빠른 답변: 제로 액체 방전은 폐수가 현장을 떠나지 않는다는 것을 의미합니다. 물은 재사용을 위해 회수되고 용해된 염분은 고체로 남습니다. 일반적인 공정은 전처리, 막이 허용하는 한 염수를 농축하는 역삼투, 나머지 부분을 처리하는 증발, 그리고 결정 슬러리를 건조 케이크로 만드는 필터 프레스 또는 원심분리기입니다. 역삼투는 저렴한 작업을 하고, 증발은 비싼 작업을 하며, 케이크는 실제로 운반해야 하는 것입니다.
ZLD가 실제로 무엇인지
기존 플랜트는 폐수가 방류할 수 있을 만큼 깨끗해질 때까지 처리합니다. ZLD 플랜트는 방류할 것이 아무것도 남지 않을 때까지 처리합니다. 모든 리터는 회수수로서 공정으로 되돌아가거나 수증기로 빠져나가며, 그 안에 용해되어 있던 모든 것 — 염분, 금속, 경도 — 은 고체로 남습니다.
규제가 일반적인 동인이다. 미국에서는 2024년 보충 증기 전력 규칙이 석탄 화력 발전소의 배연 탈황 폐수, 바닥재 이송수 및 연소 잔류물 침출수에 대해 오염물질 무방류 한계를 설정했다. 다른 지역에서는 수용 수역이 더 이상 염분을 받아들일 수 없는 섬유, 제혁, 제약 및 화학 단지에 ZLD가 부과되거나, 담수가 부족하고 회수된 물이 처리 비용보다 더 가치 있는 곳에서 자발적으로 선택된다.
표준 열차, 단계별로
1. 전처리: 멤브레인 보호
RO를 스케일링하거나 오염시킬 수 있는 물질은 먼저 제거해야 합니다. 이는 부유 고형물, 오일, 유기물, 그리고 염수가 농축됨에 따라 침전될 수 있는 경도와 실리카를 의미합니다. 석회와 소다회를 사용한 화학적 연화가 일반적이며, 이 과정에서 자체적인 슬러지가 발생하는데, 이는 탈수 처리됩니다. 챔버 필터 프레스 최종 소금과 함께. 이 단계를 건너뛰는 플랜트는 막 세척과 증발기 가동 중단으로 그 대가를 치른다.
2. 역삼투: 저렴한 부분
RO는 압력을 이용해 염수에서 물을 제거하며, 압력은 열보다 훨씬 저렴하다. 문제는 삼투압인데, 이는 염도가 높아질수록 상승한다. 표준 해수용 요소는 약 80 bar까지 견디도록 설계되어 있으며, 총용존고형물이 대략 70–80 g/L를 넘으면 염수의 삼투압이 이 한계에 근접하여 회수가 중단된다. 따라서 RO는 일반적으로 공급수에 따라 물의 50–75%를 회수할 수 있고, 수십 g/L 농도의 농축수를 남긴다. 고압 RO와 다단 설계는 이를 더욱 밀어붙인다. 이들이 남기는 농축수 부피가 이후 모든 downstream 설비의 규모와 비용을 결정한다.
3. 증발: 비용이 많이 드는 부분
남은 염수는 끓인다. 물 1세제곱미터를 증발시키는 데는 약 2,260MJ의 잠열이 필요한데, 이는 전혀 회수하지 않을 경우 약 630kWh의 열에너지에 해당한다. 염수 농축기는 이 열의 대부분을 회수한다. 기계적 증기 재압축은 증기를 압축해 그 열을 재사용하여 더 많은 염수를 끓이므로, 전력 수요는 원래 잠열의 일부에 불과하다. 그럼에도 증발은 세제곱미터당 RO보다 몇 배 더 비용이 많이 들기 때문에, RO가 먼저 처리할 수 있는 물 1리터는 모두 처리할 가치가 있다.
