KR20220053362A

KR20220053362A - 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20220053362A
Application number: KR1020200137750A
Authority: KR
Inventors: 박중민; 노혜린; 이남규; 유창곤; 김태완
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사; 에스케이에너지 주식회사
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-04-29

Abstract

본 발명에 따르면, 보일러 농축수(blowdown)로부터 인을 제거하기 위한 공정이 제공되며, 상기 공정은: (a) 보일러 농축수를 제공하는 단계; (b) PAC(Poly Aluminum Chloride)를 이용하여 인산염 응결체를 형성하는 단계; (c) 인산염 응집체를 형성하는 단계, 여기서 상기 단계 (c)는 단계 (b)의 보일러 농축수에 폴리머계 응집제를 투입하는 단계를 포함하고; (d) 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 침전시키는 단계; 및 (e) 단계 (d)의 보일러 농축수로부터 물을 회수하는 단계를 포함한다.

Description

보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 방법 {Method for removing phosphorus from boiler blowdown}

본 발명은 보일러 농축수(blowdown)로부터 인을 제거하기 위한 방법, 보다 구체적으로 보일러 농축수에 PAC(Poly Aluminum Chloride)와 같은 응결제를 투입하여, 보일러 농축수 내의 인을 응집시킨 후, 이를 침전시켜 제거하는 방법에 관한 것이다.

보일러 농축수는 보일러 급수로 사용되는 초순수(demineralized water)가 보일러에서 가열되어 증기의 형태로서 제품의 생산 공정에서 열 교환 후 응축된 응축수 중 일부를 의미한다.

여기서 보일러 급수로 사용되는 초순수는 이온이 제거된 물로, 생산 단가가 높기 때문에, 보일러 농축수를 초순수 제조의 피드로서 재사용하는 것이 경제적 측면에서 유리하다.

그러나, 보일러 농축수는 증기 생성 및 제품 생산 공정 중에 보일러 배관을 순환하면서, 보일러 배관 내의 오염이 농축되기 때문에, 이를 곧바로 보일러 급수로서 사용할 수는 없으며, 보일러 급수로서 사용하기 위해 보일러 농축수 내의 오염 물질, 특히 보일러 농축수에 함유된 배관 부식 방지제로서 사용된 인산 나트륨(sodium phosphate)으로부터 유래된 인 성분을 제거하여야 한다.

(특허문헌 1) KR10-2009-0037236 A

이에, 본 출원 발명은 보일러 농축수 자체를 처리 대상으로 하여, 보일러 농축수에 응결제 및 응집제를 투입하여 인산염 응집체를 형성하고, 이를 침전에 의해 보일러 농축수로부터 분리 및 제거함으로써 보일러 급수인 초순수 제조의 피드로서 사용 가능한 인 성분이 제거된 물을 회수하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정이 제공되며, 상기 공정은: (a) 보일러 농축수를 제공하는 단계; (b) PAC(Poly Aluminum Chloride)를 이용하여 상기 보일러 농축수 내 인산염 응결체를 형성하는 단계; (c) 상기 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 형성하는 단계, 여기서 상기 단계 (c)는 단계 (b)의 보일러 농축수에 폴리머계 응집제를 투입하는 단계를 포함하고; (d) 상기 형성된 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 침전시키는 단계; 및 (e) 단계 (d)의 보일러 농축수로부터 물을 회수하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (a)의 보일러 농축수의 온도는 60 내지 80 ℃일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (a)의 보일러 농축수는 1 내지 12 ppm의 PO₄를 함유할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (b)에서 상기 PAC의 양은 10 내지 70 ppm일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (b)는 보일러 농축수 내의 인 농도에 따라 PAC 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 보일러 농축수 내의 인 농도에 따라 PAC 투입량을 실시간으로 제어하는 단계는 스마트 센서를 통해 인 농도를 측정하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (b)는 보일러 농축수를 교반하는 단계를 더욱 포함하며, 여기서 교반 속도는 120 rpm 내지 300 rpm일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 인산염 응집체는 0.1 내지 200 mm의 크기를 가질 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴리머계 응집제는 아크릴아마이드계 폴리머일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 폴리머계 응집제의 투입량은 3 내지 8 ppm일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (c)는 상기 인산염 응결체의 입자 크기에 따라 폴리머계 응집제의 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (d)는 상기 보일러 농축수를 40분 내지 90분 간 정치시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 단계 (e)에서 회수되는 물은 0.2 ppm 이하의 인을 함유할 수 있다.

