KR100465885B1 - 하/폐수용 증발 농축 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하/폐수에 포함된 고농도의 유기물질, 질소, 인, 각종중금속 등의 오염물질을 제거하기 위한 증발 농축 시스템에 관한 것으로, 폐수에 포함된 부유물질을 부유물질 제거기를 통해서 제거하고, 내부가 진공펌프에 의하여 감압되고 부유물질이 제거된 폐수가 상부 노즐을 통해서 분사되며 상기 노즐하부에는 다수의 고온스팀이 통과하는 증발관이 배치되어 노즐을 통해서 분사된 폐수가 증발되도록 하고 하부에는 증발되고 남은 농축폐액이 저장되는 감압 증발 농축기를 통해서 폐수로부터 물을 증발시켜 오염물질을 농축하며, 농축폐액의 처리는 상부로는 상기 감압 증발 농축기의 농축폐액이 분사되고 하부에는 상부를 향해서 냉각기로부터 냉기가 공급되어 농축폐액이 결정화되어 저부로 낙하되도록 하는 결정화 탱크를 통해서 농축폐액을 결정화시키고, 결정화된 폐기물을 탈수기를 통해서 탈수하여 케익화하는 하/폐수용 증발 농축 시스템을 제공하여, 오염물질을 제거하기 위한 약품이나 처리과정이 대폭 생략되도록 하여 처리비용이 절감되도록 한 것이다.

Description

하/폐수용 증발 농축 시스템{Graduation system for wastewater}

본 발명은 하/폐수에 포함된 고농도의 유기물질, 질소, 인, 각종중금속 등의 오염물질을 제거하기 위한 증발 농축 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분을 증발시켜 오염물질을 농축함으로써 오염물질을 제거하며, 오염물질을 제거하기 위한 약품이나 처리과정이 대폭 생략되도록 하여 처리비용이 절감되도록 한 하/폐수용 증발 농축 시스템에 관한 것이다.

최근 강이나 호수에는 부영양화가 일어나고, 바다에서는 적조현상이 일어나서 물을 오염시키고 수자원을 파괴하고있는데, 상기 부영양화 및 적조현상이 일어나는 주요인자는 유기물질과 질소와 인으로써, 상기 유기물질, 질소 및 인의 발생요인에는 가정오수 또는 축산폐수 등이 있다.

이에 따라 가정오수를 포함한 각종 하수를 처리하기 위한 공법들이 사용되고 있으며, 그 예로써는 활성오니공법, 연속회분식 SBR공법, 부착미생물막법등이 있으나, 이중 활성오니공법은 부지면적이 많이 소요되고, 고도의 운전기술이 요구되며, 소요동력비와 오니발생량이 생물학적처리 방법 중 가장많고, 질소 및 인의 제거효율도 낮다. 그리고, 상기 활성오니변법으로 개발된 연속회분식 SBR공법, DNR공법, CASS공법, A₂O, VIP, UCT등은 자동화 시스템, 스캐너등 외국 기술의 도입과 고도의 기술이 필요하며, 오니발생량과 동력비는 활성오니법과 동일하다.

본 발명의 목적은 증발과 농축을 통해서 오염물질을 제거함으로써, 오염물질을 제거하기 위한 약품이나 처리과정이 대폭 생략되도록 하여 처리비용이 절감되도록 한 하/폐수용 증발 농축 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 다른 하/폐수용 증발 농축 시스템을 나타내는 블록도

도 2a는 본 발명에 따른 감압 증발 농축기의 정면도

도 2b는 도 2a의 측면도

도 3은 본 발명에 따른 스팀 이젝터를 나타내는 단면도

도 4a는 본 발명에 따른 결정화 탱크를 나타내는 단면도

도 4b는 필러를 나타내는 도면

도 4c는 비산방지판을 나타내는 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 부유물질 제거기 22 : 스팀공급기

