KR100327973B1 - 슬러지의 건조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 슬러지 건조방법이 슬러지의 점성으로 인해 슬러지가 건조장치 내부에서 증발열을 공급하는 열전달표면에 부착되어 열전달을 방해하거나 건조장치에 투입된 덩어리진 슬러지가 공극이 없고 표면적이 작아 내부의 수분이 증발하는 데 어려움이 있으므로 가해진 열량에 비해 건조효과가 낮아지게 하는 문제점이 있기 때문에, 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 상기 혼합단계를 거친 슬러지를 마찰 가열방식으로 가열시키며, 고압으로 압착시킨 후에 상대적으로 저압인 대기중으로 배출시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 상기 팽적/성형단계로부터 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 약 20% 이하로 건조시키는 건조단계로 구성됨으로써, 높은 함수율의 슬러지와 기건조된 슬러지를 혼합하여 함수율을 소정 크기로 낮춘 후 팽적시키는 건조전처리를 수행하여 거친 표면을 가진 다공성의 슬러지 덩어리를 형성하므로 수분증발과 열전달이 좋아져 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상되어 건조비용을 줄일 수 있는 슬러지 건조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

슬러지의 건조 방법 및 장치 { The drying method &the same apparatus of sludge }

본 발명은 하·폐수 슬러지(이하, 하수 슬러지)나 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 재활용하기 위하여 건조시키는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 슬러지를 곧바로 건조시키지 않고 전처리를 수행한 후 건조시킴으로써 건조에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 슬러지 건조방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물이나 하수 슬러지는 도시 근교에 있는 위생 매립장에 매립되어 왔다. 유기성 폐기물을 그냥 방치할 경우 호기성 미생물 및 혐기성 미생물의 분해 작용으로 악취가 발생되고, 침출수로 인해 토양 등이 오염되기 때문이다. 그러나, 매립 용지의 부족 및 매립장 시설지 주민의 반발 등으로 매립이 곤란하여, 이들을 매립하지 않고 건조 등의 방법을 통하여 재활용하는 방법이 권장되고 있으며, 일부에서는 슬러지를 건조하여 소각하는 방법을 사용하고 있다.

하수 슬러지를 소각하기 위해서는 건조가 필수적인데, 통상 탈수공정을 거친 하수 슬러지의 함수율은 80% 정도가 된다. 또한, 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 경우에도 사료화를 위해서는 탈수후 건조시키는 것은 당연하다.

슬러지의 건조방법으로는 직접 가열방식과 간접 가열방식이 있다. 직접 가열방식은 가열된 공기, 즉 열풍을 슬러지와 접촉시켜 슬러지를 건조하는 방식이다. 이러한 직접 가열방식의 건조기는 회전식 건조기, 순간 건조기, 분무 건조기 및 다단로 건조기 등이 있으며, 이들 건조기들은 열효율이 낮고 악취가 많이 발생되며 분진이 많이 발생되는 단점이 있다.

간접 가열방식은 스팀을 사용하여 슬러지를 건조시키는 방식으로서, 건조기 내에 설치된 표면 열교환기의 내부에 스팀을 통과하게 하여 이곳에서 열을 전달함과 동시에 스팀이 물로 응축된다. 따라서, 건조기 내로 주입된 슬러지는 열교환기의 표면에 접촉하게 되고 스팀으로부터 나온 열이 전달되어 슬러지 내부의 수분이 증발하게 된다. 간접 가열방식의 건조기로는 내부 회전 부분이 디스크로 되어 있는원형판 건조기와 패들 형태로 되어 있는 패들 건조기가 있으며, 직접 가열식보다 비교적 배출 가스와 분진 발생량이 적고 밀폐된 공간에서 건조가 진행되어 냄새가 상대적으로 적다는 이점이 있으나 슬러지가 디스크나 패들 등 열교환 표면에 들러붙어 열전달이 잘 안되고 효율이 떨어진다.

하수 슬러지는 점도가 매우 높고 끈적끈적한 성질이 있어 슬러지와 접촉되는 장치의 표면에 들러붙게 되므로 저장이나 이송시 취급이 매우 곤란하다. 또, 건조과정에서도 슬러지끼리 이루어진 덩어리가 쉽게 분리되지 않아 열기와의 접촉이 어렵게 되고, 이는 슬러지 내부로의 열전달을 차단함과 동시에 가열에 의해 슬러지 내부의 수분이 증발되어 생긴 수증기가 밖으로 빠져나오는 것도 차단하여 슬러지의 건조를 어렵게 한다. 뿐만 아니라 슬러지가 건조장치 내부에서 증발열을 공급하는 열전달표면에 부착되어 열전달을 방해함으로써 가해진 열량에 비해 건조효과가 낮아지게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탈수 슬러지에 기건조된 슬러지를 투입하여 함수율을 적당한 수준으로 맞춘 후 가열/팽적시켜 공극을 형성한 후 건조시킴으로써, 다공성의 슬러지 덩어리가 형성되어 후속 건조가 용이하고 분진의 발생량이 감소되며 소각비용도 줄일 수 있는 슬러지의 건조 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 슬러지의 건조 방법이 도시된 순서도,

