KR100569649B1 - 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 불소가 함유된 폐수를 처리하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생산 공정에서 발생하는 일반적인 불소를 포함한 폐수뿐만 아니라 분해가 잘 되지 않는 난분해성 불소 화합물도 함께 처리할 수 있는 불소함유 페수 처리 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템은, 집수조, 반응조와 침강조로 구성되어 불화칼슘의 형태로 불소를 제거하는 제1 공정과, 난분해성 불소화합물을 가수분해하여 분해가 용이한 불소로 분리한 후 불화칼슘의 형태로 불소를 제거하는 제2 공정으로 이루어지는데, 이때 상기 난분해성 불소 화합물의 가수분해를 수행하는 고온고압 반응기는 반응에 최적의 온도, 압력, pH를 가지도록 폐수를 이송하는 폐수이송관과, 고압의 공기를 주입하는 공기주입관과, 뜨거운 공기를 주입하는 스팀주입관과 연통되고, pH조절 및 난분해성 불소 물질의 분해효율을 높이기 위한 약품을 주입하는 약품주입관과, 내부에 교반장치와 검침계, 배출관을 포함하여 구성한다.
이와 같이 구성한 본 발명은, 난분해성 불소 화합물을 처리가 용이하도록 가수분해하기 때문에 불소함유 폐수로부터 불소제거효율을 극대화한다.
또한, 고농도 불소함유 폐수처리에 적용가능(원수 HF농도 5000~10000ppm)하여 원수 농도변화에 영향 받지 않고 안정적으로 처리 가능하고, 보통의 경우 1차공정의 1단처리만으로도 불소농도 10ppm 이하 처리가 가능하다.
붕불화수소산, 난분해성 불소함유 폐수, 불소, 고온고압 반응기, 가수분해.
Description
도 1은 종래 불소함유 폐수를 처리하는 시스템을 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템을 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템의 제2 공정을 보여주는 처리 흐름도.
도 4는 본 발명의 제2 공정에서 난분해성 불소 화합물을 가수분해하는 고온고압 반응기를 포함한 장치를 보여주는 개략도.
도 5는 도 4에서 난분해성 불소함유 폐수와 약품을 혼합하는 약품혼합부를 보여주는 단면도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1 : 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템
100 : 제1 공정 200 : 제2 공정
201 : 폐수이송관 202 : 스팀주입관
203 : 공기주입관 204 : 약품주입관
210 : 고온고압 반응기 220 : 열교환기
230 : 스팀교환부 240 : 약품혼합부
본 발명은 불소가 함유된 폐수를 처리하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생산 공정에서 발생하는 일반적인 불소를 포함한 폐수 뿐만 아니라 분해가 잘 되지 않는 난분해성 불소 화합물도 함께 처리할 수 있는 난분해성 불소함유 페수 처리 시스템에 관한 것이다.
불소는 화학공업이나 반도체 제조 등 다양한 산업분야에서 대량으로 이용되고 있는 유용한 물질인 반면, 인체나 환경에 대하여는 유해 물질이기 때문에 각종 산업 배출수에 포함되는 불소는 엄격하게 규제되고 있다.
예를 들어, 우리나라에서는 폐수 내 불소 화합물에 대하여 배출 허용 기준을 청정지역의 경우 3ppm 이하로, 다른 폐수 배출지역에 대하여는 15ppm 이하로 규정하고 있다. 또한, 일본에서는 배출 허용 기준을 15ppm 이하의 농도로 규제하고 있으나 많은 일본의 자치단체는 10ppm이하 또는 5ppm 이하와 같은 보다 엄격한 기준을 적용하고 있다.
일반적으로 불소를 함유하는 페수를 배출하는 산업 중 주요한 배출원으로 불산 제조업, 옥탄연료 제조(촉매제), 알루미늄 제조업, 반도체, 철강업, 금속 가공업, 전기 도금업, 유리산업, 세라믹 산업, 스텐레스제조공장, 비료산업 등이 있으 며, 상기 산업 생산공정과정에서 불소를 함유한 폐수가 다량으로 발생되어 이를 처리하기 위한 불소 처리방법이 다양하게 개발되고 있다.
