KR101536608B1 - 해수 스크러버로부터 폐수 해수를 처리하기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

해수 스크러버로부터 폐수 해수를 처리하기 위한 방법 및 디바이스 Download PDF

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Abstract

가스 세척 시스템은 가스로부터 이산화황의 제거를 위한 습식 스크러버(14)와, 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 생성된 폐수를 수용하기 위한 산화조 시스템(42)을 포함한다. 산화조 시스템(42)은 그 처리 중에 폐수를 수용하기 위한 산화조(43), 산화조(43) 내의 폐수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템(47) 및 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 효소와 폐수를 접촉하게 하기 위한 접촉 시스템을 포함한다.

Description

해수 스크러버로부터 폐수 해수를 처리하기 위한 방법 및 디바이스{A METHOD AND A DEVICE FOR TREATING EFFLUENT SEAWATER FROM A SEAWATER SCRUBBER}
본 발명은 이산화황을 함유하는 프로세스 가스를 해수(seawater)와 접촉시킴으로써 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 생성된 폐수 해수를 처리하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 프로세스 가스가 상기 프로세스 가스로부터의 이산화황의 제거를 위해 해수와 접촉하게 되는 습식 스크러버(wet scrubber)를 포함하는 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템에 관한 것이다.
다수의 산업 프로세스에서, 오염물을 함유하는 프로세스 가스가 생성된다. 이러한 하나의 산업 프로세스는 발전소와 같은 연소 설비 내에서의 석탄, 석유, 이탄, 폐기물 등과 같은 연료의 연소이고, 여기서 이산화황(SO2)과 같은 산성 가스를 포함하는 오염물을 함유하는 종종 연도 가스라 칭하는 고온 프로세스 가스가 생성된다. 연도 가스가 주위 공기로 방출될 수 있기 전에 연도 가스로부터 가능한 한 많은 산성 가스를 제거할 필요가 있다. 오염물을 함유하는 프로세스 가스가 생성되는 산업 프로세스의 다른 예는 알루미나로부터 알루미늄의 전해 생성이다. 이 프로세스에서, 이산화황(SO2)을 함유하는 프로세스 가스는 전해 셀의 환기 후드 내에서 생성된다.
US 5,484,535호는 해수 스크러버를 개시하고 있다. 해수 스크러버에서, 해양으로부터 취한 해수는 보일러로부터 연도 가스와 혼합된다. 해수 스크러버에서, 이산화황(SO2)이 해수 내에 흡수되고 아황산염 및/또는 중아황산염 이온들을 형성한다. 해수 스크러버로부터의 폐수 해수는 통기 폰드(aeration pond)로 전달된다. 공기는 공기 내에 함유된 산소 가스에 의해 아황산염 및/또는 중아황산염 이온들을 폐수 해수와 함께 해양으로 재차 배출될 수 있는 황산염 이온들로 산화하기 위해 통기 폰드 내의 폐수 해수를 통해 기포화된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 것보다 더 효율적인 해수를 이용하는 가스 탈황 프로세스로부터 폐수 해수를 처리하는 방법을 제공하는 것이다.
전술된 목적은 이산화황을 함유하는 프로세스 가스를 해수와 접촉시킴으로써 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 생성된 폐수 해수를 처리하는 방법에 의해 성취된다. 방법은 황산염 이온들을 형성하기 위해 폐수 해수의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하기 위해 활성화되는 효소의 존재 하에 폐수 해수를 산소와 접촉시키는 단계를 포함한다.
이 방법의 장점은 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화가 효소 촉매화된 조건 하에서 수행된다는 것이다. 따라서, 폐수 해수에 공급된 산소의 양이 감소될 수 있다. 폐수 해수에 공급된 산소의 양의 감소는 해수 기반 가스 세척 시스템의 작동 및 자본 비용을 감소시킨다.
일 실시예에 따르면, 방법은 산소 함유 가스와 폐수 해수가 혼합 영역에 인접하여 존재하는 상기 효소와 혼합되는 혼합 영역을 형성하기 위해, 산소 함유 가스를 폐수 해수 내로 송풍하는 단계를 포함한다. 본 실시예의 장점은 산화 반응의 효율이 산소의 큰 농도가 이용 가능한 혼합 영역에 인접하여 효소를 제공함으로써 더 향상된다는 것이다.
일 실시예에서, 방법은 상기 폐수 해수에 효소 용액을 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 본 실시예의 장점은 신선한 효소 용액이 폐수 해수에 계속 공급되어, 산화 반응이 신뢰적이고 신속하다는 것이다.
다른 실시예에서, 방법은 적어도 하나의 담체(carrier) 상에 고정된 상기 효소의 존재 하에서 폐수 해수를 산소와 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. 본 실시예의 장점은 효율적이지만 고가인 효소 및/또는 효율적이지만 폐수 해수와 함께 폐기될 필요가 없는 효소가 또한 이용될 수 있다는 것이다. 고정된 효소는 즉시 소비되지 않을 것이지만, 장시간 기간 동안 산화 효율을 향상시키기 위해 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 방법은 담지체(carrier body) 형태의 담체 상에 고정된 상기 효소를 폐수 해수와 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 본 실시예의 장점은 효소가 폐수 해수와 양호하게 혼합될 수 있지만, 여전히 예를 들어 해양 내로 폐수 해수의 폐기 전에 폐수 해수로부터 제거될 수 있다는 것이다.
다른 실시예에 따르면, 방법은 효소를 고정된 상태로 갖는 적어도 하나의 고정된 효소 지지 구조체의 형태인 적어도 하나의 담체가 고정되어 있는 산화조를 통해 폐수 해수를 통과시키는 단계를 포함한다. 고정된 효소 담체들을 갖는 장점은 단순하고 견고한 디자인이 얻어진다는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술보다 더 효율적인 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템을 제공하는 것이다.
