KR100815386B1 - 공기를 이용한 에너지 절약형 슬러지 건조 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 및 폐수, 정수처리장(이하 "하·폐수처리장"이라고함)에서 배출되는 고함수율을 가진 슬러지 케이크를 별도의 추가 열원이나 동력 없이 기존의 공정에서 사용되는 다량의 고온공기를 이용하여 슬러지를 건조, 함수율을 낮추어 슬러지 감량화 및 자원화하는 공정에 관한 것으로 보다 상세하게는 하·폐수처리장의 수처리공정에 있어, 다량의 고온 공기를 공급하는 송풍기(1); 상기 송풍기(1)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 탈수 슬러지 케이크가 공급되는 호퍼(11); 상기 호퍼(11)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 다단 원심 싸이크론 분리기(12); 상기 분리기(12)는 다단으로 구성된 원심 싸이크론 분리기(12)로서 공기배관(8)은 상기 호퍼(11)의 후단에서 상기 분리기(12) 첫 단의 상부측으로 연설되고, 첫 단의 하부에서 다음 단의 상부측으로 공기배관(8)이 연설되어지는 순서로 마지막 단 전까지 연설되고, 상기 호퍼(11)에서 상기 분리기(12)로의 연설된 공기배관(8) 내에서는 송풍기(1)에서 공급된 다량의 고온 공기는 슬러지 케이크와 이송하면서 슬러지 케이크를 미립화 시키고, 비표면적을 증대시키는데, 이 슬러지 케이크는 각 단 내로 이송되면서 싸이크론으로 인해 슬러지 마찰 면적의 증대도 기대되어 슬러지 케이크의 건조가 이루어지며, 전 단의 하부에서 상부측으로 공기배관(8)으로 연설된 마지막 단 분리기 내에서는 비중이 높은 건조 슬러지와 고형물은 하부의 배출기 나가게 되고, 비중이 낮고 각 단의 분리기를 거치면서 온도가 낮아진 공기는 상부로 이송되어 상부에서 연설되어진 공기배관(8)을 통해 기존 생물학적 처리조(9)로 공기가 이송될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 공기 이송을 이용한 에너지 절약형 슬러지 건조공정.

슬러지 건조, 슬러지 건조공법, 유체 분리기, 싸이크론 분리기, 슬러지 감량화, 싸이크론, 건조장치, 폐기물 처리공법, 슬러지 처리공정

Description

공기를 이용한 에너지 절약형 슬러지 건조 공법 {Energy Saving Sludge Dry Method of Construction used by Pneumatic}

도1은 종래의 하·폐수처리장의 일반적인 수처리 공정도이다.

도2는 종래의 하·폐수처리장의 일반적인 수처리 공정에 본 발명에 따른 공법을 조합한 공정도이다.

도3은 종래의 하·폐수처리장의 생물학적 처리조의 공기공급 공정도이다.

도4는 종래의 하·폐수처리장의 생물학적 처리조의 공기공급 공정도에 본 발명에 따른 공법을 조합한 공정도이다.

도5는 종래의 하·폐수처리장의 탈수 슬러지 케이크 건조 계통도이다.

도6은 도2와 도4의 이해를 돕기 위한 본 발명의 탈수 슬러지 케이크 처리 계통도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 송풍기

1-a. 송풍기(예비기)

2. 온도계, 압력계

3. 체크밸브

4. 버터플라이밸브

5. 공기챔버

6. 공기냉각장치(열교환기)

7. 냉각탑

8. 공기배관

9. 생물학적 처리조

10. 보조열원 장치(히터)

11. 호퍼

12. 다단 원심 싸이크론 분리기

13. 집진기

삭제

2006년 전국 하수처리장에서 발생하는 연간 슬러지의 배출양은 2,543천톤으로 처리방법은 해양투기 75%, 소각 9.2%, 육상매립4.8%, 재이용11% 등이다.