이러한 방법들 중 가장 널리 사용하고 있는 방법이 칼슘염을 이용한 방법으로 불소함유 폐수에 칼슘염과 알루미늄염 등의 1종 또는 그 이상의 약품을 가해 폐수 중의 불소이온을 식(1)과 같이 불화칼슘의 형태로 고형화시켜 고액분리하는 방법이다.
Ca2++ 2F- ⇔ CaF2(s) ↓ ----------- 식(1)
또한, Al2(SO4)3·18H2O와 같은 알럼을 주입해 알루미늄에 의해 불소를 제거하는데, 이때 고분자화된 Aln(OH)3n은 불소 이온과 강한 친화력을 가지기 때문에 여기에 불소가 흡착되어 제거된다.
이러한 방법을 사용하는 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 불소가 함유된 폐수를 집수하는 집수조(2)와, 상기 칼슘염과 알루미늄염 및 고분자 응집제를 첨가하여 불소와 반응시키는 다수개의 반응조(3, 5)와, 고형화된 불소화합불을 고액분리하는 침강조(4, 6)로 이루어진다.
그러나, 이러한 방법은 불소의 처리효율이 낮아 많은 양의 칼슘염과 알루미늄염과 같은 처리제가 주입되어야 하므로 과다한 처리비용이 소요되고, 처리제의 증가로 인해 침전물인 슬러지의 양도 증가하기 때문에 경제성이 높지 못하다는 문제점이 있다.
그리고, 도 1과 같은 시스템을 최소 2∼3단으로 처리하여야 원하는 불소처리 효율을 얻을 수 있기 때문에 단수 증가로 폐수처리장 설치에 필요한 소요부지가 커지고 시스템이 복잡화되며 운전비와 관리비등이 증가하는 문제점이 생긴다. 또한, 알루미늄계 슬러지가 다량으로 발생해 재활용의 어려움이 있다.
예를 들면, 불소 농도 210ppm의 폐수 10㎥을 20ppm까지 처리할 때에 발생하는 불화칼슘은 약 0.39㎏(약 5몰)인 데 대하여, 불소 농도 20ppm의 폐수 10㎥를 5ppm까지 처리하기 위해서는 수산화알루미늄은 Al(OH)3로서 적어도 2㎏(25.6몰) 정도 요한다. 실제로는 수산화알루미늄은 겔(gel) 상태로 탈수가 곤란하며, 함수율을 70%까지 좁혔다고 해도 그 함수 중량은 5㎏ 정도가 되어 이것은 슬러지로 처리된다.
더불어, 난분해성 불소 화합물은 처리가 되지 않고 그대로 폐수 중에 존재하게 되는데, LCD제조공정 GLASS 조성을 예로 들어 살펴보면 발생하는 B2O3는 식각공정에서 HF에 의해 용융되어 붕불화수소산(HBF4)이 되며 이 BF4는 매우 안정한 화합물로 일반적인 처리방법으로는 제거되지 않는 난분해성 불소 화합물이다.
폐수 원수 내 BF4의 B가 30ppm 존재 시, 종래의 방식으로는 그 처리가 곤란하며, 다량의 희석수에 의한 희석개념의 처리만 가능할 뿐이다. 그리고, B의 농도가 30ppm 존재시 처리수의 F농도는 약 210ppm정도이다.
따라서, 이러한 난분해성 불소 화합물을 포함하는 폐수를 처리하는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 처리방법과 비교하여 불소함유 폐수 중의 불소를 저농도로 제거할 수 있고, 분해가 잘 되지 않는 난분해성 불소물질도 포함하여 처리할 수 있는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 주입하는 약품의 사용량을 적게 하면서 슬러지의 발생량을 최소화할 수 있는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템은, Ca(OH)2 및 불소처리제를 주입하여 폐수 중의 불소를 응집 처리하는 제1 공정과 고온고압 반응기를 이용해 난분해성 불소 화합물을 제거하는 제2 공정으로 이루어진다.
