KR101032129B1

KR101032129B1 - 슬러지 연료화 장치

Info

Publication number: KR101032129B1
Application number: KR1020100106165A
Authority: KR
Inventors: 박갑진; 류승우
Original assignee: 주식회사 이앤티
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-05-02

Abstract

본 발명은 오폐수, 분뇨, 음식물 쓰레기의 처리 과정에서 발생하는 각종 슬러지를 가열하여 슬러지 내의 함수율을 조절하 수 있도록 하는 슬러지 연료화 장치에 관한 것으로, 상기 슬러지를 내부에 수용하여 가열하는 가열로와, 상기 가열로의 상부와 연결되어 가열로 내부의 공기를 흡입하는 진공부와, 상기 슬러지의 수분 함량을 측정하는 측정부를 포함하며, 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 연료로 재활용하여 에너지 및 자원을 보존할 수 있고, 상기 슬러지가 RDF, RPF 등과 같은 재생연료와 혼합하는 과정이 최적의 상태로 이루어질 수 있도록 상기 슬러지의 함수율을 적절하게 조절할 수 있는 슬러지 연료화 장치에 관한 것이다.

Description

슬러지 연료화 장치{regerneration fuel manufacturing apparatus using sludge}

본 발명은 슬러지를 연료로 활용할 수 있도록 하는 슬러지 연료화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오폐수, 분뇨, 음식물 쓰레기의 처리 과정에서 발생하는 각종 슬러지를 가열하여 슬러지 내의 함수율을 조절하 수 있도록 하는 슬러지 연료화 장치에 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 슬러지를 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.

따라서, RPF(Refuse plastic fuel) 또는 RDF(Refuse derived fuel)을 펠렛형태로 가공하여 상기 슬러지와 혼합시킴과 동시에 가열하여 발열량을 상향조절한 다음 재생연료로 사용하는 방법이 제안된 바 있다.

하지만, 상기 슬러지는 함수율이 5 ~ 10%로 조절된 상태에서 RPF(Refuse plastic fuel) 또는 RDF(Refuse derived fuel)과 혼합이 이루어져야 하는 반면, 상기 슬러지의 함수율을 정확히 조절하기가 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 연료로 재활용하여 에너지 및 자원을 보존할 수 있도록 하는 슬러지 연료화 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 상기 슬러지가 RDF, RPF 등과 같은 재생연료와 혼합하는 과정이 최적의 상태로 이루어질 수 있도록 상기 슬러지의 함수율을 적절하게 조절할 수 있는 슬러지 연료화 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하수, 산업폐수, 축산분뇨 또는 음식물쓰레기 등의 처리과정에서 수집된 슬러지를 연료로 활용할 수 있도록 가열하여 슬러지 내의 수분함량을 조절하는 것으로, 상기 슬러지를 내부에 수용하여 가열하는 가열로와, 상기 가열로의 상부와 연결되어 가열로 내부의 공기를 흡입하는 진공부와, 상기 슬러지의 수분 함량을 측정하는 측정부를 포함하는 슬러지 연료화 장치를 제공한다.

상기와 같은 본 발명 슬러지 연료화 장치에 따르면, 오폐수의 처리 과정에서 발생하는 슬러지를 연료로 재활용하여 에너지 및 자원을 보존할 수 있고, 상기 슬러지가 RDF, RPF 등과 같은 재생연료와 혼합하는 과정이 최적의 상태로 이루어질 수 있도록 상기 슬러지의 함수율을 적절하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

또, 상기 슬러지의 함수량을 조절하는 과정에서 발생된 수증기를 열원으로 재사용하여 에너지효율을 최대한으로 높이고, 수증기에 함유된 흡수제를 분리하고 재사용함에 따라 자원절약에 일조할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 연료화 장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 슬러지 연료화 장치의 다른 실시 예를 보인 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 슬러지 연료화 장치의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 슬러지 연료화 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 슬러지 연료화 장치의 다른 실시 예를 보인 개략도이다.

