KR101240521B1 - 슬러지 안정화 장치 - Google Patents

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김흥성
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하림 엔지니어링(주)
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Abstract

슬러지 안정화 장치가 개시된다. 본 발명은, 슬러지 탱크로부터 공급되는 슬러지와 생석회 탱크로부터 공급되는 생석회가 혼합되는 혼합 이송관, 및 혼합 이송관의 내부에 설치되어, 슬러지와 생석회의 혼합물을 분쇄하는 분쇄부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 유기성 슬러지와 생석회의 완전 혼합을 가능하게 하는 슬러지 안정화 장치가 제공된다.

Description

슬러지 안정화 장치{RECYCLING SYSTEM OF SEWAGE SLUGE}
본 발명은 슬러지 안정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기성 슬러지와 생석회의 완전 혼합을 가능하게 하며, 설치면적을 최소화함과 동시에 고효율의 슬러지 처리를 가능하게 하는 슬러 처리 장치에 관한 것이다.
유기성 폐기물은 분류, 발생지 등이 광범위하며, 처리되지 않고 자연계에 버려지는 경우에 수질오염 및 대기오염과 해양오염의 원인 물질로 작용하기 때문에, 반드시 안정화(산화) 처리가 되어야 한다.
한편, 국내 시장의 경우 2009년을 기준으로 하수 슬러지의 처리는 해양 투기에 의한 처리 비중이 약 50%를 차지하고 있는 실정이나, 2012년부터는 런던조약에 의해 슬러지 해양투기가 전면 금지됨에 따라 이에 대한 대응 기술의 개발이 시급히 필요한 실정이다.
한편, 2012년부터의 유기성 폐기물의 해양 투기 금지에 대응하여 환경부는 저효율, 고비용의 유기성 폐기물 처리시설을 설치하고 있으나, 이러한 종래 기술들은 지구온난화의 주범인 화석에너지를 더욱 많이 사용하는 문제가 있어 중장기적인 대책이 될 수는 없다.
한편, 유기성 슬러지에는 다량의 무기성분과 유기물이 포함되어 있어 적절한 처리를 통해 건설산업용 매립토, 토양개량제 및 비료로 유용하게 사용할 수 있다. 이에 따라 개발된 자원 재순환 기술인 유기성(하수, 축산, 식품제조 등) 슬러지의 석회 안정화 공법은 유기성 슬러지와 석회(생석회)의 반응에서 생기는 높은 pH와 발열에 의해 슬러지 내의 병원성 미생물을 사멸시키며 수분을 증발시켜 수분의 함량을 적정 %로 감소시키며, 악취를 저감하는 효과를 가진다.
즉, 석회안정화 공법은 하수 슬러지와 유기물의 화학반응을 통해서 이뤄지는 기술로서 처리공정이 단순하고 운전이 용이하며 시설비 및 유지 관리비를 최소화할 수 있으며 처리시간 및 시설규모를 최소화하여 부지면적의 최소화를 이뤄낼 수 있으며 모든 공정이 폐회로로 되어서 악취를 차단하고 제거하며 2차 오염 물질 발생이 없다는 기술적 장점을 갖고 있다.
그러나, 현재 사용되고 있는 석회 안정화 공법의 경우 유기성 폐기물과 생석회의 완전 혼합을 제어하지 못함으로써 경비의 증가와 악취 생성 등의 문제를 발생시키고 있으며, 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은, 유기성 슬러지와 생석회의 완전 혼합을 가능하게 하며, 설치면적을 최소화함과 동시에 고효율의 슬러지 처리를 가능하게 하는 슬러 처리 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬러지 안정화 장치는, 슬러지 탱크로부터 공급되는 슬러지와 생석회 탱크로부터 공급되는 생석회가 혼합되는 혼합 이송관; 및 상기 혼합 이송관의 내부에 설치되어, 상기 슬러지와 상기 생석회의 혼합물을 분쇄하는 분쇄부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 분쇄부는 상기 혼합 이송관에 유입된 상기 혼합물을 순차적으로 커팅하는 복수개의 커팅날을 포함한다.
