KR100920449B1 - 원심분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반폐수로부터 추출되는 슬러지나 축산분뇨 및 산업슬러지등을 원심분리하여 케익화시켜 주도록 하는 원심분리기에 관한 것으로서, 각각 별도의 모터(30)(50)와 연결되는 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)의 회전으로 슬러지의 원심분리가 이루어지도록 구성함에 있어, 스크류 컨베이어(40)가 갖는 블레이드(42)를 슬러지의 배출반대방향인 역방향으로 촘촘히 형성하여 여액배출공(28)을 통한 여액의 지체배출시 발생되는 수압에 의해 슬러지가 고형분 배출공(26)쪽으로 이송되게 하되 통체(20)의 원추형부(22)를 통과할시에는 스크류 컨베이어(40)에 의해 반대방향으로 이송되는 슬러지간에 압밀이 반복적으로 이루어지면서 케익화되도록 구성함으로서, 비약품처리된 약한 응집력의 슬러지를 케익화시켜 줄 수 있도록 하고, 특히 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)의 고속회전에 의해 작업이 이루어질 수 있도록 한 것이다.

Description

원심분리기{CENTRIFUGAL SEPARATOR}

본 발명은 하수로부터 추출되는 슬러지나 축산분뇨 및 각종 산업용 슬러지로부터 여액을 원심분리하여 케익화하는 원심분리기에 관한 것으로서, 상세하게는 응집제 없이도 슬러지의 케익화가 가능하도록 함은 물론 케익화를 위한 작업이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

일반폐수로부터 추출되는 슬러지나 축산분뇨 및 나노입자화된 고가의 원자재를 제품의 필요부위에 여유있게 분사 내지는 도포하여 원하는 부위만 남겨두고 나머지 부위에 도포된 원자재는 세척수등을 이용하여 제거할시 발생되는 각종 산업슬러지등은 응집력은 거의 기대할 수가 없는 것으로서, 그 자체로서는 원심분리가 불가능한 것으로 여겨짐에 따라 이제껏 미생물이 증식되는 폭기조로부터 침전조로 이송하여 침전시키고 침전된 슬러지는 농축조로 이송하여 고분자 응집제의 투입으로 강한 응집력을 갖도록 농축시킨 상태에서 원심분리기등을 이용하여 고형물과 여액을 분리해 주도록 함으로서, 폐수로부터 응집력을 갖는 슬러지를 얻기까지의 작업공정이 복잡하고 또 응집력을 갖는 슬러지를 원심분리시켜 주도록 하는 기존 원심분리기의 구조적인 특성상 많은 문제점들을 야기시키고 있다.

즉 폐수처리를 위한 전체공정 중에는 폭기단계와 침전단계 외에 슬러지에 응집력을 부여하기 위한 응집제 투입단계 및 농축조를 통한 농축단계가 추가되므로 공간을 확보하여 농축조를 시설해 주는데 많은 비용이 소요되고 또 매작업시 필요로 하는 응집제의 구입비용이 추가소요됨은 물론 작업공정이 복잡한만큼 작업능률저하를 가져오게 된다.

또한 슬러지에 응집력을 부여하는 고분자 응집제는 순수응집제만으로는 슬러지에 응집력을 부여해 줄 수가 없어 응집제 외에 슬러지가 갖는 특성에 따라 응집반응을 위한 강산성염의 염철이나 염화제2철 및 황산등을 선택적으로 첨가해 주어야 하므로 이를 취급하는 작업자의 건강을 해치게 되고 또 슬러지에 포함된 다량의 미생물들은 응집제에 의한 강한 응집력으로 인하여 원심분리과정에서도 여액을 통한 배출이 불가능하여 전량슬러지와 함께 폐기되므로 미생물의 구입비용부담이 가중되며, 응집제 및 그 응집제에 의한 슬러지의 성상변화로 인하여 슬러지의 부피증가가 현저히 증가하게 되므로 원심분리를 위한 시간과 비용이 추가소요됨은 물론 슬러지의 발생량증가로 이어져 그만큼 처리비용상승을 가져오게 된다.

