KR200262830Y1 - 수처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 폐수를 가열하는 폐수 처리 공정 및 폐수의 가열시 발생하는 증기에 함유되어 있는 악취 성분을 제거하는 탈취 공정을 함께 실시할 수 있으며, 또한 폐수의 가열에 의하여 발생된 고온의 증기를 공급되는 계속 유입되는 폐수의 예열에 이용함으로서 에너지를 절약할 수 있는 수 처리 시스템에 관한 것으로서, 이를 위한 본 고안은, 내부 공간에는 별도의 연소실이 구성되어 내부 공간에서는 폐수를 가열시키고, 연소실 내에서는 증기의 2차 가열이 이루어지는 증발조; 증발조에 연결되어 유입된 증기에 함유된 액체 성분을 분리하여 증발조로 재유입시키는 사이클론; 사이클론과 증발조 내의 연소실 사이에 연결되며, 일단이 연소실의 배출단에 연결된 방열 라인 및 사이클론과 연소실의 유입단에 연결된 흡열 라인을 포함하여 사이클론으로부터 유입된 증기와 연소실에서 배출된 고온의 증기간의 열 교환이 이루어지는 열 교환기; 및 열 교환기의 방열 라인의 다른 종단과 연결되어 방열 라인에서 배출된 고온 증기와 외부에서 공급된 폐수 사이의 열 교환이 이루어져 고온 증기의 응축 작용이 이루어지고, 가열된 폐수는 증발조 내부 공간으로 공급하는 응축기를 포함한다.

Description

수처리 시스템{System for treating waste water}

본 고안은 수처리 장치에 관한 것으로서, 특히 폐수를 가열하여 발생된 고온의 증기를 유입되는 폐수의 예열에 이용하고 증기를 직접 가열후 응축시킴으로서 폐수를 음용 가능한 물로 처리할 수 있는 수처리 시스템에 관한 것이다.

쓰레기에서 발생하는 침출수, 축사에서 배출되는 축산 폐수 등과 같은 폐수를 처리하는 공정에서는 폐수 처리 공정후 폐수에 함유되어 있는 악취 성분을 제거하는 공정을 별도로 진행하게 된다. 악취 성분을 제거하는 탈취 방법으로는 직접 연소법, 촉매 산화법 등이 이용되고 있으나, 직접 연소법은 탈취 효과가 우수하고, 가연성의 악취 성분, 황화수소와 암모니아 등 광범위한 악취 성분을 제거할 수 있어 탈취 처리 공정에 전반적으로 적용된다는 장점이 있다.

직접 연소법은 악취 성분을 함유하는 기체(또는 증기)를 고온(600 내지 800℃) 하에서 산화 분해하여 탄산가스와 물(수증기)로 변화시켜 무취화시키는 방법이다. 악취 성분의 조성비 또는 함유량에 따라 로(爐) 내의 설정 온도 및 기체의 체류 시간이 달라지나, 일반적으로 악취 성분이 함유된 기체는 700 내지 800℃의 가열 장치를 0.5초에 걸쳐 통과하게 된다.

그러나, 이러한 직접 연소법의 가장 큰 단점은 연료 소비량이 크다는 점과, 질소산화물(NO_X)과 황산화물(SO_X) 또는 염소를 함유하는 염소화합물의 유해(유독) 가스가 대기로 배출된다는 것이다. 또한, 직접 연소법에서, 악취 성분이 불안전 연소되는 경우에는 산화 분해가 이루어지지 않은 또다른 화합물을 형성하게 되어 다른 악취를 발생하는 원인이 된다. 또다른 문제점으로는 폐수의 처리 공정과는 별도로 탈취 공정을 진행하여야 한다는 것으로서, 폐수 처리 장치와 탈취 장치를 별도로 설치, 운영하여야 한다.