전술된 목적은 프로세스 가스가 상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거를 위해 해수와 접촉하게 되는 습식 스크러버 및 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거와 관련하여 습식 스크러버에 생성된 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조 시스템을 포함하는 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템에 의해 성취된다. 산화조 시스템은 그 처리 중에 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조, 산화조 내의 폐수 해수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템 및 황산염 이온들로의 폐수 해수의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 효소와 폐수 해수를 접촉하게 하기 위한 효소 접촉 시스템을 포함한다.
이 가스 세척 시스템의 장점은 폐수 해수의 산호 처리에 관련된 자본 및 작동 비용이 종래 기술의 것과 비교하여 감소될 수 있다는 것이다.
일 실시예에 따르면, 산화조 시스템의 효소 접촉 시스템은 상기 효소가 고정되어 있는 적어도 하나의 담체를 포함하고, 담체는 적어도 때때로 산화조 내에 침지된다. 본 실시예의 장점은 산화조 내에 효소를 여전히 유지하면서 효소와 폐수 해수 사이의 양호한 접촉이다.
일 실시예에 따르면, 상기 적어도 하나의 담체는 산화조 내의 폐수 해수에 분산될 담지체를 포함한다.
일 실시예에서, 산화조 시스템은 산화조의 포집 위치에서 폐수 해수로부터 담지체를 제거하고, 포집 위치의 상류측에서 산화조에 담지체를 복귀시키는 효소 담지체 운반 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 본 실시예의 장점은 폐수 해수와 효소의 특히 양호한 혼합이 가능해진다는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 특징이 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
본 발명이 이제 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 해수 기반 가스 세척 시스템을 갖는 발전소의 개략 측단면도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 산화조(oxidation basin) 시스템을 도시하는 개략 측단면도.
도 3은 제 2 실시예에 따른 산화조 시스템을 도시하는 개략 측단면도.
도 4는 제 3 실시예에 따른 산화조 시스템을 도시하는 개략 측단면도.
도 1은 발전소(1)를 도시하는 개략 측단면도이다. 발전소(1)는 공급 파이프(4)를 경유하여 공급된 석탄 또는 석유와 같은 연료가 산소 공급 덕트(6)를 경유하여 공급된 산소의 존재 하에서 연소되는 보일러(2)를 포함한다. 산소는 예를 들어, 공기의 형태로 그리고/또는 보일러(2)가 소위 산소-연료 보일러일 수 있는 경우에 산소 가스와 재순환 가스의 혼합물의 형태로 공급될 수 있다. 연료의 연소는 연도 가스의 형태의 고온 프로세스 가스를 생성한다. 연소시에 석탄 또는 석유 내에 함유된 황 종은 연도 가스의 부분을 형성하게 되는 이산화황(SO2)을 형성한다.
연도 가스는 보일러(2)로부터 유동 접속된 덕트(8)를 경유하여 정전 집진기(10)의 형태의 선택적 먼지 제거 디바이스로 유동할 수 있다. 그 예가 US 4,502,872호에 설명되어 있는 정전 집진기(10)는 연도 가스로부터 먼지 입자를 제거하는 기능을 한다. 대안으로서, 예를 들어 그 예가 US 4,336,035호에 설명되어 있는 직물 필터와 같은 다른 유형의 먼지 제거 디바이스가 사용될 수 있다.
대부분의 먼지 입자가 제거된 연도 가스는 정전 집진기(10)로부터 유동 접속된 덕트(12)를 경유하여 해수 스크러버(14)로 유동한다. 해수 스크러버(14)는 습식 스크러버 타워(16)를 포함한다. 입구(18)가 습식 스크러버 타워(16)의 하부 부분(20)에 배열된다. 덕트(12)는 입구(18)에 유동 접속되어, 정전 집진기(10)로부터 덕트(12)를 경유하여 유동하는 연도 가스가 입구(18)를 경유하여 습식 스크러버 타워의 내부(22)에 진입할 수 있게 된다.
내부(22)에 진입한 후에, 연도 가스는 화살표 F에 의해 지시된 바와 같이, 습식 스크러버 타워(16)를 통해 수직 상향으로 유동한다. 습식 스크러버 타워(16)의 중앙부(24)는 서로 수직으로 적층하여 배열된 다수의 스프레이 장치(26)를 구비한다. 도 1의 예에서, 3개의 이러한 스프레이 장치(26)가 존재하고, 통상적으로 습식 스크러버 타워(16) 내에 1 내지 20개의 이러한 스프레이 장치(26)가 존재한다. 각각의 스프레이 장치(26)는 공급 파이프(28) 및 각각의 공급 파이프(28)에 유동 접속된 다수의 노즐(30)을 포함한다. 각각의 공급 파이프(28)를 경유하여 노즐(30)에 공급된 해수는 노즐(30)에 의해 분무화되고, 습식 스크러버 타워(16)의 내부(22)에서 연도 가스로부터의 이산화황(SO2)을 흡수하기 위해 연도 가스와 접촉하게 된다.
펌프(32)가 해양(36)으로부터 유동 접속된 흡인 파이프(34)를 경유하여 해수를 펌핑하고, 유동 접속된 압력 파이프(38)를 경유하여 유동 접속된 공급 파이프(28)에 해수를 전달하기 위해 배열된다.
대안 실시예에 따르면, 펌프(32)에 의해 파이프(28)에 공급된 해수는 이러한 해수가 해수 스크러버(14) 내의 세정 수로서 이용되기 전에 보일러(2)와 연관된 증기 터빈 시스템 내의 냉각수로서 미리 이용된 해수일 수 있다.
