KR102530870B1 - 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보크사이트 잔사물, 염소 바이패스 더스트 등의 산업폐기물을 활용하여 불산폐수를 건식으로 처리하는 방법에 대한 것으로서,
Al2O3 20~25중량%, SiO2 15~20중량%, Fe2O3 25~30중량%, CaO 2~5중량%, Na2O 10~15중량%, TiO2 5~10중량% 포함하는 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료를 6~7:3~4중량비로 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 만드는 과정; 및 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 1.5~2 : 1~1.5 : 2.5~3 중량비로 혼합하여 산성슬러지를 pH6~8로 중화시키는 중화과정;을 포함한다.
Al2O3 20~25중량%, SiO2 15~20중량%, Fe2O3 25~30중량%, CaO 2~5중량%, Na2O 10~15중량%, TiO2 5~10중량% 포함하는 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료를 6~7:3~4중량비로 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 만드는 과정; 및 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 1.5~2 : 1~1.5 : 2.5~3 중량비로 혼합하여 산성슬러지를 pH6~8로 중화시키는 중화과정;을 포함한다.
Description
본 발명은 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업폐기물을 활용하여 불산폐수를 건식으로 처리하는 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 불소는 화학적 활성이 극히 강한 특성으로 인해 유리제조업, 알루미늄과 철 제조공정, 요업공정, 전기도금 공정 및 전자관련 부분에서 많이 사용되고 있다. 특히, 반도체 및 금속표면 처리공업에서 사용되는 산세액(acid rinse solution)은 불산(HF), 질산(HNO3), 인산((H3PO4) 등의 무기산이 혼합되어 강산성을 띤다.
한편, 이러한 불산 폐수의 처리 방법으로 종래에는, 응집, 침전, 여과 또는 흡착에 의하여 용존 불산을 고형화하여 침전시킨 후에 방류하거나, 불소 이온을 선택적으로 흡착하는 흡착제를 이용하여 흡착 후 방류하는 방법이 주로 사용되고 있다.
그런데, 상기한 종래의 불산 폐수의 처리방법은, 응집 침전법을 이용하는 방법의 경우 다량의 슬러지가 발생되고, 넓은 면적의 시설이 필요할 뿐만 아니라 많은량의 방류수가 발생되어 2차오염이 야기되는 문제점이 있었으며, 나아가 처리과정에서 발생하는 발열을 제어하기가 어려울뿐만 아니라 수분과 비산되는 분진을 제거하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 보크사이트 잔사물, 염소 바이패스 더스트 등의 산업폐기물을 활용하여 불산폐수를 건식으로 처리함으로써 슬러지발생 및 2차오염발생을 줄일 수 있으며, 안정적이고 경제적인 처리가 가능한 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명은 Al2O3 20~25중량%, SiO2 15~20중량%, Fe2O3 25~30중량%, CaO 2~5중량%, Na2O 10~15중량%, TiO2 5~10중량% 포함하는 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료를 6~7:3~4중량비로 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 만드는 과정; 및 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 1.5~2 : 1~1.5 : 2.5~3 중량비로 혼합하여 산성슬러지를 pH6~8로 중화시키는 중화과정;과, 상기 중화과정에서 처리된 것을 상온에서 50~72시간 방치하여 숙성시키는 숙성과정을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 염소 바이패스 더스트는 Al2O3 1~10 중량％, SiO2 5~20 중량％, Fe2O3 0.5~15 중량％, CaO 2~45 중량％, MgO 0.1~8중량％, CaSO4 2~40 중량%, Na2O 0.02~10 중량％, K2O 10~40 중량％, Cl 10~50 중량％, 및 SO3 1~20 중량％를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료를 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 제조하기 위한 혼화제 제조부와; 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 혼화제 제조부에 의하여 제조된 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 혼합하여 상기 산성슬러지를 중화시키는 중화반응부와; 상기 중화반응부의 온도 상승을 제어하는 냉각부와; 상기 중화반응부에 의하여 중화완료된 부산물을 이송하여 저장하는 이송저장부와; 상기 중화반응부의 중화과정에서 발생하는 수증기와 분진을 포집하고 여과하여 배출하는 여과포집부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는, 상기 중화반응기의 내부온도를 측정하는 온도센서와, 상기 중화반응기로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사장치와, 상기 중화반응기의 외측면으로 냉각수를 순환시켜 상기 중화반응기의 온도를 제어하는 냉각장치와, 상기 온도센서의 온도값을 통하여 상기 냉각수 분사장치와 상기 냉각장치의 냉각수의 온도를 제어하는 냉각수제어부를 포함할 수 있다.
