KR100983656B1

KR100983656B1 - 폐수용 증발농축 장치

Info

Publication number: KR100983656B1
Application number: KR1020100016959A
Authority: KR
Inventors: 류진상; 이재영
Original assignee: (주) 월드에너지
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2010-09-27

Abstract

본 발명은 폐수 내에 포함되어 있는 수분과 슬러지를 각각 효율적으로 분리하고 회수할 수 있는 폐수용 증발농축 장치에 관한 것으로, 하부로부터 상부를 향해 폐수저장부, 열교환부 및 증기발생부가 차례로 형성된 증발탱크; 상기 열교환부 아래쪽의 폐수저장부에 배치되는 히터; 상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 폐수를 공급하는 폐수공급관; 상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 농축폐수를 배출하는 농축폐수배출관; 상기 증기발생부와 열교환부를 연통시키는 증기공급관; 상기 열교환부에 연통되어 응축수를 배출하는 응축수 배출관; 및 상기 증기공급관에 설치되어 수증기를 고압으로 압축시키는 증기압축기를 포함하되, 상기 열교환부는 상기 폐수저장부와 증기발생부 사이를 연통시켜서 폐수를 순환시키는 폐수 순환관과, 상기 폐수 순환관 주위에 형성된 증기유입부로 이루어지며, 상기 증기유입부에는 상기 증기공급관과 응축수 배출관이 연통되는 것을 특징으로 하므로 수분과 슬러지를 각각 효율적으로 분리하고 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 폐수를 인위적으로 순환시키기 위한 펌프의 구성을 생략할 수 있으므로 고장 및 소비전력을 크게 줄일 수 있으며, 상기 히터의 가열에너지 또한 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

폐수용 증발농축 장치{Evaporation Condensation Appratus for Wastewater}

본 발명은 폐수용 증발농축 장치에 관한 것으로, 특히 폐수 내에 포함되어 있는 수분과 슬러지를 각각 효율적으로 분리하고 회수할 수 있는 폐수용 증발농축 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공업용 폐수나 축산폐수 등을 정화 처리하는 방법으로는, 폐수를 한 곳에 저장한 다음 응집제를 투여하여 폐수에 함유되어 있는 부유물질 등의 이물질이 서로 엉겨붙어 밑으로 침강시키거나 또는 찌꺼기를 여과하는 스크린장치로 폐수를 흘려보내는 방법이 있다.

이러한 폐수 처리방법 중 전자의 경우에는 폐수에 함유되어 있는 이물질을 침강시키기 위하여 화학제로 만들어진 응집제를 이용하여 강제로 침강시키는 것으로, 상기 응집제를 투여하더라도 폐수에 함유되어 있는 이물질이 전부 응집되어 침강하지 않고 일부는 폐수에 부유한 상태로 잔존하기 때문에 폐수의 정화처리에 소기의 효과를 얻기 어려웠으며, 특히 폐수에 투여된 응집제가 슬러지와 함께 침강하지 않고 폐수에 잔존하게 될 경우 2차적인 오염을 야기시키는 문제점이 있었다.

또한, 후자의 경우에는 폐수를 스크린장치로 흘려보내는 방법으로서 폐수에 함유되어 있는 이물질을 여과하는 것인데, 상기 스크린장치를 통과하는 동안에 이물질이 완전히 여과되는 효과를 기대하기 어려워 2차 수처리장치를 추가적으로 설치하여야 하는 문제점이 있었다.

한편, 공업용 절삭유 등은 물에 희석시켜서 사용하는 것이 일반적이므로 사용 후 재사용이나 폐기를 위해 분리처리할 필요가 있었으나, 전술한 폐수 처리방법에 의해서는 앞서 소개된 여러가지 문제점으로 인해 채택이 곤란하였다.

따라서, 최근에는 폐수를 증발시킴으로써 수분과 슬러지를 각각 분리시킬 수 있는 기술이 연구되고 있으며, 그 대표적인 예가 한국공개특허공보 제2004-0057843호(이하 '종래기술'이라 함)에 개시되어 있다.

이하, 도 1a와 도 1b를 참조하여 종래기술에 따른 증발식 폐수 정화장치에 대하여 개략적으로 설명한다.

