KR20230099318A - 차아염소산나트륨의 제조방법 및 차아염소산나트륨의 제조장치 - Google Patents
차아염소산나트륨의 제조방법 및 차아염소산나트륨의 제조장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시상태는, 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 상기 반응조에 투입시키는 단계; 및 상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하는 차아염소산나트륨의 제조방법이고, 상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 상기 반응조로 순환시키며, 상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시킨 후, 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하여 소금탱크로 순환시키고, 상기 탈염조에서 배출되는 제5 스트림을 폐액처리장치로 투입시킨 후, 폐액처리장치에서 중화처리를 수행한다.
Description
본 발명은 차아염소산나트륨의 제조방법 및 차아염소산나트륨의 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수처리에서의 염소 투입은 산화제, 탈취제, 탈색제 등 여러 가지 부수적인 효과를 얻을 수 있으나, 병원성 미생물을 사멸 또는 불활성시키는 소독효과가 주된 목적이라 할 수 있다. 이러한 효과를 가진 염소는 기체, 액체, 고체의 형태로 이루어져 있는 액화 염소, 차아염소산나트륨, 차아염소산칼슘 등이 있다.
종래에는, 운전비용이 저렴하고 잔류염소 농도관리가 용이하여 상기 액화 염소를 소독공정에서 사용하여 왔다. 그러나, 상기 액화 염소는 독성이 강한 고압가스 형태로 제조, 운송 및 보관하여 사용되고 있으며, 소규모의 정수장들을 통합하여 중대규모화 시킴으로서 경제적이고 효율적인 시설운영 형태로 변화하고 있다. 이러한 대규모 정수장은 대부분 인구 밀집지역이나 공업단지 등 수요처에 인접하고 있으며 자연재해뿐만 아니라 운영관리자의 실수나 사고로 인해 심각한 피해가 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 독성 고압가스의 위험성을 해소하기 위하여, 최근에는 액화 염소와 동일한 소독성능을 가지고 있으면서 안전하고 안정적인 차아염소산나트륨을 소독제로 선택하는 정수장이 늘어나고 있는 추세이다.
상기 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite; NaOCl)은 정수장, 하수처리장의 살균장치, 일반화학 공장의 냉각용수 보일러, 담수화 공정 처리수, 발전소의 냉각수 처리, 음용수 처리, 식물 및 채소, 육류가공, 수영장외 세탁 및 제지, 가정용 표백제로 사용되는 강한 염소취를 갖는 무색 투명 액체 형태의 염소계 소독제이다.
근래에 들어서 안정성, 유지관리의 편리성, 비용면에서 소규모 정수장에 적합하도록 현장발생형 차아염소산나트륨 제조장치가 각광받고 있다. 이러한 현장발생형 차아염소산나트륨 제조장치는 무격막식 소금물 전기분해를 통해 0.4% 내지 0.8%의 낮은 농도의 차아염소산나트륨이 제조되어 사용되고 있으나, 이러한 무격막식 차아염소산나트륨 제조장치는 제조공정에 있어서 부산물 제어가 어렵고 소금전환율 및 전력효율이 떨어지며, 낮은 농도로 인해 대용량 설비에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
이러한 무격막식 차아염소산나트륨 제조장치의 문제점을 해결하기 위하여, 격막식 전기분해는 양이온 교환막으로 양극실과 음극실이 구획되어 있으며 양극실에는 양극 전극이 음극실에는 음극 전극이 설치된 격막식 전해조에서 소금물의 전기분해가 이루어지고 이러한 전기분해를 통해 양극실에서 생성된 염소가스와 음극실에서 생성된 가성소다를 기액접촉을 통해 차아염소산나트륨을 생성할 수 있다.