상기 제1 공정은 난분해성 불소를 포함한 불소함유 폐수를 집수하는 집수조와, 상기 집수조를 거친 폐수가 상기 불소처리제와 반응하여 불화칼슘으로 고형화되는 제1 반응조와, 상기 제1 반응조를 거친 폐수와 불화칼슘을 응집침전하여 분리하는 제1 침강조를 포함하여 구성한다.
그리고, 상기 제2 공정은 상기 제1 공정을 통과한 폐수 중의 난분해성 불소 화합물을 가수분해하는 고온고압 반응기와, 상기 고온고압 반응기를 거친 폐수와 함께 불소처리제를 첨가하여 고온고압 반응기에서 가수분해된 불소를 불화칼슘으로 고형화하는 제2 반응조와, 상기 제2 반응조를 거친 폐수와 불화칼슘을 응집침전하 여 고액분리하고 고액분리된 슬러지 일부를 반응조로 반송시키는 제2 침강조를 포함하여 구성한다.
이때, 상기 폐수에 투입되어 불소이온과 반응하는 불소처리제는 Ca(OH)2와 같은 칼슘염, Fe이온을 함유한 철염, pH조절 산성약품, Polymer(강음이온성 고분자 응집제)로 폐수 중의 불소는 상기 칼슘염과 반응하여 불화칼슘 형태로 고형화되고, 상기 철염에 의해 생성된 수산화 제2철과 상기 불화칼슘이 공침효과를 일으켜 폐수 중의 불소처리 제거효율을 증대시킨다.
그리고, 상기 난분해성 불소 화합물은 붕불화수소산(HBF4)으로 상기 BF4는 제2 공정의 고온고압 반응기에서 가수분해되어 붕소와 불소로 분리되고, 상기 분리된 불소는 칼슘염에 의해 불화칼슘의 형태로 고형화되어 응집침전 처리된다.
한편, 상기 난분해성 불소 화합물을 분해가 용이하도록 가수분해하는 상기 고온고압 반응기는 일측에 제1 공정을 거친 난분해성 불소함유 폐수를 이송하는 폐수이송관과, 고압의 공기를 주입하는 공기주입관과, 뜨거운 스팀을 주입하는 스팀주입관을 연결하여 포함하고, 필요에 따라 불소처리제를 혼합하기 위한 약품주입기를 연결하여 포함한다.
그리고, 상기 고온고압 반응기는 내부에 유입된 난분해성 불소함유 폐수를 혼합하는 교반장치와, 상기 반응기 내의 온도, pH, 압력이 가수분해에 용이한 최적의 상태를 유지하고 있는지 측정하는 검침계와, 가수분해된 폐수를 이송하기 위해 상기 고온고압 반응기의 일측에 공간을 형성하고 반응기 내부 수면과 동일수면을 가지는 높이의 월류벽과, 상기 월류벽을 월류한 처리수를 배출하기 위한 배출관을 포함해 구성한다.
또한, 상기 고온고압 반응기는 제1 공정을 거친 폐수를 이송하는 폐수이송관과 상기 고온고압 반응기의 배출관 사이에 열교환이 일어나는 열교환기와, 상기 열교환기를 통과한 폐수이송관과 상기 스팀주입관이 연통되어 폐수와 뜨거운 스팀이 혼합되는 벤츄리관 형상의 스팀혼합부와, 상기 스팀혼합부를 통과한 폐수이송관과 pH 조절 및 난분해성 불소 물질의 분해효율을 높이기 위한 약품을 주입하는 약품주입관이 연통되어 폐수와 약품이 혼합되는 약품 혼합부를 외부에 포함하여 구성한다.
이때, 바람직하게 상기 고온고압 반응기의 pH는 3∼4 사이이고, 상기 고온고압 반응기의 압력은 1.5㎏/㎠∼3㎏/㎠ 이며, 상기 고온고압 반응기의 온도는 110∼130℃ 이다.
또한, 상기 고온고압 반응기의 약품혼합부는 내주면에 나선형의 홈을 형성한 관으로 폐수가 상기 나선 라인을 따라 이동하면서 상기 약품주입관을 통해 주입된 약품과 혼합되어 폐수의 pH를 조절한다.
그리고, 상기의 모든 공정상의 과정은 외부에 형성된 콘트롤 박스에 의해 자동제어 혹은 수동제어된다.