본 발명에 따르면, 응결제로서 PAC 및 응집제로서 폴리머계 응집제를 사용하여 보일러 농축수 내에 인의 응집체를 형성하고, 이를 침전에 의해 분리하여 제거함으로써 초순수 제조의 피드로 사용될 수 있는 인이 제거된 물을 회수할 수 있다. 또한, 본 발명의 보일러 농축수로부터의 인 제거 공정은 별도의 설비 설계 없이, 응결/응집 및 침전조를 포함하는 기존의 초순수 제조 시설을 이용하여 수행될 수 있다.

도 1은 본 발명의 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정의 개략적인 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예에서 측정된 흡광도(880 nm)로부터 총 인 농도를 산출하기 위한 플롯이다.
도 3은 본 발명의 일 구현 예에서 PAC 투입 농도를 실시간으로 제어하기 위해 사용되는, 총 인 농도에 대한 PAC 투입 농도의 플롯이다.
도 4는 본 발명의 일 구현 예에서 응집제 투입 농도를 실시간으로 제어하기 위해 사용되는, 응집체 평균 크기에 대한 응집제 투입 농도의 플롯이다.
도 5는 온도에 따른 총인(total phosphate, T-P) 제거율을 선형으로, 온도에 따른 보일러 농축수 내의 T-P의 농도를 막대형으로 도시한 그래프이다.
도 6은 응결제로서 PAC의 투입량에 따른 보일러 농축수 내의 T-P 농도 및 침전에 의한 T-P 제거율을 도시한 그래프이다.
도 7은 응결제로서 alum의 투입량에 따른 보일러 농축수 내의 T-P 농도 및 침전에 의한 T-P 제거율을 도시한 그래프이다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정이 제공되며, 상기 공정은 보일러 농축수를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 보일러 농축수는 보일러에서 증기를 생성하기 위해 가열된 후 응축된 응축수의 일부인 바, 높은 온도를 갖는다. 예를 들어, 상기 보일러 농축수는 50 내지 95 ℃의 온도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 85 ℃, 가장 바람직하게는 60 내지 80 ℃의 온도를 가질 수 있다.

상기 공정의 피드로서의 보일러 농축수는 또한 보일러 배관을 통해 순환된 후의 응축수로서, 배관 내의 오염을 포함할 수 있다. 여기서, 배관 내의 오염이란, 상기 농축수를 보일러 급수로 사용하기 어렵게 만드는 요소로서, 인(PO₄)의 함량이 높은 것을 의미한다.

보다 구체적으로, 상기 보일러 농축수를 제공하는 단계에서 제공되는 보일러 농축수는 1 내지 12 ppm, 바람직하게는 1 내지 11 ppm, 보다 바람직하게는 1 내지 10 ppm의 PO₄를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보일러 농축수는 1 내지 9 ppm, 1 내지 8 ppm, 바람직하게는 2 내지 7 ppm의 PO₄를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 보일러 농축수는 2 내지 6 ppm의 PO₄를 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기와 같은 미량의 PO₄를 함유하는 보일러 농축수로부터 이를 제거하는 것은 어려우나, 본 발명은 적절한 응결제의 사용 및 공정 조건의 제어를 통해 미량의 PO₄ 제거를 가능케 한다.

