KR100954350B1 - 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조시킨 후 돼지 기름과 혼합하여 고형연료로 제조할 수 있게 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법{Manufacturing apparatus and method of solid fuel using sludge}
본 발명은 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 건조시킨 후 돼지 기름과 혼합하여 고형연료로 제조할 수 있게 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 슬러지란 정수나 폐수처리 시 발생되는 액체로부터 분리되어 침전된 찌꺼기로써 90% 이상의 많은 수분을 함유하는데, 이러한 슬러지는 하수처리 공정 특성과 농축 탈수 과정에서 사용하는 응집제의 종류에 따라 그 성분이 결정된다.
한편, 오·폐수의 처리 과정에서 유기물은 25~30% 정도만 무기화 처리되고 나머지는 폐활성 슬러지 또는 1차 슬러지 형태로 남게 된다. 상기 오폐수뿐만 아니라 분뇨, 음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서도 다량의 수분을 포함하는 슬러지가 발생된다.
이와 같이 오폐수, 분뇨, 음식물 쓰레기의 처리 과정에서 발생하는 각종 슬 러지를 최종적으로 처리하기 위해, 종래에는 육상 매립, 해양 투기, 소각, 연료화와 같은 다양한 방법들이 제안되고 있다. 이러한 종래의 처리방법은 비록 그 방식을 달리하고 있으나 공통적으로 함수율을 낮추는 감량화 및 환경오염의 방지라는 공통적인 목적을 갖는다.
육상 매립은 함수율이 70 내지 80%인 슬러지를 직매립하는 것으로서, 매립지 확보 곤란 및 2차 오염의 문제점이 있다. 그리고 해양 투기 역시 해양을 오염시키는 문제가 있어 적절한 대응책이 될 수 없다. 이러한 육상 매립이나 해양 투기에 대한 대안으로서 소각 방식이 논의되고 있으나, 소각 처리의 경우 자원 회수에 불리하고, 소각장 건설에 대한 지역주민의 반발 및 높은 함수율로 인한 막대한 운전비용 등이 문제가 된다.
상기한 것처럼 슬러지를 단순히 매립, 투기, 소각하는 것보다는 재활용하여 에너지 및 자원을 회수하는 것이 최선일 것이다. 이러한 기술은 선진국에서는 이미 연구가 진행되었으며 그 중 일부는 실용화되고 있다. 슬러지의 재이용 방안으로 토양환원, 고형연료, 건설자재, 장식품, 에너지 생산, 자원회수 등을 들 수 있는데, 그 중에서도 슬러지를 유효하게 처리하는 방법 중 하나로 고형연료로 재활용하는 기술이 부각되고 있다.
그러나 단순히 슬러지를 건조시키는 방식으로 생성되는 고형연료는 그 발열량이 크게 높지 않다는 문제점이 있다.
또한 국내에는 수많은 축산물 가공 공장이 운영되고 있고, 이러한 축산물 가송 공장에서는 매년 엄청난 양의 축산물 가공 잔사(뼈, 지방, 내장, 가죽 등)가 발 생되고 있다.
이처럼 축산물 가공 공정에서 발생되는 축산물 가공 잔사는 단백질 함량이 매우 높은 부산물이며, 이러한 부산물을 그대로 방치 또는 매립하는 경우에는 악취 및 침출수 등이 발생하여 환경오염에 막대한 악영향을 미치게 된다. 따라서 이러한 축산물 가공 잔사를 효율적으로 처리하기 위한 각종 고안이 개발되고 있는 실정이다.
특히, 이러한 축산물 중에서도 돼지를 도축 또는 가공하는 과정에서 발생하는 돼지 가공 잔사의 경우, 소나 닭 등의 다른 축산물에 비해 폐기되는 부위가 많고 높은 지방을 함유하고 있어서, 이러한 돼지 가공 잔사의 처리가 중요한 문제로 부각되고 있다.
