KR102408989B1

KR102408989B1 - 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치

Info

Publication number: KR102408989B1
Application number: KR1020190062733A
Authority: KR
Inventors: 김태우; 이성규
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2022-06-13
Also published as: CN112313451A; EP3770497A4; JP2021528619A; US20230115643A1; US11946642B2; KR20200136748A; JP7054417B2; WO2020241998A1; EP3770497B1; EP3770497A1; CN112313451B

Abstract

본 발명은 폐수 소각 방법에 관한 것으로, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기에서 열교환된 후 대기 중으로 배출되는 것인 폐수 소각 방법 및 이를 실시하기 위한 폐수 소각 장치를 제공한다.

Description

폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치{INCINERATION METHOD AND EQUIPMENT OF WASTEWATER}

본 발명은 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐수의 소각 시 발생하는 폐열을 재활용하는 에너지 절감형 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 관한 것이다.

탄화수소 화합물을 총칭하는 휘발성 유기 화합물은 화학 공장, 폐수 처리장, 자동차 공장 등의 도장작업 시 발생하며 악취가 심하게 나는 물질로서, 오존 등 광화학 스모그 원인 물질일 뿐만 아니라 발암성을 나타내는 유해 물질이며, 지구 온난화와 성층권 오존층 파괴의 원인 물질로서 환경 및 건강에 나쁜 영향을 초래하는 등 다양한 형태로 대기에 영향을 미친다. 따라서, 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하고 있는 폐수는 그대로 외부에 배출될 경우 심각한 환경오염을 초래하기 때문에, 먼저 폐수 내의 오염물질을 처리한 후 배출해야 한다.

현재 알려진 폐수 내의 휘발성 유기 화합물 처리기술에는 소각법, 흡착 거법, 흡수법, 냉각 응축법, 생물학적 처리 및 분리막 기술 등이 있으며, 이 중 축열 소각로가 많이 이용되고 있다.

축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer, RTO)란 기존의 직화식 간접열교환 열소각 방식(일반 소각로 방식) 대신 휘발성 유기 화합물을 함유한 폐가스를 소각한 후, 소각할 때 발생되는 열을 표면적이 넓고 반 영구적으로 사용할 수 있는 세라믹(Ceramic) 충전재를 통해서 회수하여 소각로의 운전비용을 획기적으로 줄일 수 있는 설비로서, 소각로 운전에 드는 비용이 작고, 설치 면적을 최소화할 수 있다. 또한 축열 소각로의 처리 효율은 99% 이상으로 매우 높으며 2차 오염 요인이 작다는 장점이 있다.

그러나, 상기 축열 소각로를 이용하여 휘발성 유기 화합물을 포함하는 폐수를 소각함에 있어, 소각로(Furnace)에 폐수를 직접 분사하기 때문에 소각로에 과다한 열량(에너지)이 공급되야 할 뿐 아니라, 열 회수 설계가 고도화되어 있지 않기 때문에 대기로 배출되는 스트림의 온도가 상당히 고온으로, 에너지 낭비가 커지는 문제가 있다.

따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 폐수 소각 시 에너지를 절약하기 위한 설계가 필요하다.

KR

2005-0121786

A

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 상기 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 문제들을 해결하기 위하여, 에너지 절감형 폐수 소각 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 폐수 소각 시 발생하는 폐열의 열교환을 통해 재활용함으로써, 폐수를 소각하는데 필요한 에너지를 절약하고, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮추기 위한 폐수 소각 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기에서 열교환된 후 대기 중으로 배출되는 것인 폐수 소각 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 공급되는 폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기; 상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기로 공급하는 소각로; 상기 소각로로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기로 공급하는 제3 혼합기; 상기 제3 혼합기로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환하는 제1 열교환기; 및 상기 공급되는 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림을 열교환하고, 열교환된 상기 혼합 배출 스트림을 대기 중으로 배출하는 제2 열교환기를 포함하는 폐수 소각 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 따르면, 폐수 소각 시 발생하는 폐열을 회수하여 열교환을 통해 증발기에 공급되는 스트림을 가열함으로써, 증발기에서 폐수 가열을 위해 필요한 연료 사용을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 폐수 소각 방법 및 폐수 소각 장치에 따르면, 폐수 소각 시 발생하는 폐열을 회수하여 열교환을 통해 재활용함으로써, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮추는 효과도 얻을 수 있다.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 폐수 소각 방법에 따른 공정 흐름도이다.
도 3은 비교예에 따른 폐수 소각 방법에 따른 공정 흐름도이다.

