KR100323402B1 - 슬러지의 탈취 및 건조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 산업현장에서 발생하는 슬러지를 효과적으로 이용하기 위해서 60 내지 90℃의 저온에서 0.1 내지 200 토르의 진공 분위기 하에서 건조하고, 발생된 수분 및 악취가스를 냉각탑에서 탈취 및 분리하고, 탈취 및 건조 처리된 슬러지를 반출하여 포장이 가능하게 하는 슬러지의 탈취 및 건조 방법과 이 방법에 적용하기에 적합한 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 방법 및 장치를 이용해서 처리된 슬러지는 3000 내지 6000 Kcal/㎏의 열량을 갖고 있다. 이 건조 처리된 슬러지를 화력발전소 등의 산업용 연료로 사용 가능하고 특히, 시멘트 공장에서는 시멘트 제조용 연료로 사용한 뒤 타고남은 재는 시멘트 원료로 사용할 수 있는 획기적인 발명이며, 또한 축산폐수 슬러지를 건조 처리한 슬러지는 많은 유기물을 함유하고 있어 유기농업용 퇴비로도 사용할 수 있다.

Description

슬러지의 탈취 및 건조 장치{Apparatus for deodorizing and drying sludge}

본 발명은 각종 슬러지의 탈취 및 건조 방법과 그 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 상하수도 폐수처리용 슬러지, 각종 산업현장에서 발생되는 슬러지를 효과적으로 재활용하기 위한 슬러지의 탈취 및 건조 방법과 이 방법에 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.

여러 산업 현장에서 발생하는 각종 부산물 및 찌꺼기들은 제조 물질의 종류에 따라 다르지만 일반적으로 각종 중금속류나 유기물 및 화학 물질을 함유하고 있고, 이들의 찌꺼기인 슬러지는 대부분 침전, 폭기, 여과, 탈수 과정을 거쳐 수집되고 있으며, 공통적으로 입자가 미세하고, 각종 유기 물질을 함유하고 있으며, 수분은 70 내지 80% 정도 함유하고 있어 악취가 심하고, 운반 수송이 어려운 특성을 갖고 있다.

이들 슬러지는 우리 나라에서 년간 약 1,100만 톤(97년 기준)으로 매우 많은 양이 배출되고 있으나, 이들 슬러지를 인체에 무해하고 환경 오염을 발생치 않도록 처리하기 위해서는 많은 비용이 소요되어 선진국에서도 이들 슬러지의 처리에 대한 연구에 매우 지대한 관심을 갖고 지속적으로 투자를 하고 있는 실정이다.

현재 이들 슬러지를 처리하기 위한 가장 경제적인 방법으로 전체 발생 물량의 약 73%를 매립하고 있고, 약 22%는 해양에 투기하고 있는 등 전체의 95% 정도가 매립 및 투기되고 있는 실정이다.

그러나, 매립된 슬러지는 중금속 및 각종 유기물을 함유하고 있어 빗물에 의한 침출수가 2차 환경오염을 일으키고, 또한 해양오염을 일으키는 등 사회적으로 상당한 문제를 안고 있다.

따라서, 슬러지를 매립하기 위해서는 침출수의 완벽한 처리 등의 2차 환경오염이 발생치 않도록 해야 하지만, 국내에서는 침출수 방지 대책은 말뿐인 것에 지나지 않는 실정이고, 이로 인해 신문지상에서 가끔 사회적 물의를 일으키고 있으며, 쓰레기 소각장이나 매립장 등 각종 환경 관련 시설에 대해서는 지방자치에서의 님비 현상의 주원인이 되기도 한다.

현재 국내에서 발생되는 슬러지 양을 종류별로 나누어 보면, 하수 슬러지 발생량이 1997년 기준으로 년간 약 135만㎥이고, 이중 약 73%가 매립되고 있고, 약 22%가 해양에 투기되고 있어 2차 환경 오염원이 되고 있으며, 최근 선진국에서 가장 큰 문제로 대두되고 있는 환경 호르몬의 원인이 되고 있다.

