KR20220019215A - 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템 - Google Patents

고염 및 고농도 폐수 증발 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐수를 증발시키기 위한 1차 증발기; 및 농도가 기준 이상인 폐수 - 고 농도 폐수 - 를 증발시키기 위한 증발 결정화기(10);를 포함하며, 농도가 기준보다 낮은 폐수 - 저농도 폐수- 를 1차 증발기가 1차로 증발시키고, 증발 결정화기(10)는 1차 증발기에 의해 1차로 증발된 폐수를 증발시켜 폐수에 포함된 입자들을 분말화시키는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템이 제공된다.

Description

고염 및 고농도 폐수 증발 시스템{VAPORIZATION SYSTEM FOR TREATING HIGH SALINITY AND HIGH CONCENTRATION WASTEWATER}
본 발명은 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 관한 것이다.
종래 폐수를 처리하는 기술들로는 예를 들면 화학약품 투입에 의한 처리 기술과 감압증발에 의한 처리기술이 존재한다. 약품 투입에 의한 처리방식은 약품투입에 의한 처리비용이 매우 클 뿐만 아니라, 중금속을 함유한 폐수의 처리가 여의치 않았고, 감압증발에 의한 경우는 고염 및 고농도의 폐수를 처리할 경우 스케일이 대량으로 발생되는 문제가 존재한다(도 10는 종래의 감압식 증발기에서 발생되는 스케일 사진들을 참조).
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 폐수를 증발시키기 위한 1차 증발기; 및 농도가 기준 이상인 폐수 - 고 농도 폐수 - 를 증발시키기 위한 증발 결정화기(10);를 포함하며, 농도가 기준보다 낮은 폐수 - 저농도 폐수- 를 1차 증발기가 1차로 증발시키고, 증발 결정화기(10)는 1차 증발기에 의해 1차로 증발된 폐수를 증발시켜 폐수에 포함된 입자들을 분말화시키는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템이 제공된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 고염 및 고농도 폐수를 대량으로 빠르게 처리할 수 있게 된다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 증발 결정화기에서 배출되는 배가스나 응축수 등을 활용하여 에너지 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 사용된 증발 결정화기(10)의 예시적인 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 농도 조절 장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)의 예시적인 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 미세 기포 생성부(1300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 9의 도면들은 본 발명에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템의 이해를 돕기 위한 도면들이다.
도 10은 종래의 감압식 증발기에서 발생되는 스케일 사진들을 나타낸 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서의 도면들에서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본원 명세서에서는 임의의 구성요소 A와 구성요소 B가 서로 동작적으로 결합되어 있다고 함은, 어떤 동작이 이루어지도록 임의의 구성요소 A와 구성요소 B가 서로 직접 또는 간접(하나 이상의 다른 구성요소를 매개로 하여) 결합되어 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. 또한, 도면에서 구성요소들 간에 연결된 선이나 화살표들은 서로 동작적으로 결합되어 있음을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템(이하, '고염 및 고농도 폐수 증발 시스템'이라고 함)은 증발 결정화기(10), 감압 증발기(20), 및 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)를 포함한다.
증발 결정화기(10)는 디스크 타입으로 구성되며 폐수를 기화시켜 폐수에 포함된 입자들을 분말화(즉, 고형물화)할 수 있다.
감압 증발기(20)도 폐수를 증발시킬 수 있는 구조를 가지며, 본 발명에서 감압 증발기(20)는 판형으로 구성된 증발기일 수 있다. 한국 등록특허 10-0478014호(이하, '014')에는 감압 증발기가 개시되어 있고, 한국 공개특허 10-2006-0109619호(이하, '619')에도 감압 증발기가 개시되어 있다. 본 발명에서 감압 증발기(20)는 014호 특허나 619호에 개시된 감압 증발기를 활용할 수 있으나, 본원 발명이 그러한 014호 특허나 619호에 개시된 감압 증발기들에만 한정되는 것이 아니다.
한편, 상술한 014호 특허와 619호 특허에 기재된 모든 내용은 본원 명세서의 일부로 결합하되, 본원 발명과 상충되는 범위는 제외된다.