본 발명의 설명 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선을 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서 용어 '스트림(stream)'은 공정 내 유체(fluid)의 흐름을 의미하는 것일 수 있고, 또한, 배관 내에서 흐르는 유체 자체를 의미하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 '스트림'은 각 장치를 연결하는 배관 내에서 흐르는 유체 자체 및 유체의 흐름을 동시에 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유체는 기체(gas) 또는 액체(liquid)를 의미할 수 있다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따르면, 폐수 소각 방법이 제공된다. 상기 폐수 소각 방법으로서, 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10); 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20); 상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및 상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하고, 상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기에서 열교환된 후 대기 중으로 배출되는 것인 폐수 소각 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수란, 소비 생활과 산업 활동을 하는 현대 사회에서 물질적 문명활동의 부산물로서 각종 폐기물이 끊임없이 배출되는데, 그 중에서 액체 형태로 배출되는 것들을 의미할 수 있다. 구체적으로, 폐수는 출처에 따라서 크게 나뉘어 지며, 가정 폐수와 공장 폐수 등으로 구분된다. 가정 폐수는 각 가정 및 가정과 유사하게 폐물질을 배출하는 공공건물 및 영업건물 등으로부터 배출되는 폐수를 의미할 수 있으며, 공장 폐수는 각 공장으로부터 배출되는 폐수를 의미하며, 광의적으로는 산업 폐수라고 할 수 있고, 모든 산업 시설로부터 배출되는 폐수를 총칭할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면,상기 폐수는, 공업의 생산 공정에서 사용되는 다양한 화학 물질을 함유하고 있는 액상의 공장 폐수일 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수는, 물, 메탄올, 부탄올, 네오펜틸글라이콜, 염화나트륨 및 부틸알데하이드, 옥탄올, 트리메틸아민 등을 포함하는 유기물로 이루진 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10)는 예를 들어, 상기 증발기에 폐수를 공급하고 가열하여 폐수를 증발시키면서 수증기, 유기물 및 가소성 물질 등을 포함하는 상부 배출 스트림과, 슬러지를 포함하는 하부 배출 스트림으로 각각 분리할 수 있다. 이 때, 하부 배출 스트림은 바로 폐수 처리장으로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10)는 복수 회 수행되어 상부 배출 스트림과 하부 배출 스트림을 더욱 효과적으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 제1 증발기(100)에 폐수를 공급하고 가열하여 폐수를 증발시키면서 제1 증발기(100) 상부 배출 스트림과, 제1 증발기(100) 하부 배출 스트림으로 각각 분리할 수 있다. 그런 다음, 상기 제1 증발기(100) 하부 배출 스트림을 제2 증발기(110)를 이용하여 2차 증발시켜, 제2 증발기(110) 상부 배출 스트림과, 제2 증발기(110) 하부 배출 스트림으로 분리할 수 있다. 이 때, 상기 제2 증발기(110) 상부 배출 스트림은 상기 제1 증발기(100) 상부 배출 스트림과 혼합기에서 혼합되어 배출될 수 있으며, 제2 증발기(110) 하부 배출 스트림은 폐수 처리장으로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 소각시키는 단계(S20)는, 축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer, RTO)를 통해 수행될 수 있으며, 상기 증발기에서 배출된 증발기 상부 배출 스트림을 소각로(300)에 공급하여 예열 단계 및 소각 단계를 거칠 수 있다. 이 때, 상기 증발기 상부 배출 스트림은 증발 과정에서 온도가 100 ℃ 이상으로 증가되어 있을 수 있다. 이 경우에 상기 100 ℃ 이상의 온도를 갖는 증발기 상부 배출 스트림은 소각로(300)에 공급되어 그 자체로 연료로서 활용될 수 있다. 상기 증발기 상부 배출 스트림은 먼저 축열층에서 축열된 세라믹 매체와 직접 접촉하여 예열이 되면서 소각로(300)로 들어갈 수 있다. 이 때, 예열 온도는 축열 소각로(300)의 축열 효율 설계에 따라 다를 수 있으나, 자체 연소하면서 발생되는 연소열과 합해져서 거의 소각로(300) 온도인 800 ℃ 이상의 온도까지 예열될 수 있다. 상기 예열된 스트림은 소각로(300)에서 완전 소각 처리된 다음 다른 축열층으로 통과하면서 세라믹 매체에 열을 주어 세라믹 매체를 가열하게 되고 소각로(300) 배출 스트림은 일부 냉각될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30)에서 형성된 혼합 배출 스트림은 공기 스트림을 제1 열교환기(400)에서 열교환시키는 단계(S40)를 거칠 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림은 환류되어 증발기 상부 배출 스트림과 다시 혼합되어 소각로(300)에 공급될 수 있고, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에 공급되어 열교환된 후 대기 중으로 배출될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수는, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림과, 상기 제2 열교환기(410)에서 열교환된 후 증발기로 공급될 수 있다. 