이는 선진국인 일본에서도 매립처리가 40%, 해양 투기가 20%이나 이는 안정처리를 완벽하게 한 후에 투기하므로 우리 나라와는 현저한 차이가 있으나, 환경오염 문제의 근원은 남아있는 상태이다. 또한, 축산 폐수의 경우 년간 약 743㎥의 엄청난 양이 발생하여 하천 오염의 50 내지 60%를 차지한다는 보고도 있다.

또한, 산업 폐수 슬러지 역시 년간 약 250만 톤이 발생되고 있으며, 이들 역시 95%이상이 매립 또는 해양 투기되고 있는 실정이다.

산업용 슬러지의 경우에는 많은 중금속류를 함유하고 있으므로 이들 슬러지의 처리 방법으로는 비용이 들더라도 1300℃ 이상의 고온에서 열처리하여 용융 또는 재로서 안정, 무해화 시키거나 화학 물질을 첨가하여 안정화 반응 처리하는 방법이 있으나 이들 방법은 매우 많은 비용이 드는 단점이 있다.

이를 값싸게 경제적으로 대량 처리가 가능하게 하기 위해서, 슬러지 자체의 열량이 3,000 내지 6,000 Kcal/㎏의 열량을 갖고 있는 점에 착안하여 일본의 오노타(小野田) 시멘트사에서 시멘트 제조용 연료 및 원료로의 적용을 위한 연구를 한 바 있다.

이 결과 슬러지 중에 생석회를 30% 이상 혼합시켜 슬러지의 수분을 70 내지 80%에서 40 내지 50%로 낮추고, 취급을 용이하게 하며, 시멘트 제조시 사용을 시도하여 시멘트 제조 공정에서 발생하는 폐열을 이용, 건조시켜 시멘트의 원료 및 연료로 사용하였으나 30% 이상 첨가하는 생석회가 시멘트보다 값이 비싸서 비경제적이며 특히, 운반 중 역시 악취가 가장 큰 문제로 대두되어 운반 및 하역 작업자들이 기피하고 이로 인한 인근 주민들의 반발로 인해 산업현장에서 사용하기 어려운 실정이었다. 또한 물류비에 의한 수송비용 증가와 폐열 건조기 설치에 대한 투자비 등으로 경제성이 없는 것으로 나타났다.

또한, 슬러지에 강력한 유기 탈수제 등을 혼합하여 부착 수분을 흡수하고, 산업용 연료로 사용하는 기술이 일본에서 개발되었으나 경제성 등 아직도 많은 문제점이 노출되어 실용화되지 못하고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 슬러지 처리에 있어서 가장 큰 애로 공정을 살펴본 결과, 악취가 나는 슬러지의 운반, 수송, 하역 시 작업 인부들이 기피하고 있고, 특히 작업자들과 인근 주민들의 투서, 반발 등으로 인해 실용화하는데 어려움이 있다는 점과 다량의 수분이 함유되어 있어 물류비가 많이 든다는 점에 착안하여 가장 먼저 슬러지 중의 악취와 수분을 줄여 물류비 절감과 냄새 제거에 초점을 맞추어 연구한 결과 본 발명의 방법과 장치를 개발하게 되었다.

즉, 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 60 내지 90℃의 저온과 진공 분위기 하에서 슬러지를 교반시키면서 급속으로 건조시키고, 이때 발생하는 악취가스나 수분을 응축 흡수하여 악취 제거 시스템을 통해서 탈취 건조시킬 경우 슬러지의 수분을 20 내지 50％로 낮출 수 있고, 탈취로 인해 운반 및 수송에 어려움이 없으며, 악취 가스로 인한 폭발 위험성도 없고, 공정 트러블의 요인도 해결할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

이에 본 발명은 산업 현장에서 발생되는 각종 슬러지를 효과적으로 이용하기 위해 탈취, 건조시킬 수 있는 방법과 이 방법에 사용하기에 적합한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

제 1도는 본 발명의 제 1구현예에 따른 각종 슬러지의 탈취 및 건조 장치의 개략도 이다.

