KR102531247B1 - 패각 자원화 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 패각 자원화 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패각에 함유된 염분을 제거하여 패각을 자원화할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 패각에 함유된 염분을 규산염과 결합시켜 효율적으로 제거하면서 악취를 저감할 수 있으며, 특히 패각으로부터 생석회로 생성 및 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 차아염소산나트륨, 수소 등으로 별도 회수가 가능하여 폐기되고 있던 패각을 효율적으로 자원화할 수 있는 것을 기술적 요지로 한다.
이러한 본 발명에 따르면, 패각에 함유된 염분을 규산염과 결합시켜 효율적으로 제거하면서 악취를 저감할 수 있으며, 특히 패각으로부터 생석회로 생성 및 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 차아염소산나트륨, 수소 등으로 별도 회수가 가능하여 폐기되고 있던 패각을 효율적으로 자원화할 수 있는 것을 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 패각 자원화 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패각에 함유된 염분을 제거하여 패각을 자원화할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
국내 남해, 서해의 주변 연안에서 굴, 꼬막, 바지락 등의 패류 양식이 이루어지고 있으며, 양식된 패류의 출하에 있어서 대부분 껍질을 제거한 후에 내용물만을 판매하고 있으며, 패류 집하장 등의 주변에는 막대한 패각이 폐기물로 남게 된다. 내용물이 완전히 제거된 패각은 특별한 용도로 활용되지 못하고 전량 폐기처분되고 있어, 매년 25만 내지 30만 톤이 배출됨에 따라 새로운 해양 오염원이 되고 있다.
이에, 패각을 굴 종패용과 비료 등으로 활용할 수 있는 방안들이 마련되어 있기는 하나 대부분 매립하여 폐기처분하는 방식으로는, 매립지의 확보, 패각의 수거와 운반비 등의 과다로 효과적인 처리가 불가능하다.
육상 매립의 경우에는 주변의 지하수가 센물로 바뀌게 되고 공유수면의 매립의 경우에는 연안의 어장이 축소되어 어민의 소득을 감소시키는 원인이 되고 있다. 패각을 해안가에 방치할 경우에는 패각에 붙어 있는 유기물의 부패와 악취로 위생상 큰 공해를 일으키고 있다.
특히 패각은 오랜 시간 동안 수하 양식된 패류의 껍질이므로, 그 조직에는 염분과 같은 바닷물 성분이 다량 함유되어 있기 때문에 농업용은 물론 기타 용도로 직접적으로 사용하기 어려운 문제점이 있다.
최근 들어 산성비 중화, 적조 제어, 인 제거 등이나 수질 정화에 패각이 활용되기 시작하였고, 일부 콘크리트 원료, 도로 등으로부터 기능성 건축 내장재로 활용하는 사례가 보고되고 있으나 그 양이 미미할 뿐만 아니라 모두 압축시켜 밀집형 건자재를 제조하는 것에 그치고 있다. 패각이 고온 처리되지 않고 압축만 하여 제조되는 건자재용으로 사용될 경우에는 가공 후 염분이나 바닷물 성분에 의해 곰팡이가 번식되기 때문에, 노천에서 약 2 내지 3년의 방치가 필요하다.
