KR100945233B1

KR100945233B1 - 슬러지 복토화 처리 방법, 이 방법에 적합한 양생기 및 이를 이용한 슬러지 복토화 처리 장치

Info

Publication number: KR100945233B1
Application number: KR1020090048201A
Authority: KR
Inventors: 조관형
Original assignee: 태현환경주식회사
Priority date: 2009-06-01
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2010-03-03

Abstract

양생단계가, 혼합단계에서 혼합된 슬러지와 처리재의 혼합물을 상부 개부를 통해 용기형 본체로 투입하면서, 상기 혼합물을 분산장치를 통해 분산시켜 흩어진 상태로 상기 혼합물이 상기 용기형 본체 내에서 낙하하도록 하고, 상기 용기형 본체 내부에서 방출되는 열풍을 통해 흩어진 상태로 낙하되는 혼합물을 건조시키는 과정을 구비하여 이루어지는 슬러지 복토화 처리 방법과,

슬러지와 처리재의 혼합물이 유입되는 상부 개부를 가진 용기형 본체, 용기형 본체 내의 공간에 분산 설치되는 복수 개의 노즐을 구비하며, 개부를 통해 유입되는 홉합물에 열풍을 가할 수 있도록 이루어지는 열풍 장치, 개부에 설치되어 상기 개부를 통해 유입되는 상기 혼합물을 상기 용기형 본체의 공간 내로 흩어주는 역할을 하는 분산장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기 및 이를 구비한 슬러지 복토화 처리 장치가 개시된다.

본 발명에 따르면, 대량의 슬러지를 단시간에 처리하여 복토화가 가능하며, 아울러, 기존의 방법에 비해 그 처리 시간을 단축하고, 슬러지내 수분 제거율을 높여 슬러지 복토화에 효율성을 높일 수 있다.

Description

슬러지 복토화 처리 방법, 이 방법에 적합한 양생기 및 이를 이용한 슬러지 복토화 처리 장치{method of treating sludge for recycled soil, curing apparatus for the method and system for treating sludge for recycled soil using the apparatus}

본 발명은 하수 처리장 등에서 발생되는 슬러지 혹은 오니라고 불리는 폐기물을 처리하여 매립장 복토재나 건축자재 등 유용한 자원으로 사용할 수 있는 상태로 만드는 복토화 처리 방법, 복토화 처리용 양생기의 구성 및 이를 채용한 슬러지 복토화 처리 장치에 관한 것이다.

슬러지란 하수 및 폐수를 처리하는 과정에서 침전분리되는 진흙상태의 물질을 말하는 것으로 함수율이 높고 유기물 함량이 높아 부패하기 쉽고 처리하기 곤란한 특성이 있다. 기존에는 이들 슬러지는 대부분 지하에 매립하거나, 해양투기로 처리하고 있었으며, 부분적으로 소각, 건조, 퇴비화, 고화 등의 처리방법이 시도되고 있다.

특히 하수슬러지는 2003년 7월부터 쓰레기 매립장에의 직매립이 금지된 이후 2004년말 기준 전국에서 하루에 발생한 6,645톤 가운데 77.1%에 해당하는 약5,120 톤이 해양투기 되어 해양오염을 가중시키고 있다.

슬러지의 해양투기는 런던조약(1972년)에 의거 국제적으로 금지하는 추세에 있으며, 향후의 슬러지의 해양투기가 전면금지에 대비하여 여러가지 효율적인 처리방안이 강구되고 있다.

그런데, 하수 슬러지를 소각처리하는 경우에는 초기 시설투자비가 높고 처리시에 2차오염물이 발생하는 등 환경오염의 우려가 높아 소각시설 설치에 어려움이 있다. 또한, 일부 퇴비화가 시도되고 있지만 생산된 퇴비의 사용처 확보가 곤란해 대량의 슬러지를 퇴비화로 처리하기에는 한계가 있다.

한편, 폐기물관리법 시행규칙에는 매립작업 종료 후 투수성이 낮은 흙, 고화처리물 또는 건설폐자재류를 재활용한 토사 등을 사용하여 10센치미터 이상의 두께로 다져 일일복토를 하여야 한다는 매립장 복토기준이 제시되어 있다. 매립지 현장 복토재 요구기준으로 투수성이 낮을 것, 유해물질이 용출기준 이하일 것, 장비에 달라붙지 않도록 토사기준 함수율이 45% 이하일 것, 압축강도 0.5kgf/㎠ 이상일 것, 냄새로 암모니아 등 악취가 나지 않을 것 등의 요구조건을 제시하고 있다.

그러나, 종래의 하수 슬러지 고화처리 기술은 하수슬러지에 생석회, 시멘트, 플라이애시 등과 같은 알칼리계고화제를 투입하여 혼합, 양생하는 기술이 대부분으로, ph농도 9가 넘어 혼합, 양생되는 과정에서는 암모니아가스 발생으로 인한 지독한 악취 문제가 심각하였고, 그러한 조성으로는 양생이 원활하게 이루어지지 아니하여 압축강도, 투수계수 등도 관련법규에 의한 복토재나 성토재로서의 요구조건을 충족시킬 수 없었다.

근래에 염기성 물질과 산성 물질을 고화제로 함께 사용하고, 경화를 위한 바인더로 시멘트, 생석회 등을 각각 혹은 함께 사용하여 하수 슬러지를 복토화하는 공정들이 개발되고 있다.

그러나, 이런 이론적인 공정 방법은 소규모나 실험실 수준에서는 잘 작용하면서도 대량의 처리 장비에서는 만족할만한 성과를 거두지 못하는 경우가 많다. 가령, 한 번에 수십 톤의 처리 용량을 가지고 하루에 수백 내지 수천 톤의 처리 용량을 가지는 대형 설비 수준에서 실험실 공법을 적용하면 흙과 같은 입도와 함수율을 가져야 할 처리물이 진흙 반죽과 같은 상태로 매우 작은 입도와 함수율을 가져 복토로 전혀 사용할 수 없는 경우가 발생한다.