그러나 해양환경의 오염방지을 위한 국제협약(2차 런던의정서)에 의해 2011년 3월부터는 해양투기가 전면금지되는 바, 슬러지 감량화와 처리방안은 주요 문제로 대두되고 있다.

현재, 슬러지 처리방안 중 소각과 육상매립, 재이용 외에는 별도의 방안이 없고, 또한 이러한 처리를 위해서는 슬러지의 건조가 필수적인 만큼 그 기술에 대한 응용도 많이 개발되어 있지만, 설비가 고가인데다가 설비시스템 운영을 위한 연료비와 부가시스템에 대한 운영비 또한 막대하다고 볼 수 있다. 따라서 상기의 처리장에서 발생하는 슬러지를 최종 처분하기 전에 직·간접으로 건조하여 슬러지의 함수율을 줄이고, 감량화하여 운반 및 처리비용, 소각비용 등을 절감시킬 수 있는 에너지 절약형 고효율 슬러지 건조 방식이 요구되는 것이다.

종래 기술 중 공기이송을 이용한 슬러지 건조장치(등록실용 20-0372172)에서처럼 다단계 싸이크론을 걸쳐 나온 건조 슬러지와 미량의 슬러지 분진을 분리하기 위해 싸이크론 분리기 설치하고, 건조된 슬러지는 싸이크론 분리기 하단으로 배출하고, 분리된 공기는 세정탑을 통해 대기로 방출한다. 상기 건조장치에서 배출되는 공기는 미량의 분진과 악취를 가지고 있으므로, 반드시 세정탑과 활성탄을 사용한 탈취탑을 사용하여야 한다. 하지만, 이러한 단순한 처리방법으로는 악취 및 휘발성 유기화합물을 완전히 제거할 수는 없으며, 이와 관련하여 막대한 추가 설비비용과 운전비용이 수반되는 단점이 있다.

본 발명은 기존 또는 신규건설의 하·폐수, 정수처리장 등에서 생물학적 처리조에 공기를 공급하는 송풍기의 후단으로 다단 원심 싸이크론 분리기를 설치하여 슬러지 케이크의 건조에 이용한 후의 공기를 생물학적 처리조에 재사용하는 공정임으로 악취제거는 물론 별도의 건조를 위한 열원이나 동력장치 없이 슬러지를 건조할 수 있어, 기존 공정에서 필요한 막대한 설치 및 운영비용과 후처리설비에 대한 비용 등을 절감할 수 있다.

본 발명의 목적은 기존의 하·폐수처리장의 송풍기에서 나오는 다량의 고온공기를 이용하여 슬러지를 건조, 분리한 후 생물학적 처리조에 재활용하는 공정을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 슬러지 건조를 위한 건조기 후단설비에서 발생하는 분진 및 악취를 별도의 설비 없이 제거하는 공정을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기존 하·폐수처리장의 송풍기에서 나오는 다량의 고온공기의 공급으로 인하여 생물학적 처리조에 수온이 상승하여 호기성 미생물의 활성도를 떨어뜨려 수처리의 효율을 저감시키는 문제점을 해결할 수 있는 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 발명의 효과에 의하여 모두 달성될 수 있다.

