KR100268592B1 - 하수 슬러지 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 하수 슬러지의 에너지화 효율을 극대화시킴은 물론이고 폐수의 발생을 최소화시킴으로서 오염발생의 원인을 해결하여 통합폐기물 관리시스템의 열원으로 사용코자 한 것으로, 하수 슬러지와 1차 건조 슬러지가 혼합기로 투입되어 일정 비율로 상호 혼합된 후 고온의 열을 통해 건조되며, 이 건조물이 분사되어 사이크론과 이송수단을 경유하여 분급기와 분쇄기를 통해 일정치 이하로 분쇄됨과, 이 분쇄량의 일부는 혼합물로, 나머지는 빈에 저장되도록 하며, 연료 분사기를 통해 저장된 슬러지를 소각로의 열원으로 사용되도록 하고, 또한, 소각로의 온도를 낮추기 위해 상기 건조기의 배출 증기를 소각로의 배출덕트에 공급시키며, 소각로에서 배출되는 애쉬는 애쉬 사이크론에서 집진한 후 과열증기는 건조기로 투입되고, 포집된 애쉬는 애쉬빈에 저장함은 물론, 상기 사이크론에서 배출된 공기는 백 필터에서 여과 후 각 브로워와 소각로의 내압 발란스용으로 사용하고, 상기 건조기에서 증발된 증기의 일부는 소각로 배출 온도 조절용으로, 나머지는 덕트 스크러버를 통해 베이퍼 응축기에서 응축시키되, 불응축 가스는 응축기 배기 팬을 통해 소각로에 투입되고, 쿨링타워로 냉각되도록 함과, 소각로의 폐열은 에어필터에서 공급된 상온의 에어와 혼합되고 백 필터에서 여과후 애쉬는 애쉬빈에 저장되고, 여과된 공기는 스테크에서 배출되도록 하였다.

Description

하수 슬러지 처리방법

본 발명은 하수 슬러치 처리방법에 관한 것으로, 특히 하수 종말 처리장에 적용되어 여기서 배출되는 각종 하수 슬러지의 에너지화 효율을 극대화시킴은 물론이고 폐수의 발생을 최소화시킴으로서 오염발생의 원인을 근본적으로 해결하기 위해 하수 슬러지를 건조한 후에 이를 고체연료로 사용하여 통합폐기물 관리시스템의 열원으로 사용코자 제공되는 개선된 기능의 하수 슬러치 처리방법에 관한 것이다.

주지하다시피, 작금의 우리 현실은 1960년대 이후의 급속한 경제발전으로 인한 생활수준의 향상으로 폐기물 배출량이 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 폐기물의 질적 특성도 현저하게 변화되어 왔다.

특히, 식생활 변화에 따라 배출되는 폐기물의 질적 특성중 하나가 바로 유기성 폐기물이다.

그러나, 이 유기성 폐기물은 여러 가지의 종류가 대량으로 발생되고 있으며, 그 처리방안이 적절치 못하다는 구조적인 문제점을 포함하고 있다.

예컨대, 슬러지류, 플라스틱류 및 생쓰레기류는 별도의 조치 없이 단순 매립시키는 등의 방법을 채택하여 환경 오염과 자원활용의 길을 스스로 막아버림으로서 현재 매우 심각한 상태에 놓여있다.

따라서, 이와 같은 유기성 폐기물의 문제를 해결하기 위해서는 그것을 자원화 또는 순환 이용되도록 하는 방안이 고려되어야 한다.

이때, 상기의 순환 이용이 가능한 유기성 폐기물로는 분뇨, 가축분뇨, 생쓰레기, 정화조 슬러지 및 하수 슬러지 등이 그 대상이 될 수 있다.

그러나, 하수 슬러지는 수분 함유량이 대단히 높아 이를 에너지 화하려면 혐기성 소화에 의한 메탄가스화의 방법을 채택하여야 하나, 이 방법을 적용하게 되면 공정의 말단에서부터 발생하는 폐수의 처리가 문제된다.