이처럼 패각에 붙어 있는 해조류 등 이물질과 염분에 의해 악취가 발생하여 위생상 심각한 문제점이 발생하고 있으며, 이를 해결하고자 현재 패각 폐기물에서 생산되는 석회를 폐기물 매립지 복토재, 토양 개량제, 중화제 등으로 사용되고 있으나 그 효능과 방법에 대한 부정적 인식 때문에 적극적으로 활용되지 못하고 있는 실정이므로, 패각의 염분을 제거하여 자원화할 수 있는 기술개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 패각에 함유된 염분을 제거하여 패각을 자원화할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 세척한 후 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 1차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 단계; 상기 1차 슬러지를 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 상기 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 단계; 상기 2차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 상기 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 단계; 상기 3차 슬러지를 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 상기 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 단계; 및 상기 잔여 3차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 4차 패각 분말을 전기분해하여 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 단계;를 포함하여, 상기 염분이 상기 규산염에 결합된 상태로 제거되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 방법을 제공한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 수집 및 저장하는 전처리부; 상기 전처리부의 인접하게 설치되어 상기 전처리부로부터 패각을 이송받아 세척하는 세척부; 상기 세척부의 인접하게 설치되어 상기 세척부로부터 패각을 이송받아 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하는 1차 세라믹 분쇄기와, 상기 1차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용된 상태에서 상기 1차 패각 분말을 공급받아 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 1차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 1차 패각처리부; 상기 1차 패각처리부의 인접하게 설치되어 상기 1차 슬러지를 이송받아 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하는 2차 세라믹 분쇄기와, 상기 2차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 상기 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 2차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 2차 패각처리부; 상기 2차 패각처리부의 인접하게 설치되어 상기 2차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하는 3차 세라믹 분쇄기와, 상기 3차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 상기 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 3차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 3차 패각처리부; 상기 3차 챔버로부터 상기 3차 슬러지를 이송받아 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 상기 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 생석회 분리부; 및 상기 생석회 분리부로부터 상기 잔여 3차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 4차 패각 분말을 전기분해장치로 전기분해시키는 4차 챔버로부터 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 4차 패각처리부;를 포함하고, 상기 염분이 상기 규산염에 결합된 상태로 제거되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전기분해장치는 코일형 또는 삿갓형 전기분해장치에 의해 실시되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버의 내부에는 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어진 산기수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버의 내부에는 공기를 버블링하는 폭기수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 세라믹 분쇄기는 세라믹 소재로 이루어진 그라인드형인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버 각각의 하측 내부에는 비상용 배출구가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 실리카는 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버에 연결 설치되는 원심분리형 실리카 분리 여과부에 의해 분리 및 여과되어 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 패각에 함유된 염분을 규산염과 결합시켜 효율적으로 제거하면서 악취를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 패각으로부터 생석회로 생성 및 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 차아염소산나트륨, 수소 등으로 별도 회수가 가능하여 폐기되고 있던 패각을 효율적으로 자원화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 패각 자원화 장치를 나타낸 공정도.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 패각 자원화 장치를 공정도로 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 패각 자원화 장치는 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 수집 및 저장하는 전처리부(100); 전처리부(100)의 인접하게 설치되어 전처리부(100)로부터 패각을 이송받아 세척하는 세척부(200); 세척부(200)의 인접하게 설치되어 세척부(200)로부터 패각을 이송받아 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하는 1차 세라믹 분쇄기(310)와, 1차 세라믹 분쇄기(310)와 연결 설치되어 물이 수용된 상태에서 1차 패각 분말을 공급받아 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 1차 챔버(320)를 포함하여, 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 1차 패각처리부(300); 1차 패각처리부(300)의 인접하게 설치되어 1차 슬러지를 이송받아 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하는 2차 세라믹 분쇄기(410)와, 2차 세라믹 분쇄기(410)와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 2차 챔버(420)를 포함하여, 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 2차 패각처리부(400); 2차 패각처리부(400)의 인접하게 설치되어 2차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하는 3차 세라믹 분쇄기(510)와, 3차 세라믹 분쇄기(510)와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 3차 챔버(520)를 포함하여, 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 3차 패각처리부(500); 3차 챔버(520)로부터 3차 슬러지를 이송받아 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 생석회 분리부(600); 생석회 분리부(600)로부터 잔여 3차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 4차 패각 분말을 전기분해장치로 전기분해시키는 4차 챔버(710)로부터 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 4차 패각처리부(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이 구성된 패각 자원화 장치에 따르면, 본 발명의 패각 자원화 방법은 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 세척한 후 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하고, 물에 1차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 단계(S10); 1차 슬러지를 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 단계(S20); 2차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 단계(S30); 3차 슬러지를 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 단계(S40); 잔여 3차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 4차 패각 분말을 전기분해하여 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 단계(S50);를 포함하여 이루어진다.
상술한 제조방법에 따르면 먼저, 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 세척한 후 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하고, 물에 1차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리한다(S10).