상기 제1 열교환기(400) 및 제2 열교환기(410)에서의 열교환은, 서로 다른 두 스트림은 향류(counter-current flow), 병류(co-current flow), 또는 직교류(cross flow)에 의해 서로 열교환이 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열교환기(400)에서는 상기 혼합 배출 스트림은 공기 스트림에 열을 전달하면서 제2 열교환기(410)로 공급되고, 상기 제2 열교환기(410)에서 폐수에 열을 전달한 후 대기로 배출될 수 있으며, 이를 통해, 폐수 소각 공정에서 열을 효과적으로 재활용할 수 있으며, 대기로 배출되는 스트림의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 상기 공기 스트림은 혼합 배출 스트림으로부터 열을 얻어 온도가 상승하고, 이는 소각로(300)로 공급되어 소각로에서 필요한 에너지의 일부를 대체할 수 있다. 또한, 상기 폐수는 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림으로부터 열을 얻어 충분히 가열된 상태로 증발기로 공급될 수 있어, 증발기에서 폐수를 가열하기 위해 요구되는 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 폐수의 온도는 상기 제2 열교환기(410)를 통과하기 전의 폐수의 온도보다 높을 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 상기 폐수는 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림과 제2 열교환기(410)에서 열교환을 하게 된다. 이 때, 상기 폐수는 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림으로부터 열을 제공받음으로써, 제2 열교환기(410)를 통과하면서 온도가 상승하게 된다. 예를 들어, 상기 제2 열교환기(410)를 통과한 폐수의 온도는 50 ℃ 내지 130 ℃, 55 ℃ 내지 120 ℃ 또는 60 ℃ 내지 110 ℃일 수 있다. 이는, 상기 제2 열교환기(410)를 통과하기 전 폐수의 온도인 20 ℃ 내지 40 ℃와 비교하여 현저히 높아진 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제2 소각로 배출 스트림의 온도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 400 ℃ 내지 500 ℃, 420 ℃ 내지 480 ℃ 또는 440 ℃ 내지 460 ℃일 수 있고, 상기 제2 소각로 배출 스트림의 온도는 100 ℃ 내지 250 ℃, 130 ℃ 내지 220 ℃ 또는 170 ℃ 내지 190 ℃일 수 있다. 이와 같이, 소각로(300)에서 배출되는 스트림을 비교적 고온의 제1 소각로 배출 스트림과 저온의 제2 소각로 배출 스트림으로 나누어 에너지를 재활용함으로써, 더욱 효과적으로 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림은 증기 발생장치(500)를 통과한 스트림일 수 있다. 구체적으로, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림은 소각로(300)에서 배출되었을 때는 800 ℃ 내지 1,000 ℃의 고온으로 배출될 수 있으며, 이 때, 상기 고온의 제1 소각로 배출 스트림은 증기 발생장치(500)를 통과하면서 400 ℃ 내지 500 ℃로 온도가 낮아지고, 이 과정에서 열에너지를 스팀을 형성하는데 재활용할 수 있다. 이렇게 제1 소각로 배출 스트림이 증기 발생장치(500)를 통과하면서, 제1 소각로 배출 스트림의 폐열로부터 형성된 스팀은 저장이 가능하며, 다양한 공정에서 열원으로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 소각로 배출 스트림은, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림과, 상기 제3 열교환기(420)에서 열교환될 수 있다. 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림은 제3 열교환기(420)에서 서로 향류(counter-current flow), 병류(co-current flow), 또는 직교류(cross flow)에 의해 서로 열교환이 실시될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림과 제3 열교환기(420)에서 열교환됨으로써, 공기 스트림에 열을 제공하여 폐수 소각의 열원으로서 재활용되고, 동시에 제3 열교환기(420)에서 열교환된 상기 제1 소각로 배출 스트림은 낮아진 온도로 제2 소각로 배출 스트림과 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성할 수 있으며, 상기 혼합 배출 스트림은 공기 스트림과 제1 열교환기(400)에서 열교환함으로써, 더욱 낮은 온도로 대기에 배출될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제3 열교환기(420)를 통과한 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제3 열교환기를 통과하기 전의 제1 소각로 배출 스트림의 온도보다 낮을 수 있다. 구체적으로, 상술한 바와 같이 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제3 열교환기(420)에서 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림과 열교환을 하게 된다. 이 때, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 공기 스트림에 열을 제공함으로써, 제3 열교환기(420)를 통과한 후의 온도는 낮아지게 된다. 예를 들어, 상기 제3 열교환기(420)를 통과한 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 250 ℃ 내지 350 ℃, 270 ℃ 내지 330 ℃ 또는 280 ℃ 내지 300 ℃일 수 있다. 이는, 상기 제1 소각로 배출 스트림의 제3 열교환기(420)를 통과하기 전의 온도인 400 ℃ 내지 500 ℃와 비교하여 낮아진 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 공기 스트림은 제3 열교환기(420)를 통과하여 소각로에 공급될 수 있으며, 상기 제3 열교환기(420)를 통과한 공기 스트림의 온도는 제3 열교환기(420)를 통과하기 전보다 높을 수 있다. 구체적으로, 상기 제3 열교환기(420)를 통과하기 전의 공기 스트림의 온도는 180 ℃ 내지 230 ℃, 190 ℃ 내지 220 ℃ 또는 200 ℃ 내지 210 ℃일 수 있다. 