폐기물에 대해서는 지역간, 종류, 배출하는 각 업종마다 문제 상황이 다르기 때문에 대응하는 방법도 감량화, 재자원화, 처리의 용이화등 각 상황에 따라 구체적이고도 세밀한 대책을 강구해갈 필요가 절실해진다.

이에 따라 최근 선진국들은 새로운 개념의 통합폐기물 관리(Integrated Solid Waste Management)방법을 도입하고 있으며, 지속가능한 발전의 전체적인 필요성과 관련하여 폐기물 관리방안 역시 사회적, 환경적, 경제적 측면에서 지속 가능한 형태가 되어야 한다는 것이며, 이때 환경적 지속가능성이란 에너지 사용과 오염물 배출율의 감소를 포함한 폐기물 관리시스템의 총체적인 환경영향 감소에 그 중점을 두고 있다.

특히, 환경적인 지속가능성을 위해 필요한 것은 에너지와 자원의 사용, 대기, 수계, 토양으로의 환경배출을 포함한 환경관리를 적절히 수행함으로써 총체적인 환경영향의 감소가 필수적이라는 것이다.

그러나, 이 경우 환경개선이란 경비가 너무 많이 소요되면 실행에 옮길 수 없으므로 경제적 지속가능성의 측면에서 볼 때 수용 가능한 총체적 비용으로 운영될 수 있는 시스템의 개발이 절대적으로 요구된다.

통상적으로, 하수 슬러지의 처리방법으로는 크게 재활용과, 소각, 매립 등으로 분류될 수 있다.

그러나, 어떠한 유기성 폐기물의 경우에도 상기한 어떤 한가지 폐기물 관리 방법으로 폐기물중의 모든 물질을 효과적으로 처리할 수는 없으므로 각각의 폐기물을 재활용, 생물학적 처리, 물리적 처리, 열적처리 등을 적절히 이용하여 처리하는 몇 가지 처리방법을 혼용하여 경제적, 환경적 측면에서 가장 이상적인 방법을 선택하여야 한다.

따라서, 통합폐기물 관리의 구체적인 방법으로는 발생원에서부터 최종 처분후 사후관리까지의 총체적인 대책 강구가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기 통합폐기물 관리에 따라 하수 슬러지의 에너지화 효율을 극대화시킴은 물론 처리시 발생하는 폐수와 악취의 발생을 제로화시킴으로 오염발생의 원인을 근본적으로 차단시킴에 그 안출된 목적이 있다.

즉, 본 발명은 폐기물 발생원에서부터 폐기물을 최대한 억제시키며, 일단 발생한 폐기물은 최적 자원화를 위하여 적절하게 분리 처리시키고, 이 폐기물의 건조 등 설비의 가동에 필요한 에너지원으로의 자원화를 모색한다.

이러한, 통합폐기물 관리방안을 하수 슬러지의 종합처리시스템으로 도입하기 위하여, 본 발명에 의한 하수 슬러지의 유기질 성분은 건조의 전 처리 공정과 열풍발생 및 폐가스 소각 등의 공정을 거쳐 에너지원으로 변환되고, 나머지 회성분만이 재로 배출됨으로서 폐기물의 무게를 대폭적으로 감량시킨 후에 매립되도록 한다.

여기서, 건조 및 폐가스 소각 과정 등에서는 수분을 다량으로 증발시키기 위하여 높은 기화열(539 Kcal/Kg)이 필요하게 되나, 상기 소각로에서 발생된 에너지를 회수하여 건조공정 등의 공정가동중에 발생하는 냄새의 소각 등에 재 사용함으로서 원천적인 에너지 절약과 대기공해방지가 가능하게 된다.

이 하수 슬러지의 소각 회수열을 이용한 처리방안은 기술적, 경제적 측면에서 그 활용성이 매우 높다.