최근에는, 이처럼 높은 지방을 함유하는 돼지 가공 잔사에서 돼지 기름을 추출하는 공정이 개발되어 상용화되고 있는 바, 오폐수 처리 공정에서 발생하는 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 주 원료로 하는 새로운 연료 자원의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 효율적으로 건조하고, 또한 건조된 슬러지를 고형연료로 재활용하여 에너지 및 자원을 회수할 수 있게 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한 본 발명은, 돼지를 도축 또는 가공하는 과정에서 발생하는 돼지 가공 잔사를 친환경적으로 처리할 수 있게 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치는, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 투입되는 드럼과, 드럼 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어지는 샤프트, 샤프트의 외주연에 고정 결합되고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트 내부에 연통되는 다수의 디스크, 드럼의 외부를 감싸고 스팀이 주입될 수 있도록 드럼의 외주면과 사이에 일정 간격의 공간을 형성하는 자켓, 스팀의 간접 가열에 의해 슬러지에서 증발된 수분을 드럼 외부로 흡입하는 흡기팬을 포함하여 구성되는 건조기; 건조기에서 배출된 상대적으로 낮은 수분 함량의 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 반죽 혼합기; 반죽 혼합기에서 배출되는 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 압착기;를 포함하 는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법은, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 건조기의 드럼 내부에 투입하는 제1단계; 상기 드럼 내부에 고정 설치된 샤프트와, 샤프트의 외주연에 연통되는 다수의 디스크에 스팀을 주입하는 제2단계; 드럼의 외부를 감싸는 자켓과 드럼의 외주면 사이의 공간에 스팀을 주입하는 제3단계; 샤프트를 회전시키는 제4단계; 스팀의 간접 가열에 의해 슬러지에서 증발된 수분이 드럼 외부로 배출되는 제5단계; 함유된 수분이 수증기로 증발되어 상대적으로 낮은 수분 함량의 건조 슬러지가 건조기에서 배출되는 제6단계; 건조기에서 배출된 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 제7단계; 상기 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 의하면, 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 고형연료의 원료로 이용할 수 있을 정도로 효율적으로 건조할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 건조된 슬러지를 돼지 기름에 혼합하여 고형연료를 제조함으로써, 슬러지 및 돼지 가공 잔사의 친환경적인 재활용을 통해 에너지 및 자원을 회수할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치 및 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치의 구성이 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 건조기의 구성이 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명에 따른 건조기의 디스크 구조가 도시되어 있다. 그리고 도 5에는 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고형연료 제조장치는, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지를 고온의 스팀으로 간접 가열하여 슬러지에 함유된 수분을 증발시키는 건조기(2), 건조기(2)에서 배출된 상대적으로 낮은 수분 함량의 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 반죽 혼합기(3), 그리고 반죽 혼합기(3)에서 배출되는 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 압착기(4)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 건조기(2)에 투입되는 슬러지는 오폐수의 처리 과정에서 발생되는 액체로부터 분리되어 침전된 찌꺼기로써 통상 80% ~ 90% 이상의 많은 수분을 함유하는데, 이처럼 건조기(2)에 투입되는 슬러지는 건조기(2)에서 건조되어 배출되는 건조 슬러지에 비해 상대적으로 높은 수분 함량을 나타낸다.
그리고 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 건조기(2)는, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 투입되는 드럼(10), 드럼(10) 내부에 설치되어 회전하는 샤프트(30), 샤프트(30)의 외주연에 고정 결합되 는 다수의 디스크(40)를 포함하여 구성되고, 더욱 바람직하게는 샤프트(30)를 회전시키기 위한 모터(50), 샤프트(30) 내부로 스팀이 주입되기 위한 샤프트 주입구(32), 그리고 슬러지에서 증발되는 수분을 외부로 배출시키기 위한 흡기팬(도시 생략)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
상기 드럼(10)은 수분 제거를 위한 슬러지가 투입되어 일시 저장될 수 있도록 내부에 공간이 형성되고, 슬러지가 투입되기 위한 투입구(12)와, 수분이 제거된 건조 슬러지가 배출되기 위한 배출구(14)를 구비하는 구조로 이루어진다. 이때, 슬러지를 드럼(10) 외부로 배출하기 위해, 상기 배출구(14) 이외에 보조 배출구(16)가 더 구비될 수 있고, 상기 보조 배출구(16)는 드럼(10) 내부에 남아있는 슬러지 잔량을 드럼(10) 외부로 배출시키는 역할을 수행한다.
