KR20100135041A - 무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치 - Google Patents

무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

무기염 함유 폐액에 포함된 불순물을 충분히 제거하여 고품질의 산 및 알칼리를 저비용으로 회수한다. 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거하는 불순물 제거장치(10) 및 전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 전기투석장치(20)를 포함하는 무기염 함유 폐액의 처리장치로서, 불순물 제거장치(10)는 폐액에 포함된 무기염을 석출시키는 결정화장치(12), 석출된 무기염을 여액과 분리하는 염 분리장치(13), 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해조(14) 및 염 분리장치에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축장치(15)를 포함하고 있으며, 농축장치(15)에서 생성된 농축된 여액을 결정화장치(12)로 공급하도록 구성되어 있다.
Figure P1020090053478
무기염, 폐액, 전기투석, 농축장치, 결정화장치

Description

무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING AN INORGANIC SALT-CONTAINING WASTE LIQUID}
본 발명은 공장 폐수나 침출수 등의 무기염 함유 폐액을 처리하기 위한 무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치에 관한 것이다.
종래, 황산 나트륨(망초)이나 염화 나트륨 등 여러 무기염을 포함한 폐액을 처리하는 방법으로, 전기투석장치를 이용하여 폐액으로부터 산 및 알칼리를 회수하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 황산염의 알칼리성 폐액을 탈알칼리 처리한 후 이온 교환막 전기투석장치로 공급함으로써 전기투석장치의 음이온 교환막의 열화를 억제하는 것이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제3015486호 공보
그런데, 특허문헌 1에 개시된 처리방법은, 전기투석장치로 폐액을 공급하기 위한 전처리가 역시 이온 교환막 전기투석장치를 이용한 탈알칼리 처리에 의해 이루어지므로, 전처리에서 이용하는 이온 교환막의 열화를 피할 수 없는 문제가 있 다.
또한, 염소 이온, 질산 이온, 불화수소산 이온 등 종래의 전처리로는 제거가 어려운 불순물로 인해, 회수되는 황산 중에 염산, 질산, 불화수소산 등이 혼입되어 부식성이 높은 산이 되기 쉬우므로, 내식성을 유지하는 관점에서 설비의 재료 비용이나 러닝 코스트가 높아지는 문제도 있다.
따라서, 본 발명은 무기염 함유 폐액에 포함된 불순물을 충분히 제거하여 고품질의 산 및 알칼리를 저비용으로 회수할 수 있는 무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은, 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계 및 전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 회수 단계를 포함하는 무기염 함유 폐액의 처리방법으로서, 상기 불순물 제거 단계는 폐액에 포함된 무기염을 결정(crystallizing) 분리하는 염 분리 단계 및 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해 단계를 포함하고, 상기 회수 단계는 상기 용해 단계에서 생성된 용액에 대해 전기투석을 실시하는 무기염 함유 폐액의 처리방법에 의해 달성된다.
이러한 무기염 함유 폐액의 처리방법은, 상기 염 분리 단계에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축 단계를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 염 분리 단계는 농축된 여액에 잔류하는 무기염을 결정 분리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 농축 단계는 상기 회수 단계에서 산 용액 및 알칼리 용액이 분리된 묽은염 용액을 증발 농축시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 목적은, 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거 하는 불순물 제거장치 및 전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 전기투석장치를 포함하는 무기염 함유 폐액의 처리장치로서, 상기 불순물 제거장치는 폐액에 포함된 무기염을 석출시키는 결정화장치(crystallizing device), 석출된 무기염을 여액과 분리하는 염 분리장치, 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해조 및 상기 염 분리장치에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축장치를 포함하고 있으며, 상기 농축장치에서 생성된 농축된 여액을 상기 결정화장치로 공급하도록 구성되어 있는 무기염 함유 폐액의 처리장치에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 무기염 함유 폐액에 포함된 불순물을 충분히 제거하여 고품질의 산 및 알칼리를 저비용으로 회수할 수 있는 무기염 함유 폐액의 처리방법 및 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기염 함유 폐액의 처리장치를 나타낸 개략적인 구성도이다. 이 처리장치(1)는 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거하는 불순물 제거장치(10) 및 전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 전기투석장치(20)를 포함하고 있다.
