KR100407896B1 - 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기에 관한 것이다. 본 발명은 상,하수 수처리공정에서 발생하는 슬러지를 주입하여 농축탈수, 분리하도록 원통형의 분리침강부(A)와 원추형의 압착탈수부(B)로 형성된 외동보올(11)과, 외동보올(11)의 내면 중앙에 수평하게 형성된 내동스크류컨베이어(12)와, 내동스크류컨베이어(12)의 연부 측면에 형성되어 외동보올(11)의 압착탈수부(B) 상에서 축경되는 나선형의 배플판(27)으로 구성되는 수평원심분리기에 있어서, 상기 외동보올(11)의 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계지점에 위치한 배플판(27)에 수직 원형으로 접합, 형성되어 상기 분리침강부(A) 측에 설치된 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27) 원주지름 보다 수mm 작게 형성되는 로터리원판(19)과, 상기 로터리원판(19)의 양측면에 대칭적으로 각각 형성되어 상기 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27)의 원주지름보다 수cm작게 형성되는 압착홈(31)과, 상기 로터리원판(19)의 후면에 위치한 배플판(27)의 최상단으로부터 소정의 비틀림각을 가지고, 상기 로터리원판(19)의 전면에 위치한 배플판(27)의 상단부와 접합하는 압착나선플레이트(20)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.이에 따라, 슬러지에 함유되어 있는 물과 고형물을 회전하는 외동보올에 주입하여 적은 동력으로 원심력을 가해 물과 고형물을 각각 분리하고, 분리액월류댐후랜지의 소공과 케이크배출구 반경의 크기를 달리하여 원심압밀력의 증가로 케이크배출이 이루어져 배출에너지 감소와 부하를 최소화하고, 외동보올 전체에 수용되는 내용물이 채워져서 용적이 최대화되는 효과가 있다. 아울러, 로터리원판과 압착나선플레이트를 통해 원심압착력과 전단력을 최대로 할 수 있는 효과가 있다.

Description

슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기{HORIZONTAL DECENTER CENTRIFUGE FOR CONCENTRATION AND DEHYDRAION OF SLUDGE}

본 발명은 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주로 상,하수 수처리공정에서 발생하는 슬러지를 주입하여 물리적인 원심력에 의해 농축탈수, 분리하도록 하는 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 수평원심분리기는 대한민국 실용신안 출원번호 제 16844호, 미국 특허공보 제3885734호, 대한민국 공개특허공보 특2000-0064430호에 나타나 있다.

우선 대한민국 실용신안 출원번호 제 16844호의 수평원심분리기는 도 4에 도시된 바와 같이, 스크류 컨베이어(2) 수평측 플레이트(1) 피치거리 중심에 본체 플레이트(1) 원주보다 3분의 2정도의 원주크기로 각각의 피치중간에 원판(3)을 축방향과 직각 세로로 장착한다. 상기 원판(3)은 수십개의 배수구멍(4)을 구비하고, 플레이트(1)는 본체 내의 고형물이송 안내만 담당하도록 한다. 상기 원판(3)은 고형물을 침전시키고 고형물과 상등수의 흐름 교란을 방지하도록 한다.

하지만, 수평한 스크류컨베이어(2)에 설치되어 단순히 원판(3)에 다수의 홀(4)을 설치함으로 인하여 순조롭던 유체의 흐름을 오히려 와류 등의 역효과를 발생시켜 작업에 방해를 줄 뿐만아니라, 슬러지의 용적량이 작고, 유체성 슬러지의 농축, 탈수에 있어서도 전단력, 압밀력, 압착력이 떨어지는 문제점이 있다.

한편, 미국 특허공보 제3885734호는 도 5에 도시된 바와 같이, 수평으로 설치된 내동스크류 컨베이어(5)의 길이방향으로 디스크원판(6)이 다수개 설치되는데, 통상의 침강고형물 퇴적 두께층과 상층 원주와 같은 원주로 장착된다.

상기 디스크원판(6)은 가벼운 상태의 상등수와 원추부 피치로 이송되는 침강고형물과 차단하도록 하는 역할을 한다.

하지만, 상기 플레이트와 디스크원판이 교차하는 일부를 제외한 나머지 공간의 플레이트와 디스크원판 사이에 상대적으로 무거운 퇴적 고형물이 이송되지 못하고, 수평원심분리기의 회전통 내면에 연속적으로 미끄럼현상이 발생하게 되어 부하가 증가하며, 플레이트 날의 끝단과 회전통 내면의 마모가 증가하며, 투입물 분사구에서 배출물을 분출시에 부하가 증가하는 문제점이 있어, 안정적인 운행에 한계점이 발생하게 된다.