여기서, 드럼(10)의 투입구(12)에는 오폐수의 처리 과정에서 발생되어 80 ~ 90% 정도의 높은 수분을 함유하는 슬러지가 투입되고, 드럼(10)의 배출구(14)를 통해서는 상기 슬러지에서 수분이 제거되어 대략 10 ~ 15% 정도의 수분을 함유하는 건조 슬러지가 배출되도록 구성된다.
또한 상기 드럼(10)은 지면에서 일정 간격으로 이격되어 설치되고, 지주(70)에 의해 지지되도록 구성될 수도 있다.
그리고 상기 샤프트(30)는 드럼(10) 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고, 내부에 고온의 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어진다. 즉, 상기 드럼(10) 외부에는 회전력을 발생시키는 모터(50)와, 상기 모터(50)의 회전력을 적절한 기어비로 변속하여 샤프트(30)에 전달하는 체인 기어(52) 등이 설치되고, 상기 모터(50)의 회전력은 체인 기어(52)를 통해 샤프트(30)로 전달되어 샤프트(30)를 회전시키게 된다.
그리고 샤프트(30)의 일측 단부에는 샤프트(30) 내부로 스팀을 주입하기 위한 샤프트 주입구(32)가 연결되고, 샤프트(30)의 타측 단부에는 샤프트(30)를 통과하면서 열을 빼앗긴 스팀이 응축수 형태로 배출되기 위한 샤프트 배출구(34)가 연결된다. 따라서 고온의 스팀이 샤프트 주입구(32)를 통해 샤프트(30) 내부로 주입되면, 샤프트(30) 내부로 주입된 스팀은 슬러지에 포함된 수분을 기화시키는 과정에서 열을 빼앗겨서 응축수 형태로 변한 후, 샤프트 배출구(34)를 통해 드럼(10) 외부로 배출된다.
한편, 샤프트(30)에 주입되는 스팀에서 발생하는 열만으로는 샤프트(30) 주변에 위치하는 슬러지에 포함된 수분을 기화시킬 수 있을 뿐이므로, 드럼(10) 내부에 투입된 모든 슬러지에 기화열을 공급하기 위해, 본 발명에서는 샤프트(30)의 외주연에 다수의 디스크(40)가 고정 결합되도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 상기 샤프트(30)의 외주연에 고정 결합되는 각 디스크(40)는, 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트(30) 내부와 연통되는 구조로 이루어진다. 즉, 각 디스크(40)는 샤프트(30)의 외주연에 고정 결합되어 있어서 샤프트(30)와 함께 회전하게 되고, 또한 각 디스크(40)의 내부와 샤프트(30)의 내부가 상호 연통되는 구조로 이루어져 있어서 샤프트(30) 내부로 주입된 고온의 스팀이 디스크(40)의 내부에도 주입된다.