한편, 상기 보일러 농축수는 PO₄ 함량을 제외하고는 보일러 급수로서 사용하기에 적합한 성질을 갖는다. 예를 들어, 상기 보일러 농축수는 전기전도도가 20 μS/cm 이하, 바람직하게는 15 μS/cm 이하, 보다 바람직하게는 12 μS/cm 이하, 가장 바람직하게는 10 μS/cm 이하이고, SiO₂ 함량이 0.05 ppm이하, 바람직하게는 0.04 ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.03 ppm 이하, 가장 바람직하게는 0.02 ppm 이하이며, Fe 함량이 0.05 ppm이하, 바람직하게는 0.04 ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.03 ppm 이하, 가장 바람직하게는 0.02 ppm 이하일 수 있다.

상기 보일러 농축수 제공 단계에서 제공된 보일러 농축수는 집수조에 제공되며, 여기서 온도 및 인 농도가 균질화된다. 보일러 농축수의 온도 및 인 농도의 균질화는 교반 후 정치시키는 방법에 의해 이루어질 수 있으나, 온도 및 인 농도를 균질화할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 본 개시의 일 구현 예에 따르면, 집수조 하부의 보일러 농축수를 펌핑을 통해 상부로 순환하여 집수조 내의 보일러 농축수의 온도 및 인 농도를 균질화할 수 있다.

상기 공정은 보일러 농축수 제공 단계 이후, 응결제로서 PAC를 이용하여 상기 보일러 농축수 내 인산염 응결체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. PAC 외에도, 황산 제2철, 염화 제2철, 황산알루미늄(alum)과 같은 용존성 인 성분을 불용화시키거나, 인 성분을 조대입자의 응결체로 전환시킬 수 있는 무기 및 유기 계열의 화합물로서 사용될 수 있는 물질이 응결제로서 사용될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 상기 공정은 인산염의 응집체를 침전에 의해 제거하기 위한 공정으로서, 침전될 수 있는 크기의 응집체를 형성하기 위하여는 응집체를 형성하는 응결체의 크기가 클수록 유리하다. 상기와 같은 응결체의 크기를 달성하고, 전술한 바와 같이 미량의 PO₄를 함유하는 보일러 농축수로부터 인 성분을 제거하고자 하는 관점에서, 상기 응결제는 PAC인 것이 바람직하다.

일 구현 예에서, 상기 인산염 응결체 형성 단계에서, PAC는 제공된 보일러 농축수에 투입된다. 투입되는 PAC의 양은, 10 내지 100 ppm, 10 내지 95 ppm, 10 내지 90 ppm, 10 내지 85 ppm, 10 내지 80 ppm일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 75 ppm, 보다 바람직하게는 10 내지 70 ppm일 수 있다. 상기 인산염 응결체 형성 단계에서 투입되는 PAC 양이 10 ppm 미만인 경우, 침전될 수 있는 크기의 응집체를 형성할 수 있는 응결체의 생성량이 적어, 보일러 농축수 내의 인 성분의 침전에 의한 제거율이 10% 이하이며, PAC의 투입량이 100 ppm을 초과하는 경우, PAC의 투입량 대비 보일러 농축수 내의 인 성분의 제거율의 증가 정도가 PAC의 투입량이 100 ppm 이하인 경우에 비해 적어진다.

다른 구현 예에서, 상기 인산염 응결체 형성 단계는 보일러 농축수 내의 인 농도에 따라 PAC 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 종래의 인 제거 공정에서는, 경험에 의존하여 PAC를 과량 처리하는 것이 통상적으로서, 경제적 측면에서 비효율적이었으나, 본 발명에서는 상기와 같이 PAC 투입량을 보일러 농축수 내의 인 농도의 실시간 변화에 따라 제어가 가능하여, 과량의 PAC를 투입할 필요가 없는 바, 경제적 측면에서 이점을 갖는다. 상기 단계는 보일러 농축수 중 일부를 별도의 스트림으로 분리하여 몰리브덴산암모늄-아스코빈산 혼합 용액을 농축수의 약 5 내지 8 v/v%의 양으로 주입한 후, 분광 광도법에 의해 인 농도를 실시간으로 측정하는 단계를 포함한다. 상기 스트림 내의 인산염은 주입된 몰리브덴산 암모늄과 반응하여 몰리브덴산인암모늄을 형성하는데, 상기 단계는 이를 아스코빈산으로 환원하여 생성된 몰리브덴산청의 흡광도를 880nm의 파장에서 측정하여 인 농도를 정량하는 방법에 의해 수행된다. 상기 인 농도를 실시간으로 측정하는 단계는 스마트센서, 분할흐름분석기(SFA, segmented flow analyzer) 또는 흐름주입분석기(FIA, flow injection analyzer) 등에 의해 수행될 수 있으며, 이와 동일한 정도 이상의 성능을 갖는 자동 분석기라면 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 인 농도를 실시간으로 측정하는 단계는 광학식 스마트센서(spectrolyser V3)에 의해 수행될 수 있다. 상기와 같이 실시간으로 측정된 흡광도로부터 보일러 농축수 내 인의 농도가 정량되고, 정량된 인 농도로부터 PAC의 투입량이 실시간으로 계산되어 PAC 펌프에 의해 계산된 양의 PAC가 투입된다.

