KR20050013622A

KR20050013622A - 열에 의한 수처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20050013622A
Application number: KR10-2004-7021079A
Authority: KR
Inventors: 뤼에크볼프강; 노이뮐러크리스토프; 슈뢰더프랑크
Original assignee: 아엠이-아그로린츠 멜라민 인터내셔날 게엠베하
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-02-04
Also published as: AU2003249863A1; DE50302619D1; ATE319658T1; BR0312027A; EP1527019A1; US7445722B2; US20090071887A1; AR039752A1; RU2004138551A; PL372696A1; US7678267B2; CN1662452A; US20060011560A1; DE10229103A1; CN100381367C; AU2003249863B2; EP1527019B1; PL205698B1; WO2004000733A1

Abstract

본 발명은 폐수가 유통될 수 있는 탱크를 포함하는, 열 방식으로 폐수를 정화시키는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 탱크(R5) 내에서 실질적으로 굴곡을 이루는 방식으로 폐수를 안내하기 위한 하나 이상의 유동 안내 수단(1, 2), 및 소정의 온도로 조절하기 위한 하나 이상의 가열 수단(3)을 탱크(R5) 내에 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

열에 의한 수처리 장치 및 방법{THERMAL WATER TREATMENT DEVICE AND METHOD}

처리 기술에 있어서는, 폐수 유동으로부터 원하지 않는 물질을 세정하여 제거하는 것이 종종 필요하다. 이러한 목적에서 폐수를 열 방식으로 처리하는 것이 공지되어 있다.

처리가 성공적으로 이루어지도록, 즉 원수(body of water) 내에 도입하기 위해 요구되는 품질에 도달하도록 하기 위해서는, 소정 온도에서 일정 시간 체류시키는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 특히 폐수 정화용으로 적합한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 청구의 범위 제1항의 전제부에 따른 장치 및 제9항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.

도 1은 멜라민 플랜트의 폐수 정화를 위한 흐름도이고,

도 2(a)는 본 발명에 따른 장치의 일례에 대한 길이 방향 축을 따른 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2(b)는 도 2(a)의 B-B 면을 따라 길이 방향 축으로 절단한 개략적 단면도이고,

도 2(c)는 C-C 면을 따라 길이 방향 축으로 절단한 개략적 단면도이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 특허청구의 범위 제1항의 특징을 가진 장치를 통해 달성된다.

적어도 하나의 유동 안내 수단(flow guide means)을 이용함으로써 폐수는 굴곡을 이루는 방식(meandering fashion)으로 용기 내에 안내된다. 이 방식에 의하면 일체의 역 혼합(back mix)이 방지된다. 소정의 온도로 설정하는 것은 용기(하이드롤라이저(hydrolyser)) 내에 적어도 하나의 가열 수단을 통해 가능하다.

상기 유동 안내 수단은 폐수가 주위로 흐르게 되는 적어도 하나의 벽을 가지는 것이 바람직하다. 상기 유동 안내 수단으로서 오버플로우 웨어(overflow weir)를 구비한 벽과 언더플로우 웨어(underflow weir)를 구비한 벽이 교대로 평행을 이루어 제공되는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라 폐수는 굴곡을 이루는 경로를 따라 안내되어 용기를 통과하게 된다.

가열 수단은 2개의 유동 안내 수단 사이, 보다 구체적으로는 상승류 영역 내에 설치되는 것이 바람직하다. 유동은 상승하는 기포를 통해 도움을 받는다.

이에 따라, 가열 수단은 수증기가 통과하는 장치, 보다 구체적으로는 튜브 뱅크(tube bank)를 갖추는 것이 바람직하다. 또한 가열 수단이 전기 히터를 가지는 것도 바람직하다.

특히 유리한 것은 용기가 원통형으로 형성됨으로써 길이 방향 축이 수평인 것이다. 보다 더 바람직하기로는, 최상부에서 가스를 배출하기 위한 수집관(collecting pipe)이 용기에 설치되는 것이다.

적어도 2개의 이러한 형태의 장치를 직렬로 연결하는 것도 바람직하다.

또한, 멜라민 함유 폐수에 대한 상기 과제는 청구의 범위 제9항의 특징을 가진 방법을 통해 해결된다. 이 방법에 따르면, 효율적인 분해를 위해서 장치 내의 온도는 190℃ 이상, 보다 구체적으로는 220℃∼240℃ 범위로 설정된다. 압력은 30bar∼100bar, 보다 바람직하게는 30bar∼60bar이다.