가령, 기존의 복토화를 위한 슬러지 처리 장치에서는 혼합기에서 슬러지를 먼저 넣고, 그 위로 처리재를 투입한 뒤 내부 교반기로 혼합을 하였다. 화학적 교반을 통한 처리 장치로서, 처리되는 바탕 원료를 먼저 넣고, 처리 약품을 후에 넣어 교반하는 것은 기존의 처리장치에서 상식적인 것으로 받아들여 지고 있으며, 현재까지 계속적으로 추종되어 왔다.

그러나, 설치 이후 현재까지 상당기간을 계속, 표준 운전 과정으로서 슬러지를 먼저 투입해온 기존의 슬러지 처리장치의 경우, 혼합 단계에서 얻어지는 혼합물이 충분히 섞이지 않고, 혼합물 내에서 입자상은 뚜렷하지 않은 가운데 반죽과 같은 상태를 이루는 것은 대량 처리의 막연한 한계로 인식되어 왔다.

그리고, 혼합 단계를 거친 슬러지와 처리재의 혼합물은 이송수단을 통해 양생기로 투입되는데 양생기에서는 배치처리 방식으로 일정 분량의 혼합물이 함께 투 입된 상태에서 열풍 건조가 이루어지고, 일정 시간 후에는 열풍으로 처리된 혼합물이 한꺼번에 배출되는 공정이 이루어진다.

그러나, 이런 방식의 양생에 따르면, 혼합물이 뚜렷한 입자상의 형성 없이 진흙반죽과 같은 상태로 가득 채워진 상태에서는 열풍은 일정 경로로만 혼합물의 작은 면적과 접하면서 배출되고, 슬러지 자체가 진흙반죽과 같은 상태에서는 물기를 함유하려는 성질로 인하여 함유된 수분을 배출 제거하는 효율이 높지 못하였다.

따라서, 슬러지의 처리 및 복토화에서 이론적으로 함수율을 떨어뜨리는 데 필요한 에너지에 비해 훨씬 많은 에너지를 투입해도 슬러지 내에서 충분히 함수율을 낮출 수 없었으며, 구체적으로 슬러지의 성질을 충분히 고려하고, 짧은 시간에 적은 비용으로 대량의 슬러지를 처리할 수 있는 효율적인 슬러지 처리 장치와 이런 장치에 의해 최적의 효과를 가질 수 있도록 하는 처리 방법이 요청되고 있다.

본 발명은 상술한 종래의 슬러지 복토화 장치 및 그 운용방법에서의 문제점을 제거하기 위한 것으로, 대량의 슬러지 처리를 통한 복토화가 가능하며, 아울러, 같은 용량을 기준으로 기존의 방법에 비해 그 처리 시간을 단축하고, 슬러지내 수분 제거율을 높일 수 있는 슬러지 복토화 처리 방법, 이 방법에 적합한 양생기 및 이를 채용한 슬러지 복토화 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 복토화 처리 방법은,

양생단계가, 혼합단계에서 혼합된 슬러지와 처리재의 혼합물을 상부 개부를 통해 용기형 본체로 투입하면서, 상기 혼합물을 분산장치를 통해 분산시켜 흩어진 상태로 상기 혼합물이 상기 용기형 본체 내에서 낙하하도록 하고, 상기 용기형 본체 내부에서 방출되는 열풍을 통해 흩어진 상태로 낙하되는 혼합물을 건조시키는 과정을 구비하여 이루어진다.

이때, 혼합 단계는 혼합기 용기 상부 개부를 통해 처리재를 먼저 투입하고 다음으로 혼합물을 투입한 후 상기 혼합기 용기 내의 교반장치를 통해 교반하는 방식으로 이루어지는 것일 수 있다.

한편, 용기형 본체의 바닥으로 낙하된 혼합물은 용기형 본체 내에서 쌓인 상태로 일정 시간 열풍 건조 과정을 더 거칠 수 있고, 혹은 바닥에 떨어진 상태에서 콘베이어 등의 이송장치를 통해 계속 플로우 방식으로 양생기 외부로 인출되어 다 음 단계로 이동될 수 있다.

상기 양생단계에서 상기 투입과정, 상기 분산과정, 상기 건조과정은 서로 직렬(시리즈:series)로 연결된 것으로 볼 수도 있지만 동시적으로 이루어지는 것으로 파악될 수 있다. 이들 과정은 상기 혼합물에 대해 복수 회 반복 실시될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 복토화 처리 장치용 양생기는,

슬러지와 처리재의 혼합물이 유입되는 상부 개부를 가진 용기형 본체;

상기 용기형 본체 내의 공간에 분산 설치되는 복수 개의 노즐을 구비하며, 상기 개부를 통해 유입되는 홉합물에 열풍을 가할 수 있도록 이루어지는 열풍 장치,

상기 개부에 설치되어 상기 개부를 통해 유입되는 상기 혼합물을 상기 용기형 본체의 공간 내로 흩어주는 역할을 하는 분산장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 양생기에는 상기 분산장치를 통해 분산된 상태에서 열풍을 받아 일부 건조된 혼합물이 용기형 본체 내부의 바닥에 떨어졌을 때 이를 일정 시간 수집하여, 혹은 떨어진 것들을 플로우 방식으로 그대로 다음 단계로 (용기형 본체의 바깥으로) 이동시켜 줄 수 있는 콘베이어 등의 배출장치가 구비될 수 있다.

