KR101062990B1 - 하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조 장치 및 그 제조장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄 - Google Patents

하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조 장치 및 그 제조장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄 Download PDF

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Abstract

하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치 및 그 장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄이 개시된다. 탄화 활성탄 제조 장치는 슬러지를 1차로 건조하기 위한 1차 건조 유닛과, 상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지를 탄화시키기 위한 탄화 유닛과, 상기 탄화 유닛에 의하여 탄화된 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠릿을 제조하는 성형 유닛과, 상기 펠릿을 소정의 온도로 가열하여 열처리하기 위한 열처리 유닛과, 상기 열처리 유닛에 의하여 열처리된 펠릿을 활성화시키기 위한 활성화 유닛과, 상기 활성화 유닛에 의하여 활성화 처리된 펠릿을 소정 온도의 열풍을 이용하여 건조하기 위한 2차 건조 유닛과, 상기 2차 건조 유닛에 의하여 건조된 이후에 상기 열처리 유닛에 의하여 재열처리된 펠릿을 수세하기 위한 수세 유닛을 포함한다.
Figure R1020080115584
슬러지, 탄화, 활성탄, 열처리, 건조

Description

하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조 장치 및 그 제조 장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄{APPARATUS FOR MANUFACTURING ACTIVE CARBON USING SEWAGE SLUDGE AND ACTIVE CARBON MANUFACTURED BY THE APPARATUS}
본 발명은 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치 및 그 장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄에 관한 것이다.
하수 슬러지는 높은 함수율과 중금속함유 및 유기물을 다량 함유하고 있어 처리 및 재활용에 있어서 많은 어려움이 있었다. 이러한 요인들로 인하여 종래에는 하수 슬러지를 처리하는 방법으로는 해양 배출이 77.1%, 소각이 11.6%, 재활용이 9.9%, 매립이 1.4%로서 대부분 해양 배출을 통해 하수 슬러지를 처리하였다. 그러나, 2011년 2월부터 하수 슬러지의 해양배출이 금지됨에 따라 해양 배출을 대체할 수 있는 처리방법 마련이 시급한 실정이다.
해양 배출 이외에 가장 많이 사용하는 방법인 소각의 경우, 소각 장소를 선정하는 문제, 주변 지역 주민들의 민원 발생, 과도한 운전 비용 및 2차 대기오염 발생 등의 문제점이 있어, 해양 배출의 차선책으로는 부적합한 문제점이 있다.
소각 이외에 다른 방법으로는 하수 슬러지를 퇴비화하여 산림과 농경지에 이 용, 토양 오염 지역 복원에 이용, 매립지 복토 재료로 이용 및 건축 재료로 재활용하는 방안이 모색되고 있다.
그러나, 하수 슬러지를 퇴비화하는 경우에, 하수 슬러지에 포함되어 있는 중금속으로 인한 농작물, 토양 및 지하수가 오염될 수 있으며, 슬러지 내의 각종 미생물로 인해 병원성 세균의 증식이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 하수 슬러지는 고농도의 질소성분을 내포하고 있기 때문에 비료로 재활용은 가능하나 하수 슬러지를 과도하게 사용하게 되면 고농도의 영양물질로 인한 부작용이 수반될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 하수 슬러지를 건조, 탄화, 열처리 및 활성화하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄화 및 열처리 과정에서 발생하는 폐열을 재순환시켜 건조 공정에 이용하는 방식으로 하수 슬러지를 재활용하여 2차 환경오염이 발생하지 않는 하수슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 하수 슬러지를 이용하여 활성탄을 제조하는 장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치에 있어서, 슬러지를 1차로 건조하기 위한 1차 건조 유닛과; 상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지를 탄화시키기 위한 탄화 유닛과; 상기 탄화 유닛에 의하여 탄화된 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠릿을 제조하는 성형 유닛과; 상기 펠릿을 소정의 온도로 가열하여 열처리하기 위한 열처리 유닛과; 상기 열처리 유닛에 의하여 열처리된 펠릿을 활성화시키기 위한 활성화 유닛과; 상기 활성화 유닛에 의하여 활성화 처리된 펠릿을 소정 온도의 열풍을 이용하여 건조하기 위한 2차 건조 유닛과; 상기 2차 건조 유닛에 의하여 건조된 이후에 상기 열처리 유닛에 의하여 재열처리된 펠릿을 수세하기 위한 수세 유닛을 포함하는 탄화 활성탄 제조 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치에 있어서, 슬러지를 1차로 건조하기 위한 1차 건조 유닛과; 상기 1차 건조 유닛에서 발생되는 악취 가스를 처리하기 위한 연소로와; 상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지를 탄화시키기 위한 탄화 유닛과; 상기 탄화 유닛에 의하여 탄화된 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠릿을 제조하는 성형 유닛과; 상기 펠릿을 소정의 온도로 가열하여 열처리하기 위한 열처리 유닛과; 상기 열처리 유닛에 의하여 열처리된 펠릿을 활성화시키기 위한 활성화 유닛과; 상기 활성화 유닛에 의하여 활성화 처리된 펠릿을 소정 온도의 열풍을 이용하여 건조하기 위한 2차 건조 유닛과; 상기 2차 건조 유닛에 의하여 건조된 이후에 상기 열처리 유닛에 의하여 재열처리된 펠릿을 수세하기 위한 수세 유닛을 포함하는 탄화 활성탄 제조 장치가 제공된다.