또한, 제3 열교환기(420)를 통과한 후의 공기 스트림의 온도는 250 ℃내지 350 ℃, 260 ℃내지 320 ℃ 또는 270 ℃내지 300 ℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 공기 스트림의 경우, 소각로에서 배출되는 스트림으로부터 제1 열교환기(400) 및 제3 열교환기(420)를 통해 열교환하여 열을 얻음으로써, 고온의 상태로 소각로에 공급될 수 있다. 이 경우, 공기가 상온으로 소각장에 공급되는 경우와 비교하여 소각장에서 가열하기 위해 필요한 에너지를 절약할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기(410)에서 폐수와 열교환한 후에 대기 중으로 배출되며, 상기 대기 중으로 배출되는 스트림의 온도는 125 ℃ 이하일 수 있다 예를 들어, 상기 폐수 소각 공정에서 대기로 배출되는 스트림의 온도는 50 ℃ 내지 120 ℃, 60 ℃ 내지 110 ℃ 또는 65 ℃ 내지 110 ℃일 수 있다. 이는 기존의 축열 소각로를 이용한 폐수 소각 시 대기로 배출되는 스트림의 온도와 비교하여 현저히 낮은 온도이다. 이를 통해, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법에서는 기존의 폐수 소각 공정에서 대기에 고온의 스트림을 배출하는 경우 흰색 연기(백연)이 발생하는 문제점을 해결하였고, 많은 열을 폐수 소각 공정 내에서 재활용하였으며, 이로 인해 많은 양의 에너지를 절약했다는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법은, 상기 고온의 제1 소각로 배출 스트림이 가지고 있는 열을 스팀 발생장치(500)에서 스팀을 형성하는데 1차적으로 재활용하고, 상기 제1 열교환기(400)에서 공기 스트림과 열교환함으로써 2차적으로 재활용하며, 상기 제2 열교환기(410)에서 폐수와 열교환함으로써 3차적으로 재활용함으로써, 에너지를 효과적으로 절약하였다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10)에서, 필요한 경우, 폐수의 가열을 위해 필요한 에너지를 얻기 위해 연료가 투입될 수 있다. 예를 들어, 폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계에서 필요한 열량(에너지)은 5.0 Gcal/hr 이하일 수 있으며, 예를 들어, 상기 증발기에서 요구되는 열량은 0 Gcal/hr 내지 5.0 Gcal/hr, 2 Gcal/hr 내지 5.0 Gcal/hr 또는 4 Gcal/hr 내지 4.8 Gcal/hr일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 배출되는 제2 소각로 배출 스트림의 일부는 소각로(300)로 환류하여 소각로(300)를 예열 및 가열하는데 재활용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)에서 폐수의 소각을 더욱 용이하게 하기 위하여 공기를 더 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 증발기의 하부 배출 스트림은 폐수 처리장으로 이동하고, 상기 폐수 처리장에서 발생하는 가스(off gas)를 소각로(300)에 공급할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법은 폐수의 소각뿐만 아니라, 폐수 처리장에서 발생하는 가스의 소각을 동시에 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 폐수 처리 장치가 제공된다. 상기 폐수 처리 장치는, 공급되는 폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기; 상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기로 공급하는 소각로; 상기 소각로로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기로 공급하는 제3 혼합기; 상기 제3 혼합기로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환하는 제1 열교환기; 및 상기 공급되는 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림을 열교환하고, 열교환된 상기 혼합 배출 스트림을 대기 중으로 배출하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소각로(300)로부터 배출된 제1 소각로 배출 스트림을 열교환하고, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기(220)에 공급하는 제3 열교환기(420)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본 발명에 따른 폐수 소각 장치는 앞서 기재한 폐수 소각 방법에 따른 공정을 실시하기 위한 장치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 본 발명에 따른 폐수 처리 장치는 하기 도 1 내지 도 2를 참조하여 설명할 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수 처리 장치는 공급되는 폐수를 1차로 증발시켜 수증기, 유기물 및 가소성 물질 등을 포함하는 제1 상부 배출 스트림과, 슬러지를 포함하는 제1 하부 배출 스트림으로 분리하는 제1 증발기(100)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 증발기(100)에서 배출된 제2 배출 스트림은 제2 증발기(110)를 이용하여 2차로 증발시켜 제2 상부 배출 스트림과, 제2 하부 배출 스트림으로 분리할 수 있다. 이 때, 제2 하부 스트림은 폐수 처리장으로 이동하며, 제2 상부 스트림은 제1 상부 스트림과 제1 혼합기(200)에서 혼합되어 배출될 수 있다. 상기 제1 혼합기(200)에서 배출된 스트림은 제2 혼합기(210)로 공급되며, 상기 제2 혼합기(210)에서 폐수 처리장에서 발생한 가스(off gas) 및 공기(Fresh Air) 스트림과 함께 혼합될 수 있다. 이 때, 상기 공기 스트림은 제1 열교환기(400), 또는 제1 열교환기(400) 및 제3 열교환기(420)를 통과하면서 열교환을 거친 것일 수 있고, 상기 폐수는 제1 증발기(100)에 공급되기 전에, 제2 열교환기(410)를 통해 열교환될 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수는 제2 열교환기(410)에서 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 배출 스트림과 열교환할 수 있다.