본 발명의 양생기에는 열풍에 의해 홉합물로부터 증발된 수증기와 열풍 장치로부터 유입되는 열풍을 밖으로 방출시킬 수 있는 배기 장치가 구비될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 복토화 처리 장치는

혼합기 개부를 통해 투입되는 슬러지와 처리재를 섞는 교반기를 가지는 용기 형 혼합기, 상기 혼합기에서 혼합되어 개부를 통해 아래로 투입되는 혼합물을 받아 건조하기 위한 양생기를 구비하여 이루어지며,

상기 양생기 가운데 적어도 하나는 슬러지와 처리재의 혼합물이 유입되는 상부 개부를 가진 용기형 본체, 상기 용기형 본체 내의 공간에 분산 설치되는 복수 개의 노즐을 구비하여 상기 개부를 통해 유입되는 홉합물에 열풍을 가할 수 있도록 이루어지는 열풍 장치, 상기 개부에 설치되어 상기 개부를 통해 유입되는 상기 혼합물을 상기 용기형 본체의 공간 내로 흩어주는 역할을 하는 분산장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 슬러지 복토화 처리 장치에서 양생기는 직렬로 복수 단계로 설치되어 전 단계 양생기를 거친 혼합물은 다음 단계의 양생기를 다시 거칠 수 있다.

한편, 양생기에 설치되는 분산장치는 몸체가 원통형 롤러로 이루어지고, 그 표면에는 혼합물을 타격하여 분산시킬 수 있는 핀과 같은 돌출 부분을 가질 수 있다. 이때, 원통형 롤러에는 열풍 배관이 연결되고 원통형 롤러 표면에는 내부 공간과 연결되는 홀이 형성되어 혼합물을 분산킬 때 홀을 통해 배출되는 열풍이 혼합물을 분산, 건조시키는 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 또는 원통형 롤러를 이루는 몸체에 중공의 튜브 형태의 핀이 삽입되어 핀의 중공을 통해 원통형 롤러 내부로 유입된 열풍이 핀의 단부 개공을 통해 배출되면서 혼합물을 분산, 건조시키는 역할을 할 수도 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 슬러지 복토화를 위한 장치의 일 실시예를 나타내는 간략화된 구성도이며, 도2는 도1에 사용되는 것과 같은 양생기의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도3은 도2의 양생기의 요소 가운데 분산장치 부분을 AA 방향으로 본 측면도, 도4는 다른 실시예에서 분산장치에 혼합물이 부딪히는 형태를 나타내는 측면도, 도5는 양생조 혹은 양생기의 용기형 본체 바닥에 이송 스크류가 병렬로 설치된 형태를 나타내는 측면도, 도6은 본 발명의 슬러지 복토화 처리 방법의 한 실시예를 이루는 단계들을 나타내는 흐름도이다.

이들 도면을 참조하면, 먼저, 하수처리 슬러지 등 슬러지가 슬러지 처리장의 슬러지 저장고(10)에 저장되고, 그 가운데 일정량이 저장용 호퍼(11)에 반입된다(100). 슬러지는 하수 처리장에서 1차로 기계적으로 압착되어 일부 수분이 제거되어, 수분이 평균 80 내지 85% 정도 함유된 것이며 건조시 유기물 함량이 50% 정도다. 반입된 슬러지 가운데 저장용 호퍼(11)에 제공된 일정량이 슬러지는 이송장치(12)에 의해 혼합기(25)로 투입되고(230), 혼합 교반(250)이 시작되어 혼합단계(200)가 이루어진다.

혼합기(25)는 가령, 유효 용량 3m³ 정도의 일종의 대형 용기이며, 내부에는 투입되는 1~2t의 물질들을 섞어 화학반응이 잘 이루어질 수 있도록 하는 패들 교반기가 설치되어 있다. 통상, 교반기 위에는 투입되는 재료 가운데 덩어리진 재료를 분쇄하기 위한 핀밀(미도시)이 설치된다. 혼합기의 상부는 개방되어 이 개방부를 통해 슬러지 및 슬러지 처리를 위한 처리재가 투입된다(210).

슬러지 처리재는 기존에 여러가지 형태가 개발되어 사용되고 있다.

본 실시예에서 처리재로는 고화제와 경화제를 사용하며, 고화제로는 분말상의 생석회(산화 칼슘: CaO), 소석고 (황산칼슘반수화물:CaSO₄ 1/2H₂O), 황산제일철(FeSO₄)이 주로 사용되고, 경화제로는 포츌란 시멘트 등의 시멘트가 단독으로 혹은 시멘트와 생석회가 혼합된 상태로 사용될 수 있지만 여기서는 생석회가 사용된다. 고화제 및 경화제는 고화제 저장소(21) 및 경화제 저장소(23)에서 각각 계량기를 통해 혼합기(25)로 투입된다.

슬러지 복토화 작업에서 일반적으로 가장 중요하게 이루어지는 반응을 개략적으로 살펴보면, 생석회의 수화반응, 고화제 내의 산성 물질에서의 수화반응, 염기성 물질과 산성 물질의 중화반응, 시멘트의 수화반응, 경화 등이다.

생석회의 수화반응

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 15㎉/㏖

고화제 성분속에 포함되어 있는 생석회가 하수슬러지와 혼합시 수화반응에 의해 하수슬러지중의 수분을 일차적으로 감소시키는 역할을 한다. 생석회 1㎏당 약320g의 물을 흡수반응하고 약280㎉의 열을 방출하여 450g의 물을 증발시킨다.

시멘트의 수화반응(수분량감소, 강도 및 용출억제)

2(3CaO SiO2) + 6H2O → 3CaO 2SiO2 3H2O + 3Ca(OH)2

시멘트는 물과 접촉시 수화반응을 일으켜 실리카 물질로 변하게 되며 이때 하수슬러지중의 수분이 흡수되며 고화물의 강도가 서서히 증가하게 되며 하수슬러지중의 용출성분도 용출이 억제되게 된다.

중화반응

H+(αｑ)+OH-(αｑ) → H2O(ℓ)

중화반응이란 pH가 낮은 산과 pH가 높은 염기가 반응하여 pH가 중화되는 반응으로서 중화열을 동반한다. 고화제 중의 산성분과 고화제 중의 알칼리성분이 반응하여 중성화합물로 변하게 되며 이때 생산된 수분은 반응열로 인하여 수증기로 변하게 된다.