브라인 농축기는 여전히 펌핑 가능한 슬러리 상태에서 멈추는데, 일반적으로 주요 염의 포화점 또는 그 바로 아래에서 멈춘다. 결정화기나 태양 연못이 작업을 마무리한다: 물이 증발하고 염이 결정화된다.
4. 고형물 탈수: 현장에서 반출되는 부분
결정화기는 포화된 모액 속에 염 결정의 슬러리를 생성하며, 일반적으로 고형분이 20–40%입니다. 폐기 전에 탈수해야 하며, 모액은 배수구가 아닌 결정화기로 되돌아가야 합니다. 장비를 결정하는 세 가지 요소는 다음과 같습니다:
- 부식. 고온에서 포화된 염화물 및 황산염 염수는 탄소강과 많은 스테인리스 등급을 공격합니다. 폴리프로필렌 판과 천은 영향을 받지 않으며, 이는 이곳에서 필터 프레스가 흔한 이유 중 하나입니다. 젖는 금속 부품은 듀플렉스 스테인리스 또는 라이닝으로 지정됩니다.
- 혼합염. 산업용 ZLD에서는 단일한 깨끗한 염이 거의 생성되지 않는다. 케이크는 염화나트륨, 황산나트륨, 칼슘 및 마그네슘 염, 그리고 공급 원료에 포함되어 있던 미량 금속의 혼합물이다. 이는 일반적으로 유해 폐기물 또는 제한 폐기물로 분류되며 중량 기준으로 처분되므로 케이크의 건조도가 중요하다.
- 케이크 워싱. 염이 비위험성 폐기물로 판매되거나 매립될 경우, 케이크에 갇힌 모액이 불순물을 함유하게 됩니다. 필터 프레스는 케이크를 건조 및 배출하기 전에 제자리에서 세척할 수 있지만, 원심분리기는 그렇게 할 수 없습니다.
A 멤브레인 필터 프레스 결정 슬러리를 일반적으로 잘 형성된 결정의 경우 80–90% 고형분을 함유한 케이크로 만들며, 압착 단계는 사이클을 단축시킨다. 반면, 1단계에서 나온 연화 슬러지는 다른 금속 수산화물 슬러지와 마찬가지로 거동하며 챔버 프레스에서 30–40%로 탈수된다.
물이 가는 곳과 비용이 가는 곳
| 스테이지 | 제거하는 것 | m³당 상대 비용 | 부산물 |
|---|---|---|---|
| 전처리 | 고형물, 오일, 경도, 실리카 | 낮음 | 연화 슬러지 (필터 프레스) |
| 역삼투 | 삼투액으로서 물의 50–75% | 낮음에서 중간 정도 | 증발기로 농축 |
| 브라인 농축기 | 남아 있는 물의 대부분 | 높음 | 포화 염수 |
| 결정화기 | 물의 마지막 | m³당 최고 | 크리스탈 슬러리 |
| 탈수 | 결정 모액 | 낮음 | 폐기 또는 판매용 소금 케이크 |
그 표가 주는 교훈은 간단하다: 가장 저렴한 입방미터는 증발기에 도달하지 않는 물이다. 더 나은 전처리는 RO가 더 높은 회수율로 운전되게 하고, 더 높은 RO 회수율은 증발기, 결정화기, 에너지 비용을 함께 줄인다.
최소 액체 배출: 정직한 대안
ZLD를 요구하는 많은 플랜트는 사실상 최소 액체 배출이 필요합니다. 소량의 농축 염수를 허가된 증발 연못, 심정, 염수 라인 또는 제3자 처리업체로 보낼 수 있다면, 결정화기는 공정도에서 사라지고 그와 함께 자본과 에너지의 상당 부분도 사라집니다. RO와 염수 농축기를 조합하거나, 고회수 설계의 RO 단독으로도 진정한 무배출 비용의 일부로 90–98%의 물 회수율에 도달할 수 있습니다. 제로 방출을 설계하기 전에 규제 기관에 허가가 실제로 무엇을 요구하는지 문의하십시오.