상기 여과포집부는, 상기 중화반응부로부터 수증기와 분진이 유입되는 유입탱크와, 상기 유입탱크에 설치되어 상기 수증기와 분진을 포집 및 여과하는 여과포집수단과, 상기 유입탱크와 연결되어 상기 유입탱크로부터 낙하하는 수분과 분진을 침강 분리하는 침강탱크와, 상기 유입탱크로부터 유출되는 공기를 여과하여 외부로 배출하는 여과배출부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치는 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.
첫째, 본 발명은 보크사이트 잔사물, 염소 바이패스 더스트, 고로슬래그, 플라이애쉬 등의 산업폐기물을 활용하기 때문에, 이들 산업폐기물에 의한 환경오염을 줄일 수 있으며, 자원재활용성도 우수하다.
둘째, 본 발명은 불산폐수가 함유된 산성 슬러지를 건식으로 처리하기 때문에 산성 슬러지의 처리과정에서 폐수가 발생되지 않는다. 따라서 산성 슬러지의 처리과정에서 2차 오염을 유발하는 부산물이 생성되지 않는다.
셋째, 본 발명은 진흙상태로서 취급성이 낮은 보크사이트 잔사물을 무기질 부재료를 사용하여 분말상의 알칼리 무기혼화제로 만들어 사용하기 때문에, 보크사이트 잔사물을 그대로 사용하는 경우에 비해 불산폐수가 혼합된 산성 슬러지의 처리가 용이한 장점을 가진다.
넷째, 알카리 무기혼화제에 소성 패각분말이 혼합되면 알칼리 무기혼화제의 산화칼슘, 탄산칼륨 함량이 증가되어 상대적으로 적은 량의 알카리 무기혼화제를 사용하여도 불산폐수가 함유된 산성 슬러지를 효과적으로 중화시킬 수 있으며, 패각분말의 재활용성도 향상된다.
다섯째, 본 발명에 의해 수득되는 최종 산물은 안정화된 무기물로서, 매립장의 복토재, 내화벽돌, 보도블럭 등 다양한 용도로 사용이 가능하한 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리방법을 나타내는 절차도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치에서 냉각수 제어부의 제어흐름을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치에서 냉각수 제어부의 제어흐름을 나타내는 블록도이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 불산폐수를 포함하는 산성슬러지를 산업폐기물을 사용하여 건식으로 처리하는 방법에 관한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 다음과 같은 방법으로 이루어진다.
1) 알칼리 무기혼화제를 만드는 과정(S10)
본 과정에서는 보크사이트 잔사물에 무기질 부재료를 혼합하여 알칼리 무기혼화제를 만든다.
보크사이트 잔사물(bauxite residue)은 보크사이트 원료광물에서 베이어(Bayer)법(알루미나가 다량 존재하는 원료광물에 수산화나트륨(NaOH)을 가하여 수산화알루미늄을 추출하는 방법)에 의해 수산화알루미늄을 추출하고 남은 슬러지이다.
이러한 보크사이트 잔사물은 고농도의 수산화나트륨을 사용하는 과정에서 발생되는 것이므로 pH12 이상의 강알칼리성을 가지는데, 통상적으로 Al2O3 20~25중량%, SiO2 15~20중량%, Fe2O3 25~30중량%, CaO 2~5중량%, Na2O 10~15중량%, TiO2 5~10중량%를 포함한다. 이와 같이 보크사이트 잔사물이 다양한 형태의 미네랄을 함유함으로써 일정한 pH에서 서로 다른 형태의 전하를 가질 수 있는 성질을 가지기 때문에 중금속을 고정화시켜서 안정화시키는 능력이 우수한 장점을 가진다.