일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에서, 증발 결정화기(10)는 농도가 기준 이상인 폐수 - 고 농도 폐수 - 를 증발시킬 수 있다. 예를 들면, 농도가 기준보다 낮은 폐수 - 저농도 폐수- 를 감압 증발기(20)가 1차로 증발시키고, 증발 결정화기는 감압 증발기(20)에 의해 1차로 증발된 폐수를 증발시켜 상기 폐수에 포함된 입자들을 분말화시킬 수 있다. 폐수 공급원(70)으로부터 제공되는 폐수의 농도가 고농도일 경우는, 감압 증발기(20)를 거치지 않고 증발 결정화기(10)로 이동되어 증발될 수 있다.
일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템은 악취 제거부(30), 열교환 및 기액 관리부(40), 응축수 저장 장치(50), 증발 결정화기(10)의 동작 속도를 조절하기 위한 속도 조절부(60), 폐수 공급원(70)으로부터 제공되는 폐수의 농도를 감지하기 위한 농도 측정 센서(80), 및 폐수용 열교환기(900)를 더 포함할 수 있다.
농도 측정 센서(80)의 감지 결과에 따라서, 폐수 공급원(70)으로부터 공급되는 폐수는 감압 증발기(20)로 이동되거나 또는 증발 결정화기(10)로 이동된다. 폐수 공급원(70)으로부터 공급되는 폐수의 농도가 낮을 경우에는 감압 증발기(20)로 폐수가 이동되고, 폐수 공급원(70)으로부터 공급되는 폐수의 농도가 높을 경우에는 폐수용 열교환기(900)를 거쳐서 증발 결정화기(10)로 이동된다.
감압 증발기(20)는 판형으로 구성될 수 있고, 이렇게 판형으로 구성될 경우 감압 증발기(20)의 내부에 스케일이 많이 발생될 수 있다. 따라서, 본원 발명에서는 스케일이 낄 수 있는 고농도의 폐수는 감압 증발기(20)를 거치지 않고(또는 적은 양의 폐수가 감압 증발기(20)로 가도록 구성하는 것도 가능함), 증발 결정화기(10)로 이동된다. 한편, 폐수의 농도의 기준('기준 농도')은 본원 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자('당업자')가 적절하게 정할 수 있을 것이다.
열교환 및 기액 분리부(40)는 감압 증발기(20)로부터 배출되는 배가스의 온도를 낮추고, 액체와 기체를 분리할 수 있다. 분리된 액체는 응축수 저장 장치(50)가 저장하고, 분리된 기체는 악취 제거부(30)를 통해서 외부로 방출될 수 있다.
증발 결정화기(10)에서 폐수가 기화되어 배출되는 배가스는 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)로 제공되며, 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)로 제공된 배가스의 적어도 일부가 캐리어 가스로 변환되어 증발 결정화기(10)로 다시 공급되고, 남은 가스(캐리어 가스의 일부거나 또는 증발 결정화기(10)로부터 배출된 순간의 배가스의 일부일 수 있음)가 있으면 열교환 및 기액 분리부(40)로 이동된다.
폐수 공급원(70)에 의해 공급되는 폐수가 고농도(기준 농도 이상일 경우)일 경우 폐수용 열교환기(900)로 폐수가 이동되고, 폐수는 폐수용 열교환기(900)에서 증발 결정화기(10)로부터 배출되는 응축수와 열교환 되고 난 후에 증발 결정화기(10)로 제공된다.
속도 조절부(60)는 폐수의 농도에 따라서 증발 결정화기(10)의 속도를 조절한다. 예를 들면, 속도 조절부(60)는 폐수의 농도가 높을수록 증발 결정화기(10)의 속도가 느리도록 조절하고, 폐수의 농도가 낮을수록 증발 결정화기(10)의 속도가 빠르도록 조절한다. 여기서, 증발 결정화기(10)의 속도라고 함은 증발 결정화기(10)에 포함된 디스크의 회전 속도를 의미한다.
속도 조절부(60)는 농도 측정 센서(80) 또는 별도로 설치된 농도 측정 센서(미 도시)에 의해 감지된 결과를 제공받아서, 증발 결정화기(10)의 속도를 조절할 수 있다.
증발 결정화기(10)는 외부로부터 스팀(미 도시)을 제공받거나 또는 물(미 도시)을 제공받아서 스팀을 생성한다. 증발 결정화기(10)는, 그러한 스팀을 이용해 폐수를 기화시켜 폐수에 포함된 입자들을 분말화시킬 수 있다. 증발 결정화기(10)로 공급된 스팀은 폐수를 기화시키면서 물로 변환 - 응축수 - 되어 외부로 방출된다.