23 : 스팀 이젝터 24 : 열교환기

25 : 진공탱크 26 : 진공펌프

200 : 감압 증발 농축기 30 : 저온 결정화 탱크

32 : 냉각기 40 : 탈수기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 폐수에 포함된 부유물질은 부유물질 제거기를 통해서 제거하고, 내부가 진공펌프에 의하여 감압되고 부유물질이 제거된 폐수가 상부 노즐을 통해서 분사되며 상기 노즐하부에는 다수의 고온스팀이 통과하는 증발관이 배치되어 노즐을 통해서 분사된 폐수가 증발되도록 하고 하부에는 증발되고 남은 농축폐액이 저장되는 감압 증발 농축기를 통해서 폐수로부터 물을 증발시켜 오염물질을 농축하며, 상부로는 상기 감압 증발 농축기의 농축폐액이 분사되고 하부에는 상부를 향해서 냉각기로부터 냉기가 공급되어 농축폐액이 결정화되어 저부로 낙하되도록 하는 결정화 탱크를 통해서 농축폐액을 결정화시키고, 결정화된 폐기물을 탈수기를 통해서 탈수하여 케익화하는 하/폐수용 증발 농축 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 본 발명에 따른 하/폐수용 증발 농축 시스템을 나타내는 블록도이다.

본 발명에 따른 하/폐수용 증발 농축 시스템은 도 1에 나타내는 바와 같이 유입되는 원폐수에 포함된 부유물질을 제거하여 배출하는 부유물질 제거기(10)와, 감압분위기에서 스팀공급기(22)로부터 공급된 고온의 스팀과 부유물질이 제거된 폐수가 열교환하도록 하여 폐수의 물을 증발시킴으로써 오염물질을 농축하는 감압 증발 농축기(200)와, 상기 감압 증발 농축기(200)에서 농축된 오염물질을 포함한 농축폐액을 냉각기(32)로부터 공급된 저온가스를 이용하여 결정화하는 저온 결정화 탱크(30)와, 저온 결정화된 폐기물을 탈수시켜 케익(cake)으로 만드는 탈수기(40)로 구성된다.

상기한 구성에서 부유물질 제거기(10)는 원폐수가 저장되는 저류조의 내부에 다수의 걸름망을 설치한 것이고, 그 후방에는 유량계와 이송펌프가 더 구비되며, 이러한 구성은 해당업자에게는 매우 자명한 기술이므로 이후 기본적으로 이송에 필요한 펌프, 저류조 등의 구성은 설명을 생략한다.

그리고, 상기 감압 증발 농축기(200)에서 열교환을 마친 스팀은 스팀 이젝터(23)로 공급되어 스팀공급기(22)로부터 공급되는 스팀과 함께 고속으로 과속화되어 감압 증발 농축기(200)로 재공급되고, 폐수로부터 발생된 수증기는 열교환기(24)를 거쳐서 냉각된 후 진공탱크(25)로 저장되어 가스는 진공펌프(26)를 통해서 방출됨으로써 감압 증발 농축기(200)내부를 감압시키고 응축수는 그대로 방류하거나 일반적인 폐수처리시스템(스트리퍼 등)으로 한번 더 처리하여 방류하는데, 상기 감압 증발 농축기(200)에서 열교환으로 발생되는 스팀의 응축수도 상기 진공탱크(25)로 공급되도록 한다.

한편, 상기한 구성에서 감압 증발 농축기(200)의 구성을 도 2a내지 도 2b를 참조하여 살펴본다.

도 2a는 본 발명에 따른 감압 증발 농축기의 정면도이고, 도 2b는 측면도이다.

상기 감압 증발 농축기(200)는 밀폐 탱크(201)의 상부에 부유물질 제거기(10)와 연결되어 부유물질이 제거된 폐수가 분사되는 노즐(202)을 설치하고, 상기 노즐(202)의 하부에는 스팀이젝터(23)와 연결되어 고온스팀이 통과하는 다수의 증발관(203)을 배치하고 상기 증발관(203)에는 스팀 응축수가 배출되는 U트랩(204)을 연결하여 폐수가 증발되도록 하며, 상기 증발관(203)의 하부에는 증발되고 남은 농축폐액이 저장되는 농축폐액 저장실(205)을 형성하고, 상기 증발관(203)의 측부에는 하부만 개방되고 상부는 진공펌프(26)와 연결된 수증기 배출구(206)가 형성된 충진물(media) 충진실(207)을 구비하여 폐수로부터 증발된 수증기중 비말을 동반한 오염물질이 응축되어 하부로 낙하되도록 한다.