본 발명은 차아염소산나트륨의 제조방법 및 차아염소산나트륨의 제조장치를 제공하고자 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 양극조에서 배출되는 고갈염수 내 염소 성분을 효과적으로 제어하여, 친환경 특성을 향상시킬 수 있는 고농도 차아염소산나트륨의 제조방법 및 고농도 차아염소산나트륨의 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는,
양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 상기 반응조에 투입시키는 단계; 및
상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하는 차아염소산나트륨의 제조방법이고,
상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 상기 반응조로 순환시키며,
상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시킨 후, 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하여 소금탱크로 순환시키고,
상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부를 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는,
양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 반응조에 투입시키는 단계; 및
상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하는 차아염소산나트륨의 제조방법이고,
상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태는,
염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조;
상기 전해조에서 생성된 염소가스(Cl2)와 염소 성분 및 소금물을 포함하는 양극수를 저장하는 양극조;
상기 전해조에서 생성된 수산화나트륨 및 물을 포함하는 음극수를 저장하는 음극조;
상기 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림과 상기 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림이 반응하여 차아염소산나트륨을 생성하는 반응조;
상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림이 투입되고, 기체 상태의 염소 성분을 분리시켜 상기 반응조로 순환시키는 탈기조;
상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림이 투입되고, 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하여 소금탱크로 순환시키는 탈염조; 및
상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부가 투입되는 폐액처리장치
를 포함하는 것인 차아염소산나트륨의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 양극조에서 배출되는 고갈염수 내 염소 성분을 효과적으로 분리하여 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정에 재활용할 수 있으므로, 폐액을 줄일 수 있어서 친환경 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 고농도 차아염소산나트륨의 생산량 또한 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 단위 염소생산에 소모되는 소금의 양을 최소화할 수 있으므로, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 양극조에서 배출되는 고갈염수 내 염소 성분을 효과적으로 중화처리할 수 있으므로, 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정시 발생될 수 있는 클로레이트와 같은 부산물의 생성을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 양극조에서 배출되어 탈기, 탈염 과정을 거쳐 회수되는 고갈염수 중에 클로레이트가 농축되는 것을 방지하기 위해 일부 버려지는 양극수를 폐액탱크에서 중화처리하여 정수장 배슬러지조나 배출수지로 보내어 정수장에서 회수 재사용하도록 할 수 있다. 이에 따라, 폐액을 정수장 외부로 폐기물 처리를 위한 별도 비용 발생을 없앨 수 있으며, 자원을 재사용할 수 있으므로 친환경적이다.
도 1은 종래기술에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탈기조의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탈염조의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐액처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 수소를 포집하기 위한 수단을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탈기조의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 탈염조의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐액처리장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시상태에 따른 수소를 포집하기 위한 수단을 개략적으로 나타낸 도이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 차아염소산나트륨은 바닷물 등의 염수를 전기분해하여 얻을 수 있는데, 그 과정을 살펴보면, 먼저 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하면 양전극(Anode)에서는 염소가스(Cl2)가 생성되고 음전극(Cathode)에서는 수산화이온(OH-)과 수소가스(H2)가 생성된다. 발생된 수산화이온은 나트륨이온과 반응하여 수산화나트륨을 생성하고, 양전극에서 발생되는 염소가스와 음전극에서 생성된 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨 용액이 생성된다. 이러한 과정을 화학식으로 나타내면 하기와 같다.
