KR100760431B1 - 슬러지 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초에너지 절약형 폐수 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 각종 슬러지를 진공상태에서 건조할 수 있도록 하면서 상기 슬러지를 상부에서 분사하여 수직상태로 설치된 가열로 챔버에서 증발 건조시키며, 또한 서모-컴프레서를 이용하여 저압 폐증기를 회수하여 재활용하고 버퍼 탱크와 변환밸브를 이용하여 연속적으로 슬러지를 처리할 수 있도록 하며, 특히 상기 슬러지를 냉각 유체로 한 응축기와 진공펌프를 사용하고 챔버 내를 진공상태로 만들 수 있도록 하는 기술적 구성을 구현하고자 한다.

슬러지, 건조장치, 진공챔버, 히터, 서모-컴프레서

Description

슬러지 건조장치{sludge drying machine}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 에너지 절약형 폐수 슬러지 건조장치의 구성을 보이고 있는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 이송펌프 12: 응축기

18: 히터 20: 진공챔버

21: 자켓히타 22: 분사노즐

24: 데미스터 28: 이코노마이저

30: 버퍼 탱크 36: 진공펌프

38: 서모-컴프레서 44: 보일러

본 발명은 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저압 폐증기를 재활용하고 진공상태에서 슬러지를 건조시켜 에너지를 절약할 수 있는 폐수 슬 러지 제거장치에 관한 것이다.

최근 다양한 분야에서 발생되는 각종 폐기물 중에서 물기가 함유된 폐기물(이하 '슬러지(sludge)'라 함)의 처리에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 슬러지에는 하폐수 처리시설에서 발생하는 하폐수 슬러지, 식품 또는 제지공장 등의 산업현장에서 발생하는 다습 폐기물, 가정에서 발생되는 음식물 쓰레기 및 축산 농가에서 발생하는 축산 분뇨 등이 있다,

통상 이와 같은 슬러지는 80%에 이르는 수분이 함유되어 있으므로 일반적인 소각시설의 처리대상에서는 제외되어 매립을 통한 처리가 일반화되어 있다. 그러나 매립을 통한 슬러지의 처리는 침출수로 인한 지하수 등의 2차 오염, 지반의 약화, 매립 면적의 확보 등에 따른 문제점이 대두되고 있어 이에 대한 대체 기술이 요구되고 있는 실정이다.

한편, 위와 같은 슬러지를 건조방식으로 처리하기 위해 제안된 기술들은 컨베이어 벨트 또는 스크류를 사용하여 슬러지를 이송시키면서 다양한 종류의 열원을 사용하여 건조공정을 진행하는 장치 및 방법을 제시하고 있다.

그러나 이러한 종래기술은 열효율이 낮아 슬러지 건조에 소요되는 비용이 높아 실용성이 떨어지고, 소각 처리방법에 비해 시간이 많이 소요되며, 또한 슬러지의 처리시 발생되는 분진이나 소음에 대한 대책이 미흡한 점이 있다. 뿐만 아니라 스크류 방식을 적용하는 경우에는 슬러지의 이송이 거의 불가능하고, 내측에 위치되어 이송되는 슬러지는 거의 건조되지 않는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 저압 폐증기를 재활용하고 진공상태에서 슬러지를 건조시켜 에너지를 절약하고, 슬러지의 처리 비용을 현저히 낮출 수 있는 슬러지 건조장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 슬러지의 처리 효율을 높이고, 설치비용 및 유지비용을 최소화할 수 있는 슬러지 건조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 연속적으로 슬러지를 처리할 수 있는 슬러지 건조장치를 제공함에 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 초에너지 절약형 폐수 슬러지 건조장치를 제안하고자 하며, 구체적으로는 각종 슬러지를 진공상태에서 건조할 수 있도록 하면서 상기 슬러지를 상부에서 분사하여 수직상태로 설치된 가열로 챔버에서 증발 건조시키며, 또한 서모-컴프레서를 이용하여 저압 폐증기를 회수하여 재활용하고 버퍼 탱크와 변환밸브를 이용하여 연속적으로 슬러지를 처리할 수 있도록 하며, 특히 상기 슬러지를 냉각 유체로 한 응축기와 진공펌프를 사용하고 챔버 내를 진공상태로 만들 수 있도록 하는 기술적 구성을 구현하고자 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 절약형 폐수 슬러지 건조장치의 구성을 보이고 있는 도면이다. 본 발명의 건조장치는 이송펌프(10), 이코노마이저(28), 부스터 펌프(16), 히터(18), 진공펌프(36), 응축기(12), 진공챔버(20), 변환밸브(32) 및 버퍼 탱크(30), 그리고 서모-컴프레서(38), 보일러(44)로 구성된다.

상기 도 1을 참조하면, 이송펌프(feed pump: 10)는 수분이 함유된 슬러지(waste water sludge)를 에코너마이저(28)와 응축기(12) 및 히터(14)를 거쳐서 진공챔버(20) 내로 공급시키는 펌프이다. 응축기(condenser: 12)는 진공챔버(20) 내의 증기를 응축시키기 위한 냉각장치로서, 상기 응축기(12)에 의해 냉각된 응축수(A)는 응축기(12)의 하부에 담겨지게 된다.