이하에서, 몇 가지 실시예를 예시하는 도면을 참고하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

이하에서, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예와 본 발명에 따른 장치의 일 실시예를 멜라민 플랜트로부터 배출되는 폐수를 처리하는 공정을 참고로 설명한다. 기본적으로 본 발명의 장치는 다른 폐수 처리용으로 이용될 수 있다.

상기 장치의 구조적 설계에 들어가기 전에 폐수 정화 공정을 설명하기로 한다.

멜라민 플랜트 또는 집수 용기 시스템으로부터 배출되는 폐수는 다음과 같은 물질의 혼합물 또는 그러한 물질의 암모늄염 및 나트륨염을 함유한다(일반적 수치임):

ㆍ 암모니아 1∼10 g/kg

ㆍ 이산화탄소 1∼18 g/kg

ㆍ 요소 출발 공정 및 완결 공정과 관련

ㆍ 시아누르산 0.1∼0.2 g/kg

ㆍ 아멜라이드(ammelide) 2∼6 g/kg

ㆍ 아멜린(ammeline) 4∼12 g/kg

ㆍ 멜라민(melamine) 2∼6 g/kg

ㆍ 멜람(melam) 0.01 g/kg

ㆍ 시안멜라민(cyanmelamine)

ㆍ 우레이도멜라민(ureidomelamine)

ㆍ NaOH 7∼17 g/kg

ㆍ Fogt pH 값 약 12

목표는 CO₂, NH₃또는 HCO₃, CO₂ ^-및 NH₄ ⁺를 얻기 위해 폐수 중 유해한 물 함유 물질을 분해하는 것이다. 중성 내지 적어도 30℃ 냉각 가능한 암모니아 제거 폐수를 제조하는 것이다(도입 조건에 좌우됨). NH₃및 일부의 CO₂는 계속 사용된다.

폐수로부터 가장 많은 양으로 침전되는 화합물은 멜라민 시아누레이트, 즉 시아누르산의 염이다. 따라서 시아누르산은 적절히 분해되어야 한다.

침전되는 멜라민 시아누레이트를 냉각할 때 냉각기가 즉시 움직인다. 결정화 장치에서 고체가 결정으로 생성되는 경우, 이것은 비용이 많이 들고 고체의 이용이 어려워진다. 멜라민은 대부분 여전히 약간 높은 농도를 갖지만, 암모니아가만족스럽게 분리될 경우 허용 한계치에 관한 한 그러한 농도는 도입 조건에 대해서는 대체로 크게 중요하지 않다.

모든 멜라민과 옥소아미노트리아진(oxoaminotriazine; OAT)은 물과 반응하여 단계적으로 암모니아와 이산화탄소로 분해된다. 용액을 통해 설정되며 증발을 방지하기 위해 유지해야 하는 평형 압력(equilibrium pressure)은 온도 및 용액 중 암모니아와 이산화탄소의 함량에 좌우된다.

폐수 중의 불필요한 물질의 분해 속도를 허용 가능한 수준으로 얻기 위해서는 온도를 190℃보다 높게 선택해야 한다. 더 높은 온도를 선택할수록 분해 반응이 더 빨리 진행되어 장치의 크기와 비용을 절감시킬 수 있다. 그러나 온도가 올라감에 따라 평형 압력이 상승하여 벽 두께의 증가로 인한 장치의 비용을 증가시키게 된다. 적은 부분을 증발시킬 수도 있다. 수증기는 액체보다 훨씬 높은 암모니아와 이산화탄소 농도를 가지기 때문에, 이들 물질의 농도는 액상에서 낮아지고 평형 압력이 강하되어 장치의 비용 절감으로 이어진다. 그러나 수증기의 대부분은 물로 이루어지고 열교환기 입구/출구의 향류(counter flow)로 열 밸런스를 뒤바꾸기 때문에, 증발은 상당한 양의 에너지 손실을 초래하여 공정 비용을 상승시킨다.

이러한 경향 사이에서 최적 조건이 추구되는바, 그것은 220℃ 내지 260℃의 반응 온도 및 30bar 내지 100bar의 압력, 보다 바람직하게는 30bar 내지 60bar의 압력이다. 그러면 폐수 투입량으로부터 증발이 일어난다.

