KR20130138377A

KR20130138377A - 암모니아를 함유하는 폐수에서 고순도 암모니아수로 회수하는 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20130138377A
Application number: KR1020120061885A
Authority: KR
Inventors: 김치열; 박광희; 황상인
Original assignee: 주식회사녹색기술단
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-19

Abstract

본 발명은 고농도의 암모니아 형태의 질소를 함유한 폐수를 하나의 STRIPPING COLUMN 내에서 2상온도조절 및 비중 CONTROL SYSTEM을 이용하여 25~28%의 일정한 고농도 암모니아수를 회수하고 NH₃-N가 저감된 폐수에 염소계 산화제를 투입하여 잔존 암모니아를 제거함으로서 처리가 어려운 고농도 암모니아를 함유한 폐수중의 암모니아성 질소를 처리함과 동시에 고가의 암모니아수를 생산하는 방법과 장치에 관한 것이다.

Description

암모니아를 함유하는 폐수에서 고순도 암모니아수로 회수하는 방법 및 그 장치{ METHOD AND APPARATUS FOR RECOVERING HIGH CONCENTRATION AMMONIA WATER FROM WASTEWATER CONTAINING AMMONIA}

일반적으로 저농도 범위(500mg/L)의 암모니아 처리방법은 파과점 염소주입법(NaOCl), 미생물에 의한 질산화 탈질법(MLE, A2O, A2O2)등이 있으며 고농도 암모니아(10,000mg/L)의 경우는 STRIPPING 방법이 가장 현실적이다.

암모니아 STRIPPING법은 다량의 AIR를 암모니아 Carrier GAS로 이용하는 방법이 대부분이나 이는 적정 체류시간을 확보하여야 하므로 설비의 규모가 커지고 폐수의 NH₃가 AIR에의해 GAS상으로 전환(탈기)되므로 대기오염을 유발한다.

이를 억제하기위해 대부분의 종래기술들은 황산이나 인산등의 무기산을 투입하여 NH₃ GAS를 무기산의 염으로 고정시켜 대기오염을 방지하였다. 그러나 기존의 방법은 NH₃의 최종 회수 형태가 사용되는 주요 무기산의 종류에 따라 다르나 대부분 경제적인 이유 때문에 (NH₄)₂SO₄(황산암모늄) 이나 (NH₄)₃PO₄(인산암모늄)으로 회수하고 있고 회수된 암모늄염들은 비료(유안등)로 재이용을 시도하고 있으나 회수된 암모늄염의 경제적 가치가 낮아 실제로 현장적용시 거의 대부분 폐기물 처리를 하고 있거나 무상으로 재활용업체에 위탁하고 있는 실정이다.

따라서 폐수에서 고가의 암모니아수를 회수하는 공정이 아직 개발되지않고 있으며 폐수처리 설비로 적용된 예는 매우 적다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 폐수에서 NH₃ GAS를 분리하고 이를 고농도 암모니아수로 생산하는 방법과 생산된 암모니아수의 순도(농도)를 균질화시켜 암모니아수의 품질을 향상시키고 폐수로부터 고가의 고순도 암모니아수를 생산하는 방법과 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 말명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 고순도 암모니아 회수방법의 개략적인 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 고순도 암모니아 회수방법의 개략적인 구성도이다.
100 : pH조정조
200 : NH₃ STRIPPER
300 : NH₃ 액화장치
400 : 암모니아수 저장조
500 : 암모니아수 비중 CONTROL 장치
600 : NH₃ 산화장치
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 말명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 고순도 암모니아 회수방법의 개략적인 흐름도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 고농도 암모니아 함유 폐수의 고순도 암모니아 회수방법의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 생산공정에서 나오는 고농도 암모니아 함유 폐수를 pH 조정조(100)에 유입한다. pH 조정조(100)에 유입된 고농도 암모니아 함유 폐수에 수산화나트륨(NaOH)를 투입하여 pH 11 내지 pH 12가 되도록 한다. 폐수중의 암모니아는 이온으로 존재하는 암모늄이온(NH₄ ⁺(aq))과 기체상태로 존재하는 암모니아 분자(NH₃(g))가 pH와 온도에 따라 상호 전환가능하며 수용액 내에서 화학적 평형을 이루고 있는데 pH와 온도가 높을 수록 가스상 형태의 암모니아분자로 존재하는 분율이 높아진다. 따라서 거의 모든 NH₄ ⁺이 NH₃(gas)로 전환될 수 있도록 pH와 온도를 조절한다.