도시한 바와 같이 종래기술에 따른 증발식 폐수 정화장치는, 히터(2)가 장착되는 밀폐된 구조의 증발탱크(1)와, 상기 증발탱크(1)의 내부공간을 상부와 하부로 분할시켜 증압공간(6)과 감압공간(7)을 형성하고 증발탱크(1)에 주입된 소정량의 폐수가 공급되는 폐수공급조(10)와, 상기 증발탱크(1)에 주입된 소정량의 폐수를 폐수공급조(10)에 압송시켜 공급하는 펌프(20)와, 상기 폐수공급조(10)에서 아래로 수직되게 감압공간(7)에 설치되며 폐수공급조(10)에 공급된 폐수가 외주면을 타고 흘러내리면서 수증기로 증발되는 다수의 증발관(30)과, 상기 다수로 설치된 증발관(30)의 하단부에 장착되며 다수의 증발관(30)이 연통되게 장착된 수집조(40)와, 상기 증발관(30)에서 증발되어 감압공간(7)에 존재하는 수증기를 증압공간(6)으로 흡입 압송하는 고압팬(50)과, 상기 고압팬(50)에 의해 증압공간(6)에서 증발관(30)과 수집조(40)로 압송된 수증기가 압송관(61)을 통해 유입되어 정화수로 응축되는 사이클론형 응축탱크(60)와, 상기 응축탱크(60)에서 응축된 정화수가 유입되고 폐수가 주입되는 유입관(5)이 내부에 코일형태로 설치되어 열교환되는 열교환탱크(70)로 구성된다.

그러나, 종래기술에 따른 증발식 폐수 정화장치는 히터에 의해 가열된 폐수가 배수관, 도출관, 폐수공급조, 증발관을 따라 반복적으로 순환하는 과정에서 폐수에 포함된 수분을 증발시키는 것으로, 상기 폐수를 순환시키기 위한 펌프의 동력이 필요하여 운용비가 증가한다는 단점이 있었다.

또한, 폐수가 농축되는 과정에서 점성이 점차 증가하기 때문에 펌프의 작용 압력도 그에 비례하여 크게 증가하게 되므로 그에 따른 전력소모가 크게 발생되어 운용비가 한층 증가하고 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

또한, 폐수공급조와 증발관 사이에 형성된 배출공을 통해 폐수가 흘러내리는 과정에서 폐수의 수분이 증발하여 농축된 슬러지가 증발관의 표면에서 퇴적하게 되어 상기 배출공이 폐쇄될 수 있으며, 이를 방지하기 위한 슬러지 제거작업이 주기적으로 병행되어야 했기 때문에 그 유지보수를 위한 비용이 증가하고 유지보수를 위한 작업공백으로 인해 폐수처리 능력이 크게 저감되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 증발탱크 내에서 폐수의 대류순환 작용을 통해 수분과 슬러지를 각각 신속하게 분리할 수 있고 그에 따른 소비전력을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 폐수를 가열하기 위한 에너지를 한층 줄일 수 있는 폐수용 증발농축 장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 폐수용 증발농축 장치는,

하부로부터 상부를 향해 폐수저장부, 열교환부 및 증기발생부가 차례로 형성된 증발탱크;

상기 열교환부 아래쪽의 폐수저장부에 배치되는 히터;

상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 폐수를 공급하는 폐수공급관;

상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 농축폐수를 배출하는 농축폐수배출관;

상기 증기발생부와 열교환부를 연통시키는 증기공급관;

