KR100349218B1 - 슬러지 건조 연료화 처리 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지를 효율적으로 연소시키기 위한 전처리 건조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러지와 오일을 예열 혼합조에 공급한 후 혼합 가열 및 교반하는 단계와, 증발 건조기에 흡입시켜 대기압 이하의 저진공 상태에서 증기(STEAM)로 간접 가열하여 수분을 급속히 증발되도록 하는 단계와, 상기 수분이 증발되어 건조가 진행되면 증발된 증기는 응측기를 통과하면서 응축수로 변하므로 유수 분리기로 유분과 수분으로 분리하는 단계와, 상기 분리된 유분은 오일공급탱크로 이송시켜 재사용하고 수분(물)은 처리장으로 배출시키도록 하는 단계와, 상기 건조된 슬러지와 오일은 원심 분리기에서 슬러지와 오일로 분리시켜 수분 1%∼10%, 유분 5%∼20%가 함유된 슬러지를 형성하는 단계로 이루어진 것으로서, 본 발명은 슬러지를 소각시 별도의 보조 연료가 필요 없도록 한 것으로서, 본 발명은 건조 성능의 향상을 위해 열매 혼합 간접 가열 진공 건조 방식을 채택하여 열매체인 오일과 슬러지를 혼합 가열하고 요구되는 함수율에 도달하면 자동으로 건조를 멈추고 슬러지와 오일을 원심 분리기로 분리 배출한 것이다. 이 때 건조 과정에서 대기압 이하의 진공 상태를 유지시켜 수분의 비전을 낮추고 열매체인 오일의 온도가 80℃ 전후로 저온 건조가 되고, 열매체인 오일의 열화가 방지되어 슬러지로부터 회수하는 오일을 반복적으로 사용할 수 있도록 한 슬러지 건조 연료화 처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

슬러지 건조 연료화 처리 방법 및 시스템{THE DRYING SYSTEM AND METHOD FOR FUELIZING OF WET SLUDGE}

본 발명은 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 폐기물 및 슬러지를 간접 가열 건조 방식으로 건조하여 원하는 함수율을 갖게 하고 소각 대상물에 유분을 접착시킴으로써, 소각 대상물의 발열량을 증가시켜서 연료화하여 소각시 보조 연료 없이 연소되도록 발명된 슬러지 건조 연료화 처리 방법에 관한 것이다.

기존에 발생된 슬러지의 양은 1996년도만 하더라도 전국 하수 처리장에서 약 130만 톤으로 집계되고 있으며, 그 중 100만 톤 이상이 매립에 의한 방식으로 처리되었다. 따라서 대략적인 매립의 비율은 77%에 해당되고 있으며, 1997년 이후 신설 및 증설된 하수 처리장이 많이 있으나, 1996년도의 처리비율을 볼 때 당시 하수 발생량은 2,327만톤/일이고, 하수 처리량은 1,145만톤/일을 처리하게 되므로 나머지는 하천 방류로 인하여 수질오염과 해양오염의 근원이 되었으며, 처리장에서 처리된 슬러지의 처리 방법을 살펴보면, 매립 77.67%, 해양투기 18.72%, 농업이용 2.33%, 소각 0.41%, 기타 0.86%(1998년 환경통계연감 참조) 순으로 이루어지고 있는 바, 매립에 의한 슬러지 처리 방법에 의존하고 있는 실정임을 알 수 있습니다. 따라서 미래에는 폐기물 슬러지 또는 하수 슬러지의 발생량이 기하급수적으로 많아질 것은 자명한 것이며, 특히 2001년부터는 유기성 폐기물의 직매립이 법으로 금지됨으로써 하수 슬러지 또는 폐기물 슬러지를 연소 소각시킨 후 그 소각 재를 매립해야 하므로 수분이 다량 함유된 슬러지를 소각하기 위한 건조 방법이 시급히 연구되어야 하는 과제를 갖게 된 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 슬러지와 오일을 예열 혼합조에 넣어 가열 혼합 교반 후 증발 건조기로 이송시켜 대기압 이하의 저 진공 하에서 가열 교반하여 수분을 증발 배출되도록 하고, 상기 증발에 의해 발생된 응축수는 유수 분리기에서 유분과 수분으로 분리되도록 하고, 증발 건조기의 슬러지는 원심 분리기에서 슬러지와 오일로 분리되어 수분 1%∼10%, 유분 5%∼20%가 함유된 슬러지를 형성시켜 소각시 별도의 보조 연료가 필요 없도록 한 것으로서,본 발명은 건조 성능의 향상을 위해 간접 가열 건조 방식을 채택하여 열매체인 오일과 슬러지를 혼합 가열하고 정해진 함수율에 도달하면 자동으로 건조를 멈추고 슬러지와 오일을 원심 분리기로 분리 배출한다. 이 때 건조 과정에 대기압 이하의 진공 상태를 유지시켜, 수분의 비점을 낮추고 열매체인 오일의 온도가 80℃로 저온을 갖게 되어 저온건조의 목적을 달성하고, 열매체인 오일의 열화가 방지되어 슬러지로부터 회수하는 오일을 반복적으로 사용할 수 있도록 한 슬러지 건조 연료화처리 방법에 관한 것이다.

