KR20040096077A - 폐수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방류식 증발농축 공정에서 예상되는 염(Salt) 및 유기물에 의한 스케일(Scale) 방지와 높은 처리비용 해결 및 방류수의 법적 기준 강화에 따른 처리효율 한계를 극복하기 위한 폐수처리장치에 관한 것으로, 이 장치는 처리하고자 하는 폐수를 본 시스템에 공급하는 공급펌프와; 공급펌프에 의해 공급된 폐수를 처리수로부터 폐열을 회수하기 위한 열교환기를 통해 소정의 온도로 예열시키는 예열기; 예열기에 의해 승온된 폐수를 외부의 열원을 이용 폐수 중에 순수한 물과 일부 비점이 유사한 유기물들은 기체 상태로 증발 상부로 배출되고, 이 과정에서 비점이 높은 유기물은 농축되며 물속에 녹아있던 염성분 또한 석출되어 슬러리 형태로 배출하는 가열/증발기와; 이 과정에서 발생되는 농축 슬러리에 의해 가열/증발기 내부의 스케일(Scale) 방지를 위한 순환펌프 및 인라인 필터 그리고 스프레이 노즐로 구성된 내부 순환 시스템과; 가열/증발기 상부로부터 증발된 증기를 소정의 압력 이상으로 승압시키는 압축기와; 승압된 증기를 이용 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와; 열교환기로부터 승온된 과열증기에 함유된 유기물을 제거하기 위해 외부로부터 공기를 유입시키면서 촉매산화반응에 필요한 온도까지 증기 온도를 승온시키는 증기가열기와; 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 적어도 하나의 촉매반응기와; 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터를 포함하고, 디슈퍼히터로부터 전환된 포화증기는 가열/증발기 열원으로 다시 이용되는 과정에서 응축된 후 예열기를 거치면서 냉각해서 최종 방류되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

폐수처리장치{the Device for Cleaning Sewage}

본 발명은 폐수처리에 관한 것으로, 더 상세하게는 방류식 증발농축 공정에서 염(Salt)과 유기물에 의한 스케일(Scale)을 방지하고, 기존보다 저렴한 처리비용으로 방류수의 법적 기준 강화에 따른 처리효율 한계를 극복하도록 한 폐수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 폐수란 유기물 및 무기물이 혼입되어 그대로 사용할 수 없는 물을 일컫는 것으로, 산업화로 인한 각종 설비나 제조과정에서 폐수가 발생되고 있다.

본 명세서에서 다루고자 하는 기술은 방류식 폐수 증발농축공정에 관한 것이고, 그 대상으로는 악성산업폐수나 액상폐기물 그리고 침출수 등을 들 수 있으며, 이와 같은 난분해성 악성폐수를 과열증기상태에서 촉매를 이용하여 산화 처리 한다.

악성산업폐수의 종류에는 방향족 및 염화유기물 폐수, 고농도질소 및 유기산 폐수, 농의약 및 염안료 폐수, 계면활성제 계통 및 펄프제지용 폐수, 염색공단폐수, 기타 도금폐수 등이다. 그밖에 지역별로 산재된 매립지의 침출수와 최근 전면 금지되고 있는 해양투기성 산/알칼리 폐기물등이 있으며, 국내에서 배출되는 폐수 발생량은 1998년 기준으로 일일 200만톤에 달하며, 전체 발생량의 1∼2%를 악성폐수로 볼 경우에 대략 3만여톤의 악성폐수가 매일 발생되고 있는 것이며, 이는 매년 조금씩 증가하는 추세이다.

일반적으로 폐수를 처리하기 위한 기존 폐수처리장치를 설명하면 다음과 같다. 즉, 폐수를 공급하기 위한 공급펌프와, 공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기와, 예열된 폐수를 가열해서 포화증기 상태로 증발시키고, 이 과정에서 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물 중합체들로 농축된 농축슬러리를 배출하는 가열기 및 증발기와, 증발된 증기는 다시 냉각기에 의해 응축 냉각되어 방류되도록 구성된다.