보크사이트 잔사물은 대략 30~45% 정도의 수분함량을 가진 슬러지 상태이기 때문에 취급이 용이하지 않은데, 본 과정에서는 보크사이트 잔사물에 무기질 부재료를 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 만든다. 이와 같이 보크사이트 잔사물을 분말상의 알칼리 무기혼화제로 만들어 사용하면 슬러지 상태에 비해 취급이 용이한 장점을 가진다.
한편, 무기질 부재료로는 고로슬래그를 포함하며, 이 외에도 제올라이트, 벤토나이트, 펄라이트, 플라이애쉬, CaO, CaCO3가 포함될 수 있다.
고로슬래그는 Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, SO3를 포함하는데, 특히, CaO를 다량으로 포함하고 있으므로 이러한 고로슬래그를 사용하면 보크사이트 잔사물과 고로슬래그의 CaO 량이 합쳐져서 CaO의 함량이 높아지므로 폐산성물의 중화능력이 향상되며, 아울러 후술하는 폐산성물이나 염소바이패스 더스트 등에 함유된 중금속을 고정화시켜서 안정화시키는 능력도 향상된다.
플라이애쉬(fly ash)는 유연탄을 사용하는 발전소에서 생성된 미분말의 비산회로서, 알칼리성을 가진다. 이러한 플라이애쉬가 무기질 부재료에 포함되면 산성 슬러지의 중화 후에 수득되는 최종 산물의 강도가 향상된다. 따라서 이러한 최종 산물로 건축재 등을 성형하면 강도가 우수한 건축재를 만들 수 있다.
필요에 따라 무기질 부재료는 규산소다, 소성 패각분말를 포함할 수 있다. 규산소다(Sodium silicate, Na2SiO3)는 메타규산나트륨은 물에 잘 녹으며, 수용액은 가수분해하여 알칼리성이 되는데, 따라서 규산소다가 더 첨가되면 알칼리 무기혼화제의 중화능력이 향상되며, 아울러 최종 산물의 강도도 향상된다.
그리고 소성 패각분말은 패각분말을 600℃ 범위의 고온으로 소성시켜 항균성은 높인 것으로서, 산화칼슘(CaO)과 탄산칼슘(CaCO3)이 다량 함유되어 강력한 알카리성을 가지므로 알칼리 무기혼화제의 산성 슬러지 중화능력이 한층 더 향상된다. 따라서 상대적으로 적은 양의 알칼리 무기혼화제로 산성슬러지를 효과적으로 처리할 수 있다. 소성 패각분말이 사용되면 무기질 부재료에 별도로 산화칼슘(CaO)과 탄산칼슘(CaCO3)을 추가할 필요가 없다.
이와 같이 무기질 부재료는 고로슬래그를 필수적으로 포함하며, 이에 전술한 바와 같은 성분들을 추가적으로 포함할 수 있는데, 알칼리 무기혼화제의 중화능력 및 중금속 고정능력 등을 고려할 때 무기질 부재료에는 고로슬래그가 적어도 40~50중량부 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료는 6~7:3~4중량비로 혼합되는데, 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료의 혼합비가 상기 수준을 벗어나면 보크사이트 잔사물의 분말화가 곤란해진다.
이상과 같이 보크사이트 잔사물에 무기질 부재료를 혼합하여 제조된 분말상의 알칼리 무기혼화제는 슬러지 상의 보크사이트 잔사물에 비해 취급성이 용이한 장점을 가진다.
2) 불산폐수를 포함하는 산성슬러지를 중화시키는 과정(S20)
상기 과정에서 만든 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트를 사용하여 산폐수를 포함하는 산성슬러지를 중화시킨다.