도1은 슬러지를 처리하기 위한 건조 시스템 공정도.

도2는 슬러지의 전처리 건조와 소각 재활용 시스템 공정도.

도3은 본 발명의 슬러지 처리 시스템의 구성도.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호 설명>

1:예열 혼합조 2a:슬러지 투입구2b:오일 슬러지 혼합물 출구 3:오일 투입구

4:오일 저장탱크 5:오일 공급탱크

5':오일 배출구 6:증발 건조기6a:혼합물 유입구 6b:슬러지 배출구

7:유수 분리기 8:쿠션 탱크

9:원심 분리기 10:증기 응축기

11:응축수조 12:오일 리시버 탱크

이하 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.하수 및 폐수 처리장과 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지 및 폐기물과 오일을 혼합건조하고 원심분리하여 연료화 처리할 수 있도록 된 슬러지 건조 방법에 있어서,

광물류 및 폐광물류를 사용한 오일 공급탱크(5)의 오일을 예열 혼합조(1)에 이송시켜 오일과 슬러지의 혼합중량비가 0.5∼1.5 : 1의 범위로 슬러지를 투입 혼합하는 단계와;상기 혼합된 오일(광물유)과 슬러지를 가열 온도 60∼110℃로 예열하면서 교반하는 단계와;상기 예열된 오일과 슬러지를 진공에 의하여 증발 건조기(6)로 이송시키는 단계와;상기 증발 건조기(6) 내에는 진공 펌프 및 증기 응축기(10)로 50∼700Torr의 진공도를 유지하면서 혼합된 슬러지와 오일의 내용물 온도를 60∼110℃로 교반 간접 가열하는 단계와;상기 혼합 가열된 슬러지와 오일의 수분을 증발 응축시켜 증기응축기(10)와 응축수조(11)로 배출시켜 슬러지 함수율 1∼10%, 함유율 5∼20%로 건조하는 단계과;상기 건조된 슬러지와 오일의 혼합물을 진공에 의해 쿠션탱크(8)로 이송시키는 단계와;상기 쿠션탱크(8)로 이송된 혼합물을 후열기에서 90∼130℃까지 온도를 상승시켜 통상의 원심 분리기(9)로 이송 탈유하여 오일리시버(12)로 배출하는 단계와;상기 배출되는 오일은 진공에 의하여 오일 공급탱크(5)로 반송시켜 재활용하도록 하고 슬러지는 연속적으로 건조시킴으로써 일정 함수유를 가지면서 오일이 점착되어 연료화시킬 수 있도록 하는 단계를 포함하는 방법으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 슬러지건조 연료화 처리방법을 실시하기 위한 시스템으로서,상부 일측에 슬러지 투입구(2a)를 형성하고 타측에는 오일 저장탱크(4)와 연결된 오일 공급탱크(5)의 오일 배출구(5')와 연결되도록 슬러지 배출구(2b)가 형성된 예열 혼합조(1)와;

상기 예열 혼합조(1)로부터 공급된 광물유를 포함한 슬러지가 교반되는 동시에 스팀에 의하여 증발되도록 이루어진 건조기(6)와;상기 건조기(6)에서 증발에 의하여 이루어진 응축수를 물과 오일로 분리시켜 오일은 오일 공급탱크(5)로 환원되도록 하고, 물은 처리장으로 배출되도록 설치된 유수 분리기(7)와;

상기 증발 건조기(6)의 배출구(6b)를 통하여 유입되는 건조된 슬러지를 다시 교반하도록 설치된 쿠션탱크(8)와;상기 쿠션탱크(8)에서 교반된 슬러지는 통상의 원심 분리기(9)로 슬러지에 잔류된 기름을 재차 분리시켜 오일 공급탱크(5)로 환수되도록 하고, 일측에 설치된 오일 리시버탱크(12)는 유수 분리기(7)와 원심 분리기(9)에서 분리된 오일이 모아져 오일공급탱크(5)로 반송되도록 시스템이 이루어진 슬러지 건조 연료화 처리 시스템을 특징으로 한다.