이를 위해 우선 바다에서 채취한 조개류의 패각을 2 내지 4mm 범위의 자갈 크기로 파쇄하여 전처리부(100)에 수집한다. 전처리부(100)에 수집된 패각을 정수기(P)에 의해 정수된 물이 공급되고 있는 세척부(200)로 이송시켜 세척하며, 이때 발생한 폐수는 가압 부상시켜 이물질(해수 찌꺼기 등)을 파이브(25)를 통해 하수 처리하며, 패각은 1차 패각처리부(300)로 이송한다.
패각은 세척부(200)와 1차 챔버(320)의 사이에 설치된 1차 세라믹 분쇄기(310)를 통과하면서 수돗물을 1차 챔버(320)에 연결 설치된 정수기(P)에 의해 정수 처리한 초순수로 세척된 후 1 내지 100mesh로 파쇄하여 1차 패각 분말로 제조할 수 있다.
이어서 40 내지 80℃ 하에서 1차 챔버(320)에서 1차 패각 분말과 물을 5시간 동안 교반시키는 과정으로 이루어진다. 이 과정에서는 산기수단(20)이 이용되며, 송풍기를 통하여 산소를 공급하여 교반이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 산기수단(20)의 경우 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
이어서 40 내지 80℃ 하에서 1차 챔버(320)에서 1차 패각 분말과 물을 5시간 동안 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 과정이 이루어진다.
이 과정에서는 산기수단(20)과 전기분해장치(10)가 이용되며, 송풍기를 통하여 산소를 공급하여 교반이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 산기수단(20)의 경우 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전기분해장치(10)는 막대형 전극을 사용하는 전기분해 장치(10)를 사용하는 것이 일반적이지만, 전기분해 작용면적을 증가시키기 위하여 막대형 전극을 코일형 전극이나 삿갓형 전극으로 형성시킨 코일형 전기분해장치(10-1) 또는 삿갓형 전기분해장치(10-2)를 선택하여 전기분해 효율을 증가시킬 수도 있다.
도 1의 실시예에서는 상기 전기분해장치(10)의 선택적인 사용을 예시하기 위하여 각 패각처리부마다 다른 전기분해장치(10, 10-1, 10-2)가 도시되어 있다.
이 과정에서는 산기수단(20)과 전기분해장치(10)가 이용되며, 송풍기를 통하여 산소를 공급하여 교반이 균일하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 산기수단(20)의 경우 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전기분해장치(10)는 막대형 전극을 사용하는 전기분해 장치(10)를 사용하는 것이 일반적이지만, 전기분해 작용면적을 증가시키기 위하여 막대형 전극을 코일형 전극이나 삿갓형 전극으로 형성시킨 코일형 전기분해장치(10-1) 또는 삿갓형 전기분해장치(10-2)를 선택하여 전기분해 효율을 증가시킬 수도 있다.
도 1의 실시예에서는 상기 전기분해장치(10)의 선택적인 사용을 예시하기 위하여 각 패각처리부마다 다른 전기분해장치(10, 10-1, 10-2)가 도시되어 있다.
정수기(P)는 도 1에 도시되어 있지 않으나, 후속 2, 3, 4 차 폐각 처리공정에 동일하게 적용될 수 있다.
1차 패각처리부(300)에서는 수소, 수용성 염분이 포함된 처리수가 부산물로 발생되며, 수소(즉 브라운 가스)는 필터부(800)를 거쳐 그린수소 저장조(810)에 별도로 포집되고, 이때 필터부(800)를 거쳐 수소와 분리된 혼합가스는 별도의 혼합가스 저장조(820)에 저장된다. 최종 처리수로부터 분리되는 1차 슬러지를 수득할 수 있게 된다. 단, 1차 챔버(320)의 하부에는 비상 시 처리하지 못한 슬러지 또는 처리수를 버릴 수 있는 비상용 배출구(V)가 설치되는 것이 바람직하다.
1차 패각처리부(300)에서는 전기분해에 의하여 수소, 수용성 염분이 포함된 처리수가 부산물로 발생되며, 수소(즉 브라운 가스)는 필터부(800)를 거쳐 그린수소 저장조(810)에 별도로 포집되고, 이때 필터부(800)를 거쳐 수소와 분리된 혼합가스는 별도의 혼합가스 저장조(820)에 저장된다. 최종 처리수로부터 분리되는 1차 슬러지를 수득할 수 있게 된다. 단, 1차 챔버(320)의 하부에는 비상 시 처리하지 못한 슬러지 또는 처리수를 버릴 수 있는 비상용 배출구(V)가 설치되는 것이 바람직하다.
