KR101389153B1 - 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐수슬러지를 건조하는 과정에 있어서, 슬러지를 슬라이스칩 형태로 압착 형성함과 아울러 다수의 건조실과 다단의 컨베이어를 이용하여 열풍 분사 건조시킴으로써 슬러지에 함유된 수분의 외부 증발력 및 외부로부터의 열 흡수력을 높여 저온에서도 신속하고 효율적으로 건조시킬 수 있음에 따라 건조효율이 향상되고 에너지 절약 및 운전비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법 {Device for manufacturing slice chips of sludge, apparatus for drying waste water sludge including the same and method thereof}

본 발명은 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐수슬러지를 건조하는 과정에 있어서, 슬러지를 슬라이스칩 형태로 압착 형성함과 아울러 다수의 건조실과 다단의 컨베이어를 이용하여 열풍 분사 건조시킴으로써 슬러지에 함유된 수분의 외부 증발력 및 외부로부터의 열 흡수력을 높여 저온에서도 신속하고 효율적으로 건조시킬 수 있음에 따라 건조효율이 향상되고 에너지 절약 및 운전비용을 대폭 절감할 수 있도록 하는 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 슬러지의 건조장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 폐수슬러지는 일상생활에서나 각종 산업공정에서 배출되는 폐수의 정화처리 과정에서 발생하는 잔류물로, 유기성과 무기성 물질이 혼합된 형태이고 함수율이 매우 높기 때문에 부패가 빠르게 진행되어 악취가 발생하고 처리과정에서 발생된 침출수는 또 다른 환경오염을 유발하게 된다.

폐수슬러지를 처리하는 방법으로는 슬러지의 종류에 따라 소각, 건조, 발효, 매립, 재활용 등의 다양한 방법이 사용되는데, 종래에는 법규에서 정한 특별한 오염물질이 함유되어 있지 않은 한 처리비용 등의 문제로 인하여 주로 매립이나 해양투기의 방법으로 처리되었으나 국제협약과 국내법 규제에 의해 2012년부터 전면 금지됨에 따라 그 대안이 제시되고 있다.

예컨대, 최근 폐수슬러지의 처리방법에 대한 연구에서는 발효에 의한 사료화나 퇴비화 등의 재활용이나 건조에 의한 연료화, 탄화처리 등의 재활용에 관한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 처리방법에서는 1차적으로 물리화학적 방법을 통하여 슬러지의 함수율을 낮추는 것이 기본이 되고 있다.

여기에서, 건조에 따른 폐수슬러지의 특성을 살펴보면, 대부분의 폐수슬러지는 필터프레스형 탈수기 등을 이용하여 고화 초기단계인 미립자 케이크 형태로 배출되는데, 이러한 슬러지 탈수 케이크는 함수율과 점성이 매우 높고 입자 표면이 난탈수성을 나타내고 있는 등 입자와 수분의 분리가 매우 어려운 물질과 구조로 되어 있다.

즉, 폐수슬러지는 처리과정에 따라 다소 차이가 있겠으나 통상 90% 이상의 함수율을 가지고 있고, 함수율이 40~60% 구간에서는 점성이 증가되어 덩어리로 뭉쳐지거나 건조장치 내부에 들러붙어 고체화가 되어가는 고착영역(Glue zone)이 되며, 함수율 10~30% 구간에서는 입자상태가 되는데, 참고도1에서와 같이 슬러지 내에 분포된 수분 중 자유수(Free water)나 표면부착수(Surface-bound water)는 기계적인 방법으로 제거될 수 있으나, 간극결합수(Interstitial water)와 내부수분은 열을 이용한 증발에 의해 제거해야만 한다.

[참고도1] 슬러지 내 분포 수분형상

종래에도 이와 같은 폐수슬러지 내의 수분을 분리하거나 건조하는 설비가 다양하게 개발되어 왔으나 건조효율이 떨어짐에 따라 많은 설비비와 유지비가 소요된다는 곤란함이 있었다.

