KR20060109619A

KR20060109619A - 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20060109619A
Application number: KR1020050031807A
Authority: KR
Inventors: 김석현; 최명호
Original assignee: 최명호; 김석현
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-10-23

Abstract

본 발명은 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열교환기에서 발생되는 파울링(Fouling)을 효율적으로 제거하여 열전달 효능을 향상시키며, 증발시 공비현상으로 발생되는 미스트를 제거시켜 증기압축기의 수명을 보호하고, 증발, 응축시 열교환기 쉘(Shell) 부분의 파울링을 봉쇄하여 이로 인한 처리수의 수질을 향상시키는 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법은 기존의 기계적증기재압축법을 이용한 감압증발 폐수처리장치에 제1미스트제거부, 제2미스트제거부 및 열교환기세정부를 더 포함하여 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법은 현장 프로세스 적용시 감압증발 고농도 폐수처리장치의 안정된 운전이 가능하며, 증기압축기의 핵심 기계부품인 기계식승압기(Mechanical Booster)의 정속운전은 물론 모터 측의 부하가 적어 전력비가 절감되는 효과가 있다.

폐수, 감압증발, MVR, 파울링, 미스트, 증기압축기

Description

감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법{The High concentration wastewater treatment equipment of flash vaporization and its method}

도 1은 본 발명에 따른 감압증발 고농도 폐수처리장치를 나타낸 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 증발관 2: 원형노즐파이프

3: 증기압축기 4: 열교환기

5: 케미컬저장탱크 6: 제2세정수저장탱크

7: 진공응축기 8: 미스트저장탱크

9: 제1세정수저장탱크 10: 제2수위계

11: 제2미스트제거부 12: 1차분배판

13: 폐수원수저장탱크 14: 센서

15: 제1미스트제거부 16: 2차분배판

17: 제1수위계 18: 외부전원

19: 건조기

본 발명은 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 열교환기에서 발생되는 파울링(Fouling)을 효율적으로 제거하여 열전달 성능을 향상시키며, 증발시 공비현상으로 발생되는 미스트를 제거시켜 증기압축기의 수명을 보호하고, 처리수의 수질을 향상시키는 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래에는, 폐수처리방법에 있어서 화학약품 투입에 의한 처리방식과 감압증발에 의한 처리방식이 있었다. 상기 화학약품 투입에 의한 처리방식은 약품투입에 의한 처리비용이 매우 클 뿐만 아니라, 중금속을 함유한 폐수의 처리가 곤란하며, 화학약품에 의한 2차오염을 일으키는 관계로 폐수의 완전처리가 불가능하였다. 상기 감압증발에 의한 처리방식은 특성상 연료비가 많이 소요되는 단점을 보완하기 위하여 종래의 기술인 대한민국 실용신안공보 제1996-0007530호에서는 저압증기의 잠열을 회수하기 위한 기계적 콤프레셔 또는 증기구동 이젝터를 설치하여 저압증기를 회수 압착하고, 1단 열교환기에 공급하는 방식을 채택하여 왔다.

그러나, 상기와 같은 종래의 감압증발에 의한 처리방식은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 종래의 세정용 유동구가 없는 열교환기는 열교환관 벽에 생성되는 스케일 때문에 열교환 성능이 떨어져 주기적으로 교체하거나 청소하여 해결하였으며, 내부순환형 세정용 유동구 사용 열교환기도 세정구의 세정능력이 낮아 성능이 떨어졌다.

둘째, 종래의 열교환기에서는 유입분배부가 유체역학적으로 단순한 구조로 되어 있어 중심부와 변두리부의 열교환관 간에 불균형된 유속과 직선형 유도관으로 유체의 흐름이 원활하지 못했다.

셋째, 종래의 폐수 원수조에서 원수펌프로 진동스크린에 폐수를 공급할 때 진동스크린의 처리능력보다 과부족 상태의 폐수를 공급하게 되면 진동스크린의 수명이 짧아지거나 처리효율이 떨어졌다.

