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Also, the sewage freezing concentration system which was designed as a small and medium capacity was analyzed in relation to the rate of electricity consumption and daily treatment capacity to suggest the direction of system development. The cost effectiveness of the freezing concentration system was analyzed with operating energy consumption based on computer-aided analysis.

연구의 배경

동결농축기술을 기반으로 한 동결농축폐수처리시스템의 상용화가 연구되고 있다. 이러한 중소규모 배출시설에 동결농축수처리시설을 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

Table 1.1 Per capita water resources by country [2]

종래의 연구

국내에서는 Song [31]이 동결농축법을 이용한 소규모 축산폐수 처리를 위한 무방류 기술을 연구하였다. (주)지오텍환경으로 확인됩니다. [7]은 환경부의 지원을 받아 동결농축법을 이용한 악성폐수 처리의 실용화에 관한 연구를 수행하였다.

Fig. 1.8 Pilot plant for ice crystallization of Wakisaka et. al. [27]

실험개요

실험장치 및 실험방법

실험장치

실험방법

염화나트륨수용액 대상 실험결과 및 고찰

냉각면 온도에 따른 영향

기포 분사방법에 따른 영향

중금속 수용액 대상 실험결과 및 고찰

냉각면 온도 및 기포 분사에 따른 영향

초기빙층 두께에 따른 영향

동결농축과정의 열교환 모델

동결층 성장의 이론적 단순모델

이 시점에서 고화 계면이 지속되기 위해서는 계면에서 고화 층으로의 열 전도에 의해 전달되는 열의 양이 항상 물 쪽에서 반대쪽으로 전달되는 열의 양보다 커야 합니다. 둘 사이의 차이만큼의 잠열량을 경계면의 물 측에서 빼앗아 냉동 경계면이 진행됩니다.

이론적 단순모델에서 동결량 및 열량

여기서는 경계면의 이동 속도가 상대적으로 느리고, 순간적으로 경계면 위치에서의 온도 분포는 경계면이 정지해 있다고 생각할 때의 정규 온도 분포와 거의 같다고 가정한다.

Fig. 2.30 Ice layer along vertical cooling tube at simplified model

실험결과 동결량 및 열분석

그러나 실제 냉동과정에서는 수용액으로부터의 열전달과 외부열의 침투를 고려하여 총 열량을 계산해야 한다. 여기서는 상용 프로그램인 HYSYS를 사용하여 동결-농축 공정에 필요한 총 열량을 용량으로 하는 열교환기를 먼저 모델링했습니다.

Fig. 2.31 Test section insulated by polyethylene mat

시스템의 구성 및 운전

시스템 구성

제3장 동결농축폐수처리시설의 설계 브라인 순환부는 냉 브라인 탱크, 브라인 탱크 및 각 순환 펌프로 구성됩니다.

Fig. 3.1 Waste-water FC system process [38]

시스템 운전

폐수 동결 농축 처리가 완료되면 농축된 폐수는 농축조로 배출됩니다. 남은 농축폐수는 후처리를 통해 최종 처리됩니다.

Fig. 3.2 Waste-water treatment process in the factory

시스템 해석을 위한 설계 조건

기본 설계 데이터

온 브라인(On Brine)은 냉장고 콘덴서의 냉각열을 저장했다가 이를 제상 과정에서 활용하여 충분한 온도로 데울 수 있도록 설정한 제품입니다. 각 제빙관에 주입되는 기포의 양은 1회당 5L/min으로 설정되었습니다. 튜브.

Table 3.1 Basic design data of waste-water FC treatment system

주요 설계

빙상의 초기 결빙 작업이 완료된 후 처리할 원폐수를 유입하고 초기 빙상에 결빙층이 발달하여 폐수를 농축시키는 역할을 합니다. 얼음층의 초기 동결 시간은 시스템 작동 모드와 설계된 투과성에 따라 결정됩니다.

Fig. 3.3 Ice layer along cooling tube (2) 냉동기의 운전조건

시스템 설계에 필요한 열량 계산

제4장 냉동 농축폐수처리시스템의 분석 및 개요. 본 프로그램은 동결농축수처리시설의 열원인 냉각시스템을 분석하고, 각종 펌프의 가동에 따른 시스템에서 소비되는 전력을 파악하는데 사용되었다.

Fig. 3.5 Waste-water freeze concentration procedure

HYSYS 프로그램의 시스템 해석 조건

시스템 해석 적용 상태방정식

시스템 주요 Unit Operation 해석 이론

펌프의 작동은 압축기의 작동과 유사하지만 비압축성 유체에 적용됩니다. 실제 동력은 입구 유체와 출구 유체 사이의 열 흐름 차이와도 같습니다.