불순물 제거장치(10)는 폐액 중에 포함된 현탁 물질(SS 성분)을 포착하는 여과 필터를 구비하여 중화나 여과 등의 조작을 수행하는 전처리장치(11), 전처리장치를 통과한 폐액을 결정(crystallizing)시켜서 무기염 결정을 석출시키는 결정화장치(12), 석출된 무기염을 여액과 분리하는 염 분리장치(13), 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해조(14) 및 염 분리장치(13)에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축장치(15)를 포함하고 있으며, 농축장치(15)에서 농축된 여액은 다시 결정화장치(12)로 공급되도록 구성되어 있다.
본 실시예에서, 결정화장치(12)는 공급된 폐액을 냉각 결정화 캔으로 냉각시켜, 목적으로하는 무기염 결정을 석출시키는 냉각결정화장치를 사용하고 있지만, 순도가 높은 결정이 석출되는 결정화 방법이면 좋고, 예를 들어 증발결정화장치, 재결정장치 등을 이용할 수 있다.
염 분리장치(13)는 무기염이 석출된 폐액 슬러리로부터 결정을 원심 분리하도록 구성되어 있다. 무기염 결정은 용해조(14)에 공급된다. 용해조(14)는 공급된 무기염 결정을 원하는 농도가 되도록 물에 용해시켜 무기염 용액을 생성하고 전기투석장치(20)에 공급한다.
한편, 염 분리장치(13)에서 무기염이 분리된 여액은 농축장치(15)로 공급된다. 농축장치(15)는, 내부를 가열 유체가 통과하는 복수의 전열관의 표면에, 여액을 감압하에서 살포하여 가열 증발시키는 공지된 증발농축장치를 이용할 수 있으며, 여액 중에 소량 포함된 무기염을 농축시킨다. 농축된 여액은 결정화장치(12)로 다시 공급되지만, 불순물이 포함되므로 일부를 블로우액으로 배출시킨다. 이 배출 비율은 밸브 개방도의 조절을 통해 원하는 값으로 설정될 수 있다.
전기투석장치(20)는 양극과 음극 사이에 양이온 교환막, 바이폴라막 및 음이온 교환막을 포함하는 셀이 복수개 적층된 3실(室) 셀 방식의 바이폴라막 전기투석장치 등 공지된 것을 사용할 수 있으며, 양이온 교환막 및 음이온 교환막에 의해 형성되는 탈염실로 무기염 용액이 도입된다. 또한, 양이온 교환막 및 바이폴라막에 의해 형성되는 알칼리실(alkali chamber)과, 바이폴라막 및 음이온 교환막에 의해 형성되는 산실(acid chamber)로 각각 물이 도입되어, 알칼리실 및 산실로부터 알칼리 용액 및 산 용액이 각각 회수된다. 탈염실에서 탈염된 묽은염 용액은 농축장치(15)로 공급된다.
다음으로, 상기 구성을 포함하는 무기염 함유 폐액의 처리장치(1)의 작용을 설명한다. 본 실시예의 처리장치(1)는 염산, 황산, 불화수소산, 인산 등의 강산과, 칼륨, 나트륨 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 무기염을 함유한 공장 폐수나 침출수 등의 폐액을 처리하는데 적절하게 이용할 수 있으며, 이하에서는 황산 나트륨(망초)을 무기염으로 함유한 폐액의 처리를 예로 들어 설명한다.
불순물 제거장치(10)에 공급된 폐액은 전처리장치(11)를 통과할 때에 현탁 물질(SS 성분)이 제거된 후 결정화장치(12)로 도입된다. 결정화장치(12)에서는 염에 의해 포화 용해도나 용해도의 온도 의존성이 다른 점을 이용하여 목적으로 하는 염의 결정만을 석출시킨다. 본 실시예에서는 염화 나트륨의 용해도의 온도 의존성이 함수(含水) 망초의 용해도의 온도 의존성에 비해 작은 점을 이용하고 있다. 즉, 공급 농도에 있어서의 염화 나트륨의 석출 온도 이상이면서 함수 망초의 석출 온도 이하로 냉각시킴으로써 함수 망초만을 석출시킨다. 또한 그밖의 미량의 불순물은 용액측으로 용해시킴으로써 결정 순도를 높이는 것이 가능하다. 이렇게 해서 황산 나트륨의 결정이 석출되어 폐액이 슬러리상이 되고, 이 폐액이 염 분리장치(13)에서 고액 분리된다.
염 분리장치(13)에서 분리된 황산 나트륨의 결정은 용해조(14)에서 순수(純水)로 용해되어 용액이 되고 전기투석장치(20)로 공급된다. 이 용액은 결정화장치(12) 및 염 분리장치(13)를 거침으로써 용해염의 순도를 높일 수 있기 때문에, 생성되는 산 용액 및 알칼리 용액(즉, 황산 용액 및 부식성 소다 용액)을 고품질의 것으로 할 수 있어 농도를 충분히 높인 유가의 산 및 알칼리를 회수할 수 있다. 또한, 용액 중에 포함된 염소 이온, 질산 이온, 불소 이온 등의 불순물이 충분히 줄어듦에 따라 재료 부식의 문제가 억제되어 회수 설비의 초기 비용, 러닝 코스트를 큰 폭으로 개선할 수 있으므로, 산 및 알칼리 회수의 장점이 커진다.
한편, 염 분리장치(13)에서 생성된 여액은 농축장치(15)로 공급되어 증발 농축된 후 다시 결정화장치(12)로 공급된다. 이에 따라, 여액 중에 소량 잔류하는 황산 나트륨이 농축되어 석출되기 쉬운 상태에서 다시 결정화되기 때문에, 전기투석장치(20)에서의 산 용액 및 알칼리 용액의 회수율을 높일 수 있다. 농축장치(15)에서 생성된 증기는 응축수로서 회수할 수 있다.
농축장치(15)에서 여액을 되풀이하여 농축시킴으로써 황산 나트륨(함수 망초)과 함께 불순물도 농축되기 때문에, 염 분리장치(13)에서 생성되는 결정염에 불순물이 혼입되기 쉬워져 회수하는 산·알칼리의 품질이 저하될 우려가 있다. 이와 같은 경우에는, 결정화장치(12)로의 폐액의 공급을 연속적으로 수행하면서 농축장치(15)에서 생성된 농축액의 일부를 블로우액으로 외부로 연속적으로 배출시킴으로써, 결정화장치(12)로 공급되는 농축액의 불순물 농도의 증가를 억제할 수 있다. 블로우액의 배출량을 많게 할수록 회수되는 산·알칼리의 품질이 높아지는 한편 회수율은 저하되므로, 여액 중의 불순물 농도를 모니터링하거나 하여 블로우액의 배출량을 적절히 조절하는 것이 바람직하다.
전기투석장치(20)로 공급된 황산 나트륨의 용액은 탈염실을 통과할 때에 대부분이 산 용액 및 알칼리 용액으로서 회수되지만, 탈염실로부터 배출된 액 중에도 황산 나트륨이 소량 포함되어 있다. 이러한 묽은염 용액은 염 분리장치(13)에서 생성된 여액과 함께 농축장치(15)로 공급되어 증발 농축됨으로써, 황산 나트륨을 염 분리장치(13)에서 다시 석출할 수 있어 산 및 알칼리의 회수율을 더욱 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무기염 함유 폐액의 처리장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 처리장치 10: 불순물 제거장치
11: 전처리장치 12: 결정화장치
13: 염 분리장치 14: 용해조
15: 농축장치 20: 전기투석장치