(+)극: 2Cl- → Cl2 + 2e-
(-)극: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- / 2Na+ + 2OH- → 2NaOH
NaOCl 생성반응: 2NaOH + Cl2 → NaOCl + Cl- + Na+ + H2O
전체 반응: 2NaCl + 2H2O → NaOCl + NaCl + H2O + H2
이러한 원리로 차아염소산나트륨을 발생시키는 장치는 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성하기 때문에, 액화 염소와 같이 위험물 취급에 따른 인력 및 운반 등의 비용이 발생하지 않고 안전하게 차염을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
종래기술에 따른 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정을 하기 도 1에 개략적으로 나타내었다. 하기 도 1과 같이, 종래기술에 따른 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정에서는 양극조로 이송되는 고갈염수를 별도의 처리 공정 없이 그대로 배출하였다. 그러나, 상기 고갈염수 내에는 염소 성분과 농축된 소독 부산물인 클로레이트를 다량 함유하고 있어서, 정수장에서 방류 또는 회수를 위한 후속공정에서 응집침전의 효율 문제가 발생할 수 있고, 물 속의 메탄 성분과 결합하여 클로로포름이라는 인체에 마비를 일으키는 물질이 생성될 수 있다. 또한, 상기 클로레이트는 생태독성 문제를 야기하여 방류수 수질 기준을 만족하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
이에, 본 출원인은 고농도 차아염소산나트륨의 제조방법 및 제조장치에 있어서, 상기 고갈염수 내의 염소 성분을 효과적으로 분리 및 재활용하거나, 중화처리하는 방법을 연구하였고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 상기 반응조에 투입시키는 단계; 및 상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 중화처리하여 상기 반응조로 순환시키며, 상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시킨 후, 이온 상태의 염소 성분을 분리하여 소금탱크로 순환시키고, 상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부를 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 하기 도 2에 개략적으로 나타내었다.
양극조 및 음극조
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 상기 반응조에 투입시키는 단계를 포함한다.
상기 양극조에서는 전해조에서 생성된 염소가스(Cl2)와 염소 성분 및 소금물을 포함하는 양극수가 저장되고, 상기 음극조에서는 전해조에서 생성된 수산화나트륨 및 물을 포함하는 음극수가 저장된다. 이 때, 상기 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림이 양극조로부터 반응조로 공급되고, 상기 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림이 음극조로부터 반응조로 공급된다.
반응조
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 반응조에서는 상기 양극조로부터 공급되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림과 상기 음극조로부터 공급되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림이 반응하여 고농도의 차아염소산나트륨이 생성된다.
탈기조
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 상기 반응조로 순환시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 탈기조는 기체 상태의 염소 성분을 분리하는 장치를 의미한다.
상기 양극조에서 배출되는 제3 스트림은 반응조에 공급되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림과는 별개의 스트림이고, 상기 제3 스트림은 반응조에 미공급된 염소가스, 염소 이온을 포함하는 고갈염수 등을 포함할 수 있다.
상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 상기 반응조로 이송함으로써, 전해조에의 양극에서 생성되는 염소 가스의 대부분을 차아염소산나트륨의 생산공정에 사용할 수 있다. 이에 따라, 차아염소산나트륨의 제조공정시 발생되는 폐액을 줄일 수 있어서 친환경 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 고농도 차아염소산나트륨의 생산량 또한 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 탈기조의 구성을 하기 도 4에 개략적으로 나타내었다.
상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시키는 제4 스트림 라인에 상기 제4 스트림을 탈기조로 재순환시키는 재순환라인을 포함할 수 있고, 상기 탈기조에 공기를 투입시킴으로써 기체 상태의 염소 성분을 분리시킬 수 있다. 이 때, 상기 탈기조에서 분리된 기체 상태의 염소 성분은 반응조로 투입되어 차아염소산나트륨의 생성공정에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 탈기조는 양극조에서 배출된 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 저장하고, 순환펌프로 탈기조 내로 재순환시킬 수 있다. 이 때, 재순환라인의 일부에서 분기되어 탈기탑의 상단으로 보내어 탈기탑의 내부에 스프레이 시키면서, 송풍팬으로 탈기탑의 하부에 불어넣는 공기 흐름을 이용하여 소금물에서 염소가스 성분을 분리할 수 있다. 이 때, 상기 분리된 기체 상태의 염소 성분은 반응조로 투입되어 차아염소산나트륨 생성공정에 이용될 수 있다.
탈염조
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시킨 후, 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하여 소금탱크로 순환시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 탈염조는 양극조에서 배출되는 고갈염수에 용해되어 존재하는 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하는 장치를 의미한다.