상기 1차 건조 유닛은 200 내지 300℃의 열풍을 발생시키는 열풍 발생기를 구비하며, 상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지는 수분 함량이 15 내지 40%가 되는 것이 바람직하다.
상기 1차 건조 유닛은 또한 열풍 발생기에서 발생한 열풍과 하수 슬러지를 혼합하여 건조하는 건조로와, 상기 건조로에서 발생하는 가스의 60 내지 70 중량부를 열풍 발생기로 유도하는 순환송풍기 및, 상기 건조로에서 발생하는 악취가스의 30 내지 40 중량부를 악취 제거 유닛으로 이송하는 배기송풍기를 구비한다.
상기 탄화 유닛은 600 내지 650℃의 온도로 가열되는 탄화로를 구비하며, 상기 탄화로에 투입된 건조 슬러지는 환원 반응을 통해 탄화되는 것이 바람직하다.
상기 탄화 유닛은 600 내지 650℃의 열을 발생하는 버너를 갖는 열풍 발생로와, 상기 열풍 발생로에서 발생된 열풍을 이용하여 무산소 분위기 하에서 하수 슬러지로부터 유도된 건조물을 탄화하는 밀폐된 탄화로와, 탄화물을 냉각하기 위한 냉각기 및, 상기 탄화로에서 발생한 가스를 열풍 발생로에 이송하는 열풍 순환팬을 구비한다.
상기 활성화 유닛은 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 활성화제와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물을 펠릿에 분무한다.
상기 활성화 유닛은 증류수를 저장하는 증류수 저장 탱크와, 활성화제를 저장하는 약품 탱크와, 증류수와 활성화제를 일정 비율로 교반하는 교반기와, 교반된 활성화제의 온도를 80℃로 승온시킨 후에 일정 시간 동안 해당 온도를 유지할 수 있는 반응조를 구비한다.
본 발명에 따르면, 전술한 하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄 제조 장치에 의하여 제조된 탄화 활성탄가 제공된다.
전술한 구성에 따르면, 최종 생성물은 2차 처리 대상이 아니고 직접 사용이 가능하며, 흡착 및 활성 능력을 가지는 탄화 활성탄으로서 탁월한 효과를 나타낸다.
또한, 탄화, 열처리 및 활성화 단계에서 발생되는 폐열을 하수 슬러지 건조에 이용함으로써 폐열로 인한 2차 환경 오염을 방지하고, 활성탄의 제조 비용을 절감하는 효과를 나타낸다.
게다가, 탄화 활성탄을 방류수 재활용 장치에 충진재로 사용하여, 방류수를 재활용하는 비용을 절감시키는 효과도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치를 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
하수 슬러지는 계량 용기(10) 등에 의하여 공장으로 이송되면, 계량 용기(10)에 저장된 하수 슬러지를 리프터를 이용하여 슬러지 저장 호퍼에 투입한다. 그 이후, 일정량의 하수 슬러지를 모노펌프(14)를 이용하여 유동층 건조기(18)로 공급한다.
슬러지 저장 호퍼는 슬러지를 저장할 수 있는 저장 탱크와, 슬러지의 저장 시에 발생하는 적제 현상을 해소하기 위하여 교반기 및 인버터를 작동시켜 하수 슬러지의 투입량을 조절하여 일정한 양의 하수 슬러지를 건조기에 공급하는 공급 장치를 구비한다.