본 발명 슬러지 연료화 장치(10)는 하수, 산업폐수, 축산분뇨 또는 음식물쓰레기 등의 처리과정에서 수집된 슬러지(20)를 연료로 활용할 수 있도록 가열하여 슬러지(20) 내의 수분함량을 조절하기 위한 것으로, 상기 슬러지(20)를 내부에 수용하여 가열하는 가열로(100)와, 상기 가열로(100)의 상부와 연결되어 가열로(100) 내부의 공기를 흡입하는 진공부(200)와, 상기 슬러지(20)의 수분 함량을 측정하는 측정부(300)를 포함한다.

일반적으로, 슬러지 자체만으로 재생연료를 생산할 경우 그 발열량이 크게 높지 않기 때문에, RPF(Refuse plastic fuel) 또는 RDF(Refuse derived fuel)를 펠렛형태로 가공하여 상기 슬러지와 혼합시킴과 동시에 가열하여 발열량을 상향조절한 다음 재생연료로 사용하게 된다.

이때, 상기 슬러지는 60 ~ 70중량%, 바람직하게는 68중량%가 혼합되고, RPF(Refuse plastic fuel) 또는 RDF(Refuse derived fuel)의 혼합비율은 30 ~ 40중량%, 바람직하게는 32중량%정도이며, 슬러지의 함수율이 5 ~ 10%, 바람직하게는 6%로 조절된 상태에서 혼합이 이루어지게 된다.

먼저, 상기 가열로(100)는 상기 슬러지(20)를 내부에 수용하고 가열하여 슬러지(20)에 포함된 수분을 강제로 증발시켜 슬러지(20)의 함수량을 조절할 수 있도록 마련된다.

상기 가열로(100)에는 내부에 밀폐된 공간을 형성하여 슬러지를 수용하고, 내부 온도가 80 ~ 100℃, 바람직하게는 84.7℃를 유지하도록 슬러지(20)를 가열시킨다.

상기 가열로(100)는 내부에 열선을 배치하는 등의 방식으로 자체적으로 열을 생성할 수 있고, 외부에서 열을 공급받아 발열할 수 있다.

상기 가열로(100)는 슬러지(20)를 투입하기 위한 투입구 및 상기 투입구를 개페하는 커버, 가열작업이 완료된 슬러지 배출하는 토출구 및 상기 토출구를 개폐하는 커버 등이 별도로 형성되어야 한다.

한편, 상기 진공부(200)는 상기 밀폐된 가열로(100)의 상부와 입출 가능하도록 연결되어 가열로(100) 내부의 공기를 흡입하여 가열로(100) 내부를 진공상태로 만드는 작용을 한다.

상기 진공부(200)는 상기 가열로(100)의 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 진공펌프의 형태로 마련될 수 있으며, 이 경우 상기 가열로(100)의 상부와 입출가능하게 연결된 흡기관(210)을 포함하게 된다.

상기와 같은 진공부(200)의 작용으로 상기 가열로(100)의 내부는 진공상태를 유지할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 가열로(100) 내부의 진공도가 680mmHg를 유지하게되면, 슬러지(20)의 가열을 시행하여, 슬러지(20)의 수분을 증발시킨다.

이때, 상기 가열로(100) 내부 온도는 84 ~ 85℃를 유지하게 되어 슬러지(20)에 포함된 수분의 완전증발이 이루어질 수 있도록 한다. 상기 슬러지(20)에 포함된 수분의 완전증발이 이루어지기 위해 진공도와 내부온도의 조건은 서로 상관관계에 있다. 따라서, 진공도의 변화가 생길경우 그에 따라 가열온도 또한 변화시켜 슬러지(20)에 포함된 수분의 완전증발이 이루어지도록 한다.

또한, 측정부(300)는 상기 가열로(100) 내부에 배치되어 상기 슬러지(20)의 수분 함량을 측정한다.

상기 측정부(300)는 공지의 다양한 수분 측정계의 형태를 취할 수 있으며, 상기 슬러지(20)를 가열하여 수분을 증발시키는 과정에서 상기 슬러지(20)의 함수량이 6%가 되면, 가열로(100)는 슬러지(20)의 가열을 멈추어 슬러지(20)에서 더 이상 수분이 증발되지 않도록 한다.

