KR101319395B1 - 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기로서, 슬러지가 유입되는 전단으로부터 점점 내경이 넓어지는 경사부와 원통형상을 이루는 원통부로 구성되는 외통 드럼과; 경사부 내에 구비되는 사이크론과; 외통 드럼 내부에 구비되고, 외통 드럼과의 사이에 형성되어 회전하면서 유입되는 슬러지를 탈수시키는 외부 스크류 날개와, 내벽에 형성되어 회전하는 내부 스크류 날개와, 경사부 끝과 원통부 사이 부분에 형성되어 침강되어 농축된 슬러지가 배출되는 제1 배출구와, 후단 부분에 형성되어 원심력으로 침강되지 못한 작은 고형물과 슬러지 농도가 낮은 깨끗한 액체가 배출되는 제2 배출구를 포함하는 스크류 드럼과; 외통 드럼과 스크류 드럼 사이에서 후단에 형성되어 제2 배출구로 배출되는 액체보다 슬러지 농도가 낮은 액체가 배출되는 탈리액 배출구; 및 외통 드럼 전단에 형성되어 침강된 고형물이 탈수되어 배출되는 케익 토출구;를 포함한다. 본 발명에 따르면 종래 원심 탈수기의 1.5~2배의 용량을 처리할 수 있는 효과가 있다. 그리고 원심 탈수기에서 원심 농축기의 기능을 용이하게 일괄 처리할 수 있는 효과가 있다.

Description

원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기{DEWATERING CENTRIFUGE DECANTER COMPRISING THICKENING FUNCTION}
본 발명은 원심 탈수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원심 농축기의 기능이 추가되어 하나의 원심 탈수기에서 농축 기능과 탈수 기능을 수행할 수 있는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기에 관한 것이다.
일반적으로 각종 폐기물을 침전지와 같은 처리시설물에서 처리하는 과정에서 회분, 염화철 등의 무기 조정제 또는 중합 응집제를 첨가하여 오수에 현탁된 고형물을 응집시킴으로서 슬러지가 형성되는데, 이 슬러지는 이전엔 주로 소각 또는 매립에 의해 처리되었으나, 최근 들어 매립에 의해 슬러지 처리의 경우 각종 오염이 발생됨으로 주로 소각처리방법이 사용되고 있다.
이러한 소각처리방법에 있어서, 통상 처리시설물에서 수거한 슬러지는 그 중량 중 90% 이상이 물로 되어있어 소각처리를 위해선 탈수장치를 이용한 탈수가 요구되는 바, 만약 탈수가 덜된 슬러지를 소각하게 되면 수분의 증발을 위해 많은 열에너지가 필요하게 될 뿐만 아니라 연소효율이 저하되어 공해물질이 발생되므로 가급적 소각에 적당하도록 탈수를 시키는 것이 바람직하다.
이러한 슬러지를 탈수하는 장치로는 함수율이 우수한 원심 탈수기가 주로 사용된다. 종래의 원심 탈수기가 도 1에 도시된다. 도 1은 종래 기술에 따른 원심 탈수기를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 원심 탈수기(200)는 스크류 날개(233)를 구비하고 내부가 중공인 실린더가 회전하면서 원심력에 의해 배출구(231)를 통해 슬러지를 토출시키고, 토출된 슬러지는 실린더 외부에 설치된 보울(230)의 내벽면에 충돌하면서 물은 탈리액 배출구(240)로 배출되고 밀착된 슬러지, 즉 케익은 스크류에 의해 케익 토출구(250)로 토출되는 구조로 이루어져 있다.
슬러지가 유입되면, 플록(floc)을 형성한 슬러지가 피드존(260)을 통과하면서 화살표와 같이 분출된다. 즉, 슬러지는 밀도 차이에 의해 고형물과 액체로 분리된다. 상대적으로 가벼운 액체는 스크류 날개(233)를 타고 압력이 낮은 탈리액 배출구(240)로 배출되고, 고형물은 원심력을 받아 외통 드럼(210)의 내벽에 침강된다. 그리고 스크류 날개(233) 끝면에 쌓여진 고형물은 외통 드럼(210)과 스크류 날개(233)의 회전 속도 차이에 의해 앞으로 전진하면서, 케익 토출구(250)로 토출된다.
