KR100883692B1 - 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 슬러지에 포함되어 있는 중금속 및 유기물을 안정화하고 병원성 미생물을 제거하여 토양 개량제, 비료, 매립장 복토재 등으로 재활용할 수 있도록 하기 위한 석회 안정화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생석회를 이용한 하수 슬러지의 안정화에 있어 혼합부에서 배출되는 슬러지와 생석회의 수화반응물의 온도를 실시간으로 모니터링하여 불완전 반응물을 다시 반송하여 재반응시킴으로써 완벽한 수화반응물을 생산할 수 있도록 한 슬러지 석회 안정화 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치은 슬러지공급부; 생석회공급부; 상기 슬러지공급부와 상기 생석회공급부로부터 투입된 슬러지와 생석회를 위한 교반기가 구비된 혼합부; 상기 혼합부에서 배출된 수화반응물을 위한 이송부; 상기 이송부 상부를 지나는 수화반응물의 온도를 감지하는 온도감지센서를 포함하는 온도감시수단; 상기 이송부와 연결되어 있고, 불완전 혼합된 수화반응물을 상기 혼합부로 반송하는 반송부; 상기 온도감지센서에 의하여 실시간 송신되는 수화반응물의 감지온도가 기준온도에 미달하면, 상기 이송부에 위치한 수화반응물을 상기 반송부로 옮기는 이전(移轉)수단; 및 상기 온도감지센서로부터 실시간 수화반응물의 온도를 전달받고, 이를 저장된 기준온도값과 비교하여 미달하면 상기 이전수단에 작동명령을 내리게 되는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

슬러지, 석회, 안정화, 수화반응, 온도감지, 실시간, 반송, 덤프컨베이어

Description

실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치{STABILIZATION APPARATUS FOR SLUDGE USING QUICKLIME}

본 발명은 하수 슬러지에 포함되어 있는 중금속 및 유기물을 안정화하고 병원성 미생물을 제거하여 토양 개량제, 비료, 매립장 복토재 등으로 재활용할 수 있도록 하기 위한 석회 안정화 장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 생석회를 이용한 하수 슬러지의 안정화에 있어 혼합부에서 배출되는 슬러지와 생석회의 수화반응물의 온도를 실시간으로 모니터링하여 불완전 반응물을 다시 반송하여 재반응시킴으로써 완벽한 수화반응물을 생산할 수 있도록 한 슬러지 석회 안정화 장치에 관한 것이다.

하수 슬러지의 성질을 변형시켜 재활용이 가능하도록 하기 위하여 생석회를 혼합하는 공법은 1960년경부터 실용화되기 시작했으며,

대한민국에서도 환경관련 규제 강화와 맞물려 2012년부터는 연간 6,650톤/일(2004년 국내 기준) 배출량의 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지됨에 따라

하수슬러지의 농지 또는 산림 살포나 기타 매립장 복토재 등으로 활용할 필요성이 대두되고 있다.

석회를 이용한 하수 슬러지의 안정화는 중금속 및 병원성 미생물을 제거할 수 있고 유기물 함량비도 저감시킬 수 있으며, 악취제거에도 크게 기여할 수 있는 기법이다.

일반적으로 석회는 토양의 산도(pH) 교정과 토양 내 치환성 염기의 비를 조절하며 토양 입단을 안정화시킬 목적으로 사용되고 있으며,

석회의 종류로는 생석회(CaO), 소석회(Ca(OH)₂), 탄산석회(CaCO₃), 농용석회 등이 있고

알칼리분 함량비로는 CaO 100이면 생석회 80%, 소석회 60%, 탄산석회 53%, 농용석회 35%이며,

석회의 산도교정 능력은 분말도와 비례하므로 미세분말의 것이 산도 교정능력이 크다. 석회의 가용성은 생석회 8%, 소석회 6%, 탄산석회 5% 정도로 낮으며 이러한 알칼리 용해도에 의하여 산도교정이 이루어진다.

종래 슬러지의 석회 안정화와 관련된 기술로는 김동수의 특허등록 제0687627호(2007.02.21) 『하수 슬러지의 고화 처리방법』과 홍진씨엔텍 주식회사의 특허등 록 제0427059호(2004.04.01) 『하수 슬러지의 고화 처리 방법』이 있는데,

상기 두 등록특허를 비롯한 공지의 기술들은 대부분 석회 외에 다른 여러 첨가물을 특정함량비로 투입하여 악취제거, 산도 교정, 수분의 신속한 제거 등에 초점을 맞추고 있는 것이 대부분이어서,

본 발명에서와 같이 슬러지와 석회의 보다 완벽한 수화반응을 보장하여 고품질의 처리물을 생산하고, 또 그 장치가 산업성 및 상업성을 갖는 형태로 구현되도록 하는 것과는 거리가 있다.