증발 결정화기(10)는 증기화시킬 폐수에 미세 기포를 발생시켜서 기화시킨다.
본원 명세서에서, 용어 '미세 기포'는 수백 마이크로미터 이하의 직경을 가진 기포(또는 버블)을 의미한다. 또한, 용어 '마이크로 버블'은 '미세 기포'와 동일한 의미를 가지며, 수백 마이크로미터 이하의 직경을 가진 기포(또는 버블)를 의미한다.
순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)는 증발 결정화기(10)로부터 배출되는 배가스를 유입받고, 유입받은 배가스의 적어도 일부를 캐리어 가스로 변환시키고, 증발 결정화기(10)로 제공할 수 있다. 여기서, 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)에 의해 수행되는 '변환'은, 배가스에서 수분을 제거하고 소정의 온도 범위로 유지 또는 조절시키는 동작을 의미한다.
예를 들면, 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)는 증발 결정화기(10)로부터 배출되는 배가스를 유입받고, 배가스에 포함된 수분을 제거하고, 수분이 제거된 배가스의 온도를 소정의 온도 범위로 유지시킨다. 이렇게, 수분이 제거되고 소정의 온도 범위로 유지된 배가스를 본원 명세서에는 특히 '캐리어 가스'라고 언급되며, 이러한 캐리어 가스는 증발 결정화기(10)로부터 배출된 순간의 배가스보다 건조한 상태가 된다. 한편, 소정의 온도 범위는 디스크(100)의 표면에 분사된 폐수의 기화를 방해하지 않을 정도의 온도로 정해진다. 소정의 온도 범위가 너무 낮은 온도 범위일 경우, 디스크 표면에 존재하는 폐수의 기화가 방해되기 때문이다.
도 1에 도시되어 있듯이, 제1실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템은, 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)와 증발 결정화기(10) 사이에 유체가 이동될 수 있는 배관을 더 포함하며, 이 배관을 통해서 캐리어 가스가 증발 결정화기(10)로 제공된다. 배관에는 밸브들(V1, V3)이 설치되어 있고, 밸브들(V1, V3)의 온 또는 오프 동작에 의해 증발 결정화기(10)로 제공되는 캐리어 가스 양이 조절된다.
한편, 도 1에 도시된 제1실시예에서 감압 증발기(20)가 사용되었으나, 대량으로 저염 및 저농도의 폐수를 처리할 수 있는 증발기라면 감압 증발기(20) 대신에 사용될 수 있다. 즉, 증발 결정화기(10)의 전단에 설치되어 저염 및 저농도의 폐수를 처리하기 위한 증발기는 감압 증발기(20) 뿐만 아니라 다른 종류의 증발기도 사용될 수 있다. 본원 명세서에는, 증발 결정화기(10)의 전단에 설치되어 저염 및 저농도의 폐수를 처리하는 증발기를 편의상 '1차 증발기'라고 하고, 증발 결정화기(10)를 '2차 증발기'라고 언급하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 사용된 증발 결정화기(10)의 예시적인 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발 결정화기(10)는 디스크(100), 디스크(100)에 폐수를 분사하는 분사부(300), 디스크(100)를 회전시킬 수 있는 구동부(600), 디스크(100)에 스팀을 제공하는 스팀 발생기(700), 디스크(100)의 표면에 생성된 분말을 긁기 위한 스크래퍼(500), 펌프(800), 낙하 폐수 저장부(200), 농도 조절 장치(1000), 낙하 분말 저장부(1100), 및 미세 기포 생성부(1300)를 포함할 수 있다. 후술하겠지만, 이들 구성요소들은 동작적으로 서로 결합되어 있다.
디스크(100)는 구동부(600)(예를 들면, 모터)에 의해 회전될 수 있다. 스팀 발생기(700)는 외부로부터 물(미 도시)을 공급받아 스팀을 발생시켜 디스크(100)로 공급한다. 스팀 발생기(700)에 의해 공급되는 스팀은 디스크(100)의 내부 공간으로 제공되고, 내부 공간에 제공된 스팀에 의해, 디스크(100)의 표면에 존재하는 폐수가 기화된다.