상기 탈염조에서 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하는 방법은, 상기 탈염조에 탈염제를 투입시키고 상기 탈염제를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 탈염제는 아황산수소나트륨(NaHSO3), 이산화황(SO2), 메타중아황산나트륨(Na2S2O5), 과산화수소(H2O2), 티오황산나트륨수화물(Na2S2O3·5H2O) 및 아황산나트륨(Na2SO3) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 아황산수소나트륨(NaHSO3)인 것이 보다 바람직하다.
양극조에서 배출되는 고갈염수의 소금물 농도는 약 220 g/L 내지 240 g/L로서, 포화염수의 농도인 약 290 g/L 내지 320 g/L와 비교하면 여전히 고갈염수 내에 많은 양의 소금이 존재하므로, 자원 재활용, 비용절감 측면 등을 고려할 때 상기 고갈염수 내 소금물을 회수하여 재사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 탈염조 내에서 이온 상태의 염소 성분을 중화처리한 후, 중화처리된 스트림을 포화염수를 포함하는 소금탱크로 순환시킬 수 있고, 염수의 전기분해공정에 적용될 수 있다.
상기 이온 상태의 염소 성분의 중화처리공정에 의하여, 상기 탈염조에서 중화처리된 후 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 내에는 염소 성분의 함량이 1ppm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 탈염조의 구성을 하기 도 5에 개략적으로 나타내었다.
상기 탈염조에서 배출되는 제5 스트림을 소금탱크로 순환시키는 제5 스트림 라인에 상기 제5 스트림을 탈염조로 재순환시키는 재순환라인을 포함할 수 있고, 상기 탈염조에 탈염제를 투입시킴으로써 탈염조 내 이온 상태의 염소 성분을 중화처리할 수 있다. 이 때, 상기 탈염조 내의 pH를 조절하기 위하여 수산화나트륨과 같은 pH 조절제가 탈염조에 추가로 투입될 수 있다.
예컨대, 유리 염소를 중화처리하기 위한 탈염제 중에서 아황산수소나트륨은 고갈염수 내의 염소 이온을 아래 반응식과 같은 과정을 거쳐서 중화될 수 있다. 상기 아황산수소나트륨은 유리 염소를 황산수소나트륨과 염산으로 환원시킬 수 있다.
NaHSO3 + 3H2O + Cl2 --> NaHSO4 + 2HCl
탈염 처리된 고갈염수는 산성이기 때문에 수산화나트륨과 같은 pH 조절제를 투입하여 pH를 7 내지 10으로 조절하고, 소금탱크로 이송하여 재사용할 수 있도록 한다. 중화처리는 탈염조의 순환 배관 상에 산화환원전위를 측정하기 위한 ORP센서와 pH를 측정하기 위한 pH 센서를 설치하고, 설정된 조건범위를 벗어나면 약품탱크로부터 탈염제와 pH 조절제를 투입하여 중화정도를 조절할 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래기술에 따른 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정에서는 양극조 내의 고갈염수를 별도의 처리 공정 없이 그대로 배출하였기에, 정수장에서 방류 또는 회수를 위한 후속공정에서 응집침전의 효율 문제가 발생할 수 있고, 물 속의 메탄 성분과 결합하여 클로로포름이라는 인체에 마비를 일으키는 물질이 생성될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 탈기조에서 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 재활용하고, 탈염조에서 이온 상태의 염소 성분을 중화처리함으로써, 양극조 내의 고갈염수 내의 염소 성분을 효과적으로 분리 및 제거할 수 있으므로, 친환경 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정시 발생될 수 있는 클로레이트와 같은 부산물의 생성을 최소화할 수 있다.
폐액처리장치
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부를 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행하는 단계를 포함한다.
고농도 차아염소산나트륨의 제조공정시 발생될 수 있는 부산물 중에는 염소와 산소가 반응하여 생성되는 클로레이트를 포함할 수 있다. 상기 클로레이트는 발암유발성 물질로 알려져 있어서 환경부에서 고시를 통하여 수처리제 기준을 정하고 있고, 소독제로 사용되는 차아염소산나트륨 내에서 클로레이트의 함량을 일정 수준 이하의 농도로 허용하고 있다.