제 2도는 본 발명의 제 2구현예에 따른 각종 슬러지의 탈취 및 건조 장치의 개략도 이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 ---- 호퍼 11,19 ---- 스크류

12,15,22 ---- 모터 13,20,23 ---- 라인

14 ---- 건조 탱크 16 ---- 교반기

17 ---- 진공 펌프 18 ---- 열교환기

21 ---- 포장기 24 ---- 응축탑

25 ---- 냉각수 공급 탱크 26 ---- 탈취기

27 ---- 응축수 저장 탱크 28 ---- 밸브

29 ---- 응축수 레벨 게이지 30 ---- 응축수 인출 밸브

31 ---- 온도 조절용 보일러

본 발명은 각종 산업 현장, 상하수도 폐수 등의 처리 시 발생하는 각종 슬러지를 60 내지 90℃의 저온 및 0.1 내지 200 토르의 진공 분위기 하에서 급속하게 건조시키고, 건조된 슬러지는 외부로 배출하고, 상기 건조 과정에서 발생된 수분과 악취 가스는 탈취 및 분리하여서 됨을 특징으로 하는 슬러지의 탈취 및 건조 방법인 것이다.

또한, 본 발명은 각종 산업 현장, 상하수도 폐수 등의 처리 시 발생하는 각종 슬러지를 공급하기 위한 수단; 공급된 슬러지를 60 내지 90℃의 저온과 0.1 내지 200토르의 진공 분위기 하에서 교반하면서 급속히 건조시키기 위한 수단; 상기 건조된 슬러지를 배출하기 위한 수단; 및 상기 건조 수단으로부터 발생되는 수분 및 휘발 가스를 탈취 및 분리하기 위한 수단으로 이루어진 각종 슬러지의 탈취 및 건조 장치인 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 각종 산업 현장, 상하수도 폐수 등의 처리시 발생하는 각종 슬러지를 건조 및 탈취시키기 위한 방법과 이에 적합한 장치를 제공하기 위한 것으로, 도 1은 본 발명의 제 1구현예를 나타낸 것이다.

도 1에 의하면, 처리하고자 하는 각종 슬러지는 먼저 호퍼(10)를 통해서 스크류(11)로 공급되고, 스크류 작동 모터(12)의 작동에 의해서 라인(13)을 따라 건조 탱크(14)로 공급된다.

건조 탱크(14)로 공급된 처리하고자 하는 슬러지는 교반기 모터(15)에 의해서 작동하게 되는 교반기(16)에 의해서 약 20 rpm 이하의 속도로 교반되면서 60 내지 90℃의 저온과 0.1 내지 200 토르의 진공 압력하에서 급속하게 건조되어진다.

여기서, 건조 탱크(14)는 0.1 내지 200 토르의 진공 압력에 견딜 수 있는 내구성 재료로 만드는 것이 바람직하며, 예를 들어 기밀성과 진공도를 유지할 수 있도록 철강류, 스텐레스강 및 2가지 이상의 합금 또는 복합 재료로 이루어진 그룹으로부터 적어도 하나를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 건조 탱크(14)는 외부 방열 손실을 최소화하기 위하여 벽을 이중 철판으로 만들고 작동시 벽과 벽 사이의 공기는 진공 펌프(17)에 연결하여 진공으로 유지하므로 열전달을 줄여서 단열성을 높이고, 에너지의 손실을 줄일 수 있다.

진공 펌프(17)에 의한 건조 탱크(14) 내부의 진공 압력과 관련해서, 일반적으로 진공도가 높을수록 수분 및 가스의 증발 속도가 급속히 증가하게 된다. 그러나, 슬러지 중의 가스 종류에 따라 증발 속도 및 가스 폭발 위험성의 상관성을 파악하여 진공도를 설정하는 것이 바람직하므로 본 발명에서는 상기한 바와 같이 0.1 내지 200토르로 하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 슬러지로부터 수분 및 악취의 원인이 되는 유기 물질의 제거를 촉진하기 위해서 열교환기(18)에 의해 온도를 60 내지 90℃로 일정하게 유지시키고, 슬러지의 비면적을 늘이기 위해 교반기(16)로 슬러지를 교반시키며 0.1 내지 200 토르의 정도의 진공 분위기하에서 건조 과정을 수행한다.