또한, 대한민국 공개특허 공보 특 2000-0064430호는 도 6에 도시된 바와 같이, 길이방향의 축을 중심으로 회전하도록 된 긴 케이싱(7)과 그 케이싱(7)에 동일 축 중심으로 배치된 스크류컨베이어(8)를 포함하여, 공급되는 재료를 가벼운 상태와 무거운 상태들로 분리하는 대칸더 원심분리기에 관한 것이다.

상기 스크류컨베이어(8)는 스크류를 내장하는 바디와 분리된 재료공급용으로 컨베이어 바디에 형성된 입구들과, 상기 컨베이어의 일단부 케이싱(7)에서 무거운 상태의 재료들을 배출하는 배출구 및 배플을 구비한다.

또한, 상기 스크류컨베이어(8)는 무거운 상태의 재료를 배출구로 향해 이송시키도록 케이싱(7)에 대하여 회전하도록 되어있고, 상기 배플은 입구들과 배출구들 사이에 형성 배치되고, 그 축 방향 위치에서 반경방향 거리는 동일 축방향 위치에서의 스크류 반경 거리보다 작게 형성되어 있다. 또한 상기 배플간 피치 사이에는 나선플레이트(9)가 90도 에서 720도까지 설정 장착된다.

하지만, 침강된 무거운 고형물을 급속으로 미끄럼 현상 없이 이송하기가 어렵고, 스크류컨베이어(8) 상의 배플은 가벼운 고형물을 담당하게 하고, 나선 플레이트(9)에 의해서만 무거운 고형물을 담당하도록하여 슬러지 처리량에 한계가 있고, 자동 운행시에 효과가 떨어지며, 탈수, 농축시에 전단력과 압밀력, 압착력이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 주로 상,하수 수처리공정에서 발생하는 슬러지를 원심력을 가하여 물과 고형물로 각각 분리하고, 원심압밀력의 증가로 배출에너지와 부하를 감소시키도록 하며, 로터리원판과 압착나선플레이트를 설치하여 원심압착력과 전단력을 증가시켜 상,하수의 수처리공정에서 발생하는 유체성고형물인 슬러지를 효율적으로 농축탈수하도록 한 슬러지농축탈수용 수평 원심분리기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 분해사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 전체 단면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 동작상태도이고,

도 4는 종래기술에 따른 수평 원심분리기의 실시예이고,

도 5는 종래기술에 따른 수평 원심분리기의 다른 실시예이고,

도 6는 종래기술에 따른 수평 원심분리기의 또 다른 실시예이다.

-도면에 따른 주요부분의 부호의 설명-

10; 상하프레임 11; 외동보올

12; 내동스크류 컨베이어 13; 차동기어박스

14; 베어링블록 15; 포집외곽케이싱

16; 구동모터와 차동조절모터 17; 분리액월류댐 후랜지

18; 투입물 분배분산구 19; 로터리원판

20; 압착나선플레이트 21; 빗살무늬홈

23; 케이크배출구 24; 슬러지투입관

25; 약품주입관 27; 배플판

28; 소공 29; 분리액배출관

30; 케이크배출관 31; 압착홈

32; 구동풀리 33; 밸트

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 상,하수 수처리공정에서 발생하는 슬러지를 주입하여 농축탈수, 분리하도록 원통형의 분리침강부(A)와 원추형의 압착탈수부(B)로 형성된 외동보올(11)과, 외동보올(11)의 내면 중앙에 수평하게 형성된 내동스크류컨베이어(12)와, 내동스크류컨베이어(12)의 연부 측면에 형성되어 외동보올(11)의 압착탈수부(B) 상에서 축경되는 나선형의 배플판(27)으로 구성되는 수평원심분리기에 있어서,상기 외동보올(11)의 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계지점에 위치한 배플판(27)에 수직 원형으로 접합, 형성되어 상기 분리침강부(A) 측에 설치된 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27) 원주지름 보다 수mm 작게 형성되는 로터리원판(19)과,상기 로터리원판(19)의 양측면에 대칭적으로 각각 형성되어 상기 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27)의 원주지름보다 수cm작게 형성되는 압착홈(31)과,상기 로터리원판(19)의 후면에 위치한 배플판(27)의 최상단으로부터 소정의 비틀림각을 가지고, 상기 로터리원판(19)의 전면에 위치한 배플판(27)의 상단부와 접합하는 압착나선플레이트(20)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.상기 외동보올(11)은, 내면에 일정한 간격의 빗살무늬홈(21)을 형성하고, 원통형의 분리침강부(A)의 끝단에 형성되어 소정의 하수가 내부에서 농축탈수, 분리되어 배출되도록 상기 내동스크류컨베이어(12)와 접하는 면에 소공(28)이 형성되는 분리액월류댐후랜지(17)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기를 상세하게 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 전체 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기의 동작상태도이다.