기본적으로 고화제와 경화제로 처리된 상태에서 복토재로 사용되기 위해서는 산도(ph농도)와 관련된 일정 요건을 만족해야 하며, 처리 과정에서도 심한 악취를 방지하여 환경을 작업 가능하게 유지하기 위해서 고화제와 경화제의 화학적 성분과 그 투입량이 조절되어야 한다. 슬러지 처리를 위한 처리재에 대해서는 많은 성분 및 조성들이 이미 알려져 있다. 본 실시예에서는 염기성 처리재와 산성 처리재가 함께 사용되며, 반입 상태의 하루 처리 용량 슬러지 1000t(톤)에 대해 (주)한국포조텍에서 생산된 고화제 250t 내지 350t, 생석회 50t 내지 100t이 사용된다.

통상적으로 화학적 교반을 통한 처리 장치에서 처리되는 바탕 원료를 먼저 넣고, 처리 약품을 후에 넣어 교반하게 되며, 종래의 슬러리 처리 장치에서도 현재까지 이런 과정을 추종하여 처리가 진행되었다. 그러나, 본 실시예에서는 슬러지의 특성과 처리량을 고려하여 처리재를 먼저 투입하고, 슬러지를 후에 투입하도록 하였다. 슬러지는 한 번에 혼합기에 투입되는 물량이 다량이므로 본 실시예에서는 투입에 어느 정도의 시간이 소요되는 슬러지 투입 형태를 충분히 고려하였고, 슬러지가 80% 정도의 물을 포함한 진흙반죽과 같은 물성, 상태를 고려하였다.

슬러지를 먼저 투입할 경우, 본격적인 교반이 이루어지기 전에 닿는 면에서 슬러지의 수분과 처리재가 반응하는 시간이 수 분(minute) 정도로 짧고, 방출되는 열도 작아 교반기에 의한 짧은 시간의 혼합이 이루어지고 난 상태에서 혼합물의 온도가 낮고, 혼합물 내의 혼합상태가 전반적으로 고르지 못하여 슬러지만 뭉쳐있는 곳과 처리재가 분말 상태로 남아있는 곳이 많게 된다. 따라서, 전체적으로 볼 때에는 입자 형성이 제대로 되지 않는 곳이 많다. 또한, 교반날개가 아래쪽에 있는 통상적 장치 특성에 의해 교반 정도도 떨어지기 쉽다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 단순히 교반시간을 증가시키면 처리재 분말이 너무 고르게 슬러지와 혼합되는 문제가 있다. 처리재 물질은 슬러지와의 혼합시 슬러지의 수분을 흡수하면서 원래의 분말에 비해 입도가 큰 수화물 결정 입자를 만들게 되지만 너무 고르게 슬러지와 혼합될 경우, 이러한 입도가 큰 입자를 만들기 어렵고, 혼합물 전체가 여전히 물기가 많은 진흙반죽과 같은 상태가 된다. 이런 상태의 혼합물은 이후 공정에서 습기를 머금으려는 성격이 강해져 처리가 매우 곤란하게 된다. 따라서, 단순히 슬러지와 처리재의 교반시간을 증가하는 것도 슬러지와 처리재의 혼합을 통한 한계가 있다.

본 발명의 발명자는 본 실시예에서와 같이 처리재를 먼저 투입하면 슬러지가 투입되는 시간동안 습기와 처리재가 교반전에도 반응할 시간을 벌 수 있고, 이때의 열량 방출에 의한 교반 온도를 높일 수 있고, 교반시간을 늘리는 문제가 없이도 입도가 증가하여 습기를 머금으면서도 진흙반죽보다는 잘 부스러지는 흙반죽 혹은 흙덩어리과 같은 적당한 교반상태를 형성할 수 있음을 알아내어 이를 적용하게 되었다.

따라서, 본 실시예에서는 슬러지의 특성과 처리량을 고려하여 혼합기(25)에는 먼저 처리재가 투입되고, 그 상태에서 슬러지가 이송되어 투입된다(230). 한번 혼합기(25)에 투입되는 슬러지의 양이 0.5톤 이상으로 많으므로 슬러지 투입시간은 2분 내지 4분이 소요되고, 그 기간 중에 먼저 투입되는 슬러지의 수분은 처리재와 반응하여 열을 발생하면서 처리재의 상태 변화 및 슬러지의 상태 변화가 시작된다. 혼합기에 처리재와 슬러지를 투입하는 방식은 투입과 배출이 지속적으로 이루어지는 연속 플로우 방식이 아니고 배치식이며, 재료 일정량을 혼합기에 투입한 후 혼합하고, 혼합기 하부가 개방되어 혼합물을 한꺼번에 배출하여 혼합기를 비운다음 다음번 혼합을 준비하는 사이클 방식이다.

슬러지의 투입이 완료되면 패들 교반기가 분당 30회전 정도의 속도로 작동하 면서 20초 내지 40초간 평균 30초 정도로 슬러지와 처리재의 교반이 이루어지고 혼합기 내에서 일정시간 가령 30초 내지 60초 정도 시간을 두어 화학적 반응이 더 이루어지도록 한다. 이 교반은 처리재 분말과 슬러지가 섞이도록 하는 것이며, 이를 통해 혼합물 전체의 상태가 현실적인 범위에서 비교적 고르게 혼합된다.