상기와 같이 실시되는 본 발명은 광물유나 폐엔진오일, 폐기계오일 등의 각종 폐광물유와 하수 종말처리 슬러지, 각 산업 현장의 폐수처리 슬러지 및 함수 폐기물 등을 수거하여 예열 혼합조(1)에 투입한 광물유 1대, 함수 폐기물, 버린 음식물류로된 슬러지 0.8∼1.5의 혼합 중량비 범위(1:0.8∼1.5비율)로 혼합한다.상기 폐광물유와 슬러지 혼합물을 온도 60℃∼110℃로 1차 예열하는 동시에 교반한다.상기 교반된 폐광물유와 슬러지는 진공으로 증발 건조기(6)에 이송시키고 이를 교반하며 건조기 내를 50∼700Torr 범위로 진공 상태를 유지하면서 가열온도 60℃∼110℃로 증발건조시킨다.상기 증발 건조기(6)의 가열에 의하여 발생된 수분이 증발되어 증기 응축기(10)에서 응축수로 분리되고 분리된 응축수는 응축수관을 통하여 유수 분리기(7)로 유입된다.상기 유수 분리기(7)로 유입된 응축수는 유수 분리기에 의해 오일과 수분으로 분리되어 오일은 다시 오일 공급탱크(5)로 환수되고, 수분은 드레인 밸브를 통하여 처리장으로 배출시키게 된다. 이 때 증발 건조기(6)에서 발생되는 휘발성 냄새는 별도의 배출관을 통하여 소각로에서 연소되도록 된 것이다.

상기와 같이 증발 건조기(6)에서 증발 건조된 슬러지는 쿠션탱크(8)에서 풀어지도록 교반된 후 원심 분리기(9)로 이송되어 다시 유분을 분리된다.이때 쿠션탱크(8)로 유입된 건조된 슬러지는 후열기에서 90∼130℃까지 온도를 상승시켜 오일의 분리가 원활하게 이루어질 수 있도록 하였다.상기 후열기는 별도의 장치를 설치하는 것이 아니라 쿠션탱크(8)에서 이루어지도록 하였다.상기 원심분리기(9)에서 분리된 오일은 오일 공급탱크(5)로 환수되어 예열 혼합조(1)에 공급할 수 있도록 함으로써 슬러지를 재처리할 수 있도록 한다. 이렇게 원심 분리기(9)를 거친 슬러지는 수분 1%∼10%, 유분 5%∼20%을 갖게 되므로 소각시 별도의 보조 연료가 필요 없이 연소시킬 수 있게 된 것이다.

이상과 같이 이루어지는 본 발명의 슬러지 처리 공정의 시스템을 간단하게 요약하면, 예열 혼합조(1)에 슬러지, 오일, 증기(스팀)투입하여 교반 및 1차 예열증발 건조기(6)에 투입하여 건조기 내를 대기압 이하로 진공 및 교반 가열증발된 수분은 응축기에서 응축유수 분리기에서 오일은 환수하여 재사용, 물은 처리장으로 배출증발 건조기에서 건조된 슬러지는 쿠션탱크(8)로 이송원심 분리기(9)에서 슬러지와 오일을 분리기름은 오일 공급탱크(5)로 환수 슬러지는 수분 1%∼10%, 유분 5%∼20%의 함수율 및 함유율을 갖는 건조 슬러지로 되어 슬러지 소각 전처리 또는 연료화 공정을 완료하게 된다.이렇게 이루어지는 건조 장치는 하수 슬러지와 산업 폐기물 뿐만 아니라 수산물 및 축산물의 잔재 또는 남은 음식물도 광유물을 동식물유로 대체하여 혼합 건조함으로써 가축 사료로 만들어 사용할 수도 있게 된다.

본 발명의 슬러지 건조 시스템의 기본적인 적용 원리는 열매체로서 광물유를 이용하는 것으로 열매체가 고체나 기체인 것에 비하여 슬러지의 수분이 존재하는 세공에 흡입이 가능 하며, 피 건조물인 슬러지의 전열면적이 효율적으로 확대되고, 오일에 가해진 열을 슬러지에 함침된 수분에 빠른 열 확산이 일어나고, 열 평형에 도달하면 온도가 상승하게 되는데 이 때 오일의 비점은 물보다 높으므로 물이 먼저 비등하여 수분을 제거하는 건조를 달성한다. 따라서 본 발명은 간접 가열 건조 방식을 채택하여 열매체인 오일의 온도가 저온을 갖게 되어 저온 건조의 목적을 달성하고 열매체인 오일의 열화가 방지되어 슬러지로부터 회수되는 오일을 오일 공급탱크에 환수시켜 반복적으로 사용할 수 있도록 된 건조 방식이다.