또한, 상기 혼합 이송관을 통과한 상기 혼합물을 교반시키는 교반 챔버를 더 포함한다.
또한, 상기 교반 챔버의 경사 각도를 조절하는 경사 조절부를 더 포함한다.
또한, 상기 교반 챔버의 일측의 혼합물은 상기 교반 챔버 내의 교반 날개의 회전에 의해 교반됨과 동시에 상기 교반 챔버의 타측으로 이송되며, 상기 교반 챔버는, 상기 교반 챔버의 타측으로 이송된 혼합물이 상기 교반 챔버의 일측으로 재공급되도록 유도하는 유도관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유도관의 내부에는 상기 유도관을 통과하는 상기 혼합물이 충돌됨으로써 분쇄되는 파쇄부가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경사 조절부가 상기 교반 챔버의 경사 각도를 조절함으로써, 상기 유도관을 통해 상기 교반 챔버의 일측으로 재공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 유기성 슬러지와 생석회의 완전 혼합을 가능하게 하는 슬러지 안정화 장치가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 설치면적과 설치 비용을 최소화함과 동시에 고효율의 슬러지 처리를 가능하게 하는 슬러지 안정화 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치의 구조도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에서의 슬러지 혼합물의 분쇄 및 혼합 구조를 설명하는 도면, 및
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에 사용되는 교반 챔버의 설치 구조를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치의 구조도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치는 슬러지 탱크(110), 생석회 탱크(120), 혼합 이송관(130), 분쇄부(140), 교반 챔버(150), 유입관(190), 및 유출관(195)을 포함한다.
먼저, 슬러지 탱크(110)에는 외부로부터 공급된 슬러지가 보관되어 있으며, 생석회 탱크(120)에는 외부로부터 공급된 생석회가 보관되어 있다.
혼합 이송관(130)에서는 슬러지 탱크(110)로부터 공급되는 슬러지와 생석회 탱크(120)로부터 공급되는 생석회가 혼합됨과 동시에, 혼합 이송관(130) 내부에 설치된 분쇄부(140)에 의해 생석회와 슬러지의 혼합물이 초기 분쇄된다.
한편, 슬러지와 생석회의 혼합 질량 비율에 있어서, 생석회의 질량이 슬러지 질량의 5~20%가 되도록 생석회가 투입 및 혼합되는 것이 바람직하며, 이를 위해 유량계(115,125)에서 각각 정확하게 측정된 슬러지와 생석회의 유량값에 기초하여 로터리 밸브인 게이트 밸브(113,123)의 회전수를 조절하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 혼합물의 pH 농도가 11.5 내지 12.5가 되도록 슬러지와 생석회의 혼합 비율을 제어하는 것이 바람직할 것이다.
아울러, 분쇄부(140)를 통한 미세 분쇄 및 혼합의 과정을 거치며 생석회와 슬러지의 혼합물은 혼합 이송관(130)을 통해 유입관(190)으로 이동된다.
유입관(190)으로 이동된 혼합물은 유입관(190)을 통해 교반 챔버(150)로 유입되며, 교반 챔버(150)로 유입된 혼합물은 추가의 교반 및 분쇄의 과정을 반복한 후 유출관(195)을 통해 외부로 배출된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에서의 슬러지 혼합물의 분쇄 및 혼합 구조를 설명하는 도면이다. 도 2에서와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에서의 혼합 이송관(130)의 내부에 설치된 분쇄부(140)는 3개의 커팅날(143-1,143-2,143-3) 및 이들을 각각 독립적으로 회전시키는 회전 모터(141-1,141-2,141-3)를 포함하고 있다.
도 2에서와 같이, 3개의 커팅날(143-1,143-2,143-3)은 슬러지와 생석회의 혼합이 시작되는 혼합 이송관(130)의 입구부에서부터 순차적으로 설치되어 있으며, 순차적으로 설치된 3개의 커팅날(143-1,143-2,143-3)은 각각 연결된 회전 모터(141-1,141-2,141-3)를 통해 각각 순방향 회전, 역방향 회전, 및 순방향 회전을 하며, 혼합 이송관(130)을 통해 이송되는 혼합물의 경화 초기에 이를 미세 분쇄 및 혼합하는 기능을 수행한다.