넷째, 종래의 장치에서는 고온증기를 폐수에 혼합하여 폐수를 증발시키거나 열교환관의 고온증기용으로 별도의 스팀보일러를 설치해야 하고, 처리수가 스팀량 만큼 증가된다.

다섯째, 종래의 장치에서는 감압증발관에서 고농도 폐수의 수분이 증발하여 농축된 농축수는 감압증발관내에 장시간 정체되면 굳어져 처리가 곤란하여 고성능 슬러지 이송펌프를 사용해야 했다.

또한, 종래의 MVR(Mechanical Vapor Recompression) 감압증발 고농도 폐수처리장치는 열교환기에서 발생되는 파울링을 제거하지 못하여 쉘 앤 튜브(Shell & Tube) 열교환기의 상, 하판을 분리하여 인위적으로 천공 작업을 함으로써 인건비 손실 및 그에 따른 조업의 중단 등의 문제점이 있었으며, 증발시 공비현상으로 발생되는 미스트를 제거하지 못하여 증기압축기에서 증기를 압축하는 과정에서 압축기 로터(Rotor) 부분에 스케일이 형성되어 고가인 증기압축기 파손의 원인이 되고, 이로 인한 전체 시스템의 작동 저하가 발생하며, 기계적 증기 재압축 시스템 가동 중단의 원인이 되는 문제점이 있었다.

또한, 증발관 내의 미스트 제거용 데미스터(Demister)는 오염농도에 따라 주기적으로 기계 작동을 멈추고 인위적으로는 분리시켜 세정함으로써 인건비 손실 뿐 아니라 전체적인 처리 용량에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열교환기에서 발생되는 파울링을 효율적으로 제거하여 열전달 성능을 향상시키며, 증기압축기의 수명을 보호하고, 증발, 응축시 열교환기 쉘 부분의 파울링을 봉쇄하여 처리수의 수질을 향상시키는 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 폐수를 1차 예열시키는 진공응축기, 상기 폐수를 감압상태에서 증발시키는 증발관, 상기 1차 예열된 폐수를 2차 예열시켜 정량으로 상기 증발관으로 공급하는 폐수예열공급부, 상기 증발관 내부에서 증발된 폐수의 증기에서 미세부유입자(미스트)를 1차로 제거하는 제1미스트제거부, 상기 제1미스트제거부를 통과한 증기에서 미스트를 2차로 제거하는 제2미스트제거부, 상기 제2미스트제거부를 통과한 증기를 재압축시키는 증기압축기, 상기 증발관 하부에서 이동 된 폐수와 상기 증기압축기로 압축된 증기를 열교환시키는 열교환기, 상기 열교환기 내부에 생성되는 파울링(Fouling)을 자동세정하는 열교환기세정부 및 상기 증발관 하부의 농축수를 순환시켜 농축수의 경화를 방지하는 농축수경화방지부로 구성되는 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 감압증발장치 효율 향상을 위한 열교환기세정 및 미스트제거 장치를 나타낸 상세도이다. 도시된 바와 같이 진공응축기(7)는 폐수원수 저장탱크(13)로부터 유입된 폐수와 열교환기(4)를 거쳐 증기응축펌프(203)를 통해 이송된 응축수를 열교환시켜 폐수를 1차적으로 예열시킨다.

폐수예열공급부(401)는 상기 진공응축기를 통과하면서 1차 예열된 폐수와 증발관(1) 하부에서 이송되어 상기 열교환기를 통과한 폐수를 외부전원(18)을 이용하여 2차 예열한후 폐수유입밸브(102)를 통해 상기 증발관 내부로 보낸다.

농축수경화방지부(402)는 제1수위계를 통해 폐수의 양을 확인하며, 상기 증발관 하부에 농축된 폐수를 농축수순환펌프(202)를 통해 연속적으로 순환시키고, 주기적으로 농축수밸브(101)을 열어 건조기(19)로 배출하여 케이크화 또는 퇴비화(20)한다.