우선, 본 슬러지 농축탈수용 수평 원심분리기는 전체적으로 외동보올(11), 내동스크류컨베이어(12), 차동기어박스(13)와 모터(16), 베어링블록(14), 상하프레임(10), 포집외곽케이싱(15)으로 구성된다.

더욱 상세한 구성은 도 2에 도시된 바와 같이, 하부에 진동방진 장치가 구비되는 상하프레임(10)이 양측면에 대칭적으로 구비된다. 상기 진동방진 장치는 상하프레임(10)의 하면에 설치되어 원심분리기의 진동을 흡수하도록하며, 코일스프링, 판스프링 등의 탄성부재를 사용한다.

상기 상하프레임(10)의 상단에는 긴 원통형에 한 측면이 원추로 형성된 외동보올(11)이 형성되며, 상기 외동보올(11)의 양측면에는 베어링블록(14)이 고정 지지된다. 상기 외동보올(11)의 외곽에는 분리액과 케이크를 포집배출하는 포집외곽케이싱(15)이 형성되고, 상기 포집외곽케이싱(15)은 상하로 분리되어 외동보올(11)을 보호하는 역할과 소음을 감소시키는 역할을 한다.

또한, 상기 외동보올(11)의 양측 중 일측 평행선상에 설치되는 차동기어박스(13)가 형성된다. 상기 차동기어박스(13)는 기어들의 치합에 의해 변속이 가능하도록 하여 자동 또는 수동 조작시에 작업을 능률적으로 하도록 한다.

상기 외동보올(11) 원추형의 압착탈수부(B) 외측면에는 구동풀리(32)가 장착되고, 상기 구동풀리(32)는 축방향으로 측면 하단 프레임(10)에 장착되는 구동모터, 차동조절모터(16)와 밸트(33)로써 연결하는데 일반적인 V밸트 또는 체인밸트를 사용한다.

상기 포집외곽케이싱(15)의 하면에는 분리액배출관(29)와 케이크배출관(23)이 설치된다. 상기 분리액배출관(29)는 수분을 내포한 연성의 슬러지에서 탈수, 분리된 수분을 배출하는 공간이고, 케이크배출관(23)은 수분을 내포한 연성의 슬러지에서 수분을 뺀 나머지 고체상태의 슬러지를 배출하는 공간이다.

상기 포집외곽케이싱(15)의 내면에는 외동보올(11)이 설치되어 있는데, 상기 외동보올(11)은 전체적으로 수평하게 배치되어 원통형으로 형성되어 있으며, 상기 외동보올(11)의 한 측면에는 원추형으로 형성된 압착탈수부(B)가 형성되어 있다. 상기 외동보올의 원통형 부분은 분리침강부(A)이다.

상기 외동보올은 도 1에 도시된 바와 같이, 그 연부내면에 다수개의 홈과 골로 이루어지는 빗살무늬홈(21)이 형성된다. 상기 빗살무늬홈(21)은 슬러지의 미끄럼을 방지하여 전면으로 평행하게 슬러지를 진행시키고, 압착력과 압밀력을 증가시키는 역할을 한다.

또한, 상기 외동보올(11)은 양 측면에 각각 케이크배출구(23)와 분리액월류댐후랜지(17)를 구비한다. 상기 케이크배출구(23)는 압착탈수부(B)의 끝단에 위치하고 있으며, 외동보올(11) 내에서 수분을 제거한 슬러지의 케이크를 배출하는 통로이다. 상기 분리액월류댐후랜지(17)는 수분을 내포한 슬러지에서 수분 만을 속출하여 내동스크류컨베이어(12)와 경계면에 형성된 소공(28)으로 용액을 배출하는 통로이다.

상기 케이크배출구(23)는 분리액월류댐후랜지(17)의 소공(28)보다 그 지름이 크게 형성되는데, 구체적으로 각각의 지름은 케이크 배출구(23)가 1일 때 분리액원류댐후랜지(17)의 소공(28)은 1.1로 형성하여, 원추형의 압착탈수부(B)에 드라이피치 이송부하가 없도록 원심평행압을 증가시켜 침강, 탈수 고형물(케이크)을 배출하도록 한다.

