(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (45) 공고일자 2010년04월09일 (11) 등록번호 10-0951955 (24) 등록일자 2010년04월01일 (73) 특허권자 (51) Int. Cl. 재단법인서울대학교산학협력재단 C02F 1/72 (2006.01) C02F 11/06 (2006.01) 서울특별시관악구봉천7동산4의 2번지 (21) 출원번호 10-2008-0066150 (72) 발명자 (22) 출원일자 2008년07월08일이윤우심사청구일자 2008년07월08일서울관악구봉천동산4-2 서울대학교교수아파트 (65) 공개번호 10-2010-0006008 122A-504 (43) 공개일자 2010년01월18일신영호 (56) 선행기술조사문헌서울특별시관악구신림2동 103-149 203호 US5888389 A1 ( 뒷면에계속 ) KR1020060022743 A (74) 대리인 KR1020050077443 A 박영우 KR100506817 B1 전체청구항수 : 총 14 항심사관 : 하승규 (54) 유기폐수및무기폐수의혼합처리방법및처리장치 (57) 요약 초임계수산화반응을이용하여독립적으로발생하는유기폐수및무기폐수를혼합하여처리하는방법이개시된다. 유기폐수및무기폐수의혼합처리방법에있어서, 유기폐수및무기폐수는각각또는혼합되어고압펌프로연속적으로주입된후, 예열기로가열되고, 반응기에서처리되고열교환을거쳐배출된다. 무기폐수는반응기에서무기입자를형성하여유기폐수의유기물분해를촉진시킴으로써, 유기폐수의유기물분해율을향상시키고, 무기입자를회수할수있다. 대표도 - 도 1-1 -
(72) 발명자 김화용 서울특별시관악구봉천 2 동동아아파트 109 동 803 호 강병희 서울특별시관악구봉천 11 동 196-310 번지미림연립 305 호 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 유기폐수, 무기폐수및산화제가유입되고, 이를혼합하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성하는혼합기 ; 상기혼합폐수가유입되고, 상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에형성된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해하는산화반응기 ; 상기산화반응기로부터배출되는배출수와상기혼합기로유입되는유기페수를열교환시키는제1 열교환기 ; 및상기배출수가유입되고, 상기배출수에포함된무기입자를회수하는입자분리기를포함하는구성을갖는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 2 제 1항에있어서, 상기혼합기로상기무기폐수를 218 내지 700atm 압력으로가압공급하는제1 펌프 ; 및상기제1 펌프와연결된제1 공급라인을통해공급되는무기폐수를가열하는제1 가열부를더포함하는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 3 제 1항에있어서, 상기혼합기로상기유기폐수를 218 내지 700atm 압력으로가압공급하는제2 펌프 ; 및상기제2 펌프와연결된제2 공급라인을통해공급되는유기폐수를 300 내지 650 의온도로가열하는제2 가열부를더포함하는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 4 제 3항에있어서, 상기제2 공급라인에상기무기폐수를 218 내지 700atm의압력으로가압공급하는제1 펌프를포함하는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 5 제 1항에있어서, 상기산화제를 218 내지 700atm의압력으로가압공급하는제3 펌프를포함하는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 6 제 1항에있어서, 상기입자분리기는고압입자분리기및상압입자분리기를포함하는것을특징으로하는무기폐수및유기폐수의혼합처리장치. 청구항 7 제 1항에있어서, 상기배출수의온도는 10 내지 100 로낮추는제2 열교환기및상기배출수의압력을감소시키는감압기를더포함하는것을특징으로하는혼합처리장치. 청구항 8 제공되는유기폐수, 무기폐수및산화제를혼합하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성하는단계 ; 상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에석출된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시키는단계 ; 및상기산화분해반응으로형성된배출수에포함된무기입자를회수하는단계를포함하는무기폐수및유기폐수의혼합처리방법. 청구항 9-3 -