염소 바이패스 더스트(Chlorine Bypass Dust)는 시멘트제조과정에서 발생되는 부산물이다. 시멘트제조설비의 킬른(kiln)과 예비가열기(preheater) 사이에는 염소를 비롯한 휘발물질을 위부로 배출시키기 위한 염소 바이패스 장치가 구비되는데, 이러한 염소 바이패스 장치에서 배출되는 고온의 가스가 냉각되는 과정에서 염소화합물, 특히, 염화칼륨이 응축되어 분진의 형태로 배출되는데, 이를 염소 바이패스 더스트라고 한다.
이러한 염소 바이패스 더스트는 Al2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, MgO, CaSO4, Na2O, K2O, Cl 및 SO3를 포함하는데, 염소 바이패스 더스트는 통상적으로는 Al2O3 1~10 중량％, SiO2 5~20 중량％, Fe2O3 0.5~15 중량％, CaO 2~45 중량％, MgO 0.1~8중량％, CaSO4 2~40 중량%, Na2O 0.02~10 중량％, K2O 10~40 중량％, Cl 10~50 중량％, 및 SO3 1~20 중량％를 포함한다.
한편, 불산폐수를 포함하는 산성슬러지는, 불산(HF), 질산(HNO3), 인산(H3PO4) 등의 무기산이 혼합되어 되어 강산성을 띠는데, 함수율은 15% 이하이다.
본 과정에서는 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 1.5~2 : 0.5~1 : 2.5~3 중량비로 혼합하여 산성슬러지를 pH6~8로 중화시킨다. 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트에 함유된 금속이온들이 산성슬러지의 산 성분들과 반응하여 염과 물이 발생되며, 아울러 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트에 함유된 CaO, CaSO4 등에 의해 수분흡수, 건조, 발열 등의 일렬의 반응으로 이루어지는 수경화 반응이 발생되어 분말상의 최종 산물이 수득된다.
바람직하게는 중화시킨 후에 최종 산물을 상온에서 50~72시간 정도 방치하여 최종 산물을 숙성시키는데, 이러한 숙성과정을 통해 최종 산물의 pH가 안정화되며 중화과정에서 생성된 불용성 염들이 안정화된다. 숙성시간이 상기 수준을 초과하더라도 최종 산물의 물성이 추가적으로 개선되지 않으며, 반대로 숙성시간이 상기 수준 미만인 경우에는 숙성효과가 미미하므로 상기 시간으로 숙성시키는 것이 바람직하다(S30).
이상과 같은 방법으로 불산폐수를 포함하는 산성슬러지를 처리하여 수득된 최종 산물은 안정화된 무기물로서, 매립장의 복토재, 내화벽돌, 보도블럭 등 다양한 용도로 재활용이 가능하다.
특히, 본 발명은 산업폐기물인 보크사이트 잔사물과 염소 바이패스 더스트를 사용하여 폐산성물을 처리하는 것이므로 폐산성물의 처리방법과 더불어 보크사이트 잔사물의 재활용방안을 제공하는 것이므로 산업 폐기물에 의한 환경오염을 줄이고 자원재활용성을 향상시킴으로써 환경친화적이며, 부가가치를 창출할 수 있다. 또한, 슬러지 상으로서 취급성이 낮은 보크사이트 잔사물을 분말화시켜 사용하기 때문에 불산폐수를 포함하는 산성슬러지를 좀 더 용이하게 처리할 수 있는 장점도 가진다.
실시예 1
보크사이트 잔사물과 고로슬래그를 7:3중량비로 혼합하여 분말상의 알칼리 무기혼화제를 만들었다.
pH2의 불산폐수를 포함하는 슬러지와 상기 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트를 2 : 1 : 3 중량비로 혼합하여 불산 폐수 슬러지를 중화시켰다. 사용된 보크사이트 잔사물, 고로슬래그, 염소 바이패스 더스트의 성분은 표 1과 같다. 중화 후에 72시간 방치하여 숙성시켰다. 그리고 숙성된 최종 산물의 pH를 측정한 결과 최종 산물의 pH는 6.5이였다.
