KR100958664B1

KR100958664B1 - 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치

Info

Publication number: KR100958664B1
Application number: KR1020100017994A
Authority: KR
Inventors: 남양원
Original assignee: (주)오에치케이; 주식회사 로얄정공; 비엔지테크놀로지 주식회사
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2010-05-20

Abstract

본 발명은 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치에 관한 것으로 슬러지 농축장치와 탈수용 수평 원심분리기를 스크류 피더를 통해 유기적으로 연결하여 슬러지의 응집, 농축, 이송 및 탈수가 연속적으로 안정되게 이루어지도록 하며, 특히 상기 스크류 피더는 슬러지의 상태와 공급량에 따라 나선 플레이트의 피치를 조정함으로써 슬러지 이송량과 이송속도를 정밀하게 조절할 수 있다.

Description

고효율 응집 농축 일체형 탈수장치{High efficiency apparatus for dehydrating sludge connected by thickener}

본 발명은 슬러지 농축장치와 탈수용 수평 원심분리기를 스크류 피더로 연결한 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치에 관한 것이다.

일반적으로 하수처리장이나 폐수처리장 등에서 발생되는 잉여 슬러지는 응집 농축장치와 탈수장치를 통한 처리를 거치면서 수분함량을 줄이고 부피를 최소화하여 매립, 소각, 재활용 되고 있다.

통상, 농축장치에서는 저농도의 슬러지에 응집제를 첨가하고 원심력을 이용하여 상기 저농도의 슬러지로부터 농축 슬러지를 추출하고 있다.

이렇게 추출된 농축 슬러지는 이후 저장조에 저장되었다가 이송펌프 등의 이송수단에 의해 탈수장치로 이송된다.

또한 이송된 슬러지는 탈수장치에서 더욱 농축되어 목표 함수율까지 탈수가 이루어지게 된다.

이러한 종래의 슬러지 농축장치와 탈수장치는 그 사이에 별도의 저장조와 이송라인이 설치되어야 하므로 설치면적과 설치비용이 과다하게 소요되는 문제가 있다.

또한, 이 문제를 해결하기 위해 슬러지 농축장치와 탈수장치를 근접하게 설치하고 그 사이에 슬러지 이송수단을 설치하려는 시도가 있으나, 이때 설치된 이송수단은 단순히 온-오프로 제어되며 슬러지를 일측에서 타측으로 이송하는 기능만 구비함으로 인해 농축장치 및 탈수장치의 운전 특성이나 조건에 맞게 상기 장치들을 유기적으로 연결시키는 결합수단으로서의 역할을 기대할 수는 없었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 슬러지의 농축장치와 탈수장치를 스크류 피더를 통해 유기적으로 연결하여 슬러지의 응집, 농축, 이송 및 탈수가 연속적으로 안정되게 이루어지는 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 슬러지의 상태나 공급량 등에 따라 스크류 피더에서 나선 플레이트 피치를 조정하여 이송속도를 정밀하게 조절할 수 있는 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 스크류 피더의 이상 지점을 조기에 감지하고 조치할 수 있는 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치를 제공하고자 하는데도 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명인 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치는;

수직 방향으로 세워지고 내부에서 분리된 슬러지와 여액을 분리하여 배출할 수 있도록 이루어진 농축기 탱크와, 원형 링 구조로 이루어진 복수의 고정판 및 유동판, 그리고 이들 사이의 틈새를 발생시키는 스페이서들이 교대로 적층되어 슬러지를 걸러내는 분리조와, 상기 농축기 탱크 내에서 분리조 바깥쪽에 배치되어 유입된 폐수를 교반하는 교반기를 포함하며, 상기 분리조를 구성하는 고정판 및 유동판은 각각 고정축 및 편심축에 의해 상호 조립되되, 고정판과 고정축이 결합되는 축 결합부와, 유동판과 편심축이 결합되는 축 결합부가 분리조의 내주면에서 앞쪽 방향으로 모두 돌출되어 분리조의 안쪽에서 상기 고정축 및 편심축이 결합되게 구성되는 슬러지 농축장치와;

길이방향으로 일정 간격을 가지고 다수 개의 온도 센서가 설치된 원통형의 피더 본체와, 상기 피더 본체 내에 설치되어 회전하며 슬러지를 이송하는 스크류와, 상기 피더 본체의 유입구에 설치되어 슬러지 농도를 검출하는 농도검지장치를 포함하며, 상기 스크류는, 중공의 중심축과, 상기 중심축과 이격된 상태로 상기 중심축을 나선형으로 감아 형성된 나선 플레이트와, 상기 중심축의 중공부에 설치되며 일단부에는 상기 나선 플레이트와 연결되는 돌출부가 설치되며 상기 중심축의 길이 방향으로 이동하여 나선 플레이트의 간격을 조절하는 내부축으로 이루어진 스크류 피더; 및

원통형의 분리침강부와 원추형의 압착탈수부로 형성된 외동보올과, 외동보올의 내부에 수평하게 형성된 내동스크류컨베이어와, 내동스크류컨베이어의 연부 측면에 형성되며 외동보올의 압착탈수부 상에서 직경이 감소되는 나선형의 배플판과, 상기 외동보올의 분리침강부와 압착탈수부의 경계지점에 위치한 배플판에 수직 원형으로 접합, 형성되어 상기 분리침강부 측에 설치된 내동스크류 컨베이어의 배플판 원주지름 보다 1~10mm 작게 형성되는 로터리원판과, 상기 로터리원판의 상,하부에 대칭적으로 각각 형성되어 상기 내동스크류 컨베이어의 배플판의 원주지름 보다 1~10cm작게 형성되는 압착홈과, 상기 로터리원판의 주위에 소정의 비틀림각을 가지고 설치되는 압착나선플레이트를 포함하는 탈수용 수평 원심분리기로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치는 슬러지의 농축장치와 탈수장치를 스크류 피더를 통해 유기적으로 연결하여 슬러지의 농축, 이송 및 탈수가 연속적으로 안정되게 이루어지도록 하는 효과가 있다