부스터 펌프(booster pump: 16)는 이송펌프(10)에 의해 공급된 슬러지를 분사노즐(22)을 통해 진공챔버(20)의 내부로 분사시키기 위하여 송수압력을 증대시키는 가압용 펌프이다. 히터(heater: 18)는 상기 부스터 펌프(16)에 의해 1차 예열되어 공급된 슬러지를 거의 포화상태까지 히팅하여 진공챔버(20)의 내부로 분사시킨다.

상기 진공챔버(vacuum chamber: 20)는 이중관 형태의 원통 모양으로 형성되고 수직상태로 설치되며, 통상 하부챔버(20a)와 상부챔버(20b)로 나누어진다. 즉, 예열된 슬러지가 분사노즐(22)을 통해 분사되어 건조되는 장소인 하부챔버(20a)와 슬러지에 함유되어 있는 수분이 고열에 의해 증발된 후 수적과 고형성분이 분리되어 깨끗한 수증기만 모이는 상부챔버(20b)로 구성되며, 이들은 데미스터(24)에 의해 구획된다. 이러한 진공챔버(20)는 수직상태로 설치되어 있기 때문에 분사노즐(22)을 통해 분사된 슬러지가 건조됨과 동시에 미립화되어 중력에 의해 아래로 떨어져 버퍼 탱크(30)에 모이게 된다. 이때 상기 분사노즐(spray nozzle: 22)은 데미스터(24)의 저면에 설치되고 히터(18)에 의해 2차로 예열된 슬러지를 진공챔버(20)의 하부쪽(20a: chamber)으로 분사시키는 역할을 한다.

데미스터(demister: 24)는 다공판 구조로 되어 있으며 하부챔버(20b)에서 증발된 증기 중의 수분을 제거하는 장치이다. 즉, 상기 하부챔버(20b)에서 발생된 증기는 데미스터(24)를 거쳐서 순수하고 깨끗한 증기는 상부챔버(20a)로 이동하게 되며, 이중에서 일부는 응축기(12)에 의해서 응축되고 나머지 일부는 서모-컴프레서(38)에 의해 흡입된다. 이때 상기 응축수(A)는 응축기(12)의 하부에 모이게 되고, 이는 증류펌프(distillate pump: 26)에 의해 이코노마이저(economizer: 28)를 거쳐 외부로 배출된다. 상기 이코노마이저(28)는 증류펌프(26)를 통해 배출되는 응축수(A)를 식혀주는 역할과 함께 슬러지를 1차 예열하며, 즉 진공챔버(20) 내에서 증발한 수증기의 응축수(A)로부터 열을 회수한 후 에코노마이저(28)를 통과하면서 온도가 현저히 떨어진 응축수(clean water)를 외부로 배출시킨다.

한편, 전술한 진공챔버(20)의 하단부에는 버퍼 탱크(buffer tank: 30)가 설치되는데, 상기 버퍼 탱크(30)에는 완전히 건조된 상태의 슬러지(즉, 수분이 함유되어 있지 않은 미립화된 슬러지)가 충진된다. 그리고 상기 버퍼 탱크(30)에는 변환밸브(change over valve: 32)와 토출밸브(discharge valve: 34)가 설치되며, 이러한 구성에 따라 연속적인 프로세스가 진행될 수 있다.

또한, 전술한 진공챔버(20)의 상부챔버(20b)에는 배관이 연결되어 있으며, 이 배관은 내부에서 응축기(12)로 연결된다. 이 배관에는 진공펌프(vaccum pump: 36)가 설치된다. 상기 진공펌프(36)는 진공챔버(20)에 잔존하는 각종 불응축가스(즉, 슬러지를 건조시킬 때 발생하는 불응축가스, 주로 공기)를 외부로 배출시키며, 특히 진공챔버(20)의 내부를 진공상태로 만드는 역할을 한다.

서모-컴프레서(thermo-compressor: 38)는 진공챔버(20) 내의 수증기를 흡입하여 보일러(44)에서 공급되는 고압증기와 혼합시켜 중압의 증기를 만든 후, 중압된 증기는 진공챔버(20)의 가열에너지와 슬러지의 가열에너지로 사용된다. 즉, 상기 서모-컴프레서(38)는 진공챔버(20)와 배관으로 연결되며, 서모-컴프레서(38)에 의해 중압된 증기는 이중관 형태의 진공챔버(20) 내에 공급되어 슬러지를 건조시킨다. 또한 상기 서모-컴프레서(38)는 히터(18)와 배관으로 연결되고, 상기 중압된 증기는 히터(18)에 공급되어 상기 슬러지를 2차 예열시킨다.

한편, 상기 서모-컴프레서(38)를 통해 유입된 고온의 증기는 진공챔버(20)를 가열시킨 다음 액체상태의 물(이하 '응축액(B)'이라 함)로 바뀌어진 후 배관을 통해 캐스케이드 탱크(cascade tank: 40)에 담겨지게 되고, 역시 히터(18)를 통과한 응축액(B)도 캐스케이드 탱크(40)에 담겨진다. 이때 상기 응축액(B)은 차가운 상태가 아니라 어느 정도의 온도를 유지하고 있는 상태로서, 이송펌프(42)를 통해서 보일러(44)에 재공급된다.