더나아가 슬러지에 응집력을 부여하는 응집제는 독성이 강해 축산분뇨는 물론 나노입자화된 고가의 원자재를 함유하고 있는 산업슬러지의 경우에도 재활용이 전혀 불가능하여 전량 소각하거나 매립해 주어야 하므로 자원이 낭비됨은 물론 금전적으로 큰 손실을 가져올 뿐 아니라 처리시 불필요한 환경파괴를 가져오게 된다.

그리고 농축된 슬러지로부터 여액을 분리하여 케익화시켜 주는 원심분리기는 등록실용신안 제411144호와 같이 원추형부와 원통형부로 이루어져 메인모터에 의해 회전하는 통체 내에 별도의 모터에 의해 회전하는 스크류 컨베이어를 설치하여 슬러지공급관을 통하여 스크류 컨베이어의 공급실 내에 유입된 슬러지가 통공을 통하여 통체 내에 공급되면 통체 및 스크류 컨베이어의 회전에 의해 원심분리가 이루어지게 되는데, 이용되는 스크류 컨베이어는 일반스크류와 같이 블레이드를 슬러지의 배출방향인 정방향으로 형성하고 또 그 슬러지는 응집제에 의한 응집반응으로 콜로이드화됨에 따라 과부화방지를 위하여 블레이드간 간격을 약150mm 이상으로 넓게 형성하여 원심력의 작용시 여액에 비해 높은 비중으로 인하여 통체 내벽에 밀착되는 슬러지가 스크류 컨베이어를 따라 고형물 배출공쪽으로 이송되면서 그 통체가 갖는 원추형부의 통과중 갈수록 크게 작용하는 스크류 컨베이어의 가압력에 의해 케익화되도록 구성된다.

따라서 이러한 구조의 원심분리기는 원심분리해 주고자 하는 슬러지가 비약품처리되어 응집력을 갖지 못할 경우 스크류 컨베이어에 의한 이송이 어려워 케익화가 전혀 이루어질 수가 없기 때문에 반드시 응집제 투입을 통하여 응집력을 부여해 주어야 하나, 이러한 응집력부여를 위한 약품처리시 그 슬러지는 콜로이드화됨에 따라 스크류 컨베이어의 블레이드간 간격을 넓게 형성해 준다 하더라도 고속회전시 과부하가 발생되고 또 고속회전이 가능하다 하더라도 콜로이드화된 슬러지가 스크류 컨베이어에 의해 이송 및 가입되어 케익화되기까지 긴 시간을 필요로 하므로 원심분리과정에서도 작업능률의 현저한 저하를 가져오게 되는 등의 많은 문제점들이 있는 것이다.

본 발명은 침전조의 침전을 통하여 얻게 되는 슬러지를 비약품처리상태로 원심분리해 줄 수가 있음은 물론 슬러지의 케익화가 신속하고 용이하게 이루어지도록 할 수가 있는 원심분리기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적은 스크류 컨베이어의 블레이드를 슬러지의 배출반대방향인 역방향으로 촘촘히 형성하고 또 통체의 여액배출공을 적절한 크기로 형성하여 원심분리에 의해 통체 내벽에 밀착되어 있는 슬러지가 지체배출되는 여액의 수압에 의해 고형분 배출공쪽으로 이송되면서 통체의 원추형부를 통과할시 스크류 컨베이어에 의해 역방향으로 이송되는 슬러지와의 압밀이 반복적으로 이루어지면서 케익화되도록 구성하여서 된 원심분리기에 의해 달성된다.