상기 외동보올(11)의 중앙부에는 내동스크류컨베이어(12)가 수평하게 설치되고, 상기 내동스크류컨베이어(12)의 연부측면에는 다수개의 배플판(27)이 동일한 피치의 나선형으로 형성된다. 상기 내동스크류컨베이어(12)의 크기에 따라 배플판(27)이 배치되며, 그 크기 또한 외동보올(11)의 지름에 따라 설계 가능하다.

상기 동일한 피치, 동일한 원주의 나선형 배플판(27)은 분리침강부(A)까지 연장되어 형성되고, 상기 압착탈수부(B)에서는 원추의 각도에 따라 배플판(27)의 원주가 점차적으로 작아지는 형상을 가진다. 상기 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계면에는 로터리원판(19)이 형성된다.

상기 로터리원판(19)은 정원형의 원판의 양 측면에 각각 일정한 원주면을 가지는 압착홈(31)이 형성된다. 상기 압착홈(31)은 로터리원판(19)의 중심으로부터 0도에서 90도, 180도에서 270도사이에의 폭으로 각각 형성되며, 그 홈의 깊이는 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27)의 원주지름에 비해 약 1cm에서 10cm정도 작은 지름을 형성하도록 한다. 또한, 상기 로터리원판(19)의 원주지름은 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27)의 원주지름보다 1mm에서 10mm정도 작은 지름으로 형성한다.

한편, 상기 로터리원판(19)과 배플판(27)이 교차하는 지점의 최상단, 즉 90도 지점에서 로터리원판(19)과 같은 원주로 압착나선플레이트(20)가 압착탈수부(B)측을 향하여 1피치 또는 수 피치로 나선형으로 형성되어 내동스크류 컨베이어(12)의 연부측면에 접합된다.

상기 압착나선플레이트(20)의 역할은 슬러지의 압착이송을 하고, 상기 로터리원판(19)은 분리된 상등수와 고형물(케이크) 간의 분리를 가능하고, 압착 조정을 하는 역할을 전담한다.

상기 내동스크류컨베이어(12)의 내부에는 약품주입관(25)과 슬러지투입관(24)이 형성된다. 상기 약품주입관(25)은 슬러지투입관(24)에 내포되어 압착탈수부(B) 상의 내동스크류 컨베이어(12)으로부터 약 3분의 1지점까지 길게 형성된다. 상기 약품주입관(25)과 슬러지주입관(24)의 끝단에는 상기 내동스크류 컨베이어(12)의 연부측면에 다수개의 홀로 구성된 투입물 분배분산구(18)를 형성한다.

본 슬러지 농축, 탈수용 수평 원심분리기의 동작은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 외동보올(11)이 정회전시에 외동보올(11)의 중앙부에 삽입 설치된 내동스큐류 컨베이어(12)의 연부측면에 설치된 투입물 분배분산구(18)에 의해 유체성슬러지와 약품이 정량으로 투여된다. 상기 유체성슬러지와 약품은 상기 내동스큐류 컨베이어(12)의 내부에 삽입, 설치된 슬러지투입관(24)과 약품주입관(25)에 의해 가능하다.

상기 투입물분배분사구(18)를 통해 슬러지와 약품을 정회전하는 외동보올(11) 내로 분출하면서 플록화 진행과 원심압밀력을 받아 외동보올의 내부측면에 고형물을 침강하고, 분리된 상등수는 분리액월류댐후랜지(17)과 내동스크류컨베이어(12)가 접하는 면에 형성된 소공(28)으로 배출된다.

상기 원심분리기의 초기운전 설정시에 투입 슬러지 양을 외동보올(11) 최대 용적량만큼 투입하고, 수초간 일시적으로 슬러지 투입을 중단하고, 다시 연속적인 투입을 실시한다.

이러한 원리에 의해 외동보올(11) 내에 고형물이 급속으로 외동보올(11) 내벽에 침강하여 압착탈수부(B)의 공간을 슬러지로 채우게 된다. 또한 외동보올(11) 전체 내부공간에 빈틈없이 메워진 침강고형물을 회전시키게 되는데, 상기 회전시 피드백제어모드에서 차동조절모터(16)의 회전수를 조절하도록하고, 적정한 토오크에 도달하였을 때 초기 연속운전상태를 유지하도록 한다.

초기 연속상태 유지시에 약품과 슬러지는 연속투입되도록 하고, 투입된 슬러지는 점차적으로 외동보올(11)의 내면에 형성된 빗살무늬홈(21)에 의해 미끄럼현상과 회전을 방지하여 유체성슬러지를 평행하게 전면으로 이송하며, 상기 슬러지는 외동보올(11) 내 분리침강부(A)에 위치한 상기 내동스큐류 컨베이어(12)는 상기 외동보올(11)보다 느린 속도로 배플판(27)을 회전시켜 점차적으로 압착탈수부(B)로 이송한다.