여기서, 온도를 상승시키면 수분 및 악취는 급격히 증발되나 악취 가스 중 메탄 가스 등 인화점이 낮은 가스들이 포집되어 폭발의 위험성이 있으므로 온도는 가급적 90℃ 이하가 바람직하며 60℃이하에서는 수분의 증발이 잘 안된다. 만일 90℃ 이상으로 온도를 높일 경우에는 인가되는 열량이 클 뿐 아니라 폭발 등의 안전 사고의 위험도 크고, 60℃ 이하의 조건에서는 아주 높은 진공도를 요구하게 되는데 이는 대형 장치화할 경우 파손 등 안전 문제가 발생할 위험이 있으므로 상기 온도 범위에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기 교반기(16)는 슬러지의 수분 증발 및 악취의 원인이 되는 가스의 휘발을 촉진시키게 되며, 교반기의 회전 속도는 20 rpm 이하가 바람직하고, 만일 20 rpm을 초과할 때에는 회전수에 비해 증발 및 휘발속도가 그다지 증가되지 않아 교반 효율이 저하되는 문제점이 있게 된다.

상기한 바와 같이 건조 탱크(14)에서 건조 처리된 슬러지는 도 1에 나타낸바와 같이 건조 탱크(14) 하부에 설치된 스크류(19)에 의해서 라인(20)을 따라 외부로 배출되어 포장기(21)로 보내어진다. 여기서 부호 22은 건조된 슬러지 고형물을 배출하게 되는 스크류(19)를 작동시키는 모터이고, 부호 31은 상기 열교환기(18)를 조작하게 되는 온도 조절용 보일러이다.

한편, 상기 건조 탱크(14)로부터 수증기 및 휘발가스를 다량 함유한 기체는 라인(23)을 따라서 냉각탑 또는 응축탑(24)으로 유입되어 냉각수 공급 탱크(25)로부터 공급되는 냉각수에 의해서 응축되면서 수분과 가스로 분리되고 가스는 상기 탑(24)의 상부로 방출되어 연소공기로 활용한다. 이때, 발생되는 가스가 냄새(악취)가 나는 경우에는 응축탑(24)의 상부에 위치하는 활성탄을 이용하는 탈취기(26)에 의해서 악취가 제거된 후 대기로 방출된다.

상기 냉각탑 또는 응축탑(24)에서 분리된 수분은 하부에 설치된 응축수 저장 탱크(27)로 모아지고, 밸브(28)를 통해서 외부로 배출된다. 여기서, 부호 29은 응축수 레벨 게이지이고, 부호 30는 응축수 인출 밸브로서 물 레벨 게이지(29)에 의해서 작동하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 제 2구현예를 나타낸 것으로 배기 가스 중의 수분 응축 및 분리 공정을 진공 펌프 다음 공정에 설치한 예를 나타낸 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

실시예 1 내지 3

T석유화학회사에서 방출되는 CTA 슬러지(테레프탈릭 에시드를 주성분으로 하는 슬러지로서 75％의 수분을 함유하고, 인체에 유해하며, 악취가 심하고, 발명량이 5,000 kcal인 물질로서, 지금까지는 해양 폐기를 해오고 있음) 시료 2 ㎏(수분 : 75% 함유)을 본 발명의 건조 및 탈취 장치에 투입하여 다음 표 1과 같이 온도, 압력 조건을 변화시키면서 건조 상태를 시험하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3
진공압력	100토르	100토르	150토르
슬러지 온도	65℃	80℃	80℃
건조시간	4시간	2시간	5시간
수분함량	43％	40％	60％

상기 표 1에 의하면, 실시예 1의 경우 100토르의 압력과 65℃의 온도 조건하에서 4시간 동안 건조한 결과 수분 함량이 43％ 까지 건조된 결과를 얻었으며, 실시예 2의 경우 100토르의 압력과 온도를 80℃로 상승시킨 조건하에서 2시간 동안 건조시킨 결과 수분이 40％ 꺼지 건조된 만족스러운 결과를 얻었다. 그리고, 실시예 3의 경우 80℃의 온도하에서 압력을 150토르로 하여 5시간 동안 건조한 결과 수분이 60％까지 건조된 만족스러운 결과를 얻었다.