슬러지 저장 호퍼에 투입된 슬러지를 유동층 건조기(18)에 투입하면, 슬러지 에 200 내지 300℃의 열풍을 가하여 슬러지의 수분 함량을 15 내지 40% 수준으로 낮춘다.
유동층 건조기(18)는 200 내지 300℃의 열풍을 발생시키는 열풍 발생기(72)와, 열풍 발생기에서 발생한 열풍과 하수 슬러지를 혼합하여 건조하는 건조로와, 건조로에서 발생하는 가스의 60 내지 70 중량부를 열풍 발생기로 유도하는 순환송풍기(70)와, 건조로에서 발생하는 악취가스의 30 내지 40 중량부를 악취 제거 유닛(22)으로 이송하는 배기송풍기(비도시)를 구비한다.
유동층 건조기(18)를 통해 건조된 슬러지 건조물은 예를 들면, 싸이클론에 의하여 건조물 저장 호퍼(24)로 이송되며, 건조물 저장 호퍼(24)에 저장된 건조물은 자동또는 수동으로 직접 탄화기(32)로 일정한 양이 공급된다.
건조물 저장 호퍼(24)는 건조물을 저장할 수 있는 저장탱크와, 건조물의 저장시에 발생하는 적제 현상을 해소하기 위하여 교반기 및 인버터를 작동시켜 건조물의 투입량을 조절하여 일정한 양의 건조물을 탄화기(32)에 공급하는 공급장치를 구비한다.
하수 슬러지로부터 유도된 건조물을 탄화기(32) 내부에 설치된 600 내지 650℃의 탄화로 내부에서 환원 반응을 통해 탄화물을 생산하고, 탄화로에서 발생한 열은 송풍기(30)를 통해 열풍기(76)로 공급된다. 열풍기(76)에 공급된 열은 연료저장조(74)으로부터 탄화기에 공급되는 연료를 예열하는데 이용되고, 예열된 연료는 송풍기(78)에 의하여 탄화기(32)로 공급된다.
탄화기(32)는 600 내지 650℃의 열을 발생하는 버너를 갖는 열풍 발생로와, 열풍 발생로에서 생성된 열풍을 이용하여 무산소 분위기 하에서 하수 슬러지로 부터 유도된 건조물을 탄화하는 밀폐된 탄화로와, 탄화물을 냉각하는 냉각기와, 탄화로에서 냉각기로 탄화물을 이송하는 배출 밸브와, 탄화로에서 발생한 가스를 열풍발생로에 이송하는 열풍 순환팬을 구비한다.
탄화기(32)에 의하여 제조된 탄화물은 자동 또는 수동으로 냉각기(36)로 공급되어, 고온의 탄화물이 냉각된다. 냉각기(36)는 도관에 의하여 냉각수 저장조(68)와 연결되어 있으며, 펌프(69)에 의하여 급수된다.
냉각된 탄화물은 성형 압축기(40)로 이송되어, 성형 압축기(40)에 의하여 점결제와 혼합하여 펠릿 형태로 성형된다.
성형 압축기(40)는 탄화물을 분말 형태로 분쇄할 수 있는 분쇄기와, 탄화물과 점결제를 혼합하는 교반기와, 상기 교반기에 의하여 교반된 탄화물을 압축하고 승온시키는 과정을 통해 일정한 크기의 펠릿 형태로 성형하는 성형 유닛을 구비한다.
성형 압축기(40)에 의하여 제조된 펠릿을 열처리로, 예를 들면, 전기로(44)로 이송하여, 펠릿을 500℃의 온도로 가열하여, 점결제에 포함되어 있는 불필요한 혼합물을 제거하며, 열처리로에서 발생한 열은 건조기로 공급되어 재활용된다.
전기로(44)는 최대 약 1000℃까지 발열이 가능한 발열체와, 승온 속도 및 등온 시간을 조절하기 위한 제어기와, 완전 밀폐가 가능하고 불활성 가스를 주입할 수 있고 1000℃의 온도를 견딜 수 있는 내열강으로 이루어진 챔버를 구비한다.
전기로(44)에서 열처리된 펠릿은 활성화 수조(48)로 이송되어 활성화 처리된 다. 활성화 수조(48)는 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어진 활성화제와 증류수를 교반하고, 교반된 혼합물을 펠릿에 분무하거나 교반된 혼합물에 펠릿을 침수시켜 80℃의 온도에서 일정 시간, 바람직하게는 100분 동안 유지하도록 구성되어 있다. 펠릿이 활성화 과정을 거치면, 펠릿의 비표면적이 증가하여 흡착 능력이 향상된다.