이와 같이 이루어지는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템은 상기의 철염의 사용으로 소량의 처리제만을 이용하여 불소를 불화칼슘화하여 처리할 수 있다. 또한, 난분해성 불소 화합물은 상기 고온고압 반응기에서 가수분해되어 처리가 용이 한 불소로 분리되기 때문에 불소처리 효율을 극대화시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템을 보여주는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템의 제2 공정을 보여주는 처리 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 제2 공정에서 난분해성 불소 화합물을 가수분해하는 고온고압 반응기를 포함한 장치를 보여주는 개략도이다.
또한, 도 5는 도 4에서 난분해성 불소함유 폐수와 약품을 혼합하는 약품혼합부를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 난분해성 불소함유 처리 시스템(1)은 크게 폐수 중의 처리가 용이한 불소 화합물을 처리하는 제1 공정(100)과, 폐수 중의 난분해성 불소 화합물을 처리하는 제2 공정(200)으로 이루어진다.
상기 제1 공정(100)은 페수 중의 불소를 불화칼슘의 형태로 고형화시켜 처리하는 공정으로 크게 난분해성 불소를 포함한 페수가 유입되는 집수조(10)와, Ca(OH)2등의 칼슘염, Fe 이온을 함유한 철염, pH조절 산성약품, Polymer(강이온성 고분자 응집제)등으로 이루어지는 불소처리제를 투입하는 1차 반응조(20)와, 상기 반응조를 통과한 폐수 중의 불소를 불화칼슘으로 고형화해 고액분리하고 일부 고액분리된 슬러지는 반송시키며 폐수를 다음 고정으로 이송하는 1차 침강조(30)로 구성한다. 이때, 상기 1차 반응조(20)는 투입하는 약품에 따라 불소 화합물의 반응을 효율적으로 하기 위해 약품에 따라 다수개의 반응조를 사용한다.
그리고, 소정의 불소함유 폐수는 상기 집수조(10)를 거쳐 반응조(20)로 이송되고, 칼슘염을 첨가해 폐수의 pH를 7이상으로 하여 폐수 중의 불소이온을 불화칼슘의 형태로 고형화시켜 고액분리하는데, 바람직하게 이때 생성된 농축슬러지의 일부를 상기 반응조(20)로 반송시켜 반응조 내에 생성되는 불화칼슘의 농도를 농축시킴과 동시에 생성된 불화칼슘의 종결정효과에 의해 불소함유 폐수로부터 불소제거효율을 향상시키는 것이다. 이때, 상기 칼슘염은 Ca(OH)2를 사용한다.
또한, 적당한 반응조(20) 안에 처리대상인 불소함유 폐수를 연속 또는 간헐적으로 주입할 때 철염을 첨가하여 반응의 효율을 높인다. 바람직하게 상기 철염은 Fe이온을 함유하는 것으로 제2 철이온을 첨가해 생성된 수산화 제2 철과 불화칼슘과의 공침효과에 의해 불소제거효율을 증대시킨다.
이때, 제2 철이온을 사용하는 경우 제2 철이온의 사용량에 특별한 제한은 없지만 생성된 불화칼슘(CaF2) 몰농도에 대해 0.12∼1.2배 가량 정도이고 특히 0.23∼0.47배량이 바람직하다. 사용농도가 적으면 공침효과에 의한 불소처리효율의 향상은 기대할 수 없고, 반대로 과량으로 주입하는 경우에는 처리약품량이 많아지므로 바람직하지 않다.
이와 같은 1단의 제1 공정만으로 난분해성 불소가 포함되지 않은 불소함유 폐수는 안정적으로 처리가 가능하며 폐수의 원수 농도 변화에도 안정적으로 처리가 가능하다. 또한, 종결정효과와 공침효과에 의한 상승효과로 소량의 약품량을 투입 하여 원하는 수질의 처리할 수 있다.
또한, 알루미늄계 약품을 사용하지 않으므로 처리 슬러지의 재이용에 아무런 문제가 없으며 상기의 철염의 사용으로 소량의 처리제만을 이용하여 불소를 불화칼슘화하여 처리할 수 있다.