완속운전 및 급속운전시스템 해석

시스템 설계부하 및 냉브라인 순환량 계산

설계부하를 결정한 후, 각 시스템에 필요한 냉열을 제공하는데 필요한 냉염수 순환량을 계산하였다.

Table 4.1 Design heat capacity and cold brain flow rate

HYSYS를 이용한 폐수농축처리과정의 시스템 해석

각 설계 실행에 대한 시스템 작동 시간을 계산하고 표 4.22에 요약했습니다. 제 5장 냉동 농축 폐수 처리 시스템의 경제성 분석.

Fig. 4.2 Modeling of waste-water FC treatment system without fresh water cooler

기타 펌프의 소요 동력 계산

완속운전 및 급속운전시스템 해석 결과

설계처리량에 따른 시스템 해석

• 시스템 설계부하 및 냉브라인 순환량 계산
• HYSYS를 이용한 폐수농축처리과정의 시스템 해석
• 기타 펌프의 소요 동력 계산
• 설계처리량에 따른 시스템 해석 결과

설계 처리량 변화에 따른 시스템 분석에 사용되는 변수는 Table 4.12에 요약되어 있다. 결국 설계부하는 처리량에 따라 연결되어 증가하게 된다.

Table 4.12 System parameters for modeling of waste-water FC process

운전처리량 변화에 따른 시스템 해석

운전시간 계산

그러나 폐수 처리 시간은 운영량에 따라 달라지므로 담수를 예냉하는 데 필요한 시간도 달라집니다. 폐수의 동결농축처리공정이 완료되면 남은 농축폐수는 배출됩니다.

Table 4.24 Fresh water temperature after precooling

소비전력량 계산

처리량이 증가하면 시스템 부하도 증가하고 전력 소모도 증가한다. 동결량이 증가함과 동시에 동결농축능력도 증가하는 경향이 있다. 또한, 처리량이 증가하면 생성되는 얼음의 양도 증가하여 냉동농축능력, 즉 제빙능력이 증가하게 된다.

Table 4.30 Power consumption of system at operation treatment capacity

소결론

경제성 분석을 위한 조건

두 번째는 시스템 처리량, 즉 생산성입니다. 마지막으로 시스템의 에너지 효율을 높이는 것이다.

설계 조건에 따른 시스템 효율 분석

완속운전 및 급속운전시스템 에너지 효율 및 일일처리량

설계처리량에 따른 시스템의 에너지 효율 및 일일처리량

작업 흐름별 작업 시간은 표 4.27과 같습니다. 계산 결과, 동결폐수처리시스템의 냉각효율은 1.12 정도로 낮은 것으로 나타났다.

Table 5.3 Rate of electric power consumption at design treatment capacity

운전처리량에 따른 시스템의 에너지 효율 및 일일처리량

폐수처리방법에 따른 경제성 비교

증발농축처리법의 처리비용

동결농축폐수처리시스템의 운전비용 및 위탁처리비용

동결폐수농축처리시설의 운영비용을 산정하기 위한 시스템 에너지 소비량은 표 4.21의 설계 처리량에 대한 시스템 분석 결과로부터 구한 전력량을 기준으로 하였다. 아래 표 5.10은 냉동 및 농축 하수처리시설에서 사용하는 전력에 대한 처리용량별 전기요금과 산업폐수 전문 부하처리업체에 위탁할 경우의 비용을 계산한 표이다.

폐수처리방법별 처리비용

증발농축처리에서는 전기를 사용할 때 운영비용이 가장 낮았으나, 동결농축법을 사용할 때보다는 높았다. 따라서 동결농축방식은 증발농축방식 및 위탁처리에 비해 매우 경제적임을 알 수 있다.

열회수를 통한 냉난방 적용 시 시스템 효율 분석

냉방 적용 시 시스템 효율

일반적으로 냉동공조 분야에서는 에어컨의 효율을 평가하는 방법으로 에너지 효율의 단위인 에너지효율비(EER)와 성능계수(COP)를 사용한다. EER은 식 (5.4)로 표현된다. 이는 공급된 열 중 많은 양이 1차 얼음층이 녹는 동안 담수를 냉각시키고, 폐수 처리 시 폐수를 어는점까지 냉각시키는 데 사용되며, 일부는 펌프로 사용되기 때문이다. 단기 작동을 위한 전력.

난방 적용 시 시스템 효율

냉난방 모두 적용 시 시스템 효율

동결농축폐수처리시스템의 최종 경제성 분석

폐수처리비용의 경제성

열회수를 통한 냉난방 적용 시 경제성

동결농축폐수처리시스템의 종합적 경제성

소결론