KR100815845B1 - 금속 여과필터를 이용한 슬러지 전기탈수 장치 - Google Patents

Abstract

슬러지 폐기물로부터 수분을 제거하는 전기탈수 장치에 관한 것으로서, 슬러지 내부의 전기 전도성을 증가시켜 전기탈수 효율을 높이는 전기탈수 장치를 제공한다. 본 발명에 의한 전기탈수 장치는 내부에 설치된 제1 전극 위에 슬러지를 담는 본체와; 본체와 결합하여 슬러지를 압착하는 피스톤과; 슬러지와 접하는 피스톤 일단에 설치되어 제1 전극과 함께 슬러지 내부에 전기장을 형성하는 제2 전극과; 슬러지와 접하는 제1, 2 전극의 일면에 제공되어 슬러지 고형분으로부터 수분을 선별하면서 각자의 제1, 2 전극과 동일 전위를 유지하여 슬러지의 전기장 세기를 증가시키는 도전성 금속 필터를 포함한다.

슬러지, 전기탈수, 필터, 금속필터, 여과포, 온도센서, 진공펌프

Description

금속 여과필터를 이용한 슬러지 전기탈수 장치 {ELECTRO-DEWATERING DEVICE FOR SLUDGE USING METAL FILTER}

도 1은 본 발명에 의한 슬러지 전기탈수 장치의 개략도.

도 2는 본 발명에 의한 슬러지 전기탈수 장치에서 슬러지 내부의 전류 흐름을 설명하기 위한 개략도.

도 3은 본 발명에 의한 금속 필터의 개략도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 금속 필터의 개략도.

도 5는 본 발명에 의한 전기탈수 장치와 종래 기술에 의한 전기탈수 장치 각각에서 전기탈수 후 슬러지의 수분 함량을 측정하여 나타낸 그래프.

도 6은 종래 기술에 의한 슬러지 전기탈수 장치의 개략도.

도 7은 종래 기술에 의한 슬러지 전기탈수 장치에서 슬러지 내부의 전류 흐름을 설명하기 위한 개략도.

본 발명은 슬러지로부터 수분을 제거하는 전기탈수 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기탈수 효율을 높이기 위해 금속 여과필터를 사용하여 슬러지 내부의 전도성을 증가시킨 슬러지 전기탈수 장치에 관한 것이다.

일반적으로 폐기물 총 발생량의 12% 정도에 이르는 슬러지는 우리나라에서 1999년 한해동안 유기성 슬러지 약 590만톤과 무기성 슬러지 약 220만톤이 발생하였으며, 발생된 슬러지의 처리 비용은 대략 2,400∼4,000억원에 이르고 있다.

상기한 슬러지 폐기물은 일반 폐기물과 달리 매립 및 소각 처리가 어려운데, 이것은 주로 슬러지에 함유된 수분 때문이며, 슬러지의 수분 함량이 많을수록 침출수 발생량이 증가하고, 소각 비용이 추가로 소요된다. 따라서 슬러지로부터 수분을 고효율로 제거하는 탈수 처리가 필수적이다.

그러나 단순히 기계적 압력에 의해 슬러지를 눌러 탈수하는 기계적 탈수 처리는 슬러지 입자가 여과액과 함께 이동하여 여과포가 막히는 현상이 자주 발생하며, 이를 극복하기 위해 슬러지에 고압을 가할 경우, 오히려 여과포가 손상될 뿐만 아니라 에너지 소모가 높아지는 등의 단점을 안고 있다.

이로서 도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 기계적 압착에 의한 탈수와 더불어 슬러지 내부에 전기장을 형성하여 슬러지 입자로부터 수분 입자를 분리시키는 방법을 병행한 전기탈수(electro-dewartering) 장치가 제안되었다.

상기 전기탈수 장치는 피스톤(1) 하단에 양극(3)을, 여과포(5) 하단에 음극(7)을 설치하여 피스톤(1)에 의한 압착과 동시에 슬러지(9) 내부에 전기장을 형성한다. 전기장에 의해 슬러지 입자와 수분 입자는 각각 (-)와 (+) 표면 전하를 띄게 되며, 각자의 슬러지 입자와 수분 입자는 양극(3)과 음극(7)으로 당겨지면서 탈수가 촉진된다.

그러나 종래 기술에 의한 전기탈수 장치는 비전도성인 여과포(5)에 의해 슬러지(9) 내부의 전기 흐름이 저하되어 탈수효율이 낮아지고, 탈수 초기에는 슬러지(9) 내부의 수분에 의해 슬러지(9) 내부의 전류 흐름이 활발하지만, 탈수가 진행됨에 따라 수분이 감소하면, 전기 저항에 의해 전류 흐름이 원활하지 않게 된다.