일 예로서, 보일러 농축수 내의 총 인 농도는 도 2에 도시된 바와 같은 흡광도-총 인 농도의 플롯으로부터 정량되며, 정량된 총 인 농도로부터 도 3에 도시된 바와 같은 총 인 농도-PAC 투입 농도의 플롯으로부터 PAC 처리 농도가 실시간으로 계산된다.

상기 인산염 응결체 형성 단계는 PAC를 투입한 후, 보일러 농축수를 교반하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 통상적으로 인산염이 저농도(1 내지 12 ppm)일 때 PAC과 접촉할 기회가 적어 침전에 의한 제거가 어려운데, 고속 교반을 통해 인산염의 운동 에너지를 증가시킴으로써 인산염과 PAC의 접촉을 증가시켜 인산염의 침전에 의한 제거율을 증가시킬 수 있다. 여기서, 고속 교반 속도는, 통상적인 교반 설비에 대해 120 내지 300 rpm, 바람직하게는 130 내지 250 rpm, 가장 바람직하게는 150 내지 200 rpm일 수 있다. 또한, 상기 교반 단계는 완전 교반을 위해, 60초 이상 수행될 수 있으며, 특히, 150 내지 200 rpm의 교반 속도에서는, 바람직하게는 180초 이상 수행될 수 있다. 상기 보일러 농축수에 PAC를 투입하고, 이를 교반함으로써, 보일러 농축수에 존재하는 인 성분(PO₄)과 PAC가 반응하여 인산염 응결체([Al_xO_y-1H_z-1]-OPO₃H₂, 여기서 2≤x≤20, 1≤y≤50, 1≤z≤50)가 생성된다.

상기 인산염 응결체는 0.05 내지 100 ㎛의 크기를 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 0.1 내지 10 ㎛의 크기를 가질 수 있다.

상기 공정은 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 인산염 응집체 형성 단계는 단계 (b)의 보일러 농축수에 폴리머계 응집제를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 인산염 응집체는 인산염 응결체 형성 단계에서 형성된 인산염 응결체가 폴리머계 응집제와의 이온 간 친화성으로 인한 가교 작용에 의해 응집되어 형성된 덩어리를 지칭한다. 상기 인산염 응집체는 보일러 농축수 내에서 침전될 수 있도록 큰 크기일 것이 요구된다. 구체적으로, 상기 인산염 응집체의 크기는 육안으로 비교 가능한 정도의 크기로서, 0.1 내지 200 mm, 1 내지 190 mm, 1 내지 180 mm, 1 내지 170 mm, 1 내지 160 mm, 1 내지 150 mm, 1 내지 140 mm, 1 내지 130 mm일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 120 mm, 보다 바람직하게는 1 내지 110 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 100 mm일 수 있다.

통상적으로, 물질의 침전은 해당 물질과 용매 사이의 밀도 차이에 의해 이루어지나, 본 발명에서 상기 보일러 농축수의 물 성분에 비해 PAC와 인 성분으로 구성되는 인산염 응집체의 밀도가 크므로, 인산염 응집체의 크기를 육안으로 비교함으로써 인산염 응집체의 침전의 정도를 파악할 수 있다.