또한, 본 발명은 슬러지의 상태나 공급량 등에 따라 스크류 피더의 나선 플레이트 피치를 조정하여 이송속도를 보다 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 스크류 피더의 이상 지점을 조기에 감지함으로써 사용 중 발생되는 문제에 대해 신속히 조치할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명인 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치의 개요도.
도 2는 본 발명의 슬러지 농축 장치가 도시된 정면 구성도.
도 3는 본 발명의 슬러지 농축 장치가 도시된 측면 구성도.
도 4는 본 발명의 슬러지 농축 장치가 도시된 평면 구성도.
도 5는 본 발명의 슬러지 농축 장치의 농축기 탱크가 도시된 평면도.
도 6는 본 발명의 슬러지 농축 장치의 농축기 탱크가 도시된 측면도.
도 7은 본 발명의 슬러지 농축 장치의 고정판이 도시된 평면도.
도 8은 본 발명의 슬러지 농축 장치의 유동판 및 스페이서가 도시된 평면도.
도 9은 본 발명의 슬러지 농축 장치의 편심축 설치 구조가 도시된 조립 상태도.
도 10는 본 발명의 슬러지 농축 장치의 편심축 구조가 도시된 분해도.
도 11은 본 발명의 슬러지 농축 장치의 상부 교반기가 도시된 평면도.
도 12은 본 발명의 슬러지 농축 장치의 상부 교반기가 도시된 정면도이다.
도 13은 본 발명의 스크류 피더의 정면 구성도.
도 14는 본 발명의 스크류 피더의 정면 구성도.
도 15는 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 분해 사시도.
도 16은 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 전체 단면도.
도 17은 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 동작상태도.
도 18은 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기에서의 압밀력과 압착력과 전단력의 관계도

도 1은 본 발명인 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치의 개요도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 슬러지 농축장치(1)에서 슬러지의 응집과 농축이 이루어지며, 여기서 농축된 슬러지는 스크류 피더(2)를 통해 탈수용 수평 원심분리기(3)로 이송되며, 이송된 슬러지는 이 탈수용 수평 원심분리기(3)에서 탈수가 이루어진다.

도 2는 슬러지 농축 장치가 도시된 정면 구성도이고, 도 3은 슬러지 농축 장치가 도시된 측면 구성도이며, 도 4는 슬러지 농축 장치가 도시된 평면 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이 슬러지 농축 장치는, 탱크 베이스(100)와, 이 탱크 베이스(100) 위에 수직 방향으로 설치되어 약제가 투입된 폐수를 응집시켜 슬러지(플럭)와 여액으로 분리하여 배출하는 농축기 탱크(110)와, 이 농축기 탱크(110) 내에 상하 방향으로 설치되어 폐수 속에 존재하는 플럭을 분리하도록 이루어진 분리조(130)와, 상기 농축기 탱크(110)의 하부 공간에 설치되어 탱크 내로 유입되는 폐수와 응집 약제를 1차 교반하는 하부 교반기(160)와, 상기 농축기 탱크(110) 내에서 분리조(130)의 외측에 설치되어 상기 하부 교반기(160)를 거친 폐수 및 약제를 2차 교반하면서 플럭을 형성시켜 상부로 유동시키는 상부 교반기(150)로 구성된다.

또한 상기 농축기 탱크(110)의 센터 부분과 그 주변에는 상기 분리조(130)에 구성된 유동판(137), 상기 상부 교반기(150) 및 하부 교반기(160)를 함께 구동시키는 구동기구(170)가 설치된다.

이와 같은 슬러지 농축 장치의 주요 구성에 대하여 도 2 내지 도 4와 기타 다른 도면들을 참조하여 자세히 설명한다.

먼저, 상기 탱크 베이스(100)는 수직으로 세워진 지지대(101)들과, 이 지지대(101)들 위에 수평 방향으로 조립되어 상기 농축기 탱크(110)를 지지하는 지지판(102)으로 이루어진다. 이 탱크 베이스(100)는 본 발명의 슬러지 농축 장치를 구성하는데 반드시 필요한 구성 요소는 아니며, 실시 조건에 따라서는 생략하거나, 형상과 구조를 변경하여 실시하는 것도 가능하다.

다음, 상기 농축기 탱크(110)에 대하여 도 5와 도 6을 추가로 참고하여 설명한다.

도 5는 농축기 탱크(110)의 평면도이고, 도 6은 농축기 탱크(110)의 측면도이다.

농축기 탱크(110)는 내부로 유입된 폐수 속의 포함된 고형분 즉, 슬러지를 분리하여, 이 슬러지와 여액을 분리 배출하도록 구성된 것으로서, 원통 구조로 형성된 탱크 본체(111)와, 이 탱크 본체(111)의 상부와 하부에 각각 결합되는 하부판(112) 및 상부판(113)으로 이루어진다.

상기 하부판(112)에는 폐수가 유입되도록 유입 파이프(114)가 연결되고, 추가로 도면에서와 같이 청소용 배수 파이프(116) 및 예비용 보조 파이프(115)가 구성될 수 있다.

상기 탱크 본체(111)의 상측 중간부에는 상부로 떠오른 플럭 등의 슬러지가 배출되는 슬러지 배출부(117)가 복수개로 나누어져 구비되며, 이 슬러지 배출부(117)들은 탱크의 측면에 측면이 개방된 구조로 부착된 사각통 구조의 배출통(117a)에 각각 연결된다.