상기 열교환부에 연통되어 응축수를 배출하는 응축수 배출관; 및

상기 증기공급관에 설치되어 수증기를 고압으로 압축시키는 증기압축기를 포함하되,

상기 열교환부는 상기 폐수저장부와 증기발생부 사이를 연통시켜서 폐수를 순환시키는 폐수 순환관과, 상기 폐수 순환관 주위에 형성된 증기유입부로 이루어지며, 상기 증기유입부에는 상기 증기공급관과 응축수 배출관이 연통되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폐수 순환관은 폐수를 상승시키는 폐수 상승관과, 폐수를 하강시키는 폐수 하강관으로 이루어지되, 상기 폐수 상승관은 폐수 하강관의 외측에 복수개 배치된 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폐수 순환관은 폐수를 상승시키는 폐수 상승관과, 폐수를 하강시키는 폐수 하강관으로 이루어지되, 상기 폐수 하강관은 상기 폐수 상승관의 외측에 배치되어 연통되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 히터는 상기 폐수 상승관의 바로 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 폐수용 증발농축 장치에는 폐수공급관과 응축수 배출관이 열교환하는 열교환기가 추가로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 증발탱크의 증기발생부에는 폐수의 포화온도를 감지하는 온도감지센서가 설치된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 증발탱크의 증기발생부에는 폐수의 수위를 감지하는 수위감지센서가 설치된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 히터는 폐수의 농축작업 준비시점보다 농축작업 진행시점에서 적은 열량을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 증발탱크의 증기발생부에는 기액분리부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환기는 나선형으로 권취되며, 폐수와 응축수가 서로 서로 반대방향으로 이동하는 이중관으로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 이중관은 폐수공급관과 연통되는 제1 연통관과, 상기 응축수 배출관과 연통되되 상기 제1 연통관의 외주면을 감싸는 제2 연통관으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 폐수가 증발탱크 내에서 대류순환 작용을 통해 폐수 내에 포함되어 있는 수분과 슬러지를 각각 효율적으로 분리하고 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 폐수를 인위적으로 순환시키기 위한 펌프의 구성을 생략할 수 있으므로 고장 및 소비전력을 크게 줄일 수 있으며, 상기 히터의 가열에너지 또한 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 종래기술의 실시예에 따른 증발식 폐수 정화장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐수용 증발농축 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 열교환부를 평면에서 바라본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수용 증발농축 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2의 열교환기의 구성을 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐수용 증발농축 장치(1000)는 하부로부터 상부를 향해 폐수저장부(101), 열교환부(110) 및 증기발생부(102)가 차례로 형성된 증발탱크(100)와, 상기 열교환부(110) 아래쪽의 폐수저장부(101)에 배치되는 히터(200)와, 상기 증발탱크(100)의 폐수저장부(101)에 연통되어 폐수를 공급하는 폐수공급관(310)과, 상기 증발탱크(100)의 폐수저장부(101)에 연통되어 농축폐수를 배출하는 농축폐수배출관(320)과, 상기 증기발생부(102)와 열교환부(110)를 연통시키는 증기공급관(410)과, 상기 열교환부(110)에 연통되어 응축수를 배출하는 응축수 배출관(420) 및 상기 증기공급관(410)에 설치되어 수증기를 고압으로 압축시키는 증기압축기(430)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 증발탱크(100)는 폐수가 저장되고 순환하며 증기를 발생시키는 구성요소이다.

구체적으로, 상기 증발탱크(100)의 내부는 폐수를 공급받거나 배출시키기 위한 폐수저장부(101)와, 상기 폐수에 포함된 수분이수증기로 탈출하는 증기발생부(102)와, 상기 폐수저장부(101)와 증기발생부(102) 사이에 형성되는 열교환부(110)로 이루어진다.

상기 증기발생부(102)에는, 증발된 수증기가 폐수를 탈출하는 과정에서 물이나 이물질이 수증기와 함께 배출되는 것을 방지하기 위한 기액분리부(120)가 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 기액분리부(120)는 하부로부터 상부를 향하여 지그재그 모양으로 절곡 형성된 판이 소정 간격을 두고 다수개로 배치되는 구조로 도시하였으나, 반드시 이에 한정하지 않으며 공지된 다양한 구성 및 구조의 것을 채택할 수 있다.

상기 열교환부(110)는 증발탱크(100) 내에 저장된 폐수가 대류 순환하면서 열교환을 통해 증기를 발생시키는 것과 동시에 응축수를 생성하는 역할을 수행한다.

이를 위해, 상기 열교환부(110)는 상기 폐수저장부(101)와 증기발생부(102) 사이를 연통시켜서 폐수를 순환시키는 폐수 순환관(111)과, 상기 폐수 순환관(111) 주위에 형성된 증기유입부(112)를 구비한다.