상기와 같은 인산염 응집체를 형성하기 위해, 상기 공정은 폴리머계 응집제를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 폴리머계 응집제는 인산염 응결체와 이온 간 친화성을 가져, 가교 작용에 의해 인산염 응집체를 형성할 수 있는 것이면 제한이 없으며, 바람직하게는 아크릴아마이드계 폴리머이며, 아크릴아마이드계 폴리머에 포함되는 물질은 예시적으로 폴리아크릴아마이드(polyacrylamide) 또는 아크릴아마이드 공중합체(아크릴아마이드-메타크릴로일옥시에틸트리메틸암모늄 클로라이드 공중합체 등) 등이 있다.

상기 폴리머계 응집제의 투입량은 1 내지 15 ppm, 1 내지 14 ppm, 1 내지 13 ppm, 1 내지 12 ppm, 1 내지 10 ppm, 1 내지 9 ppm, 1 내지 8 ppm일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 12 ppm, 2 내지 11 ppm, 2 내지 10 ppm, 2 내지 9 ppm, 또는 2 내지 8 ppm일 수 있고, 보다 바람직하게는 3 내지 10 ppm, 3 내지 9 ppm, 또는 3 내지 8 ppm일 수 있다. 폴리머계 응집제의 투입량이 1 ppm 미만인 경우, 인산염 응결체의 응집이 충분하지 않아 침전되는 응집체의 양이 적어져, 10% 미만의 낮은 인 제거율을 나타낼 수 있으며, 폴리머계 응집제의 투입량이 15 ppm을 초과하는 경우, 보일러 농축수 내 물의 점도가 증가하여 침전 효율이 오히려 감소할 수 있고, 폴리머계 응집제의 점성이 높은 물성으로 인해, 과잉의 응집제에 의한 수지(resin)류 채널링(channeling) 유발 또는 고형화로 인한 배관 막힘 등의 문제를 유발할 수 있을 뿐 아니라 폴리머계 응집제의 높은 가격으로 인해 경제성 측면에서도 불리할 수 있다.

상기 인산염 응집체 형성 단계는 상기 인산염 응결체의 입자 크기에 따라 폴리머계 응집제의 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 단계는 FBRM(Focused Beam Reflectance Measurement)에 의해 보일러 농축수에 존재하는 인산염 응결체의 크기 및 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 측정된 인산염 응결체의 크기 및 분포로부터 인산염 응결체의 평균 입도가 실시간으로 계산되며, 계산된 인산염 응결체의 평균 입도로부터 폴리머계 응집제의 투입량이 실시간으로 제어될 수 있다.

일 구현 예에서, 폴리머계 응집제 투입 농도는 도 4에 도시된 플롯에 따라 도출될 수 있다.

상기 인산염 응집체 형성 단계는 폴리머계 응집제 투입 이후, 이를 교반하는 단계가 더욱 포함할 수 있다. 여기서, 교반 속도는 인산염 응결체 형성 단계에서의 교반 속도보다 느린, 30 내지 80 rpm, 바람직하게는 30 내지 60 rpm, 가장 바람직하게는 30 내지 50 rpm일 수 있다. 상기 교반 단계는 폴리머계 응집제가 인산염 응집체 형성을 위해 인산염 응결체와 보다 잘 접촉하도록 하며, 교반 속도가 80 rpm을 초과하는 경우에는 오히려 폴리머계 응집제와 인산염 응결체 간 결합이 파괴될 수 있다. 상기 교반 단계는 300초 내지 500초, 바람직하게는 300초 내지 450초, 보다 바람직하게는 300초 내지 400초, 가장 바람직하게는 300초 내지 400초 동안 수행될 수 있다. 보일러 농축수 내의 인산염 응결체의 응집에 의해 인산염 응집체가 형성된다.