도 2는 본 발명에 의한 슬러지의 건조장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 팽적/성형기 51 : 호퍼

52 : 스크류 53 : 구멍

60 : 건조기

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 건조방법은 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 상기 혼합단계를 거친 슬러지를 마찰 가열방식으로 가열시키며, 고압으로 압착시킨 후에 상대적으로 저압인 대기중으로 배출시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 상기 팽적/성형단계로부터 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 약 20% 이하로 건조시키는 건조단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 슬러지 건조장치는 외통 내부에 슬러지가 들러붙도록 나선형 그루브가 형성되어 스크류에 의해 이송되는 슬러지와의 마찰을 이용하여 슬러지를 가열하고, 고온, 고압으로 압착된 슬러지를 비교적 좁은 구멍을 통해 상대적으로 저압인 대기로 배출시킴으로써, 슬러지의 부피가 단시간 내에 팽창되므로 그 내부에 공극이 형성되고, 표면이 거칠어 건조가 용이한 슬러지 덩어리를 만드는 팽적/성형기와, 상기 팽적/성형기에서 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 낮은 함수율의 건조 슬러지를 얻는 건조기로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 슬러지 건조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 혼합된 슬러지를 가열 및 압착한 후 대기중으로 팽적시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 팽적/성형된 슬러지 덩어리를 가열하여 건조하는 건조단계로 구성되어, 슬러지 덩어리의 다공성과 거치른 표면 상태로 인해 열전달율이 향상되어 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상되게 한다.

또, 본 발명에 의한 슬러지 건조장치는 도 2에 도시된 바와 같이 탈수도니 함수율 약 80%의 탈수 슬러지와 기건조된 슬러지가 호퍼(51)를 통해 동시에 투입되고 함수율 50% 정도의 혼합 슬러지를 스크류(52)로 이송하면서 가열을 통해 슬러지에 포함된 수분을 증발시키고 좁은 구멍(53)을 통해 대기중 또는 낮은 압력으로 배출하여 다공성의 슬러지 덩어리를 만드는 팽적/성형기(50)와, 상기 팽적/성형기(50)에서 팽적되어 나온 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 20% 이하가 되도록 하는 건조기(60)로 구성된다.

상기 팽적/성형기(50)는 외통 내부에 슬러지가 들러붙도록 나선형 그루브가 형성되어 스크류(52)에 의해 이송되는 슬러지와의 마찰을 이용하여 슬러지를 가열하는 마찰 가열방식의 것이 주로 사용되며, 외통 외벽에 가열코일과 같은 히터가 설치되어 내부의 슬러지를 가열하는 직접가열 방식이 사용되기도 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 슬러지 건조방법 및 장치는 슬러지를 건조시키기 전에 건조전처리를 통해 다공성의 표면이 거친 덩어리를 만들어 냄으로서 건조시의 열전달 및 열효율이 향상되게 한다.

슬러지는 탈수과정을 거치면서 함수율 약 80%의 탈수 슬러지가 된다, 이 상태로 공급된 함수율 80%의 탈수 슬러지를 직접 건조시키면 매우 많은 열량이 필요하므로, 슬러지의 함수율을 낮출 필요가 있다. 따라거, 팽적/성형기(50)에 슬러지를 투입할 경우에는 이미 건조가 완료되어 함수율이 낮은 건조 슬러지와 탈수 슬러지를 동시에 투입하여 함수율이 약 50% 정도로 혼합되게 한다. 물론, 별도의 혼합기를 구비하여 혼합할 수도 있으나. 팽적/성형기(50)내부에서 이송되면서 혼합되는것이 일반적이다.