| 성분(중량%) | |||||
| 보크사이트 잔사물 |
Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | Na2O |
| 23.5 | 18.3 | 28.9 | 4.7 | 13.6 | |
| TiO2 | - | - | - | - | |
| 8.5 | - | - | - | - | |
| 고로슬래그 |
Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 30.2 | 12.7 | 1.3 | 44.2 | 5.2 | |
| SO3 | - | - | - | - | |
| 4.4 | - | - | - | - | |
| 염소 바이패스 더스트 |
Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO |
| 6.5 | 8.2 | 12.5 | 21.8 | 3 | |
| CaSO4 | Na2O | K2O | Cl | SO3 | |
| 17.1 | 5.3 | 15.2 | 11.3 | 8.2 | |
실시예 2
보크사이트 잔사물과 고로슬래그, 규산소다, 소성 패각분말 7:2:0.5:0.5 중량비로 혼합하여 분말상의 알칼리 무기혼화제를 만들었다.
pH 2의 불산폐수 슬러지와 상기 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트를 2 : 0.8 : 3 혼합하여 불산 폐수 슬러지를 중화시켰다. 보크사이트 잔사물, 고로슬래그, 염소 바이패스 더스트는 실시예1에서 사용된 것과 동일한 성분을 가지는 것을 사용하였다. 그리고 중화된 최종 산물의 pH를 측정한 결과 최종 산물의 pH는 6.8이였다.
실시예 2의 결과를 실시예 1과 비교하면, 실시예 2는 알칼리 무기 혼화제를 상대적으로 더 적게 혼합하였음에도 불구하고 실시예 1에 비해 pH가 더 높은 최종 산물을 수득할 수 있었다.
실시예 3
실시예 2의 최종 산물을 72시간 방치하여 숙성시켰다. 그리고 숙성된 최종 산물의 pH를 측정하였다. 그 결과 최종 산물의 pH는 6.9로서, 실험예 2의 최종 산물에 비해 pH가 상승되었다.
실시예 4
실시예 1의 최종 산물을 블록형태로 압축성형하고 소성시켜서 건축용 블록을 만들었다. 제조된 블록의 압축강도를 KS F 2401에 의거하여 측정한 결과 표 2와 같은 결과를 얻었다.
실시예 5
실시예 3의 최종 산물을 실시예 4와 동일한 방법으로 건축용 블록을 만들어 압축강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 2와 같다.
| 압축강도(MPa) | |
| 실시예 4 | 15.4 |
| 실시예 5 | 16.1 |
표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 알칼리 무기혼화제의 부재료로 고로슬래그, 규산소다, 소성 패각분말이 사용된 실시예 3에 의한 최종 산물이 실시예 1의 최종 산물에 비해 압축강도가 우수함을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불산폐수 처리장치는, 혼화제 제조부(100)와, 중화반응부(200)와, 냉각부(300)와, 이송저장부(400)와, 여과포집부(500)와, 회수장치(600)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 혼화제 제조부(100)는, 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 무기질 부재료를 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 제조할 수 있다.
여기서, 상기 혼화제 제조부(100)는, 상기 보크사이트 잔사물과 상기 무기질 부재료를 전술한 바와 같이 6~7 : 3~4중량비로 계량하여 혼합할 수 있다.
상기 중화반응부(200)는, 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 혼화제 제조부(100)에 의하여 제조된 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 혼합하여 상기 산성슬러지를 중화시킬 수 있다.
여기서, 상기 중화반응부(200)는, 전술한 바와 같이 불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 1.5~2 : 1~1.5 : 2.5~3 중량비로 계량하여 혼합할 수 있다.
상기 중화반응부(200)는, 혼합챔버(201)와, 중화반응기(210)와, 교반장치(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 혼합챔버(201)는, 상기 혼화제 제조부(100)와 연결되어 상기 알칼리 무기혼화제가 유입되고, 상기 염소 바이패스 더스트가 유입되어 상기 중화반응기(210)로 공급할 수 있다.
상기 혼합챔버(201)는, 분말상태의 상기 알칼리 무기혼화제와 염소 바이패스 더스트를 미리 혼합하여 상기 중화반응기(210)로 공급하여 상기 중화반응기(210)에서 보다 안정적인 중화반응을 도모할 수 있다. 여기서, 상기 혼합챔버(201)는, 설계에 따라 생략가능하다.