상기와 같이 수분함량의 조절이 완료된 슬러지(20)는 외부로 배출되어 RPF(Refuse plastic fuel) 또는 RDF(Refuse derived fuel)와 혼합되어 재생연료로 완성된다.

참고로, 상기 RPF(Refuse plastic fuel)는 폐플라스틱 고체연료이며, 생산 방법은 수집된 폐플라스틱을 파쇄하는 공정과, 파쇄물 중에서 바람, 자석 등을 이용해서 불순물을 제거하고 순수 플라스틱만 추출하는 공정과, 상기 분리된 폐플라스틱 조각을 완전히 분쇄시키는 공정과, 분쇄된 폐플라스틱 분말에 중화제를 혼합해서 중화시키는 공정과, 상기 중화된 혼합물을 펠렛형태로 성형하는 공정을 거쳐 생산된다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 가열로(100)는 측벽 또는 바닥면의 내부에 순환통로(110)를 형성하고, 상기 순환통로(110)에는 열매체유(30)를 순환시켜 내부에 수용된 슬러지(20)를 가열한다.

상기 가열로(100)가 고온의 상태를 유지하는 방법은 다양한 실시 예가 발생할 수 있지만, 보다 안정적이고 정확한 온도 조절이 이루어질 수 있도록 상기 가열로(100)의 내부에 열매체유(30)가 순환되는 순환통로(110)를 형성하여 가열로(100)내부에 수용된 슬러지(20)를 가열할 수 있다.

상기 열매체유(30)는 180 ~ 300℃의 온도를 유지하여, 결과적으로는 상기 가열로(100) 내부의 온도가 84.7℃를 유지할 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 가열로(100)의 일측과 연결되어 가열로(100)에서 생성된 고온의 수증기를 흡입하는 수증기 흡입부(400)와, 상기 수증기 흡입부(400)로부터 고온의 수증기를 공급받아 열교환을 진행하는 열교환부(500)와, 상기 열교환부(500)에서 발생된 열을 가열로(100)의 열원으로 공급하는 열원공급부(600)를 포함한다.

상기 수증기 흡입부(400)는 가열로(100)에서 생성된 고온의 수증기를 흡입하여 열원으로 공급하기 위해 구비되며, 상기 가열로(100)의 상부와 입출이 가능하도록 연결된다.

상기 가열로(100)내부의 슬러지(20)에서 증발된 수증기는 고온의 에너지를 포함한다. 따라서 이 수증기는 가열로(100)를 가열시킬 수 있는 열원으로 재사용될 수 있다. 상기 수증기 흡입부(400)는 별도의 흡기, 흡수장치 및 수단을 통해서 수증기를 흡입한다.

열교환부(500)는 상기 수증기 흡입부(400)로부터 고온의 수증기를 공급받아 열교환을 진행하기 위해 마련된다.

상기 열교환부(500)는 흡입부(400)로부터 공급된 수증기가 순환되는 과정에서 수증기의 열을 빼앗아 열원공급부(600)로 전달한다.

그러면, 상기 열원공급부(600) 상기 열교환부(500)로부터 전달된 열을 가열로(100)의 열원으로 공급하게 된다.

상기와 같이 상기 슬러지(20)의 함수량을 조절하는 과정에서 발생된 수증기를 열원으로 재사용하여 자원낭비를 막고 에너지효율을 최대한으로 높일 수 있다.

상기 열교환부(500)와 수증기 흡입부(400) 또는 열교환부(500)와 열원공급부(600) 사이에는 펌프가 별도로 장착되어 유체의 이송이 원활히 진행될 수 있도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 수증기 흡입부(400)는 내부에 흡수제와 물이 혼합된 흡수액(40)을 분사하는 분사 트레이(410)를 장착하여, 상기 가열로(100)에서 생성된 고온의 수증기가 수증기 흡입부(400)로 흡입되도록 유인한다.

상기 분사 트레이(410)는 다수의 노즐이 배치되고, 생기 노즐을 통해 흡수액을 수증기 흡입부(400) 내부로 분사하게 된다. 여기서 상기 흡수액은 공지의 흡수제와 물을 혼합한 혼합액으로서, 흡수액의 농도는 대략 63%정도가 적당하다.