상기 제2 혼합기(210)에서 배출되는 혼합 스트림은 소각로(300)로 이동할 수 있다. 상기 소각로(300)에는 선택적으로 별도의 연료 내지 공기의 투입이 가능할 수 있다. 상기 소각로(300)에서는 제2 혼합기(210)에서 배출되는 혼합 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림으로 온도에 따라 분리하여 배출할 수 있다. 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)에서 혼합될 수 있다. 이 때, 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제3 열교환기(420)에서 열교환된 후 상기 제2 소각로 배출 스트림과 제3 혼합기(220)에서 혼합될 수 있다. 상기 제1 소각로 배출 스트림은 제3 혼합기(220)에 공급되기 전에 증기 발생장치(500)를 통과하면서 스팀을 형성한 후 스트림은 제3 혼합기(220)로 공급될 수 있다. 상기 제3 혼합기(220)에서 혼합된 혼합 스트림은 제1 열교환기(400)로 공급되고, 상기 제1 열교환기(400)에서 공기(Fresh Air) 스트림과 열교환을 거친 후 제2 열교환기(410)로 공급될 수 있으며, 상기 제2 열교환기(410)에서 열교환된 혼합 스트림은 대기로 방출될 수 있다.

상기 제1 열교환기(400), 또는 제1 열교환기(400) 및 제3 열교환기(420)에서 열교환된 공기 스트림은 소각로(300)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 열교환된 공기 스트림은 상기 제2 혼합기(210)에 공급되어, 제1 혼합기(200)에서 공급되는 혼합 스트림과 폐수 처리장에서 배출되는 가스와 혼합된 후 소각로(300)에 공급될 수 있다.