본 발명은 하수 슬러지와 석회의 보다 완벽한 수화반응을 가능하게 하기 위하여 배출 이송되는 수화반응물의 온도를 실시간 모니터링하여 혼합도(결국은 반응도)가 미달하는 경우(결국은 온도가 기준값 보다 낮음) 제어부의 판단과 명령에 따라 이를 반송시킬 수 있는 슬러지 석회 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 수화반응물의 온도측정을 위한 센서를 적외선 온도센서로 하고, 다수의 상기 온도센서가 이송부 상부에 구비된 센서챔버에 배열되어 있어 보다 정확한 반응물의 온도측정을 가능하게 한 슬러지 석회 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 불완전 수화반응물을 이송부에서 반송부로 옮기는 이전(移轉)수단으로써 유압실린더와 같은 역전수단에 의하여 뒤집힐 수 있는 덤프컨베이어를 구성한 슬러지 석회 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 제어부의 제어에 따라 석회의 투입량을 조절할 수 있도록 저장탱크 하부에 투입스크류를 구비한 자동 생석회 투입기를 갖는 슬러지 석회 안정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치는

슬러지공급부;

생석회공급부;

상기 슬러지공급부와 상기 생석회공급부로부터 투입된 슬러지와 생석회를 위한 교반기가 구비된 혼합부;

상기 혼합부에서 배출된 수화반응물을 위한 이송부;

상기 이송부 상부를 지나는 수화반응물의 온도를 감지하는 온도감지센서를 포함하는 온도감시수단;

상기 이송부와 연결되어 있고, 불완전 혼합된 수화반응물을 상기 혼합부로 반송하는 반송부;

상기 온도감지센서에 의하여 실시간 송신되는 수화반응물의 감지온도가 기준온도에 미달하면, 상기 이송부에 위치한 수화반응물을 상기 반송부로 옮기는 이전(移轉)수단; 및

상기 온도감지센서로부터 실시간 수화반응물의 온도를 전달받고, 이를 저장된 기준온도값과 비교하여 미달하면 상기 이전수단에 작동명령을 내리게 되는 제어부;

를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치는

상기 온도감시수단에서 상기 온도감지센서는 적외선 온도센서(IR-thermometer)이고, 상기 온도감지센서는 상기 이송부 상부에 구비된 센서챔버 내에 배열되어 있어, 상기 이송부를 지나는 일정구간의 수화반응물의 온도를 감시하여, 반응물의 온도를 보다 정확하게 모니터할 수 있는 것이 바람직하고,

상기 이전수단은 상기 센서챔버 하부에 위치하고, 샤프트를 중심으로 역전수단에 의하여 뒤집히고 복귀할 수 있는 덤프(dump)컨베이어인 것이 바람직하며,

상기 생석회공급부는 생석회 저장탱크, 상기 저장탱크 하부에 구비된 투입스크류, 그리고 생석회 투입량 측정수단을 포함하는 자동투입기를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치는 하수 슬러지와 석회의 보다 완벽한 수화반응을 가능하게 하기 위하여 배출 이송되는 수화반응물의 온도를 실시간 모니터링하여 혼합도(결국은 반응도)가 미달하는 경우(결국은 온도가 기준값 보다 낮음) 제어부의 판단과 명령에 따라 이를 반송시킬 수 있고,
또 수화반응물의 온도측정을 위한 센서를 적외선 온도센서로 하고 다수의 상기 온도감지센서가 이송부 상부에 구비된 센서챔버에 배열되어 있어 보다 정확한 반응물의 온도측정을 가능하게 할 수 있으며,
나아가 불완전 수화반응물을 이송부에서 반송부로 옮기는 이전(移轉)수단으로써 유압실린더와 같은 역전수단에 의하여 뒤집힐 수 있는 덤프컨베이어를 구성하고, 아울러 제어부의 제어에 따라 석회의 투입량을 조절할 수 있도록 저장탱크 하부에 투입스크류를 구비한 자동 생석회 투입구를 추가 구성하였다.