2차 패각처리부(400)에 공기를 송풍하여 산소를 공급하면서 히터를 이용하여 60 내지 70℃로 4 내지 6시간 동안 물의 존재 하에 1차 슬러지 교반이 이루어진다.
교반 시 2차 패각처리부(400)의 2차 챔버(420)에 규산염이 투입된다. 규산염은 규소를 포함하는 수용성 규산염일 수 있으며, 예컨대 자연 일산화규소(SiO)일 수 있다.
이와 같은 2차 패각처리부(400)에서 코일형 전기분해수단(10)에 의해 전기분해 후 수소(즉 브라운 가스), 수용성 염분이 포함된 처리수, 이산화규소(SiO2)가 발생하고, 수소는 필터부(800)를 거쳐 그린수소 저장조(810)로 별도 포집하고, 필터부(800)를 거쳐 실리카 분리 여과부(900)의 실리카 분리조(910)에서 분리되고, 실리카 분리조(910)의 일측에 설치된 실리카 여과조(920)에서 여과된 후, 실리카 저장조(930)에 저장된다. 실리카 여과조(920)에는 원심분리형 여과기가 설치되는 것이 바람직하다.
처리수는 배출하면서 처리수로부터 2차 슬러지를 수득할 수 있게 된다. 2차 패각처리부(400)에서 발생되는 이산화규소는 본 공정에 재사용할 수 있다. 단, 2차 챔버(420)의 하부에는 비상 시 처리하지 못한 슬로지 또는 처리수를 버릴 수 있는 비상용 배출구(V)가 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 2차 패각처리부(400)에서 전기분해장치에 의해 전기분해 후 수소(즉 브라운 가스), 수용성 염분이 포함된 처리수, 이산화규소(SiO2)가 발생하고, 수소는 필터부(800)를 거쳐 그린수소 저장조(810)로 별도 포집하고, 필터부(800)를 거쳐 실리카 분리 여과부(900)의 실리카 분리조(910)에서 분리되고, 실리카 분리조(910)의 일측에 설치된 실리카 여과조(920)에서 여과된 후, 실리카 저장조(930)에 저장된다. 실리카 여과조(920)에는 원심분리형 여과기가 설치되는 것이 바람직하다.
도 1의 실시예에서는 상기 2차 패각처리부(400)에서 사용되는 전기분해장치(10)로서 코일형 전기분해장치(10-1)가 예시적으로 도시되어 있다.
도 1의 실시예에서는 상기 2차 패각처리부(400)에서 사용되는 전기분해장치(10)로서 코일형 전기분해장치(10-1)가 예시적으로 도시되어 있다.
3차 슬러지를 수득하기 위하여 3차 패각처리부(500)가 준비되고, 3차 패각처리부(500)의 3차 챔버(520)에는 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어진 산기수단(20)과 전기분해수단(10)이 구비된 것으로, 산기수단(20)은 공기를 송풍기를 통하여 3차 챔버(520) 내부로 산소 공급을 하고, 전기분해수단(10)은 코일형 전극과 정류기를 이용하여 2차 슬러지를 전기분해한다. 이때 히터를 이용하여 70 내지 75℃로 4 내지 6시간 동안 처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
2차 패각처리부(400)의 2차 챔버(420)에서와 마찬가지로 3차 패각처리부(500)의 3차 챔버(520)에도 규산염이 공급되는데, 이때 공급되는 규산염은 이산화규소(SiO2)일 수 있다.
전기분해 후 3차 패각처리부(500)의 3차 챔버(520)에서는 수소(브라운 가스), 수용성 염분이 포함된 처리수, 이산화규소가 부산물로 발생하며, 수소는 필터부(800)를 거쳐 그린수소 저장조(810)에서 별도로 포집하고, 처리수는 배출시키며, 이산화규소는 실리카 분리 여과부(900)의 실리카 분리조(910)로 이송된 후 원심분리형 여과기가 구비된 실리카 여과조(920)를 거쳐 실리카 저장조(930)에 저장되는 과정으로 다시 포집하여 본 단계에 재사용하거나 기타 용도로 자원화시킬 수 있다. 이에 따라 처리수로부터 3차 슬러지를 분리할 수 있게 된다. 단, 3차 챔버(520)의 하부에는 비상 시 처리하지 못한 슬러지 또는 처리수를 버릴 수 있는 비상용 배출구(V)가 설치되는 것이 바람직하다.