그러나, 붕화불소(BF4)등의 난분해성 불소 화합물은 1차 공정으로 제거가 되지 않는다. 이러한 난분해성 불소 화합물을 처리하기 위한 2차 공정(200)으로 상기 1차 침강조(30)를 통과한 난분해성 불소함유 폐수는 슬러지를 탈수한 후 남은 탈수여액과 함께 펌핑탱크(40)로 이송되고 상기 펌핑탱크(40)에서 뜨거운 스팀과, pH조절 및 난분해성 불소물질의 분해효율을 높이기 위한 약품과 함께 고온고압 반응기(210)로 이송된다. 그리고, 상기 고온고압 반응기(210)에서 가수분해된 불소함유 페수는 2차 반응조(50)로 이송되어 칼슘염, 철염, pH조절 산성약품, Polymer등의 처리제와 함께 반응하여 상기 불소는 불화칼슘의 형태로 고형화되고 2차 침강조(60)에서 응집침전과정을 거쳐 제거된다. 이때, 도 3을 참조하여 살펴보면, 바람직하게 제2 반응조(50)와 제2 침강조(60)를 거친 폐수는 반송관(80)에 의해 반송되어 불소처리효율을 증대시킨다.
또한, 제1 공정(100)과 제2 공정(200)은 외부에 형성된 콘트롤 박스(111)에 의해 자동제어 또는 수동제어된다.
일반적으로 LCD 제조공정상 발생하는 B2O3는 식각공정에서 HF에 의하여 용융되어 붕불화수소산(HBF4)이 되며 이 BF4는 매우 안정한 화합물로 일반적인 처리방법 으로는 제거되지 않는 난분해성 물질이다.
이러한 BF4를 처리하기 위해 기본은 가수분해를 일으켜 붕소와 불소로 분리시킨 후 불소는 불화칼슘의 형태로 처리하는 것이다.
HBF4 + H2O → HBF3(OH) + HF ------- ①
HBF3(OH) + H2O → HBF2(OH)2 + HF ------- ②
HBF2(OH)2 + H2O → HBF3(OH)3 + HF ------- ③
HBF(OH)3 + H2O → H3BO3 + HF ------- ④
상기 고온고압 반응기(210)는 난분해성 물질인 상기 BF4를 처리하기 위해 최적의 온도, 압력, pH 조건을 가지고 상기 가수분해 반응을 유도한다.
이와 같이 붕소와 불소로 분리된 난분해성 물질을 포함한 폐수는 제2 반응조(50)로 이송되고 상기 불소는 주입된 칼슘염에 의해 불화칼슘의 형태로 처리제거된다.
도 4를 참조하여 난분해성 불소 화합물을 가수분해하여 처리가 용이하도록 하는 제2 공정(200)의 고온고압 반응기(210)를 살펴보면 다음과 같다.
상기 고온고압반응기(210)는 난분해성 불소화합물, 예를 들면 붕화불산을 가수분해하여 붕소와 불소로 분리시키기 위해 온도, 압력, pH를 최적의 조건으로 유지할 수 있도록 구성한다.
이때, 상기 고온고압반응기(210)의 온도는 110∼130℃가 적당하고, pH는 3∼ 4 그리고 압력은 1.5㎏/㎠∼3㎏/㎠을 유지하도록 한다.
이를 위해 상기 고온고압 반응기(210)는 제1 공정을 거친 난분해성 불소함유 폐수를 이송하는 폐수이송관(201)과 고압의 공기를 주입하는 공기주입관(203)과 뜨거운 스팀을 주입하는 스팀주입관(202)과 연통되고, pH 조절 및 난분해성 불소 물질의 분해효율을 높이기 위해 주입하는 약품 주입관(204)이 필요에 따라 직·간접적으로 연통되게 구성한다. 또한, 상기 고온고압 반응기(210)의 내부에 가수분해가 용이하도록 난분해성 불소함유 폐수를 혼합하는 교반장치(211)와 상기 고온고압 반응기(210) 내부의 온도, pH, 압력을 측정하는 검침계(212)와 내부 수면과 동일수면을 가지는 높이의 월류벽(213)과 처리수를 배출하기 위한 배출관(214)을 포함해 구성한다.