이와 같은 본 발명에 따른 장치에 의하면, 슬러지의 수분을 약 20 내지 50%로 낮추고 탈취시킴으로써 운반 및 수송이 편리할 뿐만 아니라, 취급하는 작업자가 악취로 기피하거나 사용 부근의 주민들로부터 항의 및 신고 등의 문제가 근본적으로 해결될 수 있고 또한, 슬러지를 산업용 연료로 사용 시 악취 가스로 인한 폭발 위험성도 없고, 공정 트러블의 요인도 없어지게 된다.

따라서, 본 발명의 방법으로 처리한 슬러지는 3000 내지 6000 Kcal/kg의 열량을 갖고 있어, 화력 발전소 등의 산업용 연료로 안정적으로 사용 가능하여 경제적이며, 또, 시멘트 산업에서는 연료뿐 만 아니라 연료로 타고남은 재는 시멘트 원료로도 이용이 가능하여 1석 3조의 효과를 나타내는 우수한 발명이다.

또한, 본 발명의 방법으로 처리한 축산폐수 슬러지를 건조 처리한 슬러지는 다량의 유기 물질을 함유하고 있으므로 유기 농업용 퇴비로 사용해도 우수한 효과를 발휘할 수 있다.

Claims (6)

1. 삭제
2. 각종 산업 현장, 상하수도 폐수 등의 처리시 발생하는 각종 슬러지를 공급하기 위한 수단(10,11, 12,13);

   2중 벽으로 구성되어 있되 벽과 벽 사이의 공기는 진공 펌프(17) 가동시 배기되어 공기 밀도를 낮게 유지하여 외벽으로서 열전도율을 저하시켜 방열 손실을 최소화하게 되는 상기에서 공급된 슬러지를 60 내지 90℃의 저온과 0.1 내지 200토르의 진공 분위기 하에서 교반하면서 급속히 건조시키기 위한 건조 탱크(14);

   상기 슬러지의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위한 열교환기(18);

   상기 공급된 슬러지의 비표면적을 높여 주기 위하여 20rpm 이하의 속도로 회전하는 교반기(16);

   상기 건조된 슬러지를 배출하기 위한 수단(19,20,21,22); 및

   상기 건조 수단으로부터 발생되는 수분 및 휘발 가스를 탈취 및 분리하기 위한 수단(24,25,26,27,28,29,30)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지의 탈취 및 건조 장치.
3. 삭제
4. 제 3항에 있어서, 상기 건조 탱크(14)는 고진공에 견딜 수 있는 기밀성과 진공도를 유지할 수 있도록 철강류, 스텐리스강 또는 2가지 이상의 합금 및 복합재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 재료로 제작된 것을 특징으로 하는 슬러지의 탈취 및 건조 장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수분 및 악취 가스를 탈취 및 분리하기 위한 수단은 냉각수에 의한 응축에 의해 가스와 수분을 분리하기 위한 냉각탑 또는 응축탑(24), 상기 분리된 가스를 탈취시키기 위한 활성탄을 이용하는 탈취기(26) 및 상기 분리된 수분을 응축하여 모으는 물 저장탱크(27)로 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지의 탈취 및 건조 장치.
6. 제 2항에 있어서, 상기 건조 수단에서 진공을 부여하는 진공 펌프(17)를 상기 건조 수단으로부터 발생되는 수분 및 휘발 가스를 탈취 및 분리하기 위한 수단 전에 설치하여서 됨을 특징으로 하는 슬러지의 탈취 및 건조 장치.