ZLD 제안서에 무엇을 보내야 할까요?
전체 수질 분석(TDS, 염화물, 황산염, 나트륨, 칼슘, 마그네슘, 실리카, COD, 오일), 일일 유량, 요구되는 재이용 수질, 사용 가능한 에너지(스팀, 전력, 각각의 가격), 그리고 고형물의 처분 경로. 이를 바탕으로 RO 회수율, 증발기 부하, 일일 건조 염 생산량, 그리고 연수 슬러지와 염 케이크 모두에 대한 탈수 장비를 추정할 수 있습니다.
관련: 산업용 RO 정수 시스템, 중금속 폐수 처리, 폐수 처리장에서 발생하는 슬러지의 양은 얼마나 됩니까?, 그리고 산업 폐수 처리 설비.
자주 묻는 질문
제로 리퀴드 디스차지란 무엇을 의미하나요?
현장에서 액체 폐수는 배출되지 않습니다. 물은 재사용을 위해 회수되거나 증발되며, 모든 용존 고형물은 고체 케이크 형태로 제거됩니다. 이 용어는 기술적인 의미만큼이나 규제적인 의미도 지닙니다. 즉, 특정 기계를 설명하는 것이 아니라 허가 조건을 설명하는 것입니다.
ZLD 플랜트에서 증발기 앞에 RO가 사용되는 이유는 무엇인가요?
압력으로 물을 제거하는 것이 열로 제거하는 것보다 훨씬 저렴하기 때문입니다. RO는 먼저 물의 50–75%를 제거하므로, 증발기와 결정화기는 원래 유량의 일부에 맞게 설계됩니다. RO는 삼투압이 염분 농도에 따라 상승하여 멤브레인이 견딜 수 있는 한계를 초과하게 되므로 단독으로 작업을 완료할 수 없습니다.
ZLD에서 RO 회수율을 제한하는 요인은 무엇인가?
삼투압과 스케일링. 표준 멤브레인은 대략 80 bar까지 견디도록 설계되어 있으며, 이는 약 70–80 g/L TDS에서 도달한다. 또한 황산칼슘과 실리카 같은 난용성 염은 전처리에서 제거되지 않으면 그보다 훨씬 전에 멤브레인에 침전된다.
ZLD 소금 케이크는 유해 폐기물인가요?
종종, 그것은 공급 원료로부터 미량 금속과 유기물을 운반하는 염의 혼합물이기 때문입니다. 분류는 지역 규칙과 물 속에 무엇이 있는지에 따라 달라집니다. 필터 프레스에서 케이크를 세척하면 케이크가 함유한 모액이 줄어들고 분류가 바뀔 수 있습니다.
최소 액체 방류란 무엇인가?
물의 90–98%를 회수하고 소량의 농축 염수를 결정화하지 않고 승인된 배출구로 보내는 설계입니다. 이는 입방미터당 가장 비싼 단계인 결정화기를 피하며, 처음에 ZLD를 요구하는 많은 현장에 적합한 답입니다.
ZLD 고형물에는 어떤 탈수 장비가 사용됩니까?
결정 슬러리용 필터 프레스와 원심분리기, 연화 슬러지용 필터 프레스. 필터 프레스는 염수가 부식성이 있거나, 케이크를 세척해야 하거나, 폐기 중량을 줄이기 위해 최고의 케이크 고형분이 필요한 경우에 선호된다.
수질 분석, 유량 및 에너지 비용을 보내주시면 슬러지와 염분 모두에 대한 회수 단계를 설계하고 탈수 규모를 산정해 드리겠습니다: ZLD 플로우시트 및 사이징을 요청합니다.
참고 문헌: US EPA — 증기 전력 발전 폐수 지침, 2024년 최종 규칙, US EPA — 2024 스팀 전력 최종 규칙 팩트 시트.
이 글은 우리의 가이드의 일부입니다 폐수 슬러지 탈수.