따라서, 양극조의 고갈염수에 포함된 클로레이트가 농축되어 클로레이트의 함량이 증가하는 것을 방지하기 위하여, 주기적으로 양극조의 고갈염수의 적어도 일부를 폐액 처리하는 것이 필요하다. 상기 고갈염수 폐액 내에 포함될 수 있는 염소 성분은 방류수 수질관리 항목에는 포함되어 있지 않지만, 물 속의 메탄 성분과 반영하여 클로로포름이라는 독성 물질을 생성하게 되므로, 상기 고갈염수 폐액 내의 염소 성분에 대한 중화처리를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 폐액처리장치에서 폐액을 중화처리하는 방법은, 상기 폐액처리장치에 탈염제를 투입시키고 상기 탈염제를 이용하여 수행할 수 있다. 상기 탈염제는 아황산수소나트륨(NaHSO3), 이산화황(SO2), 메타중아황산나트륨(Na2S2O5), 과산화수소(H2O2), 티오황산나트륨수화물(Na2S2O3·5H2O) 및 아황산나트륨(Na2SO3) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있고, 아황산수소나트륨(NaHSO3)인 것이 보다 바람직하다.
이 때, 상기 양극조의 고갈염수의 pH는 3 내지 4 정도로 낮고, 탈염제 또한 폐액의 pH를 낮추게 되므로, 폐액처리장치의 폐액의 pH를 조절하기 위하여 수산화나트륨과 같은 pH 조절제가 폐액처리장치에 추가로 투입될 수 있다. 상기 폐액처리장치의 폐액을 기준으로, 염소 성분이 1ppm 이하일 수 있고, 상기 폐액의 pH는 7 내지 10일 수 있으며, pH가 약 8 인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 폐액처리장치의 구성을 하기 도 6에 개략적으로 나타내었다.
폐액처리장치는 탈기장치에서 투입되는 고갈염수의 잔여 염소 성분을 중화시키기 위한 장치이다. 상기 폐액처리장치는 폐액을 저장하는 폐액탱크, 폐액탱크에 배관으로 순환루프를 구성하고 폐액탱크의 토출구측 배관에 연결되어 폐액을 폐액탱크로 순환시키는 폐액펌프, 폐액의 염소성분 잔여량에 따라 변화하는 산화환원전위를 측정하기 위한 ORP센서, 및 폐액의 수소 이온 농도를 측정하기 위하여 순환배관 상에 배치된 pH 센서를 포함할 수 있다. 상기 순환배관의 일부에 탈염제 저장탱크에서부터 필요한 량만큼 정량투입되는 탈염제 투입배관이 연결될 수 있고, 음극조나 가성소다 탱크로부터 pH 조절제를 투입할 수 있는 배관이 순환배관에 연결될 수 있다. 순환배관의 펌프압력으로 폐액이 탈염제나 pH 조절제 투입배관으로 역류하지 않도록 각각의 투입배관은 역류방지 밸브를 거쳐서 순환배관에 연결할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조방법은, 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 반응조에 투입시키는 단계; 및 상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행한다.
즉, 본 발명의 다른 실시상태에 따르면, 전술한 탈기조 및 탈염조를 배제하고, 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 폐액처리장치로 투입시킨 후 상기 제3 스트림의 중화처리를 수행할 수 있다. 이 때, 상기 폐액처리장치에서 중화처리공정, pH 조절공정 등이 수행될 수 있고, 이의 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조공정을 하기 도 3에 개략적으로 나타내었다.
전해조 및 차아염소산나트륨 저장탱크
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 스트림, 제2 스트림 및 제3 스트림은 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조에서 생성된 것이다. 또한, 상기 반응조에서 생성된 차아염소산나트륨은 차아염소산나트륨 저장탱크로 이송되어 저장될 수 있다.