본 발명은 하·폐수처리장의 탈수기에서 배출하는 고함수율의 슬러지 케이크를 별도의 열원이나 동력없이 기존 공정에 사용되는 다량의 고온공기를 이용하여 슬러지를 건조하여 감량화 및 자원화하는 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하·폐수처리장의 수처리공정에 있어, 다량의 고온 공기를 공급하는 송풍기(1); 상기 송풍기(1)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 탈수 슬러지 케이크가 공급되는 호퍼(11); 상기 호퍼(11)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 다단 원심 싸이크론 분리기(12); 상기 분리기(12)는 다단으로 구성된 원심 싸이크론 분리기(12)로서 공기배관(8)은 상기 호퍼(11)의 후단에서 상기 분리기(12) 첫 단의 상부측으로 연설되고, 첫 단의 하부에서 다음 단의 상부측으로 공기배관(8)이 연설되어지는 순서로 마지막 단 전까지 연설되고, 상기 호퍼(11)에서 상기 분리기(12)로의 연설된 공기배관(8) 내에서는 송풍기(1)에서 공급된 다량의 고온 공기는 슬러지 케이크와 이송하면서 슬러지 케이크를 미립화 시키고, 비표면적을 증대시키는데, 이 슬러지 케이크는 각 단 내로 이송되면서 싸이크론으로 인해 슬러지 마찰 면적의 증대도 기대되어 슬러지 케이크의 건조가 이루어지며, 전 단의 하부에서 상부측으로 공기배관(8)으로 연설된 마지막 단 분리기 내에서는 비중이 높은 건조 슬러지와 고형물은 하부의 배출기 나가게 되고, 비중이 낮고 각 단의 분리기를 거치면서 온도가 낮아진 공기는 상부로 이송되어 상부에서 연설되어진 공기배관(8)을 통해 기존 생물학적 처리조(9)로 공기가 이송될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 다단 원심 싸이크론 분리기(12)는 고온의 공기와 다량의 공기를 사용하여 슬러지를 건조하는 건조공정이 바람직하다.

상기 송풍기(1) 후단과 탈수 슬러지 저장 호퍼(11) 사이에 연설된 공기 배관(8)에는 열원의 보충과 예열을 위하여 보조열원 장치(히터)(10)를 추가로 연설하여 보조열원으로 사용할 수도 있다.
상기 다단 원심 싸이크론 분리기(12)와 기존 생물학적 처리조(9) 사이에 연설된 공기 배관(8)에는 집진기(13)를 추가로 연설하여 미세 이물질과 먼지 등을 걸러 사용 할 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 바람직한 실시 예를 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도1은 종래의 하·폐수처리장의 일반적인 수처리 공정도이다.

하·폐수처리장의 수처리공정은 수처리과정과 슬러지처리 과정으로 대별되는데 일반으로 유입된 하수 및 폐수(이하 "하수"라고 함)는 침사지에서 하수와 함께 유입된 협잡물을 제거하고, 유량조정조와 반응조를 거쳐, 1차 침전조에서 하수를 일정시간 체류시킨 후, 침강성물질과 부상물질을 하수로부터 분리하여 제거한다.

생물학적 처리조는 유입된 하수에 공기를 공급하여 호기성 미생물을 이용하므로 오염원을 결집시켜 쉽게 분리될 수 있도록 처리하며, 최종침전조(2차 침전조)에서는 생물학적 처리조로의 혼합액을 정지시켜 활성슬러지와 상등수로 분리하며 탈수기로 보내고 처리수는 방류한다.

슬러지 처리과정은 농축조에서 수처리과정을 통하여 발생한 슬러지를 장시간 중력침전시켜 부피를 감소시키며 소화조와 탈수설비를 통하여 부피와 무게를 감소키고 운반과 처분을 쉽게 하기 위해 슬러지 상태로 만들지만, 탈수되어진 슬러지는 약80%정도의 상대적으로 높은 함수율을 갖고 있어, 악취와 함께 2차오염을 발생시킬 수 있다.

도2는 종래의 하·폐수처리장의 일반적인 수처리 공정에 본 발명에 따른 공법을 조합한 공정도이다.

도2는 도1의 종래의 하·폐수처리장의 일반적인 수처리 공정에서 탈수 슬러지 케이크 건조공정을 조합한 공정도로서 생물학적 처리조는 호기성 미생물을 이용하므로 송풍기로부터 다량의 공기가 필요한다. 이때 송풍기가 발생하는 공기의 압력은 생물학적 처리조의 수두 높이만큼의 수두압력을 이겨야 하기 때문에 수두높이 만큼의 압력을 가진 적정 온도의 공기를 발생하여야 한다.