습식 스크러버 타워(16)의 내부(22) 내의 노즐(30)에 의해 분무화된 해수는 습식 스크러버 타워(16) 내에서 하향으로 유동하고 습식 스크러버 타워(16)의 내부(22)에서 상향으로 수직으로 유동하는 연도 가스(F)로부터 이산화황을 흡수한다. 이산화황의 이러한 흡수의 결과로서, 해수는 습식 스크러버 타워(16)의 내부(22)에서 하향 이동하면서 폐수 해수로 점진적으로 변환한다. 폐수 해수는 습식 스크러버 타워(16)의 하부 부분(20) 내에 수집되고, 습식 스크러버 타워(16)로부터 산화조 시스템(42)으로 유동 접속된 폐수 파이프(40)를 경유하여 전달된다.
대안 실시예에 따르면, 해수 스크러버(14)는 습식 스크러버 타워(16)의 내부(22)에 배열된 패킹 재료(39)의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 플라스틱, 강, 목재 또는 다른 적합한 재료로부터 제조될 수 있는 패킹 재료(39)는 가스-액체 접촉을 향상시킨다. 패킹 재료(39)에 의해, 노즐(30)은 해수를 분무화하는 대신에, 패킹 재료(39) 상에 해수를 단지 분배할 것이다. 패킹 재료(39)의 예는 스위스 체하 빈테르투르 소재의 Sulzer Chemtech AG로부터 입수 가능한 MellaparkTM 및 독일 루드비히스하펜 소재의 Raschig GmbH로부터 입수 가능한 PallTM 링을 포함한다.
선택적으로, 신선한 해수가 폐수 해수의 추가의 처리에 앞서 폐수 해수에 첨가될 수도 있다. 이를 위해, 파이프(49)는 유동 접속된 폐수 파이프(40)에 신선한 해수의 유동을 전달하기 위해 압력 파이프(38)에 유동 접속될 수 있어 폐수 해수를 산화조 시스템(42)에 전달한다. 따라서, 신선한 해수와 폐수 해수의 혼합이 파이프(40) 내에서 발생한다. 대안으로서, 파이프(49)를 경유하여 전달된 신선한 해수는 그 내부에서 폐수 해수와 혼합되기 위해 산화조 시스템(42)에 직접 전달될 수 있다. 또 다른 옵션으로서, 보일러(2) 또는 그와 연관된 증기 터빈 시스템 내에서 생성된 잔류수 및/또는 응축물은 폐수 해수와 혼합될 수 있다.
습식 스크러버 타워(16)의 내부(22)에서 이산화황의 흡수는 이하의 반응에 따라 발생하는 것으로 추정된다.
Figure 112013081612084-pct00001
[식 1.1a]
중아황산염 이온들(HSO3 -)은, 이하의 평형 반응에 따라, 폐수 해수의 pH 값에 따라, 아황산염 이온들(SO3 2 -)을 형성하기 위해 더 해리될 수 있다.
Figure 112013081612084-pct00002
[식 1.1b]
따라서, 이산화황의 흡수의 효과로서, 폐수 해수는 해양(36)으로부터 신선한 해수의 것보다 낮은 흡수시에 발생된 수소 이온(H+)의 효과로서의 pH 값을 가질 것이고, 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들(HSO3 -, SO3 2 -) 각각을 함유할 것이다. 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들은 산소 요구 물질이고, 해양(36)으로의 그 배출은 규제되어 있다.
산화조 시스템(42)에서, 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들(HSO3 -, SO3 2 -)은 적어도 부분적으로는 이하의 반응에 따라 산소와 이들을 반응시킴으로써 산화된다.
Figure 112013081612084-pct00003
[식 1.2a]
Figure 112013081612084-pct00004
[식 1.2b]
선택적으로, 산화조 시스템(42)은 유동 접속된 덕트워크(duckwork;46)를 경유하여 공기와 같은 산소 함유 가스를 폐수 해수 내로 송풍하기 위해 배열된 압축기 또는 송풍기(44)를 포함할 수 있다. 송풍기(44) 및 덕트워크(46)는 함께 폐수 해수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템(47)을 형성한다. 산화조 시스템(42)의 더 상세한 설명이 도 2를 참조하여 이하에 제공될 것이다.
폐수 해수는 선택적으로 산화조 시스템(42)으로부터 중화조(50)로 유동 접속된 오버플로우 파이프(48)를 경유하여 전달된다. 중화제의 저장부(52)가 선택적으로 유동 접속된 파이프(54)를 경유하여 중화조(50)로 중화제를 공급하기 위해 배열된다. 중화제는 예를 들어 해양으로부터 석회암 또는 신선한 해수일 수 있고, 이산화황의 흡수의 효과로서 그리고 식 1.1a-b 및 1.2a에 따른 이산화황으로의 중아황산염의 산화의 효과로서 폐수 해수 내에 생성된 수소 이온(H+)을 적어도 부분적으로 정화하는 기능을 한다.
Figure 112013081612084-pct00005
[식 1.3]
폐수 해수는 마지막으로 중화조(50)로부터 해양(36)으로 재차 유동 접속된 오버플로우 파이프(56)를 경유하여 전달된다.
대안 실시예에 따르면, 오버플로우 파이프(48)를 경유하여 전달된 폐수 해수는 어떠한 중화조도 통과하지 않고 해양(36)으로 직접 전달된다. 다른 대안 실시예에 따르면, 폐수 해수는 해양(36) 내로 배출되기 전에 신선한 해수와 혼합된다. 이를 위해, 파이프(51)는 유동 접속된 오버플로우 파이프(48)로의 신선한 해수의 유동을 전달하기 위해 압력 파이프(38)에 유동 접속될 수 있다. 따라서, 신선한 해수와 폐수 해수의 혼합이 파이프(48) 내에서 발생한다.