제 8항에있어서, 상기유기폐수를 218 내지 700atm 이상의압력으로가압공급하는단계 ; 및상기가압공급되는유기폐수를 300 내지 650 의온도로가열하는단계를더포함하는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 청구항 10 제 9항에있어서, 상기혼합폐수형성전에상기무기폐수와상기유기폐수는서로혼합되도록공급되는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 청구항 11 제 8항에있어서, 상기무기폐수를 218 내지 700atm의압력으로가압공급하는단계 ; 및공급되는무기폐수를 0 내지 650 로가열하는단계를더포함하는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 청구항 12 제 8항에있어서, 상기산화제는 218 내지 700atm의압력으로가압되며, 상기무기폐수또는무기폐수와유기폐수의혼합물과혼합되도록공급되는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 청구항 13 제 8항에있어서, 상기무기입자의석출은상기유기물의분해시생성되는반응열에의해촉진되는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 청구항 14 제 8항에있어서, 상기무기입자의회수는상기배출수에무기입자를고압입자분리하는단계 ; 고압입자분리된배출수를감압하는단계 ; 감압된배출수에서기체와액체를별도로분리하는단계 ; 및기체가분리된배출수를저압입자분리하는단계를순차적으로수행하여이루어지는것을특징으로하는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법. 명세서 발명의상세한설명 [0001] 기술분야본발명은유기폐수및무기폐수의혼합처리방법및이를수행하기위한혼합처리장치에관한것이다. 보다상세하게는, 초임계수산화기술을이용하여유기폐수및무기폐수를효과적으로정화할수있는혼합처리방법및이를수행하기위한혼합처리장치에관한것이다. [0002] [0003] 배경기술산업현장에서배출되는폐수는제품을생산하는과정에서필연적으로발생되는부산물들이다. 현재산업폐수의처리방법으로생물학적처리방법이가장널리사용되고있다. 그러나상기생물학적처리방법은고농도의유기물또는난분해성유기물을함유한폐수의처리에는적합하지않다. 뿐만아니라, 중금속등의무기물이함유되어있는무기산업폐수의경우에는생물학적처리방법으로중금속의제거가어렵다. 이에따라, 보다효과적으로고농도의유기물또는난분해성유기물을함유한폐수의처리문제를해결하기위해초임계수산화법을이용한폐수처리기술이도입되었다. 이러한초임계수산화법은오염물이존재하는폐수자체를액상으로유지하는대신폐수의임계점 ( 임계온도 374, 임계압력 218기압 ) 이상으로조정하고산소또는공기와같은산소원의존재하에서오염물을산화처리하는방법이다. - 4 -
[0004] [0005] [0006] 초임계수에서의산화반응은산소와유기물사이의물질전달저항이없기때문에수분이내에대부분의유기오염물을 99.99 % 이상분해시키는능력을발휘할수있다. 여기서주생성물은물과이산화탄소이며적절히처리된최종생성물은무해하기때문에특별한후처리없이그대로배출될수있다. 유기물함유폐수의초임계수산화법은폐수에함유되어있는무기물질의석출로인하여초임계수산화반응기가막히는문제점을갖는다. 이러한문제점은초임계수산화반응기에서유체의빠른선속을구현하여무기물질석출에의한반응기의막힘을방지할수있다. 그러나초임계수를이용하여무기성분을다량함유하고있는유기폐수의정화및포함된무기물질을효과적으로회수또는제거하는기술의개발은미약한상황이다. 