본 고안은 폐수를 가열하는 폐수 처리 공정 및 폐수의 가열시 발생하는 증기에 함유되어 있는 악취 성분을 제거하는 탈취 공정을 함께 실시할 수 있으며, 또한 폐수의 가열에 의하여 발생된 고온의 증기를 공급되는 계속 유입되는 폐수의 예열에 이용함으로서 에너지를 절약할 수 있는 수처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 실현하기 위한 본 고안은, 내부 공간에는 별도의 연소실이 구성되어 내부 공간에서는 폐수를 가열시키고, 연소실 내에서는 증기의 2차 가열이 이루어지는 증발조; 증발조에 연결되어 유입된 증기에 함유된 액체 성분을 분리하여 증발조로 재유입시키는 사이클론; 사이클론과 증발조 내의 연소실 사이에 연결되며, 일단이 연소실의 배출단에 연결된 방열 라인 및 사이클론과 연소실의 유입단에 연결된 흡열 라인을 포함하여 사이클론으로부터 유입된 증기와 연소실에서 배출된 고온의 증기간의 열 교환이 이루어지는 열 교환기; 및 열 교환기의 방열 라인의 다른 종단과 연결되어 방열 라인에서 배출된 고온 증기와 외부에서 공급된 폐수 사이의 열 교환이 이루어져 고온 증기의 응축 작용이 이루어지고, 가열된 폐수는 증발조 내부 공간으로 공급하는 응축기를 포함한다.

본 고안에서는, 증발조와 사이클론 사이에 압축 산소가 공급되는 오버플로우 탱크가 설치되어 있으며, 따라서 오버플로우 탱크 내부로 유입된 증기에 압력을 가함으로서 전 시스템에 걸쳐 증기의 흐름을 원활하게 유지할 수 있다.

한편, 증기의 응축 작용이 이루어지는 응축기는 서로 연결된 2개가 한 조로 이루어져 있어 열 교환기로부터 유입된 고온 증기의 응축과 외부에서 유입된 저온의 폐수와 고온 증기간의 열 교환이 2회에 걸쳐 이루어지게 하였다.

이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 수처리 시스템의 개략적인 구성도.

도 1은 본 고안에 따른 수처리 시스템을 도시한 개략적인 구성도로서, 본 고안에 따른 수처리 시스템은 연소실(11)이 구비된 증발조(10), 증발조(10)에 연결된 오버플로우 탱크(overflow tank; 20), 오버플로우 탱크(20)에 순차적으로 연결된 제 1 및 제 2 사이클론(30A, 30B), 제 2 사이클론(30B)과 증발조(10)에 연결된 열 교환기(40) 및 열 교환기(40)와 증발조(10)에 각각 연결된 설치된 응축기(50A, 50B)를 포함한다. 각 부재의 연결 관계 및 기능을 구분하여 설명하면 다음과 같다.한편, 이하의 설명에서는 처리하고자 하는 물, 즉 공장 폐수, 침출수, 축산 폐수, 바다물, 강물 등을 "폐수"라고 칭한다.

또한, 도면에서는 폐수의 흐름을 실선으로, 1차 가열 처리된 증기 흐름을 점선으로, 2차 가열처리된 증기의 흐름을 일점쇄선으로 각각 도시하였다.

증발조(10)

증발조(10) 내부 공간에는 석유, 가스, 전기 또는 폐타이어 소각시 발생하는 연소열을 연료로 하는 버너(12)에 연결된 연소실(11)이 설치되어 있으며, 이 증발조 (10) 내부에는 후술할 제 1 응축기(50A)에서 공급되는 폐수가 유입되며, 연소실(11)에는 역시 후술할 열 교환기(40)에서 1차 가열된 증가가 공급된다. 증발조(10) 내로 유입된 폐수는 연소실(11)에서 발생된 열로 인하여 가열, 증기화되며, 이 증기는 기화되지 않은 액체 성분과 함께 오버플로우 탱크(20)로 유입된다.

오버플로우 탱크(20)

오버플로우 탱크(20)는 상술한 증발조(10)와 제 1 사이클론(30A)에 각각 연결되어 있으며, 그 내부에는 일정한 압력의 산소가 공급된다. 증발조(10)에서 공급된 증기(액체 성분이 포함된 상태임)는 공급된 가압 산소에 의하여 제 1 사이클론 (30A) 내부로 유입된다.

제 1 및 제 2 사이클론(30A, 30B)

제 1 및 제 2 사이클론(30A 및 30B)은 오버플로우 탱크(20)에 순차적으로 연결되며, 고압의 산소 가스에 의하여 유동하는 증기(처리되지 않은 상태로서, 액체 성분이 포함된 상태임)는 제 1 및 제 2 사이클론(30A 및 30B)을 순차적으로 통과하게 된다. 증기가 제 1 및 제 2 사이클론(30A 및 30B)을 통과하는 과정에서, 증기와 함께 존재하는 액체 성분은 응축되며, 이 응축수는 오버플로우 탱크(20)를 통하여 증발조(10) 내부 공간으로 재 유입된다.