이를 위하여 본 발명의 처리 방법은 하수 슬러지와 1차 건조 슬러지가 혼합기로 투입되어 일정 비율로 상호 혼합되도록 한 단계; 혼합된 슬러지가 건조기에 투입된 후 고온의 열을 통해 건조되도록 한 단계; 상기 건조물이 송풍기를 통해 분사되어 사이크론과 이송수단을 경유하여 분급기와 분쇄기를 통해 일정치 이하로 분쇄되는 단계; 이 분쇄량의 일부는 혼합물로, 나머지는 사이크론을 경유하여 빈에 저장되도록 한 단계; 연료 분사기를 통해 저장된 슬러지를 소각로의 열원으로 사용되도록 한 단계; 소각로의 발생 온도를 낮추기 위해 상기 건조기의 배출 증기를 사이크론을 경유시켜 소각로의 배출덕트에 공급하기 위한 단계; 소각로에서 배출되는 애쉬는 애쉬 사이크론에서 집진된 후 과열증기는 건조기로 투입되고, 포집된 애쉬는 애쉬빈에 저장하는 단계; 상기 사이크론에서 배출된 공기의 일부는 백 필터에서 여과 후 각 브로워로 사용되며, 나머지는 소각로의 내압 발란스용으로 사용되도록 한 단계; 상기 건조기에서 증발된 증기의 일부는 소각로 배출 온도 조절용으로, 나머지는 덕트 스크러버를 통해 베이퍼 응축기에서 응축시키되, 불응축 가스는 응축기 배기 팬을 통해 소각로에 투입되고, 쿨링타워로 냉각되도록 한 단계; 및 소각로의 폐열은 에어필터에서 공급된 상온의 에어와 혼합되고 백 필터에서 여과후 애쉬는 애쉬빈에 저장되고, 여과된 공기는 스테크에서 배출되는 단계가 구비됨을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 처리방법중 하수 슬러지의 건조 및 소각을 위한 구성도.

도 2 는 본 발명에 있어 하수 슬러지의 배기 및 세정을 위한 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 혼합기 2 : 건조기

3, 4a : 스크류콘베이어 4, 7, 13 : 사이크론

5 : 분급기 6 : 분쇄기

8 : 빈 9 : 연료 분사기

10 : 소각로 14 : 배출덕트

15 : 애쉬 사이크론 16, 26 : 애쉬빈

17, 25 : 백 필터 18 : 연료용 공기 브로워

19 : 연료 분사용 브로워 20 : 덕트 스크러버

21 : 응축기 22 : 배기 팬

23 : 쿨링타워 24 : 에어필터

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 구체적으로 설명한다.

첨부된 도 1과 도 2 는 본 발명의 처리방법중 하수 슬러지의 건조 및 소각과 배기 및 세정을 위한 각각의 구성도이다.

본 발명의 실시예에 의해 제공되는 처리 방법에 따르면, 먼저 하수 슬러지와 후술하는 1차 건조 슬러지가 상호 일정 비율로 적절히 혼합될 수 있도록 혼합기(1)에 투입되는데, 충분하게 혼합된 상태의 슬러지가 건조기(2)에 투입된 후 약 600℃의 고온을 통해 건조되도록 한다.

이 건조기(2)는 상기에서와 같은 고온과, 고습도(절대습도 0.54∼0.8 Kg_water/Kg_{dry gas})의 열풍을 건조에 필요한 열 매체로 사용하는 과열증기건조기로서, 보통의 열풍을 가열원으로하는 직접 접촉식 건조 장치나 증기를 가열원으로하는 간접 접촉식 건조장치와 비교할 때 수분 증발 속도는 약 2배, 열효율의 차이는 약 20∼30％, 건조기의 크기는 약 1/2∼2/3배 정도가 높게 운전되므로 건조장치의 제작비용과 건조에 필요한 각종의 운전비용을 절감할 수가 있게 된다.

건조에 필요한 과열 증기는 건조기(2)에서 발생하는 배기가 소각로로 재 순환되면서 가열되어 얻어지는 것이고, 이러한 과열 증기 건조장치의 구성 및 특징은 아래와 같은 것인바,

즉, 수분증발속도가 빠르며, 소형화가 가능하고, 운전에 필요한 만큼의 배기만 건조장치외로 방출하는 상태에서 운전하므로 순환을 하지 않는 타건조장치와 비교할 때 배기가 건조장치외로 방출하는 폐열량이 적어지므로 결국 열효율이 상승하게 되어 소각에 필요한 에너지의 절감으로 열효율이 높게된다.