현재, 일반적으로 적용되고 있는 일체형 증발농축공정의 스케일 및 파울링 문제는 그 해결방안으로 가열/증발공정을 별도로 분리한 분리형 공정이 적용되고 있으나 기존 공정대비 시스템 대형화로 투자비 및 운전비용을 상승시키고, 그밖에 증발공정 특성상 많은 에너지 소모에 따른 높은 처리비용 문제와 처리수의 처리효율에 문제가 있다.

더욱이, 상기 폐수로 인한 오염을 미연에 방지하기 위해 환경오염에 대한 규제나 법규가 갈수록 엄격해지고, 그 기준 또한 서서히 강화되고 있는 것이 세계적인 추세이다. 특히, 환경기준치가 상향조정되면서 처리수를 하천 등에 그대로 방류하지 못하고, 추가적인 폐수처리공정이 수반되는 문제점이 있다. 이러한 산업환경에 대응할 수 있도록, 경제적이고, 효율적인 폐수처리장치에 대한 필요성이 증대되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점들을 개선하기 위한 것으로, 기존의 증발농축 공정 특성상 농축과정에서 석출되는 염성분에 의한 스케일과, 농축 유기물에 의한 파울링을 방지하고, 낮은 처리비용으로 높은 처리효율을 도모함으로써 하천 등에 그대로 방류할 수 있는 폐수처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일체형 증발농축 촉매산화에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 일체형 증발농축 촉매산화 증기압축에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 일체형 증발농축 촉매산화 증기압축 순환에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 분리형 증발농축 촉매산화에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도.

도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 분리형 증발농축 촉매산화 증기압축에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공급펌프 12 : 예열기

14 : 가열/증발기 16 : 디슈퍼히터

18 : 열교환기 20 : 증기가열기

22 : 촉매반응기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징은 증기를 가열원으로 폐수를 처리하는 폐수처리장치에 있어서, 폐수를 시스템에 공급하는 공급펌프와; 공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기와; 예열된 폐수를 가열 포화증기 상태로 증발시키고, 이 과정에서 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물 중합체들로 농축된 농축슬러리를 배출하는 가열/증발기와; 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기를 이용 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이기 위한 방안으로 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와; 상기 열교환기로부터 승온된 과열증기에 함유된 유기물을 제거하기 위해 외부로부터 산화제로 공기를 유입시키면서 촉매산화반응에 필요한 온도까지 증기 온도를 승온시키는 증기가열기와; 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 촉매반응기와; 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터를 포함하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징은 증기를 가열원으로 폐수를 처리하는 폐수처리장치에 있어서, 폐수를 시스템에 공급하는 공급펌프와; 상기 공급펌프에 의해 공급된 폐수를 처리수로부터 폐열을 회수하기 위한 열교환기를 통해 소정의 온도로 예열시키는 예열기; 상기 예열기에 의해 승온된 폐수를 외부의열원을 이용 폐수 중에 순수한 물과 일부 비점이 유사한 유기물들은 기체상태로 증발 상부로 배출되고, 이 과정에서 비점이 높은 유기물은 농축되며 물속에 녹아있던 염성분 또한 석출되어 슬러리 형태로 배출하는 가열/증발기와; 상기 가열/증발기 상부로부터 증발된 포화증기를 다시 가열/증발기 열원으로 재사용하기 위해 필요로 하는 일정 압력 이상으로 승압시키는 압축기와; 승압된 증기를 이용 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와; 상기 열교환기로부터 승온된 과열증기에 함유된 유기물을 제거하기 위해 외부로부터 공기를 유입시키면서 촉매산화반응에 필요한 온도까지 증기 온도를 승온시키는 증기가열기와; 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 촉매반응기와; 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터와; 유기물이 제거된 포화증기를 다시 가열/증발기 열원으로 사용하기 위한 가스배출기를 포함하는 것이다.