NH₄ ⁺ + OH^- --→ NH₃(gas) + H₂O

다음으로 pH를 조정한 고농도 암모니아 함유 폐수(130)를 PUMP(120)를 이용하여 NH₃ STRIPPER(200)으로 이동시킨다. NH₃ STRIPPER(200)로 이동된 고농도 암모니아 함유 폐수를 스팀이나 ELECTRIC HEATER(230)등을 이용하여 온도 및 압력을 상승시킨다. 압력이 상승할 경우 포화증기의 온도가 상승하며 이에따라 NH₃ 가스의 온도가 상승함으로써 NH₄ ⁺ 에서 NH₃ 전환이 더욱 활발히 이루어진다. 따라서 STEAM이나 전기 사용량을 줄이고 STRIPPING 효율을 증대시키기 위하여 NH₃ STRIPPER(200)내의 압력을 1.5~3kgf/㎠의 범위로 유지 한다.

다음으로 NH₃ STRIPPER(200)에 분사되어진 고농도 암모니아 함유 폐수중 암모니아는 기화되어 NH₃ STRIPPER(200)상부 배관(260)을 따라 암모니아 액화장치(300)로 유입되고 처리된 폐수(암모니아 농도 약30ppm)는 암모니아 산화조(600)에서 염소계 산화제를 이용하여 저농도의 잔류 암모니아를 처리해 방류한다. 이때 NH₃ STRIPPER(200)에 분사되어진 고농도 암모니아 함유 폐수와 스팀과의 접촉효율을 최대화 시키기 위하여 충진 매체(210)를 충진시켜 통과 시킨다. 충진 매체(210)의 재질은 스테인레스 스틸, 세라믹, 내열 플라스틱등 내열, 내화학성과 비표면적이 큰 재질을 사용한다.

다음으로 NH₃ STRIPPER(200)에서 기화된 암모니아 가스는 COOLING WATER(310,320)를 이용한 암모니아 액화장치(300)에서 저온의 암모니아수로 액화되어 암모니아수 저장조(400)로 이동된다.

다음으로 암모니아수의 순도를 높이고 농도를 일정하게 유지하여 품질을 향상시키기 위한 방법으로써 2상온도조절 방법과 비중 CONTROL방법을 동시에 구현하도록 하였는데 그중 2상온도조절 방법은 암모니아수 저장조(400)에 저장되어 있는 저온의 암모니아수를 다시 NH₃ STRIPPER(200)상부에서 재분사하여 NH₃ STRIPPER(200) 상부의 온도를 낮추어 온도에 의한 수분의 기화를 최소화하여 더욱 고순도의 암모니아수를 회수 할 수 있다. 이를위해 NH₃ STRIPPER 하부 BED층(210)은 온도측정장치(220)에 의해 STEAM(230) 유입량이 자동조절되며 이때 하부 BED층(210)의 온도는 폐수(130)와 RETURN 되는 암모니아수(510)내의 암모니아 기화를 촉진하기위해 90~150°C로 자동 운영이 되고 높은 온도에 의해 폐수중의 암모니아의 농도가 낮아지고 대부분 기화되어 NH₃ STRIPPER 상부 BED층(240)로 수증기와 함께 이동된다. NH₃ STRIPPER 상부 BED층(240) 에서는 후단의 암모니아수 저장조(400)로부터 RETURN 된(510) 저온의 암모니아수에 의해 온도가 하부 BED층(210)보다 낮게 유지되며 이는 상부 BED층 온도 측정장치(250)로부터 확인가능하다. 이로인해 NH₃(gas)와 수증기등의 기화물중 수증기 성분이 상대적으로 낮은 온도에 의해 응결이 촉진되며 결국 충진 매체의 접촉면에 응결되어 하부로 낙하되고 이러한 기작으로 가스내의 암모니아 농도가 증가된다. 상기의 2상온도조절 기작에 의해 증기화된 고농도 암모니아 가스는 암모니아 액화장치(300)로 이송되므로 결국 암모니아수의 순도가 높아지게 된다.