그리고, 열교환기(220), 스팀혼합부(230) 그리고 약품혼합부(240)를 상기 고온고압 반응기의 외부에 포함하여 구성해 폐수 중의 난분해성 불소화합물을 가수분해한다.
우선, 상기 폐수이송관(201)은 1차 공정(100)을 통과한 난분해성 불소화합물을 함유한 폐수와 슬러지를 탈수한 탈수여액을 집수하는 펌핑탱크(40)를 통과한 폐수를 이송하는 관으로 상기 스팀혼합부(230)와 약품혼합부(240)를 통과하면서 난분해성 불소화합물의 가수분해가 용이한 온도와 pH를 가지게 되고 바람직하게 상기 고온고압 반응기(210)의 상부에 연통된다.
그리고, 상기 공기주입관(203)은 압력을 조절하기 위한 것으로 고압의 공기를 상기 고온고압 반응기(210)내로 강제주입하여 반응기 내의 압력을 가수분해에 용이한 1.5㎏/㎠∼3㎏/㎠내로 유지하도록 한다.
또한, 상기 스팀주입관(202)은 온도를 조절하기 위한 것으로 다수의 밸브(205)에 의해 2개로 나뉘어 지는데, 하나는 상기 고온고압 반응기(210)의 하부에 연결되어 직접 반응기내로 뜨거운 스팀을 주입하게 되고, 다른 하나는 상기 스팀혼합부(230)에 연결되어 상기 폐수이송관(201)에 의해 이송되는 폐수와 혼합되고 상기 폐수의 온도를 상승하게 한다.
이때, 상기 고온고압 반응기(210)와 직접 연결된 스팀주입관(202)은 반응기를 작동하게 되는 초기 또는 비상시에 작동하여 반응기내의 온도를 가수분해에 용이한 110∼130℃의 온도를 유지하도록 한다.
이와 같이, 난분해성 불소화합물의 가수분해에 용이한 최적의 온도, 압력, pH를 구성한 고온고압 반응기(210)는 내부의 교반장치(211)를 이용해 폐수를 혼합하고 상기 혼합하는 과정에서 난분해성 불소화합물 HBF4는 붕소와 불소로 가수분해된다. 그리고, 상기 가수분해된 불소를 함유한 폐수는 상부에 웨어를 형성한 월류벽(213)을 월류하여 하측에 형성된 배출관(214)을 타고 배출된다.
이때, 바람직하게 상기 월류벽(213)은 고온고압 반응기(210)의 일측을 구획하여 공간을 형성하고 반응기 내의 수면과 동일높이를 가지도록 형성되며, 상기 배출관(214)은 상기 월류벽(213)이 형성하는 공간내에 위치하여 가수분해된 불소를 함유한 폐수 중 상등수를 이송한다.
또한, 상기 고온고압 반응기(210)의 외부에는 에너지를 절감하기 위해 열회 수 시스템으로 열교환기(220)를 포함해 구성하는데, 상기 열교환기(220)에서 상기 배출관(214)과 펌핑탱크(도2, 40)로부터 폐수를 이송하는 폐수이송관(201)의 열교환이 일어난다. 상기 고온고압 반응기(210)내부의 온도는 가수분해에 용이한 110∼130℃의 온도로 상기 배출관(214)을 따라 이송하는 처리수의 온도 또한 상기 온도를 유지하고 있으며, 상기 폐수이송관(201)을 따라 이송되는 불소함유 폐수는 상온의 온도를 유지하고 있다. 따라서, 상기 열교환기 내에서 상기 배출관(214)과 폐수이송관(201)은 열교환해 상기 불소함유 폐수는 일정 온도 상승하게 되고 처리수는 바람직하게 40℃ 이하의 온도를 유지하며 다음 공정으로 이송된다.