상기 탱크 본체(111)의 하측 중간부에는 상기 분리조(130)로부터 슬러지가 제거된 폐수의 여액을 탱크의 외부로 배출하는 여액 배출부(120)가 구비된다.

여액 배출부(120)는 상기 분리조(130)의 하부판(132)에 고정되는 배출박스(121)와, 이 배출박스(121)에서 탱크 본체 (111) 외부로 연결되는 배출 파이프(123)와, 이 배출 파이프(123)의 끝단에 구비된 여액배출탱크(125)로 이루어진다. 이때 여액배출탱크(125)는 플럭 배출이 원활하게 이루어지도록 상기 슬러지 배출부(117)와 거의 동일하거나 거의 유사한 위치에 배치되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 탱크 본체(111)의 하측부에는 상기 분리조(130)를 지지할 수 있도록 복수의 지지 브래킷(118)이 구성된다.

지지 브래킷(118)은 수직판(118a)과 수평판(118b)이 직교하는 방향으로 상호 고정되고, 그 하부에 지지 강성을 보강하기 위해 삼각 구조의 지지판(118c)이 설치되는 구조로 이루어지고, 이러한 구조체가 상기 탱크 본체(111)의 내부에 일정 간격마다 복수개가 용접 등의 방법으로 설치된다.

특히 상기 지지 브래킷(118)에는 상기 수평판 위로 보스(118d)가 돌출되는데, 이는 후술할 분리조(130)의 하부판(132)이 간편하게 끼워지면서 조립될 수 있도록 구성된 것이다.

이러한 지지 브래킷(118) 및 하부판(132)을 중심으로 농축기 탱크(110)의 하부 공간은 상기 하부 교반기(160)가 설치되고, 상부 공간은 상부 교반기(150)가 설치된다.

다음, 상기 분리조(130)에 대하여 설명한다.

도 7은 분리조(130)를 이루는 고정판(135)의 평면도이고, 도 8은 분리조(130)를 구성하는 유동판(137) 및 스페이서(138)의 평면도이다.

분리조(130)는 상부판(131)과 하부판(132) 사이에 원형 링 형상을 갖는 고정판(135)과 유동판(137)이 도 2의 확대도에서와 같이 교대로 적층되어, 전체적으로는 원통형상을 갖도록 구성된다.

이러한 분리조(130)는 스페이서(138)에 의해 고정판(135)과 유동판(137)이 일정한 틈새를 갖도록 배치되며, 상기 구동기구(170)에 의해 상기 유동판(137)이 요동 운동을 하도록 구성된다.

특히, 상기 고정판(135)과 유동판(137)은 내주면 쪽인 분리조(130)의 내부에 축 결합부(135a, 137a)가 각각 돌출되어 형성되는데, 고정판(135)의 축 결합부(135a)에는 고정축(136)이 끼워져 결합되고, 유동판(137)의 축 결합부(137a)에는 편심축(180)이 끼워져 결합된다.

즉, 도면을 참조하면, 고정판(135)에 3개의 축 결합부(135a)가 형성되고, 이 각각의 축 결합부(135a, 137a)에 3개의 고정축(136)이 결합되어 교번적으로 배치된 각각의 고정판(135)들을 고정하게 된다. 상기 고정축(136)은 그 양단부가 상기 상부 고정판(135)과 하부판(132)에 각각 조립되어 고정된다.

이때 상기 고정축(136)에는 유동판(137)과 유동판(137) 사이에 스페이서(138)가 함께 끼워져 설치되며, 이 스페이서(138)는 상기 유동판(137)의 두께보다 더 두껍게 형성되어 고정판(135)과 유동판(137) 사이에 틈새가 발생하도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 유동판(137)에는 2개의 축 결합부(137a)가 형성되고, 각 축 결합부(137a)에 2개의 편심축(180)이 삽입되어 유동판(137)을 움직일 수 있도록 구성된다.

이러한 유동판(137)은 상기 편심축(180)의 구동력에 의해 편심 운동을 하면서 고정판(135)과의 사이에 슬러지 등의 고형분이 끼이지 않도록 하여 연속적인 슬러지 농축 작동이 가능해지도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 유동판(137)의 구동 구조에 대해서는 아래에서 설명될 구동기구(170)를 설명할 때 자세히 설명한다.

위와 같이 본 발명의 고정판(135)과 유동판(137)은 분리조(130) 내부에서 고정축(136) 및 편심축(180)이 결합되도록 구성되므로, 분리조(130) 외부에 배치된 상부 교반기(150) 회전하는데 있어서 장애를 형성하지 않으면서, 분리조(130) 외주면에 이물질 등이 끼이는 현상을 줄일 수 있게 된다.

다음, 상기 구동기구(170)에 대하여 설명한다.

구동기구(170)는, 도 2 내지 도 4를 참고하면, 농축기 탱크(110)의 상부에 구동 모터(171) 및 감속기(172)가 설치되고, 감속기(172)에 결합된 주축(173)이 농축기 탱크(110)의 중앙부를 관통하도록 설치된다.

주축(173)은 그 상단부가 감속기(172)에 연결되고, 농축기 탱크(110) 내부에서 상부 쪽에 상부 교반기(150) 및 편심축(180)을 구동할 수 있도록 이루어지며, 하단부 쪽에 하부 교반기(160)를 구동할 수 있도록 이루어진다.

특히, 상기 편심축(180)을 구동하는 구조에 대하여 도 9과 도 10을 참조하여 자세히 설명한다.

도 9는 편심축(180) 설치 구조가 도시된 조립 상태도이고, 도 10은 편심축(180) 구조가 도시된 분해도이다.