본 발명의 제 3 특징은 증기를 가열원으로 폐수를 처리하는 폐수처리장치에 있어서, 폐수를 시스템에 공급하는 공급펌프와; 상기 공급펌프에 의해 처리수로부터 폐열을 회수하기 위한 열교환기를 통해 소정의 온도로 예열시키는 예열기; 상기 예열기에 의해 승온된 폐수를 외부의 열원을 이용 폐수 중에 순수한 물과 일부 비점이 유사한 유기물들은 기체 상태로 증발 상부로 배출되고, 이 과정에서 비점이 높은 유기물은 농축되며 물속에 녹아있던 염성분 또한 석출되어 슬러리 형태로 배출하는 가열/증발기와; 농축 과정에서 농축 슬러리에 의해 가열/증발기 내부의 스케일(Scale) 및 파울링(Fouling)에 의한 열전달 효율 저하로 처리용량 저하를 방지하기 위해 농축수의 와류 형성을 위한 자체 순환 펌프와 스프레이 노즐 그리고 농축수 내에 석출 및 농축되는 유,무기물 연속적으로 제거하기 위한 슬러리로 구성된 내부 순환 시스템과; 상기 가열/증발기 상부로부터 증발된 증기를 소정의 압력 이상으로 승압시키는 압축기와; 승압된 증기를 이용 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와; 상기 열교환기로부터 승온된 과열증기에 함유된 유기물을 제거하기 위해 외부로부터 공기를 유입시키면서 촉매산화반응에 필요한 온도까지 증기 온도를 승온시키는 증기가열기와; 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 촉매반응기와; 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터와; 촉매산화 과정에서 발생되는 불용성 가스로 인해 열원으로 재사용 하는 과정에서 열전달 효율 저하를 방지하기 위한 가스배출기를 포함하는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

제 1 실시예

제 1 실시예는 기존의 일체형 증발농축공정에 촉매산화시스템을 접목시킨 일체형 증발농축 촉매산화 공정에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 일체형 증발농축 촉매산화에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도로서, 본 발명의 폐수처리장치는 증기를 가열원으로 폐수를 처리하는 것이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 폐수처리장치에는 폐수를 처리시스템에 공급하는 공급펌프(10)와, 공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기(12)와, 예열된 폐수를 가열해서 포화증기 상태로 증발시키고, 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물들로 농축된 농축 슬러리를 배출하는 가열/증발기(14)가 구비되어 있다.

또한, 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기에는 물과 비점이 유사한 유기물들이 함유된 상태인데, 이를 제거하기 위해 본 실시예는 촉매산화 공정을 적용하였다.

즉, 기존의 가열/증발기 상부로 배출되는 포화증기를 이용하여 다음에 기술될 증기 가열기의 부하를 줄이고, 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기(18)와, 열교환기(18)로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하기 위한 산화제와 외부의 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기(20)와, 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 촉매반응기(22)가 구비되어 있다.

여기서, 상술한 촉매 산화반응을 통해 과열증기는 증기내 유기물들이 제거되고, 증기내 유기물이 제거된 과열증기는 열교환기(18)를 거치면서 폐열이 회수된다.

그리고, 외부로부터 유입된 물을 이용해서 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터(16)를 포함하여 구성된다.

제 2 실시예

제 2 실시예는 제 1실시예의 일체형 증발농축 촉매산화공정에 증기압축 시스템을 적용한 일체형 증발농축 촉매산화 증기압축 공정에 관한 것으로, 제 1 실시예와 중복된 내용은 개략적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 일체형 증발농축 촉매산화 공정에 적용된 증기압축에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도로서, 제 1 실시예를 통해 언급한 동일한 구성요소로는 공급펌프(30), 예열기(32), 가열/증발기(34), 디슈퍼히터(40), 열교환기(38), 증기가열기(42), 제 1 및 제 2 촉매반응기(44a)(44b)가 구비되어 있다.