Claims (4)

  1. 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계; 및
    전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 회수 단계
    를 포함하고,
    상기 불순물 제거 단계는 폐액에 포함된 무기염을 결정 분리하는 염 분리 단계 및 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해 단계를 포함하고;
    상기 회수 단계는 상기 용해 단계에서 생성된 용액에 대해 전기투석을 실시하는
    무기염 함유 폐액의 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 염 분리 단계에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축 단계를 더 포함하고,
    상기 염 분리 단계는 농축된 여액에 잔류하는 무기염을 결정 분리하는 단계를 포함하는
    무기염 함유 폐액의 처리방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 농축 단계는 상기 회수 단계에서 산 용액 및 알칼리 용액이 분리된 묽은염 용액을 증발 농축시키는 단계를 포함하는
    무기염 함유 폐액의 처리방법.
  4. 무기염을 함유한 폐액으로부터 불순물을 제거하는 불순물 제거장치; 및
    전처리후 폐액을 전기투석에 의해 산 용액 및 알칼리 용액으로 분리하여 회수하는 전기투석장치
    를 포함하고,
    상기 불순물 제거장치는, 폐액에 포함된 무기염을 석출시키는 결정화장치; 석출된 무기염을 여액과 분리하는 염 분리장치; 분리된 무기염의 용액을 생성하는 용해조; 및 상기 염 분리장치에서 생성된 여액을 증발 농축시키는 농축장치를 포함하고,
    상기 농축장치에서 생성된 농축된 여액은 상기 결정화장치에 공급되는
    무기염 함유 폐액의 처리장치.
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