KR100378673B1 - 전기 투입식 필터프레스 탈수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 투입식 필터프레스 탈수장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도시 하수처리장과 공단 및 농공단지 폐수처리장 등에서 발생하는 슬러지를 처리하는 기존의 Filter Press 장치에 전기식 삼투압 원리를 이용한 슬러지 전기 침투 장치를 결합함으로써, 가압탈수와 전기탈수가 동시에 발생되도록 하여 슬러지에 포함되어 있는 수분을 효과적으로 제거하고자 한 것이다.

즉 본 발명은 고정판(2)과 가압수단(3)에 의해 슬라이드 이동하는 가압판(4) 상간에 다수개의 필터판(5)을 위치시켜 지지대(6)에 횡방향으로 설치된 안내대(6a)를 따라서 이동하는 가압판(4)에 의해 가압될 수 있도록 하고, 각 필터판(5)에는 슬러지 공급공(5a)을 형성하여 상호 연결시키며, 각 필터판(5) 상간에는 공급되는 슬러지(10)가 내입되는 필터(7)를 위치시켜 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분을 제거할 수 있도록 하거나, 각 필터판(5) 표면에 팽창플레이트(11)를 위치시켜 가압력을 향상시킬 수 있도록 한 슬러지 탈수장치를 구성함에 있어서, 상기 각 필터판(5)과 필터(7) 사이에는 DC전원으로 작동되는 비철금속제로 된 양 극판(8)(9)를 상호 마주보게 장치하여 가압수단(3)으로 가압한 후 전원을 인가하여 슬러지(10)에 전기장을 형성하여 수분을 탈수 할 수 있도록 함으로써 슬러지 상의 수분을 효과적으로 처리할 수 있도록 함에 요지가 있다.

Description

전기 투입식 필터프레스 탈수장치{Electro-dewatering system of filter press}

본 발명은 전기 투입식 필터프레스 탈수장치(Electro-dewatering system of filter press)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 도시 하수처리장과 공단 및 농공단지 폐수처리장 등에서 발생하는 슬러지를 처리하는 기존의 Filter Press 장치에 전기식 삼투압 원리를 이용한 슬러지 전기 침투 장치를 결합함으로써, 가압탈수와 전기탈수가 동시에 발생되도록 하여 슬러지에 포함되어 있는 수분을 효과적으로 제거하고자 한 것이다.

산업의 고도화와 인구 도심화에 따라 도시 하수처리장과 공단 및 농공단지 폐수처리장에서 처리하고 있으며, 이들 처리장 등에서는 오폐수 처리과정에서 다량의 슬러지가 발생한다. 현재까지는 발생되는 대부분의 슬러지를 해양투기, 매립 그리고 소각 등의 방법으로 처리하고 있으나, 해양투기 및 매립과 같은 슬러지 처분 방법은 지가의 상승, 침출수 발생, 환경오염 유발, 지역주민과의 갈등뿐만 아니라 런던 협약의 "슬러지 해양 투기 및 매립금지" 규약에도 위배되는 문제점을 안고 있다.

그래서 최근 들어 퇴비, 아스팔트 충진재, 경량골재, 시멘트 원료 등과 같은 자원화로 이용하는 방법을 통해 슬러지를 재활용하여 최종 발생 슬러지량을 최소화하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 하지만 슬러지 자원화 및 최적의 매립효과를 얻기 위한 필수조건인 슬러지의 함수율 저하 기술의 둔화로 슬러지의 효율적인 처리가 어려운 실정이다.

현재 하수종말처리장 및 상수처리장에서 사용하고 있는 슬러지의 감량기술 88%가 Belt Press, Filter Press 그리고 Screw Press와 같은 기계식 탈수 시스템을 채용하고 있으며, 탈수 슬러지의 함수율은 약 80wt% 가량으로 저조한 상태이다. 슬러지를 효율적으로 처리하기 위해서는 함수율이 약 60 wt%정도의 탈수 슬러지를 생산하여야 하는데 기존의 기계식 탈수 처리 기술로는 이와 같은 슬러지 생산이 어려운 것으로 분석되고 있다.