특히 본 발명은 슬러지와 생석회의 보다 완전한 반응을 위하여 단순히 많은 량의 석회를 혼합한다던지, 간헐적으로 시료를 채취하여 시료의 pH나 온도를 측정하는 방식을 취하는 것(간헐적으로 시료를 채취하여 pH나 온도를 측정하는 경우에는 그것이 실시간 감시가 아니라는 단점이외에도 방법상 큰 오류가 있을 수 있다(이러한 방법은 시료를 10배 희석하여 pH를 측정하므로 시료 안에 섞이지 않고 입자형태로 존재하던 석회가 물을 섞는 과정에서 용해되어 용액의 pH를 올리게 될 수 있어 결과적으로 잘못된 정보를 줄 수 있다))이 아니라,

자동적으로 혼합정도를 파악하고 완전혼합이 이루어지지 않은 슬러지는 다시 혼합 공정으로 되돌리므로 보다 완벽하고 최적화된 슬리지 석회 안정화 장치를 제공할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 슬리지 석회 안정화 장치는 다양한 규모의 하수종말처리장이나 마을하수도 시설에서 발생하는 하수슬러지를 안전하고 재활용 가능한 안정화물로 전환할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 제어부(70)에 의한 각 구성요소의 제어관계는 일점쇄선으로 도시하였다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 슬러지 석회 안정화 장치(S)은 크게 슬러지공급부(10), 생석회공급부(20), 생석회와 슬러지를 혼합 교반하는 혼합부(30), 생석회와 슬러지가 발열반응을 통하여 수산화칼슘을 형성하게 되어 생성된 수화반응물을 이송하는 이송부(40),

그리고 본 발명의 핵심을 이루는 수화반응물 온도감시수단(60) 및 온도감지수단을 이루는 온도감지센서(63)로부터 실시간 반응물의 온도를 수신받아 그 온도가 기준온도에 미달하면 해당 반응물을 이송부(40)에서 반송부(50)로 옮기도록 이전(移轉)수단(80)을 작동시키는 제어부(70)로 이루어진다.

상기 슬러지공급부(10)와 상기 생석회공급부(20)는 사일로(silo)와 같은 대용량 저장탱크(11)(20a)로 구성되며, 각각 슬러지와 생석회를 배출하는 게이 트(11a)(20a')를 갖는데 상기 게이트들은 중앙제어실에 구비된 제어부(70)에 의하여 컨트롤되는 것이 바람직하다.

각 탱크(11)(20a)에서 배출된 슬러지와 생석회는 적절한 공급수단, 즉 컨베이어(13)와 이송스크류(20b)에 의하여 혼합부(30)로 공급되는데,

이러한 공급수단은 다양하게 변형될 수 있다.

특히 생석회는 바로 혼합부(30)의 탱크(31)로 투입되지 않고, 이송스크류(20b)로부터 후술하는 자동투입기(20A)를 거침으로써 제어부(70)에 의하여 보다 정밀한 수화반응 컨트롤이 가능하도록 되어 있다.

상기 혼합부(30)의 혼합탱크(31)에는 모터(33A)에 의하여 회전되는 교반기(33)가 내장되어 있는데,

상기 교반기에 의하여 상기 슬러지와 상기 생석회가 혼합됨에 따라 흡수발열반응이 일어남에 따라 일부 수분은 생석회가 수산화칼슘이 됨에 따라 화합수 형태로 흡수되고, 또 석회자체의 수화반응에 의한 열에 의해 증발되면서 슬러지 중의 수분이 감소되고 압밀이 촉진된다.

이러한 수화반응에 의하여 발생되는 열로 인하여 슬러지의 온도는 55℃ 이상으로 상승하는데, 그 구체적인 화학식은 다음 [화학식 1]과 같다.

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15.2 ㎉/㎏ -------------- [화학식 1]

아울러 상기 수화반응에서 방출되는 열에 의하여 대장균 군이나 병원성 미생물인 살모넬라균(Salmonella typhosa) 등이 사멸되는 효과를 얻을 수 있다.

또한 생석회와 슬러지에 포함된 물과의 반응으로 pH가 12.5 이상으로 상승하는데, 이 반응 역시 슬러지 내 미생물의 사멸을 돕는데, 즉 알칼리에 의한 가수분해 과정을 거쳐 유기성 물질 중 일부는 분해 분리되고, 이러한 유기물의 분해로 인하여 악취저감 효과까지 얻을 수 있다.