수소가스 포집
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전해조에서 전기분해공정시 발생되는 수소가스를 대기 중으로 방출시키거나, 수소가스 포집 포트를 이용하여 상기 수소가스를 포집하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 친환경 에너지 절약형 설비 측면에서는 상기 전해조에서 전기분해공정시 발생되는 수소가스를 포집하는 단계를 추가로 포함하는 것이 보다 바람직하다.
전해조의 양극에서 발생되는 수소가스는 음극수와 함께 전해조의 상부에 위치한 음극수 헤드탱크로 이송되고, 음극수 헤드탱크에서 기체와 액체가 분리되어 하부의 음극수는 음극조로 이송될 수 있다. 이 때, 상부의 수소가스는 헤드탱크의 일단에 연결된 송풍관을 통하여 수소 희석팬에서 불어주는 공기와 섞여서 폭발하한 아래의 농도로 희석되어 헤드탱크의 타측 일단에 마련된 밴트배관을 통하여 외부 대기 중으로 안전하게 내보낼 수 있다.
또한, 차세대 청정 에너지원으로 주목받고 그 수요가 늘어나는 수소를 포집하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 수소를 포집하기 위한 수단은, 음극수 헤드탱크로 공기를 불어넣기 위한 송풍덕트에 공기유입을 차단하기 위한 공기유입구 차단밸브를 설치하고, 공기와 희석된 수소가스를 대기로 방출하기 위한 배기관을 개폐할 수 있는 대기방출구 차단밸브를 설치하고, 음극수 헤드탱크와 대기방출구 차단밸브 사이에 분기된 배관을 형성하여 수소가스 포집장치로 연결하는 배관을 구성하고, 개폐할수 있는 수소포집구 차단밸브를 구성할 수 있다. 이 때, 수소가스 포집이 필요할 경우 수소희석팬을 정지시키고, 공기유입구 차단밸브와 대기방출구 차단밸브를 잠그고, 수소포집구 차단밸브를 개방하여 전해조의 음극에서 발생하여 음극수 헤드탱크에 모인 수소가스를 수소포집장치로 보낼수 있도록 장치를 구성할 수 있다.
유입밸브, 유출밸브 및 포집밸브를 작동하여 수소가스를 선택적으로 포집하거나 수소 희석팬을 통하여 대기로 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 수소를 포집하기 위한 수단을 하기 도 7에 개략적으로 나타내었다.
차아염소산나트륨의 농도 조절
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 차아염소산나트륨 저장탱크 내의 차아염소산나트륨의 농도를 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 농도 측정값에 따라 상기 전해조에 투입되는 염수의 농도를 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 목표로 하는 차아염소산나트륨의 농도 유지를 위하여, 상기 차아염소산나트륨 저장탱크 내의 차아염소산나트륨의 농도를 실시간으로 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 농도 측정값을 차아염소산나트륨의 농도 조절장치에 피드백(feedback) 하여, PID(Proportional Integral Differential) 제어할 수 있다.
전기분해에 의해 만들어지는 차아염소산나트륨은 양극에서 발생하는 염소가스와 음극에서 만들어진 가성소다의 화학반응에 의해서 만들어지고, 그 농도는 가성소다의 농도에 의해서 결정된다. 반응조로 보내지는 음극조의 가성소다 농도는 전해조에 공급되는 물의 량을 조절함으로써 농도를 조절하여 최대 15%까지의 차아염소산 나트륨을 생산 할 수 있다.
차아염소산나트륨의 생산량 조절
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 차아염소산나트륨 저장탱크에서 정수장으로 투입되는 차아염소산나트륨의 함량을 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 함량 측정값에 따라 상기 전해조의 전류량을 조절하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 정수장 목표 주입량에 따른 차아염소산나트륨의 주입 필요량, 차아염소산나트륨 저장탱크 내의 차아염소산나트륨의 소모량 등을 실시간으로 측정하고, 이 측정값을 전해조의 전류 공급장치에 피드백(feedback) 하여 제어할 수 있다.