활성화 수조(48)는 증류수를 저장하는 증류수 저장 탱크와, 활성화제를 저장하는 약품 탱크와, 증류수와 활성화제를 일정 비율로 교반하는 교반 유닛과, 교반된 활성화제의 온도를 80℃로 승온시킨 후에 일정 시간 동안 해당 온도를 유지할 수 있는 반응조를 구비한다.
활성화 과정을 거친 펠릿은 건조기(52)로 이송된다. 펠릿은 건조기(52) 내부에서 100 내지 200℃의 열풍에 의하여 건조되어, 수분 함량이 15% 이하가 된다.
건조기(52)는 0 내지 200℃의 온도로 조절이 가능한 열풍기와, 온도 조절과 열풍량을 조절하는 제어기와, 펠릿을 저장 및 건조하는 챔버를 구비한다.
상기 건조 과정을 거친 펠릿은 열처리로(44)에 재투입되어, 그 내부에서 850℃의 온도로 재가열된다. 상기 건조 과정을 거친 펠릿을 850℃의 온도로 가열하면, 펠릿의 경도가 증가하며, 열처리로에서 발생한 열은 건조기(52)로 전달되어 재활용된다.
본 실시예에서는 건조 과정을 거친 펠릿을 열처리로(44)에서 재처리되었으나, 필요에 따라, 별도의 열처리 유닛을 설치할 수 있다.
열처리로(44)에서 재처리된 펠릿은 수세 유닛(56)으로 이송된다. 수세유 닛(56)은 염화수소 용액을 펠릿에 분무하고, 증류수를 이용하여 세척한다.
수세 유닛(56)은 증류수를 저장하는 증류수 저장 탱크와, 염화수소 용액을 저장하는 약품 탱크와, 염화수소 용액 및 증류수를 분무하는 분무기와, 분무되는 염화수소 용액과 증류수로 펠릿을 세척할 수 있는 세척조를 구비한다.
수세 유닛(56)에 의하여 수세된 펠릿은 건조기(52)로 재이송되어, 그 내부에서 100 내지 200℃의 열풍으로 건조되어, 수세된 펠릿의 잔류 수분을 완전히 제거한다. 건조된 펠릿은 저장조(64)로 이동되어 저장된다.
본 실시예에서는 수세된 펠릿을 건조기(52)에서 재건조되었으나, 필요에 따라, 상기 건조 과정을 별도의 건조기에서 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 슬러지의 건조 과정에서 악취 가스가 발생하는 경우에, 건조기(18)에서 발생된 악취 가스는 악취 제거 유닛(비도시)에 설치된 연소로로 이송하여 850℃ 내지 950℃의 온도에서 2초 이상 연소된다.
악취제거장치는 850℃ 이상의 온도로 열을 발생하는 버너를 갖는 연소로와, 연소로에서 발생하는 가스를 외부로 배출하는 배기 송풍기 또는 건조 과정에서 발생되는 악취를 흡입하여 연소로로 공급하는 송풍기를 구비한다.