즉, 커팅날(143-1,143-2,143-3)에 의한 미세 분쇄 및 초기 혼합을 통해 슬러지와 생석회의 혼합 효율을 획기적으로 높임으로써, 혼합 슬러지의 신속한 숙성 반응이 유도되며, 이를 통해 숙성 반응을 위한 장시간이 소요되지 않고도 슬러지 안정화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 3개의 커팅날(143-1,143-2,143-3)에 각각 연결된 모터(141-1,141-2,141-3)는 회전 속도와 방향을 제어할 수 있는 모터인 BLDC(Brushless DC) 모터를 사용하는 것이 바람직할 것이며, 각각의 회전 속도는 대략 3000RPM의 고속으로 구현하는 것이 바람직할 것이다.
이와 같이, 분쇄부(140)를 통해 미세 분쇄 및 혼합된 혼합물은 유입관(190)을 통해 교반 챔버(150)로 공급된다. 한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 교반 챔버(150)에서의 교반 공정의 효율적 진행을 위해, 도 2에서와 같이 혼합 이송관(130)의 하부에 3방향 밸브(137)를 설치하고, 두 개의 교반 챔버(150)에 각각 연결된 두 개의 유입관(190)을 연결 설치할 수도 있을 것이다.
한편, 두개의 교반 챔버(150)는 두 개의 지지대(180) 위에 각각 독립적으로 설치되어 있으며, 챔버 모터(152)에 의해 구동되는 체인(151)의 회전에 따라 독립적으로 회전되게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 생석회 탱크(120)로부터 혼합 이송관(130)까지의 연결 통로 및 슬러지 탱크(110)로부터 혼합 이송관(130)까지의 연결 통로에는 각각 금속 탐지기(111,121)를 각각 설치하여 둠으로써, 혼합 이송관(130)으로 금속 등의 이물질이 공급되는 경우에는 금속 탐지기(111,121)가 이를 감지함으로써, 슬러지 안정화 장치의 제어부가 금속 탐지기(111,121) 하부의 로터리 밸브(Roatary Valve)(112,122)를 폐쇄시키고, 커팅날(143-1,143-2,143-3)이 연결된 모터의 회전을 중지시킴으로써 금속 등의 이물질에 의해 분쇄부(140)의 커팅날(143-1,143-2,143-3)이 파손되는 것을 방지할 수 있도록 함이 바람직할 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에 사용되는 교반 챔버의 설치 구조를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬러지 안정화 장치에 사용되는 교반 챔버(150)는 지지대(180) 위에 설치된 복수개의 롤러(159)에 의해 지지되어 있으며, 챔버 모터(152)에 의해 회전되는 체인(151)에 결합된 상태에서 챔버 모터(152)의 구동에 따라 회전됨으로써 내부의 혼합물의 교반 공정을 수행한다.
구체적으로, 교반 챔버(150)의 내부에는 도 3에서와 같은 나선형의 교반 날개(153)가 교반 챔버(150)의 내벽에 설치되어 있으며 교반 챔버(150)가 회전됨으로써 나선형의 교반 날개(153)의 회전에 의해 내부의 혼합물이 전진 이송되면서 교반 및 숙성이 진행된다.
이와 같이, 유입관(190)을 통해 유입된 교반 챔버(150)의 일측으로 유입된 혼합물은 교반 날개(153)의 회전에 따라 교반 챔버(150)의 타측으로 이송되며, 교반 챔버(150)의 타측으로 이송된 혼합물은 교반 챔버(150)의 내부에 설치된 유도관(170)을 통해 다시 교반 챔버(150)의 일측으로 역이송된다.
즉, 도 2에서와 같이 본 발명에서는, 교반 챔버(150)의 내부에는 교반 챔버(150)의 타측으로 이송이 완료된 혼합물의 재교반을 위해 교반 챔버(150)의 일측으로 역이송하는데 사용되는 유도관(170)이 설치되어 있으며, 유도관(170)을 통한 혼합물의 역이송을 위해 교반 챔버(150)의 하부에는 교반 챔버(150)의 경사 각도를 선택적으로 조절하는데 사용되는 경사 조절부(160)가 설치되어 있다.