발명의내용 [0007] [0008] 해결하고자하는과제상기와같은문제점을해결하기위한본발명의목적은유기폐수와무기폐수의혼합후초임계산화기술을적용하여유기물의분해와무기물의회수를동시에수행할수있는유기폐수및무기폐수의혼합처리장치를제공하는데있다. 또한, 본발명의다른목적은초임계산화기술을적용하여폐수내에포함된유기물의분해와무기물의회수를동시에수행할수있는유기폐수및무기폐수의혼합처리방법을제공하는데있다. [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] 과제해결수단상술한본발명의목적을달성하기위한본발명의일실시예에따른유기폐수및무기폐수의혼합처리장치는혼합기, 초임계산화반응기, 제1 열교환기, 입자분리기를포함한다. 상기혼합기는유기폐수, 무기폐수및산화제가유입되고, 이를혼합하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성하는유닛이다. 상기초임계산화반응기는상기혼합폐수가유입되고, 상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에형성된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시키는유닛이다. 상기제 1 열교환기는상기산화반응기로부터배출되는배출수와상기혼합기로유입되는유기페수를열교환시키는유닛이다. 상기입자분리기는상기배출수가유입되고상기배출수에포함된무기입자를회수하는유닛이다. 이러한구성을갖는장치는무기성분을다량함유하고있는유기폐수의정화및포함된무기물질을효과적으로회수할수있다. 일실시예에따르면, 상기처리장치는혼합기로상기무기폐수를 218atm 이상의압력으로공급하는제1 펌프및상기제1 펌프와연결된제1 공급라인을통해공급되는무기폐수를가열하는제1 가열부를더포함한다. 또한, 상기혼합기로상기유기폐수를 218atm 이상의압력으로공급하는제2 펌프및상기제2 펌프와연결된제2 공급라인을통해공급되는유기폐수를 300 내지 650 의온도로가열하는제2 가열부를더포함한다. 상기입자분리기는고압입자분리기및상압입자분리기를포함한다. 상술한본발명의목적을달성하기위한본발명의일실시예에따른유기폐수및무기폐수의혼합처리방법을수행하기위해서, 먼저제공되는유기폐수, 무기폐수및산화제를혼합하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성한다. 이어서, 상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에석출된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시킨다. 이어서, 상기산화분해반응으로형성된배출수에포함된무기입자를회수한다. 상술한방법을수행하면무기성분을다량함유하고있는유기폐수의정화및포함된무기물질을효과적으로회수할수있다. 일실시예에따르면, 상기처리방법은유기폐수를 218 기압이상의압력으로가압공급하는단계및상기가압공급되는유기폐수를 300 내지 650 의온도로가열하는단계를더포함할수있다. 또한, 상기처리방법은상기무기폐수를 218atm 이상의압력으로가압공급하는단계및공급되는무기폐수를 0 내지 650 로가열하는단계를더포함할수있다. 상기산화제는 218atm 이상의압력으로가압되며, 상기유기폐수, 무기폐수또는이들의혼합물과혼합되도록공급될수있다. 상기무기입자의석출은상기유기물의분해시생성되는반응열에의해촉진될수있다. 상기무기입자의회수는상기배출수에무기입자를고압입자분리하는단계와고입입자분리된배출수를감압하는단계와감압된배출수에서기체와액체를별도로분리하는단계및기체가분리된배출수를저압입자분리하는단계를순차적 - 5 -
으로수행하여이루어질수있다. [0016] 효과상술한구성을갖는유기폐수및무기폐수의혼합처리장치는기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에형성된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시킬수있다. 이에따라, 혼합폐수에포함된유기물분해율을향상시킬수있는동시에형성되는무기입자를 99.8% 이상회수할수있다. [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] 발명의실시를위한구체적인내용본발명의실시예들은유기폐수및무기폐수의혼합처리장치및방법에대하여첨부된도면을참조하여상세하게설명하지만, 본발명이하기의실시예들에제한되는것을아니며, 해당분야에서통상의지식을가진자라면본발명의기술적사상을벗어나지않는범위내에서본발명을다양한다른형태로구현할수있을것이다. 