여기서, 가열/증발기 공정 특성상 물이 증발하는 과정에 외부로부터 막대한 열원이 필요하기 때문에 이로 인해 본 시스템의 운전비용이 많이 소모된다.

이를 해결하기 위해, 상부로 배출되는 포화증기 내의 유기물을 촉매산화 공정을 거치면서 유기물을 제거한 후 다시 가열/증발기 열원으로 이용하기 위해 포화증기를 일정압력 이상으로 압축하는 압축기(36)와, 촉매산화 과정에서 발생되는 불용성 가스로 인해 열원으로 재사용 하는 과정에서 열전달 효율 저하를 방지하기 위한 가스 배출기(35)를 포함하여 구성된다.

제 3 실시예

제 3 실시예는 제 2 실시예의 공정에 내부 유로 시스템을 적용한 일체형 증발농축 촉매산화 증기압축 순환공정에 관한 것으로, 제 2 실시예와 중복된 내용은 개략적으로 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 일체형 증발농축 촉매산화 증기압축 순환에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도로서, 제 2 실시예에 언급한 것과 동일한 구성요소에는 공급펌프(50), 예열기(52), 가열/증발기(54), 압축기(60), 디슈퍼히터(62), 열교환기(64), 증기가열기(66), 제 1 및 제 2 촉매반응기(68a)(68b)가 있다.

또한, 제 2 실시예와 상이한 슬러리필터(56), 슬러리펌프(58)가 구비되어 있는 특징을 가진다.

즉, 상기 가열/증발기 공정에서 물이 증발하는 과정에서 농축 및 석출되는 유기물 및 무기물 슬러리가 상기 가열/증발기 표면에 들러 붙음으로써 열전도효율을 감소시키는 것을 방지하기 위해 농축 및 석출되는 유기물 및 무기물 슬러리를 공정상에서 걸러주기 위한 슬러리 필터(56)와, 상기 가열/증발기 하부와 연계하여 일정한 방향으로 슬러리성 농축 폐수의 강제흐름을 부여하기 위해 슬러리 펌프(58)를 구비한다.

따라서, 가열/증발기 → 슬러리펌프(58) → 슬러리필터(56) → 가열/증발기 방향으로 강제적인 내부 유로를 만들어 증발기 내부에 와류를 형성 시킴으로서 슬러리 성분들이 가열/증발기 표면에 들러 붙는 것이 억제된다.

이 과정에서 적용되는 슬러리필터(56)는 인라인 오토크리닝(In Line Auto-Cleaning) 방식으로 연속 운전이 가능해지고, 특히 가열/증발기 내부에 와류 형성을 위해 내부 유로 출구부분에 분사노즐을 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 가열/증발기 상부로 일부 슬러리가 배출되는 포화증기와 같이 후 공정으로 이송되는 것을 방지하기 위해 최종 방류수 중의 일부를 가열/증발기 상부로 분사 할 수 있도록 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.

제 4 실시예

제 4 실시예는 분리형 증발농축 공정에 촉매산화시스템을 적용한 분리형 증발농축 촉매산화공정에 관한 것이다.

도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 분리형 증발농축 촉매산화에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도로서, 폐수를 시스템에 공급하는 공급펌프(70)와, 공급하는 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기(72)와, 예열된 폐수는 슬러리 필터를 통해 일정 크기 이상의 슬러리가 제거된 농축 순환수와 합류하여 후 공정인 증발 공정에 필요한 에너지를 공급 받기 위해 외부로부터 열원을 이용 가열하는 가열기(74)와, 일정온도 이상으로 가열된 폐수는 증발기에서 압력이 낮아지면서 물을 포화증기 상태로 증발시키는 증발기(80)가 구비되어 있다.