상기 중화반응기(210)는, 내부공간으로 상기 알칼리 무기혼화제와, 상기 산성슬러지와 상기 염소 바이패스 더스트가 투입된다.
상기 중화반응기(210)는 도시된 바와 같이 원통형으로 하부가 깔때기 형상으로 형성되어 하부로 중화완료된 부산물의 배출이 용이하도록 할 수 있다.
상기 교반장치(220)는, 상기 중화반응기(210)의 내부공간에 설치되어 상기 알칼리 무기혼화제와, 산성슬러지와, 염소 바이패스 더스트를 교반하는 역할을 한다.
세부적으로, 상기 교반장치(220)는, 구동부(221)와, 상기 구동부(221)에 의하여 작동하는 교반부재(222)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 구동부(221)는, 도시된 바와 같이 구동모터가 적용될 수 있다.
상기 교반부재(222)는, 상기 중화반응기(210) 내에 설치되고 상기 구동부(221)에 의하여 회전하여 상기 알칼리 무기혼화제와 산성슬러지와 염소 바이패스 더스트를 교반할 수 있다.
상기 교반부재(222)는, 도시된 바와 같이 회전하면 중화반응기(210) 내부 전체를 골고루 교반할 수 있도록 굴곡진 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 굴곡진 형태는 중화반응기(210)의 크기 및 형태에 따라 다양하게 변경 가능하다.
한편, 상기 교반부재(222)는, 관형상으로 외주면에 복수개의 분사홀들이 형성되고 관 내부로 냉각수가 유동하여 상기 분사홀들로 냉각수가 분사되도록 형성될 수 있다.
이는, 후술되는 냉각부(300)와 같이 중화반응기(210) 내에 발생하는 열을 효과적으로 냉각하기 위함이며, 후술되는 냉각부(300)와 더불어 상기 알칼리 무기혼화제와, 산성슬러지와 염소 바이패스 더스트 내부에서 냉각수를 분사하여 냉각을 보다 효과적으로 하기 위함이다.
여기서, 상기 교반부재(222)는, 냉각수 분사펌프와 연결되어 냉각수를 고압분사할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이때의 냉각수는 여과포집부(500)로부터 응축된 수분을 이용할 수 있다.
한편, 상기 교반부재(222)는, 상기 분사홀로 상기 알칼리 무기혼화제와, 산성슬러지와 염소 바이패스 더스트가 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 상기 분사홀에 필터망을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 중화반응부(200)는, 중화반응기(210)와 결합되는 진동장치(미도시)를 구비하여 진동장치의 진동을 통해 상기 중화반응기(210) 내의 부산물의 배출을 보다 원활하게 할 수 있다.
상기 냉각부(300)는, 상기 중화반응부(200)의 중화작용 시 발생될 수 있는 발열에 대하여 상기 중화반응부(200)의 온도 상승을 제어하는 역할을 한다.
상기 냉각부(300)는, 상기 중화반응기(210)의 내부온도를 측정하는 온도센서(310)와, 상기 중화반응기(210)로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사장치(320)와, 상기 중화반응기(210)의 외측면으로 냉각수를 순환시켜 상기 중화반응기(210)의 온도를 제어하는 냉각장치(330)와, 상기 온도센서(310)의 온도값을 통하여 상기 냉각수 분사장치(320)와 상기 냉각장치(330)의 냉각수의 온도를 제어하는 냉각수 제어부(340)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 냉각수 제어부(340)는, 온도센서(310)로부터 상기 중화반응기(210) 내부의 온도를 모니터링하여, 상기 중화반응기(210) 내부가 적정 온도를 유지하도록 상기 냉각수 분사장치(320)와 상기 냉각장치(330)를 제어할 수 있다.
상기 냉각수 제어부(340)는, 상기 중화반응기(210) 내부의 온도에 대응하여 상기 냉각수 분사장치(320)와 상기 냉각장치(330)를 선택적으로 작동시킬 수 있다.