즉, 기존의 슬러지 탈수장치는 기계적인 탈수 방법(가압, 진공 등과 같은 방법으로 탈수)에 의존하였는데, 이 방법의 의한 탈수는 슬러지에 함유되어 있는 액체중 물리적으로 결합한 액체만 제거할 뿐 화학적으로 결합한 액체는 제거하지 못한다.

따라서 기계적인 탈수 방법은 함수율 저감에 있어 한계가 있다. 현재 상용화되어 있는 기계적 탈수 장치의 경우 최종 슬러지의 함수율은 약 75 wt%에 달하여 수송, 매립, 재활용의 어려울 뿐만 아니라, 탈수 소요시간이 증대되는 등의 여러 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 상기한 바와 같은 기계적 탈수장치의 문제점을 개선하고자 연구 개발하는데 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

본 발명은 기술적 과제를 완성하기 위하여 기존의 Filter Press 장치에 전기식 삼투압 원리를 이용한 슬러지 전기 침투 장치를 결합한 것으로 가압탈수와 전기탈수가 동시에 발생함에 따라 저함수율 케이크를 생산할 수 있도록 한 것으로, 슬러지의 함수율을 최소화하기 위하여 기존의 탈수에 사용되어 오던 기계적인 방법에서 탈피하여 슬러지 양극단에 (+)극판과 (-)극판을 설치하여 전기장을 형성시킴으로서 슬러지에 함유되어 있는 물을 효과적으로 제거하고 하는 것이다.

즉, 양 극판 사이에 형성된 강한 전기장의 영향을 받아 (-)전하를 띠는 슬러지의 고체입자들이 (+)방향으로 이동하고 물은 (-)극판쪽으로 이동하게 되어 탈수가 이루어지는 것이다.

도 1은 본 발명의 전기 투입식 필터프레스 탈수장치의 개략도

도 2는 본 발명의 일 실시예를 보인 요부 발췌 단면도

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 요부 발췌 단면도

도 4a, 4b, 4c는 본 발명에 적용될 수 있는 전기필터의 전극을 도시한 정면도

도 5는 본 발명과 가압탈수의 비교도

도 6은 본 발명의 실험결과를 나타낸 그래프

☞도면의 주요부분에 사용된 부호에 대한 설명☜

1 : 전기 투입식 필터프레스 탈수장치

2 : 고정판 3 : 가압수단

4 : 가압판 5 : 필터판

5a : 슬러지 공급공 6 : 지지대

6a : 안내대 7 : 필터

8, 9 : 극판 10 : 슬러지

11 : 팽창플레이트 12 : 구멍

이하 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 전기 투입식 필터프레스 탈수장치의 개략도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예를 보인 요부 발췌 단면도를 도시한 것이다.

본 발명은 고정판(2)과 실린더 등의 가압수단(3)에 의해 슬라이드 이동하는 가압판(4) 상간에 다수개의 필터판(5)을 위치시켜 지지대(6)에 횡방향으로 설치된 안내대(6a)를 따라서 가압판(4)의 작동에 따라서 가압될 수 있도록 하고, 각 필터판(5)에는 슬러지 공급공(5a)을 형성하여 상호 연결시킨다.

그리고 각 필터판(5) 상간에는 공급되는 슬러지(10)가 내입되는 천으로 된 필터(7)를 위치시켜 내입되는 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분을 제거할 수 있도록 하는 것으로서, 이는 기계적인 탈수장치의 필터프레스 탈수장치와 동일한 구성이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 필터프레스 탈수장치에 전기장치를 부가하여 슬러지(10)에 화학적으로 결합되어 있는 수분을 분리하여 수분제거의 효율을 향상시키고자 한 것이다.