따라서 고온의 스팀이 샤프트 주입구(32)를 통해 샤프트(30) 내부로 주입되 면, 샤프트(30) 내부로 주입된 스팀은 각 디스크(40) 내부에도 주입되고, 이처럼 샤프트(30) 내부 및 디스크(40) 내부로 주입된 스팀은 슬러지에 포함된 수분을 기화시키면서 열을 빼앗겨서 응축수 형태로 변한 후, 샤프트 배출구(34)를 통해 드럼(10) 외부로 배출된다. 또한 샤프트(30)와 함께 표면적이 넓은 디스크(40)도 회전하기 때문에, 디스크(40) 내부에 주입된 스팀의 기화열이 드럼(10) 내부에 투입된 대부분의 슬러지로 전달될 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 디스크(40)는 원뿔 구조를 이루는 얇은 플레이트(42) 2개가 대향 결합되고, 그 중심부를 샤프트(30)가 관통하는 구조로 이루어지며, 디스크(40)의 내부와 샤프트(30)의 내부가 상호 연통되어 샤프트(30) 내부를 통과하는 스팀이 디스크(40) 내부에도 주입될 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 건조기(2)는,슬러지에 함유된 수분을 보다 효율적으로 제거하기 위해, 드럼(10) 외부를 감싸는 자켓(20), 그리고 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 스팀이 주입되는 자켓 주입구(22)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 자켓(20) 내부에 드럼(10)이 안착되고, 자켓(20)의 내주면과 드럼(10)의 외주면 사이에는 일정 간격의 공간(A)이 형성되며, 자켓(20)의 일측에 형성된 자켓 주입구(22)를 통해 주입된 고온의 스팀이 상기 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입되어 드럼(10)에 기화열을 공급할 수 있게 구성된다.
따라서 자켓 주입구(22)를 통해 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입되는 스팀과, 샤프트 주입구(32)를 통해 샤프트(30) 및 디스크(40) 내부에 주입되 는 스팀에 의해, 드럼(10) 내부에 투입된 슬러지가 간접 가열됨으로써, 슬러지에 함유된 수분이 보다 효율적으로 증발되어 제거될 수 있게 된다.
한편, 슬러지에 포함된 수분이 증발하기 위해서는 수분이 증발 가능한 온도, 즉 물의 끓는점인 100℃ 이상의 열이 슬러지에 가해져야 하므로, 샤프트(30) 및 디스크(40)의 내부, 그리고 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입되어 슬러지에 기화열을 공급하는 스팀의 온도는 100℃ 내지 120℃, 더욱 바람직하게는 110℃ 정도로 가열되어 공급되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 가열되는 온도가 너무 낮으면, 수분 제거에 오랜 시간이 소요되고, 또한 수분 증발 효과도 떨어져서 슬러지에 함유된 수분을 완전히 제거할 수 없게 된다. 그리고 가열되는 온도가 너무 높으면, 스팀을 고온으로 가열하는데 너무 많은 에너지가 소비되기 때문이다.
그리고 상기 흡기팬(도시 생략)은 드럼(10) 내부의 슬러지에서 증발되는 수분을 드럼(10) 외부로 배출시키기 위해 구비되는 구성요소이다. 즉, 샤프트(30) 및 디스크(40) 내부에 주입되는 고온의 스팀에 의해 슬러지에 포함된 수분이 수증기 형태로 증발하게 되고, 이처럼 슬러지에서 증발된 수분은 상기 흡기팬에 의해 드럼(10) 외부로 배출된다.
이때, 본 발명에 따른 고형연료 제조장치는, 흡기팬을 통해 드럼(20) 외부로 배출된 수증기를 상온의 물을 이용하여 응축시키는 응축기(6)를 더 포함하도록 구성되는 것이 바람직하고, 이처럼 응축기(6)에 의해 응축된 수증기는 폐수로 배출되어 처리된다.
또한 본 발명에 따른 건조기(2)는, 드럼(10) 내부의 슬러지에서 증발되는 수 분이 흡기팬에 의해 드럼(20) 외부로 배출되어 일시 저장되는 수증기 돔(60)과, 수증기 돔(60)에 일시 저장된 수분이 외부로 배출되는 수증기 배출구(62)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입되는 스팀 및 샤프트(30)와 디스크(40) 내부로 주입되는 스팀에 의해 드럼(10) 내부의 슬러지에 함유된 수분이 수증기 형태로 증발되면, 상기 증발된 수증기는 흡기팬에 의해 드럼(10) 외부에 설치되는 수증기 돔(60)으로 유입되어 일시 저장되고, 이후 수증기 배출구(62)를 통해 수증기 돔(60) 외부로 배출된 후, 응축기(6)에 의해 응축되어 폐수로 배출된다.