이러한 결과로, 종래 기술에 의한 전기탈수 장치는 탈수가 진행될수록 전기탈수 효율이 급격히 낮아져 슬러지 폐기물로부터 수분을 고효율로 제거할 수 없는 한계를 안고 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 슬러지의 전기탈수 과정에서 발생하는 전류 흐름 저하와, 이로 인한 탈수효율 저하를 억제할 수 있는 슬러지의 전기탈수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

내부에 설치된 제1 전극 위에 슬러지를 담는 본체와, 본체와 결합하여 슬러지를 압착하는 피스톤과, 슬러지와 접하는 피스톤 일단에 설치되어 제1 전극과 함께 슬러지 내부에 전기장을 형성하는 제2 전극과, 슬러지와 접하는 제1, 2 전극의 일면에 제공되어 슬러지 고형분으로부터 수분을 선별하면서 각자의 제1, 2 전극과 동일 전위를 유지하여 슬러지의 전기장 세기를 증가시키는 도전성 금속 필터를 포함하는 슬러지 전기탈수 장치를 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슬러지 전기탈수 장치의 개략도이고, 도 2는 슬러지 내부에 발생하는 전류 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.

도시한 바와 같이 슬러지 전기탈수 장치는 슬러지(2)를 담는 본체(4)와, 본체(4) 내부에 설치되어 슬러지(2)를 지지하는 제1 전극(6)과, 본체(4)와 결합되어 슬러지(2)를 압착하는 피스톤(8)과, 슬러지(2)와 마주하는 피스톤(8) 일단에 설치되어 제1 전극(6)과 함께 슬러지(2)에 전기장을 형성하는 제2 전극(10)과, 제1, 2 전극(6, 10) 표면에 제공되어 슬러지(2)와 전극의 접촉을 제한하는 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)를 포함한다.

상기 본체(4)는 제1 전극(6) 하단에 배출구(4a)를 형성하여 제1 전극(6)과 제1 금속 필터(12a)를 통과한 유출액을 외부로 배출하며, 피스톤(8)과 제2 전극(10) 사이에는 제2 전극(10)과 제2 금속 필터(12b)를 통과한 유출액을 모아주는 유출액 수집부(14)를 형성한다. 이 유출액 수집부(14)는 유출액을 흡입하는 진공 펌프(16)와 연결된다.

이 때, 상기 제1, 2 전극(6, 10)은 다공성 재질로 이루어져 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)와 함께 슬러지에 함유된 수분을 통과시킨다.

그리고 슬러지(2)와 마주하는 피스톤(8) 일단에는 슬러지(2)의 온도를 측정하는 온도 센서(18)가 설치되어, 전기탈수 과정에서 슬러지(2)의 온도가 설정값 이상으로 상승하면, 제1, 2 전극(6, 10)의 전기 공급을 차단하여 슬러지(2)의 온도 상승을 억제한다.

이로서 본체(4) 내부에 슬러지(2)를 담고 피스톤(8)을 동작시켜 슬러지(2)를 압착하면, 슬러지(2) 내부의 수분은 제1 금속 필터(12a)와 제1 전극(6)을 통과하여 배출구(4a)를 통해 외부로 배출되고, 제2 금속 필터(12b)와 제2 전극(10)을 통과한 유출액은 유출액 수집공간(14)으로 모인 다음, 진공 펌프(16)에 의해 외부로 배출된다.

이와 동시에 제1, 2 전극(6, 10)에는 각각 (-) 전압과 (+) 전압이 공급되어 슬러지(2) 내부에 전기장을 형성하는데, 슬러지(2) 내부의 고형분은 (-) 표면 전하를 띄어 제2 전극(10)에 이끌리고, 유출액은 (+) 표면 전하를 띄어 제1 전극(6)에 이끌려 탈수가 촉진된다.

이 때, 제1, 2 전극(6, 10) 표면에 위치하는 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)는 일반 여과포와 마찬가지로 슬러지(2)와 전극의 접촉을 제한하면서 슬러지 고형분으로부터 유출액을 선별하는 역할을 하나, 상기 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)는 종래의 여과포와 달리 도전성 금속으로 제작되기 때문에, 슬러지(2) 내부의 전기 전도성을 증가시키는 특징을 갖는다.

즉, 전기탈수의 원리는 슬러지(2)의 상, 하부에 직류 전기를 걸어, 하전된 슬러지 입자를 수분과 반대 방향으로 흐르게 하여 필터의 막힘 현상을 최소화하거나, 슬러지 사이의 이온성 물질을 수분과 동반하여 외부로 유출하는 것으로서, 전기탈수 과정에서 수분의 이동 속도는 다음의 수식으로 표현할 수 있다.