편심축(180) 구동 어셈블리는, 주축(173)에 고정된 주축 기어(174)와, 이 주축 기어(174)에 치합되어 두 개의 편심축(180)을 회전시키는 두 개의 편심축 기어(175)와, 상기 분리조(130)를 구성하는 유동판(137)의 축 결합부(137a)에 각각 삽입되는 부싱(185)과, 상기 각 편심축 기어(175)에 결합된 상태에서 상기 각 부싱(185)의 내부에 삽입되는 편심축(180)으로 이루어진다.

여기서 상기 부싱(185)은 도 10에서와 같이 긴 파이프 구조로 형성되며, 양단부에는 베어링(183)을 설치할 수 있도록 내경이 확장된 베어링 설치부(185a)가 구성된다. 그리고 각 베어링 설치부(185a)의 끝단부에는 링 홈(185b)이 구비되어 베어링(183)이 이탈하는 것을 방지하는 스냅링(187)이 장착된다.

상기 편심축(180)은 양단부에 중심축부(180a, 180b)가 구비되고, 이 중심축부(180a)는 지지 베어링을 통해 분리조(130)의 상부판(113)과 하부판(112)에 지지된다. 상측 중심축부(180a)에는 편심축 기어(175)에 결합되도록 키홀(K)이 형성된다.

또한 상기 편심축(180)은 양쪽 중심축부(180a, 180b) 사이에 캠축부(181)가 구성되는데, 이 캠축부(181)의 중심은 상기 중심축부(180a)와 회전 중심으로부터 편심되도록 구성되어 상기 부싱(185)의 내부에 삽입되어 위치된다.

이때 상기 편심축(180)은 상기 부싱(185)과의 사이에 베어링(183)이 설치되므로, 편심축(180)이 회전하더라도 부싱(185)을 구속되지 않은 상태에서 유동판(137)에 결합될 수 있도록 구성된다.

따라서 상기 편심축(180)이 회전하게 되면, 캠축부(181)가 회전 중심으로부터 편심 운동을 하면서 부싱(185)을 움직이게 되고, 이 부싱(185)에 결합된 유동판(137)이 요동운동을 하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 편심축(180) 설치 구조는 캠축부(181)가 직접 유동판(137)에 접촉하지 않고, 부싱(185)을 통해서 유동판(137)에 요동 운동력을 전달하도록 구성되기 때문에 편심축(180)의 마모 발생을 최소화할 수 있는 동시에 편심축 (180)과 유동판(137) 사이의 마찰 저항을 크게 줄여 작은 구동력으로 유동판(137)을 효율적으로 구동하면서 농축 작동을 실시할 수 있게 된다.

특히 본 발명의 편심축(180)은 중심축부(180a)와 캠축부(181)가 일체로 형성되어 캠축부(181)가 부싱(185)의 내부에 길게 삽입된 상태에서 부싱(185)에 편심 운동력을 전달하게 되므로, 조립 구조가 간단하고 보다 안정된 동력 전달이 가능해지게 된다.

다음, 상기 하부 교반기(160)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참고하여 설명한다.

하부 교반기(160)는 상기 주축(173)의 끝단부에 고정되는 보스(161)와, 이 보스(161)에 수평 방향으로 연결되는 다수개의 날개(163)로 이루어진다. 이때 상기 날개(163)는 회전 방향에 대하여 상향 경사지게 형성되어 폐수와 응집제를 교반하면서, 이때 생성되는 플럭 등이 상부로 유동시키도록 구성된다.

이러한 하부 교반기(160)는 농축기 탱크(110) 내에서 1차적으로 폐수에 투입된 약품과 교반한 상태에서 폐수를 상측으로 유동시키게 되므로, 전체적으로 플럭 생성을 원활하게 하여 농축 효율을 높이는데 기여하게 된다.

다음, 상기 상부 교반기(150)에 대하여 주로 도 11과 도 12를 참조하여 설명한다.

도 11은 상부 교반기(150)가 도시된 평면도이고, 도 12는 상부 교반기(150)가 도시된 정면도이다.

상부 교반기(150)는 상측 중앙부에 주축(173)에 결합되는 보스부(151)가 구비되고, 이 보스부(151)를 중심으로 4개의 수평축(152)이 십자 구조로 배치된다. 그리고 수평축(152)의 끝단에는 원형 링 구조로 이루어진 지지링(153)이 연결되어 설치되고, 수평축(152)의 끝단에서 하측 방향으로는 날개 축(155) 및 이 날개 축(155)에 고정되는 교반 날개(157)가 설치된다.

이때 상기 날개 축(155) 및 교반 날개(157)는 플럭의 상부 유동을 유도하도록 일정 각도 경사지게 배치되는 것이 바람직하고, 날개 축(155)의 하단부에는 상기 지지링(153)과 같은 하부 지지링(154)이 연결되어 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같은 상부 교반기(150)는 상하에 날개 축(155)을 지지하는 지지링(153)(154)이 구비되어 있으므로, 전체적으로 견고한 교반기 구조를 확보할 수 있으며, 특히 교반 날개(157)가 회전 방향으로 상향 경사지게 이루어지므로, 플럭등의 상부 유동을 원활하게 하여, 폐수의 플럭과 여액의 분리 배출 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 슬러지 농축 장치는, 다음과 같이 작동된다.

폐수가 유입 파이프(114)를 통해 농축기 탱크(110) 내로 유입되면 하부 교반기(160)에 의해 약품과 혼합 교반된 후에, 상부 교반기(150)가 위치되는 상부로 유동하게 된다.