상기한 구성에서 증발관(203)은 스팀이 지그재그식으로 감압 증발 농축기(200)의 내부를 통과하도록 멀티패스(multi-pass)식으로 구성되는데, 이를 보다 상세하게 살펴보면, 스팀이젝터(23)와 연결되고 다수의 증발관(이하 제 1증발관이라 함 ; 203a)이 연결된 제 1스팀채류실(203b)과, 상기 제 1증발관(203a)의 타측 종단과 연결되며 제 1스팀채류실(203b)에 연결되지 않은 다른 다수의 증발관(이하 제 2증발관이라 함 ; 203c)이 연결된 제 2채류실(203d)과, 상기 제 2증발관(203c)의 타측종단과 연결되며 다른 증발관(이하 제 3증발관이라 함 ; 203e)이 연결된 제 3스팀채류실(203f), 상기 제 3증발관(203e)의 배출측 종단에 형성되고 스팀이 배출되는 배출구(203g)가 형성된 제 4 스팀채류실(203h)이 형성되며, 이 경우를 3-pass식이라 하고, 이보다 더 많이 증발관을 설치할 수도 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 지그재그식으로 스팀이 폐수와 열교환하는 과정에서 발생되는 스팀 응축수를 배출하기 위하여 상기 제 2, 3스팀채류실(203d)(203f)의 하부에는 'U'트랩(204)을 설치하여 스팀의 응축수만 하부로 배출되도록 하고, 상기 'U'트랩(204)은 진공탱크(25)와 연결되어 응축수가 진공탱크(25)로 배출되도록 한다.

상기 스팀 이젝터(23)는 도 3에 나타내는 바와 같이 상부에 스팀공급기(22)와 연결된 스팀공급라인(23a)이 형성되고, 상부 측부에는 감압 증발 농축기(200)로부터 배출되는 수증기가 유입되는 수증기 공급라인(23b)이 형성되며, 그 하부는 직경이 좁아졌다가 다시 넓어지도록 형성된 스팀 이젝터로 수증기를 스팀으로 가속시킨다.

한편, 상기 저온 결정화 탱크(30)는 도 4a내지 도 4c에 나타내는 바와 같이 상부에 농축폐액이 분사되는 분사노즐(33)이 형성되고, 상기 분사노즐(33)의 하부에는 냉각기(32)와 연결되어 냉기가 배출되는 냉기관(34)이 형성되며, 분사노즐(33)과 냉기관(34)사이에는 농축폐액의 결정화를 위한 필러(filler ; 35)가 설치되고, 저부에는 농축폐액의 결정물이 수집되는 결정체 저장실(36)이 형성되고, 분사노즐(33)의 상부에는 유해물질이 포함된 미스트(mist)를 제거하기 위한 비산방지판(37)이 설치되는데, 상기 비산방지판(37)은 하부로부터 상부로 지그재그식으로 형성된 다수개의 판을 배열하여 미스트가 비산방지판(37)의 경사면과 부딪혀서 수증기가 물방울로 되어 하부로 떨어지도록 한 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 하기에서 살펴본다.

우선, 유입된 폐수는 부유물질 제거기(10)를 거치면서 폐수중에 포함된 부유물(나뭇가지, 종이, 비닐, 스티로폼 등)이 제거되고, 이후 이송펌프와 유량계에 의하여 일정량씩 감압 증발 농축기(200)의 상부 분사노즐(202)을 통해서 분사된다.

이렇게 분사된 폐수는 증발관(203)의 내부를 흐르는 스팀과 열교환하게 되는데, 이때 감압 증발 농축기(200)가 대기보다 감압된 상태이므로 낮은 온도에서도 폐수가 증발하게 된다.

증발된 수증기는 상부에는 배출구가 없기 때문에 충진실(207)의 하부로 유입된 후 충진물을 통과하면서 재차 수증기가 응축되고, 응축되지 않은 수증기는 열교환기(24)를 통해서 진공탱크(25)로 유입된 후, 배출된다.