특히, 폐수슬러지는 그 악취로 인하여 밀폐식 로터리킬른(Rotary kiln)을 이용하여 고온에서 건조하고 있는데, 이러한 로터리킬른은 고온 처리는 용이하나 제한된 용적에 피 건조물이 접촉될 수 있는 화상면적이 좁다는 단점과 슬러지가 점성으로 뭉쳐져 있어 열과 수분의 이동을 저해하므로 건조효율이 떨어지거나 2차 건조가 필요하다는 단점이 있었다.

다시 말해, 로터리킬른과 같은 종래의 건조장치에서는 고온 건조에 높은 점성으로 슬러지 덩어리가 만들어지게 되고, 이러한 슬러지 덩어리는 외부 열의 내부로의 전달이나 내부 수분의 표면으로의 이동이 쉽지 않아 건조효율이 떨어지며, 1차 건조 후 파쇄하여 2차 건조로 이어지는 등 공정이 추가되어 전체적인 설비구성이 증가할 뿐 아니라 열효율이 감소하여 에너지 소모가 크고 시설비가 많이 소요되며, 또한 설치장소나 인력증가로 인한 처리비용이 증대된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폐수슬러지를 건조하는 과정에 있어서 슬러지에 함유된 수분의 외부 증발력 및 외부로부터의 열 흡수력을 높여 저온에서도 효율적으로 건조시킬 수 있도록 함과 아울러 폐열을 열원으로 활용할 수 있어 에너지 절감효과를 도모할 수 있는 슬러지의 슬라이스칩 가공장치, 이를 포함하는 폐수슬러지의 건조장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 슬러지 슬라이스칩 가공장치는, 슬러지가 투입되는 투입구; 상기 투입구의 직하방에 설치되어 유입되는 슬러지를 파쇄하여 배출하는 파쇄기; 상기 파쇄기의 하부에 설치되어 파쇄된 슬러지를 수용하고 수용된 슬러지를 횡방향으로 이송시키면서 압착하도록 스크루가 포함된 압착기; 상기 파쇄기와 압착기에 각각 연결되어 이들을 작동시키도록 설치되고 인버터에 의해 제어되는 구동기; 및 상기 압착기의 말단에 부착되어 압착된 슬러지를 슬라이스칩 형태로 연속 배출하는 칩 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 압착기는 파쇄된 슬러지가 이동하면서 압착되는 동안 예열이 되도록 그 외벽에 전기히터가 구비되고, 상기 칩 노즐은 원통 구조로 형성되고 압착된 슬러지가 노즐 구멍에 걸리지 않도록 그 내부에 분쇄기가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 칩 노즐에서 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지가 분산 적재되도록 상기 칩 노즐 하부에 연결 설치되되 소정 각도 경사진 미끄럼틀 형상의 경사대로 이루어지고 좌우로 움직이도록 구성된 칩 확산기를 더 포함함을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명에 따른 슬라이스칩 가공장치를 포함하는 슬러지의 건조장치는, 직렬로 다수 형성되어 상기 슬라이스칩 가공장치로부터 공급받은 슬라이스칩을 건조하는 열풍건조실; 상기 열풍건조실 하부에 다단으로 배열되고 상기 슬라이스칩을 횡방향으로 이송하도록 전동부가 구비된 컨베이어; 상기 열풍건조실의 상하부에 길이방향으로 연장 형성되어 상기 열풍건조실 내부에 열풍을 공급하는 열풍덕트; 상기 열풍덕트로 열풍을 공급하도록 구성된 열발생기; 및 상기 열풍덕트에 연결되어 슬라이스칩의 상하면에 열풍을 분사하는 분사노즐로 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 컨베이어는 다단의 컨베이어 중 상단에 위치하고 상기 분사노즐에 의해 상하방향에서 분사되는 열풍에 의해 슬라이스칩이 가열되면서 수분증발을 촉진시키도록 구성된 다단의 네트형 컨베이어; 및 다단의 컨베이어 중 최하단에 위치하고 상기 네트형 컨베이어에서 낙하하는 슬라이스칩이 장시간 체류되면서 잔류 수분이 서서히 증발되도록 구성된 벨트형 컨베이어를 포함한다.

