KR20090123490A - 아민 포함 폐수로부터의 아민 회수 방법 - Google Patents
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Abstract
원자력 및 화력 발전소에서 발생되는 아민 포함 폐수로부터 고농도, 고순도의 아민을 회수하는 방법으로서, 양이온교환수지를 이용한 아민 포획 및 폐수 농축 단계; 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계; 및 증류 방식으로 아민을 2차 분리하는 단계를 포함하는 아민 회수방법이 개시된다. 상기 아민 회수방법을 이용하여, 원자력 및 화력 발전소의 폐수로부터 생화학적산소요구량 및 총질소농도 증가의 원인인 아민을 발생 시점에서 근본적으로 처리함으로써, 기존 폐수처리장의 부하 증가를 유발하지 않을 뿐만 아니라 설비 개선의 필요성도 제거할 수 있다. 또한, 원자력 및 화력 발전소의 물/증기 순환계통의 부식 예방을 위해 계속적으로 주입하는 아민을 회수하여 재이용함으로써 발전소의 경제성을 향상시킬 수 있다.
아민 포함 폐수, 아민 회수, 양이온교환수지, 증발, 응축
Description
본 발명은 원자력 및 화력 발전소에서 발생되는 아민 포함 폐수로부터 고농도, 고순도의 아민을 회수하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 양이온교환수지를 이용한 아민 포획 및 폐수 농축 단계; 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계; 및 증류 방식으로 아민을 2차 분리하는 단계를 포함하는 아민 회수방법에 관한 것이다.
원자력 및 화력발전소는 원자력에너지 또는 화석연료로부터 전기에너지를 얻기 위하여 에너지 전달매체로서 물을 사용하는데, 일반적으로 발전소에서의 물/증기 순환계통은 물은 기화하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산한 후 증기를 다시 물로 응축시켜 재순환한다.
이때 응축된 물에 의하여 각종 구성기기가 부식되어 손상될 수 있으므로, 전기화학적으로 각종 금속의 부식을 억제할 수 있도록 pH 제어제 및 화학전위 조절제 등 화학약품을 주입한다.
원자력 및 화력 발전소의 물/증기 순환계통에는 이온교환수지탑이 설치되어 있어 미량의 불순물은 물론 부식억제를 위해 주입하는 화학약품도 제거되기 때문에, 물/증기 순환주기마다 화학약품을 이온교환수지로부터 제거하고 외부에서 다시 주입하는 과정을 반복해야 한다.
상기 화학약품 중 일부는 휘발성 강한 물질로서 처리 도중 대기로 방출되므로 간단한 물리적 공정으로 처리할 수 있으나, 일부는 수중에 존재하여 환경배출허용기준에 규정된 생물학적산소요구량, 생화학적산소요구량 및 총질소농도의 증가를 유발하므로 방류수의 방출허용기준을 만족할 수 없게 하는 문제가 있다.
본 발명은 원자력 및 화력 발전소에서 배출되는 아민 포함 폐수로부터 고농도, 고순도 아민을 회수하고 재이용할 수 있는 방법을 제공하여, 아민이 방출되지 않도록 할 뿐만 아니라 폐수 내 아민의 산업적 이용가치를 높이고자 한다.