이상, 본 발명에 따른 폐수 소각 방법 및 장치를 기재 및 도면에 도시하였으나, 상기의 기재 및 도면의 도시는 본 발명을 이해하기 위한 핵심적인 구성만을 기재 및 도시한 것으로, 상기 기재 및 도면에 도시한 공정 및 장치 이외에, 별도로 기재 및 도시하지 않은 공정 및 장치는 본 발명에 따른 폐수 소각 방법 및 장치를 실시하기 위해 적절히 응용되어 이용될 수 있다.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것이며, 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

도 1에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 하였다.

이 때, 제1 증발기로 공급되는 폐수의 온도는 30 ℃로, 압력은 0.2 kg/sqcmg으로, 질량유량은 10,000 kg/hr으로 설정하였고,폐수의 성분은 87.57 중량비의 물과 4.90 중량비의 메탄올, 2.33 중량비의 부탄올, 1.65 중량비의 네오펜틸글라이콜(NPG), 2.91 중량비의 염화나트륨, 그외 수량의 부틸알데하이드, 옥탄올, 트리메틸아민 등을 포함되어 있다.

또한, 소각로로 공급되는 공기 스트림은 20 ℃로 설정하였고, 조성은 21 몰질량비의 산소와 79 몰질량비의 질소로 설정하였고, 폐수의 성분은 물 87.57 중량%, 메탄올 4.90 중량%, 부탄올 2.33%, 네오펜틸글라이콜(NPG) 1.65 중량%, 염화나트륨 2.91 중량% 및 부틸알데하이드, 옥탄올, 트리메틸아민 등을 포함하는 유기물 0.64 중량%로 이루어져 있다.

또한, 소각로로 공급되는 공기 스트림은 20 ℃로 설정하였고, 조성은 산소 21 몰% 및 질소 79 몰%로 설정하였다.

실시예 2

도 2에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

비교예

도 3에 도시된 공정 흐름도에 대하여, ASPENTECH 社의 ASPEN Plus 시뮬레이터를 이용하여, 공정을 시뮬레이션 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다 도 3은 본원에 따른 폐수 소각 공정에 있어서, 제2 열교환기 내지 제3 열교환기를 제거한 경우의 공정 흐름도이다.

실험예

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에 따른 공정 시뮬레이션 결과, 공정 흐름에 따른 각각의 스트림에 대한 온도를 하기 표 1에 나타내었으며, 제1 증발기(100)의 소비 열량을 하기 표 2에 나타내었다.

스트림	온도(℃)
스트림	실시예 1	실시예 2	비교예
폐수	30.0	30.0	30.0
제2 열교환기에서 제1 증발기로 공급되는 스트림	100.0	64.2	-
제1 증발기의 상부 배출 스트림	102.0	102.0	102.0
제1 증발기의 하부 배출 스트림	102.0	102.0	102.0
제2 증발기의 상부 배출 스트림	105.4	105.4	105.4
제2 증발기의 하부 배출 스트림	105.4	105.4	105.4
제1 혼합기의 배출 스트림	120.0	120.0	120.0
폐수 처리장 off gas 공급 스트림	90.0	90.0	90.0
제1 열교환기에서 제2 혼합기로 공급되는 스트림	193.2	-	193.2
제1 열교환기에서 제3 열교환기로 공급되는 스트림	-	208.5	-
제3 열교환기에서 제2 혼합기로 공급되는 스트림	-	287.6	-
소각로로 공급되는 스트림	171.7	240.3	171.7
소각로에서 증기 발생장치로 공급되는 스트림	903.0	900.9	903.0
증기 발생장치에서 제3 혼합기로 공급되는 스트림	450.0	-	450.0
증기 발생장치에서 제3 열교환기로 공급되는 스트림	-	450.0	-
제3 열교환기에서 제3 혼합기로 공급되는 스트림	-	292.6	-
소각로에서 제3 혼합기로 공급되는 스트림	180.0	180.0	180.0
제3 혼합기에서 제1 열교환기로 공급되는 스트림	273.4	218.5	273.4
제1 열교환기에서 제2 열교환기로 공급되는 스트림	155.0	87.3	-
제1 열교환기에 공급되는 공기 스트림	20.0	20.0	20.0
제1 열교환기에서 대기로 방출되는 스트림	-	-	155.0
제2 열교환기에서 대기로 방출되는 스트림	105.0	69.2	-