특정한구조적내지기능적설명들은단지본발명의실시예들을설명하기위한목적으로예시된것으로, 본발명의실시예들은다양한형태로실시될수있으며본명세서에설명된실시예들에한정되는것으로해석되지않으며, 본발명의사상및기술범위에포함되는모든변경, 균등물내지대체물을포함하는것으로이해되어야한다. 본명세서에서사용되는용어는단지특정한실시예들을설명하기위해사용된것으로, 본발명을한정하려는의도는아니다. 단수의표현은문맥상명백하게다르게뜻하지않는한, 복수의표현을포함한다. 본명세서에서, " 포함하다 " 또는 " 가지다 " 등의용어는실시된특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품또는이들을조합한것이존재함을지정하려는것이지, 하나또는그이상의다른특징들이나숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품또는이들을조합한것들의존재또는부가가능성을미리배제하지않는것으로이해되어야한다. 다르게정의되지않는한, 기술적이거나과학적인용어를포함해서여기서사용되는모든용어들은본발명이속하는기술분야에서통상의지식을가진자에의해일반적으로이해되는것과동일한의미를가지고있다. 일반적으로사용되는사전에정의되어있는것과같은용어들은관련기술의문맥상가지는의미와일치하는의미를가지는것으로해석되어야하며, 본출원에서명백하게정의하지않는한, 이상적이거나과도하게형식적인의미로해석되지는않는다. 실시예 1 도 1은본발명의실시예 1에따른유기및무기폐수의혼합처리장치를나타내는구성도이다. 도 1을참조하면, 본실시예 1의유기폐수및무기폐수를정화기위한혼합처리장치는무기폐수공급펌프 (12), 유기폐수공급펌프 (14), 산화제공급펌프 (16), 무기폐수가열기 (22), 유기폐수가열기 (24), 혼합기 (32), 산화반응기 (34), 1차열교환기 (36), 2차열교환기 (38) 및입자분리기 (40) 를포함하는구성을갖는다. 상기무기폐수공급펌프 (12) 는제1 공급라인 ( 미도시 ) 을통해상기무기폐수가열기 (22) 와연결되고, 무기폐수를 218atm 이상의압력으로가압하여상기혼합기 (32) 로내부로공급한다. 상기무기폐수가열기 (22) 는상기혼합기 (32) 와연결되고, 상기혼합기 (32) 로유입되는무기폐수를산화반응이용이하게일어날수있도록가열한다. 상기무기폐수가열기 (22) 는상기무기폐수를약 0 내지 650 로가열하고, 바람직하게약 25 내지 374 로가열한다. 상기유기폐수공급펌프 (14) 는상기제2 공급라인 ( 미도시 ) 을통해상기 1차열교환기 (36) 와연결되고, 무기폐수를 218atm 이상의압력으로가압하여상기혼합기 (32) 로내부로공급한다. 상기유기폐수가열기 (24) 는상기혼합기 (32) 와 1차열교환기 (36) 사이에구비되고, 상기혼합기로제공되는유기폐수를초임계산화반응이용이하게일어날수있도록가열한다. 상기유기폐수가열기는상기유기폐수를약 300 내지 650 로가열한다. 상기산화제공급펌프 (16) 는상기제3 공급라인 ( 미도시 ) 을통해상기혼합기 (32) 와연결되고, 산화제를약 218atm 이상의압력으로가압하여상기혼합기 (32) 로내부로공급한다. 일예로서, 상기산화제가무기폐수와혼합된상태로상기혼합기내부로공급될수있도록상기산화제공급펌프 (16) 는제3 공급라인 ( 미도시 ) 을통해상기제1 공급라인 ( 미도시 ) 과연결될수있다. 상기혼합기 (32) 는상기산화반응기 (34) 와연결되도록구비되고, 가압및가열된상태로공급되는무기폐수, 유기폐수및산화제가유입 / 혼합되는공간을갖는동시에유입된유기폐수, 무기폐수및산화제를균일하게혼 - 6 -