또한, 최소한의 배가스 량과, 약 120℃의 배기가스 온도로 배가스용 대기공해방지 설비의 크기가 적어지며, 건조재료의 산화 및 폭발의 위험성이 없고, 로터리 방식을 채용하여 건조재료의 대량처리에 적합함은 물론, 공정의 안정성과 취급 조작이 매우 용이하다는 것이다.

이와 같이 건조기(2)를 통과한 건조물은 전술한 바와 같이 1차 건조 슬러지를 형성하기 위해 이송수단으로 마련되는 스크류콘베이어(3)를 거쳐 별도의 송풍기(3a)를 통해 분사됨으로 사이크론(4)과 정량공급제어용의 이송수단인 스크류콘베이어(4a)를 경유하여 분급기(5)와 분쇄기(6)를 통해 일정치 이하로 분쇄되는데, 이 분쇄물의 70∼90％는 혼합물로, 나머지인 30∼10％는 사이크론(7)을 경유하여 빈(8)에 저장되도록 한다.

이때, 상기 빈(8)에 저장된 슬러지는 별도로 마련되는 연료 분사기(9)를 통해서 저장된 슬러지를 소각로(10)의 약 850℃인 열원으로 사용한다.

상기 소각로(10)의 최초 가동은 경유저장조(11) 및 경유버너(12)를 이용하여 가동시키며, 소각로(10)의 온도 유지를 위한 에너지 발란스로도 경유버너(12)를 이용한다.

소각로(10)에서 발생된 고온의 온도를 건조기(2)에서 적정 온도(약 600℃)로 쓰기 위해서 상기 건조기(2)의 배출 증기(약 120℃)를 사이크론(13)을 경유시켜 소각로(10)후단의 배출덕트(14)에 적절히 공급시키게 된다.

상기 소각로(10)에서 배출되는 각종의 애쉬는 애쉬 사이크론(15)에서 집진 처리된 후 여기에서 발생되는 과열증기는 건조기(2)로 재투입되어 건조열을 형성하게 되는데, 건조의 열원으로서 공급되는 열풍은 소각시 발생하는 열을 열원으로 하여 건조기(2)로 전달되도록 하는 것이다.

또한, 포집된 애쉬는 별도의 애쉬빈(16)에 저장시킴으로 최종적으로 외부 배출이 가능하게 된다.

전술한 사이크론(4)에서 배출된 공기의 일부는 백 필터(17)에서 약 50℃의 온도로 여과된 후 연료용 공기 브로워(18)와 연료 분사용 브로워(19)에 사용되며, 나머지는 소각로(10)의 내압 발란스용으로 사용되도록 한다.

이때, 상기 건조기(2)를 통과하여 증발된 증기의 일부는 소각로(10)의 배출 온도 조절용으로 사용하고, 나머지는 덕트 스크러버(20)를 통해 베이퍼 응축기(21)에서 응축시키게 되는데, 응축기(21)의 불응축 가스는 응축기 배기 팬(22)에 의해 소각로(10)에 투입되고, 응축기(21)의 냉각은 쿨링타워(23)를 이용하게 된다.

한편, 소각로(10)의 약 850℃ 정도되는 폐열은 에어필터(24)에서 공급된 상온의 에어와 혼합하여 약 100℃로 조절된 후 백 필터(25)에서 여과되고, 애쉬는 애쉬빈(26)에 저장되며, 여과된 공기는 스테크(27)에서 대기 중으로 배출되도록 하는 구성적 체계를 갖는다.

상기의 구성에 의하면, 건조가 된 슬러지를 미세하게 분쇄하면 이를 중유처럼 직접 소각로에 분무하여 연소시킬 수가 있으며, 소각로의 구조도 매우 간단하게 된다는 것이다.