상부 교반기(150)가 위치된 공간으로 유동한 폐수는 상부 교반기(150)의 작동으로 응집 작용이 가속화되면서 다량의 플럭이 발생하게 되고, 이렇게 생성된 플럭은 분리조(130)를 통과하지 못하고, 상부 교반기(150)에 의해 농축기 탱크(110)의 상부 쪽에 유동한 후에 슬러지 배출부(117)를 통해 외부로 배출된다.

반면, 폐수 중의 여액은 분리조(130) 내를 통해 하부에 연결된 여액 배출부(120)를 통해 외부로 배출된다. 이때 구동기구(170)의 작동으로 유동판(137)이 요동 운동을 하게 되므로, 분리조(130)의 틈새 즉, 고정판(135)과 유동판(137) 사이에 고형물이 끼이는 현상이 최소화된 상태에서 지속적인 농축 작동이 이루어지게 된다.

다음은 스크류 피더(2)에 대해 설명한다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 스크류 피더의 작동 상태도이다.

첨부된 도 13 및 도 14를 참조하여 설명하면, 스크류 피더는 스크류(211)와 피더 본체(221), 제어장치(미도시)로 이루어지며, 상기 슬러지 농축장치(1)로부터 공급된 농축된 슬러지를 탈수용 수평 원심분리기(3)로 이송하도록 형성된다.

상기 스크류(211)는 중심축(212)과 중심축(212) 주위에 나선형으로 형성되는 나선 플레이트(213)로 이루어지며, 상기 중심축(212)은 구동모터(M)에 감속장치(G)를 통해 연결되어 회전하게 되고, 상기 중심축(212)에 고정되어 있는 나선 플레이트도 동시에 회전을 하게 됨으로써 슬러지 농축장치에서 공급된 농축 슬러지를 이송하게 된다.

이때 농축장치로부터 유입되는 농축 슬러지의 유입량과 탈수장치에서의 처리용량을 고려하여 상기 제어장치가 구동모터(M)의 회전속도를 제어함으로써 스크류 피더에서의 슬러지 이송 속도와 양을 조절하게 된다.

다음으로 상기 피더 본체(221)는 내부에 상기 스크류(211)가 설치되는 원통형 관으로 그 상부에 상기 구동모터(M)와, 이 구동모터(M)와 상기 스크류 중심축(212)을 연결하는 감속장치(G)가 함께 설치된다.

또한 상기 피더 본체(221)의 일측에는 슬러지 농축장치(1)로부터 공급되는 농축 슬러지를 유입하기 위한 유입구(222)가 설치되고, 그 하부는 후술하는 탈수용 수평 원심분리기로 농축 슬러지를 공급하기 위한 배출구(223)가 설치된다.

여기서 상기 유입구와 배출구에는 센서를 설치하여 유입 및 배출되는 슬러지의 양을 측정하도록 한다.

상기 피더 본체(221)는 지면과 수직으로 형성되고, 그 하부의 배출구(223)는 지면과 수평방향이 되도록 형성되어 탈수용 수평 원심분리기(3)와 연결된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 스크류 피더(200)는 농축 슬러지의 이송속도와 이송량을 구동모터(M)의 회전속도를 제어함으로써 조절하게 되며, 이와 함께 보다 정밀하게 이송속도와 이송량 등을 제어하기 위해 본 발명의 스크류 피더(2)에서는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 중심축에 고정된 나선 플레이트(213)의 간격을 조절할 수 있도록 구성된다.

나선 플레이트(213)의 간격을 조절하기 위한 수단으로 본 발명의 스크류 피더(2)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 회전모터 측의 나선 플레이트(213) 일부를 중심축(212)에 고정하고 나머지 부분은 중심축(212)과 일정 거리 이격시키면서 중심축(212)을 중심으로 회전시키면서 감아 형성하며, 상기 중심축(212)을 중공으로 형성하면서, 중공의 중심축 내부에 기계분야에서 통상적으로 사용되는 유압 또는 전자 액츄에이터 등(미도시)에 의해 축방향으로 이동 가능한 내부 축(214)을 형성하되, 그 끝단부 부근에는 수직방향으로 돌출시킨 돌출부(215)를 형성하고, 상기 돌출부(215)의 끝단을 나선 플레이트(213)에 고정시킴으로써 상기 내부 축을 길이방향으로 전진 또는 후진시킬 수 있고, 이에 따라 나선 플레이트(213)의 간격(피치)도 조절가능하도록 구성된다.

물론 중심축(212)에는 길이방향으로 돌출부(215)가 중심축(212)의 길이방향으로 이동가능하게 하기 위한 홀이 형성된다.

이렇게 형성된 나선 플레이트(213)는 슬러지 농축장치의 슬러지 배출부(117)나 스크류 피더의 유입구에 설치되는 농도검지장치에서 측정되는 슬러지 농도나 점도에 따라 제어되는 유압장치나, 전자 액츄에이터 등에 의해 그 간격이 조정되는데, 이에 대해 구체적으로 살펴보면, 슬러지 농축장치(1)의 슬러지 배출부(117)나 스크류 피더의 유입구(222)에서 측정된 스크류 피더에 유입되는 슬러지의 점도가 높을 경우에는 나선 플레이트의 간격을 좁게 하고, 슬러지의 점도가 낮을 경우에는 나선 플레이트의 간격을 넓게 함으로써 점도가 높을 시 나선 플레이트(213)에 작용하는 부하가 작아지도록 나선 플레이트의 간격을 조절하게 된다.

또한, 나선 플레이트(213)는 피더 본체(221)의 내부에 설치된 압력센서에 의해 측정된 압력을 통해 나선 플레이트(213)에 작용하는 부하나 피더 본체 내의 슬러지양을 판단하고, 이에 따라 나선 플레이트(213)의 간격을 조정함으로써 유입 및 배출되는 슬러지의 이송량과 이송속도를 조절할 수도 있다.