상기 폐수 순환관(111)은 폐수를 상승시키는 폐수 상승관(111a)과, 폐수를 하강시키는 폐수 하강관(111b)으로 구획되며, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 폐수 상승관(111a)은 폐수 하강관(111b)의 외측에 복수개 배치된 구조로 이루어질 수 있 으며, 이 경우 폐수 하강관(111b)은 열교환이 잘 이뤄지지 않도록 대구경관을 사용한다.

그러나, 상기 폐수 상승관(111a)과 폐수 하강관(111b)의 배치구조는 일 실시예로서 예시된 것으로, 이에 한정되지 않으며, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 폐수 하강관(111b)이 폐수 상승관(111a)의 외측에 배치된 상태에서 증기발생부(102)와 폐수저장부(101)가 상하부에서 각각 연통되는 구조로 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 증기유입부(112)는 후술하는 증기공급관(410)과 응축수 배출관(420)에 각각 연통된다.

증발탱크(100) 내에서 폐수의 대류순환 작용을 살펴보면, 폐수상승관(111a)의 폐수는 포화온도까지 가열되어 비등하면 발생된 수증기 기포와 폐수가 혼재되어 밀도가 낮아지며, 폐수하강관(111b)의 폐수는 열교환이 이뤄지지 않으므로 폐수상승관(111a)의 폐수보다 밀도가 높다. 따라서, 밀도 차이로 인한 부력효과(buoyancy effect)가 생겨, 증발탱크(100) 내에서 폐수는 폐수저장부(101)에서 폐수상승관(111a)으로, 폐수상승관(111a)에서 증기발생부(102)로, 증기발생부(102)에서 폐수하강관(111b)으로, 폐수하강관(111b)에서 폐수저장부(101)로의 전체적인 대류순환이 계속적으로 일어난다.

아울러, 상기 증발탱크(100)의 증기발생부(102)에는 폐수의 포화온도를 감지하는 온도감지센서(130)와 수위를 감지하는 수위감지센서(140)가 설치되는 것이 좋다.

이에 따라, 온도감지센서(130)에 의해 감지된 폐수의 현재 온도에 따라 히터(200)의 열량을 가감하거나 증기압축기(430)의 회전수를 가감할 수 있고, 수위감지센서(140)에 의해 감지된 폐수의 수위에 따라 폐수공급관(310)을 통한 폐수의 공급량을 조절할 수 있다.

한편, 상기 히터(200)는 증발탱크(100) 내에 저장된 폐수를 포화온도(비등점)까지 가열하는 것으로, 상기 증발탱크(100)의 폐수 상승관(111a) 바로 아래쪽에 적어도 1개 이상이 배치된다.

물론, 상기 폐수 상승관(111a)의 바로 아래쪽에 설치되는 히터(200)는 대류순환 작용하는 폐수의 흐름을 방해하지 않는 적당한 위치에 설치한다.

여기서, 상기 히터(200)는 폐수의 농축작업 초기 시 폐수를 포화온도까지 가열하기 위해 높은 열량을 방출하지만, 일단 농축작업이 진행되는 동안에는 폐수의 표면으로부터 열교환부(110)의 하단까지의 깊이에 의해 발생하는 폐수의 압력차에 따른 포화온도 상승분 만큼만 열량을 방출하면 된다.

즉, 후술하는 증기압축기(430)가 폐수의 수분이 기화하여 변환된 수증기를 다시 고압으로 압축하여 상기 열교환부(110)의 증기유입부(112)로 공급하는 과정에서 응축되는 수증기가 폐수상승관(111a)을 통과하는 폐수를 가열하게 되므로 폐수상승관(111a) 내의 폐수는 수심에 따른 포화온도까지 가열되어 비등하며(수심이 깊으면 포화온도도 높다), 상승하여서 증기발생부(102)에 도달한 폐수는 수압이 감소하는 만큼 감압증발(flash)하면서 온도는 수면의 포화온도까지 떨어진다.