합하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성한다. [0027] [0028] [0029] [0030] [0031] [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] [0039] 일예로서, 상기혼합기 (32) 는아임계상태로주입된혼합폐수를혼합기내에서발생하는유기물의발열반응을이용하여초임계상태의혼합폐수로만든이후, 상기산화반응기 (34) 로주입시킬수있다. 일예로서, 상기혼합기 (32) 는상기산화반응기 (34) 내부의상단에노즐의형태로설치될수있다. 상기산화반응기 (34) 는상기혼합기 (32) 와열교환기 (36) 사이에구비되고, 상기혼합기 (32) 에서제공되는혼합폐수를제공받아상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에형성된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해하는초임계산화반응유닛이다. 상기 1차열교환기 (36) 는상기산화반응기 (34) 로부터배출되는배출수와상기혼합기 (32) 로유입되는유기폐수를열교환시키는유닛이다. 즉, 상기 1차열교환기는상기유기폐수가열기로제공되는유기폐수에배출수의열을제공함으로서에너지를절약하는유닛이다. 상기 2차열교환기 (38) 는상기 1차열교환기 (36) 와상기고압입자분리기 (42) 사이에구비되며, 상기 1차열교환된배출수에포함된무기입자를이후공정에서보다용이하게회수될수있도록상기배출수의온도를약 100 이하즉, 10 내지 100 로온도는낮춘다. 상기입자분리기 (40) 는상기 2차열교환기에서냉각된배출수를제공받고, 고압입자분리기 (42), 감압기 (44), 기액분리기 (46) 및상압입자분리기 (48) 를포함하는구성을갖는다. 상기고압입자분리기 (42) 는고압의상태에서상기배출수에포함된무기입자를 1차적으로여과하는여과기이고, 상기감압기 (44) 는고압의배출수의압력을낮추는유닛이며, 상기기액분리기 (46) 는감압시상기배출수에서발생되는기체를분리시키는유닛이다. 상기상압입자분리기 (48) 는감압후배출수에존재하는무기입자를 2차차적으로분리및회수하는유닛이다. 상기상압입자분리기의예로서는침전조, 여과기, 원심분리기등을들수있다. 이하, 상기실시예 1의구성을갖는처리장치를적용하여초임계사화공정을이용한유기폐수및무기폐수를혼합처리 ( 정화 ) 방법을설명하기로한다. 먼저, 유기폐수, 무기폐수및산화제를혼합기에제공하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성한다. 구체적으로, 상기무기폐수는무기폐수공급펌프 (12) 로 218atm 이상의압력으로가압된후, 무기폐수가열기 (22) 에서 0 내지 650 사이의온도로가열되어혼합기 (32) 로공급된다. 상기유기폐수는유기폐수공급펌프 (14) 로 218atm 이상의압력으로가압된후, 유기폐수가열기 (24) 에서 300 내지 650 의사이의온도로가열되어혼합기 (32) 로공급된다. 보다구체적으로상기유기폐수는 1차열교환기에서 1차적으로가열된후상기유기페수가열기에서 2차가열되어상기혼합기로공급된다. 상기산화제는산화제공급펌프 (16) 로 218atm 이상의압력으로가압되며, 상기무기폐수또는무기폐수와유기폐수의혼합물과혼합되도록공급된다. 일예로서, 상기유기폐수는염소, 불소, 브롬, 황, 인및질소등을포함하는부식성음이온및금속성양이온의성분을소량포함하는폐수이다. 즉, 상기유기폐수는유기물을주로포함하는폐수이다. 상기무기폐수는 Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pb, Zr, Pd, Ce 등과같은금속성양이온성분을주로포함하는폐수이다. 상기산화제는산소, 공기, 산소를포함하는기체, 오존, 과산화수소수용액, 산소를포함한액체등을포함한다. 특히, 상기산화제의공급량은상기유기폐수의유기물을산화분해시키는데필요한산화제필요량과상기무기폐수에포함된유기물을산화분해시키는데필요한산화제필요량및상기무기폐수에포함된무기물을산화시키는데필요한산화제필요량을더하여산출될수있다. 바람직하게는산화제주입량은상기각각의산화제필요량에대하여 1 내지 50 중량 % 를초과하는것이바람직하다. 이어서, 상기혼합기 (32) 에서형성된혼합폐수를상기산화반응기 (34) 내로제공하여초임계산화반응시킨다. 이에따라, 상기혼합폐수에포함된무기물을무기입자상태로석출시키는동시에석출된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시킨다. 상기산화반응기에서무기입자의석출은상기유기물의분해시생성되는반응열에의해촉진될수있다. 이어서, 산화분해반응을통해상기산화반응기에서형성된배출수의열을이용하여 1차열교환기 (36) 에서상기혼합기로제공되는유기폐수를가열한다. 이어서, 1 차열교환기 (36) 에서일부열이손실된배출수를 2 차열교환기 (38) 에서 10 내지 100 로냉각한다. 상기냉각된배출수에포함된무기입자를입자회수기 (40) 를통해회수함으로서무기입자와배출수를분리한다. 구체적으로상기무기입자와배출수를회수및분리하기위해서는먼저상기냉각된고압의배출수에 - 7 -
