KR20230113005A - System for reducing the concentration of effluent salts in wastewater containing high concentrations of sodium sulfate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 황산나트륨(Na2SO4)이 함유된 폐수를 증발 농축시키는 증발 농축기; 상기 증발 농축기로 폐수를 공급하고, 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의양을 조절하도록 제어되는 공급 펌프; 상기 증발 농축기에서 발생된 증기의 응축 열을 이용하여 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의 온도를 증가시키는 응축수 열교환기; 및 상기 증발 농축기에서 생성된 농축수가 유입되고, 유입된 농축수를 냉각시켜 황산나트륨 염을 석출 및 침전시키는 침전조를 포함하여, 증발 농축기의 스케일로 인한 운전 문제를 해결하고, 배출 염의 농도를 낮출 수 있는 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템을 개시한다.The present invention includes an evaporator for concentrating wastewater containing sodium sulfate (Na2SO4) by evaporation; a supply pump controlled to supply wastewater to the evaporator and to adjust the amount of wastewater supplied to the evaporator; a condensate heat exchanger for increasing the temperature of the wastewater supplied to the evaporator by using the condensation heat of the steam generated in the evaporator; And a sedimentation tank into which the concentrated water generated in the evaporator is introduced and cooled to precipitate and precipitate sodium sulfate salt by cooling the concentrated water, solving the operation problem due to the scale of the evaporator and lowering the concentration of the discharged salt Disclosed is an effluent salt concentration reduction system for wastewater containing high sodium sulfate.
Description
본 발명은 고농도 황산나트륨(Na2SO4)를 함유한 폐수의 배출 시에 배출되는 염의 농도를 감소시켜 배출되는 염에 의한 환경 오염을 줄이기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system for reducing environmental pollution caused by salts discharged by reducing the concentration of salts discharged when wastewater containing high concentration sodium sulfate (Na2SO4) is discharged.
일반적으로, 폐전지의 양극재에 포함되어 있는 니켈, 코발트, 망간, 리튬 등을 회수하기 위해서는, 황산을 이용하여 폐 양극재를 녹이고 이를 수산화나트륨(NaOH)를 이용하여 수산화물로 만들어 회수하거나, 탄산나트륨(Na2CO3)을 이용하여 탄산염으로 만들어 회수한다.In general, in order to recover nickel, cobalt, manganese, lithium, etc. contained in the cathode material of a waste battery, sulfuric acid is used to melt the waste cathode material, and sodium hydroxide (NaOH) is used to convert it into hydroxide, or sodium carbonate It is recovered by making it into carbonate using (Na2CO3).
이러한 화학약품 반응을 이용하여 폐 양극재 내의 금속을 회수하고 남은 폐수에는 약품 반응에 의해 생성된 황산나트륨(Na2SO4) 및 다른 염들이 고농도로 존재하게 된다. 또한, 이러한 폐수에는 회수되지 못한 금속과 리튬도 포함되어 있다. 이러한 폐수를 그대로 해양으로 방류하는 경우, 폐수에 포함되어 있는 고농도의 염과 리튬은 생태계에 악영향을 준다. 이러한 이유로 우리나라의 물환경 보전법 시행규칙에 따르면, 수질오염 물질의 배출 허용 기준은 생태 독성 배출 허용기준이 2TU(Toxic Unit) 이하로 제한되어 있다. 이러한 생태 독성 배출 허용기준을 충족하기 위해서는 배출되는 리튬의 농도가 약 10mg/L 이하가 되어야 한다.Metals in the waste cathode material are recovered using this chemical reaction, and sodium sulfate (Na2SO4) and other salts generated by the chemical reaction are present in high concentration in the remaining wastewater. In addition, these wastewaters also contain unrecovered metals and lithium. When such wastewater is discharged into the sea as it is, high concentrations of salt and lithium contained in the wastewater adversely affect the ecosystem. For this reason, according to the enforcement regulations of the Water Environment Conservation Act of Korea, the allowable discharge standard of water pollutants is limited to less than 2TU (Toxic Unit). In order to meet these ecotoxic emission standards, the concentration of lithium discharged should be about 10 mg/L or less.