이 때, 송풍기에서 나오는 다량의 고온공기는 생물학적 처리조에 산기시킬 때 처리조의 수온을 상승시켜 호기성 미생물의 활성도를 떨어뜨려 수처리의 효율을 낮게 함으로 도3과 같이 송풍기 후단으로 별도의 공기냉각장치(열교환기)(6)를 설치하고 있다.

그래서, 도2는 송풍기에서 발생하는 다량의 고온공기를 탈수기에서 나오는 고함수율의 슬러지 케이크를 건조시키는 열원으로 사용하고, 다단 원심 사이크론 분리기의 마지막 단까지 이송된 다량의 공기는 단계를 거치면서 온도가 낮아져 별도의 공기냉각장치(열교환기)가 불필요한 것이다. 또한, 건조시 발생하는 공기 중 악취도 생물학적 처리조에 산기 시키므로 악취제거를 위한 스크레버나 탈취탑 등의 탈취설비를 하지 않아도 된다.

도3은 본 발명과 비교 설명을 위한 종래의 하·폐수처리장의 생물학적 처리조의 공기공급 공정도이다.

도4는 종래의 하·폐수처리장의 생물학적 처리조의 공기공급 공정도에 본 발명에 따른 공법을 조합한 공정도이다.

도4의 송풍기(1)의 후단과 탈수 슬러지 케이크가 공급되는 호퍼(11) 사이에 필요시 보조열원 장치(히터)(10)를 사용할 수 있도록 하고, 다단 원심 싸이크론 분리기(12)와 생물학적 처리조(9) 사이에도 필요시 집진기(13)을 사용할 수 있도록 하며, 상기 제어반이 이루어진 송풍기(1)에서 공급된 다량의 고온 공기가 탈수기에서 나온 슬러지 케이크가 공급되는 호퍼(11)를 통과하면서 탈수 슬러지 케이크와 함께 다단 원심 싸이크론 분리기(12)의 단계를 거치게 하여 탈수 슬러지 케이크를 건조하고, 다단 원심 싸이크론 분리기(12)의 마지막 단에서 분리된 공기는 생물학적 처리조(9)에 재사용하는 공정을 특징으로 한다.

도5는 종래의 하·폐수처리장의 탈수 슬러지 케이크 건조 계통도이다.

도5의 계통도에서는 건조기와 유체 분리기(싸이크론 분리기) 후단에는 미량의 분진과 악취를 제거할 수 있는 스크레버나 탈취탑을 사용하고, 이를 운전하기 위한 별도의 에너지와 부대설비를 필요로 하고 있다.

도6은 도2와 도4의 이해를 돕기 위한 본 발명의 탈수 슬러지 케이크 처리 계통도이다.

도5의 유체 분리기(싸이크론 분리기) 후단에서 발생하는 상기와 같은 2차적인 문제점을 도6은 별도의 열원이나 장치가 없이도 제거할 수 있도록 한 공정으로 기존 생물학적 처리조에 공급하는 고온공기를 탈수 슬러지의 건조에 이용한 후 생물학적 처리조에 사용함으로서 공기냉각장치(열교환기)(6)와 관련하여 소요되는 설비비용과, 슬러지 건조를 위한 별도 건조 운영비용과 슬러지 처리를 위한 비용을 절감하고, 건조기 후단에서 발생하는 분진이나 악취를 동시에 제거할 수 있는 공정이다.

또한, 상기 공정에 사용될 수 있는 다단 원심 싸이크론 분리기는 2단 이상의 다단 싸이크론 분리기를 사용할 수 있다.