이때 압력센서는 나선 플레이트(213), 피더 본체의 내부, 중심축(212) 중 어느 곳이라도 무방하나, 이송되는 슬러지량의 변화에 따른 피더 본체 내의 압력을 용이하게 측정할 수 있는 곳이어야 한다.

그리고, 본 발명의 스크류 피더는 피더 본체의 외주면에 온도센서(224)를 일정간격으로 설치하여 스크류 피더의 이상 유무를 판단하게 된다.

이와 같이 일정 간격으로 설치되는 온도센서(224)는 피더 본체의 구간별 온도의 이상변화 유무를 감지하고 그 감지된 온도를 근거로 하여 해당 구간에서의 나선 플레이트의 변형 내지 중심축의 변형 여부를 예측함으로써 스크류 피더의 이상 유무 및 위치를 신속히 진단할 수 있게 된다.

이에 대해 구체적으로 설명하면, 스크류(211)의 특정 부위에 변형이 발생되어 나선 플레이트(213)가 회전 중 피더 본체의 내면과 접촉할 경우에 이 부분에서는 마찰에 의한 열이 발생되고 상기 온도센서(224)는 이 열의 변화 정도를 감지하고 이를 제어장치에 전송함으로써 이 부분에서의 나선 플레이트(213)의 이상 유무를 판단하게 된다. 아울러 중심축의 변형이 있을 경우에도 이와 같은 중심축의 변형은 나선 플레이트(213)의 위치나 형상에 변화를 가져오고, 이로 인해 나선 플레이트(213)가 스크류 피더의 내부와 마찰하는데, 온도센서(224)를 통해 이 부분의 이상유무를 감지할 수 있게 된다.

다음은 탈수장치인 탈수용 수평 원심분리기에 관하여 설명한다.

도 15는 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 분해사시도이고, 도 16은 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 전체 단면도이고, 도 17은 본 발명의 탈수용 수평 원심분리기의 동작상태도이다.

우선, 본 탈수용 수평 원심분리기(3)는 전체적으로 외동보올(311), 내동스크류컨베이어(312), 차동기어박스(313)와 모터(316), 베어링블록(314), 상하프레임(310), 포집외곽케이싱(315)으로 구성된다.

더욱 상세한 구성은 도 16에 도시된 바와 같이, 하부에 진동방진 장치가 구비되는 상하프레임(310)이 양측면에 대칭적으로 구비된다. 상기 진동방진 장치는 상하프레임(310)의 하면에 설치되어 원심분리기의 진동을 흡수하도록하며, 코일스프링, 판스프링 등의 탄성부재를 사용한다.

상기 상하프레임(310)의 상단에는 긴 원통형에 한 측면이 원추로 형성된 외동보올(311)이 형성되며, 상기 외동보올(311)의 양측면에는 베어링블록(314)이 고정 지지된다. 상기 외동보올(311)의 외곽에는 분리액과 케이크를 포집배출하는 포집외곽 케이싱(315)이 형성되고, 상기 포집외곽케이싱(315)은 상하로 분리되어 외동보올(311)을 보호하는 역할과 소음을 감소시키는 역할을 한다.

또한, 상기 외동보올(311)의 양측 중 일측 평행선상에 설치되는 차동기어박스(313)가 형성된다. 상기 차동기어박스(313)는 기어들의 치합에 의해 변속이 가능하도록 하여 자동 또는 수동 조작시에 작업을 능률적으로 하도록 한다.

상기 외동보올(311) 원추형의 압착탈수부(B) 외측면에는 구동풀리(332)가 장착되고, 상기 구동풀리(332)는 축방향으로 측면 하단 프레임(310)에 장착되는 구동모터, 차동조절모터(316)와 밸트(333)로써 연결하는데 일반적인 V밸트 또는 체인밸트를 사용한다.

상기 포집외곽케이싱(315)의 하면에는 분리액배출관(329)와 케이크배출관(323)이 설치된다. 상기 분리액배출관(329)는 수분을 내포한 슬러지에서 탈수, 분리된 수분을 배출하는 공간이고, 케이크배출관(323)은 수분을 내포한 연성의 슬러지에서 수분을 뺀 나머지 고체상태의 슬러지를 배출하는 공간이다.

상기 포집외곽케이싱(315)의 내면에는 외동보올(311)이 설치되어 있는데, 상기 외동보올(311)은 전체적으로 수평하게 배치되어 원통형으로 형성되어 있으며, 상기 외동보올(311)의 한 측면에는 원추형으로 형성된 압착탈수부(B)가 형성되어 있다. 상기 외동보올의 원통형 부분은 분리침강부(A)이다.

상기 외동보올은 도 15에 도시된 바와 같이, 그 연부내면에 다수개의 홈과 골로 이루어지는 빗살무늬홈(321)이 형성된다. 상기 빗살무늬홈(321)은 슬러지의 미끄럼을 방지하여 전면으로 평행하게 슬러지를 진행시키는 역할을 한다.

또한, 상기 외동보올(311)은 양 측면에 각각 케이크배출구(323)와 분리액월류댐후랜지(317)를 구비한다. 상기 케이크배출구(323)는 압착탈수부(B)의 끝단에 위치하고 있으며, 외동보올(311) 내에서 수분을 제거한 슬러지의 케이크를 배출하는 통로이다. 상기 분리액월류댐후랜지(317)는 수분을 내포한 슬러지에서 수분 만을 속출하여 내동스크류컨베이어(312)와 경계면에 형성된 소공(328)으로 용액을 배출하는 통로이다.

