은 로컬 및 원격에서 공정관련 정보를 수집하여 제어기에 제공하는 공정조절기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 각종 유기성 폐기물에서 암모니아 성분을 효율적으로 제거하는 과정에서 전반적 생력화와 공정 유연성을 기반으로 암모니아 성분의 제거율을 높여 환경오염 방지의 실효성을 증대하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 외형을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치의 주요 공정을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 장치의 분리수단을 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제어회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 유기성 폐기물의 암모니아 성분을 저감하는 장치에 관하여 제안한다. 음식물 쓰레기, 축분, 하수 오니 등과 같이 유기성 폐기물을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 통상적인 폐기물의 폐수처리에 있어서 질소제거에 대한 기능이 부가되지 않고 있다. 폐수중의 암모니아성 질소를 제거하는 것은 친환경의 측면에서 필수적 사항으로 되고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 장치는 설치용 부지가 많이 소요되지 않도록 밀폐형 컨테이너를 기반으로 하는 것이 바람직하다. 컨테이너 일측에 설치되는 도어를 통하여 수분이 함유된 폐기물을 그대로 투입하여도 암모니아 가스를 제거하는 탈기의 생력화를 요체로 한다.
본 발명에 따르면 NH3 스트리퍼(20)가 폐기물의 폐수에서 암모니아 가스의 발생을 유발하는 구조를 이루고 있다. 폐수는 유입수관(21)에서 열교환기(45)와 처리수관(23)을 거쳐 NH3 스트리퍼(20)로 이송된다. NH3 스트리퍼(20)는 암모니아 스트리핑법을 적용하는 것으로서 폐수중의 암모니아성 질소를 암모니아 가스로 전환시킨다. NH3 스트리퍼(20)에서 암모니아 가스가 제거된 처리수는 열교환기(45)를 거쳐 외부로 배출된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼(20)의 상류측에 분리수단(10)을 더 구비하고, 상기 분리수단(10)은 압착대(12)와 스크레퍼(13)를 이용하여 폐기물을 액상과 고상으로 분리하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 분리수단(10)은 유입수관(21)의 상류측에 연결되고 탈수조(11), 압착대(12), 스크레퍼(13), 수거통(15) 등을 구비한다. 컨테이너의 도어로 투입된 폐기물은 압착대(12)에 의하여 압착되며, 액상 성분은 탈수조(11)로 고상 성분은 수거통(15)로 이송된다.
도 3을 참조하면, 분리수단(10)의 압착대(12)와 스크레퍼(13)가 작동하는 상태를 평면에서 나타낸다. 압착대(12)는 한 쌍의 압착판(12a)과 유압실린더(12b)를 좌우로 대향시킨 구조이다. 부호 11a는 탈수조(11)로 연통되는 여과스크린이고, 부호 15a는 수거통(15)로 연통되는 송출슈트이다. 도 3(a)는 우측의 압착대(12)가 폐기물을 압착하여 액상의 폐수를 탈수조(11)로 보내는 상태이다. 도 3(b)는 좌측의 압착대(12)가 탈수된 고상의 폐기물을 이송시키고 스크레퍼(13)가 수거통(15)으로 낙하시키는 상태이다. 수거통(15)에 수집되는 탈수된 고상 폐기물은 별도로 수거하고 처리하여 비료 등으로 재활용한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼(20)는 목제 및 수지제 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 충전재를 가변적으로 부가하는 패키징부(25)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, NH3 스트리퍼(20)에 패키징부(25)가 연결된 상태를 나타낸다. 패키징부(25)는 폐수와 공기와의 충분한 접촉을 위하여 목제, 플라스틱제, 또는 그 혼합물의 충진재를 사용한다. 충진재가 많은 양의 공기와 접촉시키므로써 암모니아 가스의 방출을 촉진한다. 이외에 패키징부(25)는 반응을 촉진하는 제올라이트 등의 촉매를 포함할 수 있다. 패키징부(25)는 후술하는 NH3 업소버(30)에서 약제와의 접촉효율을 높이는 역할도 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼(20)는 pH조절기(60)를 통하여 유입 폐수의 pH를 10~11.5 사이로 유지하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서, NH3 스트리퍼(20)의 일측에 pH조절기(60)가 연결된 상태를 나타낸다. 후술하는 것처럼 유입 폐수의 pH는 암모니아 탈기 효율을 높이는 주요 공정 변수이다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 스트리퍼(20)는 열교환기(45)에 스팀을 부가하여 유입 폐수의 온도를 40~80℃, 바람직하게는 60~65℃로 유지하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서, 부호 65는 열교환기(45)에 부가되는 스팀을 나타낸다. 