한편, 물환경 보전법상 생태 독성 원인이 '염'으로 판명된 경우에는 바다 생태계에 큰 문제를 일으키지 않아 생태 독성 방류수 수질 기준을 초과하지 않은 것으로 간주한다는 규정이 있다. 그러나, 고농도의 염이 배출되면 해양 생태계에 악영향을 미칠 수 있어 많은 선진국에서는 염의 배출 농도를 제한하는 방향으로 규제화 또는 법제화가 진행되고 있다. 지금까지 우리나라에서는 염의 농도를 줄이지 않고 고농도의 염 함유 폐수를 그대로 배출하고 있으며, 특히 2차 전지 양극재 리사이클 업체에서 발생하는 고농도의 염 폐수를 그대로 연안으로 배출하여 사회적인 문제가 되고 있다.On the other hand, according to the Water Environment Conservation Act, if the cause of ecotoxicity is found to be 'salt', there is a regulation that it is regarded as not exceeding the ecotoxic effluent water quality standard because it does not cause a major problem to the marine ecosystem. However, when high concentrations of salt are discharged, they can adversely affect the marine ecosystem, and many developed countries are regulating or legislating in the direction of limiting the discharge concentration of salt. So far, Korea has discharged high-concentration salt-containing wastewater as it is without reducing the salt concentration, and in particular, high-concentration salt wastewater generated by secondary battery cathode material recycling companies is discharged to the coast as it is, becoming a social problem.
고농도의 염 폐수에서 염의 농도를 낮추기 위해서는, 여러 전처리 단계들을 거쳐 폐수를 처리하고 처리된 폐수의 일정량을 증발 농축 장치에 투입하여 물을 증발시킴으로써 응축수로 만들어 재사용하거나 배출한다. 또한, 증발 농축 장치에서 농축된 염은 건조시켜 고형물로 만들어 처리한다. 그러나, 이러한 증발 농축 장치는 비싸고, 증발 농축 장치의 운전 비용 역시 많이 든다는 문제가 있다.In order to lower the concentration of salt in high-concentration salt wastewater, the wastewater is treated through several pretreatment steps, and a certain amount of the treated wastewater is put into an evaporation concentration device to evaporate water to make condensate and reuse or discharge it. In addition, the salt concentrated in the evaporation concentration unit is dried and processed into a solid. However, there is a problem that such an evaporation and concentration device is expensive, and the operation cost of the evaporation and concentration device is also high.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 증발 농축 장치로 처리하는 폐수의 양을 최소화하는 것이 필요하다. 이러한 이유로 폐수의 일부를 증발 농축 장치로 처리하고, 증발 농축 장치에서 생성된 응축수와 나머지 폐수를 혼합하여 배출함으로써, 염의 농도를 감소시키고 장치 및 운전 비용을 줄이는 방법을 사용하기도 한다.In order to solve this problem, it is necessary to minimize the amount of wastewater treated by the evaporator. For this reason, a method of treating a part of the wastewater with an evaporation concentration device and mixing and discharging the condensate water generated in the evaporation concentration device and the remaining wastewater is used to reduce the concentration of salt and reduce the device and operating cost.
그렇지만, 증발 농축 장치에서 염을 고농도로 농축하기 위해서는 90% 이상의 농축율로 장치를 운전하기 때문에 운전 중 스케일이 많이 형성되고, 장치에 고착된 스케일로 인해 운전에 어려움이 발생한다.However, in order to concentrate the salt at a high concentration in the evaporative concentrating device, since the device is operated at a concentration rate of 90% or more, a lot of scale is formed during operation, and difficulties arise in operation due to the scale adhered to the device.
또한, 증발 농축 장치의 처리량을 줄이기 위해 역삼투막 시스템을 적용하는 방법을 고려할 수도 있지만, 고농도의 염 폐수를 역삼투막 장치로 처리하기에는 염도 농도가 너무 높아 적용하기 어렵다.In addition, a method of applying a reverse osmosis membrane system may be considered to reduce the throughput of the evaporation concentrating device, but the salinity concentration is too high to treat high-concentration salt wastewater with the reverse osmosis membrane device, so it is difficult to apply.