슬러지의 함수율이 50%로 낮아진 상태에서 스크류(52)로 이송하면서 열을 발생시키거나 외부에서 열을 가하여 슬러지를 가열 건조시킨다. 팽적/성형기(50)에서는 슬러지가 이송되면서 가열되어 고온고압의 상태가 된 후 좁은 구멍(53)을 통해 배출된다. 이때, 상기 팽적/성형기(50)는 마찰 가열방식을 이용하는데, 마찰 가열방식에서는 슬러지의 일부가 외통의 내벽에 들러붙은 상태에서 슬러지가 스크류(52)에 의해 이송되면서 마찰이 일어나게 되고, 슬러지끼리의 마찰에 따라 마찰열이 발생되어 슬러지를 가열하게 된다. 고온고압 상태의 슬러지가 팽적기(50)의 좁은 구멍(53)을 통해 대기압하나 낮은 압력하에 배출되면 슬러지 내부의 수분이 증발되면서 기공(혹은 공극)이 형성됨과 동시에 팽적되어 표면이 거칠친 다공성의 슬러지 덩어리가 된다.

다공성의 슬러지 덩어리는 수분의 증발에 따라 약간의 수분이 제거되므로 팽적기(50)에 투입된 슬러지에 비해 약간 낮은 48% 정도의 함수율을 보이게 된다. 이와 같이 비교적 높은 함수율에도 불구하고 다공성의 슬러지 덩어리는 조직이 치밀하고 비교적 견고한 상태일 뿐 아니라 표면 상태가 거칠어 열전달 표면에 들러붙는 성질이 제거되므로 열전달 효율이 향상되는 효과를 발휘한다.

팽적기(50)에서 나온 다공성의 슬러지 덩어리는 건조기(60)로 이송되어 가열 및 환기를 통해 건조된다. 여기서, 상기 슬러지는 조직이 치밀하고 비교적 견고한 작은 덩어리의 형태를 하고 있으므로, 건조기(60) 내에서 교반과정중 부스러지지 않을 뿐 아니라 수분이 증발할 수 있을 정도로 가열이 완료되어 있어 후속 가열시가열에 소요되는 시간을 단축하게 된다. 상기 건조기(50)에서 건조된 슬러지의 일부는 상기 팽적/성형기(50)로 공급되어 탈수 슬러지와 혼합되고, 나머지는 소각장에서 소각되거나 재처리 과정을 통해 재활용된다. 물론, 팽적/성형기(50)에 투입되는 탈수 슬러지의 함수율을 낮추기 위해서 건조 상태의 다른 재료를 투입할 수도 있다.

또, 음식물 쓰레기도 사료로 만들기 위해서는 탈수후 건조가 필수적이며, 건조전 처리를 통하여 다공성 덩어리를 형성하면 건조가 매우 용이하며, 재활용시의 활용도도 증가된다. 음식물 쓰레기의 경우에는 건조된 상태의 유기성 재료와 유기성 폐기물을 혼합한 후 상기 팽적/성형기(50)로 투입할 수 있도록 혼합기를 별도로 구비할 수도 있다.

또한, RDF(Refuse Dertved fuel)와 같은 가연소성 폐기물의 경우에는 상기 팽적/성형기(50)를 통과시키는 것만으로도, 소각장에서 충분히 소각이 가능한 펠릿 형태로 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 슬러지 건조방법 및 장치는 높은 함수율의 슬러지와 기건조된 슬러지를 혼합하여 함수율을 소정 크기로 낮춘 후 팽적시키는 건조전처리를 수행하여 거친 표면을 가진 다공성의 슬러지 덩어리를 형성하므로 수분증발이 용이해 지고 열전달이 좋아져 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상되어 건조비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

또, 건조전처리장치에서 나온 슬러지는 조직이 치밀하고 비교적 견고한 상태가 되므로 건조기 내부에서 교반할 때 부스러지지 않아 분진의 발생량이 적고 수분이 증발할 정도로 가열이 완료된 상태이므로 건조시 가열에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며 다공성과 거치른 표면으로 인해 소각시 연소 효율이 향상되어 소각비용을 절감할 수 있는 다른 이점이 있다.

Claims (4)

1. 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와;

   상기 혼합단계를 거친 슬러지를 마찰 가열방식으로 가열시키며, 고압으로 압착시킨 후에 상대적으로 저압인 대기중으로 배출시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와;

   상기 팽적/성형단계로부터 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 약 20% 이하로 건조시키는 건조단계로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조방법.
2. 외통 내부에 슬러지가 들러붙도록 나선형 그루브가 형성되어 스크류에 의해 이송되는 슬러지와의 마찰을 이용하여 슬러지를 가열하고, 고온, 고압으로 압착된 슬러지를 비교적 좁은 구멍을 통해 상대적으로 저압인 대기로 배출시킴으로써, 슬러지의 부피가 단시간 내에 팽창되므로 그 내부에 공극이 형성되고, 표면이 거칠어 건조가 용이한 슬러지 덩어리를 만드는 팽적/성형기와;

   상기 팽적/성형기에서 공급된 슬러지 덩어리를 가열하여 낮은 함수율의 건조 슬러지를 얻는 건조기로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
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