상기 케이크배출구(323)는 분리액월류댐후랜지(317)의 소공(328)보다 그 지름이 크게 형성되는데, 구체적으로 각각의 지름은 케이크 배출구(323)가 1일 때 분리액원류댐후랜지(317)의 소공(328)은 1.1로 형성하여, 원추형의 압착탈수부(B)에 드라이피치 이송부하가 없도록 원심평행압을 증가시켜 침강, 탈수 고형물(케이크)을 배출하도록 한다.

상기 외동보올(311)의 중앙부에는 내동스크류컨베이어(312)가 수평하게 설치되고, 상기 내동스크류컨베이어(312)의 연부측면에는 다수개의 배플판(327)이 동일한 피치의 나선형으로 형성된다. 상기 내동스크류컨베이어(312)의 크기에 따라 배플판(327)이 배치되며, 그 크기 또한 외동보올(311)의 지름에 따라 설계 가능하다.

상기 동일한 피치, 동일한 원주의 나선형 배플판(327)은 분리침강부(A)까지 연장되어 형성되고, 상기 압착탈수부(B)에서는 원추의 각도에 따라 배플판(327)의 원주의 직경이 점차적으로 작아지는 형상을 가진다. 상기 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계면에는 로터리원판(319)이 형성된다.

상기 로터리원판(319)은 정원형의 원판의 양 측면에 각각 일정한 원주면을 가지는 압착홈(331)이 형성된다. 상기 압착홈(331)은 로터리원판(319)의 중심으로부터 0도에서 90도, 180도에서 270도사이에 ±10도의 폭으로 각각 형성되며, 그 홈의 깊이는 내동스크류컨베이어(312)의 배플판(327)의 원주지름에 비해 약 1cm에서 10cm정도 작은 지름을 형성하도록 한다. 또한, 상기 로터리원판(319)의 원주지름은 내동스크류컨베이어(312)의 배플판(327)의 원주지름보다 1mm에서 10mm정도 작은 지름으로 형성한다.

한편, 상기 로터리원판(319)과 배플판(327)이 교차하는 지점 부근에서 로터리원판(319)과 같은 직경으로 압착나선플레이트(320)가 압착탈수부(B)측을 향하여 1 피치 또는 수 피치로 나선형으로 형성되어 내동스크류컨베이어(312)의 연부측면에 접합된다.

상기 압착나선플레이트(320)의 역할은 슬러지의 압착이송을 하고, 상기 로터리원판(319)은 분리된 상등수와 고형물(케이크) 간의 분리를 가능하고, 압착 조정을 하는 역할을 전담한다.

상기 내동스크류컨베이어(312)의 내부에는 상기 스크류 피더(2)의 배출구와 연결되는 슬러지투입관(324)이 형성된다.

상기 슬러지주입관(324)의 끝단에는 상기 내동스크류컨베이어(312)의 연부측면에 다수개의 홀로 구성된 투입물 분배분산구(318)를 형성한다.

본 탈수용 수평 원심분리기의 동작은 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 외동보올(311)이 정회전시에 외동보올(311)의 중앙부에 삽입 설치된 내동스크류컨베이어(312)의 연부측면에 설치된 투입물 분배분산구(318)에 의해 슬러지가 투여된다. 상기 슬러지는 상기 내동스크류컨베이어(312)의 내부에 삽입, 설치된 슬러지투입관(324)에 의해 가능하다.

여기서 도면부호 325는 약품주입관으로 운전조건에 따라 추가적인 농축을 위해 약품을 투여할 수 있다.

상기 투입물분배분사구(318)를 통해 슬러지와 약품을 정회전하는 외동보올(311) 내로 분출하면서 원심압밀력을 받아 외동보올의 내부측면에 고형물을 침강하고, 분리된 상등수는 분리액월류댐후랜지(317)과 내동스크류컨베이어(312)가 접하는 면에 형성된 소공(328)으로 배출된다.

상기 원심분리기의 초기운전 설정시에 투입 슬러지 양을 외동보올(311) 최대 용적량만큼 투입하고, 수초간 일시적으로 슬러지 투입을 중단하고, 다시 연속적인 투입을 실시한다.

이러한 원리에 의해 외동보올(311) 내에 고형물이 급속으로 외동보올(311) 내벽에 침강하여 압착탈수부(B)의 공간을 슬러지로 채우게 된다. 또한 외동보올(311) 전체 내부공간에 빈틈없이 메워진 침강고형물을 회전시키게 되는데, 상기 회전시 피드백제어모드에서 차동조절모터(316)의 회전수를 조절하도록하고, 적정한 토오크에 도달하였을 때 초기 연속운전상태를 유지하도록 한다.

초기 연속상태 유지시에 슬러지는 연속투입되도록 하고, 투입된 슬러지는 점차적으로 외동보올(311)의 내면에 형성된 빗살무늬홈(321)에 의해 미끄럼현상 과 회전을 방지하여 유체성슬러지를 평행하게 전면으로 이송하며, 상기 슬러지는 외동보올(311) 내 분리침강부(A)에 위치한 상기 내동스크류 컨베이어(312)는 상기 외동보올(311)보다 느린 속도로 배플판(327)을 회전시켜 점차적으로 압착탈수부(B)로 이송한다.

또한, 상기 고형물 중 중량이 비교적 무거운 고형물은 외동보올(311)의 분리침강부(A)와 압착탈수부(B)의 경계지점에 위치한 로터리원판(319)은 무거운 고형물을 압착하도록 하는데, 배플판(327)의 후면에 위치한 압착홈(331)으로 서서히 고형물을 주입하고 일단 진입한 고형물을 서서히 압착탈수부(B)로 압착시킨다.

한편, 상기 고형물 중 중량이 비교적 가벼운 고형물은 배플판(327)의 전면에 위치한 배플판(327) 보다 원주지름이 작아 일정한 공간을 형성하는 압착나선플레이트(320) 둘레에 형성된 공간과 배플판(327)의 전면에 형성된 로터리원판(319)의 압착홈(331)으로 고형물을 주입하도록 한다.