이때, 증발관(203) 내부를 흐르는 스팀은 폐수와 열교환한 후 스팀이젝터(23)를 통해서 스팀 공급기(22)의 스팀과 합류되어 감압 증발 농축기(200)의 증발관(203)으로 다시 공급되고, 열교환과정중에 발생된 응축수는 진공탱크(25)로 배출된다.

그리고, 상기 감압 증발 농축기(200)의 하부에 형성된 농축폐액은 일정농도 혹은 일정수위가 되면 저온결정화 탱크(30)로 이송되고, 저온결정화 탱크(30)로 이송된 농축폐액은 상부 분사노즐(33)을 통해서 분사되어 필러(35)를 통과하면서 하기에서 공급되는 냉기에 의하여 결정화되어 저부로 낙하되고, 이 과정에서 발생된 미스트는 상부 비산방지판(37)에 의하여 응축되어 다시 하강하게 된다.

이와 같이 저온결정화 탱크(30)의 저부에 저장되는 결정폐액은 탈수기(40)를 통해서 탈수되어 케익으로 배출된다.

따라서, 본 발명에 의하면 별도의 약품을 사용하지 않고도 폐수중에 포함된 오염물질의 제거가 이루어짐으로, 완벽한 하?폐수처리와 폐수처리를 위한 비용이 대폭 감소되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 유입되는 폐수에 포함된 부유물질을 제거하여 배출하는 부유물질 제거기와,

   진공펌프와 연결되어 내부가 감압되고 부유물질 제거기와 연결된 노즐이 상부에 설치되어 부유물질이 제거된 폐수가 상기 노즐을 통해서 분사되며 상기 노즐하부에는 스팀공급기와 연결되어 내부로 고온스팀이 통과하는 다수의 증발관이 배치되어 폐수가 증발되도록 하고 하부에는 증발되고 남은 농축폐액이 저장되는 농축폐액 저장실이 형성된 감압 증발 농축기와,

   상부에 상기 감암 증발 농축기의 농축폐액 저장실과 연결된 분사노즐이 설치되어 상기 감압 증발 농축기의 농축폐액이 하부로 분사되고, 상기 분사노즐의 하부에는 냉각기와 연결된 냉기관이 설치되어 냉각기로부터 공급된 냉기가 상부를 향해서 분사되며, 분사노즐과 냉기관사이에는 농축폐액의 결정화를 위한 필러(filler)가 설치되고, 저부에는 농축폐액의 결정물이 수집되는 결정체 저장실이 형성된 결정화 탱크와,

   상기 결정화 탱크의 결정체 저장실 내부와 연결되어 결정체를 탈수하여 케익화하는 탈수기로 구성되는 것을 특징으로 하는 하/폐수용 증발 농축 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감압 증발 농축기와 스팀공급기 사이에는 스팀이젝터가 설치되고, 상기 증발관의 종단은 스팀 이젝터에 연결되어 스팀공급기로부터 공급되는 스팀과 감압 증발 농축기로부터 배출된 스팀이 과속화되어 감압 증발 농축기로 재공급되도록 하여 스팀사용량을 감소 하도록 하며, 상기 증발관은 스팀이 지그재그식으로 감압 증발 농축기의 내부를 통과하도록 멀티패스(multi-pass)식으로 구성되고, 내부의 스팀이 폐수와 열교환하는 과정에서 발생되는 스팀 응축수를 배출하기 위하여 증발관에는 'U'트랩을 설치하여 스팀응축수만 하부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 하/폐수용 증발 농축 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 갑압 증발 농축기의 충전실 상부는 진공탱크와 연결된 열교환기에 연결되고, 증발관의 'U'트랩은 상기 진공탱크와 연결되어, 진공탱크에 저장된 가스는 진공펌프를 통해서 방출하여 감압 증발 농축기 내부를 감압시키고 진공탱크 내부의 응축수는 그대로 방류하거나 일반적인 폐수처리시스템(스트리퍼 등)으로 한번 더 처리하며, 상기 저온 결정화 탱크의 분사노즐 상부에는 유해물질이 포함된 미스트를 제거하기 위하여 하부로부터 상부로 지그재그식으로 형성된 다수개의 비산방지판이 설치되는 것을 특징으로 하는 하/폐수용 증발 농축 시스템.