제1미스트제거부(15)는 제1세정수유입밸브(103)을 열고, 제1세정수저장탱크(9)로부터 제1세정수펌프(208)를 통해 물을 분사하는 원형노즐파이프(2)와 함께 상 기 증발관에서 증발된 증기 속에 포함된 미스트를 1차로 제거하며, 제2미스트제거부(11)는 상기 제1미스트제거부를 통과한 감압상태의 고온 증기에 여전히 포함된 미스트를 2차로 제거한다.

상기 제2미스트제거부는 증기 유출구를 통해 유입된 수증기가 충돌하면서 와류를 형성시키는 1차분배판(12), 미스트저장탱크(8) 및 상기 1차 분배판을 통과한 증기에서 2차로 미스트를 분리시키는 2차분배판(16)으로 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 미스트저장탱크는 미스트의 양을 감지하는 센서(14), 미스트가 가득찰 경우 미스트를 상기 폐수원수저장탱크로 이송하는 배출펌프(206) 및 내부 압력을 표시해주는 제1압력게이지(301)로 구성하여 진공을 유지해주는 것이 바람직하다.

열교환기세정부(403)는 상기 증발관 하부를 통해 순환펌프(201)에 의해 이동된 폐수를 증기압축기(3)를 통해 이송된 수증기로 열교환시키며, 내부에 파울링이 형성되면 케미컬로 세정한다.

상기 열교환기세정부는 세정용액을 저장하는 케미컬저장탱크(5), 제2세정수저장탱크(6)로 구성하여 자동으로 구동되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 감압증발장치 효율 향상을 위한 열교환기세정 및 미스트제거 장치 및 그 방법은 다음과 같은 방법으로 폐수처리한다.

폐수원수저장탱크(13)로부터 유입된 폐수를 진공응축기(7)로 열교환시키고 폐수예열공급부(401)로 예열한 다음, 증발관(1) 내에서 고속분사시켜 증발시키는 단계; 상기 증발관에서 증발된 증기 속에 포함된 미스트를 원형노즐파이프(2) 및 제1미스트제거부(15)로 1차 제거하는 단계; 상기 제1미스트제거부를 거친 감압 상태의 고온 증기에 포함된 미스트를 1차분배판(12) 및 2차분배판(16)으로 구성된 2차 미스트제거부(11)로 2차 제거하여 증기는 증기압축기(3)로 보내고, 미스트는 미스트저장탱크(8)로 하강시키는 단계; 상기 제2미스트제거부의 1차분배판 및 2차분배판에 의해 하강한 미스트를 미스트저장탱크(8)에 저장한 다음 상기 폐수원수저장탱크로 배출하는 단계; 상기 제2미스트제거부의 상부로 배출된 증기를 상기 증기압축기에서 승온하고, 열교환기(4)에서 상기 증발관 하부에서 배출된 폐수와 열교환하는 단계; 상기 열교환기 내부를 세정수 및 케미컬로 세정하는 단계; 상기 증발관 하부에 농축된 폐수는 농축수순환펌프(202)로 연속적으로 농축수를 순환시키고, 주기적으로 농축수밸브(101)를 열어 건조기(19)로 배출하도록 하며, 케이크화 또는 퇴비화(20)하여 처리하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리방법에 의해 달성된다.

상기 미스트저장탱크가 가득 찰 때 센서(14)가 감지하여 제5밸브(105)가 닫히면서 제4밸브(104)가 열림과 동시에 제7밸브(107)가 열려서 대기압 상태가 되면서 미스트를 미스트배출펌프(206)를 이용하여 상기 폐수원수저장탱크로 방출시키고, 방출이 끝나면 상기 센서가 이를 감지하여 상기 제4밸브 및 제7밸브가 닫히고, 진공응축기(7)와 에어배출펌프(205)에 연결된 제6밸브(106)가 열리면서 대기압 상태의 상기 미스트저장탱크를 전체 라인과 동일하게 진공도를 유지시키며, 제1압력게이지(301)의 진공도가 전체 라인과 동일하게 될 때 상기 제6밸브가 닫히게 되며, 상기 제5밸브가 열림으로써 초기와 같은 진공도를 유지하며 미스트를 제거하는 것 이 바람직하다.