상기 공정은 형성된 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 침전시키는 단계를 포함할 수 있다. 농축수 중의 인-함유 물질을 응집시킨 후, 이를 필터를 통해 여과시킴으로써 농축수로부터 인을 제거하는 방법 또한 고려 가능하나, 인산염은 입도가 매우 작아 여과가 어렵고 Microfilter 내지 Ultra Filter 적용 시 필터 막힘(fouling) 유발 가능성이 있다. 또한 입도를 높이기 위해 응집제를 처리하는 방안을 고려할 수 있으나, 전술한 바와 같이 응집제는 점도가 높은 물질로서, 역시 필터 막힘을 유발한다는 문제점이 있기 때문에, 인산염 응집체 제거에 있어, 침전에 의한 제거 방식이 보다 바람직하다. 상기 단계는 상기 보일러 농축수를 정치시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 정치 시간은 30분 내지 100분, 바람직하게는 30분 내지 90분일 수 있으며, 보다 바람직하게는 40분 내지 90분일 수 있다. 정치 시간이 30분 미만인 경우, 앞서 형성된 인산염 응집체가 침전하기에 충분하지 않은 시간으로서, 10% 미만의 낮은 인 제거율을 초래할 수 있으며, 정치 시간이 100분 초과인 경우, 필요 이상의 대규모 설비가 요구되어, 경제적인 측면에서 불리할 수 있다.

상기 공정은 인산염 응집체를 침전시킨 후의 보일러 농축수로부터 물을 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 단계에서 회수되는 물은 보일러 급수인 초순수를 제조하기 위한 공정의 피드로서 사용될 수 있으며, 초순수 제조의 피드로 사용되기 위해 낮은 인 함량을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 단계에서 회수되는 물은 0.2 ppm 이하의 인을 함유할 수 있고, 바람직하게는 0.15 ppm 이하의 인을 함유할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ppm 이하의 인을 함유할 수 있다.

이하, 본 개시의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 개시를 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1. 온도에 따른 PAC-인산염의 반응성

총인 농도가 약 3.4 ppm인 보일러 농축수에 대하여, 온도를 달리하여 PAC를 투입하였다. 반응기로서는 교반 및 온도 조절이 가능한 멀티 반응기(Radleys사의 Mya4 모델)을 사용하였다. 반응기의 내부 온도가 30, 50, 및 80 ℃에서 안정화되었을 때 20 ppm의 PAC를 투입하였다. PAC를 투입한 후, 보일러 농축수를 300 rpm으로 1분간 교반하였고, 이후 교반된 보일러 농축수 시료를 취하여 폴리머계 응집제의 투입 없이, 0.2 ㎛로 인산염 응결체를 여과한 후, 인산염의 농도를 측정하였다. 측정 결과는 도 5에 도시되었다.

도 5에서 나타나는 바와 같이, 반응기 내부 온도가 30 ℃인 경우의 T-P 제거율은 약 21%였고, 반응기 내부 온도가 50 ℃인 경우의 T-P 제거율은 약 24%였으며, 반응기 내부 온도가 80 ℃인 경우의 T-P 제거율은 약 30%였다. 즉, 반응기 내부 온도가 높을수록 인산염과 PAC의 반응성이 높아져 인산염 응결체 형성에 보다 유리함을 알 수 있다.

실시예 2. 응결제 종류 및 투입량에 따른 침전에 의한 총인 제거율의 변화

샘플 A

초기 T-P 농도가 1.74 ppm인 보일러 농축수에 응결제로서 PAC를 투입량을 0으로부터 50 ppm으로 변화시키면서 투입하였고, 그 후 응집제로서 폴리아크릴아마이드(EA-110)를 5 ppm 투입하였다. 이후 이를 150 rpm으로 1분간 고속 교반한 후 50 rpm으로 5분간 저속 교반하고 이를 1시간동안 정치시켜 침전에 의해 인산염 응집체를 제거하였다. PAC 투입량에 따른 인산염 응집체 제거 후 보일러 농축수 내의 T-P 농도 및 T-P 제거율은 도 6에 도시된다.