	실시예 1	실시예 2	비교예
제1 증발기의 소비 열량 (Gcal/hr)	4.101	4.694	5.023

먼저, 상기 표 1을 참조하여, 실시예 1 및 2에 따른 폐수 소각 공정 흐름과 비교예에 따른 폐수 소각 공정 흐름을 비교하면, 제2 열교환기(410) 내지 제3 열교환기(420)를 설치함으로써, 대기로 방출되는 스트림의 온도, 제1 증발기(100)에 공급되는 스트림의 온도에 큰 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다.

구체적으로, 실시예 1 및 2의 폐수 소각 공정에서, 제2 열교환기(410)를 설치함으로써, 제1 열교환기(400)에서 열교환된 혼합 스트림을 바로 대기로 방출하는 것이 아니라, 상기 열교환된 혼합 스트림을 제2 열교환기(410)에 공급하여 폐수와 다시 한번 열교환시킨 후 대기로 방출시킨다. 반면, 제2 열교환기(410)를 설치하지 않은 비교예의 폐수 소각 공정의 경우에는 제1 열교환기(400)에서 열교환된 혼합 스트림이 바로 대기로 방출하게 된다. 따라서, 실시예 1 내지 실시예 2 및 비교예의 폐수 소각 공정에서 대기로 배출되는 스트림의 온도는 각각 105.0 ℃, 69.2 ℃ 및 155.0 ℃로, 실시예 1 및 2의 경우 비교예의 대기 배출 온도와 비교하여 현저히 낮은 것을 알 수 있다. 특히, 제2 열교환기(410)와 더불어 제3 열교환기(420)가 설치된 실시예 2의 경우, 공정 내에서 열을 더욱 효과적으로 재사용하여 대기 배출 스트림의 온도가 더욱 낮은 것을 알 수 있다. 결과적으로, 실시예 1 및 2에서는 제2 열교환기(410) 내지 제3 열교환기(420)를 설치함으로써, 50 ℃ 내지 85.8 ℃에 대응하는 열을 재활용하여 폐수를 예열함으로써, 증발기에서 폐수를 가열하기 위해 필요한 열량을 절약할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 폐수는 제1 증발기(100)에 공급되는데, 상기 실시예 1 및 2의 폐수 소각 공정에서는 상기 폐수를 제2 열교환기(410)에서 예열한 후에 제1 증발기(100)로 공급하게 된다. 반면, 제2 열교환기(410)를 설치하고 있지 않은 비교예의 경우에는 폐수를 바로 제1 증발기(100)로 공급하게 된다. 구체적으로, 비교예의 경우, 30.0 ℃의 폐수를 바로 제1 증발기(100)로 공급하나, 실시예 1 및 실시예 2의 경우에는 폐수를 제2 열교환기(410)에서 제1 열교환기(400)를 통과한 혼합 스트림과 열교환시킨 후에 제1 증발기(100)로 공급하게 된다. 이 때, 실시예 1 및 실시예 2의 상기 제2 열교환기(410)에서 열교환된 폐수의 온도는 각각 100.0 ℃ 및 64.2 ℃로, 비교예와 비교하여 현저히 높은 온도인 것을 알 수 있다.

