KR100904064B1 - 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 수처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 하수슬러지 및 산업용 슬러지에 함유된 오일을 탈유시켜 연료화할 수 있도록 한 것으로서, 더욱 상세하게는 매체유 및 슬러지를 혼합 예열탱크에서 가열하는 단계→혼합된 슬러리를 증발건조기에서 진공시켜 증발하는 단계→쿠션탱크에서 가열하면서 교반하는 단계→교반된 슬러지를 고액분리기로 탈유하는 단계→검사 포장하는 단계로 실시하여 함수량 0.1%∼2.0%, 함유량 0.1%∼4.95%로 탈유시켜 연료로 형성하여 발열량을 증가시키고 소각시 보조 연료 없이 연소되도록 한 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법에 관한 것이다.

하수슬러지, 혼합 예열, 증발건조, 탈유,

Description

연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법{ORGANIC SLUDGE DESULFURIZATION METHOD FOR FUELIZING AND TREATMENT THEREOF}

본 발명은 하수슬러지 및 산업용 슬러지에 함유된 오일을 탈유시켜 연료화할 수 있도록 한 것으로서, 더욱 상세하게는 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지를 가열 증발건조 방식으로 건조하여 함수율을 0.1%이내로 증발시킨 후 슬러지 내의 유분을 고액분리기로 탈유시켜 연료화 시킬 수 있도록 한 것으로 본 발명은 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법에 관한 것이다.

종래에 발생되는 슬러지의 양은 1996년도만 하더라도 전국 하수 처리장에서 약 130만 톤으로 집계되고 있으며, 그 중 100만 톤 이상이 매립에 의한 방식으로 처리되었다. 따라서 대략적인 매립의 비율은 77%에 해당되고 있으며, 1997년

이후 신설 및 증설된 하수 처리장이 많이 있으나, 1996년도의 처리비율을 볼 때 당시 하수 발생량은 2,327만톤/일이고, 하수 처리량은 1,145만톤/일을 처리하게 되므로 나머지는 하천 방류로 인하여 수질오염과 해양오염의 근원이 되었으며, 처리장 에서 처리된 슬러지의 처리 방법을 살펴보면, 매립 77.67%, 해양투기 18.72%, 농업이용 2.33%, 소각 0.41%, 기타 0.86%(1998년 환경통계연감 참조) 순으로 이루어지고 있는 바, 매립에 의한 슬러지 처리 방법은 이미 2001년부터 유기성 폐기물의 직매립이 법으로 금지되었다.

특히, 현재에는 폐수처리장에서 발생되고 있는 유기성슬러지는 지정폐기물로서 폐기물처리관계법상 그 처리. 처분이 제한되어 있을 뿐만 아니라 그 처리. 처분 방법상 현재까지 허용되고 있는 해양투기도 1차 2008년 1월부터 금지되기 시작하여 2012년부터는 완전히 금지됨으로 폐기물 슬러지 처리업체의 준비미비와 처리방법의 미비로 상당한 문제점으로 대두되고 있는 실정이다.

또한 각 광역단체 별로 하수 슬러지 처리시설 별 처리용량(2000국감자료)을 살표보면 표1과 같다.

상기 표1에서 알 수 있듯이 각 광역단체별로 발생되는 하수슬러지는 1일 적게는 수 톤에서 많게는 수 백톤이 발생되고 있으며, 대부분 이를 소각처리하고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 광역단체에서 발생하는 하수슬러지의 양은 2000년 기준 2,935톤이 1일에 발생되며, 이를 처리하기 위한 1년 동안의 소용 비용은 수백억에 달하는 것으로 이는 불필요한 비용이 소요되는 문제점이 있는 것입니다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 산업 현장의 폐수를 처리하는 과정에서 발생되는 슬러지를 매체유와 혼합가열하여 증발건조 방식으로 건조시키며 함수율을 0.1%까지 증발시킨 후 고액분리시켜 슬러지 내의 유분을 탈유 시켜 분말화된 슬러지를 연료로 사용하며 친환경적인 슬러지 처리방법을 제공할 수 있도록 함을 목적으로 한 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법에 관한 것이다.