나아가 석회로 인한 토양의 산도(pH)교정과 함께, 토양 내 치환성 염기의 비를 조절하며 토양의 입단을 안정화시킬 수도 있는데, 이를 좀 더 설명하면

석회의 칼슘이온이 물에 분산되어 있는 토립자에 가해지면 토립자의 표면에 흡착되어 있던 Na⁺, K⁺, Mg^{2 +} 등이 Ca^{2 +}에 의하여 치환되고 이로 인해 서로 반발하고 있던 토립자가 접근할 수 있게 되어 단결화가 이루어지는 이온교환반응이 진행되며,

이 이온교환반응 후에는 점토성분으로부터 수중에 용출된 콜로이드실리카와 콜리이드알루미나가 증가하여 석회의 Ca^{2 +}와 반응하여 새롭고 복잡한 화합물을 형성하는 포졸란반응이 진행되고, 이들 반응생성물들은 장기간에 걸쳐 생성되어 이들이 결합재로 기능하여 고화가 이루어져 강도가 강화되고,

또한 장기적으로 석회가 공기 중의 탄산가스와 반응하여 탄산칼슘(CaCO³)을 형성하는 반응이 일어나 흙을 고결시켜 슬러지가 안정한 상태가 되는 고화가 이루어진다.

이상과 같은 슬러지와 생석회의 교반에 의하여 소화반응이 완료되면 상기 혼합탱크(31) 하부의 배출구(31A)가 개방(특히 제어부(70)에 의하여)되어 소화반응물(R)이 배출되는데,

(필요에 따라 상기 혼합부(30)는 연속식 또는 회분식으로 구현될 수 있다)

배출된 소화반응물(R)은 이송부(40) 특히, 컨베이어벨트로 구성된 이송부에 의하여 수집탱크(40A)로 수거되고, 수거된 반응물은 토양 개량제, 비료, 매립장 복토재, 농지 및 산림 살포를 위하여 운반된다.

또 상기 이송부(40) 상부를 지나는 수화반응물(R)은 온도감지센서(63)를 포함하는 온도감시수단(60)에 의하여 실시간으로 그 온도가 측정되는데,

측정된 온도는 트랜스미터(65)를 거쳐 제어부(70)의 마이컴으로 전달되며,

상기 제어부(70)는 상기 온도감지센서에 의하여 실시간 송신되는 수화반응물의 감지온도가 기준온도(예: 55℃)에 미달하면, 상기 이송부에 위치한 수화반응물을 상기 반송부(50)로 옮기는 이전(移轉)수단(80)을 작동시킨다.

도 2에서 미설명 참조부호 67은 센서(63) 구동을 위한 전원 어답터이다.

도 2에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 상기 온도감시수단(60)은 외기의 영향을 가능한 받지 않도록 센서챔버(61) 내에 센서(63)가 배열된 형태여서 보다 정밀하게 상기 이송부를 지나는 일정구간의 수화반응물의 온도를 감시할 수 있는데, 특히 상기 온도감지센서는 공지의 적외선 온도센서(IR-thermometer)로 되어 있는 것이 바람직하다.

또 불완전 혼합된 수화반응물을 상기 반송부(50)로 옮기는 이전수단(80)은 도 2에 개념적으로 도시된 바와 같이,

상기 온도감시수단(60)의 센서챔버(61) 하부에 위치하고, 샤프트(41A)를 중심으로 역전수단, 특히 유압실린더(43)에 의하여 뒤집히고 복귀할 수 있는 덤프(dump)컨베이어(41)로 구현되는 것이 바람직하다.

필요에 따라 상기 이전수단(80)과 역전수단은 다양하게 변형될 수 있다.

상기 제어부(70)가 상기 센서(63)에 의하여 실시간 전달받는 수화반응물(R)의 온도가 저장된 기준온도값과 비교하여 미달될 경우에는 상기 유압실린더(43)를 작동시켜 해당 불완전 혼합(또는 반응) 수화반응물을 반송부(50)(예: 컨베이어로 구성)로 옮기면,

상기 반송부에 의하여 불완전 수화반응물은 다시 혼합부(30)의 탱크(31)로 다시 투입되는데,

이때 통상적으로 생석회공급부(20)에서 투입되는 생석회의 양보다는 더 많은 양의 생석회의 투입이 필요하다.