도 2는 산화조 시스템(42)을 더 상세히 도시한다. 폐수 해수는 산화조(43)의 입구 단부인 제 1 단부(58)에서 유동 접속된 덕트(40)를 경유하여 산화조 시스템(42)의 산화조(43)에 공급된다. 폐수 해수는 입구 단부(58)로부터 산화조(43)의 출구 단부인 제 2 단부(60)로 화살표 S에 의해 지시된 바와 같이 일반적으로 수평으로 유동한다. 제 2 단부(60)에서, 폐수 해수는 유동 접속된 오버플로우 파이프(48) 내로 넘쳐서 산화조(43)를 나온다.
산화조 시스템(42)은 덕트워크(46)를 갖는 산소 공급 시스템(47)을 추가로 포함한다. 덕트워크(46)는 중앙 분배 덕트(64)에 유동 접속된 다수의 공기 분배 파이프(62)를 포함한다. 송풍기(44)는 중앙 분배 덕트(64) 내로, 공기 분배 파이프(62) 내로 더 공기를 송풍한다. 공기 분배 파이프(62)의 하단부(66)는 개방되고 산화조(43)의 액체면(67) 아래에 배열된다. 공기 분배 파이프(62)는 그 제 1 단부(58)와 제 2 단부(60) 사이에서 산화조(43)를 따라 분포된다. 송풍기(44)에 의해 송풍된 공기는 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 경유하여 개방 하단부(66)로 전달된다. 개방 단부(66)에서, 공기가 분산되어 폐수 해수와 혼합된다. 이와 같이 분산되고 폐수 해수와 혼합된 공기의 산소 함량의 적어도 일부는 폐수 해수 내에서 용해되고 아황산염 및/또는 중아황산염 이온들을 산화하도록 반응한다.
대안 실시예에 따르면, 산소 공급 시스템(47)은 21 체적 % 초과의 산소를 포함하는, 예를 들어 75 내지 100 체적 %의 산소를 포함하는 산소 농후 가스를 산화조(43)의 폐수 해수 내로 송풍하기 위해 작동할 수 있다.
산화조 시스템(42)은 산화조(43) 내에 배열되어 그에 고정된 효소 지지 구조체(68)의 형태의 적어도 하나의 효소 접촉 시스템을 구비한다. 고정 유형의 효소 담체인 효소 지지 구조체(68)는 예를 들어 "효소 및 셀의 고정(Immobilization of Enzymes and Cells)", 호세 엠, 귀산(Jose M. Guisan), 미국 뉴저지주 토토와 소재의 Humana Press Inc., 제 2 판, 2006년으로부터 공지된 바와 같은 자체 공지된 방법에 따라 효소가 고정 상태로 유지될 수 있는 목재, 플라스틱, 금속, 글래스, 세라믹 또는 다른 재료로부터 제조된 그리드, 메시, 파이버 구조체 등일 수 있다. 효소 지지 구조체(68)는 폐수 해수(S)가 지지 구조체(68)를 통해 유동할 수 있어, 이에 의해 효소의 존재 하에서 폐수 해수와 산소 사이의 효율적인 접촉을 얻는 이러한 개방 디자인을 가질 수 있다.
효소는 전술된 일반식 1.2a-b에 따라 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 유형이다. 따라서, 효소는 소위 아황산염 산화 효소일 수 있다. 아황산염 산화 효소는 Arch Biochem Biophys.에 공개된 씨에이 템플(CA Temple), 테인 그라프(TN Graf) 및 케이브이 라자고팔란(KV Rajagopalan)에 의한 논설 "인간 아황산염 산화 효소 및 그 몰리브덴 도메인의 표현의 최적화(Optimization of expression of human sulfite oxidase and its molybdenum domain)" 2000년 11월 15일; 383(2): 281-7에 따라 준비될 수 있다. 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 다른 유형의 효소가 또한 이용될 수 있다. 효소 촉매화된 산화 프로세스는 이하와 같이 기록될 수 있다.
Figure 112013081612084-pct00006
[식 2.1a]
Figure 112013081612084-pct00007
[식 2.1b]
따라서, 효소는 자체로 소비되지 않고 산화 반응의 속도를 증가시킨다. 따라서, 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 경유하여 송풍기(44)에 의해 개방 단부(66)에 공급된 공기의 산소는 각각의 개방 단부(66)에 인접한 혼합 영역(MR) 내의 폐수 해수와 혼합된다. 효소 지지 구조체(68)는 각각의 혼합 영역(MR)에 인접하여 배열된다. 산소와 폐수 해수의 혼합물은 이어서 효소에 의해 촉매화된 산화가 상기에 제공된 식 2.1a-b에 따라 진행되는 내부 공간(IS) 내의 효소 지지 구조체(68)를 통해 더 유동한다. 효소에 의해, 효소가 폐수 해수에 공급된 산소의 이용의 정도를 향상시켜, 따라서 송풍기(44)에 의해 소비된 에너지의 양을 감소시키기 때문에, 송풍기(44)에 의해 폐수 해수 내로 송풍될 필요가 있는 공기의 양은 감소될 수 있다. 더욱이, 산화조(43)의 크기 및/또는 송풍기(44)의 크기 및/또는 수를 감소시키는 것이 또한 가능할 수 있다.