본 발명은 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지를 혼합 예열탱크에서 가열→슬러지를 진공증발건조기에서 증발하는 단계→쿠션탱크에서 가열하면서 교반하는 단계→교반된 슬러지를 고액분리기로 탈유단계→검사 포장하는 단계로 실시하여 함수량 1.5%∼2.0%(,건조시에는 함수량이 0.1%이내이나 취급과정에서 대기중의 습도의 영향으로 1.5%∼2.0%로 됨.) 함유량 0.1%∼ 4.95%를 갖는 슬러지 연료를 제공함으로써, 소각 대상물의 발열량을 증가시켜서 연료를 소각시 보조 연료 없이 연소되도록 발명된 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법을 제공할 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지를 매체유와 혼합가열하여 진공증발건조 방식으로 건조하여 함수율을 0.1%까지 증발시킴으로써, 슬러지의 소각은물론 재생에너지를 획득하여 수 처리장에서 본 슬러지에서 생산되는 연료를 활용하여소각로의 가동연료, 산업현장의 스팀생산및 온수난방용 연료화, 농작물 경작을 위한 하우스 난방연료화등으로 사용할 수 있으며, 발생되는 각종 폐기물슬러지를 빠른시간내에 많은양을 처리함에 있어서 처리비용을 절감하는 효과와, 슬러지를 처리하는 과정에서 발생되는 2차 환경오염을 방지하는 효과를 갖는다.

이하 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 수처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지를 수거하여 혼합 예열탱크에서 85℃로 10∼20분간 예열하는 단계;

상기 예열탱크에서 예열된 슬러지를증발건조기에 투입하여 95℃에서105℃ 까지 승온하며 증발건조를 시행한 후 별도의 강제순환식 진공증발건조기를 활용 진공상태로 감압하여 20∼40분간 가동하면 수분함량 0.1%이내로 증발하는 단계;

상기 증발건조기에서 증발된 슬러지를 쿠션탱크로 이송하여 온도 125℃로 유지하면서 10∼20분간 가열, 교반하여 점성을 낮춰주고 유동성을 증가시켜주는 교반 단계;

상기 쿠션탱크에서 교반된 슬러지를 원심력 1000G∼2000G 고액분리기에서

회전시켜 슬러지와 매체유을 분리하는 탈유단계;

상기 탈유된 슬러지 분말을 소정의 규격으로 포장하여 연료로 공급 할 수 있도록 포장단계로 제조방법이 이루어진다.

이와 같이 제조된 본 발명의 실시 예를 공정별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1 공정: 슬러지 수거 단계

가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 수처리장, 산업 현장 등에서 발생되는 슬러지를 수거하게 되는 데, 산업용 슬러지로서는 제지슬러지, 피혁폐수 슬러지등의 예를 들 수 있으며, 또한 축산농가의 축산 폐수 슬러지 가정과 요식업소에서 발생되는 음식물슬러지를 예로 들 수 있다.

상기와 같이 각종 슬러지를 수거하는 방법은 통상적으로 실시하는 방법으로 수거업체에서 산업용 슬러지와 음식물 슬러지 하수처리장 슬러지 등을 수거하게 된다.

제2 공정: 혼합 예열탱크에서 예열하는 단계

상기 수거된 슬러지를, 슬러지공급기를 통하여 예열탱크로 이송한다.

이때 예열탱크에는 수거된 슬러지만 투입하는 것이 아니라 슬러지 건조화 공정에서 회수되는 매체유 또는 저장탱크의 매체유(C중유,폐식용유 동식물유,어유)를 보충하며 혼합한다.

슬러지에 매체유 등의 오일을 혼합하는 것은 수분을 최극단까지 증발시키고 열량을 높일 수 있도록 하는 것이며 연료화 공정에서 고품질의 연료를 공 급할 수 있도록 한 것이다.

상기 예열탱크에 혼합되는 매체유는 슬러지 총중량 대비 50%의 비율로 혼합되도록 한다.

상기와 같이 예열탱크에 슬러지와 매체유을 혼합비50:50,예열탱크예열온도를 85℃로 10∼20분간 예열한다.

상기 예열탱크에서 슬러지를 예열하는 것은 슬러지가 85℃에서 슬러리의 유동성을 증대시키고 증발될 수 있도록 한 것이다.

제3공정: 슬러지 증발 건조단계

상기 예열탱크에서 예열된 슬러지를 95℃∼105℃의 1차 증발건조기에서 증발시킨 다음 일측에 설치된 2차 강제순환 증발건조기(발명특허 제300,000호에 기재된 기술내용)를 활용하여 진공으로 감압하면서 20∼40분간 증발을 실시한다.

이때 진공증발건조기 내를 감압하면서 운전하면 슬러지에 함유된 수분의 비점이 낮게 되면서 건조됨으로써 수분함량이 0.1%이내로 건조된다.

일반적으로 슬러지에 존재하는 수분은 1)슬러지를 둘러싸고 있는 외부수분과, 2) 슬러지 고형물 사이에 존재하는 고형물간의 수분과, 3) 단 위 고형물 내부의 세포조직에 존재하는 내부수분으로 구분된다.