한편, 슬러지를 원심 탈수기에 투입하기 전에 슬러지를 농축하여 슬러지의 수분 함량을 낮출 필요가 있다. 그런데 이러한 종래의 원심 탈수기는 전술한 구조로는 농축 슬러지의 탈수 효율을 증가시키는데 한계가 있다. 따라서, 원심 농축기를 함께 사용하기도 한다. 원심 탈수기와 원심 농축기를 함께 사용하여 탈수하는 방법이 도 2에 도시된다. 도 2는 종래 기술에 따른 농축기와 탈수기를 사용하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 탈수기(200)와 농축기(300)가 각각 필요하고, 각각에 응집제를 따로 사용하게 된다. 이러한 경우, 농축기(300)에서 유입되는 용량이 x ㎥/hr라면, 농축되어진 슬러지를 탈수하는 탈수기(200)의 처리 능력은 농축기(300) 처리량의 약 50% 밖에 되지 못한다. 이것은 일반적으로 농축기(300)에서 생산하여 탈수기(200)에 유입되는 슬러지의 농축 농도가 4~5%정도로서, 탈수기(200)의 처리 능력에 한계가 있기 때문이다. 즉, 1 대의 농축기(300)의 회수 능력이 x ㎥/hr라면, 이는 외통 드럼 내부 용적의 크기에 비례하지만, 같은 탈수기의 외통 드럼 크기라고 할지라도 처리 능력이 높은 농도에 영향을 받아 x/2 ㎥/hr 밖에 처리하지 못하는 문제점이 있다.
그리고 이러한 농축기(300)와 탈수기(200) 사이에는 이송 수단(350)이 필요하게 된다. 일반적으로 농축기(300)와 탈수기(200)는 멀리 떨어진 곳에 구비된다. 따라서 이송 수단(350)으로서 이송 컨베이어나 펌프 등이 필요하게 된다. 이로 인하여, 농축 및 탈수를 위하여는 별도의 장비가 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 종래의 원심 탈수기의 1.5~2배의 용량을 처리할 수 있는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 원심 탈수기에서 원심 농축기의 기능을 용이하게 일괄 처리할 수 있는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 별도의 장비가 필요 없이 하나의 장치에서 농축 및 탈수 기능이 수행될 수 있는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기는, 슬러지가 유입되는 전단으로부터 점점 내경이 넓어지는 경사부와 원통형상을 이루는 원통부로 구성되는 외통 드럼과; 상기 경사부 내에 구비되는 사이크론과; 상기 외통 드럼 내부에 구비되고, 상기 외통 드럼과의 사이에 형성되어 회전하면서 상기 유입되는 슬러지를 탈수시키는 외부 스크류 날개와, 내벽에 형성되어 회전하는 내부 스크류 날개와, 상기 경사부 끝과 원통부 사이 부분에 형성되어 침강되어 농축된 슬러지가 배출되는 제1 배출구와, 후단 부분에 형성되어 원심력으로 침강되지 못한 작은 고형물과 슬러지 농도가 낮은 깨끗한 액체가 배출되는 제2 배출구를 포함하는 스크류 드럼과; 상기 외통 드럼과 스크류 드럼 사이에서 후단에 형성되어 상기 제2 배출구로 배출되는 액체보다 슬러지 농도가 낮은 액체가 배출되는 탈리액 배출구; 및 상기 외통 드럼 전단에 형성되어 침강된 고형물이 탈수되어 배출되는 케익 토출구;를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 상기 내부 스크류 날개는 상기 외부 스크류 날개보다 작은 피치로 제작되고, 상기 외부 스크류 날개와 내부 스크류 날개는 서로 반대 방향으로 회전하는 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 상기 탈리액 배출구보다 전단에서 상기 스크류 드럼의 내부에 구비되어진 원통부 후단 내벽에 형성되고, 중심에 홀이 형성된 막힘판을 더 포함하는 것에 특징이 있다.