상기 열발생기에는 공기를 순환시켜 상기 열풍덕트에 열풍을 공급하도록 송풍기를 인접 설치함과 아울러 이러한 열발생기는 가스버너와 가스연소실로 구성된 히터 또는 바이패스용 배관에 의해 연결된 보일러나 산업용 건조장치로부터 배출되는 폐열을 회수하여 열풍을 발생시키는 에어덕트 중에서 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 슬러지의 슬라이스칩 가공 및 이를 포함하는 폐수슬러지의 건조방법은, 슬러지를 투입하는 단계; 상기 투입된 슬러지를 파쇄기로 파쇄하여 슬러지 파쇄물을 얻는 단계; 상기 슬러지 파쇄물을 스크루형 압착기에 의해 횡방향으로 이송하면서 압착하여 슬러지 압착물을 얻는 단계; 상기 슬러지 압착물을 밀어 칩 노즐을 통해 슬라이스칩 형태의 슬러지로 배출하는 단계; 상기 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지를 컨베이어에 의해 열풍건조실로 이송하는 단계; 및 상기 슬라이스칩 형태의 슬러지를 상하 배열된 다단의 컨베이어를 따라 횡방향으로 이송하면서 다수의 열풍건조실 내에서 상하방향으로 열풍을 분사하여 건조시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 폐수슬러지를 건조하기에 앞서 얇고 납작한 슬라이스칩 형태로 압축 형성함으로써 슬러지의 표면적이 넓어져 건조과정에서 내부 수분이 표면으로 빠르게 이동 확산됨과 아울러 외부 열의 흡수력이 빨라짐에 따라 저온에서 신속하게 건조가 가능할 뿐 아니라 대량의 슬러지를 연속적으로 처리할 수 있다는 장점을 가진 것이다.

또한, 종래의 고온건조장치에서와는 달리 점성으로 인해 슬러지가 뭉쳐져 덩어리가 생기는 일이 발생하지 않으므로 슬러지의 건조속도가 향상되고, 다수의 열풍건조실 및 다단의 컨베이어를 통해 건조에 필요한 체류시간을 확보함에 따라 지속적인 수분증발이 가능하여 건조효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 가스버너와 같은 히터 외에도 보일러, 산업용 건조장치에 바이패스용 배관을 본 발명의 건조장치에 연결 설치하여 그로부터 배출되는 저온의 폐열을 열원으로 활용할 수 있으므로 에너지 절감에 매우 효과적인 것이다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조장치의 전체공정을 개략적으로 나타낸 도면
도2는 본 발명에 따른 슬라이스칩 가공장치의 개략적인 사시도
도3은 도2의 측면도
도4는 본 발명에 따른 칩 노즐을 도시한 정면도
도5는 도4의 칩 노즐을 통해 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지를 나타낸 사진
도6은 본 발명에 따른 칩 확산기를 도시한 작동 상태도
도7은 본 발명에 따른 컨베이어 위에서 칩 확산기가 작동되는 상태를 개략적으로 나타낸 평면도
도8은 본 발명에 따른 슬러지의 건조장치를 개략적으로 나타낸 정면도
도9는 본 발명에 따른 컨베이어 및 전동부의 연결상태를 나타낸 부분 사시도
도10은 본 발명에 따른 슬러지의 건조장치를 개략적으로 나타낸 단면도
도11은 본 발명에 따른 덕트관 및 분사노즐의 부분 사시도
도12a 및 도12b는 분사노즐의 단면도
도13은 본 발명의 슬러지 건조방법을 순서대로 나타낸 공정도

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 폐수슬러지는 필터프레스(필터프레스형 탈수기)를 이용하여 함수율을 70% 정도까지 탈수한 후에 사용한다.