다음으로 암모니아수 비중 CONTROL 방법은 비중 CONTROL 장치(500)를 이용하여 회수된 암모니아수의 농도를 실시간으로 측정하여 기준이내(25~28%)일 경우 재이용을 위한 저장조나 생산공정으로 이송한다. 이때 암모니아수 저장조(400)내의 회수된 암모니아수의 농도가 낮을 경우 비중 측정장치에 의해 일정량이 NH₃ STRIPPER(200)상부로 RETURN(520)되어 재 기화를 통해 목표하는 암모니아수의 농도를 달성할 수 있다. 회수된 암모니아의 농도는 25~28%를 달성할 수 있으며 이 범위의 농도를 실시간 모니터링 하는 것은 거의 불가능하므로 본 발명에서는 비중측정장치를 통해 실시간으로 회수된 암모니아수의 농도를 측정하도록 하였다.

다음은 비중과 암모니아수 농도의 관계를 나타내었다

(20°C기준)

암모니아수의 농도	비 중
25%	0.910
28%	0.900

다음으로 암모니아가 회수되고 남은 저농도 암모니아 폐수는 암모니아 산화장치(600)로 유입 되어 염소계 산화제를 이용한 파과점 염소주입법으로 잔존 암모니아를 배출허용기준 이내로 처리하여 방류한다.

Claims

고농도 암모니아 함유 폐수의 STRIPPING 효율을 높이기 위해 pH를 조절하는 pH조정조(100)와;
상기 pH조정조(100)에서 공급된 폐수(130)중의 암모니아를 스팀이나 ELECTRIC HEATER (230)를 이용하여 기화시키위한 다단 PACKING 충진형 NH₃ STRIPPER(200)와;
상기 NH₃ STRIPPER(200)로부터 기화된 암모니아를 액화시키는 암모니아 액화장치(300)와;
상기 암모니아 액화장치(300)로부터 액화된 암모니아수를 저장하는 암모니아수 저장조(400)와;
상기 NH₃ STRIPPER(200)에서 2상 온도조절을 위한 RETURN 장치(510)와;
상기 암모니아수 저장조(400)에 저장된 암모니아수의 농도를 비중을 이용하여 측정하고 설정된 농도 이하에서는 자동으로 NH₃ STRIPPER(200)로 RETURN 하여 고농도의 암모니아수를 얻울 수 있도록 하는 암모니아수 비중 CONTROL 장치(500)와;
상기 NH₃ STRIPPER(200)에서 암모니아가 기화되고 남은 저농도 암모니아를 배출허용기준 이내로 적정 처리하기위한 NH₃ 산화장치(600)
고농도 암모니아 함유 폐수의 STRIPPING 효율을 높이기 위해 pH조정조(100)에서 pH를 조절하는 단계와;
상기 pH조정조(100)에서 공급된 폐수(130)중의 암모니아를 NH₃ STRIPPER(200)에서 스팀이나 ELECTRIC HEATER(230)를 이용하여 기화시키는 단계와;
상기 NH₃ STRIPPER(200)로부터 기화된 암모니아를 액화시키는 암모니아 액화 단계와;
암모니아수 비중 측정 장치(500)를 이용하여 암모니아수 의 농도를 확인하는 단계와;
상기 확인된 농도로부터 암모니아수의 순도를 조절(520)하는 단계와;
NH₃ STRIPPER의 상부 BED층(240)으로 RETURN된 암모니아수에 의해 NH₃ STRIPER (200)내의 2상 온도 조절 단계와;
상기 NH₃ STRIPPER(200)에서 암모니아가 기화되고 남은 저농도 암모니아폐수를 염소계 산화제를 사용하여 폐수를 처리하는
pH조절과 스팀 이나 ELECTRIC HEATER등의 열원을 이용하여 온도와 압력을 조정하여 NH₃ 가스로 탈기하여 이를 액화시켜 암모니아수로 회수하여 최종적으로 자원화 하는 폐수내의 NH₃-N를 고순도 암모니아수로 회수하는 방법.
고농도의 NH₃-N를 처리하기위해 pH조절과 열을 이용하여 암모니아수로 회수하고 난 여액을 차아염소산나트륨(NaOCl)등의 염소계 산화제를 이용하여 파과시키는 방법.