즉, 유입관(190)을 통해 유입된 혼합물의 교반 챔버(150)의 타측으로의 이송이 완료되는 경우에 경사 조절부(160)는 교반 챔버(150)의 타측이 높아지도록 교반 챔버(150)를 기울임으로써, 혼합물이 중력에 따라 유도관(170)을 통해 다시 교반 챔버(150)의 일측으로 역이송되도록 하며, 유도관(170)을 통한 혼합물의 역이송이 완료된 경우에, 경사 조절부(160)는 다시 교반 챔버(150)가 지면과 평행을 이루도록 높이를 조절함으로써, 역이송된 혼합물의 재교반 공정이 진행되도록 한다.
즉, 경사 조절부(160)는 수평 설치된 지지대(180)의 경사를 조절하는 기능을 수행하는 것으로서 유압 실린더 방식 등의 다양한 방식으로 제작될 수 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 유도관(170)을 통한 혼합물의 역이송을 통해 교반 공정을 반복 실행할 수 있게 됨으로써, 대형의 교반 챔버(150)를 사용하지 않고서도 슬러지 처리의 효율성을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 유도관(170)의 일측의 내부에는 도 3에서와 같이, 파쇄부를 설치하는 것이 바람직할 것이다. 파쇄부는 역이송 과정에서 재응결 및 경화된 슬러지 혼합물을 파쇄하는 기능을 수행하며, 중력에 의해 역이송된 혼합물은 스테인리스 등의 재료로 구현된 파쇄부에 충돌됨으로써 분쇄되어, 이후 재교반 과정에서의 혼합물에서의 수분의 용이한 증발을 가능토록 한다.
이와 같이, 교반 챔버(150) 내에서의 반복 교반을 통해 소정의 습도 기준을 만족하게 된 혼합물은 유출관(195)을 통해 외부로 배출되게 된다. 즉, 제어부는 도 3에서와 같이 교반 챔버(150)의 타측에 설치된 습도 센서(157)를 통해 교반 챔버(150)의 타측으로 교반 이송된 혼합물의 습도를 측정한 결과, 혼합물의 습도가 소정의 기준 미만에 도달하는 경우에는 해당 혼합물을 유출관(195)을 통해서 외부로 배출시킨다.
아울러, 교반 챔버(150)의 타측에는 도 3에서와 같이 온도 센서(155)를 장착하는 것이 바람직하며, 이를 통해 제어부는 교반 챔버(150) 내부의 혼합물의 건조 온도를 실시간으로 측정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는 교반 챔버(150) 내에서의 생석회 수화 반응 온도는 60℃ 내지 100℃가 되는 것이 바람직하며, 슬러지의 함수율은 45% 내지 50% 정도로 낮춤으로써, 높은 pH와 높은 온도로 인해 슬러지 내에 있는 병원성 미생물이 사멸되고, 해충 유인물질이 제거되며, 슬러지의 안정화가 유도된다.
이와 같이, 본 발명을 실시함에 있어서는, 교반 챔버(150) 내의 온도/습도를 온도 센서(155) 및 습도 센서(157)를 통해 상시 측정함으로써 슬러지 안정화 장치의 제어부가 슬러지 혼합물의 혼합 정도 및 함수율을 실시간으로 확인하고, 이에 기초하여 교반 챔버(150) 내에서의 교반 공정을 제어함으로써, 슬러지 처리상의 효율을 극대화할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에서의 제어부는 온도 센서(155) 및 습도 센서(157)에 기초하여 교반 챔버(150)의 교반 동작을 제어함으로써, 운전이 용이하고 유지관리비용을 감소시키는 슬러지 안정화 장치를 제공하게 된다.
또한, 본 발명에서는 교반 챔버(150) 및/또는 혼합 이송관(130)의 내부에 혼합물의 pH 농도를 측정하는 pH 센서를 추가로 설치함으로써, 제어부는 측정된 혼합물의 pH 농도값에 기초하여, 혼합물의 pH 농도가 11.5 내지 12.5가 되도록 로터리 밸브를 자동제어할 수도 있을 것이다.