대안 실시예에 따르면, 효소 생성 박테리아는 지지 구조체(68) 상에 고정되어, 박테리아로부터 산화조(43) 내로의 신선하게 생성된 아황산염 산화 촉매 효소의 연속적인 배출을 야기한다. 이러한 박테리아, 예를 들어 대장균(Escherichia coli)이 씨에이 템플 등에 의한 전술된 논설에 따라 준비될 수 있다.
도 3은 대안 산화조 시스템(142)의 개략도이다. 산화조 시스템(42)의 품목들과 유사한 산화조 시스템(142)의 이들 품목은 동일한 도면 부호가 제공된다. 유동 접속된 덕트(40)를 경유하여 산화조 시스템(142)의 산화조(43)에 공급된 폐수 해수는 산화조(43)의 제 1 단부(58)로부터 제 2 단부(60)로 화살표 S에 의해 지시된 바와 같이 일반적으로 수평으로 유동할 것이다. 제 2 단부(60)에서, 폐수 해수는 유동 접속된 오버플로우 파이프(48) 내로 넘쳐서 산화조(43)를 나온다.
산소 공급 시스템(47)의 송풍기(44)에 의해 송풍된 공기는 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 포함하는 유동 접속된 덕트워크(46)를 경유하여, 공기가 분산되어 폐수 해수와 혼합되는 개방 단부(66)로 전달된다. 이와 같이 분산되어 폐수 해수와 혼합된 공기의 산소 함량의 적어도 일부는 폐수 해수 내에서 용해된다. 따라서, 송풍기(44)에 의해 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 경유하여 개방 단부(66)에 공급된 공기의 산소는 각각의 개방 단부(66)에 인접한 혼합 영역(MR)에서 폐수 해수와 혼합된다.
산화조 시스템(142)은 효소 공급 시스템(168)의 형태의 적어도 하나의 효소 접촉 시스템을 구비한다. 효소 공급 시스템(168)은 식 2.1a-b에 따라 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉진하기 위해 활성인 효소를 함유하는 효소 용액(172)을 수용하는 효소 탱크(170)를 포함한다. 예를 들어, 효소는 아황산염 산화 효소일 수 있다. 효소 공급 시스템(168)은 탱크(170)에 유동 접속된 공급 파이프(174)와, 효소 용액(172)을 탱크(170)로부터 공급 파이프(174)에 유동 접속된 효소 공급 그리드(178)에 전달하기 위해 상기 공급 파이프(174) 상에 배열된 공급 펌프(176)를 추가로 포함한다.
효소 공급 그리드(178)는 공급 파이프(174)에 그리고 중앙 분배 파이프(180)에 유동 접속된 다수의 효소 분배 파이프(182)에 유동 접속된 중앙 분배 파이프(180)를 포함한다. 효소 분배 파이프(182)의 하단부(184)는 개방되고 공기 분배 파이프(62)의 개방 단부(66)에 인접한 산화조(43)의 액체면(67) 아래에 배열된다. 공급 펌프(176)에 의해 펌핑된 효소 용액(172)은 공급 파이프(174), 중앙 분배 파이프(180) 및 효소 분배 파이프(182)를 경유하여 개방 하단부(184)로 전달된다. 개방 단부(184)에서, 효소 용액은 도 3의 우측의 확대도에 도시되어 있는 바와 같이, 혼합 영역(MR)에서 공기 분배 파이프(62)로부터의 공기 및 폐수 해수와 혼합된다. 혼합 영역(MR)에 효소 용액(172)을 공급하는 것은 폐수 해수와 공기와 효소의 효율적인 혼합을 제공한다. 혼합 영역(MR)의 공기, 폐수 해수 및 효소 용액의 혼합물에서, 식 2.1a-b에 따른 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화가 매우 효율적이게 될 것이다. 효소 용액은 폐수 해수와 혼합될 것이고, 유동 접속된 오버플로우 파이프(48)를 경유하여 폐수 해수와 함께 산화조(43)를 나올 것이다.
대안 실시예에 따르면, 효소 용액(172)은 산화조(43)의 액체면(67)에 공급될 수 있다. 이러한 효소의 공급은 산화조(43)가 자체로 예를 들어 추진제 교반기에 의해 또는 탱크(43)에 공급된 산소에 의해 상당히 교반되면 충분할 수 있다.
바람직하게는, 효소 용액(172)은 추가의 처리 없이, 비교적 저가이고, 생물 분해성이고 도 1에 도시된 해양(36)으로 배출될 수 있는 효소를 포함한다.
대안 실시예에 따르면, 효소 용액의 적어도 일부는 산화조(43)의 제 1 단부(58)에 인접하여 배열된 공급 파이프(175)를 경유하여 산화조(43)에 공급된다. 이 실시예에 따르면, 효소 용액의 상당한 부분 또는 심지어 전체량은 산화조(43)의 제 1 단부(58)에 공급되고 공기 분배 파이프(62)의 개방 하단부(66)로부터 공급된 공기와 반복적으로 혼합된다.
더욱이, 효소는 용액으로서 공급되는 대안으로서, 고체 분말로서 또는 폐수 해수와 혼합되기에 적합한 다른 형태로 공급될 수 있다.
대안 실시예에 따르면, 효소 생성 박테리아, 예를 들어 씨에이 템플 등에 의한 전술된 논설에 따라 준비된 대장균이 탱크(170)에 공급되어 탱크(170) 내의 효소의 연속적인 생성을 야기할 수 있다. 박테리아는 효소와 함께 탱크(170)로부터 산화조(43)에 전달되고, 해양(36) 내로 결국 배출된다. 다른 대안 실시예에 따르면, 예를 들어 전술된 유형의 효소 생성 박테리아는 적합한 지지체, 예를 들어 도 2를 참조하여 전술된 지지체(68)에 유사한 지지체 상의 탱크(170) 내에 고정될 수 있고, 효소를 제위치에 생성할 수 있다. 박테리아가 고정된 상태로, 박테리아는 탱크(170) 내에서 고정 유지되어 신선한 효소를 계속 생성할 것이다.