한편, 도 1을 참조하면, 종래의 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 폐수의 일정량을 증발 농축기(20)로 농축하는 시스템으로서, 폐수 저장조(10)의 폐수는 펌프(11) 및 필터(12)를 거쳐 증발 농축기(20)로 공급되고, 증발 농축기(20)는 90% 이상의 농축율로 운전되고, 농축수는 결정화 장치(30)를 통해 열이 가해져 결정화되며, 결정화된 염은 건조기(40)에서 열이 가해져 염을 고형물로 만들어 폐기되며, 배출 염의 농도가 감소된 처리수가 외부(50)로 배출되도록 구성된다. 이러한 종래의 시스템은 증발 농축기(20)의 농축율이 90% 이상이므로 증발 농축기(20)의 운전시 염으로 인한 스케일이 많이 형성된다. 이에 따라 증발 농축기(20)의 운전 효율이 감소되어 에너지 비용이 증가하며, 스케일 제거를 위하여 증발 농축기(20)의 운전을 빈번하게 중단해야 하므로 운전 정비 비용이 증가하며 운영에 어려움이 많다. 또한, 결정화 장치(30)와 건조기(40)는 열을 가하는 방식이므로 에너지 비용이 많이 들며 전체 장치의 비용도 증가하는 문제가 있다.On the other hand, referring to FIG. 1, the conventional sodium sulfate-containing wastewater discharge salt concentration reduction system is a system for concentrating a certain amount of wastewater with an
선행기술문헌 1: 등록특허공보 제10-1137251호(2012.04.20. 공고)Prior Art Document 1: Registered Patent Publication No. 10-1137251 (Announced on April 20, 2012)
선행기술문헌 2: 공개특허공보 제10-2018-0021277호(2018.03.02. 공개)Prior Art Document 2: Patent Publication No. 10-2018-0021277 (published on March 2, 2018)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 증발 농축기의 스케일로 인한 운전 문제를 해결하고, 배출 염의 농도를 낮출 수 있는 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다,The present invention was invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to solve the operation problem caused by the scale of the evaporator and to provide a system for reducing the concentration of discharged salt of wastewater containing high concentration sodium sulfate, which can lower the concentration of discharged salt. ,
또한, 본 발명은 증발 농축기의 처리량을 최소화함으로써 장치 및 운전 비용을 감소시킬 수 있는 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다,In addition, an object of the present invention is to provide a system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate, which can reduce equipment and operating costs by minimizing the throughput of the evaporator.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 황산나트륨(Na2SO4)이 함유된 폐수를 증발 농축시키는 증발 농축기; 상기 증발 농축기로 폐수를 공급하고, 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의양을 조절하도록 제어되는 공급 펌프; 상기 증발 농축기에서 발생된 증기의 응축 열을 이용하여 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의 온도를 증가시키는 응축수 열교환기; 및 상기 증발 농축기에서 생성된 농축수가 유입되고, 유입된 농축수를 냉각시켜 황산나트륨 염을 석출 및 침전시키는 침전조를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention is an evaporation concentrator for evaporating and concentrating wastewater containing sodium sulfate (Na2SO4); a supply pump controlled to supply wastewater to the evaporator and to adjust the amount of wastewater supplied to the evaporator; a condensate heat exchanger for increasing the temperature of the wastewater supplied to the evaporator by using the condensation heat of the steam generated in the evaporator; and a precipitation tank into which concentrated water generated in the evaporation concentrator is introduced and cooled to precipitate and precipitate sodium sulfate salt.
바람직하게는, 상기 증발 농축기는 총 용존 고형량(TDS)이 60,000 mg/L 이상이고 황산나트륨(Na2SO4)의 농도가 50% 이상인 폐수를 증발 농축시키고, 상기 증발 농축기는 40 ~ 70% 범위의 농축율로 운전되고, 상기 공급 펌프는 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의 양을 상기 증발 농축기의 총 용량 대비 50 ~ 80% 범위로 조절하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the evaporator concentrates wastewater having a total dissolved solids (TDS) of 60,000 mg/L or more and a concentration of sodium sulfate (Na2SO4) of 50% or more, and the evaporator concentrates the wastewater at a concentration rate in the range of 40 to 70%. It is operated, and the supply pump is characterized in that it is controlled to adjust the amount of wastewater supplied to the evaporator in the range of 50 to 80% of the total capacity of the evaporator.
부가적으로, 본 발명은 상기 침전조에 유입된 농축수를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하고, 상기 냉각기는 침전조의 농축수의 온도를 0 ~ 10℃의 범위로 냉각시키는 것을 특징으로 한다.Additionally, the present invention further includes a cooler for cooling the concentrated water introduced into the precipitation tank, and the cooler cools the temperature of the concentrated water in the precipitation tank in the range of 0 to 10 °C.
바람직하게는, 상기 침전조의 상등수를 처리하여 처리수는 외부로 배출하고, 처리되지 못한 농축수는 상기 증발 농축기로 유입시켜 상기 침전조의 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 역삼투막 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, it further comprises a reverse osmosis membrane device for treating the supernatant of the precipitation tank, discharging the treated water to the outside, and introducing untreated concentrated water into the evaporator to reduce the TDS concentration of the supernatant of the precipitation tank. do.
더 바람직하게는, 상기 침전조의 하부에는 상기 침전조에서 석출된 황산나트륨을 탈수하여 고형물로 배출하는 탈수기가 설치되고, 상기 탈수기에서 발생된 물은 상기 침전조로 재유입되는 것을 특징으로 한다.More preferably, a dehydrator is installed at the bottom of the settling tank to dehydrate sodium sulfate precipitated in the settling tank and discharge it as a solid, and the water generated in the dehydrator is introduced back into the settling tank.