아울러, 본 발명에서의 슬러지 안정화 장치는 일체를 밀폐형으로 제작함으로써 슬러지 처리과정에서의 부산물로 인해 발생하는 악취는 진공 펌프를 통해 흡입하여 약품 처리를 함으로써 설치 공간에서 악취로 인한 문제가 발생되지 않도록 한다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서, 교반 챔버(150)의 진공 상태가 유지될 수 있도록, 도 3에서와 같이 교반 챔버(150)의 유입관(190)과 유출관(195)에는 각각 진공 밸브(197)가 구비되도록 함이 바람직할 것이다.
이와 같이 교반 챔버(150)의 진공 상태가 유지됨으로써, 교반 챔버(150) 내부에서의 슬러지 혼합물의 수분 증발을 효과적으로 유도할 수 있으며, 수분의 제거와 함께 슬러지 혼합물의 악취가 교반 챔버(150) 외부로 유출되는 것을 통제할 수 있게 된다.
한편, 교반 챔버(150)에는 전술한 구성 이외에도
내부의 압력을 측정하는 압력 센서, 내부의 진공 정도를 측정하는 진공 센서, 및 교반 챔버(150) 회전수를 측정 및 통제하는 RPM 미터(meter)를 구비하는 것이 바람직할 것이다.
이와 같이, 유출관(195)을 통해서 외부로 배출되는 슬러지 혼합물은 필요한 용도에 따라 알칼리성 석회질 비료, 토양 개량제 또는 복토재로 사용되게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
110: 슬러지 탱크, 120: 생석회 탱크,
111,121: 금속 탐지기, 112,122: 로터리 밸브,
115,125,135: 유량계, 113,123: 게이트 밸브,
130: 혼합 이송관, 137: 3방향 밸브,
140: 분쇄부, 141: 회전 모터,
143: 커팅날, 150: 교반 챔버,
151: 체인, 152: 챔버 모터,
153: 교반 날개, 155: 온도 센서,
157: 습도 센서, 160: 경사 조절부,
170: 유도관, 175: 파쇄부,
180: 지지대, 190: 유입관,
195: 유출관, 197: 진공 밸브.

Claims (7)

  1. 슬러지 탱크(110)로부터 공급되는 슬러지와 생석회 탱크(120)로부터 공급되는 생석회가 혼합되는 혼합 이송관(130);
    상기 혼합 이송관(130)의 내부에 설치되어, 상기 슬러지와 상기 생석회의 혼합물을 분쇄하는 분쇄부(140);
    상기 혼합 이송관(130)을 통과한 상기 혼합물을 교반시키는 교반 챔버(150); 및
    상기 교반 챔버(150)의 경사 각도를 조절하는 경사 조절부(160)
    를 포함하며,
    상기 교반 챔버(150)의 일측의 혼합물은 상기 교반 챔버(150) 내의 교반 날개(153)의 회전에 의해 교반됨과 동시에 상기 교반 챔버(150)의 타측으로 이송되며,
    상기 교반 챔버(150)는, 상기 교반 챔버(150)의 타측으로 이송된 혼합물이 상기 교반 챔버(150)의 일측으로 재공급되도록 유도하는 유도관(170)을 구비하는 것인 슬러지 안정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분쇄부(140)는 상기 혼합 이송관(130)에 유입된 상기 혼합물을 순차적으로 커팅하는 복수개의 커팅날(143)을 포함하는 것인 슬러지 안정화 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유도관(170)의 내부에는 상기 유도관(170)을 통과하는 상기 혼합물이 충돌됨으로써 분쇄되는 파쇄부가 설치된 것인 슬러지 안정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경사 조절부(160)가 상기 교반 챔버(150)의 경사 각도를 조절함으로써, 상기 유도관(170)을 통해 상기 교반 챔버(150)의 일측으로 재공급되는 것인 슬러지 안정화 장치.


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KR101727244B1 (ko) * 2016-06-09 2017-04-14 주식회사 덕진엔지니어링 유기성 폐기물 처리를 위한 진공발효기 및 그것을 포함하여 구성된 유기성 폐기물 자원화 처리기

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