그리고 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기는 농축된 슬러지의 배출을 위하여 상기 제2 배출구에서 제1 배출구까지 상기 원통부 내부에 경사가 지도록 형성된 것에 특징이 있다.
또한, 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 상기 보울과 사이크론은 상기 스크류 드럼 외벽에서 볼트로 체결되어 조립된 것에 특징이 있다.
그리고 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 상기 스크류 날개는 마모 방지를 위하여 용사(thermal spraying) 가공되거나 타일 처리되고, 상기 스크류 드럼과 상기 내부 스크류 날개는 엔지니어링 플라스틱으로 일체형으로 형성되는 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면 종래 원심 탈수기의 1.5~2배의 용량을 처리할 수 있는 효과가 있다. 즉, 외통 드럼과 보울 사이를 원심 농축기로 활용함으로써, 처리하는 공간을 각각 분리하여 슬러지의 대부분을 차지하는 물을 빠르게 배출하여 용량을 증가시킬 수 있다.
그리고 원심 탈수기에서 원심 농축기의 기능을 용이하게 일괄 처리할 수 있는 효과가 있다. 즉, 원심 농축기와 원심 탈수기 각각의 기능을 하나의 원심 탈수기에서 일괄 처리할 수 있다.
또한, 원심 농축기와 원심 탈수기를 각각 사용할 경우, 사용되던 응집제가 하나의 원심 탈수기에만 적용되면 되므로, 응집제의 사용량이 현저하게 줄어드는 효과도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되나, 이는 예시적인 것이며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 원심 탈수기를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 농축기와 탈수기를 사용하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 내부를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 외부 및 내부 스크류 날개를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 슬러지 처리 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기를 나타낸 단면도이다. 그리고 도 4는 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 내부를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 외부 및 내부 스크류 날개를 나타낸 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 슬러지 처리 상태를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도5 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기(100)는 외통 드럼(10), 사이크론(cyclone; 20), 스크류 드럼(30), 탈리액 배출구(40), 케익 토출구(50)로 구성된다.
외통 드럼(10)은 경사부(11)와 원통부(13)로 구성된다. 외통 드럼(10)은 슬러지가 유입되는 전단으로부터 점점 내경이 넓어지는 경사부(11)와 원통형상을 이루는 원통부(13)로 구성된다. 외통 드럼(10)의 전단에는 피드 파이프(15)가 고정 설치되고, 피드 파이프(15)를 통해 슬러지가 유입된다.
사이크론(20)은 외통 드럼(10)의 경사부(11) 내에 구비된다. 슬러지는 사이크론(20)을 통과하면서 와류(渦流)가 생겨 원료 속에 함유되어 있는 크기나 밀도가 큰 입자, 즉 침강된 슬러지가 원심력에 의해서 선회하면서 원추벽에 모인다. 이러한 침강된 슬러지는 하기되는 제1 배출구(31)를 통해 배출된다. 그리고 슬러지 속의 대부분의 액체는 조건에 따라 크기나 밀도가 작은 입자를 수반하여 사이클론(20)의 중심부에 모여서 상승선회와류를 형성하고, 원통부(13)로 유입된다.
스크류 드럼(30)은 외통 드럼(10) 내부에서 사이크론(20) 후단에 구비된다. 스크류 드럼(30)은 외부 제1 배출구(31), 제2 배출구(32), 외부 스크류 날개(33), 내부 스크류 날개(34), 및 막힘판(35)을 포함한다.
제1 배출구(31)는 스크류 드럼(30)에서 경사부(11)와 원통부(13) 사이 부분에 형성된다. 제1 배출구(31)는 전술한 바와 같이, 침강된 슬러지가 배출된다. 즉, 슬러지가 유입되면 원심력에 의해 내부 스크류 날개(34) 부분에 침강되고, 내부 스크류 날개(34)의 회전에 의해 앞쪽으로 이동되며 농축되고, 제1 배출구(31)를 통해 일반적인 원심 탈수기와 동일한 형태로 배출되어, 외통 드럼(10)의 내벽에서 분리된다.