여기서, 상기 냉각장치(330)는, 상기 침강탱크(530)로부터 포집된 수분을 재활용하고 이를 순환시켜 상기 중화반응기(210)를 냉각시킬 수 있다.
더불어, 상기 냉각장치(330)는, 냉각기(미도시)를 더 구비하여 상기 순환하는 냉각수의 온도를 낮출 수 있으며, 이를 통해 상기 중화반응기(210)의 온도를 제어할 수 있다.
상기 이송저장부(400)는, 상기 중화반응부(200)에 의하여 중화완료된 부산물을 이송하여 저장하는 역할을 한다.
상기 이송저장부(400)는, 상기 중화반응부(200)와 연결되어 상기 중화반응부(200)로부터 중화완료된 부산물을 이송하는 이송수단(410)과, 상기 이송수단(410)으로부터 공급된 부산물을 저장하고 설정된 시간 동안 부산물을 숙성시키는 저장탱크(420)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 이송수단(410)은, 공지의 이송컨베이어를 이용할 수 있다.
상기 여과포집부(500)는, 상기 중화반응부(200)의 중화과정에서 발생하는 수증기와 분진을 포집하고 여과하여 외부로 배출하는 역할을 한다.
상기 여과포집부(500)는, 상기 중화반응부(200)로부터 수증기와 분진이 유입되는 유입탱크(510)와, 상기 유입탱크(510)에 설치되어 상기 수증기와 분진을 포집 및 여과하는 여과포집수단(520)과, 상기 유입탱크(510)와 연결되어 상기 유입탱크(510)로부터 낙하하는 수분과 분진을 침강 분리하는 침강탱크(530)와, 상기 유입탱크(510)로부터 유출되는 공기를 여과하여 외부로 배출하는 여과배출부(540)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 여과포집수단(520)은, 여과필터(521)와 분사수단(522)과 응축수단(미도시)을 포함하여 여과필터(521)를 통해 분진을 포집하고 수분을 분사공급하여 수증기와 분진을 습식 포집할 수 있도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 침강탱크(530)는, 상기 냉각수 분사장치(320)와 상기 여과포집수단(520)과 연결되어 내부의 수분을 워터펌프를 통해 강제공급하여 재활용할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 회수장치(600)는, 상기 저장탱크(420)와 연결되어 중화완료된 상기 부산물을 탈수하고 성분 일부를 추출회수하는 역할을 한다. 상기 회수장치(600)는 부산물 중 수분을 회수할 수 있는 탈수장치와, 부산물 내 포함된 조성물 중 중량에 따라 분리 추출할 수 있는 원심분리기 등을 적용할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 혼화제 제조부 200 : 중화반응부
201 : 혼합챔버 210 : 중화반응기
220 : 교반장치 221 : 구동부
222 : 교반부재 300 : 냉각부
310 : 온도센서 320 : 냉각수 분사장치
330 : 냉각장치 340 : 냉각수 제어부
400 : 이송저장부 410 : 이송수단
420 : 저장탱크 500 : 여과포집부
510 : 유입탱크 520 : 여과포집수단
521 : 여과필터 522 : 분사수단
530 : 침강탱크 540 : 여과배출부
600 : 회수장치
201 : 혼합챔버 210 : 중화반응기
220 : 교반장치 221 : 구동부
222 : 교반부재 300 : 냉각부
310 : 온도센서 320 : 냉각수 분사장치
330 : 냉각장치 340 : 냉각수 제어부
400 : 이송저장부 410 : 이송수단
420 : 저장탱크 500 : 여과포집부
510 : 유입탱크 520 : 여과포집수단
521 : 여과필터 522 : 분사수단
530 : 침강탱크 540 : 여과배출부
600 : 회수장치
Claims (5)
- 진흙형태의 보크사이트 잔사물과 고로슬래그, 규산소다 및 소성 패각분말을 7 : 2 : 0.5 : 0.5 중량비로 혼합하여 분말상태의 알칼리 무기혼화제를 제조하기 위한 혼화제 제조부와;
불산폐수를 포함하는 산성슬러지와, 상기 혼화제 제조부에 의하여 제조된 상기 알칼리 무기혼화제와, 염소 바이패스 더스트를 2 : 1 : 3 중량비로 혼합하여 산성슬러지를 pH6~8로 중화시키는 중화반응부와;
상기 중화반응부의 온도 상승을 제어하는 냉각부와;