상기 수증기 흡입부(400)의 내부로 분사된 흡수액의 작용으로 가열로(100)에서 발생된 수증기는 수증기 흡입부(400)로 흡입된다.

이때, 상기 수증기는 흡수액과 섞여 고온의 액체 상태로 수증기 흡입부(400) 내부에 수용된다.

상기 수증기와 혼합된 흡수액은 흡수제의 혼합된 양을 기준으로 대략 42%정도의 농도를 갖는다.

참고로, 상기 수증기흡입부(400)는 가열로(200)와 입출가능하게 연결된 연결관(420)을 추가로 배치할 수 있으며, 상기 연결관(420)에는 수증기가 수증기 흡입부로 보다 용이하게 흡입될 수 있도록 엘리미네이터(430)를 추가로 장착할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 열교환부(500)에서 열교환이 완료된 액체를 공급받아 물과 흡수제를 분리한 뒤, 흡수제를 상기 분사 트레이(410)로 전송하고, 물은 외부로 배출하는 수분배출부(700)를 더 포함한다.

상기한 바와 같이 상기 수증기 흡입부(400)의 내부로 분사된 흡수액의 작용으로 가열로(100)에서 발생된 수증기는 수증기 흡입부(400)로 흡입되고, 상기 흡입된 수증기는 흡수액과 섞여 고온의 액체 상태로 수증기 흡입부(400) 내부에 수용된다.

상기 수증기와 흡수액이 혼합된 고온의 액체는 열교환부(500)를 거쳐 열을 빼앗겨 냉각되고, 곧바로 외부로 배출될 수 있지만, 상기 액체에는 흡수제가 포함되어 있기 때문에 상기 흡수제를 분리한 뒤 순수한 물만 외부로 배출되어야 한다.

따라서, 상기 열교환부(500)에서 열교환이 완료된 액체를 공급받아 물과 흡수제를 분리한 뒤, 흡수제를 상기 분사 트레이(410)로 전송하고, 물은 외부로 배출하는 수분배출부(700)를 더 포함하게 된다.

참고로, 상기 수분배출부(700)는 열교환이 완료된 액체를 공급받아 63%의 농도를 갖는 흡수액과 물로 분리한 뒤, 상기 흡수액을 분사 트레이(410)로 전송하여 곧 바로 흡수액으로 분사될 수 있도록 하고, 나머지 물은 외부로 배출하는 시스템을 갖출 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 슬러지 연료화 장치 20 : 슬러지
30 : 열매체유 40 : 흡수액
100 : 가열로 110 : 순환통로
200 : 진공부 300 : 측정부
400 : 수증기 흡입부 410 : 분사트레이
500 : 열교환부 600 : 열원공급부
700 : 수분배출부

Claims

하수, 산업폐수, 축산분뇨 또는 음식물쓰레기 등의 처리과정에서 수집된 슬러지를 연료로 활용할 수 있도록 가열하여 슬러지 내의 수분함량을 조절하는 장치에 있어서,
상기 슬러지를 내부에 수용하여 가열하는 가열로;
상기 가열로의 상부와 연결되어 가열로 내부의 공기를 흡입하는 진공부;
상기 슬러지의 수분 함량을 측정하는 측정부;
상기 가열로의 일측과 연결되고, 내부에 흡수제와 물이 혼합된 흡수액을 분사하는 분사 트레이를 장착하여, 상기 가열로에서 생성된 고온의 수증기를 유인하여 흡입하는 수증기 흡입부;
상기 수증기 흡입부로부터 고온의 수증기를 공급받아 열교환을 진행하는 열교환부;
상기 열교환부에서 발생된 열을 가열로의 열원으로 공급하는 열원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 연료화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 가열로는 측벽 또는 바닥면의 내부에 순환통로를 형성하고, 상기 순환통로에는 열매체유를 순환시켜 내부에 수용된 슬러지를 가열하는 것을 특징으로 하는 슬러지 연료화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 열교환부에서 열교환이 완료된 액체를 공급받아 물과 흡수제를 분리한 뒤, 흡수제를 분사 트레이로 전송하고, 물은 외부로 배출하는 수분배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 슬러지 연료화 장치.
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