슬러지, 처리재 혼합물은 전체적으로 혼합기에서 혼합물 저장 호퍼(31)로 전달되며, 혼합물 저장 호퍼(31)에서 일부씩 연속적으로 스크류 콘베이어, 벨트 콘베이어 등의 이송수단(33)을 통해 이송되어(300) 양생기 상부의 입구 혹은 개구부로 투입된다(410). 이송되는 과정에서 혼합물은 일정 전개 구간(37)에서 넓게 전개되어 내부 수분과 가스를 방출시킬 기회를 가지게 되며, 처리재와 슬러지의 수분은 혼합 이후 반응을 계속하며, 혼합물은 진흙반죽과는 조금 더 차별화될 수 있는 수분을 함유한 흙의 상태가 되고, 그 열에 의해 슬러지의 수분 일부와 가스 성분이 방출된다. 저장 호퍼와 이송수단은 악취가, 오픈된 대기환경에 방출되는 것을 억제하기 위해 구획된 공간에 설치되며, 이 과정에서 공간은 슬러지에서 방출된 가스와 증기에 가득차게 된다. 이 공간에서 빠르게 증기와 가스를 배출하여 제거함으로써 한편으로는 슬러지의 수분 함량을 떨어뜨릴 기회를 증대시키고, 한편으로 대기중에 가스가 처리되지 않은 채 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 혼합물 이송 공간에 연결되도록 별도의 배기 장치로 배기 덕트를 설치한다. 배기 덕트의 입구는 구획된 공간 가운데 전개 구간(37)의 최종 단부에 설치될 수 있으며, 이때, 혼합물로부터 배기 덕트 입구가 적어도 30cm 이격되어 부분적으로 많이 건조된 입자나 일부 덩어리져서 분말상태로 있는 생석회 등이 배기 덕트로 유입되지 않도록 한다. 배기 덕트는 배기 펌프(35)를 통해 음압을 형성하여 혼합물이 이송되는 공간으로부터 습기와 기타 배기 가스를 흡입하여 배기 라인을 통해 이동하면서 배기 가스가 수증기 응축 및 탈취 처리될 수 있도록 한다.

본 실시예에서 이송수단(33, 331)에 의해 혼합물(330)은 함수율 57%~65% 정도의 상태로 혼합물 양생기(41a, 140)에 투입된다(410). 이송수단(33)의 말단에는 양생기로 투입되는 혼합물에서 나오는 증기나 가스(악취)를 흡입하여 외부 대기로 나가는 것을 억제하는 가스 배출구(615)가 있어 배기 덕트(611)와 연결된다. 이때에도, 양생기에 투입되는 혼합물로부터 가스 배출구(615)가 적어도 일정 거리 α만큼 가령, 30cm 이격되어 부분적으로 많이 건조된 입자나 일부 덩어리져서 분말상태로 있는 생석회 등이 배기 덕트로 유입되지 않도록 한다. 배기 덕트(611)에도 배출펌프(613)가 설치되어 증기나 악취가 빠르게 배기 덕트로 유입되고 외부로는 유출되지 않도록 배기 덕트 내부를 음압으로 만들어주도록 구성되는 것이 바람직하다.

양생기(140)의 용기형 본체(141)는 상부에 혼합물이 투입되는 입구 혹은 개부를 가지며, 개부 측방에는 양생기 내의 수증기 및 가스가 배출되는 증기 배출구(615')가 하나 이상 존재한다. 증기 배출구(615')는 배기라인(611')과 연결되고, 배기라인(611')에는 배출펌프(613')가 설치되어 증기가 빠르게 강제배출되어 바람직하게는 내부를 음압으로 만들어줌으로써 증기 배출효율이 높아질 수 있도록 구성된다.

본 발명에서는 양생기에서 혼합물이 투입되는 입구 아래쪽에는 일정 거리를 두고 혼합물을 흩어주는 분산장치(147)가 설치된다. 양생기의 본체 상부 개부로 투 입되는 단계에서 혼합물은 비록 입자상을 확인할 수 있지만 함수율이 높아 상당 부분이 입자가 물기에 의해 덩어리진 흙과 같은 형태로 용기형 본체(141)의 바닥을 향해 떨어질 수 있다. 따라서 분산장치(147)는 이러한 흙덩어리 형태의 혼합물을 투입되는 초기 단계에서부터 보다 작은 입자단으로 나누어주고 공간적으로도 넓게 퍼진 상태로 양생기의 용기형 본체(141) 내부 공간에서 낙하할 수 있도록 한다(420).

도2 및 도3을 참조하면, 본 실시예에서 분산장치(147)는 회전식 탈곡기와 유사하게 원통형 롤러(471')의 표면에 돌출된 고리형 핀(473')을 다수 형성하고 지지대(475)에 설치하여 이루어진다. 여기서, 지지대(475)에 걸린 한 축은 중공이 있고 고정되며, 이 축 주위에는 원활한 회전을 위해 원통형 롤러(471)의 베어링 장치가 구비된다. 열풍 배관의 일부가 이 축의 중공을 통해 열풍을 원통형 롤러(471)의 내부 빈 공간에 유입시킨다. 유입된 열풍은 원통형 롤러의 표면에 형성된 다수개의 홀(477)을 통해 유출된다. 유출되는 과정에서 강한 압력에 의해 열풍은 원통형 롤러(471') 및 고리형 핀(473')에 부딪혀 분산되는 혼합물을 더욱 비산시키면서 건조하는 역할을 할 수 있다. 이러한 예는 양생기의 분산장치와 열풍 장치가 결합된 실시예라고 볼 수도 있다.

도시되지 않지만, 본 실시예와 달리, 원통형 롤러를 이루는 몸체에 중공 튜브 형태의 핀이 삽입되어 핀의 중공을 통해 원통형 롤러 내부로 유입된 열풍이 핀의 단부 개공을 통해 배출되면서 혼합물을 분산, 건조시키는 역할을 할 수도 있다.

본 실시예와 달리, 분산장치에는 도4와 같이 별도의 열풍 공급 수단이 없이 원통형 롤러(471) 표면에 단순히 돌출핀(473)을 설치된 경우, 양생기(140) 내에 설치된 열풍 배관의 노즐(437) 일부가 분산장치(147) 인근에 배치되어 원통형 롤러(471) 및 그 표면의 핀(473)에 부딪혀 분산된 혼합물을 더욱 분산, 건조시키는 역할을 할 수도 있다.