후술하는 것처럼 유입 폐수의 온도는 암모니아 탈기 효율을 높이는 주요 공정 변수이다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 NH3 스트리퍼(20)의 하류측에 연결되어 암모니아 회수 반응을 유발하는 NH3 업소버(30)가 잔류 가스를 회수관(34)을 통하여 NH3 스트리퍼(20)로 순환시키는 구조를 이루고 있다. NH3 업소버(30)는 암모니아 스트리핑법을 적용하는 것으로서 후술하는 약제와 반응하여 암모니아성 질소를 회수한다. 다만 암모니아가 완전히 제거되지 않은 상태이므로 대기중으로 바로 배출하지 않고 회수관(34)을 통하여 NH3 스트리퍼(20)로 폐회로 순환을 유도한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 NH3 업소버(30)는 회수관(34)을 통한 송풍량 조절을 위하여 블로워(47)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, NH3 업소버(30)에서 NH3 스트리퍼(20)로 연결되는 회수관(34)에 블로워(47)가 설치된 상태를 나타낸다. NH3 업소버(30)에서 충진재에 탄산칼슘 등의 스케일이 형성되면 공기의 접촉이 어려워 결과적으로 암모니아 제거효율을 저감시킨다. 블로워(47)는 NH3 업소버(30)에서 잔류하는 암모니아 가스의 재순환을 수행하지만, 보조적으로 외기의 선택적 공급을 유발하여 스케일 저감에 일조할 수도 있다. 블로워(47)는 전기적으로 송풍량 조절이 가능한 방식을 적용한다.
또한, 본 발명에 따르면 황산과 인산을 공급하는 약제공급기(40)가 상기 NH3 업소버(30)의 일측에 연결되는 구조를 이루고 있다. 약제공급기(40)는 약제관(41)을 통하여 NH3 업소버(30)에 연결된다. 약제공급기(40)의 약제는 황산, 인산, 염산 등을 개별적 또는 병용적으로 활용한다. 황산과 인산을 투입하여 반응되도록 하면 액상의 황산암모늄과 인산암모늄이 각각 추출된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 약제공급기(40)는 약제관(41)에 설치되는 조절밸브(43)를 통하여 악제를 가변적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 4에서, NH3 업소버(30)와 약제공급기(40)를 연결하는 약제관(41)에 조절밸브(43)가 설치된 상태를 나타낸다. 조절밸브(43)는 유량을 조절할 수 있는 방식을 적용한다. 조절밸브(43)의 유량 조절에 의하여 일정농도의 황산암모늄 또는 인산암모늄이 생성되면 이를 배출관(36)을 통하여 배출한다. 배출된 황산암모늄 또는 인산암모늄 용액은 수거하여 재활용한다.
한편, NH3 스트리퍼(20)와 NH3 업소버(30)에서 반응열이 발생되므로 열교환기(45)를 통해 냉각시켜 배출하는 것이 좋다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 NH3 스트리퍼(20), NH3 업소버(30), 약제공급기(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 구조이다. 폐수 중에 포함된 암모니아는 폐수처리시설의 효율을 떨어뜨리게 되며, 부적절하게 처리되어 배출되는 경우 하천 등에 심각한 수질오염을 유발한다. 제어수단(50)은 암모니아 스트리핑법을 적용하여 NH3 스트리퍼(20), NH3 업소버(30), 약제공급기(40)를 구동하는 기본적 알고리즘으로 폐기물에서 암모니아 탈기를 수행한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(50)은 제어기(52), 처리수관(23)의 암모니아 가스 농도를 검출하는 유입검출부(54), 회수관(34)의 암모니아 가스 농도를 검출하는 회수검출부(56)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 4에서, 제어수단(50)의 제어기(52)에 유입검출부(54)와 회수검출부(56)이 연결된 상태를 나타낸다. 제어기(52)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로로 구성한다. 제어기(52)의 입력인터페이스에는 유입검출부(54), 회수검출부(56) 등이 연결된다. 제어기(52)의 출력인터페이스에는 압착대(12), 조절밸브(27), 조절밸브(43), 블로워(47) 등이 연결된다. 검출부(54)(56)는 암모니아 가스의 검출에 한정되지 않고 여타 가스의 검출도 가능하다. 제어기(52)는 유입검출부(54)와 회수검출부(56)에서 입력되는 신호에 따라 약제 투입량, 송풍량 등을 조절하여 최적의 시스템 효율을 유지한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 제어수단(50)은 로컬 및 원격에서 공정관련 정보를 수집하여 제어기(52)에 제공하는 공정조절기(58)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 4에서, 제어기(52)에 공정조절기(58)가 연결된 상태를 나타낸다. 암모니아 탈기시 폐수의 pH와 온도가 증가할수록 탈기 효율이 향상된다. 공정조절기(58)는 장치의 내부에 로컬로 설치되는 pH검출기, 온도검출기와 더불어 장치의 외부에 원격으로 설치되는 서버도 포함한다. 제어기(52)는 공정조절기(58)와 연계하여 암모니아 탈기의 기본적 알고리즘을 수행하면서 회수관(34)을 통한 암모니아 가스의 농도를 설정범위 내로 저하시킨다.