V = U ×E

여기서, V는 전기탈수 과정에서 수분의 이동 속도(electro-osmotic flow velocity), U는 전기탈수의 유동성(electro-osmotic mobility), E는 전기장의 세기(electric field strength)를 나타낸다.

이와 같이 전기탈수 효과는 슬러지(2)에 가해지는 전기장의 세기에 비례함을 알 수 있으며, 본 실시예는 제1, 2 전극(6, 10) 표면에 도전성 금속으로 제작된 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)를 구비함에 따라, 슬러지(2) 내부의 전기 전도성을 크게 증가시켜 전기탈수 효과를 높이는 장점을 갖는다.

보다 구체적으로, 상기 제1, 2 금속 필터(12a, 12b)는 도 3에 도시한 바와 같이 미세한 금속 선을 격자 형태로 가공한 그물망(20) 또는 도4에 도시한 바와 같이 섬유상 미세 금속을 이용해 제조한 다공성 금속판(22)으로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 그물망 또는 다공성 금속판은 스테인리스, 티타늄 또는 티타늄이 코팅된 철 등으로 이루어지며, 유출액의 투과 정도를 고려하여 1∼1,000㎛ 범위의 격자 조직 또는 세공을 갖는 것으로 제작되는 것이 바람직하다.

도 5는 슬러지의 주성분으로 몬모리노나이트를 이용하여 금속 필터를 사용한 본 발명에 의한 전기탈수 장치(실시예)와, 여과포를 사용한 종래 기술에 의한 전기탈수 장치(비교예) 각각에서 전기탈수 이후 슬러지 내부의 수분 함유량을 측정하여 나타낸 그래프이다.

실험에 사용된 슬러지 부피는 50ml, 탈수 압력은 3기압, 탈수 시간은 30분으로 하였고, 제1, 2 전극 양단에 약 100V의 직류 전압을 인가하였다. 비교예 측정 에는 대략 0.5∼1mm 두께를 갖는 합성수지 재질의 여과포를 사용하였으며, 실시예 측정에는 스테인리스 그물망으로 이루어진 금속 필터를 사용하였다.

실험 결과, 여과포를 사용한 비교예는 전기탈수 후 슬러지의 수분 함유량이 50% 정도로 높게 나타나는 반면, 금속 필터를 사용한 본 실시예는 전기탈수 후 슬러지의 수분 함유량이 25% 정도로 낮게 나타났다.

따라서 본 실시예에 의한 전기탈수 장치가 종래 기술에 의한 전기탈수 장치와 비교하여 대략 2배 정도 향상된 전기탈수 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 발명은 슬러지로부터 수분을 걸러 통과시키는 여과 수단으로서 금속 필터를 사용함에 따라, 슬러지에 가해지는 전기장의 세기를 높여 슬러지 내부의 전기 전도성을 증가시킨다. 이러한 결과, 슬러지에 동일한 직류 전압이 가해지는 조건에서, 슬러지의 전기탈수 효과를 높일 수 있다.

Claims (7)

1. 내부에 설치된 제1 전극 위에 슬러지를 담으며, 상기 제1 전극 하단에 수분 배출을 위한 배출구를 구비하는 본체와;

   상기 본체와 결합하여 슬러지를 압착하는 피스톤과;

   상기 슬러지와 접하는 피스톤 일단에 설치되어 상기 제1 전극과 함께 슬러지 내부에 전기장을 형성하는 제2 전극; 및

   상기 슬러지와 접하는 제1, 2 전극의 일면에 제공되어 슬러지 고형분으로부터 수분을 선별하면서 각자의 제1, 2 전극과 동일 전위를 유지하여 슬러지의 전기장 세기를 증가시키는 도전성 금속 필터

   를 포함하는 슬러지 전기탈수 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤과 제2 전극 사이에 진공 펌프와 연결되는 유출액 수납부를 형성하는 슬러지 전기탈수 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤 일단에 슬러지의 온도를 감지하여 설정온도 초과시 상기 제1, 2 전극의 전기 공급을 차단하는 온도 센서가 부착되는 슬러지 전기탈수 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 금속 필터가 미세한 금속 선을 격자 형태로 가공한 그물망으로 이루어지는 슬러지 전기탈수 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 그물망이 스테인리스, 티타늄 및 티타늄 코팅 철로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 것으로 제작된 슬러지 전기탈수 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 금속 필터가 금속 조각을 압착한 다공성 압착 시트로 이루어지는 슬러지 전기탈수 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 다공성 압착 시트가 스테인리스, 티타늄 및 티타늄 코팅 철로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 것으로 제작된 슬러지 전기탈수 장치.

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