기본적 흐름도가 도 1에 예시된다. 열 방식 분해를 위한 본 발명에 따른 장치는 하이드롤라이저(R5)이며 이를 통해 폐수가 흐른다. 이 장치에서 멜라민 플랜트로의 연결에 대해 설명한다.

투입된 폐수는 칼럼 섬프(sump)(C8)로부터 배출된 폐수의 잔여 열로 열교환기(E1)에서 예열된다. 폐수는 이어서 펌프(P2)에 의해 가수분해압, 즉 열 분해가 이루어지는 압력으로 승압된다. 향류 열교환기(E3)에서 폐수는 하이드롤라이저(R5)로부터 유출되는 물의 열로 실제로 반응 온도까지 예열된다. 열교환기(E4)는 플랜트를 시동하고 방사 및 열교환 손실을 보상하는 역할을 한다. 가열된 하이드롤라이저(R5)에서는 반응 압력과 반응 온도에서 암모니아와 이산화탄소에 대한 화학적 반응이 일어난다. 그 결과 pH가 저하된다. 반응열과 수증기 손실은 하이드롤라이저(R5)에서의 가열 레지스터(register)를 통해 보충된다. 하이드롤라이저(R5)의 압력은 릴리프 밸브(V7)를 통해 조절된다. 수증기는 칼럼(C8)에 공급된다. 하이드롤라이저(R5) 내의 충전 레벨은 유출량이 향류 열교환기(E32) 내의 열을 공급 흐름에 내보내고 난 후 릴리프 밸브(V8)를 통해 조절된다. 따라서 증기 손실과는 별도로 최소의 열손실이 일어나고, 동일한 압력과 반응 압력이 열교환기의 양측에 우세하며, 유체 릴리프 밸브(V6)에서는 부분적 증발이 초래되지 않는다.

분리된 칼럼(C8, C9)에서 암모니아는 칼럼(C8) 내에 방출된다. 칼럼(C8)은 열교환기(E14)를 통해 섬프에서 가열된다. 폐수는 칼럼의 섬프에서 펌프(P15)가 충전 레벨에 관하여 조절되는 상태로 상기 열교환기(E1)를 통해 배출된다. 폐수는 이산화탄소로 중화되어 하수구로 공급된다. 칼럼(C8)의 수증기는 저부에 있는 가스 세척기(gas washer)(C9)에 공급된다. 액체는 펌프(P10)를 통해 칼럼(C9)으로부터 섬프에서 배출된다. 이것은 밸브(V17)를 통해 조절된 분할 흐름이며 칼럼(C8)용 반송부(return) 및 열교환기(E11)를 통해 급냉되는 칼럼(C9)용 반송부로 들어간다. 칼럼(C9)으로부터 반송물의 급냉을 통해 가스 흐름 전체는 칼럼(C9)에서 응축될 수 있다. 펌프(P10)에 의해 공급된 흐름의 일부는 계속해서 펌프(P12)를 통해 충전 조절에 의해 순환되어 나간다. 이 흐름은 요소 플랜트에서 만들어지는 암모니아와 이산화탄소의 농축된 수용액이다. 압력은 칼럼에서 밸브(V13)를 통해 유지되고 불활성물(inert)은 순환되어 나간다. 사용된 공기는 세척기에 공급될 수 있다.

도 2(a), 2(b), 2(c)는 하이드롤라이저(R5)의 실시예를 나타낸다. 도 2(a)는 개략적인 단면도이고, 도 2(b) 및 2(c)는 각각 선 B-B 및 선 C-C를 따른 단면도를 나타낸다.

하이드롤라이저(R5)는 원리상 여러 개의 장치를 직렬로 배열하여 형성될 수도 있고, 그 결과 주된 가스의 부분은 첫번째 장치에서 발생된다.

하이드롤라이저(R5)는 원통형으로 설치된 장치로서 그 단부는 타원형 기부(base)에 의해 막혀있다. 내부는 여러 개의 연결된 쳄버의 시스템으로 이루어지고, 쳄버는 교대로 배열된 오버플로우 웨어(1) 및 언더플로우 웨어(2)를 통해 유동 안내 수단으로 형성되어 있다. 웨어는 유체의 교대로 상승하고 하강하는 흐름을 보장하며, 그에 따라 역 혼합이 일어나지 않도록 한다. 폐수는 입구(10)에서 하이드롤라이저(R5) 내에 유입되고 장치를 통과하여 화살표를 따라 표시된 방향으로 흐르고, 출구(20)에서 장치로부터 유출된다.