아울러 불완전 수화반응물의 발생이 이루어지면, 특히 반복적으로 이루어지게 되면 생석회 투입량을 증가시킬 필요가 있는데,

추가적으로 투입되는 생석회를 보다 정밀하게, 그리고 시의적절하게 투입하고자 본 발명에 따른 안정화장치(S)에서는 생석회 자동투입기(21)를 도입하였다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자동투입기(20A)는 생석회 저장탱크(21), 상기 저장탱크 하부에 구비된 투입스크류(23), 그리고 상기 생석회 투입량 측정수단을 포함하여 이루어진다.

상기 스크류(23)는 모터(23A)에 의하여 구동되며, 상기 모터(23A)는 역시 제어부(70)에 의하여 컨트롤되고.

상기 생석회 투입량 측정수단은 상기 탱크(21) 저면에 구비된 최소 석회 저장 레벨 측정센서(25)에 의하여 구현된다.

또 필요에 따라 상기 측정수단은 상기 탱크(21) 상부 일측에 구비된 삽입구(21B)를 통하여 계측기를 삽입하여 저장 생석회 량이 일정하게 이루어지도록 할 수 있고,

상기 계측기를 통하여 생석회 투입량을 측정하여 적절한 양의 생석회가 투입되도록 제어할 수 있다.

아울러 최소 석회 저장 레벨 측정센서(25)에 의하여 생석회 소진이 감지되면 이를 제어부(70)의 모니터에 표시하고, 이송스크류(20b)를 작동시켜 상기 메인저장탱크(20a)로부터 투입구(21A)를 통하여 생석회가 유입되어 추가 저장되도록 할 수 있다.

이상의 설명에서 생석회와 슬러지의 혼합시 발생되는 다양하고 구체적인 화학반응이나 적외선 온도센서의 원리 및 종류, 기타 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 이를 당연히 추측 및 추론할 수 있을 것이다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구성를 갖는 안정화 장치을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 석회 안정화 장치의 전체 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 슬러지 석회 안정화 장치 중 이송 수화반응물의 실시간 온도감지를 위한 센서챔버에 대한 개략도,

도 3은 석회공급부에 대한 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

S: 안정화 장치 10; 슬러지 공급부

11: 저장탱크 13: 공급 컨베이어

20: 생석회 공급부 21: 저장탱크

23: 투입스크류 30: 혼합부

31: 혼합탱크 33: 교반기

40: 이송부 41: 덤프컨베이어

43: 역전수단 50: 반송부

60: 온도감시수단 61: 센서챔버

70: 제어부 80 : 이전수단

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 슬러지공급부;

   생석회 저장탱크, 상기 저장탱크 하부에 구비된 투입스크류, 그리고 생석회 투입량 측정수단을 포함하는 자동투입기를 구비한 생석회공급부;

   상기 슬러지공급부와 상기 생석회공급부로부터 투입된 슬러지와 생석회를 위한 교반기가 구비된 혼합부;

   상기 혼합부에서 배출된 수화반응물을 위한 이송부;

   상기 이송부 상부를 지나는 수화반응물의 온도를 감지하는 온도감지센서를 포함하는 온도감시수단;

   상기 이송부와 연결되어 있고, 불완전 혼합된 수화반응물을 상기 혼합부로 반송하는 반송부;

   상기 온도감지센서에 의하여 실시간 송신되는 수화반응물의 감지온도가 기준온도에 미달하면, 상기 이송부에 위치한 수화반응물을 상기 반송부로 옮기는 이전(移轉)수단; 및

   상기 온도감지센서로부터 실시간 수화반응물의 온도를 전달받고, 이를 저장된 기준온도값과 비교하여 미달하면 상기 이전수단에 작동명령을 내리게 되는 제어부를 포함하여 이루어지되,

   상기 온도감시수단에서의 온도감지센서는,

   적외선 온도센서(IR-thermometer)이고 상기 이송부 상부에 구비된 센서챔버에 내에 배열되어 있어 이송부를 지나는 일정구간의 수화반응물의 온도를 감시하는 것을 특징으로 하고,

   상기 생석회공급부의 생석회 투입량 측정수단은,

   상기 생석회 저장탱크 저면에 구비된 것으로 생석회 소진을 감지하여 이를 상기 제어부에 전달하는 최소 석회 저장 레벨 측정센서인 것을 특징으로 하고,

   상기 이전수단은,

   상기 센서챔버 하부에 위치하고, 샤프트를 중심으로 역전수단에 의하여 뒤집히고 복귀할 수 있는 덤프(dump)컨베이어인 것을 특징으로 하는 실시간 온도 모니터링을 통한 향상된 슬러지 석회 안정화 장치.
4. 삭제

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