샘플 B(비교예)

초기 T-P 농도가 2.79 ppm인 보일러 농축수에 응결제로서 alum(Aluminum Sulfate)를 투입량을 0으로부터 400 ppm으로 변화시키면서 투입하였고, 그 후 응집제로서 폴리아크릴아마이드(Kuri Floc.)를 1.2 ppm 투입하였다. 이후 이를 150 rpm으로 1분간 고속 교반한 후 50 rpm으로 5분간 저속 교반하고 이를 1시간동안 정치시켜 침전에 의해 인산염 응집체를 제거하였다. alum 투입량에 따른 인산염 응집체 제거 후 보일러 농축수 내의 T-P 농도 및 T-P 제거율은 도 4에 도시된다.

도 6 및 도 7의 T-P 농도 및 제거율로부터 알 수 있는 바와 같이, 응결제로서 PAC를 사용하였을 때(샘플 A), PAC 투입량이 10 ppm인 경우, T-P 제거율이 약 15%이며, PAC 투입량이 50 ppm인 경우 T-P 제거율이 약 90%로서, PAC 투입량에 비례하여 T-P 제거율이 증가하는 반면, 응결제로서 alum을 사용하였을 때(샘플 B)는 alum 투입량과 관계 없이 약 35~40%의 T-P 제거율을 나타내었다. 상기 결과로부터, 응결제로서 PAC를 사용하는 경우에는 인산염과 PAC의 반응에 의해 침전될 수 있는 크기의 인산염 응결체가 형성되는 바, PAC의 투입량이 증가할수록 형성되는 인산염 응결체의 양이 증가하고, 이것이 침전에 의해 제거되어 PAC 투입량에 비례하여 T-P 제거율이 증가하는 반면, 응결체로서 alum를 사용하는 경우에는 alum-인산염 응결체가 침전될 수 있을 정도의 크기를 갖지 못하는 바, alum의 투입량이 증가함에도 T-P 제거율이 이에 비례하여 증가하지 않음을 알 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아니다.

Claims

보일러 농축수(blowdown)로부터 인을 제거하기 위한 공정으로서, 상기 공정은:
(a) 보일러 농축수를 제공하는 단계;
(b) PAC(Poly Aluminum Chloride)를 이용하여 상기 보일러 농축수 내에 인산염 응결체를 형성하는 단계;
(c) 상기 보일러 농축수 내에 인산염 응집체를 형성하는 단계, 여기서 상기 단계 (c)는 단계 (b)의 보일러 농축수에 폴리머계 응집제를 투입하는 단계를 포함하고;
(d) 상기 형성된 보일러 농축수 내 인산염 응집체를 침전시키는 단계; 및
(e) 단계 (d)의 보일러 농축수로부터 물을 회수하는 단계를 포함하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (a)의 보일러 농축수의 온도는 60 내지 80 ℃인 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (a)의 보일러 농축수는 1 내지 12 ppm의 PO₄를 함유하는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)에서 상기 PAC의 양은 10 내지 70 ppm인 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)는 보일러 농축수 내의 인 농도에 따라 PAC 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 5에 있어서,
상기 보일러 농축수 내의 인 농도에 따라 PAC 투입량을 실시간으로 제어하는 단계는 스마트 센서를 통해 인 농도를 측정하여 수행되는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (b)는 보일러 농축수를 교반하는 단계를 더욱 포함하며, 여기서 교반 속도는 120 rpm 내지 300 rpm인 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 인산염 응집체는 0.1 내지 200 mm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머계 응집제는 아크릴아마이드계 폴리머인 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 폴리머계 응집제의 투입량은 3 내지 8 ppm인 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (c)는 상기 인산염 응결체의 입자 크기에 따라 폴리머계 응집제의 투입량을 실시간으로 제어하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (d)는 상기 보일러 농축수를 40분 내지 90분 간 정치시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 (e)에서 회수되는 물은 0.2 ppm 이하의 인을 함유하는 것을 특징으로 하는 보일러 농축수로부터 인을 제거하기 위한 공정.