도4에 나타나듯이 이 원통형 롤러(471)는 별도의 회전 동력 없이 양생기의 개부를 통해 떨어지는 혼합물이 일측에 닿는 충격력에 의해 혹은 모터 등의 동력에 의해 회전하면서 덩어리 상태의 혼합물(330)을 표면의 돌출된 핀(473)으로 쳐서 용기형 본체의 공간 내로 비산시키는 것일 수 있다.

종래의 슬러지 처리 장치에서는 양생기(140)로 투입되는 혼합물은 물기가 많은 진흙반죽에 가까운 상태였고, 양생기(140)로 투입되어 양생기 내부에 일정량이 채워진 상태로 열풍을 불어넣으면서 몇 시간 이상 저장하여 양생을 실시하였다. 그러므로 종래에는 양생기 입구에서 투입될 때 혼합물을 잘게 나누어 분산시키는 작업이 굳이 필요하지도 않고 쉽게 이루어질 수도 없었다. 그러나 한편으로 새로운 방식의 혼합에 의해 양생기에 투입되는 혼합물이 진흙과 같은 반죽상 보다는 단순한 흙뭉치와 같은 입자상이 우세하게 되고, 다른 한편으로, 저장 양생보다는 플로우 방식으로 혼합물이 계속적으로 움직이면서 처리되는 방식을 취하므로 양생기의 분산 장치(147)의 채택이 중요한 의미를 가지게 되는 것이다.

양생기(140)의 용기형 본체(141) 내부에는 분산된 상태로 낙하하는 혼합물에 고르게 열풍을 접촉시키기 위해 열풍 분사 노즐(437)이 다수 설치된 파이프(431)가 복수 개의 층을 이루면서 복수 개가 가로로 혹은 세로로, 또는 격자형으로 분산 배 치된다. 열풍은 양생기에 구비되는 열풍 장치(143)를 통해 만들어진다. 열풍 장치(143)는 송풍기(433)와 히터(435, 43a, 43b)를 거쳐 만들어진 가열 압축 공기가 열풍 파이프를 통해 양생기의 용기형 본체 공간 내에 고르게 분배된 상태에서 가열 압축 공기를 열풍 파이프(431)에 설치된 노즐(437)을 통해 배출함으로써 열풍을 공급한다.

혼합물 양생기(41a) 입구에서 투입되는 혼합물은 습기를 가진 토양(흙 혹은 흙덩어리)과 유사한 상태이며, 상부에서 아래로 하강하면서 분산 장치 외에도 공기의 저항이나, 낙하 중에 내부 공간에 분산 배치된 파이프와의 충돌, 상향하는 열풍에 부딪히면서 더 작은 덩어리나 입자상으로 분산되면서 낙하할 수도 있다. 이들 혼합물의 외기에 드러난 표면적은 더욱 증가된 상태로 표면의 습기는 열풍에 의해 상당부분이 수증기로 되고, 따라서 혼합물의 함수율은 낮아져 건조가 이루어진다(430).

양생기는 혼합물이 한번만 거쳐 지날 수도 있지만 충분한 건조를 위해 2번 이상 복수회 거칠 수도 있다. 본 실시예에서도 혼합물이 투입되는 혼합물 양생기(41a)에 이어서 혼합물 양생기(41a)를 거쳐 얻어진 고화물을 투입하는 고화물 양생기(41b)가 더 구비되어 있다. 따라서, 혼합물이 혼합물 양생기(41a)를 거침으로써 얻어진 결과물인 고화물은 이송 장치에 의해 다시 고화물 양생기(41b)로 투입되어 열풍에 의한 건조가 더 이루어진다.

여기서 혼합물 양생기(41a)는 서로 병렬하여 설치된 2개의 개별 양생기로 이루어지고, 고화물 양생기(41b)는 서로 병렬하여 설치된 3개의 개별 양생기로 이루 어지나 혼합물 양생기나 고화물 양생기를 이루는 개별 양생기의 구체적인 숫자와 용량은 양생기를 거쳐 처리된 재료에 요청되는 함수율이나 각 단계 양생기에서의 처리 시간, 열풍 장치의 용량 등과 서로간의 의존관계에 있으므로 이들 요소에 따라 달라질 수 있다.

가령, 송풍기 유입 공기는 통상의 대기 중에서 흡입되는 20도씨 상온, 상대습도 60% 정도의 공기이며, 열풍의 온도는 80도씨 내지 100도씨 범위에서 주로 100도씨로 제어되고, 양생기에서 증기 배출구로 배출되는 공기는 65도씨 온도의 상대습도 95% 정도의 공기가 되고, 혼합물 양생기(41a)로 투입되는 재료의 함수율이 65%이고, 고화물 양생기(41b)를 거친 결과물의 함수율이 45% 정도는 되어야 한다고 할 때, 혼합물 양생기가 120m³ 체적의 3개의 개별 양생기를 병렬로 설치하여 이루어지고, 고화물 양생기는 120m³ 체적의 2개의 개별 양생기를 병렬로 설치하고, 이들 양생기 내에 열풍을 공급하는 송풍기의 용량은 분당 107m³가 되도록 한다는 등의 운영 계획이 이루어질 수 있다.

이런 경우, 제1차 양생기인 혼합물 양생기(41a)와 제2차 양생기인 고화물 양생기(41b)의 크기(높이), 열풍 온도, 노즐을 통해 나오는 풍량을 달리하여 혼합물 혹은 고화물 상태의 처리 대상에 더욱 적합한 처리를 할 수도 있다.