펌프(800)는 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수를 분사부(300)로 이동시키고, 분사부(300)는 디스크(100)의 표면에 폐수를 분사하도록 배치되어 있다. 디스크(100)의 표면에 분사된 폐수는 디스크(100)의 내부로 공급된 스팀에 의해 기화되어 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)로 배출된다. 한편, 디스크(100)의 표면에 분사된 폐수 중 기화되지 못하고 낙하되는 폐수가 존재할 수 있고, 낙하되는 폐수는 낙하 폐수 저장부(200)에 의해 저장된다.
낙하 폐수 저장부(200)는 디스크(100)의 표면에 분사된 폐수가 기화되지 않고 흘러내리는 폐수를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 폐수 공급원 - 폐수를 공급하는 장치 - 으로부터 공급된 폐수는 폐수용 열교환기(900)를 거쳐서 낙하 폐수 저장부(200)로 제공되고, 분사부(300)는 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수를 디스크(100)의 표면에 분사한다.
디스크(100)의 표면에 분사된 폐수가 기화되면, 폐수에 존재하던 입자들은 디스크(100)의 표면에 분말로 부착된다. 스크래퍼(500)는 디스크(100)의 표면에 부착된 분말을 긁어서 디스크(100)의 표면으로부터 분리시킨다. 디스크(100)의 표면으로부터 분리된 분말은 낙하 분말 저장부(1100)에 저장된다.
디스크(100)의 내부 공간에 제공된 스팀은 디스크(100)의 표면에 존재하던 폐수를 기화시키면서 열을 빼앗기고 따라서 액체인 물 - 응축수 - 로 변환된다.
이 응축수는 폐수용 열교환기(900)로 제공된다. 상술한 바와 같이, 폐수용 열교환기(900)로 이동된 응축수는 폐수와 열교환된 후 외부로 배출된다. 응축수와 열교환된 폐수는 증발 결정화기(10)(예를 들면, 증발 결정화기(10)의 낙하 폐수 저장부(200))로 제공된다. 이처럼, 열교환되기 전의 폐수의 온도보다 열교환된 폐수의 온도가 더 높은 상태가 됨으로써 기화 효율이 높아지게 된다.
농도 조절 장치(1000)는 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수의 농도를 조절할 수 있다. 농도 조절 장치(1000)에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.
미세 기포 생성부(1300)는 폐수에 미세 버블을 발생시키기 위한 장치이다. 본 실시예에 따르면, 미세기포 생성부(1300)는 폐수용 열교환기(900)와 낙하 폐수 저장부(200)에 위치되며, 미세기포 생성부(1300)에 의해 낙하 폐수 저장부(200)에 저장되는 폐수에는 미세 기포가 함유되어 있게 된다. 미세 기포 생성부(1300)의 예시적 구성에 대하여는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 농도 조절 장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 농도 조절 장치(1000)는 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수의 농도를 조절할 수 있다. 농도 조절 장치(1000)는 폐수의 농도를 조절하기 위한 농도 조절용 용액을 저장하는 농도 조절용 용액 저장부(1003), 농도 조절용 용액 저장부(1003)에 저장된 농도 조절용 용액을 낙하 폐수 저장부(200)로 공급하기 위한 펌프(1007), 및 펌프(1007)의 동작을 제어하는 제어부(1001)를 포함할 수 있다. 제어부(1001)는 예를 들면 농도 측정 센서(80) 또는 별도로 구비되는 농도 측정 센서(미 도시)에 의해 감지된 결과에 의해 펌프(1007)의 동작을 제어할 수 있다.
농도 조절용 용액은 물로 구성되거나 또는 폐수에 포함된 염의 종류와 동일하거나 유사한 종류의 염을 포함하는 용액으로 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, 농도 조절 장치(1000)는 농도 조절용 용액 저장부(1003)를 1개 포함하고 있지만, 이는 예시적인 것으로 농도 조절용 용액 저장부(1003)를 2개 이상 포함할 수 있다.
예를 들면, 농도 조절 장치(1000)는 물을 저장하는 농도 조절용 용액 저장부 - 제1 농도 조절용 용액 저장부 - 와, 염을 저장하는 농도 조절용 용액 저장부 - 제2 농도 조절용 용액 저장부 -를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 제어부(1001)는 폐수의 농도가 기준 범위 - 미리 설정된 값으로 '농도 조절용 기준 범위'이라고 함 - 보다 낮을 경우에는 제2 농도 조절용 용액 저장부에 저장된 염을 낙하 폐수 저장부(200)에게 제공하고, 폐수의 농도가 기준 범위 이상일 경우에는 제1 농도 조절용 용액 저장부에 저장된 물을 낙하 폐수 저장부(200)에 제공하도록 동작할 수 있다. 이러한 동작을 위하여 도 3에 도시된 펌프(1007)나 밸브(V5)외에 추가적인 펌프와 밸브가 농도 조절 장치(1000)에 사용될 수 있다.