3차 슬러지를 수득하기 위하여 3차 패각처리부(500)가 준비되고, 3차 패각처리부(500)의 3차 챔버(520)에는 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어진 산기수단(20)과 전기분해장치(10)가 구비된 것으로, 산기수단(20)은 공기를 송풍기를 통하여 3차 챔버(520) 내부로 산소 공급을 하고, 전기분해장치(10)는 코일형 전극 또는 삿갓형 전극과 정류기를 이용하여 2차 슬러지를 전기분해할 수 있으며 도 1의 실시예에서는 3차 패각처리부(500)의 전기분해장치(10)로 삿갓형 전극과 정류기를 이용하여 3차 슬러지를 전기분해하는 삿갓형 전기분해장치(10-2)가 예시되어 있다.
이때 히터를 이용하여 70 내지 75℃로 4 내지 6시간 동안 처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
이때 히터를 이용하여 70 내지 75℃로 4 내지 6시간 동안 처리가 이루어지는 것이 바람직하다.
본 단계는 3차 패각처리부(500)와 4차 패각처리부(700)의 사이에 설치되는 생석회 분리부(600)에서 이루어진다. 생석회 분리부(600)는 3차 패각처리부(500)의 3차 챔버(520)와 4차 패각처리부(700)의 4차 챔버(710) 사이에 설치되고, 생석회 분리부(600)의 내부에는 마이크로 웨이브를 발생시키는 폭기수단(30)에 의해 전기분해를 촉진시킬 수 있게 된다.
생석회 분리부(600)에서 40 내지 90℃의 조건으로 패각과 물을 교반시키고, 패각의 주성분인 탄산칼슘이 소성되는 과정에서 이산화탄소(CO2)는 방출되고 케익 상태의 생석회(CaO)를 탈수건조기(610)로 이송되면서 처리수로부터 생석회 분말을 분리 및 탈수하고 포장기(620)에서 최종 생석회 분말을 포장 및 출하할 수 있다. 생석회 분말의 경우 내장재, 시멘트 등 다양한 용도로 활용될 수 있다. 생석회가 생성되는 과정은 하기 식 1과 같이 진행될 수 있다.
[식 1]
CaCO3 → CaO + CO2
앞서 1차 패각처리, 2차 패각처리 및 3차 패각처리 과정을 거쳐, 특히 전기분해 결과로 염분(예컨대, 나트륨)이 처리수로 배출되었기 때문에 생석회는 매우 순수한 성분으로 생성될 수 있다.
특히 규소를 포함하는 수용성 규산염과 염분의 나트륨이 결합하면 하기 식 2와 같이 반응될 수 있다.
[식 2]
H2SiO3 + NaCl → Na2(SiO3) + HCl
생석회 분말로부터 분리된 처리수는 4차 패각처리부(700)로 이송시켜 마무리한다. 또한, 염분이 제거된 생석회의 염도는 건축자재 염도제한치인 0.03% 이하인 0.017%까지 저감됨을 알 수 있었다.
마지막으로, 잔여 3차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 4차 패각 분말을 전기분해하여 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수한다(S50).
생석회로부터 분리된 잔여 3차 슬러지를 4차 패각처리부(700)의 4차 챔버(710)로 이송하고, 4차 챔버(710)에는 전기분해수단(10), 산기수단(20) 및 폭기수단(30)이 구비될 수 있으며, 산기수단(20)은 공기를 송풍기를 통하여 4차 챔버(710) 내부로 산소를 공급하고, 폭기수단(30)은 초음파 버블링시켜 용존산소량을 증가시키며, 전기분해수단(10)은 삿갓형 전기분해장치로써 사각형 전극과 정류기를 이용하여 3차 슬러지를 전기분해한다. 이로써 차아염소산나트륨과 수소, 규산염 슬러지로 각각 분리하여 그린수소 저장조(720)에 수소를 포집하고, 강력한 살균, 소독력을 갖는 차아염소산나트륨을 차염산 저장조(730)에 저장하며, 규산염 슬러지 저장조(740)에 규산염 슬러지를 회수하여 저장할 수 있다.