제2 배출구(32)는 스크류 드럼(30)의 후단 부분에 형성된다. 제2 배출구(32)로는 액체와의 밀도차가 작은 작은 고형물이 배출된다. 즉, 상대적으로 크기가 작고, 액체와의 밀도차가 작은 고형물은 내부 스크류 날개(34) 부분에 침강되지 못한 상태로 제2 배출구(32)를 통해 배출된다.
스크류 드럼(30)과 사이크론(20)은 볼트(미도시)로 체결되어 조립된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 스크류 드럼(30) 외벽에서 사이크론(20)이 볼트로 체결되어 조립된다. 이로 인해 외부 및 내부 스크류 날개(33, 34)의 마모를 수리할 경우 분리가 편리한 효과가 있다.
외부 스크류 날개(33)는 외통 드럼(10)과 스크류 드럼(30)의 사이에 형성되어 회전한다. 내부 스크류 날개(34)는 스크류 드럼(30)의 내벽에 형성되어 회전한다. 사이크론(20)에 의해 원심력을 얻은 슬러지는 스크류 드럼(30) 내부로 흘러 들어가게 되고, 내부 스크류 날개(34)를 통해 농축되어 외부 스크류 날개(33) 부분으로 흘러 들어간다. 외부 스크류 날개(33)와 내부 스크류 날개(34)는 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 반대 방향으로 회전한다. 여기서, 각 외부 및 내부 스크류 날개(33, 34)는 마모 방지를 위하여 용사(thermal spraying) 가공되거나 타일 처리되고, 스크류 드럼(30)과 일체형으로 형성된다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기(100)는 위에서 아래로 회전하는 방향이 되고, 탈수 슬러지는 외통 드럼(10) 내벽에, 농축 슬러지는 스크류 드럼(30) 내벽에 각각 붙어서 앞으로 이송되게 된다. 이 때, 탈수 슬러지는 외부 스크류 날개(33)와 외통 드럼(10)의 회전수 차이로 인하여 전진하게 되고, 반경이 상대적으로 작아서 원심력을 작게 받는 농축 슬러지는 원통부(13) 내벽에서 원통부(13)의 회전수에 따라가지 못하고 미끄러져 이송하게 된다. 여기서, 탈수 슬러지와 농축 슬러지는 점도, 즉 전단력이 영향을 미치게 된다.
막힘판(35)은 도 4에 도시된 바와 같이, 하기되는 탈리액 배출구(40)보다 전단에서 스크류 드럼(30)의 후단 내벽에 형성된다. 막힘판(35)은 중심에 홀이 형성된다. 막힘판(35)은 농도가 낮은 비교적 맑은 물이 통과되면서, 탈리액 배출구(40)를 통해 빠르게 배출된다.
탈리액 배출구(40)는 외통 드럼(10)과 스크류 드럼(30) 사이에서 후단에 형성되어 탈리액이 배출된다. 유입된 슬러지는 전술한 구성들을 거치면서, 밀도 차이에 의해 고형분과 액체로 분리되고, 상대적으로 가벼운 액체인 탈리액은 내부 스크류 날개(34)를 통해 압력이 낮은 탈리액 배출구(40)로 배출된다.
케익 토출구(50)는 외통 드럼(10)과 스크류 드럼(30) 사이에서 전단에 형성되어 침강된 고형물이 배출된다. 밀도 차이에 의해 분리된 고형분인 케익은 외부 스크류 날개(33)를 통해 케익 토출구(50)로 토출된다. 이러한 케익의 토출이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여, 제1 배출구(31)에서 케익 토출구(50)까지 경사가 지도록 형성된다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기(100)를 사용하여 처리량에 대하여 살펴본다. 도 7은 본 발명에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기의 슬러지 처리 상태를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기(100)의 회수 최대 용량을 40㎥/hr로 처리할 수 있도록 한다. 슬러지가 80㎥/hr가 유입되도록, 즉 스크류 드럼(30) 내부에서 40㎥/hr, 외통 드럼(10)에서 40㎥/hr가 각각 처리되도록 한다.