한편, 본 발명의 장치는 밀폐형 컨테이너를 기반으로 하는 폐회로 공정을 갖추지만 별도의 흡진기와 탈취기를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 분리수단 11: 탈수조 12: 압착대 13: 스크레퍼
15: 수거통 20: NH3 스트리퍼 21: 유입수관 23: 처리수관
25: 패키징부 27: 조절밸브 30: NH3 업소버 32: 처리관
34: 회수관 36: 배출관 40: 약제공급기 41: 약제관
43: 조절밸브 45: 열교환기 47: 블로워 50: 제어수단
52: 제어기 54: 유입검출부 56: 회수검출부 58: 공정조절기
60: pH조절기

Claims (9)

  1. 밀폐형 컨테이너를 기반으로 유기성 폐기물의 암모니아 성분을 저감하는 장치에 있어서:
    폐기물의 폐수에서 암모니아 가스의 발생을 유발하는 NH3 스트리퍼(20);
    상기 NH3 스트리퍼(20)의 하류측에 연결되어 암모니아 회수 반응을 유발하고, 잔류 가스를 회수관(34)을 통하여 NH3 스트리퍼(20)로 순환시키는 NH3 업소버(30);
    상기 NH3 업소버(30)의 일측에 연결되고, 황산과 인산을 공급하는 약제공급기(40); 및
    상기 NH3 스트리퍼(20), NH3 업소버(30), 약제공급기(40)를 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지되,
    상기 NH3 스트리퍼(20)의 상류측에 분리수단(10)을 더 구비하고, 상기 분리수단(10)은 한 쌍의 압착판(12a)과 유압실린더(12b)를 좌우로 대향시킨 압착대(12) 및 압착대(12)에 의해 탈수된 폐기물을 수거통(15)으로 낙하시키는 스크레퍼(13)를 이용하여 폐기물을 액상과 고상으로 분리하며,
    상기 NH3 스트리퍼(20)는 목제 및 수지제 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 충전재를 가변적으로 부가하는 패키징부(25)를 구비하고,
    상기 NH3 스트리퍼(20)는 pH조절기(60)를 통하여 유입 폐수의 pH를 10~11.5 사이로 유지하며,
    상기 NH3 스트리퍼(20)는 열교환기(45)에 스팀을 부가하여 유입 폐수의 온도를 60~65℃로 유지하고,
    상기 약제공급기(40)는 약제관(41)에 설치되는 조절밸브(43)를 통하여 악제를 가변적으로 공급하며,
    상기 제어수단(50)은 제어기(52), 처리수관(23)의 암모니아 가스 농도를 검출하는 유입검출부(54), 회수관(34)의 암모니아 가스 농도를 검출하는 회수검출부(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 암모니아 성분 회수 저감장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 NH3 업소버(30)는 회수관(34)을 통한 송풍량 조절을 위하여 블로워(47)를 구비하는 것을 특징으로 하는 암모니아 성분 회수 저감장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어수단(50)은 로컬 및 원격에서 공정관련 정보를 수집하여 제어기(52)에 제공하는 공정조절기(58)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 암모니아 성분 회수 저감장치.
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