상기 로터리원판(331)과 압착나선플레이트(320)는 원심력에 의한 압밀력(M)과 압착나선플레이트(320), 배플판(327)에 의해 전면으로 이송, 압축되어 압착력(P)이 발생하고, 압착탈수부(B)의 경사면에서 발생하는 전단력(T)에 의해 슬러지의 수분제거를 용이하게 한다.

이러한 압밀력(M)과 압착력(P), 전단력(T)의 관계는 도 18과 같다.

본 발명의 탈수혀용 원심분리기의 자동연속운전을 위해서는 내동스크류컨베이어(312)에 영향을 주는 침강 고형물에 의한 부하를 줄이기 위해서 차동기어박스(313)를 이용하여 감지되는 변환 토오크와 차동조절모터(316)의 와전류를 감지하고, 상기 감지된 변환토오크와 와전류에 의해 피드벡 제어에 의한 연산제어모드로 작동시켜 외동보올(311) 상의 고형물량이 일정하지 않더라도 항상 설정된 운전값에 의해 자동제어가 가능하게 한다.

100 : 탱크 베이스 110 : 농축기 탱크
114 : 유입 파이프 117 : 슬러지 배출부
118 : 지지 브래킷 118d : 보스
120 : 여액 배출부 125 : 여액배출탱크
130 : 분리조 131 : 상부판
132 : 하부판 135 : 고정판
135a : 축 결합부 137 : 유동판
137a : 축 결합부 138 : 스페이서
150 : 상부 교반기 151 : 보스부
152 : 수평축 153, 154 : 지지링
155 : 날개 축 157 : 교반 날개
160 : 하부 교반기 161 : 보스
163 : 날개 170 : 구동기구
171 : 구동 모터 172 : 감속기
173 : 주축 174 : 주축 기어
175 : 편심축 기어 180 : 편심축
180a : 중심축부 181 : 캠축부
183 : 베어링 185 : 부싱
187 : 스냅링 200 : 스크류 피더
211 : 스크류 212 : 중심축
213 : 나선 플레이트 215 : 돌출부
221 : 피더 본체 222 : 유입구
223 : 배출구 224 : 온도센서
310 : 상하프레임 311 : 외동보올
312 : 내동스크류컨베이어 313 : 차동기어박스
314 : 베어링블록 315 : 포집외곽 케이싱
316 : 차동조절모터 317 : 분리액월류댐후랜지
318 : 투입물분배분산구 319 : 로터리원판
320 : 압착나선플레이트 321 : 빗살무늬홈
323 : 케이크배출구 324 : 슬러지투입관
325 : 약품주입관 327 : 배플판
328 : 소공 331 : 압착홈
332 : 구동풀리 333 : 밸트
329 : 분리액배출관

Claims

수직 방향으로 세워지고 내부에서 분리된 슬러지와 여액을 분리하여 배출할 수 있도록 이루어진 농축기 탱크와, 원형 링 구조로 이루어진 복수의 고정판 및 유동판, 그리고 이들 사이의 틈새를 발생시키는 스페이서들이 교대로 적층되어 슬러지를 걸러내는 분리조와, 상기 농축기 탱크 내에서 분리조 바깥쪽에 배치되어 유입된 폐수를 교반하는 교반기를 포함하며, 상기 분리조를 구성하는 고정판 및 유동판은 각각 고정축 및 편심축에 의해 상호 조립되되, 고정판과 고정축이 결합되는 축 결합부와, 유동판과 편심축이 결합되는 축 결합부가 분리조의 내주면에서 앞쪽 방향으로 모두 돌출되어 분리조의 안쪽에서 상기 고정축 및 편심축이 결합되게 구성되는 슬러지 농축장치와;
길이방향으로 일정 간격을 가지고 다수 개의 온도 센서가 설치된 원통형의 피더 본체와, 상기 피더 본체 내에 설치되어 회전하며 슬러지를 이송하는 스크류와, 상기 피더 본체의 유입구에 설치되어 슬러지 농도를 검출하는 농도검지장치를 포함하며, 상기 스크류는, 중공의 중심축과, 상기 중심축과 이격된 상태로 상기 중심축을 나선형으로 감아 형성된 나선 플레이트와, 상기 중심축의 중공부에 설치되며 일단부에는 상기 나선 플레이트와 연결되는 돌출부가 설치되며 상기 중심축의 길이 방향으로 이동하여 나선 플레이트의 간격을 조절하는 내부축으로 이루어진 스크류 피더; 및
원통형의 분리침강부와 원추형의 압착탈수부로 형성된 외동보올과, 외동보올의 내부에 수평하게 형성된 내동스크류컨베이어와, 내동스크류컨베이어의 연부 측면에 형성되며 외동보올의 압착탈수부 상에서 직경이 감소되는 나선형의 배플판과, 상기 외동보올의 분리침강부와 압착탈수부의 경계지점에 위치한 배플판에 수직 원형으로 접합, 형성되어 상기 분리침강부 측에 설치된 내동스크류 컨베이어의 배플판 원주지름 보다 1~10mm 작게 형성되는 로터리원판과, 상기 로터리원판의 상,하부에 대칭적으로 각각 형성되어 상기 내동스크류 컨베이어의 배플판의 원주지름 보다 1~10cm작게 형성되는 압착홈과, 상기 로터리원판의 주위에 소정의 비틀림각을 가지고 설치되는 압착나선플레이트를 포함하는 탈수용 수평 원심분리기로 이루어진 것을 특징으로 하는 고효율 응집 농축 일체형 탈수장치.