즉, 1% 농도의 80㎥/hr 유량의 슬러지가 유입되고, 40㎥/hr의 처리 용량은 스크류 드럼(30) 내부에서 농축기로서 2% 농축되어 일반 원심 탈수기와 같은 원리에 의해 제1 배출구(31)를 통해 외통 드럼(10) 내부로 배출되고, 나머지 40㎥/hr 유량의 슬러지는 탈리액 배출구(40)를 통해 바로 외통 드럼(10) 외부로 빠르게 배출된다.
한편, 종래 기술에 따른 탈수기는 처리 용량이 4% 농도의 20㎥/hr라면 슬러지 양은 약 800kg/hr이 되고, 농축기는 1% 농도의 40㎥/hr 유량을 처리할 수 있다. 이 고형물의 양은 시간당 400kg/hr의 양 밖에 되지 못하고, 탈수기가 배출할 수 있는 배출 용량은 여유가 있게 된다. 이는 농축기가 회수할 수 있는 외통 드럼의 크기의 한계 때문이다. 즉, 대부분의 농축기에 유입되는 99% 이상의 물이 외통 드럼 내부에서 고형물을 남기고 배출되는 용적 크기의 한계 때문인데, 이것은 탈수기의 용량이 회수 용량과 배출 용량에 차이가 있기 때문이다. 따라서, 800kg/hr의 고형물이 탈수기로 유입되기 위해서는 40㎥/hr의 농축기가 2 대가 필요하게 되고, 농축기 1 대로 처리하려고 한다면 80㎥/hr 처리 용량의 농축기가 필요하게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기는 전술한 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 중심 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 이는 본원발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
100; 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기
200; 탈수기
300; 농축기
350; 이송 수단
10, 210; 외통 드럼
11; 경사부
13; 원통부
15; 피드 파이프
20; 사이크론
30; 스크류 드럼
31;제1 배출구, 32;제2 배출구, 231; 배출구
33;외부 스크류 날개, 34;내부 스크류 날개, 233; 스크류 날개
35; 막힘판
40, 240; 탈리액 배출구
50, 250; 케익 토출구
230; 보울

Claims (6)

  1. 슬러지가 유입되는 전단으로부터 점점 내경이 넓어지는 경사부와 원통형상을 이루는 원통부로 구성되는 외통 드럼과;
    상기 경사부 내에 구비되는 사이크론과;
    상기 외통 드럼 내부에 구비되고, 상기 외통 드럼과의 사이에 형성되어 회전하면서 상기 유입되는 슬러지를 탈수시키는 외부 스크류 날개와, 내벽에 형성되어 회전하는 내부 스크류 날개와, 상기 경사부 끝과 원통부 사이 부분에 형성되어 침강되어 농축된 슬러지가 배출되는 제1 배출구와, 후단 부분에 형성되어 원심력으로 침강되지 못한 작은 고형물과 슬러지 농도가 낮은 깨끗한 액체가 배출되는 제2 배출구를 포함하는 스크류 드럼과;
    상기 외통 드럼과 스크류 드럼 사이에서 후단에 형성되어 상기 제2 배출구로 배출되는 액체보다 슬러지 농도가 낮은 액체가 배출되는 탈리액 배출구; 및
    상기 외통 드럼 전단에 형성되어 침강된 고형물이 탈수되어 배출되는 케익 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 내부 스크류 날개는 상기 외부 스크류 날개보다 작은 피치로 제작되고,
    상기 외부 스크류 날개와 내부 스크류 날개는 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 탈리액 배출구보다 전단에서 상기 스크류 드럼의 내부에 구비되어진 원통부 후단 내벽에 형성되고, 중심에 홀이 형성된 막힘판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기.
  4. 제1 항에 있어서,
    농축된 슬러지의 배출을 위하여 상기 제2 배출구에서 제1 배출구까지 상기 원통부 내부에 경사가 지도록 형성된 것을 특징으로 하는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스크류 드럼과 사이크론은 상기 스크류 드럼 외벽에서 볼트로 체결되어 조립된 것을 특징으로 하는 원심 농축 기능을 포함하는 원심 탈수기.
  6. 삭제
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