바람직하게는, 상기 침전조와 상기 역삼투막 장치 사이에는 상기 침전조의 상등수를 상기 역삼투막 장치 측으로 공급하는 상등수 펌프, 상기 상등수 펌프를 통해 상기 역삼투막 장치 측으로 공급되는 상등수를 여과하는 상등수 여과기가 설치되는 것을 특징으로 한다.Preferably, a supernatant pump for supplying the supernatant of the sedimentation tank to the reverse osmosis membrane device and a supernatant filter for filtering the supernatant water supplied to the reverse osmosis membrane device through the supernatant pump are installed between the precipitation tank and the reverse osmosis membrane device. .
여기서, 상기 상등수 여과기를 통과한 상등수를 이용하여 상기 증발 농축기로부터 상기 침전조로 유입되는 농축수를 냉각시키는 농축수 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, it characterized in that it further comprises a concentrated water heat exchanger for cooling the concentrated water flowing into the precipitation tank from the evaporation concentrator using the supernatant water that has passed through the supernatant water filter.
바람직하게는, 상기 침전조의 상등수의 TDS 농도가 기 설정값 이상인 경우, 상기 증발 농축기에서 생성된 응축수를 상기 역삼투막 장치 측으로 공급하여 상기 침전조의 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the TDS concentration of the supernatant of the settling tank is equal to or greater than a preset value, the condensed water generated in the evaporation concentrator is supplied to the reverse osmosis membrane device to reduce the TDS concentration of the supernatant of the settling tank.
본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 증발 농축기의 농축율을 낮추어 스케일로 인한 운전 문제를 해결하고, 온도에 따른 용해도차를 이용하여 농축수의 온도를 낮추어 황산나트륨을 석출 및 침전시켜 배출 염의 농도를 낮추어 생태계의 생태 독성을 줄일 수 있다.The system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high-concentration sodium sulfate according to the present invention solves the operation problem caused by scale by lowering the concentration rate of the evaporator and lowers the temperature of the concentrated water using the solubility difference according to the temperature to precipitate and precipitate sodium sulfate. It can reduce the ecotoxicity of the ecosystem by lowering the concentration of discharged salt.
또한, 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 침전조의 상등수에 포함된 염을 역삼투막 장치로 처리하고, 역삼투막 장치의 농축수를 증발 농축기로 순환시켜 증발 농축기의 처리량을 최소화함으로써 장치 및 운전 비용을 감소시킬 수 있다,In addition, the system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate according to the present invention treats the salt contained in the supernatant of the precipitation tank with a reverse osmosis membrane device and circulates the concentrated water of the reverse osmosis membrane device to the evaporator to minimize the throughput of the evaporator. and can reduce operating costs;
도 1은 종래의 증발 농축 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing the configuration of a conventional evaporation concentration system;
Figure 2 is a view schematically showing the configuration of the discharge salt concentration reduction system of high-concentration sodium sulfate-containing wastewater according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment of a system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. For reference, in describing the present invention below, the terms referring to the components of the present invention are named in consideration of the functions of each component, so they should not be understood as limiting the technical components of the present invention. It will be.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 폐수 저장조(10)로부터 공급되는 폐수의 염 농도를 감소시켜 해양 등의 외부(20)로 배출하는 시스템으로서, 증발 농축기(100), 증발 농축기(100)에 폐수를 공급하는 공급 펌프(200), 폐수의 온도를 증가시키는 응축수 열교환기(300), 및 황산나트륨 염을 석출 및 침전시키는 침전조(400)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the system for reducing the salt concentration of wastewater containing high-concentration sodium sulfate according to the present invention reduces the salt concentration of wastewater supplied from the