이때, 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물들로 농축된 농축슬러리를 연속적으로 일정하게 배출하는 슬러리필터(76)와, 농축수의 순환을 위한 순환펌프(78)와, 상기 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기에는 물과 비점이 유사한 유기물들이 함유되어 있어 이로 인해 기존과 같이 방류가 불가능하므로 이를 제거하기 위해 본 실시예는 촉매산화 공정을 적용하였다. 즉, 기존의 가열/증발기 상부로 배출되는 포화증기를 이용한 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이고 촉매산화 반응열을 회수하는 목적의 열교환기(84)와, 상기 열교환기(84)로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하기 위한 산화제로 외부로부터 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기(86)와, 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 촉매반응기(88)가 구비되어 있다.

그리고, 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기(84)를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하고, 불용성가스를 배출하는 디슈퍼히터(82)로 구성되어 있다.

이때, 상기 슬러리필터(76)는 연속운전을 고려해 인라인 오토크리닝방식을 이용하는 것이 바람직하다.

제 5 실시예

제 5 실시예는 제 4 실시예의 공정에 증기압축시스템을 적용한 분리형 증발농축 촉매산화 증기압축공정에 관한 것이다.

도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 분리형 증발농축 촉매산화 증기압축에 의한 폐수처리공정을 나타낸 블록도로서, 폐수를 시스템에 공급하는 공급펌프(90)와, 공급하는 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기(92)와, 예열된 폐수는 슬러리 필터를 통해 일정 크기 이상의 슬러리가 제거된 농축 순환수와 합류하여 후 공정인 증발 공정에 필요한 에너지를 공급 받기 위해 외부로부터 열원을 이용 가열하는 가열기(94)가 구비되어 있다.

또한, 일정온도 이상으로 가열된 폐수는 증발기에서 압력이 낮아지면서 물을 포화증기 상태로 증발시키는 증발기(100)와, 이 과정에서 발생 되는 농축수에 강제적인 흐름을 부여함으로써 상기 가열기 표면에 슬러리가 들러 붙어 열전도 효율이 저하되는 것을 방지하기 위한 순환 펌프(98)가 구비되어 있다. 이때, 상기 슬러리필터(96)는 인라인 오토크리닝 방식을 이용 하는 것이 바람직하다.

상기 증발기 공정 특성상 물이 증발하는 과정에 외부로부터 막대한 열원이 필요하기 때문에 이로 인해 본 시스템의 운전비용이 많이 소모된다.

이를 해결하기 위해 상부로 배출되는 포화증기 내의 유기물을 촉매산화 공정을 거치면서 유기물을 제거한 후 다시 증발기 공정 열원으로 이용하기 위해 포화증기를 일정압력 이상으로 일차적으로 승압시키는 일차압축기(102)와, 상기 일차압축기로부터 승압된 증기 압력을 이차적으로 승압시키는 이차압축기(104) 와, 촉매산화 과정에서 발생되는 불용성 가스로 인해 열원으로 재사용 하는 과정에서 열전달 효율 저하를 방지하기 위한 가스배출기(95)로 구성되어 있다.

또한, 상기 이차압축기(104)에 의해 승압된 과열증기를 이용 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이고 촉매산화 반응열을 회수하는 목적의 열교환기(108)와, 상기 열교환기(108)로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하기 위한 산화제로 외부로부터 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기(110)가 구비되어 있다.

그리고, 촉매산화 반응을 연속적으로 진행하기 위해 두개의 반응기를 병렬로 구성한 제 1 및 제 2 촉매반응기(112a, 112b)와, 촉매 산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 폐열회수 공정인 열교환기(108)를 거쳐 외부로부터 유입된 물에 의해 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터(106)를 포함한다. 이때, 불용성가스는 상기 디슈퍼히터(106)를 통해서 배출된다.