포함된무기입자를고압입자회수기 (42) 에서 1차여과하여분리한다. 이후, 무기입자가 1차여과된배출수의압력을감압기 (44) 에서감압한다. 이후, 감압된배출수를기액분리기 (46) 에서기체와액체의배출수로별도분리한다. 이후, 기체가분리된배출수를상압입자분리기 (48) 에서무기입자를 2차여과분리한다. 이에따라, 혼합폐수에포함된유기물을효과적으로분해할수있는동시에오염원인무기입자를별도로회수할수있다. [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] 실시예 2 도 2는본발명의실시예 2에따른유기및무기폐수의혼합처리장치를나타내는구성도이다. 도 2을참조하면, 본실시예 2의유기폐수및무기폐수를정화기위한혼합처리장치는무기폐수공급펌프 (112), 유기폐수공급펌프 (114), 산화제공급펌프 (116), 폐수가열기 (125), 혼합기 (132), 산화반응기 (134), 1 차열교환기 (136), 2차열교환기 (138), 입자분리기 (140) 를포함하는구성을갖는다. 본실시예 2에서개시된무기폐수공급펌프, 유기폐수공급펌프, 산화제공급펌프, 혼합기, 산화반응기, 1차열교환기, 2차열교환기, 입자분리기에대한구체적인설명은실시예 1과동일하기때문에중복을피하기위해생략한다. 구체적으로본실시예 2의처리장치는실시예 1과달리상기무기페수와유기폐수가상기혼합기에서혼합되지않고, 상기폐수가열기로유입되기전에혼합될수있는구조를갖는것을특징으로한다. 즉, 상기유기폐수공급펌프에서제공되는유기폐수가제2 공급라인통해상기 1차열교환기로제공되는구조를가질경우상기무기폐수공급펌프는상기제2 공급라인과연결되는구조를갖는다. 이에따라, 상기혼합폐수형성전에상기무기폐수와상기유기폐수는서로혼합되어상기 1차열교환기또는폐수가열기에유입될수있다. 이하, 상기실시예 2의구성을갖는처리장치를적용하여초임계사화공정을이용한유기폐수및무기폐수를혼합처리 ( 정화 ) 방법을설명하기로한다. 먼저, 유기폐수, 무기폐수및산화제를혼합기에제공하여아임계또는초임계상태의혼합폐수를형성한다. 구체적으로, 상기무기폐수는무기폐수공급펌프 (112) 로 218atm 이상의압력으로가압된후, 상기유기폐수와혼합되어폐수가열기 (125) 에서약 300 내지 650 의사이의온도로가열되어혼합기 (132) 로공급된다. 보다구체적으로상기무기폐수는유기폐수와함께 1차열교환기에서 1차적으로가열된후상기유기폐수가열기에서 2 차가열되어상기혼합기로공급된다. 상기산화제는산화제가압펌프로 218atm 이상의압력으로가압되며, 상기무기폐수와유기폐수의혼합물과혼합되도록공급된다. 이어서, 상기혼합기 (132) 에서형성된혼합폐수를상기산화반응기 (134) 내로제공하여초임계산화반응시킨다. 이어서, 1차열교환기 (136) 로상기배출수를제공함으로서상기배출수의열을이용하여상기혼합기 (132) 로제공되는유기폐수를가열한다. 이어서, 1 차열교환기 (136) 에서일부열이손실된배출수를 2 차열교환기 (138) 에서 10 내지 100 로냉각한다. 상기냉각된배출수에포함된무기입자를입자회수기 (140) 를통해회수함으로서무기입자와배출수를분리한다. 구체적으로상기무기입자와배출수를회수및분리하기위해서는먼저상기냉각된고압의배출수에포함된무기입자를고압입자회수기 (142) 에서 1차여과하여분리한다. 이후, 무기입자가 1차여과된배출수의압력을감압기 (144) 에서감압한다. 이후, 감압된배출수를기액분리기 (146) 에서기체와액체의배출수로별도분리한다. 이후, 기체가분리된배출수를상압입자분리기 (148) 에서무기입자를 2차여과분리한다. 이에따라, 혼합폐수에포함된유기물을효과적으로분해할수있는동시에오염원인무기입자를별도로회수할수있다. 이하, 평가예를통하여본발명을더욱상세하게설명하며, 그러나, 하기평가예는본발명을예시하기위한것으로서본발명은하기평가예에의하여한정되지않고다양하게수정및변경될수있다. 아크로나이트릴폐수와구리폐수의혼합처리평가상기도 1에도시된구성을갖는혼합처리장치를이용하여혼합폐수의정화함에있어서, 아크로나이트릴폐수단독으로처리할경우와아크로나이트릴폐수와구리폐수가혼합된혼합폐수의경우및온도의조건을달리할경우이에따른유기물의분해도여부를평가하였다. 즉, 온도변화및무기입자의생성여부에따른유기물분해효과를평가하였다. 그결과가도 3의그래프에개시되어있다. - 8 -