증발 농축기(100)는 황산나트륨(Na2SO4)이 함유된 폐수를 증발시켜 농축시키는 역할을 한다. 이 증발 농축기(100)는 열을 가하여 수증기를 배출시키고 용액 중의 고형물 함량을 증대시키도록 구성된 장치로서, 회전식 증발 농축기, 원심 증발 농축기, 피막 증발 농축기 등의 공지의 증발 농축 장치들 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다.The
공급 펌프(200)는 폐수 저장조(10)와 증발 농축기(100) 사이에 설치되고, 폐수 저장조(10)의 폐수를 증발 농축기(100)로 공급하도록 작동한다. 이 공급 펌프(200)는 증발 농축기(100)로 공급되는 폐수의 양을 조절하도록 제어된다. 그리고 공급 펌프(200)와 증발 농축기(100) 사이에는 폐수 중의 부유 물질을 제거하는 공급 필터(210)가 설치될 수 있다.The
응축수 열교환기(300)는 증발 농축기(100)의 상류측 유로와 하류측 유로 사이에 바이패스된 유로(A) 상에 설치된다.이 응축수 열교환기(300)는 증발 농축기(100)에서 발생된 증기가 응축되면서 발생된 응축 열을 이용하여 증발 농축기(100) 측으로 공급되는 폐수의 온도를 증가시킨다. 이러한 폐수의 온도 증가는 증발 농축기(100)의 에너지 소모량을 감소시켜 운전 비용을 감소시킨다.The
침전조(400)는 증발 농축기(100)의 하류측에 설치되고, 증발 농축기(100)에서 생성된 농축수는 침전조(400)에 유입된다. 이 침전조(400)는 유입된 농축수를 냉각시켜 황산나트륨 염을 석출하고 침전시키는 역할을 한다.The
여기서, 증발 농축기(100)는 총 용존 고형량(TDS)이 60,000 m/L 이상이고 황산나트륨의 농도가 50% 이상인 폐수를 증발 농축시키도록 구성된다. 또한, 공급 펌프(200)는 증발 농축기(100)로 공급되는 폐수의 양을 증발 농축기(100)의 총 용량 대비 50 ~ 80% 범위로 조절하도록 제어된다. 그리고, 증발 농축기(100)는 40 ~ 70% 범위의 농축율로, 바람직하게는 50 ~ 60% 범위의 농축율로 운전되도록 제어된다.Here, the
이러한 증발 농축기(100)의 폐수 처리량 제어 및 운전 조건에 의해, 증발 농축기(100)의 운전에 소모되는 에너지를 감소시킬 수 있고, 증발 농축기(100)에 생성되는 스케일 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 응축수 열교환기(300)를 통해 증발 농축기(100)에 공급되는 폐수의 온도를 증가시킬 수 있어 동일 운전 조건 대비 증발 농축기(100)의 증발 농축 효율을 증가시킬 수 있다.By controlling the amount of wastewater treatment and operating conditions of the
부가적으로, 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 침전조(400)에 유입된 농축수를 냉각시키는 냉각기(500)를 더 포함한다. 이 냉각기(500)는 침전조(400)의 일측에 설치되고, 침전조(400)의 농축수의 온도를 0 ~ 10℃의 범위로 냉각시키도록 작동한다. 이러한 냉각기(500)에 의해 농축수 중의 황산나트륨 염이 석출되어 침전된다. Additionally, the system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high-concentration sodium sulfate according to the present invention further includes a
여기서, 황산나트륨(Na2SO4)의 용해도는 0℃에서 47.6 g/L이고, 10℃에서 100 g/L이며, 25℃에서 427 g/L이다. 예를 들어, TDS가 70,000 mg/L인 폐수 내에 황산나트륨(Na2SO4) 60,000 mg/L(60 g/L)이 함유되어 있는 경우, 10℃ 에서 황산나트륨의 용해도는 약 100 g/L이므로 10℃ 이하에서는 황산나트륨이 석출되지 않는다. 그러나, 50%로 농축된 농축수의 경우, 120 g/L(60 g/L × 100/50 = 120)가 용해되어 있어 10℃ 이하에서도 황산나트륨의 석출이 이루어져서 20 g/L 정도가 석출되기 때문에 배출되는 염의 농도가 감소된다. 증발되어 응축되는 응축수는 TDS가 매우 낮기 때문에 이를 무시하면, 50% 농축시 TDS 추정값은 대략 140,000 mg/L(140 g/L)가 되고, 앞서 석출된 20 g/L를 제외하면 TDS는 120,000 mg/L(120 g/L)가 된다. 또한, O℃에서 황산나트륨의 용해도가 47.6 g/L이므로, 침전조(400)의 농축수의 온도를 O℃ 가까이 낮추면 120 g/L에서 47.6 g/L를 뺀 72.4 g/L가 침전조(400)에서 석출되어 침전된다. 