4차 챔버(710)에서 전기분해는 하기 식 3과 같이 반응이 이루어진다.
[식 3]
전해조 반응:
NaCl + H2O → NaClO + H2 ↑
생석회로부터 분리된 잔여 3차 슬러지를 4차 패각처리부(700)의 4차 챔버(710)로 이송하고, 4차 챔버(710)에는 전기분해장치(10), 산기수단(20) 및 폭기수단(30)이 구비될 수 있으며, 산기수단(20)은 공기를 송풍기를 통하여 4차 챔버(710) 내부로 산소를 공급하고, 폭기수단(30)은 초음파 버블링시켜 용존산소량을 증가시킨다.
도 1의 실시예에서 상기 4차 챔버(710)의 전기분해장치(10)는 삿갓형 전극과 정류기를 이용하여 3차 슬러지를 전기분해하는 삿갓형 전기분해장치(10-2)가 예시되어 있다.
이로써 차아염소산나트륨과 수소, 규산염 슬러지로 각각 분리하여 그린수소 저장조(720)에 수소를 포집하고, 강력한 살균, 소독력을 갖는 차아염소산나트륨을 차염산 저장조(730)에 저장하며, 규산염 슬러지 저장조(740)에 규산염 슬러지를 회수하여 저장할 수 있다.
도 1의 실시예에서 상기 4차 챔버(710)의 전기분해장치(10)는 삿갓형 전극과 정류기를 이용하여 3차 슬러지를 전기분해하는 삿갓형 전기분해장치(10-2)가 예시되어 있다.
이로써 차아염소산나트륨과 수소, 규산염 슬러지로 각각 분리하여 그린수소 저장조(720)에 수소를 포집하고, 강력한 살균, 소독력을 갖는 차아염소산나트륨을 차염산 저장조(730)에 저장하며, 규산염 슬러지 저장조(740)에 규산염 슬러지를 회수하여 저장할 수 있다.
산화 반응(+): 2Cl- → Cl2(g) + 2e-
환원 반응(-): 2H2O(ℓ) + 2e- → H2(g) + 2OH-
용액 반응: 2NaOH + Cl2 → NaCl + NaClO + H2O
상기와 같은 반응을 통해 패각에 함유되어 있던 염분이 전기분해되는 과정에서 규산염에 결합된 상태로 제거될 수 있게 된다.
정리하면, 본 발명은 패각을 자원화할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것으로, 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 전기분해하여 규산염에 염분을 흡착 및 결합시켜 염분을 제거한 생석회로 회수하고, 또한 차아염소산나트륨, 규산염 슬러지, 수소로 포집 및 회수하여 패각을 자원화할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전처리부
200: 세척부
300: 1차 패각처리부
310: 1차 세라믹 분쇄기
320: 1차 챔버
400: 2차 패각처리부
410: 2차 세라믹 분쇄기
420: 2차 챔버
500: 3차 패각처리부
510: 3차 세라믹 분쇄기
520: 3차 챔버
600: 생석회 분리부
610: 탈수건조기
620: 포장기
700: 4차 패각처리부
710: 4차 챔버
720: 그린수소 저장조
730: 차염산 저장조
740: 규산염 슬러지 저장조
800: 필터부
810: 그린수소 저장조
820: 혼합가스 저장조
900: 실리카 분리 여과부
910: 실리카 분리조
920: 실리카 여과조
930: 실리카 저장조
10: 전기분해수단
20: 산기수단
30: 폭기수단
P: 정수기
V: 비상용 배출구
200: 세척부
300: 1차 패각처리부
310: 1차 세라믹 분쇄기
320: 1차 챔버
400: 2차 패각처리부
410: 2차 세라믹 분쇄기
420: 2차 챔버
500: 3차 패각처리부
510: 3차 세라믹 분쇄기
520: 3차 챔버
600: 생석회 분리부
610: 탈수건조기
620: 포장기
700: 4차 패각처리부
710: 4차 챔버
720: 그린수소 저장조
730: 차염산 저장조
740: 규산염 슬러지 저장조
800: 필터부
810: 그린수소 저장조
820: 혼합가스 저장조
900: 실리카 분리 여과부
910: 실리카 분리조
920: 실리카 여과조
930: 실리카 저장조
10: 전기분해수단
20: 산기수단
30: 폭기수단
P: 정수기
V: 비상용 배출구
Claims (8)
- 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 세척한 후 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 1차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 단계;
상기 1차 슬러지를 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 상기 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 단계;
상기 2차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하고, 물에 규산염을 투입하여 상기 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해하여 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 단계;