본 발명은 아민 포함 폐수로부터 아민을 회수하는 방법으로서, 양이온교환수지를 이용하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하는 폐수를 농축하는 단계(S10); 상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계(S20); 및 상기 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수를 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 증류하여 아민을 2차 분리하는 단계(S30)를 포함하는 아민 회수방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 아민 포함 폐수로부터 아민을 회수하는 방법으로서, 아민 포함 폐수를 양이온교환수지(11)가 충진된 이온교환수지탑(10)으로 유입하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하는 폐수 농축 단계; pH 측정기(7)와 전도도 측정기(8)를 이용하여 상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계; 및 상기 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수를 증발탑(14)에서 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 가열하고, 발생된 증기를 냉각탑(16)에서 25℃이하 온도로 냉각하여 아민을 2차 분리하는 단계를 포함하는 아민 회수방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 아민 회수방법을 이용하여, 원자력 및 화력 발전소의 폐수로부터 생화학적산소요구량 및 총질소농도 증가의 원인인 아민을 발생 시점에서 근본적으로 처리함으로써, 기존 폐수처리장의 부하 증가를 유발하지 않을 뿐만 아니라 설비 개선의 필요성도 제거할 수 있다. 또한, 원자력 및 화력 발전소의 물/증기 순환계통의 부식 예방을 위해 계속적으로 주입하는 아민을 회수하여 재이용함으로써 발전소의 경제성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 아민 포함 폐수로부터 아민을 회수하는 방법으로서, 양이온교환수지를 이용하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하는 폐수를 농축하는 단계(S10); 상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계(S20); 및 상기 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수를 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 증류하여 아민을 2차 분리하는 단계(S30)를 포함하는 아민 회수방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아민 회수방법의 순서도이다. 먼저 양이온교환수지를 이용하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하여 폐수를 농축한다(S10). 상기 아민의 용출은, 아민이 포획된 양이온교환수지에 가성소다를 주입하여 수행할 수 있으며 물, 아민, 가성소다 순으로 배출된다.
상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 pH 및 전도도를 이용하여 고순도 아민을 1차 분리한다(S20). 이때 아민의 pH 값은 8 내지 12, 전도도 값은 0.01 내지 4ms/cm의 값을 가지며, 상기 분리된 고순도 아민은 아민 회수 탱크에 저장되어 재이용될 수 있다.
상기 고순도 아민이 분리되고 남은 저순도 아민 폐수는 증발탑으로 이송되어 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 가열, 증발되고 냉각탑에서 25℃이하 온도로 냉각, 응축되어 아민이 2차 분리된다(S30). 상기 100mmHg이하의 압력은 진공펌프를 이용하여 제공할 수 있다. 100mmHg이하의 압력에서 가열함으로써 증발온도를 낮출 수 있기 때문에, 열에너지 및 전기에너지를 감소시킬 수 있다. 상기 가열은 150℃이하에서 수행함으로써 불순물은 증발시키지 않고 순수한 물과 아민만을 증발시킬 수 있다.
상기 S30 단계에서 냉각탑에서 증기가 응축된 후 센서를 이용하여 물과 아민을 분리할 수 있다. 센서는 pH와 전도도를 측정할 수 있으며 물은 pH값이 7이하, 전도도 값은 10us/cm미만이고, 아민은 pH값이 8이상, 전도도 값은 10us/cm이상의 값을 가지므로 물과 아민을 분리할 수 있다. 일부 응축 후 다시 증발하는 기체상 아민은 흡착제를 이용하여 흡착할 수 있고, 기체상 아민이 흡착되어 제거된 증기는 대기중으로 방출될 수 있다. 진공펌프는 흡착탑 이후에 설치되어 진공펌프의 부하 및 진공펌프오일에 의한 흡착탑의 오염을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 아민 회수방법은 도 2에 도시된 시스템을 통하여 실시될 수 있다.
우선, 아민 포함 폐수 탱크(2)에 저장되어 있는 아민 포함 폐수를 펌 프(1)(Chemical pump)를 이용하여 양이온교환수지(11)가 충진된 이온교환수지탑(10)으로 유입한다. 아민 포함 폐수로부터 아민은 상기 양이온교환수지에 의하여 포획된다. 그 후 이온교환수지탑(10)에 연결된 가성소다 탱크(3)로부터 가성소다액을 이온교환수지탑(10)에 주입하여 포획된 아민을 용출(elution)하여 폐수를 농축한다.