그리고, 배출되는 침전조(400)의 상등수(침전조의 상부의 맑은 물)의 TDS는 140 g/L에서 72.4 g/L를 뺀 67.6 g/L로 낮아진다.Here, the solubility of sodium sulfate (Na2SO4) is 47.6 g/L at 0°C, 100 g/L at 10°C, and 427 g/L at 25°C. For example, if 60,000 mg/L (60 g/L) of sodium sulfate (Na2SO4) is contained in wastewater with a TDS of 70,000 mg/L, the solubility of sodium sulfate at 10°C is about 100 g/L, so at 10°C or less Sodium sulfate does not precipitate. However, in the case of concentrated water concentrated to 50%, 120 g/L (60 g/L × 100/50 = 120) is dissolved, and sodium sulfate is precipitated even at 10 ° C or lower, and about 20 g / L is precipitated. The concentration of excreted salts is reduced. Condensate that is evaporated and condensed has a very low TDS, so ignoring this, the TDS estimate at 50% concentration is approximately 140,000 mg/L (140 g/L), and excluding the previously precipitated 20 g/L, the TDS is 120,000 mg /L (120 g/L). In addition, since the solubility of sodium sulfate at 0 ° C is 47.6 g / L, when the temperature of the concentrated water in the
이와 같이, 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 공급 필터(210)를 통과한 여과수의 TDS와 배출되는 농축수의 TDS를 고려하여 증발 농축기(100)로 공급되는 폐수의 양을 50 ~ 80% 범위로 조절하고, 증발 농축기(100)의 농축율을 40 ~ 70%의 범위로 운전하며, 침전조(400)의 농축수 온도를 1O℃ 이하로 냉각시킴으로써 침전조(400)로부터 배출되는 상등수의 TDS를 감소시켜 폐수의 배출 염 농도를 감소시킬 수 있다.As such, the system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate according to the present invention considers the TDS of the filtered water passing through the
바람직하게는, 본 발명에 따른 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템은 침전조(400)로부터 배출되는 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 역삼투막 장치(600)를 더 포함할 수 있다. 이 역삼투막 장치(600)는 침전조(400)의 상등수를 처리하여 처리수는 외부로 배출하고, 처리되지 못한 농축수는 복귀 유로(B)를 통해 다시 증발 농축기(100)로 유입시켜 침전조(400)의 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 역할을 한다.Preferably, the system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate according to the present invention may further include a reverse
또한, 침전조(400)의 하부에는 침전조(400)에서 석출된 황산나트륨을 탈수하여 고형물로 배출하는 탈수기(410)가 설치된다. 탈수기(410)에서 배출된 황산나트륨은 정제하여 재이용 가능하다. 그리고, 탈수기(410)에서 발생된 물은 침전조(400)로 재유입되도록 순환 유로(C)가 형성된다.In addition, a
바람직하게는, 침전조(400)의 상등수의 TDS가 높아서 상등수를 역삼투막 장치(600)를 이용하여 처리하기 어려운 경우, 증발 농축기(100)에서 생성된 응축수를 상등수와 혼합하도록 시스템을 구성할 수 있다. 이를 위해, 증발 농축기(100)와 역삼투막 장치(600)를 연결하는 바이패스 유로(D)를 구비할 수 있다. 그리고, 침전조(400)의 상등수의 TDS 농도가 기 설정값 이상인 경우, 증발 농축기(100)에서 생성된 응축수는 바이패스 유로(D)를 통해 역삼투막 장치(600) 측으로 공급됨으로써, 침전조(400)의 상등수의 TDS 농도를 감소시킬 수 있다.Preferably, when it is difficult to treat the supernatant water using the reverse
예를 들면, 증발 농축기(100)로의 공급 유량 50%와 원폐수 50%를 기준으로, 원폐수 TDS 70,000 mg/L, 농축율 50%의 증발 농축기(100)의 응축수의 TDS 10 mg/L, 황산나트륨이 석출되어 제거된 상등수의 TDS 67,600 mg/L인 경우, 역삼투막 장치(600)로 처리하지 않고 원폐수를 혼합하여 배출하는 경우 배출수의 TDS를 계산하면 보면 약 52,000 mg/L 이하가 된다. 즉, 원폐수의 TDS 대비 배출수의 TDS를 최소 80% 이하로 낮추어 배출할 수 있다.For example, based on 50% of the supply flow rate to the
물론, 침전조(400)의 상등수를 역삼투막 장치(600)로 처리하여 배출하는 경우에는, 배출수의 TDS를 더 낮출 수 있다.Of course, when the supernatant water in the
부가적으로, 침전조(400)와 역삼투막 장치(600) 사이에는 침전조(400)의 상등수를 역삼투막 장치(600) 측으로 공급하는 상등수 펌프(420), 상등수 펌프(420)를 통해 역삼투막 장치(600) 측으로 공급되는 상등수를 여과하는 상등수 여과기(430), 및 역삼투막 장치(600) 측으로 공급되는 상등수를 가압 공급하는 고압 펌프(440)가 설치될 수 있다. Additionally, between the settling
여기서, 증발 농축기(100)와 침전조(400) 사이에는 증발 농축기(100)로부터 침전조(400)로 공급되는 농축수의 온도를 낮추기 위한 농축수 열교환기(700)가 설치될 수 있다. 이 농축수 열교환기(700)는 상등수 여과기(430)를 통과한 상등수를 이용하여 증발 농축기(100)로부터 침전조(400)로 유입되는 농축수를 냉각시킨다. 따라서, 냉각기(500)의 운전 효율을 증가시킬 수 있다.Here, a concentrated
한편, 20℃ 물 1 kg을 증발시키기 위하여 100℃ 까지 온도를 증가시키기 위한 현열은 80 Kcal 이며, 증발하는데 필요한 잠열은 540 Kcal로 매우 높기 때문에, 증발 농축기에서 증발시키는 증발량을 줄이는 것이 에너지 소모량을 줄이는 가장 좋은 방법이다. 종래의 시스템과 본 발명에 따른 시스템의 에너지 소모량을 간단하게 비용하여 보면 다음과 같다. On the other hand, since the sensible heat to increase the temperature to 100℃ to evaporate 1 kg of 20℃ water is 80 Kcal, and the latent heat required for evaporation is very high at 540 Kcal, reducing the amount of evaporation in the evaporator reduces energy consumption. Best way. A simple cost comparison of the energy consumption of the conventional system and the system according to the present invention is as follows.