물론, 이때 건조 슬러지는 단순히 연료로써의 역할만을 수행하게 된다.

또한, 하수 슬러지를 다룰 때에 발생하는 대부분의 가스상 오염물 등은 냄새나 색깔을 가지고 있는 것인데, 냄새의 주원인은 주로 유기화합물들 때문이며, 이러한 유기화합물들은 그 대부분이 가연성이므로 본 발명의 소각처리에 따라 제거 또는 안정화가 가능하다.

오염물질의 열화학적 전환은 425∼820℃의 온도범위에서 유기오염물질의 산화에 의해서 이루어진다.

열소각장치는 거의 모든 가스상의 오염 물질 소각에 사용될 수 있으며, 악취제거나 독성가스의 무해와 그리고 가시적인 가스상 유기오염물질의 완전제거 이외에도 비교적 간단한 설계 및 운영방법에 그 유용성이 있다.

한편, 소각에 사용되는 에너지의 양을 최소화하기 위하여 건조기(2)배기의 약 40％ 정도만 소각을 하고, 나머지 60％정도는 건조기 입구 열풍의 과열 증기화를 위한 온도 조절용으로 순환되므로 건조에 소요되는 에너지만을 가지고서도 폐가스의 소각을 효율적으로 처리할 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명은 매립의 극소화에 의한 폐기물의 감량화와 폐자원의 회수 및 재활용을 극대화하여 하수 슬러지의 에너지화 및 퇴비화를 도모하고, 위생적으로 안전하면서도 생화학적으로 안정된 처리가 가능함은 물론, 폐기물의 성상에 맞는 효율적이면서도 경제적인 처리가 가능한 것으로, 하수 슬러지의 에너지화 효율의 극대화로 폐수와 악취의 발생을 제로화시키고, 오염발생의 원인을 근본적으로 차단시킨다는 경제적 유용성을 갖는다.

한편, 본 발명은 그에 관한 최선의 실시예를 예거하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구 범위에 국한되어 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다면 지금까지 설명된 실시예의 변경을 고려해 볼 수도 있음은 물론이다.

Claims (1)

1. 하수 슬러지와 1차 건조 슬러지가 혼합기로 투입되어 일정 비율로 상호 혼합되도록 한 단계; 혼합된 슬러지가 건조기에 투입된 후 고온의 열을 통해 건조되도록 한 단계; 상기 건조물이 송풍기를 통해 분사되어 사이크론과 이송수단을 경유하여 분급기와 분쇄기를 통해 일정치 이하로 분쇄되는 단계; 이 분쇄량의 일부는 혼합물로, 나머지는 사이크론을 경유하여 빈에 저장되도록 한 단계; 연료 분사기를 통해 저장된 슬러지를 소각로의 열원으로 사용되도록 한 단계; 소각로의 발생 온도를 낮추기 위해 상기 건조기의 배출 증기를 사이크론을 경유시켜 소각로의 배출덕트에 공급하기 위한 단계; 소각로에서 배출되는 애쉬는 애쉬 사이크론에서 집진된 후 과열증기는 건조기로 투입되고, 포집된 애쉬는 애쉬빈에 저장하는 단계; 상기 사이크론에서 배출된 공기의 일부는 백 필터에서 여과 후 각 브로워로 사용되며, 나머지는 소각로의 내압 발란스용으로 사용되도록 한 단계; 상기 건조기에서 증발된 증기의 일부는 소각로 배출 온도 조절용으로, 나머지는 덕트 스크러버를 통해 베이퍼 응축기에서 응축시키되, 불응축 가스는 응축기 배기 팬을 통해 소각로에 투입되고, 쿨링타워로 냉각되도록 한 단계; 및 소각로의 폐열은 에어필터에서 공급된 상온의 에어와 혼합되고 백 필터에서 여과후 애쉬는 애쉬빈에 저장되고, 여과된 공기는 스테크에서 배출되는 단계가 구비됨을 특징으로 하는 하수 슬러치 처리방법.