양생기의 분산 장치(147)는 투입되는 재료의 상태에 따라 혼합물 양생기에만 혹은 고화물 양생기에만 사용될 수도 있지만 혼합물 양생기나 고화물 양생기를 이루는 모든 개별 양생기에 분산 장치가 설치되는 것이 좋다. 단, 혼합물 양생기의 분산장치는 주로 물기에 의해 약한 덩어리 상태를 이루는 혼합물의 분산을 위해 사용되고, 고화물 양생기의 분산장치는 주로 덩어리진 상태로 건조된 고화물의 파쇄를 위한 것이다. 이에 따라 양생기에 사용되는 분산장치의 구성이나 종류도 달라질 수 있다. 가령, 혼합물 양생기에는 별도의 분산장치용 모터가 없이 표면에 핀이 다수 설치된 원통형 롤러로 이루어진 분산장치의 일측에 혼합물을 부딪히면서 그 충격으로 낮은 속도로 분산장치가 회전되도록 하고, 고화물 양생기에서는 일부 건조되면서 서로 단단하게 굳어가는 덩어리들을 때려서 파쇄하기 위해 모터(미도시)에 의해 빠르게 회전하는 분산장치를 사용할 수 있다.

양생기(141)는 혼합물이 낙하하면서 충분히 분리되고, 건조될 수 있도록 탑과 같이 용기의 평균적 폭(가령, 가로 세로 4m×4m)이나 직경에 비해 높이(6m~8m)가 높은 용기 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 열풍 파이프에 형성된 구멍으로 이루어지는 열풍 노즐(437)은 그대로 오픈된 상태일 수도 있지만 투입되는 혼합물 입자들이 구멍을 막는 것을 방지하도록 열풍 노즐이 형성된 파이프(431)에 열풍 노즐과 이격된 상태로 상단이 뾰족한 갓 형태의 커버부재(미도시)가 파이프 위로 설치될 수 있다.

열풍에 의해 건조되면서 아래에 떨어진 혼합물 혹은 고화물은 계속 회전하는 이송 스크류(453, 45a, 45b)와 이를 회전시키는 모터(451), 베어링(455) 등으로 이루어진 배출장치(145)나 양생기의 용기형 본체에 구현된 경사를 가진 깔대기 구조에 의해 모아지고, 모아지는 동시에 연속적으로 양생기에서 밖으로 배출될 수 있다(500).

깔대기 구조를 취하지 않는 경우에도, 양생기에 이송 스크류가 복수 개 병렬로 설치되면 분산되어 바닥에 쌓이는 혼합물 혹은 고화물을 양생기 밖으로 원활하게 배출할 수 있다. 도5와 같이 양생기 용기형 본체(141) 바닥에 4개의 이송 스크류(453a, 453b, 453c, 453d)가 병렬로 설치된 경우, 교번운전을 통해 분산된 혼합물 혹은 고화물에 양생시간을 줌으로써 보다 효과적인 복토재 생산이 가능할 수 있다.

교번운전에서는 가령, 제1 및 제2 이송 스크류(453a, 453b)를 가동하면서 제3 및 제4 이송 스크류(453c, 453d)는 가동하지 않음으로써 제3 및 제4 이송 스크류 영역의 혼합물을 20분 내지 1시간 적체시킨다. 이어서, 반대로 제3 및 제4 이송 스크류(453c, 453d)를 가동하고 제1 및 제2 이송 스크류(453a, 453b)를 정지시켜 제1 및 제2 이송 스크류 영역의 혼합물을 같은 시간 적체시킨다. 같은 방법으로 위 과정을 반복한다. 제1 및 제2 이송스크류를 함께 구동하는 대신 제1 및 제3 이송 스크류를 함께 구동하고 제2 및 제4 이송 스크류를 함께 구동시키는 것도 물론 가능하다. 이런 과정에서 적체시간 동안 혼합물 혹은 고화물은 더욱 양생이 심화되어 복토재로서 반출시에 악취 감소 및 색상변화가 뚜렸한 것을 볼 수 있다.

양생기를 거치는 데 종래에는 양생기가 혼합물로 채워진 상태로 오랜 시간 가령, 제1차 양생기 12시간+ 제2차 양생기 12시간씩 소요되던 것에 비해 본 발명에서는 순수하게 양생기(140)에서 건조 처리를 하는 데는 수분 정도의 짧은 시간이 소모되며, 1 배치(batch)에 양생기에 채워지는 같은 양을 처리하는 데 수십분 정도만 소요될 수도 있다. 따라서, 혼합물이 혼합기(25) 다음에 있는 호퍼(31)나, 이송 수단에서 지연시간을 갖지 않는 경우, 습기를 가지는 한도에서 혼합된 물질의 화학반응은 양생기를 거친 상태에서도 계속적으로 이루어져 최종 결과물의 함수율은 더욱 떨어질 수도 있다.

한편, 원래의 슬러지와 혼합기, 양생기 등 슬러지 처리의 모든 단계에서 발생되는 증기와 가스는 응축 및 탈취 처리를 하기 위한 별도의 탈취탑(61)과 응축기(미도시)를 거쳐 환경에 무해한 상태로 배출될 수 있다. 도번 63은 응축기를 통해 얻어지는 응축수를 저장하는 폐수저장고를 나타낸다.

본 실시예에서는 고화물 양생기(41b)에서 배출된 고화된 혼합물은 반출대기 호퍼(51)에 수집되고, 반출대기 호퍼(51)에서는 하부의 반출구를 열어 차량 등에 혼합물을 적재하도록 한다. 이때 양생기에서 배출된 고화된 혼합물은 매우 작고 부숴지기 쉬운 입자군을 가지거나 낱낱의 입자로 이루어진 토양의 상태로 반출되며, 이후 자체 압력에 의해 덩어리진 부분이 있어도 쉽게 부숴진다.

차량에 적재된 고화된 혼합물은 매립지 등에서 표면을 덮는 토양을 이루면서 복토화가 완성된다.

이상 실시예에서 슬러지 처리량을 늘리기 위해 혼합기나 양생기, 이송장치의 처리 용량을 크게 설계할 수 있으며, 일정 단위 처리 용량을 가지는 혼합기, 양생기 개별 장치를 병렬로 연결하여 단계마다 적정 용량으로 설계함으로써 애로 현상이 없이 고른 슬러지 처리를 할 수도 있다.