그리고, 상기 열교환기(220)를 통과한 폐수이송관(210)은 고온고압 반응기(210)에 폐수를 유입하기 전에 상기 스팀주입관(202)과 스팀혼합부(230)에서 연통되어 반응에 필요한 온도를 유지하게 된다. 이때, 상기 스팀혼합부(230)는 가스와 액체가 혼합되는 곳으로 바람직하게는 벤츄리관의 형상을 가지며 일측에 상기 폐수이송관(201)과 뜨거운 공기를 이송하는 스팀주입관(202)이 연통되어 있다.
이때, 상기 스팀주입관(202)은 상기 고온고압 반응기(210)와 연통된 관과 별개의 관으로 밸브(205)에 의해 구분되고 바람직하게 대부분의 뜨거운 스팀은 상기 스팀주입관(202)을 통해 상기 스팀혼합부(230)내로 유입되어 폐수의 온도를 상승시킨다.
또한, 상기 폐수이송관(201)은 상기 고온고압 반응기(210)로 폐수를 유입하기 전에 최적의 pH를 유지하기 위해 상기 약품주입관(204)과 약품혼합부(240)에서 연통되어 폐수와 pH조절 약품을 혼합한다.
상기 약품주입관(204)은 고온고압 반응기(210)내의 pH를 3∼4로 유지하고 난분해성 불소물질의 분해율을 높이기 위한 약품이 주입되는 관으로 상기 약품은 상기 약품혼합부(240)에서 스팀혼합부(230)를 통과해 온도가 상승된 폐수이송관(201)과 연통되어 상기 폐수이송관을 통해 이송되는 폐수의 pH 유지 및 가수분해 효율을 높인다.
그리고, 상기 약품혼합부(240)는 도 5를 참조하여 살펴보면 내주면이 나선형의 홈을 포함한 관으로 상기 약품혼합부(240)에서 폐수는 상기 나선형의 홈을 따라 회전하면서 이동하게 된다. 이때, 상기 약품혼합부(240)의 일측에 연통되게 형성된 약품주입관(204)을 통해 주입된 약품은 상기 나선형의 홈을 따라 회전하는 폐수에 골고루 섞여 혼합되고 따라서 상기 폐수는 난분해성 불소화합물의 가수분해가 용이한 최적의 pH를 가지게 된다.
다시 도 4를 참조하면, 이렇게 온도가 상승하고 적정 pH를 갖춘 난분해성 불소함유 페수는 폐수이송관(201)을 통해 상기 고온고압 반응기(210)내로 유입된다.
이와 같이 구성한 고온고압 반응기(210)에서의 난분해성 불소화합물의 가수분해과정을 폐수의 흐름에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저, 펌핑탱크(도2, 40)에 펌핑된 난분해성 불소화합물을 함유한 폐수는 폐수이송관(201)에 의해 이송되고, 상기 폐수는 폐수이송관(201)이 열교환기(220)를 통과하면서 열교환에 의해 어느정도 온도가 상승하게 된다.
그리고, 상기 폐수는 스팀혼합부(230)에서 주입된 뜨거운 스팀에 의해 가수분해에 용이한 최적의 온도를 가지게 되고, 약품혼합부(240)에서 주입된 pH조절 약 품 및 난분해성 불소물질 제거효율을 높이기 위한 약품에 의해 pH가 3∼4를 유지하게 되며, 이와 같이 온도과 pH가 조절된 폐수는 폐수이송관(201)에 의해 상기 고온고압 반응기(210)내로 유입된다.
다음으로, 상기 폐수는 고온고압 반응기(210)에서 공기주입관(203)을 통해 주입된 고압의 공기에 의해 1.5㎏/㎠∼3㎏/㎠의 압력을 받게 되고 폐수에 포함된 난분해성 불소화합물 HBF4는 가수분해반응을 일으켜 붕소와 불소로 분리된다.
그리고, 상기 가수분해된 불소함유 폐수는 월류벽(213)을 넘어 고온고압 반응기(210)의 일측에 형성된 배출관(214)을 따라 제2 반응조(50)와 제2 침강조(60)로 이송되고, 상기 불소는 주입된 칼슘염과 철염 등의 불소처리제에 의해 불화칼슘의 형태로 고형화되어 처리된다.
이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 불소함유 폐수 처리 시스템은, 난분해성 불소 화합물을 처리가 용이하도록 가수분해하기 때문에 불소함유 폐수로부터 불소제거효율을 극대화한다.