농도 조절 장치(1000)는 히터(1005)를 더 포함할 수 있다. 히터(1005)는 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수와 열적으로 결합되어 있으며, 제어부(1001)에 의해 히터(1005)의 동작이 제어된다. 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수의 농도가 기준 범위 보다 낮을 경우, 히터(1005)가 동작한다. 히터(1005)가 동작되면, 폐수의 일부가 기화되어 폐수의 농도가 높아져서 기준 범위에 포함된다.
일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 농도 조절 장치(1000)에서 농도 조절용 용액 저장부(1003)는 물을 저장하도록 구성된다. 이러한 구성에서, 폐수의 농도가 기준 범위 보다 낮으면 제어부(1001)는 히터(1005)를 동작시켜 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수의 농도가 기준 범위에 속하도록 조절하고, 폐수의 농도가 기준 범위 보다 높으면 농도 조절용 용액 저장부(1003)에 저장된 물을 낙하 폐수 저장부(200)로 제공하여 폐수의 농도를 기준 범위에 속하도록 조절한다.
한편, 도 3에는 농도 조절 장치(1000)가 농도 조절용 용액 저장부(1003)와 히터(1005)를 모두 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 농도 조절용 용액 저장부(1003)와 히터(1005) 중 어느 하나만을 포함하도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)의 예시적인 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)는, 제1팬(401), 적어도 2개의 유체를 열교환시킬 수 있는 제1열교환기(403), 기체와 액체를 분리시킬 수 있는 제1기액분리부(405), 제2팬(411), 적어도 2개의 유체를 열교환시킬 수 있는 제2열교환기(407), 및 기체와 액체를 분리시킬 수 있는 제2기액분리부(409)를 포함할 수 있다. 여기서, 유체는 기체, 액체, 또는 기체와 액체의 혼합물을 의미한다.
증발 결정화기(10)로부터 배출되는 배가스는 제1팬(401), 제1열교환기(403), 제1기액분리부(405), 제2열교환기(407), 제2팬(411), 및 제2기액분리부(409)를 순차적으로 통과한다. 제1기액분리부(405)와 제2기액분리부(409)에서 수분이 제거된 기체의 적어도 일부는 제1열교환기(403)로 제공되어 제1열교환기(403)로 유입된 배가스와 열교환되며, 제1열교환기(403)에서 배가스와 열교환된 후 배출된 가스의 적어도 일부는 증발 결정화기(10)로 제공된다.
증발 결정화기(10)의 내부에 존재하던 기체 - 수분이 포함 - 의 적어도 일부는 제1팬(401)에 의해 제1열교환기(403)로 이동된다. 제1열교환기(403)는 제1팬(401)에 의해 제공 받은 배가스와, 제2기액분리부(409)로부터 배출된 기체의 적어도 일부를 서로 열교환시키도록 구성되어 있다. 제1열교환기(403)로 제공되는 배가스의 온도는 제2기액분리부(409)에서 배출되는 기체의 온도보다 높으므로, 제1열교환기(403)를 통과한 배가스의 온도는 낮아진다. 또한, 제2기액분리부(409)로부터 배출된 기체는 제1열교환기(403)를 통과하면서 온도가 높아지게 된다.
제1기액분리부(405)는 제1열교환기(403)로부터 배출되는 배가스에서 습기를 제거한다.
제1기액분리부(405)에 의해 습기가 제거된 배가스 - 건조 배가스 - 는 제2팬(411)에 의해 제2열교환기(407)로 제공된다. 제2열교환기(407)는 제2팬(411)에 의해 제공 받은 건조 배가스와, 외부로부터 제공받은 냉수를 서로 열교환시키도록 구성되어 있다. 제2열교환기(407)에게 이동되는 건조 배가스의 온도는 냉수의 온도보다 높으므로, 제2열교환기(407)를 통과한 배가스 - 저온 및 건조 배가스 - 의 온도는 더 낮아진다.