상기 이온교환수지탑(10)은 강염기성 환경에서 부식이 발생하지 않는 고분자 물질 또는 스텐인레스강과 같은 금속으로 구성될 수 있다. 상기 양이온교환수지(11)로서는 술폰산기(-SO3H)를 교환기로 가지고 디비닐벤젠-스티렌 공중합체를 골조로 하는 것을 사용할 수 있으며, 양이온교환수지(11)의 이온교환능력이 상실되면 가성소다액을 이온교환수지탑(10)에 주입하여 포획된 아민을 용출함으로써 양이온교환수지(11)를 재생할 수 있다.
상기 용출과정을 통하여, 초기 유입된 아민 포함 폐수는 1/10,000~1/20,000정도의 농도로 고농축되어 부피가 감소된다.
상기 이온교환수지탑(10) 상부에는 가성소다 및 활성탄이 충진되어 있는 흡착탑(6)을 연결하여 외부의 이산화탄소의 유입을 방지하고, 제올라이트로 충진된 흡착탑(9)을 연결하여 내부의 기체상 아민의 유출을 방지할 수 있다. 제올라이트는 결정 구조상 내부에 미세 공간이 존재하는데, 상기 미세 공간에 화학물질을 물리 또는 화학적으로 결합할 수 있으므로, 기체상 아민이 흡착될 수 있다.
상기 농축된 아민 포함 폐수는 pH 측정기(7)와 전도도 측정기(8)에 의하여 고순도 아민이 1차 분리되고, 상기 분리된 고순도 아민은 아민 회수탱크(12)에 저장된다. 상기 아민 회수탱크(12) 상부에는 가성소다 및 활성탄이 충진되어 있는 흡착탑(6)을 연결하여 외부의 이산화탄소의 유입을 방지할 수 있다.
상기 고순도 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수는 저순도 아민 저장탱크(13)에 잠시 저장되었다가 증발탑(14)으로 이송되어 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 가열, 증발된다. 상기 증발에 의하여 발생된 기체는 냉각탑(16)으로 이송되어 25℃이하 온도로 냉각, 응축되는데, 상기 증발탑(14)과 냉각탑(16) 사이에는 기체/액체 및 기체/고체 분리기(15)를 설치하여, 폐수 내 존재하는 고형물 또는 기화되지 않은 유기물이 캐리오버되어 증기 및 기체상 아민에 포함되는 것을 방지할 수 있다. '캐리오버'는 휘발성이 없는 유기물 또는 무기물이 포함된 물을 끓일 때, 유기물 또는 무기물이 증기 또는 거품과 함께 대기중으로 날아가는 현상을 의미한다.
상기 증발탑(14)은 강염기성 환경에서 부식이 발생하지 않으며, 열전달이 우수한 스테인레스강, 알루미늄, 티타늄제 재질로 구성될 수 있다. 또한, 냉각탑(16)은 강염기성 환경에서 부식이 발생하지 않으며, 열전달이 우수한, 구리성분이 포함되지 않은 스테인레스 또는 티타늄의 금속재질로 구성될 수 있다. 상기 냉각탑(16)의 열 제거원으로 공기(5), 순수(4), 냉매를 사용할 수 있다.
상기 냉각탑(16)에서 증기 및 아민이 응축된 후, 센서를 이용하여 아민을 불순물로부터 2차 분리하여 아민 회수탱크(12)에 저장한다. 응축된 아민이 분리된 후 남은 기체상 아민은 상기 냉각탑(16)에 연결된 흡착탑(9) 내 흡착제에 의하여 흡착 될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의한 아민 회수방법을 이용하면 아민 포함 폐수로부터 아민이 발생되는 이온교환수지 재생 시점에서 아민을 근본적이고 효과적으로 회수할 수 있으므로, 환경배출기준인 생화학적산소요구량 및 질소 함량을 만족하는 상태로 방류할 수 있고 동시에 고가의 아민을 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 아민 회수방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 아민 회수방법을 적용한 시스템의 개략도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
1: 펌프 9: 흡착탑
2: 아민 포함 폐수 탱크 10: 이온교환수지탑
3: 가성소다 탱크 11: 양이온교환수지
4: 순수 12: 아민 회수탱크
5: 공기 13: 저순도 아민 저장탱크
6: 흡착탑 14: 증발탑
7: pH 측정기 15: 기체/액체, 기체/고체 분리기
8: 전도도 측정기 16: 냉각탑
17: 진공펌프
Claims (16)
- 아민 포함 폐수로부터 아민을 회수하는 방법으로서,양이온교환수지를 이용하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하여 폐수를 농축하는 단계(S10);상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계(S20); 및상기 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수를 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 증류하여 아민을 2차 분리하는 단계(S30)를 포함하는, 아민 회수방법.