이와 같은 구성에 따라서, 슬러지에 함유되어 있는 수분은 증발되면서 흡수된 증발잠열은 전부 회수되어 다시 가열에너지로 사용되기 때문에 매우 적은 에너지로서 슬러지를 건조시킬 수 있다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 건조장치를 이용하여 수분이 함유 된 슬러지를 건조시키는 과정을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명한다.

상기 도 1에 도시한 바와 같이, 우선 보일러(44)를 통해 공급되는 고압의 증기는 서모-컴프레서(38)를 거쳐 히터(18)와 자켓히타(21)에 공급되며, 또한 진공챔버(20)에서 발생하는 수증기는 서모-컴프레서(38) 쪽으로 공급되어 고압의 증기와 혼합된 다음, 계속해서 순환된다. 이때 상기 히터(18)와 자켓히타(21)를 통과한 응축액(B)은 캐스케이드 탱크(40)에 담겨지고, 이어서 상기 응축액(B)은 이송펌프(42)의 작동에 의해 보일러(44) 쪽으로 재공급되어진다.

이러한 동작을 수행하는 과정에서, 수분이 함유된 슬러지(waste water sludge)를 공급하게 되면, 상기 슬러지는 이송펌프(10)와 부스터 펌프(16)에 의해 히터(18) 쪽으로 공급되어져 2차 예열됨과 동시에 분사노즐(22)을 통해 진공챔버(20: 즉, 하부챔버(20a))에 분사된다.

이어서 상기 진공챔버(20)에 분사된 슬러지(즉, 히터(18)에 의해 2차 예열된 슬러지)는 서모-컴프레서(38)를 통해 공급되는 고압의 증기에 의해 건조됨과 동시에 미립화되면서 중력에 의해 아래로 하강한다. 이때 상기 슬러지는 하강하면서 진공챔버(20)의 벽면에서 계속 열이 공급되기 때문에 계속해서 증발하면서 건조된다.

이후, 2차 건조된 슬러지는 버퍼 탱크(30)에 모이게 되며, 상기 버퍼 탱크(30)에 설치된 변환밸브(32)와 토출밸브(34)를 오픈시켜 완전히 건조된 슬러지를 외부로 배출시킨다.

한편, 진공챔버(20) 내에서 슬러지가 2차 건조될 때 수증기가 발생하게 되며, 상기 수증기는 데미스터(24)를 통해 상부챔버(20b) 쪽으로 유입된다. 이때 상 부챔버(20b)에 잔존하는 일부의 수증기는 서모-컴프레서(38) 쪽으로 흡입되고, 나머지 증기는 응축기(12)에 의해 응축되어 응축기(12)의 하부에 모이게 된다. 상기 응축기(12)의 하부에 담겨진 응축수(A)는 증류펌프(26)를 통해 외부로 배출된다.

또 한편으로, 상기 진공챔버(20)의 내부는 진공펌프(36)에 의해 항상 진공상태를 유지하게 되며, 또한 건조 과정에서 발생하는 유해가스를 흡입하여 외부로 배출시킨다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 연속적으로 슬러지를 처리할 수 있으며, 또한 에너지를 재활용할 수 있기 때문에 슬러지의 처리 비용을 현저히 낮출 수 있는 장점이 있다, 뿐만 아니라 슬러지의 처리 효율을 높이고, 설치비용 및 유지비용을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 수분이 함유된 슬러지를 건조시키는 장치에 있어서,

   상기 슬러지를 이송시키는 이송펌프와;

   상기 이송펌프를 통해 공급된 슬러지를 건조시키는 히터와;

   이중관 형태로 구성되며, 데미스터에 의해 상부챔버와 하부챔버로 구획되고, 상기 건조된 슬러지를 재건조시키는 진공챔버와;

   상기 상부챔버와 배관으로 연결되며, 상기 진공챔버의 내부를 진공상태로 만들고, 상기 진공챔버에 잔존하는 불응축가스를 배출시키는 진공펌프와;

   상기 진공챔버의 하단부에 설치되며, 상기 재건조된 슬러지가 모이는 버퍼 탱크와;

   상기 히터와 진공펌프와 배관으로 연결되며, 상기 배관을 통해 고압의 증기를 각각 공급하는 보일러와;

   상기 보일러와 상부챔버 사이에 설치되며, 상기 하부챔버에 잔존하는 수증기를 흡입하여 상기 고압의 증기와 혼합하는 서모-컴프레서로 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 하부챔버에 각각 설치되며, 상기 수증기를 냉각시켜 응축수로 만드는 응축기 및 상기 응축수가 담겨지는 보조탱크와;

   상기 보조탱크와 연결되며, 상기 응축수의 온도를 떨어뜨리는 이코노마이저 및 상기 응축수를 외부로 배출시키는 증류펌프를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 진공챔버에는 1차 건조된 슬러지를 수직방향으로 분사시키기 위한 분사노즐이 설치됨을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.

Images