본 발명을 상기 실시예를 참조하여 설명하였지만, 보호 받고자 하는 보호범위가 전술한 실시예에 의하여 한정되지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 하기의 청구범위에 의하여 결정된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄의 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 계량 용기
14: 모노펌프
18: 유동층 건조기
24: 건조물 저장 호퍼
30: 송풍기
32: 탄화기
40: 성형 압축기
44: 열처리로
48: 활성화 수조
52: 건조기
56; 수세유닛
64: 저장조
70: 순환송풍기
72: 열풍 발생기
74: 연료저장조
76: 열풍기

Claims (10)

  1. 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치에 있어서,
    200 내지 300℃의 열풍을 발생시키는 열풍 발생기와, 상기 열풍 발생기에서 발생한 열풍과 하수 슬러지를 혼합하여 건조하는 건조로와, 상기 건조로에서 발생하는 가스의 60 내지 70 중량부를 열풍 발생기로 유도하는 순환송풍기 및, 상기 건조로에서 발생하는 악취가스의 30 내지 40 중량부를 악취 제거 유닛으로 이송하는 배기송풍기를 구비하며, 수분 함량이 15 내지 40%가 되도록 슬러지를 1차로 건조하기 위한 1차 건조 유닛과;
    상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지를 탄화시키기 위한 탄화 유닛과;
    상기 탄화 유닛에 의하여 탄화된 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠릿을 제조하는 성형 유닛과;
    상기 펠릿을 소정의 온도로 가열하여, 점결제에 포함되어 있는 불필요한 혼합물을 제거하기 위한 열처리 유닛과;
    상기 열처리 유닛에 의하여 열처리된 펠릿을 활성화시키기 위해, 증류수를 저장하는 증류수 저장 탱크와, 활성화제를 저장하는 약품 탱크와, 증류수와 활성화제를 일정 비율로 교반하는 교반기와, 교반된 활성화제의 온도를 승온시킨 후에 일정 시간 동안 해당 온도를 유지할 수 있는 반응조를 구비하며, 교반된 활성화제를 펠릿에 분무하는 활성화 유닛과;
    상기 활성화 유닛에 의하여 활성화 처리된 펠릿을 소정 온도의 열풍을 이용하여 건조하기 위한 2차 건조 유닛과;
    상기 2차 건조 유닛에 의하여 건조된 이후에 상기 열처리 유닛에 의하여 재열처리된 펠릿을 수세하기 위한 수세 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  2. 하수 슬러지를 이용하여 탄화 활성탄을 제조하는 장치에 있어서,
    200 내지 300℃의 열풍을 발생시키는 열풍 발생기와, 상기 열풍 발생기에서 발생한 열풍과 하수 슬러지를 혼합하여 건조하는 건조로와, 상기 건조로에서 발생하는 가스의 60 내지 70 중량부를 열풍 발생기로 유도하는 순환송풍기 및, 상기 건조로에서 발생하는 악취가스의 30 내지 40 중량부를 악취 제거 유닛으로 이송하는 배기송풍기를 구비하며, 수분 함량이 15 내지 40%가 되도록 슬러지를 1차로 건조하기 위한 1차 건조 유닛과;
    상기 1차 건조 유닛에서 발생되는 악취 가스를 처리하기 위한 연소로와;
    상기 1차 건조 유닛에서 건조된 슬러지를 탄화시키기 위한 탄화 유닛과;
    상기 탄화 유닛에 의하여 탄화된 탄화물을 점결제와 혼합하여 펠릿을 제조하는 성형 유닛과;
    상기 펠릿을 소정의 온도로 가열하여, 점결제에 포함되어 있는 불필요한 혼합물을 제거하기 위한 열처리 유닛과;
    상기 열처리 유닛에 의하여 열처리된 펠릿을 활성화시키기 위해, 증류수를 저장하는 증류수 저장 탱크와, 활성화제를 저장하는 약품 탱크와, 증류수와 활성화제를 일정 비율로 교반하는 교반기와, 교반된 활성화제의 온도를 승온시킨 후에 일정 시간 동안 해당 온도를 유지할 수 있는 반응조를 구비하며, 교반된 활성화제를 펠릿에 분무하는 활성화 유닛과;
    상기 활성화 유닛에 의하여 활성화 처리된 펠릿을 소정 온도의 열풍을 이용하여 건조하기 위한 2차 건조 유닛과;
    상기 2차 건조 유닛에 의하여 건조된 이후에 상기 열처리 유닛에 의하여 재열처리된 펠릿을 수세하기 위한 수세 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화 유닛은 600 내지 650℃의 온도로 가열되는 탄화로를 구비하며, 상기 탄화로에 투입된 건조 슬러지는 환원 반응을 통해 탄화되는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화 유닛은 600 내지 650℃의 열을 발생하는 버너를 갖는 열풍 발생로와, 상기 열풍 발생로에서 발생된 열풍을 이용하여 무산소 분위기 하에서 하수 슬러지로부터 유도된 건조물을 탄화하는 밀폐된 탄화로와, 탄화물을 냉각하기 위한 냉각기 및, 상기 탄화로에서 발생한 가스를 열풍 발생로에 이송하는 열풍 순환팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 활성화제는 탄산칼륨 및 수산화나트륨으로 이루어지며, 교반된 활성화제의 온도는 80℃로 승온되는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수세 유닛은 염화수소 용액을 펠릿에 분무한 이후에, 상기 펠릿을 증류수로 세척하는 것을 특징으로 하는 탄화 활성탄 제조 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하수 슬러지를 이용한 탄화 활성탄 제조 장치 에 의하여 제조된 탄화 활성탄.
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