이와 같이 된 본 발명은 간단한 시스템으로 이루어져 점검보수가 용이하고, 자동화 운전으로 유지 관리가 간편하며, 운전시 건조기 내부에는 열매유와 접촉 운전되므로 내식성, 내마모성이 크며, 폐기물의 함수율 변화에 따른 대응조절이 간단 용이하여 함수율을 일정하게 유지시켜 소각시 불완전 연소로 인한 다이옥신 등의 대기 오염 물질 배출을 최소화함과 동시에 폐기물을 소각하여 연소된 재만 매립하게 되므로 토양의 오염과 수질오염을 방지하여 환경오염을 방지할 수 있게 됨과 함께 2001년부터 시행되는 슬러지의 직매립 방지에 부흥하고 업체의 폐광물유와 슬러지 처리 비용을 저렴화시킬 수 있게 된 효과를 갖게 되었다.

Claims (2)

1. 하수 및 폐수 처리장과 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지 및 폐기물과 오일을 혼합건조하고 원심 분리하여 연료화 처리할 수 있도록 된 슬러지 건조 방법에 있어서,

   광물류 및 폐광물류를 사용한 오일 공급탱크(5)의 오일을 예열 혼합조(1)에 이송시켜 오일과 슬러지의 혼합중량비가 0.5∼1.5 : 1의 범위로 슬러지를 투입 혼합하는 단계와;

   상기 혼합된 오일(광물유)과 슬러지를 가열 온도 60∼110℃로 예열하면서 교반하는 단계와;

   상기 예열된 오일과 슬러지를 진공에 의하여 증발 건조기(6)로 이송시키는 단계와;

   상기 증발 건조기(6) 내에는 진공 펌프 및 증기 응축기(10)로 50∼700Torr의 진공도를 유지하면서 혼합된 슬러지와 오일의 내용물 온도를 60∼110℃로 교반 간접 가열하는 단계와;

   상기 혼합 가열된 슬러지와 오일의 수분을 증발 응축시켜 증기응축기(10)와 응축수조(11)로 배출시켜 슬러지 함수율 1∼10%, 함유율 5∼20%로 건조하는 단계과;

   상기 건조된 슬러지와 오일의 혼합물을 진공에 의해 쿠션탱크(8)로 이송시키는 단계와;

   상기 쿠션탱크(8)로 이송된 혼합물을 후열기로 90∼130℃까지 온도를 상승시켜 통상의 원심 분리기(9)로 이송 탈유하여 오일리시버(12)로 배출하는 단계와;

   상기 배출되는 오일은 진공에 의하여 오일 공급탱크(5)로 반송시켜 재활용하도록 하고 슬러지는 연속적으로 건조시킴으로써 일정 함수유를 가지면서 오일이 점착되어 연료화 시킬 수 있도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조 연료화 처리 방법.
2. 슬러지 소각을 위한 전처리 건조 방법을 실시하기 위해 상부 일측에 슬러지 투입구(2a)를 형성하고 타측에는 오일 저장탱크(4)와 연결된 오일 공급탱크(5)의 오일 배출구(5')와 연결되도록 슬러지 배출구(2b)가 형성된 예열 혼합조(1)와;

   상기 예열 혼합조(1)로부터 공급된 광물유를 포함한 슬러지가 교반되는 동시에 스팀에 의하여 증발되도록 이루어진 건조기(6)와;

   상기 건조기(6)에서 증발에 의하여 이루어진 응축수를 물과 오일로 분리시켜 오일은 오일 공급탱크(5)로 환원되도록 하고, 물은 처리장으로 배출되도록 설치된 유수 분리기(7)와;

   상기 증발 건조기(6)의 배출구(6b)를 통하여 유입되는 건조된 슬러지를 다시 교반하도록 설치된 쿠션탱크(8)와;

   상기 쿠션탱크(8)에서 교반된 슬러지는 통상의 원심 분리기(9)로 슬러지에 잔류된 기름을 재차 분리시켜 오일 공급탱크(5)로 환수되도록 하고, 일측에 설치된 오일 리시버탱크(12)는 유수 분리기(7)와 원심 분리기(9)에서 분리된 오일이 모아져 오일공급탱크(5)로 반송되도록 시스템이 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 건조 연료화 처리 시스템.