즉, 본 발명의 전기 투입식 필터프레스 탈수장치(1)는 상기 구성의 각 필터판(5)과 필터(7) 사이에 DC전원으로 작동되는 + 극판(8)과 - 극판(9)을 상호 마주보게 장치하여 가압수단(3)으로 가압한 후 전원을 인가하여 슬러지(10)에 전기장을 형성시켜 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분을 최소화 할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 요부 발췌 단면도를 도시한 것으로서, 이는 상기한 바와 같은 본 발명의 구성에서 각 필터판(5) 표면에 고압의 압축공기에 의해 팽창하는 팽창플레이트(Membrane)(11)를 위치시켜 가압력을 더욱 향상시키도록 한 것이다.

도 4a, 4b, 4c는 본 발명에 적용될 수 있는 극판(8)(9)을 도시한 정면도로서, 이는 Stainless Steel, Chrome(Cr), Carbon-graphite, Platinum(Pt), Lead(Pb), Copper(Cu), Titanium(Ti)과 같은 비철금속제로 제작될 수 있으며, 도면에서와 같이 홀형, 기공형, 격자형 등으로 다양하게 제조될 수 있으며, 극판(8)(9)에 형성되는 구멍(12)은 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분의 배출이 양호하게 이루어 질 수 있도록 하는 기능을 한다.

도면중 미설명 부호 15는 극판에 전원을 공급하는 배터리를 도시한 것이고, 16은 물받이를 도시한 것이다. 그리고 부호 17은 압축공기를 공급하기 위한 공기압축기를 표시한 것이고 18은 배수관을 도시한 것이다.

이상과 같이 구성될 수 있는 본 발명은 오폐수를 처리하는 정수장치 등에서 발생되는 슬리지(10)에서 수분을 분리하는 장치로 사용될 수 있는 것으로써,

즉, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 슬러리 탱크(slurry tank)(13)와 관체 연결된 펌프(14)를 가동하게 되면 각 필터판(5)에 형성되어 있는 슬러지 공급공 (5a)을 따라서 필터판(5) 상간에 위치하는 필터(7)내에 충진한다. 슬러지(10)를 충진한 다음 가압수단(3)을 작동시키게 되면 가압판(4)에 의해 각 필터판(5)이 이동하여 슬러지(10)가 충진된 필터(7)를 가압하여 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분이 배출된다.

이렇게 슬러지(10)를 압축시켜 1차적으로 탈수시킨 후 양 극판(8)(9)에 전압을 인가하여 슬러지(10)층 내에 전기장을 형성 시켜 2차적으로 탈수가 이루어지는 과정을 겪는다.

즉, (+)전극과 (-)전극 사이에서 발생한 전기장을 형성시킴으로서 슬러지(10) 층에 전기영동성(Elecro-Phoresis)과 전기삼투성(Electro-Osmosis)의 작용에 의해 발생되는 전기적 힘을 이용하여 탈수를 유도하게 되는데 이때 양 극판(8)(9) 사이에 형성된 강한 전기장의 영향을 받아 (-)전하를 띠는 슬러지(10)의 고체입자들이 (+)극판(8) 방향으로 이동하고 물은 (-)극판(9) 쪽으로 이동하게 되어 탈수가 이루어지는 것이다.

따라서 기존의 가압탈수에 의한 탈수 효과 보다 탈수율이 월등히 뛰어나게 되며, 도 5에서 보는 바와 같이 탈수의 특성은 세 가지로 분류할 수 있다.

우선 슬러지(10)에 압력만 가할 경우 물리적으로 결합되어 있는 액체만이 제거되고 슬러지(10) 입자가 하부로 이동함에 따라 필터(7)를 막는 현상이 발생하며 탈수 효율은 떨어지게 되는 것이다.

하지만 슬러지(10) 층에 전기장을 형성시키게 되면 물리적으로 결합되어 있는 액체뿐만 아니라 화학적으로 결합되어 있는 액체까지 제거할 수 있어 탈수 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 필터(7)의 막힘 현상을 줄일 수 있으며 탈수 시간 감소의 장점이 있다.

한편 본 발명을 도 3에서와 같이 구성할 경우 슬러지(10)를 1차 압축시킬 때 팽창플레이트(11)를 팽창시킴으로서 수분의 탈수를 더욱 효과적으로 행할 수 있다.