제2기액분리부(409)는 제2열교환기(407)로부터 배출되는 저온 및 건조 배가스에서 습기를 제거한다. 제2기액분리부(409)에서 습기가 더 제거된 저온 및 건조 배가스는 제1열교환기(403)로 제공되어, 디스크(100)로부터 배출되는 배가스와 열교환된다. 제1열교환기(403)에 의해 열교환되어 배출되는 저온 및 건조 배가스는 디스크(100)로 제공된다.
본원 명세서에서, '캐리어 가스'는, 제1기액분리부(405)로부터 배출된 건조 배가스, 제2열교환기(407)로부터 배출된 저온 및 건조 배가스, 제2기액분리부(409)로부터 배출된 저온 및 건조 배가스, 또는 제1열교환기(403)로부터 배출된 저온 및 건조 배가스 중 어느 하나를 지칭하거나 또는 전부를 지칭하는 의미로 사용하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)는 제2열교환기(407)로부터 배출되는 캐리어 가스가 디스크(100)로 이동될 수 있는 배관(또는, '라인')을 포함하고, 이 배관에는 디스크(100)로 제공되는 캐리어 가스의 양을 조절하기 위한 밸브들(V1, V3)이 설치되어 있다. 한편, 디스크(100)로 제공되는 캐리어 가스의 양을 조절하기 위한 밸브들(V1, V3)은 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)에 포함되도록 구성되거나, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)의 외부에 위치될 수 있다.
제1기액분리부(405)와 제2기액분리부(409)에서 각각 생성된 응축수 - 배가스에 포함된 수분이 액체로 변화된 것임 - (이하, '기액분리부들의 응축수')는 외부로 방출된다. 본 실시예에서, 증발 결정화기(10)로부터 배출되어 폐수용 열교환기(900)를 거친 응축수와, 기액분리부들의 응축수는 합류되어 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 미세 기포 생성부(1300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 미세 기포 생성부(1300)는 인젝터(1301), 선회기(1303), 용해탱크(1305), 및 세척장치(1307)를 포함할 수 있다.
인젝터(1301)는 벤츄리 인젝터로 불리우는 디바이스이다. 인젝터(1301)는 입구가 2개이고, 출구가 1개이다. 인젝터(1301)의 입구 2개 중에서 한개로는 폐수(폐수용 열교환기로부터 배출되는 폐수)가 유입되고 나머지 한개로는 기체(예를 들면 공기)가 유입된다. 인젝터(1301)의 출구로는 기체와 폐수가 혼합된 혼합물 - 기체의 적어도 일부가 폐수에 용해된 상태로서, '기포 함유 폐수'라고 부르기로 함 - 이 배출되어 선회기로 유입된다. 선회기(1303)로 유입된 혼합물은 충분히 회전된후에 용해탱크(1305)로 배출된다. 용해탱크(1305)는 선회기(1303)로부터 유입받은 혼합물을 일시 저장하며, 낙하 폐수 저장부(200)로 제공된다. 미세 기포 생성부(1300)의 용해탱크(1305)와 낙하 폐수 저장부(200) 사이에 펌프(미 도시)가 설치되며, 그러한 펌프에 의해 용해탱크(1305)에 저장된 '기포 함유 폐수'는 낙하 폐수 저장부(200)로 공급된다.
세척장치(1307)는 선회기(1303)나 이젝터(1301)에 이물질이 고착화될 경우, 그러한 이물질을 제거하기 위한 것이다. 세척장치(1307)가 동작할 경우, 밸브(V7)와 밸브(V9)는 오프시키고, 밸브(V11)과 밸브(V13)을 온시킨다. 세척장치(1307)로는 예를 들면 한국등록특허 10-1688981호(이하, '981 특허')에 개시된 임펠라 디바이스를 이용한 배관 세정시스템이 있을 수 있다. 981 특허는 배관 세정을 위한 시스템이지만, 선회기(1303)나 이젝터(1301)의 세정에도 사용될 수 있다.
세척장치(1307)가 981 특허의 배관세정시스템으로 구현이 될 경우, 물과 공기는 외부로부터 공급받을 수 있다. 한편, 증발 결정화기(10)에서 배출되는 응축수의 일부가 세척장치(1307)에서 사용되는 물로 활용될 수 있다.
선회기(1303)로는 한국등록특허 10-1284266호(이하, '266 특허')에 개시된 선회모듈이 활용될 수 있다. 266 특허에는 인젝터(1301), 선회기(1303), 및 용해탱크(1305)를 활용하여 미세기포를 생성하는 기술이 개시되어 있다.