20℃의 폐수 10톤 중 4톤을 증발 농축 처리하고 6톤을 배출하는 조건을 단순 비교하여 보면, 종래의 시스템은 4톤을 증발 농축기, 결정화 장치, 및 건조기에서 모두 증발시켜야 하기 때문에 4,000 kg × (80 Kcal + 540 Kcal)= 2,480,000 Kcal 가 소모된다. 본 발명의 시스템의 경우, 증발 농축기(100)가 4톤 중 50%를 농축하면 2톤을 증발 농축하고, 농축수 열교환기(700)를 통해 농축수를 20℃로 냉각하여 침전조(400)로 공급한다고 가정하면 농축수 2톤을 침전조(400)에서 20℃를 0℃로 냉각할 때 물 1kg 당 20 kcal가 소모된다. 에너지 소모량을 간단하게 계산하면, 2,000kg × 80kcal + 2,000kg × (80kcal + 540kcal) + 2,000kg × (20Kcal) = 1,440,000kcal 가 된다. 즉, 본 발명에 따른 시스템은 종래의 시스템 대비 약 58%의 에너지 사용으로 42% 에너지 소모량이 절감할 수 있다. 역삼투막 장치(600)에 소모되는 전기 에너지와, 탈수기(410)에 소모되는 전기 에너지를 고려하더라도 본 발명에 따른 시스템은 종래의 시스템에 비하여 에너지 소모량이 현저히 낮다는 것을 확인할 수 있다.A simple comparison of the conditions of evaporating and concentrating 4 tons of 10 tons of wastewater at 20 ° C and discharging 6 tons shows that the conventional system requires evaporation of 4 tons in the evaporator, crystallizer, and dryer, so that 4,000 kg × (80 Kcal + 540 Kcal) = 2,480,000 Kcal is consumed. In the case of the system of the present invention, when the
이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention described above are only exemplarily showing the technical spirit of the present invention, and the protection scope of the present invention should be construed according to the following claims. In addition, those skilled in the art to which the present invention belongs will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention, and all technical ideas within the equivalent scope of the present invention It should be interpreted as being included in the scope of rights.
100: 증발 농축기
200: 공급 펌프
210: 공급 필터
300: 응축수 열교환기
400: 침전조
410: 탈수기
420: 상등수 펌프
430: 상등수 여과기
440: 고압 펌프
500: 냉각기
600: 역삼투막 장치
700: 농축수 열교환기100: evaporator 200: feed pump
210: supply filter 300: condensate heat exchanger
400: sedimentation tank 410: dehydrator
420: supernatant pump 430: supernatant filter
440: high pressure pump 500: cooler
600: reverse osmosis membrane device 700: concentrated water heat exchanger
Claims (8)
상기 증발 농축기로 폐수를 공급하고, 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의양을 조절하도록 제어되는 공급 펌프;
상기 증발 농축기에서 발생된 증기의 응축 열을 이용하여 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의 온도를 증가시키는 응축수 열교환기; 및
상기 증발 농축기에서 생성된 농축수가 유입되고, 유입된 농축수를 냉각시켜 황산나트륨 염을 석출 및 침전시키는 침전조를 포함하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
An evaporation concentrator for evaporating and concentrating wastewater containing sodium sulfate (Na2SO4);
a supply pump controlled to supply wastewater to the evaporator and to adjust the amount of wastewater supplied to the evaporator;
a condensate heat exchanger for increasing the temperature of the wastewater supplied to the evaporator by using the condensation heat of the steam generated in the evaporator; and
A system for reducing the discharge salt concentration of high-concentration sodium sulfate-containing wastewater, comprising a precipitation tank into which the concentrated water generated in the evaporator is introduced and cooled to precipitate and precipitate sodium sulfate salt.