본 발명은 스크류 컨베이어(40)가 갖는 블레이드(42)를 일반스크류와 달리 슬러지의 배출 반대방향인 역방향으로 촘촘히 형성하여 원심력에 의해 통체 내벽에 밀착되어 있는 슬러지가 통체로부터 지체배출되는 여액의 수압에 의해 고형분 배출공쪽으로 이송되면서 그 통체(20)가 갖는 원추형부(22)를 통과할시 스크류 컨베이어(40)에 의해 역방향으로 이송되는 슬러지와의 압밀이 반복적으로 이루어져 케익화되도록 구성함으로서, 스크류 컨베이어(40)의 블레이드(42)간 간격이 매우 좁아 응집제의 투입으로 강한 응집력을 갖는 슬러지는 과부하와 직결되어 작업이 불가능 하므로 폭기조를 통한 폭기후 침전조의 침전을 통하여 얻게 되는 응집력이 약한 슬러지를 투입해 주어야만 과부하없이 원심분리가 정상적으로 이루어질 수가 있어 응집제의 투입이나 농축조를 통한 농축단계를 필요치 않는만큼 초기시설비용 및 운용비용을 절감할 수가 있고 또 작업공정을 단축시켜 줄 수가 있어 작업능률을 향상시켜 줄 수가 있으며, 더나아가 작업시 독성물질에 노출될 우려가 없어 작업자의 건강까지도 지켜줄 수가 있게 된다.

또한 슬러지는 응집력이 거의 없어 슬러지에 포함된 미생물들은 원심분리과정에서 슬러지로부터 여액과 함께 분리배출되므로 그 여액을 폭기조나 침전조에 재투입해 주는 것으로 재활용할 수가 있어 미생물의 구입비용부담을 줄여줄 수가 있고 또 응집제에 의한 부피증가우려가 없어 작업시간을 단축시켜 줄 수가 있게 됨은 물론 슬러지의 발생량 감소로 이어져 슬러지의 처리비용까지도 줄여줄 수가 있게 된다.

또한 원심분리에 의해 케익화된 고형물은 응집제등 약품을 전혀 포함하고 있지 않아 축산분뇨의 경우 퇴비로 활용할 수가 있고 또 나노입자화된 고가의 원자재를 포함하는 산업슬러지의 경우 수거된 원자재의 재활용이 가능하므로 자원낭비나 환경파괴를 방지해 줄 수가 있게 됨은 물론 원자재의 구입비용부담을 줄여줄 수가 있게 된다.

특히 원심분리되는 슬러지는 비약품처리되어 응집력을 기대할 수 없는 상태로서, 이를 원심분리기(A)에 공급하여 원심분리가 이루어지도록 할 시 그 통체(20)나 스크류 컨베이어(40)는 약6000RPM의 고속회전시에도 과부하가 발생될 우려가 전 혀 없어 고속회전에 의한 작업이 가능하게 되므로 작업능률을 더욱 향상시켜 줄 수가 있는 등의 많은 효과를 기대할 수가 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하기로 하며, 다만 도면들 중 동일한 구성요소들 중 가능한 동일부호로 기재하고, 관련된 공지기술이나 기능에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지가 모호해지지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 평면구성도이고, 도 2는 본 발명의 단면구성도로서, 본 발명 원심분리기(A)는 일측 하부에 고형분 배출구(12)가 형성되고 또 타측 하부에는 여액배출구(14)가 형성되는 케이스(10) 내부에 원추형부(22)와 원통형부(24)로 이루어진 통체(20)가 설치되게 하여 메인모터(30)와 연결되게 하고, 상기 통체(20)내에는 블레이드(42)가 슬러지의 배출반대방향인 역방향으로 형성되는 스크류 컨베이어(40)가 설치되게 하여 별도의 모터(50)와 연결되게 한다.