[0054] [0055] [0056] [0057] [0058] [0059] [0060] 여기서, 초임계산화반응으로무기입자의유기물분해촉진효과를파악하기위하여, 250atm 압력, 체류시간 2 초, 반응전총탄소함량 0.491 mol/l, 산화제필요량의 50 중량 % 초과조건을동일하게유지하였고온도는 400 에서 600 로변경하였다. 도 3은무기폐수존재여부및온도변화에따른유기물분해율을나타내는그래프이다. 도 3을참조하면, 아크로나이트릴폐수와구리폐수가혼합된혼합폐수를처리할때, 구리폐수로부터발생되는구리산화물입자들이아크로나이트릴폐수에함유된유기물을분해시키는촉매로써작용하는것을확인할수있다. 또한, 아크로나이트릴폐수와구리폐수가혼합된혼합폐수를처리할때 500 이하의온도에서높은유기물분해율을갖는것을확인할수있었다. 도 4는혼합폐수의초임계산화반응으로형성된무기입자의 X선회절분석그래프이다. 도 4를참조하면, 무기폐수와유기폐수가혼합된혼합폐수를초임계산화시킬경우무기입자인구리및구리산화물입자가형성되는것이확인되었다. 즉, 혼합폐수의산화반응이후무기입자가별도로회수될수있는것을알수있다. 이에따라, 초임계산화공정을수행하여아크로나이트릴폐수와구리폐수의혼합폐수를처리할경우구리폐수로부터형성되는구리입자의촉매작용으로유기물분해율이크게증가하고형성된구리입자는배출된침전물로부터회수될수있음이확인되었다. 온도변화및무기폐수의혼합여부에따라초임계수산화반응기내부에서무기폐수로부터무기입자가형성되고, 배출되어얻어지는회수율을하기표 1에개시하였다. [ 표 1] [0061] [0062] 표 1은참조하면, 아크로나이트릴폐수와구리폐수의혼합폐수를 500 로처리할때 97.9% 의구리회수율을보이고, 600 로처리할때 99.8% 의구리회수율을보이는것을알수있다. 초임계수를이용하여아크로나이트릴폐수와구리폐수의혼합폐수를처리하는경우, 구리폐수로부터형성되는구리입자의촉매작용으로유기물분해율이크게증가하고, 형성된구리입자는배출된침전물로부터회수됨이확인되었다. [0063] 산업이용가능성본발명에따른구성을갖는유기폐수및무기폐수의혼합처리장치는혼합폐수에포함된무기물을산화시켜무기입자상태로석출시키는동시에형성된무기입자를촉매로하여상기혼합폐수에포함된유기물을연속적으로산화분해시킬수있다. 이에따라, 혼합폐수에포함된유기물분해율을향상시킬수있는동시에형성되는무기입자를 99.8% 이상회수할수있다. 또한, 유기물의분해시생성되는반응열을이용하여무기폐수로부터무기입자의형성을원활하게할수있고, 무기폐수로부터형성되는무기입자의촉매적역할로유기폐수의유기물분해율을크게증가시키는상승작용을발생시킴으로써처리효과를극대화할수있다. [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [0069] [0070] 도면의간단한설명도 1은본발명의실시예 1에따른유기및무기폐수의혼합처리장치를나타내는구성도이다. 도 2는본발명의실시예 2에따른유기및무기폐수의혼합처리장치를나타내는구성도이다. 도 3은무기폐수존재여부및온도변화에따른유기물분해율을나타내는그래프이다. 도 4는혼합폐수의초임계산화반응으로형성된무기입자의 X선회절분석그래프이다. * 도면의주요부분에대한부호의설명 * 12 : 무기폐수공급펌프 14 : 유기폐수공급펌프 16 : 산화제공급펌프 22 : 무기폐수가열기 - 9 -
[0071] [0072] [0073] [0074] [0075] 24 : 유기폐수가열기 32 : 혼합기 34 : 산화반응기 36 : 1차열교환기 38 : 2차열교환기 40 : 입자분리기 42 : 고압입자분리기 44 : 감압기 46 : 기액분리기 48 : 상압입자분리기 도면 도면 1-10 -
도면 2 도면 3-11 -
도면 4-12 -