상술한 981 특허와 266 특허에 개시된 모든 기술내용은 본원 명세서의 일부로서 결합하되, 본원 발명의 내용과 상충되는 내용은 제외된다.
대안적인 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템에 사용되는 미세 기포 생성부(1300)는 낙하 폐수 저장부(200)와 분사부(300)의 사이에 위치될 수 있다. 이러한 구성에서, 낙하 폐수 저장부(200)에 저장된 폐수는 미세 기포 저장부(1300)를 경유하여 분사부(300)를 통해서 디스크(100)에 분사된다. 미세 기포 저장부(1300)는 폐수를 유입받고, 폐수에 미세 기포를 생성시켜 기포 함유 폐수를 생성하여 분사부(300)로 배출한다.
도 6 내지 도 9의 도면들은 본 발명에 따른 크리스탈라이저 시스템의 직관적인 이해를 돕기 위한 도면들로서, 도 6은 증발 결정화기(10)의 예시적 구성을 나타낸 것이고, 도 7은 도 6의 증발 결정화기(10)에서 커버의 일부를 제거한 상태를 나타낸 것이고, 도 8과 도 9은 디스크(100), 스크래퍼(500), 및 분사부(300)의 예시적 구성을 나타낸 것이다. 한편, 도 6 내지 도 9의 도면들에서 도면부호가 지시하는 구성요소들은, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 구성요소들 중 같은 도면부호를 가진 구성요소들과 동일하거나 유사한 기능을 한다.
도 6과 도 7을 참조하면, 디스크(100)는 구동부(600)와 동작적으로 결합되어 회전 가능하도록 구성되어 있고, 디스크(100)의 상부를 통해서 배가스가 순환식 캐리어 가스 공급 장치(400)(도 6과 도 7에는 미도시)로 배출된다.
도 8과 도 9를 참조하면, 스크래퍼(500)는 디스크(100)의 표면에서 생성되는 분말(미 도시)을 제거하도록 배치되어 있고, 분사부(300)의 일부를 구성하는 노즐(N)은 디스크(100)의 표면에 폐수를 분사하도록 배치되어 있다. 또한, 디스크(100)의 내부로 스팀을 제공하는 스팀 공급 라인(PL)이 디스크(100)의 내부와 연통되도록 결합되어 있고, 디스크(100)의 내부에서 발생된 응축수 - 스팀이 물로 변환된 것 - 를 외부로 배출하기 위한 응축수 배출 라인(OL)이 디스크(100)의 내부와 연통되도록 결합되어 있다. 스팀 공급 라인(PL)은 스팀 발생기(700)와 배관(미 도시)에 의해 연결되어 있고, 응축수 배출 라인(OL)은 폐수용 열교환기(900)와 배관(미 도시)에 의해 연결되어 있다.
한편, 디스크(100)를 구동시키기 위한 구동부(600)의 회전축(미 도시)는 디스크(100)의 중앙의 중심축(AX)과 결합되어, 구동부(600)에 의해 디스크(100)가 회전될 수 있다. 스크래퍼(500)는 고정되어 있고, 디스크(100)가 회전함에 따라서 디스크(100)의 표면에 생성된 분말을 제거한다. 분사부(300)의 일부를 구성하는 노즐(N) 역시 고정되어 있고, 디스크(100)가 회전함에 따라서 디스크(100)의 표면에 폐수를 분사한다.