즉, 슬러지를 둘러싸고 있는 외부수분과, 슬러지 고형물 사이에 존재하는 고형물간의 수분은 기계적 탈수 과정으로 함수율 75%정도까지는 수분을 제거(건조) 할 수 있으나, 단위 고형물 내부의 세포조직에 존재하는 내부수분은 기계적 탈수 방법으로 수분의 제거(건조)가 불가능하다.

따라서 본 발명에서는 기름과 물의 비점차를 이용하여 건조의 목적을 달성하는 물리적인 건조방법을 이용하였다.

다시 말해서 매체유 (C중유,폐식용유,동식물유,어유)와 슬러지에 함유된 수분을 짧은 시간에 다량의 수분을 제거(건조)할수 있는 슬러리 형태로 만들어 건조가 효과적으로 일어날 수 있도록 하였다.

제4공정: 교반단계

상기 진공증발건조기에서 증발된 슬러지를 쿠션탱크에 이송시켜 약간의 스팀을 공급하여 온도 125℃로 10분간 가열유지하면서 교반한다.

본 공정에서 교반하는 슬러지는 상기 진공증발건조기에서 수분함량이 0.1%이내까지 건조시킨 상태이므로 고액분리공정의 전처리공정으로서 슬러지를 유연하고 안정화시키면서 교반시킨다.

제5공정: 탈유단계(고액분리단계)

상기 제4 공정에서 슬러지를 가열하면서 교반한 후 슬러지를 원심력 1000G∼2000G 고액분리기에서 회전시켜 슬러지와 매체유을 분리한다. 고액분리시 분리되는 오일은 회수유탱크로 보내져 혼합 예열탱크에 공급할 수 있도록 한다.

본 공정에서 탈유되는 오일은 마지막 탈유처리공정으로서 탈유는 제3공정의 증발공정에서부터 시작된다.

제6공정: 포장

상기 탈유된 슬러지 분말을 소정의 규격봉투에 담아 포장할 수 있으며, 필요에 따라서 분말 외에 연탄 조개탄과 같은 형상으로 성형하여 판매할 수 있다.

또한 본원발명의 슬러지로 형성된 연료는 분말 형태이므로 연료로 사용시 일측에서 에어로 분사시켜 로(爐)에 공급할 수 있다.

본 발명에서 연료화된 고형물은 포장시 1㎏, 3㎏, 5㎏, 10㎏, 15㎏, 20㎏등으로 포장할 수 있는 것으로 포장의 규격은 통상의 규격에 따른다.

이하 첨부도면에 의거하여 본 발명의 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 슬러지를 건조 및 탈유시켜 연료화하는 공정도로서, 수거된 슬러지를 공급기로 혼합예열탱크에 투입하고 일측에 별도로 설치된 매체유 탱크 또는 회수유 탱크의 오일을 슬러지와 혼합비율 50:50으로 혼합한 혼합예열탱크에서 85℃로 10∼20분간 예열시킨다.

상기 혼합 예열탱크에서 슬러지를 예열시킨 후 진공증발건조기로 이송시켜 온도 95℃∼105℃로 20∼40분간 가열증발시킨 다음 2차 강제순환 진공건조기에 이송시켜 진공으로 감압시키면서 온도 105℃에서 125℃까지 증발시키면 슬러지에 함유된 수분함량이 0.1% 이내로 건조된다..

이때 발생되는 건조기내의 증발수분은 응축기로 보내져 가스는 진공펌프를 통하여 소각용 보일러의 스팀열매체로 사용되고, 응축수는 유수분리기를 통하여 수처리장에서 처리된다.

상기 진공증발건조기에서 수분이 증발된 후에는 쿠션탱크에서 온도125℃로 가열하면서 교반한다.

본 공정에서는 슬러지의 수분이 0.1% 이내로 증발 건조된 상태에서 가열함으로 슬러지가 매체유에 의하여 튀겨지는 것과 같은 현상으로서 슬러리의 유동성을 증대시키고 점도를 적게유지시켜 주며 고액분리에 좋은 조건이 되어 투입되며 한편 쿠션탱크에서 슬러지가 가열되면서 극소의 오일은 열에 의해 일부 기화되며 기화된가스는 농축기에 의하여 응축수에 흡입되고 응축되지 않은가스는 보일러의 연소실에 흡입되어 연소된다

상기와 같이 쿠션탱크에서 슬러지를 125℃로 교반 가열 후 고액분리기로 투입하며 고속회전시켜 탈유한다. 원심력 1000G∼2000G 고액 분리기에서 분리된 매체유은 회수유 탱크로 환수되어 오일써비스 탱크로 유입된다.