이어서, 폐수하강관(111b)에서 가열되지 않은 채 폐수저장부(101)에 도달한 폐수가 폐수상승관(111a)으로 유입될 때의 온도는 수심에 상응하는 포화온도보다 낮은 상태이므로, 폐수상승관(111a)의 하부에는 비등이 발생하지 못하고 수심에 상응하는 포화온도에 도달할 때까지 점차 폐수의 온도가 상승하는 구간이 있게 되며, 이 구간은 열교환부(110)의 설계 및 제작에 있어서 비효율적이다.

따라서, 히터(200)에 의해 폐수의 표면으로부터 열교환부(110)의 하단까지의 깊이에 의해 발생하는 폐수의 압력차에 따른 포화온도 상승분 만큼만 열량을 가해주는 것에 의해 열교환부(110)의 하단으로부터 비등에 의한 기포발생이 이루어지게 되며 같은 열교환면적에서 수증기의 발생량은 비약적으로 증가한다.

또한, 상기 폐수공급관(310)은 증발탱크(100)의 폐수저장부(101)에 연통되어 외부로부터 폐수를 공급하는 역할을 수행한다.

상기 열교환기(500)는 열교환부(110)의 증기유입부(112)로 공급된 수증기가 응축수로 변환되어 응축수 배출관(420)을 따라 원수로 회수되는 과정에서 상기 폐수공급관(310)을 통해 공급되는 폐수를 예열시키는 열교환작용을 수행하게 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 열교환기(500)는 케이스 본체(510)와, 상기 케이스 본체(510)의 내측 일단으로부터 타측을 향하여 나선형으로 권취되며 폐수와 응축수가 서로 다른 통로를 따라 이동하는 이중관(520)으로 구성된다. 그러나, 상기 열교환기(500)는 상기 케이스 본체(510)는 생략하고 이중관(520)이 그대로 노출되도록 구성해도 무방하다.

상기 이중관(520)은 폐수공급관(310)과 연통되는 제1 연통관(521)과, 상기 응축수 배출관(420)과 연통되되 상기 제1 연통관(521)의 외주면을 바깥쪽 반경방향으로 감싸는 제2 연통관(522)으로 이루어진다.

즉, 상기 폐수공급관(310)을 통해 증발탱크(100)로 공급되는 폐수는 제1 연통관(521)을 따라 이동하고 상기 제2 연통관(522)을 통해 배출되는 응축수가 배출되는 과정에서 폐수를 예열시키는 열교환작용이 이루어지게 된다. 이때, 상기 폐수와 응축수는 상호 상반된 이동경로를 따라서 이동하는 카운터플로우(counter flow) 작용에 의해 열교환작용을 극대화시킬 수 있다.

아울러, 상기 농축폐수배출관(320)은 상기 증발탱크(100)의 폐수저장부(101) 바닥면에 연통되는 것으로, 농축이 완료된 폐수의 슬러지를 배출시키는 역할을 수행한다.

한편, 상기 증기공급관(410)과 응축수 배출관(420)은 각각 상기 열교환부(110)의 증기유입부(112) 내에 수증기를 공급하고 응축된 응축수를 배출시키는 역할을 수행한다.

특히, 상기 증기공급관(410)의 임의 지점에는 상기 증기발생부(102)로부터 유입된 수증기를 고압으로 압축시키는 증기압축기(430)가 설치된다.

상기 증기압축기(430)는 수증기의 압력을 높여 폐수상승관(111a)의 외면에 수증기를 응축시킴으로써 열교환부(110)의 폐수상승관(111a)을 통과하는 폐수를 비등시키는 역할을 수행한다.

이러한, 상기 증기압축기(430)는 별도의 제어부(미도시)에 연결되어, 수증기 또는 응축수의 유입량을 체크하는 유량체크센서(미도시)에서 감지한 유량이 소정량 이하일 경우 그 작동을 멈추고 농축된 폐수를 배출하게 된다.

물론 미리 증기압축기(430)의 작동시간을 설정한 후 작동시간이 도달할 때 작동을 멈추고 농축된 폐수를 배출할 수도 있다.

상기 온도감지센서(130) 및 수위감지센서(140)와도 전기적으로 연결되어 작동을 제어할 수 있도록 프로그램되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 폐수용 증발농축 장치(1000)의 작용에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 농축을 위한 폐수가 폐수공급관(310)을 통해 증발탱크(100) 내로 공급되면, 폐수는 증발탱크(100)의 폐수저장부(101), 열교환부(110) 및 증기발생부(102)까지 순차적으로 충진되는 과정에서 수위감지센서(140)에 의해 폐수의 소정 수위가 감지되어 공급이 중단된다.