그리고 상기와 같이 구성되는 건조기(2)에 의해 처리되어 배출된 건조 슬러지는, 수분이 완전히 제거되는 것이 아니라 고형연료의 원료로써 사용되기에 적합하도록, 대략 10% ~ 15% 정도의 수분을 함유하게 된다.
한편, 건조기(2)에 투입되기 전의 슬러지는 수분 함유량이 매우 높아서 그 발열량이 2,000kcal/kg 이하에 불과하지만, 건조기(2)에서 건조 과정을 거치면서 수분 함유량을 크게 낮춘 건조 슬러지는 대략 4,000kcal/kg의 발열량을 나타낸다.
그러나 이러한 슬러지만으로 연료를 성형하였을 경우에는 열량이 떨어지져서 독자적으로 연료를 형성하기 어렵기 때문에, 열량을 높일 수 있는 부가적인 재료를 슬러지에 혼합하여 연료화시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 발명에서는 상기 건조기(2)를 거치면서 수분 함유량이 크게 낮아진 건조 슬러지에 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 연료화시킬 수 있게 구성된다. 이러한 돼지 기름은 돼지를 도축 또는 가공하는 과정에서 발생하는 돼지 가공 잔사(뼈, 기름, 내장, 가죽 등)에서 추출되는 기름 성분으로써, 대략 10,000kcal/kg의 발열량을 나타내기 때문에, 상대적으로 발열량이 낮은 슬러지를 연료화시키기 위한 좋은 보조 재료가 될 수 있다.
따라서 건조기(2)에서 배출된 상대적으로 낮은 수분 함량의 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름이 반죽 혼합기(3)에서 혼합되어 슬러지-기름 반죽이 제조된다.
이때, 반죽 혼합기(3)에 투입되는 건조 슬러지와 돼지 기름의 양은 대략 7대 3 정도의 비율로 설정되는 것이 바람직하다. 다만, 돼지 기름의 투입량은 건조 슬러지의 종류와 함수율, 발열량에 따라 조절될 수 있다.
또한, 상기 반죽 혼합기(3)에는 수직 또는 수평하게 회전하면서 슬러지-기름 반죽을 휘젓는 교반기(도시 생략)가 설치되는 것이 바람직하고, 이처럼 회전하는 교반기에 의해 덩어리진 건조 슬러지가 작은 입자로 분해되면서 돼지 기름과 고르게 혼합될 수 있게 된다.
그리고 이처럼 반죽 혼합기(3)에서 제조되어 배출된 슬러지-기름 반죽은 압착기(4)에서 압착되어 팰릿 구조의 고형연료로 형성된다.
전술한 과정을 거쳐서 생산되는 고형연료는 다양한 발열 연료로 사용될 수 있을 것이나, 본 발명에서는 슬러지의 완전한 처리를 위해, 상기 압착기(4)에서 배출되는 고형연료를 이용하여 건조기(2)에 공급되기 위한 스팀을 생성하는 스팀 생성기(5)가 더 포함되도록 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 압착기(4)에서 배출된 팰릿 구조의 고형연료는 스팀 생성기(5)로 이송되 어 고온의 스팀을 생성하기 위한 발열 연료로 이용되고, 이처럼 고형연료를 이용하여 생성된 고온의 스팀은 다시 건조기(2)로 이송되어 슬러지에 함유된 수분을 증발시키는데 이용된다.