차아염소산나트륨의 생산량은 전해조에 인가되는 전류의 량에 비례하여 염소가스와 가성소다량이 결정된다. 전해조에 인가되는 전류는 교류전원을 직류로 변환하는 정류기를 통하여 공급되고, 정류기의 출력전류는 차아염소산나트륨 발생설비 제어장치에서 통신을 통하여 제어할 수 있다. 따라서, 사용자가 원하는 생산량으로 필요한 만큼의 차염을 생산하여 사용할 수 있으므로, 차염을 장기간 보관하기 위한 저장공간을 최소화 할 수 있다.
고농도 차아염소산나트륨의 제조장치
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치는, 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조; 상기 전해조에서 생성된 염소가스(Cl2)와 염소 성분 및 물을 포함하는 양극수를 저장하는 양극조; 상기 전해조에서 생성된 수산화나트륨 및 물을 포함하는 음극수를 저장하는 음극조; 상기 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림과 상기 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림이 반응하여 차아염소산나트륨을 생성하는 반응조; 상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 물을 포함하는 제3 스트림이 투입되고, 기체 상태의 염소 성분을 분리시켜 상기 반응조로 순환시키는 탈기조; 상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림이 투입되고, 이온 상태의 염소 성분을 분리시켜 소금탱크로 순환시키는 탈염조; 및 상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부가 투입되는 폐액처리장치를 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 전해조, 양극조, 음극조, 반응조, 탈기조, 탈염조, 폐액처리장치 등의 구체적인 설명은 전술한 내용과 동일하다.
보다 구체적으로, 본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 탈염조 및 폐액처리장치에 각각 탈염제를 공급하는 탈염제 저장탱크를 추가로 포함할 수 있다. 상기 탈염제의 구체적인 설명은 전술한 내용과 동일하다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 음극조 및 폐액처리장치 중 하나 이상에 수산화나트륨을 공급하는 수산화나트륨 저장탱크를 추가로 포함할 수 있고, 상기 반응조에서 생성된 차아염소산나트륨이 저장되는 차아염소산나트륨 저장탱크를 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 전해조에서 전기분해공정시 발생되는 수소가스를 포집하는 수소가스 포집 포트를 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 차아염소산나트륨 저장탱크 내의 차아염소산나트륨의 농도를 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 농도 측정값에 따라 상기 전해조에 투입되는 염수의 농도를 조절하는 제어장치를 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 차아염소산나트륨의 제조장치에 있어서, 상기 차아염소산나트륨 저장탱크에서 정수장으로 투입되는 차아염소산나트륨의 함량을 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 함량 측정값에 따라 상기 전해조의 전류량을 조절하는 제어장치를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 양극조에서 배출되는 고갈염수 내 염소 성분을 효과적으로 분리하여 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정에 재활용할 수 있으므로, 폐액을 줄일 수 있어서 친환경 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 고농도 차아염소산나트륨의 생산량 또한 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 양극조에서 배출되는 고갈염수 내 염소 성분을 효과적으로 중화처리할 수 있으므로, 고농도 차아염소산나트륨의 제조공정시 발생될 수 있는 클로레이트와 같은 부산물의 생성을 최소화할 수 있다.