선택적으로, 산화조(43) 내의 촉매로서 기능하고 있는 효소는 해양(36)으로 배출되기 전에 비활성화될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 더 높은 pH 값, 예를 들어 pH 5 초과의 pH 값에 민감한 효소가 이용된다. 따라서, 폐수 해수가 도 1에 도시된 중화조(50) 내에서 중화될 때 또는 도 1에 또한 도시된 오버플로우 파이프(48)로 파이프(51)를 경유하여 공급된 신선한 해수와 혼합됨으로써 중화될 때, 효소는 비활성화될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 비활성화 디바이스, 예를 들어 UV-램프(186)는 제 2 단부(60)에 인접하여 배열될 수 있다. UV-램프는 산화조(43) 내의 폐수 해수 내에 UV-광을 방출한다. 폐수 해수가 UV-램프(186) 아래로 통과함에 따라, 효소는 UV-광에 의해 비활성화된다. 비활성화 디바이스는 효소가 비활성화되는 온도로 폐수 해수의 온도를 증가시키는 열의 소스를 또한 포함할 수 있다. 또한, 해양(36)의 신선한 해수와 접촉시에 비활성화되는 효소가 선택될 수 있다.
도 4는 다른 대안 산화조 시스템(242)의 개략도이다. 산화조 시스템(42)의 품목들과 유사한 산화조 시스템(242)의 이들 품목은 동일한 도면 부호가 제공되어 있다. 유동 접속된 덕트(40)를 경유하여 산화조 시스템(242)의 산화조(43)에 공급된 폐수 해수는 산화조(43)의 제 1 단부(58)로부터 제 2 단부(60)로 화살표 S에 의해 지시된 바와 같이 일반적으로 수평으로 유동할 것이다. 제 2 단부(60)에서, 폐수 해수는 유동 접속된 오버플로우 파이프(48) 내로 넘치고 산화조(43)를 나온다.
산소 공급 시스템(47)의 송풍기(44)에 의해 송풍된 공기는 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 포함하는 유동 접속된 덕트워크(46)를 경유하여, 공기가 분산되어 폐수 해수와 혼합되는 개방 단부(66)로 전달된다. 이와 같이 분산되어 폐수 해수와 혼합된 공기의 산소 함량의 적어도 일부는 폐수 해수 내에서 용해된다. 따라서, 중앙 분배 덕트(64) 및 공기 분배 파이프(62)를 경유하여 개방 단부(66)에 송풍기(44)에 의해 공급된 공기의 산소는 각각의 개방 단부(66)에 인접한 혼합 영역(MR)에서 폐수 해수와 혼합된다.
산화조 시스템(242)은 효소 비드(bead;270)의 형태인 효소 담지체를 운반하는 효소 담지체 운반 시스템(268)의 형태인 적어도 하나의 효소 접촉 시스템을 구비한다. 그 확대도가 도 4의 좌측에 도시되어 있는 효소 비드(270)는 그 표면(274) 상에 고정된 도 4에 개략적으로 도시된 효소(273)를 갖는 플라스틱 중공체(272)일 수 있다. 표면(274) 상에 고정된 효소(273)는 식 2.1a-b에 따라 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉진하기 위해 활성화된다.
효소 담지체 운반 시스템(268)은 비드 컨베이어(276)를 포함한다. 그 확대도가 측면도로 그 위에 도 4의 우측으로 정면도로 도시되어 있는 비드 컨베이어(276)는 다수의 스쿠프(282)를 이들 사이에 유지하는 지지 체인(280) 및 필터 네트(278)를 포함한다. 필터 네트(278)는 비드(270)의 크기보다 작은 메시를 가져, 비드(270)가 필터 네트(278)를 통과할 수 없게 된다. 각각의 스쿠프(282)는 그 저부에 배열된 스쿠프 네트(scoop net;284)를 갖는다. 스쿠프 네트(284)는 비드(270)의 크기보다 작은 메시를 가져, 비드(270)가 스쿠프(282) 내에 보유되고, 폐수 해수는 스쿠프 네트(284)를 통해 통과하게 된다.
비드 컨베이어(276)는 화살표에 의해 지시된 바와 같이, 산화조(43)의 제 2 단부(60)에 인접하여 위치된 포집 위치에서 산화조(43) 내로 수직 하향으로 전달된다. 비드 컨베이어(276)는 산화조(43)의 저부(45)에 인접하여 배열된 롤러(286) 주위에서 선회된다. 다음에, 비드 컨베이어(276)는 수직 상향으로 전달된다. 폐수 해수는 필터 네트(278)를 통해 통과할 수 있다. 효소 비드(270)는 다른 한편으로, 필터 네트(278)를 통해 통과할 수 없지만, 포집되어 스쿠프(282) 내에 수집되고 비드 컨베이어(276)에 의해 상향으로 상승된다. 스쿠프(282)는 산화조(43) 외부로 위로 이동하고, 이어서 일련의 비어 있는 롤러(288)를 통과한다. 비어 있는 롤러(288)는 스쿠프(282)를 상하 전복하여 회전시켜, 적어도 부분적으로 수집된 비드(270)가 스쿠프(282) 외부로 낙하하게 한다. 비드(270)는 운반 컨베이어(290) 상에 낙하한다. 운반 컨베이어(290)는 산화조(43)의 제 1 단부(58)에 비드(270)를 운반한다. 산화조(43)의 제 1 단부(58)에서, 비드(270)는 산화조(43) 내로 낙하되고, 덕트(40)를 경유하여 산화조(43)에 진입하는 폐수 해수와 혼합된다. 따라서, 효소 비드(270)는 산화조(43)의 제 2 단부(60)에 인접하여 위치된 포집 위치의 상류측에서 산화조(43)에 복귀된다. 대안 실시예에 따르면, 포집 위치는 제 2 단부(60)에 인접한 것이 아닌 산화조(43) 내의 몇몇 다른 위치에 위치될 수 있다. 효소 비드(270)와 폐수 해수의 특히 효율적인 혼합은 공기 분배 파이프(62)의 개방 단부(66)에 인접한 혼합 영역(MR) 내에서 실행될 것이다. 혼합 영역(MR)의 공기, 폐수 해수 및 효소 비드(270)의 혼합물에서, 식 2.1a-b에 따른 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화가 매우 효율적이게 될 것이다.