열 교환기(40)

제 2 사이클론(30B)과 증발조(10) 사이에는 제 2 사이클론(30B)에서 배출된 증기에 대한 열 교환을 실시하는 열 교환기(40)가 설치되어 있다. 즉, 열 교환기 (40)는 제 2 사이클론(30B)에서 배출된 증기가 유동하는 흡열 라인(41)과, 연소실 (11)에서 배출된 고온의 증기가 유동하는 방열 라인(42)이 각각 설치되어 있다. 흡열 라인(41)은 그 한 종단이 제 2 사이클론(30B)에, 또다른 종단은 연소실(11) 내의 가열 라인(11A)에 각각 연결되며, 방열 라인(42)의 한 종단은 연소실(11) 내의 가열 라인(11A)에, 또다른 종단은 후술할 제 1 응축기(50A)에 연결되어 있다.

제 1 및 제 2 응축기(50A 및 50B)

직렬로 연결된 제 1 및 제 2 응축기(50A 및 50B)중에서, 제 1 응축기(50A) 내에 설치된 유동 라인(50A-1)의 한 종단은 상술한 열 교환기(40) 방열 라인(42)의 배출단에 연결되며, 또다른 일단은 제 2 응축기(50B) 내에 설치된 유동 라인(50B-1)의 한 종단에 연결된다. 한편, 제 2 응축기(50B) 내부 공간에는 펌프(60)를 통하여 처리될 폐수(하수, 폐수 또는 바닷물 등)가 유입되며, 이후 폐수는 제 1 응축기 (50A)를 거쳐 증발조(10)로 유입된다.

이하, 본 고안을 이용한 폐수 처리 및 탈취 공정을 폐수의 흐름에 따라 설명하며, 또한 각 부재의 특징적인 기능을 함께 설명하기로 한다.

전술한 바와 같이, 펌프(60)를 통하여 제 2 응축기(50B)로 유입된 폐수는 제 1 응축기(50A)를 거쳐 증발조(10) 내로 유입된다. 버너(12)의 작동에 따라 내부의 온도가 높아지는 연소실(11)에 의하여 증발조(10) 내의 온도가 상승(약 100℃)하여 폐수는 기화된다. 기화된 증기와 액체 성분은 오버플로우 탱크(20)로 유입되며, 이후 고압의 산소와 함께 제 1 및 제 2 사이클론(30A 및 30B)을 순차적으로 통과하게 된다.

여기서, 오버플로우 탱크(20)에 고압의 산소를 공급하는 이유는 증발조(10)에서 배출된 증기가 효과적으로 각 사이클론(30A 및 30B) 및 열 교환기(40)를 거쳐 증발조(10)로 유동할 수 있도록 하기 위한 것이며, 또한 각 유동 라인 내에서 기화되지 않은 액체 성분을 응축시키기 위한 것이다.

증기와 액체 성분이 제 1 및 제 2 사이클론(30A 및 30B)을 통과하는 과정에서 액체 성분은 응축되며, 그 응축수는 응축수 라인(W)을 통하여 증발조(10) 내로 재유입되며, 완전 기화된 증기만이 열 교환기(40)의 흡열 라인(41)으로 유입된다. 흡열 라인(41)을 통과하는 과정에서 증기는 방열 라인(42)에서 방출된 열(열 방출이유는 후술하기로 함)을 흡수하여 그 온도가 상승(약 400 내지 450℃)하게 된다. 온도가 상승된 증기는 열 교환기(40)에서 배출된 후 증발조(10) 내의 연소실(11) 내에 설치된 가열 라인(11A)으로 유입되며, 이 가열 라인(11A)을 통과하는 과정에서 증기는 그 온도가 더욱 상승(약 600 내지 700℃)하게 된다.

결과적으로, 열 교환기(40)의 흡열 라인(41) 및 연소실(11)의 가열 라인 (11A)을 통과하는 과정에서 증기의 온도는 급격히 상승하게 되며, 따라서 증기 내에 함유되어 있는 휘발성 유기 화합물(VOC: volatile organic compounds)은 완전 연소되며, 결과적으로 악취 성분 및 발암 성분은 완전히 제거된다.

연소실(11)의 가열 라인(11A)에서 가열된 증기는 열 교환기(40)의 방열 라인(42)으로 유입되며, 방열 라인(42) 내부를 통과하는 과정에서 흡열 라인(41) 내부를 유동하는 비교적 저온의 증기(제 2 사이클론(30B)에서 배출된 증기)와의 열 교환이 이루어지며, 따라서 전술한 바와 같이 제 2 사이클론(30B)에서 배출된 증기는 열 교환기(40)에서 가열된 후 증발조(10)의 연소실(11) 내부로 유입된다.