상기 중화반응부에 의하여 중화완료된 부산물을 이송하여 저장하는 이송저장부와;
상기 중화반응부의 중화과정에서 발생하는 수증기와 분진을 포집하고 여과하여 배출하는 여과포집부;를 포함하고,
회수장치를 더 포함하며,
상기 중화반응부는,
상기 혼화제 제조부와 연결되어 상기 알칼리 무기혼화제가 유입되고, 상기 산성슬러지와 상기 염소 바이패스 더스트가 투입되는 내부공간이 형성된 중화반응기와,
상기 중화반응기와 결합된 진동장치와,
상기 중화반응기의 상기 내부공간에 설치되어 상기 알칼리 무기혼화제와, 상기 산성슬러지와 상기 염소 바이패스 더스트를 교반하는 교반장치를 포함하며,
상기 교반장치는,
구동부와, 상기 중화반응기 내에 설치되고 상기 구동부에 의하여 회전하는 교반부재를 포함하고,
상기 교반부재는,
내부에 냉각수가 유동할 수 있는 관형상으로 형성되고, 상기 냉각수가 분사되는 복수개의 분사홀이 형성하고, 상기 분사홀에 필터망이 구비되며,
상기 이송저장부는,
상기 중화반응부와 연결되어 상기 중화반응부로부터 중화완료된 부산물을 이송하는 이송수단과,
상기 이송수단으로부터 공급된 상기 부산물을 저장하고 설정된 시간동안 상기 부산물을 숙성시키는 저장탱크를 포함하며,
상기 회수장치는,
상기 저장탱크와 연결되어 중화완료된 상기 부산물을 탈수하고 추출회수하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 중화반응기의 내부온도를 측정하는 온도센서와,
상기 중화반응기로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사장치와,
상기 중화반응기의 외측면으로 냉각수를 순환시켜 상기 중화반응기의 온도를 제어하는 냉각장치와,
상기 온도센서의 온도값을 통하여 상기 냉각수 분사장치와 상기 냉각장치의 냉각수의 온도를 제어하는 냉각수 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치.
- 제1항에 있어서,
상기 여과포집부는,
상기 중화반응부로부터 수증기와 분진이 유입되는 유입탱크와,
상기 유입탱크에 설치되어 상기 수증기와 분진을 포집 및 여과하는 여과포집수단과,
상기 유입탱크와 연결되어 상기 유입탱크로부터 낙하하는 수분과 분진을 침강 분리하는 침강탱크와,
상기 유입탱크로부터 유출되는 공기를 여과하여 외부로 배출하는 여과배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치.
- 제1항에 있어서,
상기 염소 바이패스 더스트는 Al2O3 1~10 중량％, SiO2 5~20 중량％, Fe2O3 0.5~15 중량％, CaO 2~45 중량％, MgO 0.1~8중량％, CaSO4 2~40 중량%, Na2O 0.02~10 중량％, K2O 10~40 중량％, Cl 10~50 중량％, 및 SO3 1~20 중량％를 포함하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 보크사이트 잔사물은 Al2O3 20~25중량%, SiO2 15~20중량%, Fe2O3 25~30중량%, CaO 2~5중량%, Na2O 10~15중량%, TiO2 5~10중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 불산폐수 처리장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220132232A KR102530870B1 (ko) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | 불산폐수 처리방법 및 이의 처리장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102530870B1 true KR102530870B1 (ko) | 2023-05-09 |
Family
ID=86408033
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| KR (1) | KR102530870B1 (ko) |
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2022
- 2022-10-14 KR KR1020220132232A patent/KR102530870B1/ko active IP Right Grant
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