제 1 단부(58)에 공급된 효소 비드(270)는 일반적으로 폐수 해수와 비드(270)의 혼합물이 비드 컨베이어(276)에 도달할 때까지, 화살표 S에 의해 지시된 방향으로 수평으로 운반된 폐수 해수를 따를 것이다. 비드 컨베이어(276)에 도달할 때, 비드(270)는 수집되어 컨베이어(290)에 재차 운반될 것이다. 폐수 해수는 이어서 유동 접속된 오버플로우 파이프(48)를 경유하여 산화조(43)를 떠난다.
효소 비드(270)는 플라스틱으로 제조되는 것으로 설명된다. 효소 비드는 금속, 목재, 글래스 등과 같은 다른 재료로 마찬가지로 제조될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 더욱이, 효소 비드는 비드 컨베이어(276) 상에 수집되는 것으로 설명된다. 비드는 네트, 필터 또는 그리드 등을 갖는 다른 수단으로 폐수 해수로부터 수집 분리될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 대안 실시예에 따르면, 효소 비드(270)는 자기 재료(292)를 포함할 수 있다. 컨베이어(276)는 효소 비드(270)의 수집을 용이하게 하기 위해, 영구 자석 또는 전자석일 수 있는 자석(294)을 구비할 수 있다.
대안 실시예에 따르면, 효소 비드(270)는 제 1 단부(58)에서와는 상이한 위치에서 산화조(43)로 복귀될 수 있다. 예를 들어, 효소 비드(270)는 산화조(43)의 중심으로 복귀될 수 있다.
다른 대안 실시예에 따르면, 컨베이어(276)에 의해 수집된 효소 비드(270)는 산화조(43)의 길이를 따라 다양한 위치에서 산화조(43)로 복귀될 수 있어, 따라서 도 3을 참조하여 전술된 효소 공급 그리드(178)의 것과 유사한 효소 분배의 원리에 따라 산화조(43)의 길이를 따른 효소의 분배된 공급을 얻는다.
전술된 실시예의 수많은 수정이 첨부된 청구범위의 범주 내에서 가능하다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
지금까지, 담지체는 효소 비드(270)의 형태를 갖는 것으로 설명되었다. 다수의 상이한 유형의 담지체가 사용될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 담지체는 폐수 해수 상의 부유, 폐수 해수 내에 침지 또는 폐수 해수 내의 소정 레벨의 현탁의 유형일 수 있다. 일 대안 실시예에 따르면, 효소 비드(270)는 폐수 해수보다 높은 비중을 가질 수 있다. 이러한 효소 비드(270)는 그에 부착하는 공기 기포에 의해 혼합 영역(MR) 내에서 효율적으로 순환하게 될 수 있다. 따라서, 이러한 고비중 효소 비드(270)가 최종 혼합 영역(MR)을 통해 통과할 때, 이들 비드는 이들이 수집되어 제 1 단부(58)로 복귀될 수 있는 산화조(43) 저부(45)로 점진적으로 침지될 것이다. 다른 대안 실시예에 따르면, 효소 비드(270)는 폐수 해수보다 낮은 비중을 가질 수 있다. 혼합 영역(MR)에 인접하여, 폐수 해수의 밀도는 그를 통해 기포화되는 공기에 의해 감소되어, 비드(270)가 혼합 영역(MR) 내에서 효율적으로 순환하게 한다. 이러한 저비중 효소 비드(270)가 최종 혼합 영역(MR)을 통해 통과될 때, 이들 비드는 이들이 수집되어 제 1 단부(58)로 복귀될 수 있는 산화조(43) 액체면(67)으로 점진적으로 상승할 것이다.
지금까지 해수 스크러버(14)는 보일러(2) 내의 석탄 또는 석유의 연소시에 발생된 프로세스 가스로부터 이산화황을 제거하는 것으로 설명되었다. 해수 스크러버(14)는 또한 다른 산업 프로세스로부터 기원하는 프로세스 가스를 세척하기 위해 이용될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 이러한 다른 산업 프로세스의 예는 야금 산업, 예를 들어 알루미늄의 전해 생성의 산업, 폐기물 소각 산업 등을 포함한다.
지금까지 산소는 압축기 또는 송풍기(44)에 의해 송풍된 공기의 형태의 산화조(43) 내의 폐수 해수에 공급되는 것으로 설명되었다. 산소는 마찬가지로 다른 형태로 그리고 다른 수단의 도움으로 공급될 수 있는 것이 이해될 수 있을 것이다. 일 예에 따르면, 산소는 다소 순수 산소 가스, 예를 들어 적어도 90 체적 %의 산소를 포함하는 산소 가스의 형태로 공급될 수 있다.