본 발명에 이용되는 통체(20)는 원추형부(22) 타측에 원통형부(24)가 연장형성되는 것으로서, 원추형부(22)의 외측 단부에는 수개의 고형분 배출공(26)이 형성되고 또 원통형부(24)의 측단부에는 여액배출공(28)이 형성되는데, 이때 고형분 배출공(26)의 직경은 20~45로 하고 여액배출공(28)의 직경은 고형분 배출공(26)보다 작은 5~30으로 하여 여액이 고형분에 비해 지체 배출되면서 통체(20)의 원통형부(24)내에서 수압이 작용하도록 함으로서, 스크류 컨베이어(40)가 슬러지의 배출반대방향으로 작용하게 되더라도 그 슬러지는 여액의 수압에 의해 고형분 배출 공(26)쪽으로 점차 이송될 수 있도록 구성한다.

다만 통체(20)의 여액배출공(28)은 분리된 여액을 지체 배출시켜서 통체(20) 내에 적절한 수압이 작용하도록 하기 위한 것으로서, 목적달성을 위하여 반드시 고형분 배출공(26)에 비해 작게 형성해 주어야 하는 것이 아니라 원심분리해 주고자 하는 슬러지의 성상이나 또는 수분함유율등을 고려하여 여액에 비해 고형분의 발생량이 많을 경우 고형분 배출공의 직경을 더 크게 형성해 줄 수도 있음을 유의하여야 하며, 고형분 배출공(26)은 케익화된 고형분의 배출이 원활하게 이루어질 수가 있는 크기와 갯수로 형성되고 또 여액배출공(28)은 여액이 지체배출되면서 통체(20) 내부에서 적절한 수압을 발생시켜 줄 수 있는 크기와 갯수를 갖는 것이면 모두 만족한다.

더 나아가 여액배출공(28)에 개폐판을 부설하여 여액배출공(28)의 개폐량을 조절해 줄 수 있도록 하게 되면 슬러지의 성상이나 수분함유율등에 따라 통체(20) 내부의 수압을 임의로 조절하여 최적의 수압을 유지시켜 줄 수가 있게 되므로 더욱 효과적인 작업이 이루어질 수가 있게 된다.

도 4는 본 발명에 이용되는 스크류 컨베이어의 정면구성도로서, 본 발명에 이용되는 스크류 컨베이어(40)의 블레이드(42)는 통체(20)의 원추형부(2)와 원통형부(24)에 대응하여 경사부 일측에 수평부가 연장형성되는 것으로서, 그 축부(44)의 내부 일측에 공급실(46)이 형성되게 하여 축부의 일측으로부터 공급실 내부로 삽입설치되는 슬러지 공급관(60)에 의해 슬러지가 공급되게 하고, 경사부와 수평부의 경계지점에는 수개의 통공(48)이 형성되게 하여 공급실(46)내의 슬러지가 통공(48) 을 통하여 통체(20)와의 사이에 공급되게 한다.

또한 스크류 컨베이어(40)가 갖는 블레이드(42)는 슬러지의 배출반대방향인 역방향으로 약 2~5°각도로 경사지게 형성되는데, 그 블레이드(42)의 직경은 160~200mm로 하고 블레이드의 형성구간이 갖는 길이는 660~1400mm로 기준할때, 블레이드(42)간 간격은 약 30~50mm로서 약 22~28개의 블레이드가 촘촘히 형성되게 하여 회전시 여액배출공(28)쪽으로 흐름을 유도해 주도록 구성된다.

즉 본 발명에 이용되는 스크류 컨베이어(40)는 일반스크류와 달리 슬러지의 배출반대방향으로 작용하도록 역방향으로 형성하여 슬러지의 배출이 아닌 비약품처리되어 응집력이 약한 순수한 슬러지가 여액에 의해 주어지는 수압과의 상호작용에 의해 압밀이 이루어지도록 하기 위한 것으로서, 반복된 시험결과 블레이드간 간격을 50mm이상으로 넓게 형성해 줄 경우 압밀효과를 크게 기대할 수가 없고 또 30mm이하로 좁게 형성해 줄 경우 과부하가 발생되므로 블레이드는 약 30~50mm 간격을 유지해 주도록 하는 것이 바람직하다.