상기 열교환기 세정은 상기 증발관 하부의 폐수를 이동시켜주는 순환펌프(201)의 제2압력게이지(302)의 압력이 급격히 상승하면 기계 작동을 멈추고, 제12밸브(112)를 닫은 다음 에어배출용밸브(113)를 개방하여 에어(Air)를 배기시켜 대기압 상태를 유지하고, 제10밸브(110)를 열어 상기 열교환기 내부의 폐수를 상기 폐수원수저장고로 배출시키며, 폐수의 배출이 끝나면 상기 제10밸브를 닫은 다음, 제8밸브(108)를 개방하여 제2세정수저장탱크(6)에 있는 세정수를 제2세정수펌프(207)를 이용하여 상기 열교환기 내부로 주입하고, 제2수위계(10)를 확인하면서 세정수가 차면 상기 제8밸브를 닫고 제9밸브(109)를 개방하여 세정용 케미컬을 주입한 다음, 상기 제9밸브 및 제13밸브를 닫고 상기 제2세정수펌프를 작동시키고, 10시간 내지 15시간 자체 순환시켜 파울링을 제거한 다음 정상 가동하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 감압증발 고농도 폐수처리장치 및 그 방법은 첫째, 열교환기의 효율을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 파울링 현상으로 인한 천공작업이 필요 없으며, 이로 인해 인건비를 절감할 수 있고, 증기압축기에서 증기를 압축시 역방향 부하를 줄여 증기압축기를 보호하며, 열교환기의 효율이 일정하여 관리가 용이하고, 특히, 축산 폐수의 경우는 콜로이드성 스케일로서 우수한 세정능력을 발휘할 수 있으며, 이로 인한 MVR 감압증발장치의 잦은 고장을 원천적으로 봉쇄할 수 있고, 둘째, 제2미스트제거부는 증기압축기 내부의 기계식승압기(Mechanical Booster) 로터(Rotor) 부분에 스케일이 형성되는 것을 원천적으로 봉쇄함으로써 고가의 장비를 보호하고, 오염물질이 없는 깨끗한 수증기를 압축시킴으로써 처리수의 수질을 개선시키며, 수증기 응축시 열교환기 쉘 부분의 파울링을 봉쇄하여 열교환기의 수명을 연장하는 효과가 있고, 셋째, 제1미스트제거부는 제2미스트제거부의 부하를 줄여주며, 오염시 인위적으로 세정해주어야 하는 제반 경비 및 기계가동정지율을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

폐수처리장치에 있어서,

폐수를 1차 예열시키는 진공응축기;

상기 폐수를 감압상태에서 증발시키는 증발관;

상기 1차 예열된 폐수를 2차 예열시켜 정량으로 상기 증발관으로 공급하는 폐수예열공급부;

상기 증발관 내부에서 증발된 폐수의 증기에서 미세부유입자(미스트)를 1차로 제거하는 제1미스트제거부;

상기 제1미스트제거부를 통과한 증기에서 미스트를 2차로 제거하는 제2미스트제거부;

상기 제2미스트제거부를 통과한 증기를 재압축시키는 증기압축기;

상기 증발관 하부에서 이동된 폐수와 상기 증기압축기로 압축된 증기를 열교환시키는 열교환기;

상기 열교환기 내부에 생성되는 파울링(Fouling)을 자동세정하는 열교환기세정부; 및

상기 증발관 하부의 농축수를 순환시켜 농축수의 경화를 방지하는 농축수경화방지부

로 구성되는 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1미스트제거부는 세정수를 저장하는 제1세정수저장탱크 및 상기 세정수를 고속분사시키는 노즐파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2미스트제거부는 증기 유출구를 통해 유입된 수증기가 충돌하면서 와류를 형성시키는 1차분배판, 미스트저장탱크 및 상기 1차분배판을 통과한 증기에서 2차로 미스트를 분리시키는 2차분배판으로 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환기세정부는 세정용액을 저장하는 케미컬저장탱크, 제2세정수저장탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치.
제 3 항에 있어서,