산소는 송풍기(44)에 의해서가 아닌 다른 수단에 의해 폐수 해수에 공급될 수 있다. 대안 실시예에 따르면, 산소는 폐수 해수를 교반하고 공기를 폐수 해수 내로 흡인하는 교반기에 의해 산화조(43)에 공급될 수 있다.
요약하면, 가스 세척 시스템은 가스로부터 이산화황의 제거를 위한 습식 스크러버(14)와, 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 발생된 폐수를 수용하기 위한 산화조 시스템(42)을 포함한다. 산화조 시스템(42)은 그 처리 중에 폐수를 수용하기 위한 산화조(43), 산화조(43) 내의 폐수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템(47) 및 폐수를 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 물질과 접촉하게 하기 위한 접촉 시스템을 포함한다.
본 발명이 다수의 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 다양한 변경이 이루어질 수 있고 등가물이 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 게다가, 다수의 수정이 그 본질적인 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 물질을 적응시키도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 것이다. 더욱이, 용어 제 1, 제 2 등의 사용은 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것은 아니고, 오히려 용어 제 1, 제 2 등은 하나의 요소를 다른 요소로부터 구별하는데 사용된다.

Claims (12)

  1. 이산화황을 함유하는 프로세스 가스를 해수와 접촉시킴으로써 상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 생성된 폐수 해수를 처리하는 방법으로서,
    산화조 내에서 황산염 이온들을 형성하기 위해, 상기 폐수 해수 중의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하기 위해 활성화되는 효소의 존재 하에서 상기 폐수 해수를 산소와 접촉시키는 단계를 포함하고,
    비드 형태의 담체들 상에 고정된 상기 효소를 상기 폐수 해수와 혼합하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 산소 함유 가스와 폐수 해수가 혼합되는 혼합 영역을 형성하기 위해, 상기 산소 함유 가스를 상기 폐수 해수 내로 송풍하는 단계, 및 상기 효소를 상기 혼합 영역에 인접하게 존재하도록 배열하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 산화조의 포집 위치에서 상기 폐수 해수로부터 담체의 표면 상에 고정된 효소를 갖는 비드 형태의 담체들을 포집 및 제거하는 단계, 및 상기 산화조 내의 포집 위치의 상류측의 상기 폐수 해수로 상기 비드 형태의 담체들을 복귀시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 이산화황을 함유하는 프로세스 가스를 해수와 접촉시킴으로써 상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거시에 생성된 폐수 해수를 처리하는 방법으로서,
    산화조 내에서 황산염 이온들을 형성하기 위해, 상기 폐수 해수 중의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하기 위해 활성화되는 효소의 존재 하에서 상기 폐수 해수를 산소와 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 효소를 고정된 상태로 갖는 적어도 하나의 고정된 효소 지지 구조체의 형태인 적어도 하나의 담체가 고정되어 있는 산화조에 상기 폐수 해수가 통과되는 방법.
  8. 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템으로서,
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거를 위해 해수와 접촉시키는 상기 프로세스 가스를 위한 습식 스크러버; 및
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거와 연관하여 상기 습식 스크러버에 생성된 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조 시스템으로서, 그 처리 중에 상기 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조, 상기 산화조 내의 상기 폐수 해수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템 및 황산염 이온들로의 상기 폐수 해수의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 효소와 상기 폐수 해수를 접촉하게 하기 위한 효소 접촉 시스템을 포함하는 상기 산화조 시스템을 포함하고,
    상기 효소가 상기 산화조 내의 상기 폐수 해수 내에 침지된 비드 형태의 담체들을 포함하는 적어도 하나의 담체 상에 고정되는, 가스 세척 시스템.
  9. 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템으로서,
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거를 위해 해수와 접촉시키는 상기 프로세스 가스를 위한 습식 스크러버; 및
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거와 연관하여 상기 습식 스크러버에 생성된 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조 시스템으로서, 그 처리 중에 상기 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조, 상기 산화조 내의 상기 폐수 해수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템 및 황산염 이온들로의 상기 폐수 해수의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 효소와 상기 폐수 해수를 접촉하게 하기 위한 효소 접촉 시스템을 포함하는 상기 산화조 시스템을 포함하고,
    상기 산화조 시스템의 효소 접촉 시스템이 상기 효소가 고정되어 있는 적어도 하나의 담체를 포함하고, 상기 담체가 적어도 때때로 상기 산화조 내에 침지되는, 가스 세척 시스템.
  10. 해수 기반 프로세스 가스 세척 시스템으로서,
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거를 위해 해수와 접촉시키는 상기 프로세스 가스를 위한 습식 스크러버; 및
    상기 프로세스 가스로부터 이산화황의 제거와 연관하여 상기 습식 스크러버에 생성된 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조 시스템으로서, 그 처리 중에 상기 폐수 해수를 수용하기 위한 산화조, 상기 산화조 내의 상기 폐수 해수에 산소를 공급하기 위한 산소 공급 시스템 및 황산염 이온들로의 상기 폐수 해수의 중아황산염 및/또는 아황산염 이온들의 산화를 촉매화하는 효소와 상기 폐수 해수를 접촉하게 하기 위한 효소 접촉 시스템을 포함하는 상기 산화조 시스템을 포함하고,
    상기 효소가, 상기 산화조에 고정된 적어도 하나의 담체 상에 고정되는, 가스 세척 시스템.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 상기 산화조 시스템이 상기 산화조의 포집 위치에서 상기 폐수 해수로부터 담체의 표면 상에 고정된 효소를 갖는 비드 형태의 담체들을 제거하고, 그리고 상기 포집 위치의 상류측의 상기 산화조로 상기 비드 형태의 담체들 상에 고정된 상기 효소를 복귀시키는 효소 담체 운반 시스템을 추가로 포함하는, 가스 세척 시스템.
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