다만 본 발명에서 주어지는 스크류 컨베이어(40)의 블레이드(42)간 간격은 흔히 볼 수 있는 일반슬러지를 기준한 것으로서, 예를 들어 슬러지의 입자가 클 경우 블레이드간 간격을 50mm이상으로 좀더 넓게 형성해 주어야 하고 또 이와 반대로 슬러지의 입자가 작을 경우 블레이드간 간격을 30mm이하로 좀더 좁게 형성해 주어야만 과부하없이 정상적인 압밀이 이루어질 수가 있게 되는바, 슬러지가 갖는 입자의 크기에 따라 블레이드간 간격을 소폭 가감해 줄 수도 있으며, 더 나아가 블레이드(42)의 직경이나 형성구간이 가감될 경우에도 그에 따라 블레이드간 간격을 가감 해 줄 수도 있음을 유의하여야 한다.

본 발명 원심분리기(A)는 슬러지 공급관(60)을 통하여 스크류 컨베이어(40)의 공급실(46) 내에 유입된 슬러지가 통공(48)을 통하여 통체(20) 내에 공급되면 통체(20) 및 스크류 컨베이어(40)의 회전에 의한 원심력으로 여액의 탈수가 이루어져 슬러지는 케익화되어 일측의 고형분 배출구(12)로 배출되고 그 여액은 타측의 여액배출구(14)쪽으로 배출되도록 하는 작업이 이루어지게 된다.

이러한 슬러지의 원심분리작업시 그 슬러지는 응고제가 전혀 투입되지 않은 응집력이 매우 약한 상태이므로 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)의 고속회전시에도 과부하우려가 없어 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)에 약6000RPM의 회전력이 주어진 상태에서도 작업이 이루어질 수가 있게 된다.

또한 본 발명은 작업시 그 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)에는 각각 독립된 모터(30)(50)에 의해 회전력이 주어지는 것으로서, 그 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)는 회전비를 달리해 주게 되는데, 흔히 볼 수 있는 슬러지를 이용한 반복된 시험결과 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)는 약3 : 1 ~ 5 : 1의 회전비에서 최적의 원심력이 작용하는 것을 확인하였다.

그리고 본 발명에 이용되는 스크류 컨베이어(40)는 그 블레이드(42)가 슬러지의 배출반대방향으로 작용하도록 구성되어 있어 회전시 슬러지까지도 여액배출공(28)쪽으로 흐름을 유도해 준다 할 수도 있겠으나, 스크류 컨베이어(40)의 경사부와 수평부의 경계지점에 갖는 통공(48)을 통하여 통체(20) 내에 공급된 슬러지는 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)의 고속회전에 의한 원심력의 작용으로 통공(48) 인근에서 곧바로 원심분리되어 비중이 높은 슬러지는 통체(20) 내벽에 밀착되고 탈수된 여액은 축부(44) 인근에 머물게 되므로 그 여액은 스크류 컨베이어(40)에 의해 여액배출공(28)쪽으로 이송되나, 통체(20) 내벽에 밀착된 슬러지는 통체와 스크류 컨베이어간 갖는 유격에 의해 스크류 컨베이어(40)의 큰 간섭을 피할 수가 있어 여액에 의한 수압의 작용시 그 수압에 의해 고형분 배출공(26)쪽으로 점차 이동할 수가 있게 된다.

즉 통체(20)가 갖는 여액배출공(28)은 적절한 크기와 갯수를 갖도록 형성되어 있어 분리된 여액은 통체(20)의 원통형부(24)에 집중되어 지체배출되면서 원통형부(24) 내에서 강한 수압을 발생시키게 되므로 통체(20) 내벽에 달라붙어 있던 슬러지는 원통형부(24) 내에서 작용하는 여액의 수압에 의해 점차 고형분 배출공(26)쪽으로 밀려나게 된다.