본 공정의 고액분리기에서는 슬러지에 잔류된 오일을 제거하는 마지막단계로서 함유율 4.95%∼0.1% 함유된 슬러지로 탈유된다.(도4 내지 도6 참조)

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 슬러지 수분증발시 슬러지에 함유된 수분 존재 형태를 도시한 예시도로서, 도2는 본 발명의 실시 예로서 슬러지의 함수량분포도를 나타낸 것이다.

따라서 슬러지에 함유된 수분은 슬러지 외부수분과, 슬러지 내부수분, 슬러지입자 사이의 수분으로 이루어져 있으며 이러한 수분을 효율적으로 증발시키기 위해 본 발명에서는 기름과 물의 비점차를 이용하여 매체유(중유,폐시용유,동식물유,어유)와 슬러지를 혼합하여 슬러리 상태로 만든 후 진공증발건조시킴으로 증발과정에서 수분의 비점을 낮게하여 슬러지 내부의 모세현상에 존재하는 수분을 가열된 매체유가 열전달을 신속하고 원활하게 하여 수분이 99.9%이상 증발된다.

도3은 가양하수처리장에서 수거한 슬러지를 본 발명의 실시 방법으로 처리하기전 원시료로 기름성분, 고위 발열량, 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서이고, 도 4는 가양하수처리장에서 수거한 슬러지를 본 발명의 실시 방법으로 처리한 슬러지 고형물을 시료로 하여 기름성분, 수분, 고형물, 고위발열량, 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서이며, 도5는 난지물재생센터의 슬러지를 본 발명의 실시 방법을 이용한 처리전 수분에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서이며, 도6은 난지물재생센터의 슬러지를 본 발명의 실시 방법을 이용한과 처리후 슬러지의 원소분석 (C, H, N, S), 기름성분, 수분, 회분, 강열감량, 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서이며, 슬러지를 수거하여 본 발명의 공정으로 슬러지를 처리한 후 이를 시료로하여 한국화학시험연구원에서 시험한 것을 내타낸 것으로 이는 본 발명을 실시한 후 수분함량과 오일함량을 확인할 수 있도록 한 것이다.

또한, 도 7은 본 발명의 실시 방법으로 처리된 슬러지 연료를 열원으로 사용하는 상태의 예시도로서, 본 발명의 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법으로 처리한 슬러지를 연료매체로 하여 태운 상태를 나타낸 것이다.

도1은 본 발명의 슬러지를 건조 및 탈유시켜 연료화하는 공정도.

도2는 본 발명의 실시 예에 따른 슬러지 수분증발시 슬러지에 함유된 수분 존재 형태를 도시한 예시도.

도3은 가양하수종말처리장에서 수거한 슬러지를 본 발명의 실시 방법으로 처리전 슬러지로 기름성분, 고위 발열량, 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서.

도 4는 가양하수종말처리장에서 수거한 슬거지 를 본 발명의 실시 방법으로 처리한 슬러지 고형물을 시료로 하여 기름성분, 수분, 고형물, 고위발열량, 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서.

도5는 난지물재생센터슬러지를 본 발명의 실시 방법으로 처리전 수분에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서.

도6은 난지물재생센터슬러지를 본 발명의 실시 방법을 이용한 처리후 슬러지의 원소성분(C, H, N, O, S ),기름성분, 수분, 회분, 감열감량 저위발열량에 대한 한국화학시험연구원의 시험성적서.

도 7은 본 발명의 실시 방법으로 처리된 슬러지 연료를 열원으로 사용하는 상태의 예시도.

Claims (3)

1. 가정, 식품 제조업체, 하수 처리장, 수처리장, 산업 현장 등에서 발생하는 탈수슬러지를 수거하여 혼합 예열탱크에서 85℃로 10∼20분간 예열하는 단계; 상기 예열탱크에서 예열된 슬러지를 95℃∼105℃의 증발건조기에서 증발시킨 후 진공으로 감압하여 강제순환식 고농축 증발장치를 이용 105℃에서 125℃까지 가열시키며 20∼40분간 증발 건조하는 단계;

   상기 진공증발건조기에서 증발된 슬러지를 쿠션탱크에서 온도 125℃로 유지하면서 10분간 가열 교반하는 단계;

   상기 쿠션탱크에서 교반된 슬러지를 고액분리기에서 원심력 1000G∼2000G으로 회전시켜 슬러지와 매체유을 분리하는 탈유단계;

   상기 탈유된 슬러지 분말을 소정의 규격으로 포장하는 것을 특징으로 한 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법.
2. 제1항에 있어서,

   연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성 슬러지는 함유량 0.1%∼4.95%인 것을 특징으로 하는 연료화 및 슬러지 처리를 위한 유기성슬러지 탈유방법.
3. 삭제

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