상기 증발 농축기는 총 용존 고형량(TDS)이 60,000 mg/L 이상이고 황산나트륨(Na2SO4)의 농도가 50% 이상인 폐수를 증발 농축시키고,
상기 증발 농축기는 40 ~ 70% 범위의 농축율로 운전되고,
상기 공급 펌프는 상기 증발 농축기로 공급되는 폐수의 양을 상기 증발 농축기의 총 용량 대비 50 ~ 80% 범위로 조절하도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 1,
The evaporative concentrator evaporates and concentrates wastewater having a total dissolved solids (TDS) of 60,000 mg/L or more and a sodium sulfate (Na2SO4) concentration of 50% or more,
The evaporator is operated at a concentration rate in the range of 40 to 70%,
The supply pump is controlled to adjust the amount of wastewater supplied to the evaporator in the range of 50 to 80% of the total capacity of the evaporator.
상기 침전조에 유입된 농축수를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하고, 상기 냉각기는 침전조의 농축수의 온도를 0 ~ 10℃의 범위로 냉각시키는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 1,
Further comprising a cooler for cooling the concentrated water flowing into the precipitation tank, wherein the cooler cools the temperature of the concentrated water in the precipitation tank to a range of 0 to 10 ° C. .
상기 침전조의 상등수를 처리하여 처리수는 외부로 배출하고, 처리되지 못한 농축수는 상기 증발 농축기로 유입시켜 상기 침전조의 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 역삼투막 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 3,
High-concentration sodium sulfate, characterized in that it further comprises a reverse osmosis membrane device for treating the supernatant of the precipitation tank, discharging the treated water to the outside, and introducing untreated concentrated water into the evaporator to reduce the TDS concentration of the supernatant of the precipitation tank. System for reducing the discharge salt concentration of containing wastewater.
상기 침전조의 하부에는 상기 침전조에서 석출된 황산나트륨을 탈수하여 고형물로 배출하는 탈수기가 설치되고, 상기 탈수기에서 발생된 물은 상기 침전조로 재유입되는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 3 or 4,
At the lower part of the precipitation tank, a dehydrator is installed to dehydrate sodium sulfate precipitated in the precipitation tank and discharge it as a solid, and the water generated in the dehydrator is re-introduced into the precipitation tank. system.
상기 침전조와 상기 역삼투막 장치 사이에는 상기 침전조의 상등수를 상기 역삼투막 장치 측으로 공급하는 상등수 펌프, 상기 상등수 펌프를 통해 상기 역삼투막 장치 측으로 공급되는 상등수를 여과하는 상등수 여과기가 설치되는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 4,
Characterized in that, a supernatant pump for supplying the supernatant of the sedimentation tank to the reverse osmosis membrane device and a supernatant filter for filtering the supernatant water supplied to the reverse osmosis membrane device through the supernatant pump are installed between the precipitation tank and the reverse osmosis membrane device. Effluent salt concentration reduction system for wastewater.
상기 상등수 여과기를 통과한 상등수를 이용하여 상기 증발 농축기로부터 상기 침전조로 유입되는 농축수를 냉각시키는 농축수 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.
According to claim 6,
The system for reducing the discharge salt concentration of wastewater containing high concentration sodium sulfate, characterized in that it further comprises a concentrated water heat exchanger for cooling the concentrated water flowing into the precipitation tank from the evaporation concentrator using the supernatant water that has passed through the supernatant water filter.
상기 침전조의 상등수의 TDS 농도가 기 설정값 이상인 경우, 상기 증발 농축기에서 생성된 응축수를 상기 역삼투막 장치 측으로 공급하여 상기 침전조의 상등수의 TDS 농도를 감소시키는 것을 특징으로 하는, 고농도 황산나트륨 함유 폐수의 배출 염 농도 감소 시스템.According to claim 4,
When the TDS concentration of the supernatant of the precipitation tank is greater than or equal to a predetermined value, the condensate generated in the evaporator is supplied to the reverse osmosis membrane device to reduce the TDS concentration of the supernatant of the precipitation tank. concentration reduction system.
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