또한 여액의 수압에 의해 고형분 배출공(26)쪽으로 밀려나는 슬러지가 통체(20)의 원추형부(22)를 통과할시에는 그 원추형부의 직경이 고형분 배출공(26)쪽으로 갈수록 작아지는만큼 여액의 수압에 의해 고형분 배출공(26)쪽으로 밀려나는 슬러지는 단위면적당 부피가 증가하면서 슬러지 중 일부는 스크류 컨베이어(40)가 갖는 촘촘한 블레이드(42)에 의해 역방향인 여액배출공(28)쪽으로 밀려나기를 반복하는 과정에서 다른 힘에 의해 서로 상반된 방향으로 이송되는 슬러지간에 갈수록 강한 압밀이 이루어져 슬러지가 케익화되며, 케익화된 고형분은 고형분 배출공(26)을 통하여 배출된다.

따라서 본 발명 원심분리기(A)는 비약품처리로 응집력이 약한 슬러지를 투입 하여 여액의 분리로 그 슬러지를 케익화하여 배출시켜 주도록 함으로서, 폐수로부터 원심분리가 가능한 슬러지를 얻기 위한 과정에서 응집제는 물론 농축조를 전혀 필요치 않아 작업공간과 시설비용을 줄일 수가 있고 또 간단한 작업공정을 통하여 슬러지를 케익화시켜 줄 수가 있으며, 더 나아가 작업자의 건강을 지켜줄 수가 있어 안심하고 작업에 임할 수가 있게 된다.

또한 그 슬러지는 응집력이 약해 슬러지에 포함된 미생물들은 원심분리과정에서 거의 대부분 여액을 따라 배출되므로 그 여액을 폭기조나 침전조에 재투입해 주는 것으로 미생물을 재활용할 수가 있게 된다.

특히 그 슬러지는 응집력을 거의 기대할 수 없는 상태로서 통체(20)와 스크류 컨베이어(40)의 고속회전시에도 과부하가 발생될 우려가 없어 고속회전에 의한 작업이 가능하므로 작업능률을 더욱 향상시켜 줄 수가 있고 또 비약품처리상태의 슬러지를 원심분리하여 케익화시켜 주도록 함으로서, 그 슬러지가 축산분뇨일 경우 퇴비로 이용할 수가 있고 또 나노입자화된 고가의 원자재를 포함하는 산업슬러지일 경우 원자재의 재활용이 가능하게 되므로 자원낭비 및 불필요한 환경파괴를 방지해 줄 수가 있게 되는 것이다.

도 1 : 본 발명의 평면구성도

도 2 : 본 발명의 정단면구성도

도 3 : 본 발명의 원심분리시를 나타낸 정단면구성도

도 4 : 본 발명에 이용되는 스크류 컨베이어의 정면구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(A)--원심분리기 (10)--케이스

(12)--고형분 배출구 (14)--여액배출구

(20)--통체 (22)--원추형부

(24)--원통형부 (26)--고형분 배출공

(28)--여액배출공 (30)(50)--모터

(40)--스크류 컨베이어 (42)--블레이드

(44)--축부 (46)--공급실

(48)--통공 (60)--슬러지공급관

Claims (5)

1. 고형분 배출구와 여액배출구를 갖는 케이스 내부에 메인모터에 의해 회전하는 통체가 설치되고, 상기 통체 내에는 블레이드가 슬러지의 배출반대방향으로 형성되는 스크류 컨베이어가 설치되어 별도의 모터에 의해 회전하도록 구성되는 원심분리기에 있어서, 상기 스크류 컨베이어(40)의 블레이드(42)간 간격은 30~50mm내에서 주어지도록 구성함을 특징으로 하는 원심분리기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어(40)가 갖는 블레이드(42)는 2~5°의 각도를 유지하도록 구성함을 특징으로 하는 원심분리기.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 스크류 컨베이어(40)가 갖는 블레이드(42)의 직경은 160~200mm로 하고, 블레이드 형성구간이 갖는 길이를 660~1400mm로 기준할때, 블레이드 형성구간 내에 22~28개의 블레이드(42)를 갖도록 구성함을 특징으로 하는 원심분리기.
5. 삭제

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