여기서, 전술한 제 1 내지 제 5 실시예에서 두개의 촉매반응기는 촉매 수명이 운전조건에 따라 천차만별이기 때문에 수리나 점검시를 대비해 항상 하나가 운전 되도록 함으로써 본 폐수처리장치의 연속 운전을 보장하기 위한 것이다. 또한, 증발기 상부로 일부 슬러리가 배출되는 포화증기와 같이 후 공정으로 이송되는 것을 방지하기 위해 최종 방류수 중의 일부를 증발기 상부로 분사 할 수 있도록 시스템을 구성한다

제 3 실시예의 경우, 농축수의 강제 유로 형성 및 가열/증발기(84) 표면에 분사하는 분사노즐은 가열/증발기 내부에 와류를 형성시켜 농축 슬러리 성분들이 가열/증발기 표면에 들러 붙는 것을 억제 함으로써 열전도 효율이 감소되지 않도록 하기 위함이고, 증발하는 포화증기를 재활용하기 위한 압축기들은 상대적으로 저렴한 로터리형을 장착하면 더욱더 경제적이다. 그리고, 상기 슬러리 펌프는 유량조절이 가능한 것으로 장착하여 슬러리 필터의 효과를 극대화 할 수 있도록 하여 가열/증발기 표면에 농축 슬러리가 들러 붙는 것을 효과적으로 억제 가능하고, 열적 손실을 최소화하기 위해 슬러리 필터를 통해 배출되는 고온의 농축 슬러리를 별도의 감압건조기에 연결시켜 고형화 처리하면 더욱 효율적이다.

전술한 폐수처리장치를 이용해서 폐수를 처리하는 실험을 다음과 같이 실시하였다.

실험 1

부산광역시 소재의 매립지 침출수(COD Mn 860ppm, T-N 1,200ppm, pH 7.2)를 이용하였고, 가열/증발기의 수위를 일정하게 하고, 1.2 ㎏/㎠ㆍg, 125℃의 조건으로 72시간동안 4시간마다 발생되는 증발량의 변화를 기록하였으며, 각각의 Test는 일차 기록 종료후 내부를 확인한 다음 크리닝을 하여 매번 확인하였으며, 단기간에효과를 검증하기 위해 농축 슬러리를 일정하게 제거하지 않은 상태에서 진행하여 표 1과 같은 실험결과를 얻었다.

항목	초기	24시간경과	48시간경과	72시간경과
기존 일체형증발 농축공정	83 ℓ/h	75 ℓ/h	35 ℓ/h	33 ℓ/h
본 발명의 유로형 증발농축공정	79 ℓ/h	76 ℓ/h	74 ℓ/h	73 ℓ/h

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 기존 공정의 경우에는 유량변화가 급격하게 일어났으며, 이를 통해 시스템 스케일 및 파울링의 진행이 급속도로 진행됨을 유추할 수 있다. 반면에, 본 고안에 따른 공정의 경우에는 초기 대비 72시간 경과 후에도 거의 미미한 유량 변화만 있는 것을 알 수 있다.

더욱이, 본 고안에 따른 공정의 경우에는 슬러리 필터를 사용하지 않은 점을 감안하면 기대품질은 실험치 이상인 것으로 판단된다.

실험 2

플라스틱 절삭용 폐수(COD Mn 7,500 ppm, T-N 1,700 ppm, pH 5.6)를 이용하여 촉매(사용된 촉매는 Ball Type으로 전이금속 5wt%를 A1203 Base에 함침) 산화처리 효율을 비교하기 위해 실험을 수행한 결과, 표 2와 같은 실험결과를 얻었다.

실험조건은 폐수를 95ℓ/h로 증발기 수위를 일정하게 유지하면서 공급, 증발기 상부를 통해 발생된 1.2 ㎏/㎠ㆍg, 125℃ 포화증기는 압축기에 의해 1.2㎏/㎠ㆍg가 2.2㎏/㎠ㆍg로 승압된다. 이 과정에서 온도는 145℃로 승온하여 외부로부터 정량적으로 공기를 주입한 후 폐열회수를 위한 열교환기에 의해 350℃로승온된다. 단, 주입되는 공기량은 증발기 후단에서 시료를 채취하고, 유기물농도를 측정하여 유기물 농도대비 산소량을 20%만큼 과잉 공급한다.