이후, 상기 열교환부(110) 아래쪽에 배치된 히터(200)가 작동하여 폐수저장부(101) 내의 폐수를 포화온도까지 가열하게 된다.

상기 히터(200)에 의해 포화온도까지 가열된 폐수는 상기 증기압축기(430)에 의해 증기발생부(102)에서 탈출하는 수증기를 열교환부(110)의 증기유입부(112)로 공급하면 초기에는 증기유입부(112)의 온도가 폐수의 포화온도보다 낮기 때문에 상기 히터(200)의 발열에너지는 증기유입부(112)의 온도를 점점 폐수의 포화온도까지 상승시키는 역할을 한다.

이후, 증기유입부(112)의 온도가 폐수의 포화온도를 상회하게 되면, 증기압축기(430)가 공급하는 고압의 수증기는 폐수상승관(111a)의 외면에 응축되면서 폐수상승관(111a)을 통과하는 폐수를 비등시키게 되고, 폐수상승관(111a) 내의 폐수는 수심에 따른 포화온도까지 가열되어 비등하며, 상승하여서 증기발생부(102)에 도달한 폐수는 수압이 감소하는 만큼 감압증발(flash)하면서 온도는 수면의 포화온도까지 떨어진다.

이어서 폐수하강관(111b)에서 가열되지 않은 채 폐수저장부(101)에 도달한 폐수가 폐수상승관(111a)으로 유입될 때의 온도는 수심에 상응하는 포화온도보다 낮은 상태이므로, 히터(200)에 의해 폐수의 표면으로부터 열교환부(110)의 하단까지의 깊이에 의해 발생하는 폐수의 압력차에 따른 포화온도 상승분 만큼만열량을 가해주는 것에 의해 열교환부(110)의 하단으로부터 비등에 의한 기포발생이 이루어진다.

그로 인해 증발탱크(100) 내의 폐수는 폐수저장부(101)에서 폐수상승관(111a)으로, 폐수상승관(111a)에서 증기발생부(102)로, 증기발생부(102)에서 폐수하강관(111b)으로, 폐수하강관(111b)에서 폐수저장부(101)로의 전체적인 대류순환이 계속적으로 일어난다.

한편, 증발탱크(100)의 증기발생부(102)에서 기화된 수증기는 기액분리부(120)를 지난 후 증기공급관(410)으로 이송된다. 이때, 수증기는 상기 증기공급관(410)에 설치된 증기압축기(430)의 작동에 의해 고압으로 압축된 후 다시 열교환부(110)의 증기유입부(112)로 분출된다.

상기 증기압축기(430)를 통해 분출된 수증기는 열교환부(110)의 폐수상승관(111a)의 외면에 응축되면서 폐수상승관(111a)을 통과하는 폐수를 비등시키게 되므로,폐수를 가열시키기 위한 상기 히터(200)의 가열에너지를 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기 폐수 순환관(111)을 가열한 수증기는 열교환작용에 의해 응축수로 변화하고 변화된 응축수는 응축수 배출관(420)과 열교환기의 제2 연통관을 거친 후에 배출된다.

한편, 상기 증발탱크(100) 내에서 소정 시간 동안 대류순환 작용이 진행된 폐수의 대부분은 수증기를 증발시켰으므로 농축폐수의 슬러지만이 남게 되며, 이렇게 농축된 슬러지는 농축폐수배출관(320)을 통해 배출된다.

이러한 상기 농축폐수배출관(320)의 개방은 농축작업을 진행한 시점으로부터 소정의 시간을 두고 반복적으로 배출되도록 하거나 상기 증기압축기(430)로 유입되는 수증기의 유량이 줄어들 경우 자동으로 개방되도록 제어될 수 있다.

또한, 상기 증발탱크(100)에 설치된 온도감지센서(130) 또는 수위감지센서(140)에 의해 히터(200)와 증기압축기(430)의 작동과 폐수의 공급작업이 조절될 수 있다.