상술한 바와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 증발 결정화기
20: 감압 증발기
30: 악취 제거부
40: 열교환 및 기액 분리부
50: 응축수 저장 장치
60: 속도 조절부
70: 폐수 공급원
80: 농도 측정 센서
100: 디스크
200: 낙하 폐수 저장부
300: 분사부
400: 순환식 캐리어 가스 공급 장치
401, 411 : 팬
403: 제1열교환기
407: 제2열교환기
405: 제1기액분리부
409: 제2기액분리부
500: 스크래퍼
600: 구동부
700: 스팀 발생기
800: 펌프
900: 폐수용 열교환기
1000: 농도 조절 장치
1001: 제어부
1003: 농도 조절용 용액 저장부
1005: 히터
1007: 펌프
V1, V3, V5, V7, V9, V11, V13 : 밸브
N: 노즐
PL: 스팀 공급 라인
OL: 응축수 배출 라인
AX: 중심축

Claims (10)

  1. 폐수를 증발시키기 위한 1차 증발기; 및
    농도가 기준 이상인 폐수 - 고 농도 폐수 - 를 증발시키기 위한 증발 결정화기;를 포함하며,
    농도가 기준보다 낮은 폐수 - 저농도 폐수- 를 1차 증발기가 1차로 증발시키고, 상기 증발 결정화기는 1차 증발기에 의해 1차로 증발된 폐수를 증발시켜 상기 폐수에 포함된 입자들을 분말화시키는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발 결정화기로부터 배출되는 배가스를 유입받고, 유입받은 배가스의 적어도 일부를 상기 증발 결정화기로 캐리어 가스로서 제공하는 순환식 캐리어 가스 공급 장치;를 더 포함하며,
    상기 캐리어 가스는 상기 증발 결정화기로부터 배출되는 배가스보다 건조한 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 순환식 캐리어 가스 공급 장치는
    적어도 2개의 유체를 열교환시킬 수 있는 제1열교환기, 기체와 액체를 분리시킬 수 있는 제1기액 분리부, 적어도 2개의 유체를 열교환시킬 수 있는 제2열교환기, 및 기체와 액체를 분리시킬 수 있는 제2기액 분리부를 포함하며,
    상기 증발 결정화기로부터 배출되는 배가스는 제1열교환기, 제1기액분리부, 제2열교환기, 및 제2기액 분리부를 순차적으로 통과하고, 제2열교환기로부터 배출되어 제2기액 분리부로 유입된 배가스로부터 분리된 기체의 적어도 일부는 제1열교환기로 유입되어, 제1열교환기로 유입된 배가스와 열교환되며, 제1열교환기에서 배가스와 열교환된 후 유출된 가스의 적어도 일부는 상기 증발 결정화기로 제공되는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    1차 증발기 또는 상기 증발 결정화기로 공급될 폐수의 농도를 측정하기 위한 농도 측정 센서;를 포함하며,
    상기 농도 측정 센서의 결과에 따라서, 폐수가 1차 증발기 또는 상기 증발 결정화기로 공급되는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증발 결정화기는
    디스크, 상기 디스크에 폐수를 분사하는 분사부, 상기 디스크를 회전시키는 구동부, 상기 디스크의 내부에 스팀을 제공하는 스팀 발생기, 및 상기 디스크 상에 생성된 분말을 긁기 위한 스크래퍼를 포함하며,
    상기 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템은
    상기 증발 결정화기로 공급되는 폐수의 농도에 따라 상기 디스크의 회전 속도를 조절하는 속도 조절부를 더 포함하는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 증발 결정화기로부터 배출되는 응축수와 상기 증발 결정화기로 공급하는 폐수를 열교환시키는 폐수용 열교환기;를 더 포함하며
    상기 응축수는 상기 증발 결정화기로 공급된 폐수를 기화시키기 위한 스팀이 상기 폐수를 기화시키면서 응축된 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증발 결정화기에서 기화될 폐수의 농도를 조절하기 위한 농도 조절 장치;를 더 포함하는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 증발 결정화기는, 상기 증발 결정화기로 공급되는 폐수에 미세 버블을 발생시키기 위한 미세기포 생성부를 더 포함하는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증발 결정화기로부터 배출되는 응축수와 상기 증발 결정화기로 공급하는 폐수를 열교환시키는 폐수용 열교환기;를 더 포함하며,
    상기 미세기포 생성부는 상기 폐수용 열교환기와 상기 증발 결정화기 사이에 위치되며, 상기 폐수용 열교환기를 통해서 배출되어 상기 증발 결정화기로 공급되는 폐수에 미세 기포를 생성시키는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 낙하 폐수 저장부는 상기 디스크 상에 분사된 폐수가 기화되지 않고 흘러내리는 폐수를 저장할 수 있고,
    상기 폐수 공급원으로부터 공급된 폐수는 폐수용 열교환기를 거쳐서 상기 낙하 폐수 저장부로 제공되고, 상기 분사부는 상기 낙하 폐수 저장부에 저장된 폐수를 상기 디스크 상에 분사하며,
    상기 미세기포 생성부는 상기 분사부와 상기 낙하 폐수 저장부의 사이에 위치되며, 상기 낙하 폐수 저장부로부터 상기 분사부로 이동되는 폐수에 미세 기포를 생성시키는 것인, 고염 및 고농도 폐수 증발 시스템.
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