최종적으로 온도조절이 가능한 증기가열기에 의해 촉매 산화 온도인 400℃까지 승온된 과열증기는 촉매반응기를 통과시킨 후에 이를 폐열 회수장치인 열교환기에 의해 163℃까지 냉각되고, 이 과정에서 압력은 1.7 ㎏/㎠ㆍg로 감압된다.

1.7 ㎏/㎠ㆍg의 과열증기는 디슈퍼히터를 통해서 포화증기로 전환되어 폐수가열기 열원으로 공급되며, 이때 외부로부터 공급되는 물 주입량은 Sight Glass에 의해 육안으로 확인하면서 주입한다.

촉매산화 효능을 비교하기 위해 촉매반응기 전단에 바이패스라인을 만들어서 동일한 시료채취장소에서 촉매반응기를 통과하지 않은 상태에서 시료채취를 한 후에 촉매반응기를 통과시킨다. 이후, 공정이 안정된 상태 하에서 다시 시료를 채취하여 비교분석을 실시한 결과이다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 산소분위기 하에서 촉매산화과정에서 암모니아성 T-N 성분들이 질산성 T-N으로 전환되면서 전체 T-N은 낮아지고 pH 또한 낮아지면서 유기물 처리효율이 높은 것으로 나타났다.

항목	COD mn	처리효율	T-N	처리효율	PH
촉매를 통과하지 않은 시료	1050 ppm	86%	638 ppm	62.5%	5.2
촉매를 통과한 시료	35 ppm	99%	32 ppm	98%	3.3

전술한 바와 같이 개시된 본 실시예의 바람직한 양태에 따르면 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 순환펌프-슬러리필터를 이용한 내부순환방식을 적용, 가열/증발기 표면에 분사되도록 하는 분사노즐을 배출구에 설치하여 스케일 및 파울링을 방지하고, 증발 압축공정에 촉매산화 반응열을 최대한 이용하는 촉매산화공정을 접목시켜 최종 처리수의 처리효율을 최소한 15∼30% 이상 향상시켰다.

둘째, 증기압축 공정을 이용하여 증발열 대부분을 회수 재이용 함으로서 기존 시스템 대비 폐수처리비용을 대폭적으로 절감시키는 정점이 있다.

셋째, 소규모의 폐수처리 일 경우에는 제 3 실시예를 적용하고, 대규모의 폐수처리 일 경우에는 제 5 실시예를 적용함으로써 설치상 편의를 도모하였다.

Claims (5)

1. 증기를 가열원으로 폐수를 증발 및 농축하는 폐수처리장치에 있어서,

   공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기와,

   예열된 폐수를 가열하여 포화증기 상태로 증발시키고, 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물들로 농축된 농축 슬러리를 배출하는 가열/증발기와,

   상기 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기에 함유된 물과 비점이 유사한 유기물들을 제거하고, 상기 가열/증발기 상부로 배출되는 포화증기를 이용해서 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이고 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와,

   상기 열교환기로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하는 산화제와 산소가 포함된 외부 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기와,

   촉매산화반응을 연속적으로 진행하기 위한 적어도 하나 이상의 촉매반응기와,

   촉매산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 상기 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물을 이용해서 과열증기를 포화증기로 전환하기 위한 디슈퍼히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열/증발기 상부로부터 증발되는 포화증기를 효과적으로 가열/증발기열원으로 재이용하기 위해 일정 압력 이상으로 승압시키기 위한 로타리형 압축기와, 촉매산화 과정에서 불용성 가스가 발생되어 열원으로 재사용 할 수 있도록 증기와 불용성가스를 분리해서 배출함으로써 열전달 효율 저하를 방지하기 위한 가스 배출기와, 촉매산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 상기 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물을 이용해서 과열증기를 포화증기로 전환하고, 이 포화증기를 상기 가열/증발기로 전달함으로써 공정에서 발생된 폐열을 최대한 재이용하기 위한 디슈퍼히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리 장치.
3. 증기를 가열원으로 폐수를 증발 및 농축하는 폐수처리장치에 있어서,