열 교환기(40) 내에서의 열 교환이 이루어진 고온의 증기는 제 1 응축기 (50A) 및 제 2 응축기(50B)를 통과하게 된다. 제 1 응축기(50A)와 제 2 응축기 (50B) 내부를 통과하는 과정에서 고온의 증기는 펌프(60)에 의하여 각 응축기(50A, 50B)로 유입된 저온의 폐수와 열 교환이 이루어져 응축(액화)되며, 따라서 최종적으로 제 2 응축기(50B)를 통하여 고온(약 40℃)의 물이 배출된다. 본 고안에서는 증기를 응축시키기 위하여 2대의 응축기(50A, 50B)를 이용하였으며, 이는 증기의 보다 완전한 응축을 위한 것임은 물론이다.

한편, 고온의 증기와 열 교환이 이루어져 온도가 상승된 폐수는 증발조(10)로 유입되어 상술한 과정을 거치게 된다.

이상과 같은 구조 및 기능을 갖는 본 고안의 효과는 다음과 같다.

1. 본 고안에서는 오버플로우 탱크(20)에 압축 공기를 공급함으로서 전체 시스템에 걸쳐 원활한 증기의 흐름을 유지할 수 있으며,

2. 2개의 사이클론(30A, 30B)을 이용하여 액체 성분을 분리시킨 후, 순수한 증기만을 열 교환기(40)에 유입시킴으로서 열 교환의 효율을 향상시킬 수 있다.

3. 또한, 액체 성분이 제거된 증기는 가열된 상태로 연소실(11)에서 배출된 증기와의 열 교환을 통하여 예비 가열된 후 증발조(10)의 연소실(11)에 재유입됨으로서 증기를 설정 온도(600 내지 700℃)로 상승시키는데 필요한 연료의 소모량을 크게 감소시킬 수 있다.

4. 또한, 연소실(11) 내에서의 직접 연소에 의하여 증기 내에 함유되어 있는 휘발성 유기 화합물을 완전 연소시키게 되므로 이러한 증기의 응축 과정 후에 얻어지는 물(응축수)은 음용 가능한 수준까지 완전히 정화될 수 있다.

5. 한편, 증발조(10)에 폐수를 유입시키기 전에 고온의 증기가 응축되는 응축기(50A, 50B)에 저온의 폐수를 통과시키게 되며, 따라서 고온의 증기와 저온의 폐수 사이의 열 교환으로 인하여 증발조(10)에 유입되는 폐수를 예비 가열하는 효과도 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 수처리 시스템에 있어서,

   내부 공간에는 별도의 연소실이 구성되어 내부 공간에서는 폐수를 가열시키고, 연소실 내에서는 증기의 2차 가열이 이루어지는 증발조;

   상기 증발조에 연결되어 유입된 증기에 함유된 액체 성분을 분리하여 증발조로 재유입시키는 사이클론;

   상기 사이클론과 상기 증발조 내의 연소실 사이에 연결되며, 일단이 상기 연소실의 배출단에 연결된 방열 라인 및 상기 사이클론과 상기 연소실의 유입단에 연결된 흡열 라인을 포함하여 상기 사이클론으로부터 유입된 증기와 상기 연소실에서 배출된 고온의 증기간의 열 교환이 이루어지는 열 교환기;

   상기 열 교환기의 방열 라인의 다른 종단과 연결되어 상기 방열 라인에서 배출된 고온 증기와 외부에서 공급된 폐수 사이의 열 교환이 이루어져 고온 증기의 응축 작용이 이루어지고, 가열된 폐수는 증발조 내부 공간으로 공급하는 응축기를 포함하는 수처리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 증발조와 사이클론 사이에는 압축 산소가 공급되는 오버플로우 탱크가 설치되어 유입된 증기에 압력을 가하여 전 시스템에 걸쳐 증기의 흐름을 원활하게 유지할 수 있는 수처리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 응축기는 서로 연결된 2개가 한 조로 이루어져 열 교환기로부터 유입된 고온 증기의 응축 작용과 외부에서 유입된 저온의 폐수와 고온 증기간의 열 교환이 2회에 걸쳐 이루어지는 수처리 시스템.