즉, 폐수의 농축작업이 진행되는 과정에서 폐수의 수위가 낮아지게 되면 제어부(미도시)에 의해 폐수공급관(310)으로부터 폐수를 공급받을 수 있게 되며, 이때 상기 폐수공급관(310)으로부터 공급된 폐수는 수분을 다량 함유하고 있기 때문에 농축된 슬러지의 윗쪽으로 자연스럽게 이동하고, 농축된 슬러지로부터 열을 흡수하는 동시에 온도감지센서(130)에 의해 온도가 감지되어 히터(200)와 증기압축기(430)로부터 소정의 에너지를 받아 빠르게 포화온도까지 도달할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 폐수용 증발농축 장치(1000)는 폐수가 증발탱크(100) 내에서 대류순환 작용을 통해 폐수 내에 포함되어 있는 수분과 슬러지를 각각 효율적으로 분리하고 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 폐수를 인위적으로 순환시키기 위한 펌프의 구성을 생략할 수 있으므로 고장율 및 소비전력을 크게 줄일 수 있으며 상기 히터(200)의 가열에너지 또한 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

100 : 증발탱크
101 : 폐수저장부
102 : 증기발생부
110 : 열교환부
111 : 폐수 순환관
111a : 폐수 상승관
111b : 폐수 하강관
112 : 증기유입부
120 : 기액분리부
200 : 히터
310 : 폐수공급관
320 : 농축폐수배출관
410 : 증기공급관
420 : 응축수 배출관
430 : 증기압축기
500 : 열교환기
510 : 케이스 본체
520 : 이중관
521 : 제1 연통관
522 : 제2 연통관

Claims

하부로부터 상부를 향해 폐수저장부, 열교환부 및 증기발생부가 차례로 형성된 증발탱크;
상기 열교환부 아래쪽의 폐수저장부에 배치되는 히터;
상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 폐수를 공급하는 폐수공급관;
상기 증발탱크의 폐수저장부에 연통되어 농축폐수를 배출하는 농축폐수배출관;
상기 증기발생부와 열교환부를 연통시키는 증기공급관;
상기 열교환부에 연통되어 응축수를 배출하는 응축수 배출관; 및
상기 증기공급관에 설치되어 수증기를 고압으로 압축시키는 증기압축기를 포함하되,
상기 열교환부는 상기 폐수저장부와 증기발생부 사이를 연통시켜서 폐수를 순환시키는 폐수 순환관과, 상기 폐수 순환관 주위에 형성된 증기유입부로 이루어지며, 상기 증기유입부에는 상기 증기공급관과 응축수 배출관이 연통되는 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 폐수 순환관은 폐수를 상승시키는 폐수 상승관과, 폐수를 하강시키는 폐수 하강관으로 이루어지되, 상기 폐수 상승관은 폐수 하강관의 외측에 복수개 배치된 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항에 있어서,
상기 폐수 순환관은 폐수를 상승시키는 폐수 상승관과, 폐수를 하강시키는 폐수 하강관으로 이루어지되, 상기 폐수 하강관은 상기 폐수 상승관의 외측에 배치되어 연통되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제3항에 있어서,
상기 히터는 상기 폐수 상승관의 바로 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폐수용 증발농축 장치에는 폐수공급관과 응축수 배출관이 열교환하는 열교환기가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발탱크의 증기발생부에는 폐수의 포화온도를 감지하는 온도감지센서가 설치된 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발탱크의 증기발생부에는 폐수의 수위를 감지하는 수위감지센서가 설치된 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 히터는 폐수의 농축작업 준비시점보다 농축작업 진행시점에서 적은 열량을 발생시키는 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 증발탱크의 증기발생부에는 기액분리부가 형성된 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제5항에 있어서,
상기 열교환기는 나선형으로 권취되며, 폐수와 응축수가 서로 반대방향으로 이동하는 이중관으로 구성된 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.
제10항에 있어서,
상기 이중관은 폐수공급관과 연통되는 제1 연통관과, 상기 응축수 배출관과 연통되되 상기 제1 연통관의 외주면을 감싸는 제2 연통관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐수용 증발농축 장치.