10: 원수 전처리 장치
20: 소금탱크
30: 소금물 처리장치
32: 소금물 전처리장치
34: 소금물 연수기
36: 정제염수 저장탱크
40: 전해조
50: 양극조
60: 음극조
70: 반응조
80: 가성소다 저장탱크
82: 가성소다 공급펌프
84: 가성소다 투입펌프
90: 차아염소산나트륨 저장탱크
100: 탈기조
102: 염소 추출팬
104: 염소 추출펌프
110: 탈염조
112: 탈염 이송펌프
120: 폐액처리장치
122: 폐액 펌프
130: 탈염제 저장탱크
132: 탈염제 투입펌프
200: 배출수
210: H2 방출
20: 소금탱크
30: 소금물 처리장치
32: 소금물 전처리장치
34: 소금물 연수기
36: 정제염수 저장탱크
40: 전해조
50: 양극조
60: 음극조
70: 반응조
80: 가성소다 저장탱크
82: 가성소다 공급펌프
84: 가성소다 투입펌프
90: 차아염소산나트륨 저장탱크
100: 탈기조
102: 염소 추출팬
104: 염소 추출펌프
110: 탈염조
112: 탈염 이송펌프
120: 폐액처리장치
122: 폐액 펌프
130: 탈염제 저장탱크
132: 탈염제 투입펌프
200: 배출수
210: H2 방출
Claims (9)
- 양극조에서 배출되는 염소가스(Cl2)를 포함하는 제1 스트림을 반응조에 투입시키고, 음극조에서 배출되는 수산화나트륨을 포함하는 제2 스트림을 상기 반응조에 투입시키는 단계; 및
상기 반응조에서 차아염소산나트륨을 생성하는 단계를 포함하는 차아염소산나트륨의 제조방법이고,
상기 양극조에서 배출되는 염소 성분 및 소금물을 포함하는 제3 스트림을 탈기조에 투입시킨 후, 기체 상태의 염소 성분을 분리하여 상기 반응조로 순환시키며,
상기 양극조에서 배출되는 제3 스트림 내의 소금물 농도는 220 g/L 내지 240 g/L 이고,
상기 탈기조에서 배출되는 제4 스트림을 탈염조에 투입시킨 후, 이온 상태의 염소 성분을 중화처리하여 소금탱크로 순환시키고,
상기 탈염조에서 배출되어 소금탱크로 순환되는 제5 스트림 중 적어도 일부를 폐액처리장치로 투입시킨 후, 상기 폐액처리장치에서 중화처리를 수행하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 기체 상태의 염소 성분의 분리는 상기 탈기조에 공기를 투입시키는 방법을 이용하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 탈염조 및 폐액처리장치에 각각 탈염제를 추가로 투입시키는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법.
- 청구항 3에 있어서, 상기 탈염제는 아황산수소나트륨(NaHSO3), 이산화황(SO2), 메타중아황산나트륨(Na2S2O5), 과산화수소(H2O2), 티오황산나트륨수화물(Na2S2O3·5H2O) 및 아황산나트륨(Na2SO3) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 폐액처리장치에 수산화나트륨를 추가로 투입시키고,
상기 폐액처리장치에서 폐액의 pH를 7 내지 10으로 조절하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 폐액처리장치의 폐액을 기준으로, 염소 성분의 함량은 1ppm 이하인 것인 차아염소산나트륨의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 스트림, 제2 스트림 및 제3 스트림은 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조에서 생성된 것이고,
상기 반응조에서 생성된 차아염소산나트륨은 차아염소산나트륨 저장탱크로 이송되어 저장되며,
상기 차아염소산나트륨 저장탱크 내의 차아염소산나트륨의 농도를 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 농도 측정값에 따라 상기 전해조에 투입되는 염수의 농도를 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 제1 스트림, 제2 스트림 및 제3 스트림은 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조에서 생성된 것이고,
상기 반응조에서 생성된 차아염소산나트륨은 차아염소산나트륨 저장탱크로 이송되어 저장되며,
상기 차아염소산나트륨 저장탱크에서 정수장으로 투입되는 차아염소산나트륨의 함량을 측정하고, 상기 차아염소산나트륨의 함량 측정값에 따라 상기 전해조의 전류량을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 제1 스트림, 제2 스트림 및 제3 스트림은 염수를 포함하는 전해질을 전기분해하는 전해조에서 생성된 것이고,
상기 전해조에서 전기분해공정시 발생되는 수소가스를 대기중으로 방출시키거나, 수소가스 포집 포트를 이용하여 상기 수소가스를 포집하는 단계를 추가로 포함하는 것인 차아염소산나트륨의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020210188585A KR20230099318A (ko) | 2021-12-27 | 2021-12-27 | 차아염소산나트륨의 제조방법 및 차아염소산나트륨의 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR20230099318A true KR20230099318A (ko) | 2023-07-04 |
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ID=87156615
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Citations (1)
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