그리고 전극(8)(9)은 슬러지(10) 층내에 균일한 전기장을 형성시켜야 하고 경제성 있어야 하며, 무엇보다 전기에 의한 부식성이 적어야 한다. 본 발명에서는 이와 같은 구비조건을 고려하여 Stainless Steel, Chrome(Cr), Carbon-graphite, Platinum(Pt), Lead(Pb), Copper(Cu), Titanium(Ti)와 같은 비철금속류를 사용하였으며, 전극(8)(9)의 형상 또한 기공형, 홀형, 그리고 격자형등으로 형성하여 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분의 배출이 더욱 효과적으로 이루어 질 수 있도록 하였다.

<실시예>

본 발명의 탈수장치와 기계식 가압탈수장치를 적용하여 하수 슬러지(10)를 탈수하였다.

그 결과 도 6에 나타난 바와 같이 기계식 가압탈수장치의 경우 최종 슬러지의 함수율이 약 80 wt%인데 반해, 본 발명의 경우 함수율이 약 50 wt%로 저감됨을 확인할 수 있다.

따라서 필터프레스 전기 탈수 장치는 기존의 슬러지 탈수 기술을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 기술이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 기존의 Filter Press 장치에 전기식 삼투압 원리를 이용한 슬러지 전기 침투 장치를 결합하여 가압탈수와 전기탈수가 동시에 발생함에 따라 저함수율 케이크를 생산할 수 있도록 한 것으로, 슬러지의 함수율을 최소화하기 위하여 기존의 탈수에 사용되어 오던 기계적인 방법에서 탈피하여 슬러지 양극단에 (+)극판(8)과 (-)극판(9)을 설치하여 전기장을 형성시킴으로서 슬러지(10)에 함유되어 있는 물을 효과적으로 제거하고 하는 간단한 구성으로써, 종래의 기계식 탈수장치에 비하여 탈수시간 감소에 따른 슬러지 처리 에너지 감소, 최종 슬러지 케이크의 함수율이 50 wt% 이하로 매우 낮기 때문에 슬러지(10)의 효율적 처리를 할 수 있고 이를 재활용 시 별도로 건조하지 않아도 되는 등 기대 이상의 효과를 득할 수 있는 매우 우수한 고안이다.

Claims (4)

1. 고정판(2)과 가압수단(3)에 의해 슬라이드 이동하는 가압판(4) 상간에 다수개의 필터판(5)을 위치시켜 지지대(6)에 횡방향으로 설치된 안내대(6a)를 따라서 이동하는 가압판(4)에 의해 가압될 수 있도록 하고, 각 필터판(5)에는 슬러지 공급공(5a)을 형성하여 상호 연결시키며,

   각 필터판(5) 상간에는 공급되는 슬러지(10)가 내입되는 필터(7)를 위치시켜 슬러지(10)에 포함되어 있는 수분을 제거할 수 있도록 하거나, 각 필터판(5) 표면에 팽창플레이트(11)를 위치시켜 가압력을 향상시킬 수 있도록 하고, 각 필터판(5)과 필터(7) 사이에는 양 극판(8)(9)을 상호 마주보게 장치하여 슬러지(10)에 전기장을 형성하도록 한 슬러지 탈수장치를 구성함에 있어서,

   상기 극판(8)(9)은 비철금속제로 구성하고 DC전원으로 작동되도록 하며,

   상기 극판(8)(9)에는 구멍(12)을 형성한 것을 특징으로 하는 전기 투입식 필터프레스 탈수장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 극판(8)(9)에 형성되는 구멍(12)을 장방향의 홀형으로 형성한 것을 특징으로 하는 전기 투입식 필터프레스 탈수장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 극판(8)(9)에 형성된 구멍(12)을 기공형으로 형성한 것을 특징으로 하는 전기 투입식 필터프레스 탈수장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 극판(8)(9)에 형성된 구멍(12)을 격자형으로 형성한 것을 특징으로 하는 전기 투입식 필터프레스 탈수장치.