도1은 본 발명의 슬러지 복토화 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 간략화된 구성도이며,

도2는 본 발명의 슬러지 복토화 처리 장치의 일 실시예에 사용되는 양생기의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도,

도3은 도2의 양생기의 분산장치를 AA라인 방향으로 본 측면도,

도4는 다른 실시예에서 분산장치에 혼합물이 부딪히는 형태를 나타내는 측면도,

도5는 양생조 혹은 양생기의 용기형 본체 바닥에 이송 스크류가 병렬로 설치된 형태를 나타내는 측면도,

도6은 본 발명의 슬러지 복토화 처리 방법의 한 실시예를 이루는 단계들을 나타내는 흐름도이다.

Claims

슬러지와 슬러지 고화용 처리재를 섞어 혼합물을 형성하는 혼합단계와 혼합물을 양생기에 투입하고 열풍을 통해 건조시키는 양생단계를 구비하여 이루어지는 슬러지 복토화 처리 방법에 있어서,

상기 양생단계는 상기 혼합물을 상부 개부를 통해 상기 양생기의 용기형 본체로 투입하는 투입과정, 상기 혼합물을 분산장치를 통해 분산시켜 흩어진 상태로 낙하하도록 하는 분산과정, 상기 용기형 본체 내부에서 방출되는 열풍을 통해 흩어진 상태로 낙하되는 상기 혼합물을 건조시키는 건조과정을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 혼합 단계는 혼합기 용기 상부 개부를 통해 상기 슬러지 고화용 처리재를 먼저 투입하고 다음으로 슬러지를 투입한 후 상기 혼합기 용기 내의 교반장치를 통해 상기 슬러지 고화용 처리재와 상기 슬러지를 교반하는 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 양생단계에서는 상기 혼합물이 상기 양생기 본체의 상부 개부를 통해 아래로 연속적으로 투입되는 한편, 하부에서는 열풍에 건조되면서 낙하된 혼합물이 연속적으로 배출되는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 가운데 어느 한 항에 있어서,

상기 양생단계에서 상기 투입과정, 상기 분산과정, 상기 건조과정은 상기 혼합물에 대해 복수 회 반복 실시되는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 방법.
슬러지와 슬러지 고화용 처리재의 혼합물을 받아 상기 혼합물 내의 수분을 건조하도록 이루어진 슬러지 복토화 장치의 양생기에 있어서,

상기 슬러지와 상기 슬러지 고화용 처리재의 혼합물이 유입되는 상부 개부를 가진 용기형 본체,

상기 용기형 본체 내의 공간에 분산 설치되는 복수 개의 노즐을 포함하며, 상기 상부 개부를 통해 유입되는 혼합물에 열풍을 가할 수 있도록 이루어지는 열풍 장치,

상기 상부 개부에 설치되어 상기 상부 개부를 통해 유입되는 상기 혼합물을 상기 용기형 본체의 공간 내로 흩어주는 역할을 하는 분산장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기.
제 5 항에 있어서,

상기 양생기에는 상기 분산장치를 통해 분산된 상태에서 열풍을 받아 일부 건조된 혼합물이 상기 용기형 본체 내부의 바닥에 떨어졌을 때 수집하여, 외부로 이동시켜 줄 수 있는 이송장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기.
제 5 항에 있어서,

상기 상부 개부에는 상기 열풍에 의해 혼합물로부터 증발된 수증기 및 가스를 상기 용기형 본체의 밖으로 방출시킬 수 있는 배기 라인을 포함하는 배기 장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기.
제 5 항에 있어서,

상기 분산장치는 몸체가 원통형 롤러로 이루어지고, 그 표면에는 혼합물을 타격하여 분산시킬 수 있는 돌출 부분을 가지며,

상기 원통형 롤러 내부 공간에는 열풍 배관이 연결되고, 상기 원통형 롤러 표면에는 내부 공간과 연결되는 홀이 형성되어 상기 홀을 통해 열풍이 방출될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기.
제 5 항에 있어서,

상기 분산장치는 몸체가 원통형 롤러로 이루어지고, 그 표면에는 혼합물을 타격하여 분산시킬 수 있는 돌출 부분을 가지며,

상기 원통형 롤러 내부 공간에는 열풍 배관이 연결되고,

상기 원통형 롤러 표면에는 중공 튜브 형태의 핀이 삽입되어 상기 핀을 통해 상기 원통형 롤러 내부로 유입된 열풍이 배출되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치의 양생기.
혼합기 개부를 통해 투입되는 슬러지와 슬러지 고화용 처리재를 섞는 교반기를 가지는 용기형 혼합기, 상기 혼합기에서 혼합되어 개부를 통해 아래로 투입되는 혼합물을 받아 건조하기 위한 양생기를 구비하여 이루어지는 슬러지 복토화 장치에 있어서,

상기 양생기 가운데 적어도 하나는 상기 슬러지와 상기 슬러지 고화용 처리재의 혼합물이 유입되는 상부 개부를 가진 용기형 본체, 상기 용기형 본체 내의 공간에 분산 설치되는 복수 개의 노즐을 포함하며 상기 상부 개부를 통해 유입되는 혼합물에 열풍을 가할 수 있도록 이루어지는 열풍 장치, 상기 상부 개부에 설치되어 상기 상부 개부를 통해 유입되는 상기 혼합물을 상기 용기형 본체의 공간 내로 흩어주는 역할을 하는 분산장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 양생기는 상기 혼합물이 투입되는 혼합물 양생기와 상기 혼합물 양생기를 거친 결과물인 고화물이 투입되는 고화물 양생기가 직렬로 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 분산장치는 상기 고화물 양생기에 설치되는 분산장치에서 상기 혼합물에 가해지는 충격력이 상기 혼합물 양생기에 설치되는 분산장치에서 상기 고화물에 가해지는 충격력보다 크도록 설치되는 것을 특징으로 하는 슬러지 복토화 처리 장치.