상기 미스트저장탱크는 미스트의 양을 감지하는 센서, 미스트가 가득찰 경우 미스트를 상기 폐수원수저장탱크로 이송하는 배출펌프 및 내부 압력을 표시해주는 제1압력게이지로 구성된 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리장치.
폐수처리방법에 있어서,

(a) 폐수원수저장탱크로부터 유입된 폐수를 진공응축기로 열교환시키고 폐수예열공급부로 예열한 다음, 증발관 내에서 고속분사시켜 증발시키는 단계;

(b) 상기 증발관에서 증발된 증기 속에 포함된 미스트를 원형노즐파이프 및 제1미스트제거부로 1차 제거하는 단계;

(c) 상기 제1미스트제거부를 거친 감압 상태의 고온 증기에 포함된 미스트를 1차분배판 및 2차분배판으로 구성된 2차 미스트제거부로 2차 제거하여 증기는 증기압축기로 보내고, 미스트는 미스트저장탱크로 하강시키는 단계;

(d) 상기 제2미스트제거부의 1차분배판 및 2차분배판에 의해 하강한 미스트를 미스트저장탱크에 저장한 다음 상기 폐수원수저장탱크로 배출하는 단계;

(e) 상기 제2미스트제거부의 상부로 배출된 증기를 상기 증기압축기에서 승온하고, 열교환기에서 상기 증발관 하부에서 배출된 폐수와 열교환하는 단계;

(f) 상기 열교환기 내부를 세정수 및 케미컬로 세정하는 단계;

(g) 상기 증발관 하부에 농축된 폐수는 농축수순환펌프로 연속적으로 농축수를 순환시키고, 주기적으로 농축수밸브를 열어 건조기로 배출하도록 하며, 케이크 화 또는 퇴비화하여 처리하는 단계;

를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리방법.
제 6 항에 있어서,

상기 (d)단계에서 미스트저장탱크가 가득 찰 때 센서가 감지하여 제5밸브가 닫히면서 제4밸브가 열림과 동시에 제7밸브가 열려서 대기압 상태가 되면서 미스트를 미스트배출펌프를 이용하여 상기 폐수원수저장탱크로 방출시키고, 방출이 끝나면 상기 센서가 이를 감지하여 상기 제4밸브 및 제7밸브가 닫히고, 진공응축기와 에어배출펌프에 연결된 제6밸브가 열리면서 대기압 상태의 상기 미스트저장탱크를 전체 라인과 동일하게 진공도를 유지시키며, 제1압력게이지의 진공도가 전체 라인과 동일하게 될 때 상기 제6밸브가 닫히게 되며, 상기 제5밸브가 열림으로써 초기와 같은 진공도를 유지하며 미스트를 제거하는 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리방법.
제 6 항에 있어서,

상기 (f)단계의 열교환기 세정은 상기 증발관 하부의 폐수를 이동시켜주는 순환펌프의 제2압력게이지의 압력이 급격히 상승하면 기계 작동을 멈추고, 제12밸브를 닫은 다음 에어배출용밸브를 개방하여 에어(Air)를 배기시켜 대기압 상태를 유지하고, 제10밸브를 열어 상기 열교환기 내부의 폐수를 상기 폐수원수저장고로 배출시키며, 폐수의 배출이 끝나면 상기 제10밸브를 닫은 다음, 제8밸브를 개방하여 제2세정수저장탱크에 있는 세정수를 제2세정수펌프를 이용하여 상기 열교환기 내부로 주입하고, 제2수위계를 확인하면서 세정수가 차면 상기 제8밸브를 닫고 제9밸브를 개방하여 세정용 케미컬을 주입한 다음, 상기 제9밸브 및 제13밸브를 닫고 상기 제2세정수펌프를 작동시키고, 10시간 내지 15시간 자체 순환시켜 파울링을 제거한 다음 정상 가동하는 것을 특징으로 하는 감압증발 고농도 폐수처리방법.