그리고 이하에서 설명하는 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법은, 전술한 고형연료 제조장치를 이용하여 고형연료를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 슬러지를 건조시키기 위한 건조기(2), 건조기(2)에서 배출된 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 반죽 혼합기(3), 반죽 혼합기(3)에서 배출되는 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 압착기(4), 압착기(4)에서 배출되는 고형연료를 이용하여 건조기(2)에 공급되기 위한 스팀을 생성하는 스팀 생성기(5)를 이용하여 고형연료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
여기서 상기 건조기(2)는, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 투입되는 드럼(10)과, 드럼(10) 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어지는 샤프트(30), 샤프트(30)의 외주연에 고정 결합되고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트(30) 내부에 연통되는 다수의 디스크(40), 드럼(10)의 외부를 감싸고 스팀이 주입될 수 있도록 드럼(10)의 외주면과 사이에 일정 간격의 공간을 형성하는 자켓(20), 스팀의 간접 가열에 의해 슬러지에서 증발된 수분을 드럼(10) 외부로 흡입하는 흡기팬을 포함하여 구성된다.
이하에서는 이러한 고형연료 제조장치를 이용하여 고형연료를 제조하는 방법 에 관해 살펴본다.
도 5를 참조하면, 오폐수의 처리 과정에서 발생된 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 건조기(2)에서 다음과 같은 건조 과정을 거치게 된다.
우선, 상대적으로 높은 수분 함량의 슬러지가 투입구(12)를 통해 드럼(10)에 투입된다(S10). 그리고 샤프트 주입구(22)를 통해 고온의 스팀을 주입하면, 상기 주입된 스팀은 샤프트(30) 및 디스크(40) 내부로 주입된다(S12). 또한 자켓 주입구(22)를 통해 고온의 스팀이 주입되면, 상기 주입된 스팀은 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입된다(S14). 이후, 모터(50)를 구동시켜서 샤프트(30)를 회전시키면, 샤프트(30)와 디스크(40)가 함께 회전하게 된다(S16).
이처럼 회전하는 샤프트(30) 및 디스크(40) 내부에 주입된 스팀, 그리고 자켓(20)과 드럼(10) 사이의 공간(A)에 주입된 스팀에 의해, 드럼(10) 내부의 슬러지가 간접 가열됨으로써, 슬러지에 함유된 수분이 증발되고, 증발된 수분은 흡기팬에 의해 수증기 돔(60)에 일시 저장된 후, 수증기 배출구(62)를 통해 외부로 배출된다(S18). 또한 이처럼 드럼(10) 외부로 배출된 수증기는 상온의 물에 의해 응축되는 과정을 거치게 된다.
그리고 샤프트(30) 및 디스크(40) 내부에 주입되어 슬러지를 간접 가열시키는 스팀은 샤프트 배출구(34)를 통해 드럼(10) 외부로 배출되어 응축기(6)에 의해 응축되고, 드럼(10) 내부에서 수분이 제거된 건조 슬러지는 배출구(14) 및 보조 배출구(16)를 통해 드럼(10) 외부로 배출된다(S20).
즉, 상기의 수분 제거 과정을 통해, 건조기(2)에 투입된 슬러지는 상대적으 로 낮은 수분 함량의 건조 슬러지로 생성된 후, 드럼(10) 외부로 배출된다(S20). 이때, 수분이 제거되어 드럼(10) 외부로 배출되는 건조 슬러지의 수분 함유율은 대략 10% ~ 15% 정도가 된다.
그리고 상기 수분이 제거되어 건조기(2) 외부로 배출된 건조 슬러지는 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름과 혼합되어 슬러지-기름 반죽이 형성된다(S22). 이때, 반죽 혼합기(3)에 투입되는 건조 슬러지와 돼지 기름의 양은 대략 7대 3 정도의 비율로 설정되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성된 후(S24), 여기서 생성된 고형연료를 발열 연료로 이용하여 건조기(2)에 공급되기 위한 스팀을 생성하게 된다(S26).
즉, 슬러지-기름 반죽을 압착하여 형성된 팰릿 구조의 고형연료는 스팀 생성기로 이송되어 고온의 스팀을 생성하기 위한 발열 연료로 이용되고(S26), 이처럼 고형연료를 이용하여 생성된 고온의 스팀은 다시 건조기로 이송되어 슬러지에 함유된 수분을 증발시키는데 이용된다(S28).