또한, 상기 고형물 중 중량이 비교적 무거운 고형물은 외동보올(11)의 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계지점에 위치한 로터리원판(19)은 무거운 고형물을 압착하도록 하는데, 배플판(27)의 후면에 위치한 압착홈(31)으로 서서히 고형물을 주입하고 일단 진입한 고형물을 서서히 압착탈수부(B)로 압착시킨다.

한편, 상기 고형물 중 중량이 비교적 가벼운 고형물은 배플판(27)의 전면에 위치한 배플판(27) 보다 원주지름이 작아 일정한 공간을 형성하는 압착나선플레이트(20) 둘레에 형성된 공간과 배플판(27)의 전면에 형성된 로터리원판(19)의 압착홈(31)으로 고형물을 주입하도록 한다.

상기 로터리원판(31)과 압착나선플레이트(20)는 원심력에 의한 압밀력(M)과 압착나선플레이트(20), 배플판(27)에 의해 전면으로 이송, 압축되어 압착력(P)이 발생하고, 압착탈수부(B)의 경사면에서 발생하는 전단력(T)에 의해 슬러지의 수분제거를 용이하게 한다.

이러한 압밀력(M)과 압착력(P), 전단력(T)의 관계는 하기의 그림1과 같다.

그림 1. 외동보올 내의 압밀력과 전단력, 압착력의 관계

본 원심분리기의 자동연속운전을 위해서는 내동스크류컨베이어(12)에 영향을 주는 침강 고형물에 의한 부하를 줄이기 위해서 차동기어박스(13)를 이용하여 감지되는 변환 토오크와 차동조절모터(16)의 와전류를 감지하고, 상기 감지된 변환토오크와 와전류에 의해 피드벡 제어에 의한 연산제어모드로 작동시켜 외동보올(11) 상의 고형물량이 일정하지 않더라도 항상 설정된 운전값에 의해 자동제어가 가능하게 한다.

본 발명은 슬러지에 함유되어 있는 물과 고형물을 회전하는 외동보올에 주입하여 적은 동력으로 원심력을 가해 물과 고형물을 각각 분리하고, 분리액월류댐후랜지의 소공과 케이크배출구 반경의 크기를 달리하여 원심압밀력의 증가로 케이크배출이 이루어져 배출에너지 감소와 부하를 최소화하고, 외동보올 전체에 수용되는 내용물이 채워져서 용적이 최대화되는 효과가 있다. 아울러, 로터리원판과 압착나선플레이트를 통해 원심압착력과 전단력을 최대로 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상,하수 수처리공정에서 발생하는 슬러지를 주입하여 농축탈수, 분리하도록 원통형의 분리침강부(A)와 원추형의 압착탈수부(B)로 형성된 외동보올(11)과, 외동보올(11)의 내면 중앙에 수평하게 형성된 내동스크류컨베이어(12)와, 내동스크류컨베이어(12)의 연부 측면에 형성되어 외동보올(11)의 압착탈수부(B) 상에서 축경되는 나선형의 배플판(27)으로 구성되는 수평원심분리기에 있어서,

   상기 외동보올(11)의 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계지점에 위치한 배플판(27)에 수직 원형으로 접합, 형성되어 상기 분리침강부(A) 측에 설치된 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27) 원주지름 보다 수mm 작게 형성되는 로터리원판(19)과,

   상기 로터리원판(19)의 양측면에 대칭적으로 각각 형성되어 상기 내동스크류 컨베이어(12)의 배플판(27)의 원주지름보다 수cm작게 형성되는 압착홈(31)과,

   상기 로터리원판(19)의 후면에 위치한 배플판(27)의 최상단으로부터 소정의 비틀림각을 가지고, 상기 로터리원판(19)의 전면에 위치한 배플판(27)의 상단부와 접합하는 압착나선플레이트(20)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 슬러지 농축, 탈수용 수평 원심분리기.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 외동보올(11)은,

   내면에 일정한 간격의 빗살무늬홈(21)을 형성하고, 원통형의 분리침강부(A)의 끝단에 형성되어 소정의 하수가 내부에서 농축탈수, 분리되어 배출되도록 상기 내동스크류컨베이어(12)와 접하는 면에 소공(28)이 형성되는 분리액월류댐후랜지(17)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 농축, 탈수용 수평 원심분리기.