삭제

본 발명은 송풍기 후단에 슬러지 케이크가 유입되는 호퍼와 다단 원심 싸이크론 분리기를 순서대로 배관으로 연설하여, 슬러지 건조입자와 공기를 분리해 분리된 공기는 생물학적 처리조에서 필요로하는 공기로 사용할 수 있도록 한 공정으로서, 기존 송풍기에서 토출되는 고온의 공기는 직접 생물학적 처리조로 유입되어 수온을 상승시켜 수처리에 직접적인 영향을 미치게 되므로. 이러한 고온의 공기를 탈수 슬러지 케이크의 건조와 슬러지 케이크 분리를 위한 열원으로 사용하고, 사용된 공기는 단계를 거쳐면서 변한 저온공기로서 생물학적 처리조에 공급함으로 미생물의 활성도를 높여 수처리 효율을 높일 수 있게 되므로 기존 송풍기 후단에 설치해야 할 공기냉각장치(열교환기) 등의 부대설비도 불필요하게 된다.

또한, 일반적인 건조방법에 있어서 슬러지 건조과정에서 발생하는 악취를 함유한 공기는 생물학적 처리조에 공급하여 재사용함으로서 별도의 악취제거설비인 탈취설비를 할 필요가 없다. 상기 송풍기에서 토출되는 고온의 공기로 탈수 슬러지 케이크를 건조하는 공정이므로 추가 열원이나 장치가 없이 슬러지를 건조, 함수율을 줄여 슬러지 처리비용을 절감하고, 기존의 건조기에서 대기로 버려지는 공기를 재활용함으로써 에너지를 획기적으로 줄일 수 있으며, 분진 제거장치나 악취 제거장치가 불필요함으로서 설비를 단순화하고 설치면적과 설치비용, 운영비용 등을 줄일 수 있다.

그리고 기존 처리장과는 달리, 다단 원심 싸이크론 분리기를 통과한 공기는 고온의 공기가 아니기 때문에 별도의 공기 냉각장치(열교환기)가 불필요하며, 적정한 공기온도의 공급으로 미생물이 활성화되어 수질향상에 도움이 될 뿐 아니라, 함수율 높은 슬러지에서 발생하는 침출수 등의 2차적인 환경오염을 예방하는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 하·폐수처리장의 수처리공정에 있어, 다량의 고온 공기를 공급하는 송풍기(1); 상기 송풍기(1)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 탈수 슬러지 케이크가 공급되는 호퍼(11); 상기 호퍼(11)의 후단에서 공기배관(8)이 연설된 다단 원심 싸이크론 분리기(12); 상기 분리기(12)는 다단으로 구성된 원심 싸이크론 분리기(12)로서 공기배관(8)은 상기 호퍼(11)의 후단에서 상기 분리기(12) 첫 단의 상부측으로 연설되고, 첫 단의 하부에서 다음 단의 상부측으로 공기배관(8)이 연설되어지는 순서로 마지막 단 전까지 연설되고, 상기 호퍼(11)에서 상기 분리기(12)로의 연설된 공기배관(8) 내에서는 송풍기(1)에서 공급된 다량의 고온 공기는 슬러지 케이크와 이송하면서 슬러지 케이크를 미립화 시키고, 비표면적을 증대시키는데, 이 슬러지 케이크는 각 단 내로 이송되면서 싸이크론으로 인해 슬러지 마찰 면적의 증대도 기대되어 슬러지 케이크의 건조가 이루어지며, 전 단의 하부에서 상부측으로 공기배관(8)으로 연설된 마지막 단 분리기 내에서는 비중이 높은 건조 슬러지와 고형물은 하부의 배출기 나가게 되고, 비중이 낮고 각 단의 분리기를 거치면서 온도가 낮아진 공기는 상부로 이송되어 상부에서 연설되어진 공기배관(8)을 통해 기존 생물학적 처리조(9)로 공기가 이송될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 슬러지 건조공정.
2. 제1항에 있어서, 상기 송풍기(1) 후단과 탈수 슬러지가 공급되는 호퍼(11) 사이에 연설된 공기배관에 보조열원 장치(히터)(10)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조공정.
3. 제1항에 있어서, 다단 원심 싸이크론 분리기(12)와 기존 생물학적 처리조(9)사이에 연설된 공기배관에 집진기(14)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조공정.
4. 삭제
5. 삭제

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