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치를 나타내는 블록도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 건조기를 나타내는 정면도 및 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 건조기의 디스크를 나타내는 측면도.
도 5는 본 발명에 따른 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법을 나타내는 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
2; 건조기 3; 반죽 혼합기
4; 압착기 5; 스팀 생성기
6; 응축기 10; 드럼
20; 자켓 22; 자켓 주입구
30; 샤프트 32; 샤프트 주입구
34; 샤프트 배출구 40; 디스크
42; 플레이트 50; 모터
60; 수증기 돔 62; 수증기 배출구
70; 지주

Claims (7)

  1. 오폐수의 처리 과정에서 발생된 슬러지가 투입되는 드럼과, 드럼 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어지는 샤프트, 샤프트의 외주연에 고정 결합되고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트 내부에 연통되는 다수의 디스크, 드럼의 외부를 감싸고 스팀이 주입될 수 있도록 드럼의 외주면과 사이에 일정 간격의 공간을 형성하는 자켓, 스팀의 간접 가열에 의해 슬러지에서 증발된 수분을 드럼 외부로 흡입하는 흡기팬을 포함하여 구성되는 건조기;
    건조기에서 함유된 수분이 증발되어 배출된 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 반죽 혼합기;
    반죽 혼합기에서 배출되는 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 압착기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압착기에서 배출되는 고형연료를 이용하여 건조기에 공급되기 위한 스팀을 생성하는 스팀 생성기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 건조기의 디스크는,
    내부에 스팀이 주입되는 공간이 형성될 수 있도록 원뿔 구조를 이루는 얇은 플레이트 2개가 대향 결합되고, 중심부를 샤프트가 관통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    흡기팬을 통해 드럼 외부로 배출된 수증기를 상온의 물을 이용하여 응축시키는 응축기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조장치.
  5. 오폐수의 처리 과정에서 발생된 슬러지가 건조기의 드럼 내부에 투입하는 제1단계;
    상기 드럼 내부에 고정 설치된 샤프트와, 샤프트의 외주연에 연통되는 다수의 디스크에 스팀을 주입하는 제2단계;
    드럼의 외부를 감싸는 자켓과 드럼의 외주면 사이의 공간에 스팀을 주입하는 제3단계;
    샤프트를 회전시키는 제4단계;
    스팀의 간접 가열에 의해 슬러지에서 증발된 수분이 드럼 외부로 배출되는 제5단계;
    함유된 수분이 수증기로 증발된 건조 슬러지가 건조기에서 배출되는 제6단계;
    건조기에서 배출된 건조 슬러지와 돼지 가공 잔사에서 추출된 돼지 기름을 혼합하여 슬러지-기름 반죽을 제조하는 제7단계;
    상기 슬러지-기름 반죽을 압착하여 팰릿 구조의 고형연료로 형성시키는 제8단계;
    를 포함하고,
    상기 건조기는, 슬러지가 투입되는 드럼과, 드럼 중심부에서 횡 방향으로 설치되어 회전하고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 파이프 구조로 이루어지는 샤프트, 샤프트의 외주연에 고정 결합되고 내부에 스팀이 주입될 수 있도록 샤프트 내부에 연통되는 다수의 디스크, 드럼의 외부를 감싸고 스팀이 주입될 수 있도록 드럼의 외주면과 사이에 일정 간격의 공간을 형성하는 자켓, 스팀에 의해 간접 가열된 슬러지에서 증발되는 수분을 드럼 외부로 흡입하는 흡기팬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제8단계에서 형성된 고형연료를 이용하여 건조기에 공급되기 위한 스팀을 생성하는 제9단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    제5단계에서 드럼 외부로 배출된 수증기가 상온의 물에 의해 응축되는 제5-1단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지를 이용한 고형연료 제조방법.
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