- 제1항에 있어서,상기 아민의 용출은, 아민이 포획된 양이온교환수지에 가성소다를 주입하여 수행하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제1항에 있어서,상기 S20 단계에서 아민의 1차 분리는 pH 및 전도도를 이용하여, pH 값이 8 내지 12, 전도도 값이 0.01 내지 4ms/cm인 아민을 분리하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제1항에 있어서,상기 S30 단계에서 아민이 2차 분리된 후, 남은 기체상 아민을 흡착제를 이 용하여 흡착하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제1항에 있어서,상기 S30 단계에서, 100mmHg이하의 압력은 진공펌프를 이용하여 제공하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 아민 포함 폐수로부터 아민을 회수하는 방법으로서,아민 포함 폐수를 양이온교환수지(11)가 충진된 이온교환수지탑(10)으로 유입하여 아민 포함 폐수로부터 아민을 포획하고, 포획된 아민을 용출(elution)하여 폐수를 농축하는 단계;pH 측정기(7)와 전도도 측정기(8)를 이용하여 상기 농축된 아민 포함 폐수로부터 아민을 1차 분리하는 단계; 및상기 아민이 1차 분리되고 남은 아민 폐수를 증발탑(14)에서 150℃이하의 온도, 100mmHg이하의 압력에서 가열하고, 발생된 증기를 냉각탑(16)에서 25℃이하 온도로 냉각하여 아민을 2차 분리하는 단계를 포함하는, 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 포획된 아민을 용출하는 것은, 이온교환수지탑(10)에 연결된 가성소다 탱크(3)로부터 가성소다액을 이온교환수지탑(10)에 주입하여 용출하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 이온교환수지탑(10) 상부에 흡착탑을 연결하여 외부의 이산화탄소의 유입 또는 내부의 기체상 아민의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 아민의 1차 분리는 pH 값이 8 내지 12, 전도도 값이 0.01 내지 4ms/cm인 아민을 분리하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 증발탑(14)과 냉각탑(16) 사이에는 기체/액체 및 기체/고체 분리기(15)를 구비하여, 폐수 내 존재하는 고형물이 캐리오버되어 증기 및 기체상 아민에 포함되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 아민의 2차 분리는, 증발탑(14)에서 발생된 증기를 냉각탑(16)에서 응축한 후, 센서를 이용하여 아민을 분리하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제11항에 있어서,상기 센서는 pH와 전도도를 측정하고, pH값이 7이하, 전도도 값이 10us/cm미만이면 물, pH값이 8이상, 전도도 값이 10us/cm이상이면 아민으로 분리하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제10항에 있어서,상기 냉각탑(16)을 흡착탑과 연결하여 기체상 아민의 유출을 방지하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제6항에 있어서,상기 양이온교환수지(11)는 술폰산기(-SO3H)를 교환기로 가지고 디비닐벤젠-스티렌 공중합체를 골조로 하는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제8항 또는 제13항에 있어서,상기 기체상 아민의 유출을 방지하기 위한 흡착탑은 제올라이트로 충진된 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
- 제8항에 있어서,외부의 이산화탄소 유입을 방지하기 위한 흡착탑은 가성소다 및 활성탄이 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 아민 회수방법.
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