상기 3차 슬러지를 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 상기 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 단계; 및
상기 잔여 3차 슬러지를 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 4차 패각 분말을 전기분해하여 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 단계;를 포함하여,
상기 염분이 상기 규산염에 결합된 상태로 제거되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 방법. - 탄산칼슘을 주성분으로 하고 염분이 함유된 패각을 수집 및 저장하는 전처리부;
상기 전처리부의 인접하게 설치되어 상기 전처리부로부터 패각을 이송받아 세척하는 세척부;
상기 세척부의 인접하게 설치되어 상기 세척부로부터 패각을 이송받아 1 내지 100mesh 범위로 파쇄하여 1차 패각 분말을 제조하는 1차 세라믹 분쇄기와, 상기 1차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용된 상태에서 상기 1차 패각 분말을 공급받아 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 1차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 1차 슬러지를 분리하는 1차 패각처리부;
상기 1차 패각처리부의 인접하게 설치되어 상기 1차 슬러지를 이송받아 1 내지 200mesh 범위로 파쇄하여 2차 패각 분말을 제조하는 2차 세라믹 분쇄기와, 상기 2차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 상기 2차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 2차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 2차 슬러지를 분리하는 2차 패각처리부;
상기 2차 패각처리부의 인접하게 설치되어 상기 2차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 3차 패각 분말을 제조하는 3차 세라믹 분쇄기와, 상기 3차 세라믹 분쇄기와 연결 설치되어 물이 수용되고 규산염이 투입되어 상기 3차 패각 분말을 교반시키면서 전기분해장치로 전기분해시키는 3차 챔버를 포함하여, 상기 전기분해에 의해 수소를 포집 및 실리카를 분리하고, 처리수로부터 3차 슬러지를 분리하는 3차 패각처리부;
상기 3차 챔버로부터 상기 3차 슬러지를 이송받아 40 내지 90℃ 하에서 교반시켜 상기 탄산칼슘이 소성되면서 생석회를 생성하여 회수하고, 생석회로부터 잔여 3차 슬러지를 분리하는 생석회 분리부; 및
상기 생석회 분리부로부터 상기 잔여 3차 슬러지를 이송받아 1 내지 350mesh 범위로 파쇄하여 4차 패각 분말을 제조하고, 물에 상기 4차 패각 분말을 전기분해장치로 전기분해시키는 4차 챔버로부터 수소, 차아염소산나트륨 및 규산염 슬러지로 각각 분리 회수하는 4차 패각처리부;를 포함하고,
상기 염분이 상기 규산염에 결합된 상태로 제거되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치. - 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버의 내부에는 스커트형 실리콘 멤브레인 또는 세라믹으로 이루어진 산기수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버의 내부에는 공기를 버블링하는 폭기수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 세라믹 분쇄기는 세라믹 소재로 이루어진 그라인드형인 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 세척부, 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버 및 상기 4차 챔버 각각의 하측 내부에는 비상용 배출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 실리카는 상기 1차 챔버, 상기 2차 챔버, 상기 3차 챔버에 연결 설치되는 원심분리형 실리카 분리 여과부에 의해 분리 및 여과되어 저장되는 것을 특징으로 하는 패각 자원화 장치.
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KR101678030B1 (ko) * | 2016-05-19 | 2016-11-22 | (주)태영이엔지 | 폐패각을 이용한 미끄럼 방지용 충진재 제조방법 |
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2021
- 2021-05-25 KR KR1020210067257A patent/KR102531247B1/ko active IP Right Grant
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