   공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기와,

   예열된 폐수를 가열하여 포화증기 상태로 증발시키고, 폐수 중에 녹아있는 무기물 및 유기물들로 농축된 농축 슬러리를 배출하는 가열/증발기와,

   상기 가열/증발기 상부로부터 증발되는 포화증기를 효과적으로 가열/증발기 열원으로 재이용하기 위해 일정 압력 이상으로 승압시키기 위한 로타리형 압축기와,

   상기 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기에 함유된 물과 비점이 유사한 유기물들을 제거하고, 상기 가열/증발기 상부로 배출되는 포화증기를 이용해서 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이고 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와,

   상기 열교환기로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하는 산화제와 산소가 포함된 외부 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기와,

   촉매산화반응을 연속적으로 진행하기 위한 적어도 하나 이상의 촉매반응기와,

   촉매산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 상기 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물을 이용해서 과열증기를 포화증기로 전환하여 상기 가열/증발기로 전달하기 위한 디슈퍼히터와,

   상기 가열/증발기로부터 농축된 슬러리를 포함한 폐수의 강제적인 흐름을 조성하고, 시스템의 장기 연속 운전이 가능하도록 하기 위해 유량 조절이 가능한 슬러리 펌프와,

   상기 슬러리펌프로부터 유입된 폐수를 소정 크기로 걸러주고, 자동 세척이 가능한 형태의 인라인 필터와,

   촉매산화 과정에서 불용성 가스가 발생되어 열원으로 재사용 할 수 있도록 증기와 불용성가스를 분리해서 배출함으로써 열전달 효율 저하를 방지하기 위한 가스 배출기를 포함하는 폐수처리장치.
4. 증기를 가열원으로 폐수를 증발 및 농축하는 폐수처리장치에 있어서,

   공급된 폐수를 소정의 온도로 예열시키기 위한 예열기와,

   예열된 폐수를 가열하는 가열기와,

   상기 가열기에 의해 가열된 폐수를 포화증기상태로 증발시키는 증발기와,

   상기 가열/증발기 상부로 증발된 포화증기에 함유된 물과 비점이 유사한 유기물들을 제거하고, 상기 가열/증발기 상부로 배출되는 포화증기를 이용해서 후 공정인 증기 가열기의 부하를 줄이고 촉매산화 반응열을 회수하기 위한 열교환기와,

   상기 열교환기로부터 승온된 과열증기 내의 유기물을 산화처리하는 산화제와 산소가 포함된 외부 공기를 유입시키면서 효율적인 촉매산화 반응에 필요한 온도까지 승온시키는 증기가열기와,

   촉매산화반응을 수행하기 위한 촉매반응기와,

   촉매산화반응을 통해 증기내 유기물들이 제거된 과열증기는 상기 열교환기를 거쳐 외부로부터 유입된 물을 이용해서 과열증기를 포화증기로 전환하여 상기 예열기로 전달하기 위한 디슈퍼히터와,

   상기 증발기로부터 농축된 슬러리를 포함한 폐수의 강제적인 흐름을 조성하고, 시스템의 장기 연속 운전이 가능하도록 하기 위해 유량 조절이 가능한 슬러리 펌프와,

   상기 슬러리펌프로부터 유입된 폐수를 소정 크기로 걸러서 농축슬러리로 배출하고, 자동 세척이 가능한 형태의 인라인 필터를 포함하는 폐수처리장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   분리형 증발농축 공정 특성상 증발기 상부의 증기를 효과적으로 가열기 열원으로 재이용하기 위해서는 증발기 상부로부터 증발되는 포화증기의 압력을 높게 승압시켜야 하기 때문에 이를 위해 적어도 하나 이상의 증기압축기를 직렬로 구성한 로타리형 압축기와,

   증기내 유기물 처리과정에서 발생되거나 산화제인 공기 주입에 의한 불용성 가스를 제거하기 위한 가스 배출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수처리장치.