또한, 제3 열교환기(420)가 설치된 실시예 2의 경우, 공기 스트림이 제1 열교환기(400)에서 제3 혼합기(220)로부터 공급되는 스트림과 열교환하고, 상기 제1 열교환기(400)에서 열교환된 공기 스트림은 제3 열교환기(420)에서 제1 소각로 배출 스트림과 다시 열교환하게 된다. 이렇게 제1 열교환기(400) 및 제3 열교환기(420)를 통과하면서 열을 얻은 공기 스트림은 소각로(300)로 다시 공급되게 되는데, 이 경우에 공기 스트림의 온도는 240.3 ℃로, 비교예의 171.7 ℃와 비교하여 현저한 온도 차이를 보이며, 상기 온도 차이만큼 소각로(300)에서 폐수를 소각하기 위해 필요한 열을 절약할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 제2 열교환기(410) 내지 제3 열교환기(420)의 설치 여부에 따른 에너지 절감 효과는 상기 표 2를 통해서도 확인할 수 있다. 상기 표 2를 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 경우 제1 증발기(100)에서 사용된 열량이 각각 4.101 Gcal/hr 및 4.694 Gcal/hr로, 비교예의 제1 증발기(100)에서 사용된 열량인 5.023 Gcal/hr와 비교하면 0.329 Gcal/hr 내지 0.922 Gcal/hr 정도 에너지를 절감하였다는 것을 알 수 있다.

100: 제1 증발기 110: 제2 증발기
200: 제1 혼합기 210: 제2 혼합기
220: 제3 혼합기 300: 소각로
400: 제1 열교환기 410: 제2 열교환기
420: 제3 열교환기 500: 증기 발생장치

Claims

폐수를 증발기에 공급하여 증발시키는 단계(S10);
상기 증발기에서 배출되는 증발기 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하여 소각시키는 단계(S20);
상기 소각로에서 배출되는 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합하여 혼합 배출 스트림을 형성하는 단계(S30); 및
상기 혼합 배출 스트림과 공기 스트림을 제1 열교환기에서 열교환시키는 단계(S40)를 포함하되,
상기 제1 소각로 배출 스트림의 온도는 상기 제2 소각로 배출 스트림의 온도보다 높고,
상기 제1 소각로 배출 스트림은 제3 열교환기에 의하여 상기 제1 열교환기를 통과한 공기 스트림과 열교환된 후 제2 소각로 배출 스트림과 혼합되어 혼합 배출 스트림을 형성하며,
상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림은 제2 열교환기에서 열교환된 후 대기 중으로 배출되는 것인 폐수 소각 방법.
제1항에 있어서,
상기 폐수는, 상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림과, 상기 제2 열교환기에서 열교환되는 것인 폐수 소각 방법.
제2항에 있어서,
상기 제2 열교환기에서 열교환된 폐수는 상기 증발기로 공급되는 것인 폐수 소각 방법.
제2항에 있어서,
상기 제2 열교환기를 통과한 폐수의 온도는 상기 제2 열교환기를 통과하기 전의 폐수의 온도보다 높은 것인 폐수 소각 방법.
제2항에 있어서,
상기 제2 열교환기를 통과한 폐수의 온도는 50 ℃ 내지 130 ℃인 폐수 소각 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 대기 중으로 배출되는 스트림의 온도는 125 ℃ 이하인 폐수 소각 방법.
폐수를 증발시키고, 증발된 상부 배출 스트림을 소각로에 공급하는 증발기;
상기 증발기로부터 상부 배출 스트림이 공급되고, 상기 증발기 상부 배출 스트림을 소각하여 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기로 공급하는 소각로;
상기 소각로로부터 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림이 공급되고, 상기 제1 소각로 배출 스트림과 제2 소각로 배출 스트림을 혼합한 혼합 배출 스트림을 제1 열교환기로 공급하는 제3 혼합기;
상기 제3 혼합기로부터 공급된 혼합 배출 스트림과, 공급된 공기 스트림을 열교환하는 제1 열교환기; 및
상기 제1 열교환기를 통과한 혼합 배출 스트림과 폐수를 열교환시키고, 열교환된 상기 혼합 배출 스트림을 대기 중으로 배출시키며, 상기 열교환된 폐수를 증발기에 공급하는 제2 열교환기를 포함하고,
상기 소각로로부터 배출된 제1 소각로 배출 스트림 및 제2 소각로 배출 스트림 중 온도가 높은 제1 소각로 배출 스트림을 상기 제1 열교환기를 통과한 공기 스트림과 열교환시키고, 열교환된 제1 소각로 배출 스트림을 제3 혼합기에 공급하는 제3 열교환기를 더 포함하는 폐수 소각 장치.
삭제
삭제
제9항에 있어서,
상기 소각로는 축열 소각로(Regeneration Thermal Oxidizer)인 것인 폐수 소각 장치.