또한, 고농도 불소함유 폐수처리에 적용가능(원수 HF농도 5000~10000ppm)하여 원수 농도변화에 영향 받지 않고 안정적으로 처리 가능하고, 보통의 경우 1차공 정의 1단처리만으로도 불소농도 10ppm 이하 처리가 가능하다.
Claims (5)
- 난분해성 불소함유 폐수를 집수하는 집수조와, 상기 집수조를 거친 폐수가 불소처리제와 반응하여 불화칼슘으로 고형화되는 제1 반응조와, 상기 제1 반응조를 거친 폐수와 불화칼슘을 응집침전하여 분리하는 제1 침강조를 포함하여 구성하는 제1 공정과;상기 제1 공정을 통과한 폐수 중의 난분해성 불소 화합물이 가수분해되는 고온고압 반응기와, 상기 고온고압 반응기를 거친 폐수와 함께 불소처리제를 첨가하여 고온고압 반응기에서 가수분해된 불소를 불화칼슘으로 고형화하는 제2 반응조와, 상기 제2 반응조를 거친 폐수와 불화칼슘을 응집침전하여 고액분리하는 제2 침강조를 포함하여 구성하는 제2 공정으로 이루어지고;상기 불소처리제는 칼슘염, Fe이온을 함유한 철염, pH조절 산성약품, Polymer(강음이온성 고분자 응집제)로서 폐수 중의 불소는 상기 칼슘염과 반응하여 불화칼슘을 형성하고, 상기 철염에 의해 생성된 수산화 제2철과 상기 불화칼슘이 공침효과를 일으키는 것을 특징으로 하는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 난분해성 불소 화합물은 붕불화수소산(HBF4)으로 상기 BF4는 제2 공정의 고온고압 반응기에서 가수분해되어 붕소와 불소로 분리되고, 상기 분리된 불소 는 칼슘염에 의해 불화칼슘의 형태로 고정처리되는 것을 특징으로 하는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 고온고압 반응기는 제1 공정을 거친 난분해성 불소함유 폐수를 이송하는 폐수이송관과, 고압의 공기를 주입하는 공기주입관과, 뜨거운 스팀을 주입하는 스팀주입관과 연통되고;상기 고온고압 반응기 내부의 불소함유 폐수를 혼합하는 교반장치와;상기 고온고압 반응기 내부의 온도, pH, 압력을 측정하는 검침계와;상기 고온고압 반응기의 일측에 공간을 형성하고 반응기 내부 수면과 동일수면을 가지는 높이의 월류벽과;상기 월류벽을 월류한 처리수를 배출하기 위한 배출관을 포함해 구성하고;상기 제1 공정을 거친 폐수를 이송하는 폐수이송관과 상기 고온고압 반응기의 배출관 사이의 열교환이 일어나는 열교환기와;상기 열교환기를 통과한 폐수이송관과 상기 스팀주입관이 연통되어 폐수와 뜨거운 스팀이 혼합되는 벤츄리관 형상의 스팀혼합부와;상기 스팀혼합부를 통과한 폐수이송관과 pH조절 및 난분해성 불소물질의 분해효율을 높이기 위한 약품을 주입하는 약품주입관이 연통되어 폐수와 약품이 혼합되는 약품혼합부를 상기 고온고압 반응기의 외부에 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 고온고압 반응기의 pH는 3∼4 사이이고, 상기 고온고압 반응기의 압력은 1.5㎏/㎠∼3㎏/㎠이며, 상기 고온고압 반응기 내의 온도는 110∼130℃인 것을 특징으로 하는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 고온고압 반응기의 약품 혼합부는 내주면이 나선형의 홈을 형성한 관으로 폐수가 상기 나선형의 홈을 따라 이동하면서 상기 약품주입관을 통해 주입된 약품과 혼합되어 폐수의 pH를 조절하는 것을 특징으로 하는 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템.
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| KR1020050133209A KR100569649B1 (ko) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020050133209A KR100569649B1 (ko) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | 난분해성 불소함유 폐수 처리 시스템 |
Publications (2)
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