상류에 있는 쳄버의 하측 부분에는 가열 수단으로서 가열 레지스터(3)가 설치되어 있다. 열이 공급됨으로써 기포의 형성이 시작되어 전체적 유동을 보조한다.

가열 레지스터(3)는, 예를 들어, 수증기로 가열될 수 있는 파이프 코일 또는 튜브 뱅크로 이루어진다. 상기 웨어 대신에 스크린 베이스와 같은 다른 설비가 장착될 수도 있다. 액체의 레벨(11)은 장치의 상부 에지와 오버플로우 웨어(1)의 상부 에지 사이에 형성되며, 그에 따라 오버플로우가 확실히 이루어지는 한편, 상류 쳄버와 하류 쳄버 사이에 공통의 가스 쳄버가 형성된다. 각각의 가스 쳄버는 장치 상부에 설치된 수집관(21)에 연결되어 있으므로 가스의 배출(22)과 통기가 가능하며, 따라서 모든 쳄버 내의 충전 상태가 균일해질 수 있다.

절단면 B-B 및 C-C를 따른 단면도가 도 2(b) 및 2(c)에 도시되어 있다. 도 2(b)는 언더플로우 웨어를 구비한 유동 안내 수단(2)의 측면도를 나타낸다. 도 2(c)는 오버플로우 웨어를 구비한 유동 안내 수단(1)을 나타낸다.

본 발명은 설계 측면에서, 이상과 같이 설명한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 기본적으로 상이한 설계로도 본 발명에 따른 장치 및 방법을 이용하는 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

폐수가 통과하여 흐르는 용기(container)를 구비한 열 방식의 폐수 정화용 장치로서,

상기 용기(R5) 내에서 상기 폐수를 실질적 굴곡형(meander-shaped)으로 안내하기 위한 하나 이상의 유동 안내 수단(1, 2), 및

상기 용기(R5) 내에서 소정의 온도를 설정하기 위한 하나 이상의 가열 수단(3)

을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항에 있어서,

상기 유동 안내 수단(1, 2)이, 상기 폐수가 주위로 흘러 가도록 되어 있는 하나 이상의 벽, 보다 구체적으로 스크린 베이스(screen base)로 형성된 벽을 가진 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 유동 안내 수단(1, 2)으로서, 오버플로우(overflow) 웨어(weir)를 구비한 벽과 언더플로우(underflow) 웨어를 구비한 벽이 교대로 평행하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

하나 이상의 가열 수단(3)이 2개의 상기 유동 안내 수단(1, 2) 사이에, 특히 상승하는 유동 영역에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 수단(3)이, 수증기가 통과하여 흐르는 장치, 보다 구체적으로 튜브 뱅크(tube bank)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 수단(3)이 전기 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용기가, 길이 방향 축이 수평을 이루는 원통형으로 형성된 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 용기가 상단측에 가스 배출용 수집관(collecting pipe)(22)을 가진 것을 특징으로 하는 폐수 정화 장치.
2개 이상의 장치(R5)가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 열 방식의 폐수 정화 장치.
제1항에 따른 장치를 이용하여 멜라민 함유 폐수를 열 방식으로 정화하는 방법으로서,

상기 장치(R5)의 내부 온도가 190℃보다 높고, 구체적으로는 220℃∼240℃ 범위인 것을 특징으로 하는 폐수 정화 방법.
제10항에 있어서,

상기 장치(R5)의 내부 압력이 30bar와 100bar 사이, 구체적으로는 30bar와 60bar 사이인 것을 특징으로 하는 폐수 정화 방법.
제1항에 따른 장치를 이용하여 멜라민 함유 폐수를 열 방식으로 정화하는 방법으로서,

상기 폐수가 하이드롤라이저(hydrolyser)(R5)에 도달하기 이전에 1회 이상 예열되는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 방법.
제12항에 있어서,

상기 하이드롤라이저(R5)에 공급되는 폐수의 예열이 상기 하이드롤라이저(R5)의 유출액과 향류 상태로 가열되는 열교환기(E32)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 방법.
제1항에 따른 장치를 이용하여 멜라민 함유 폐수를 열 방식으로 정화하는 방법으로서,

상기 폐수가 하이드롤라이저(R5)를 통해 칼럼(C8)에 안내되어 상기 칼럼(C8)의 탑정 생성물이 가스 세척기(gas washer)(C9)로 이송되는 것을 특징으로 하는 폐수 정화 방법.