도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조장치의 전체적인 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도2 및 도3은 도1 중에서 슬러지의 슬라이스칩 가공장치를 도시한 사시도 및 측면도이다.

또한, 전체 도면에 있어서 도면 부호 s는 슬라이스칩 형태로 형성되기 전의 슬러지, c는 슬라이스칩 형태로 형성된 후의 슬러지로 크게 구분하여 나타낸다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 슬러지의 슬라이스칩 가공장치(A)는 투입구(10), 파쇄기(20), 압착기(30), 구동기(40) 및 칩 노즐(50)을 포함하되, 이들 구성요소는 지지프레임(1)에 설치되는 형태로 이루어지며, 이러한 지지프레임은 지면으로부터 일정 높이에 설치되는 틀로 이루어진 구조물이다.

투입구(10)는 필터프레스에서 생성된 대량의 슬러지 케이크가 투입되도록 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지는 형태의 경사면을 가진 호퍼(Hopper)형으로 형성됨이 바람직하다.

파쇄기(20)는 상기 투입구의 직하방에 설치되어 투입구를 통해 유입된 슬러지(s)를 일정한 크기로 파쇄하는 것으로, 상기 파쇄기는 서로 맞물린 한 쌍의 기어식 롤(미도시)이 후술하는 구동기에 체인과 스프라켓 등으로 연결된 상태로 동력을 전달받아 작동되며, 이러한 파쇄기를 구성하는 요소는 기어식 롤 등에 한정되는 것은 아니고 다양한 형태로 변경이 가능하다.

압착기(30)는 상기 파쇄기의 하부에 설치되어 파쇄기로부터 유입된 파쇄된 슬러지를 수용 압착하는 것으로, 상기 압착기는 스크루(Screw) 형태로 이루어져 상기 파쇄된 슬러지가 회전 작동하는 스크루를 따라 통과하여 길이방향으로 이송되면서 압착되는 것이다.

상기 압착기(30)의 외벽에는 전기히터와 같은 예열기(31)가 설치되어 상기 파쇄된 슬러지가 압착기의 스크루를 따라 이동되는 동안 압착과 동시에 예열이 되도록 하며, 이러한 예열기는 후술하는 인버터에 의해 일정한 온도로 제어되어 건조시간을 단축할 수 있다.

이와 같이, 상기 압착기(30)에 의해 슬러지(s)를 압착하는 과정에서 상기 예열기(31)를 온도 60℃까지 작동시켜 슬러지를 예열함에 따라 본 발명의 슬러지 건조장치(D)에서 열풍을 분사하여 슬라이스칩 형태의 슬러지(c)를 건조하는 과정에서 온도 상승시간을 단축함과 아울러 수분 증발을 촉진하게 되는 것이다.

이러한 압착기(30)는 파쇄기(20)와 마찬가지로 구동기에 의해 구동력을 얻되, 상기 파쇄기에 연결된 것과는 다른 체인과 스프라켓 등에 의해 구동기에 연결된 상태로 구동력을 전달받아 작동되거나 또는 별도의 구동기가 마련되어 작동되도록 구성할 수도 있다.

상기 구동기(40)는 구동모터와 감속기(라인파워 감속기)로 이루어지고 인버터(41)에 의해 제어되도록 구성된다.

이에 따라 상기 압착기(30)가 인버터에 의해 속도가 조절되고 슬러지의 정량 공급이 이루어질 수 있게 되며, 이때, 상기 압착기에서 후술하는 칩 노즐을 통하여 슬라이스칩을 만드는 능력은 상기 압착기의 스크루 회전수에 비례하여 인버터 구동에 의해 자유롭게 정량 공급이 가능하게 된다.

칩 노즐(50)은 상기 압착기의 말단(도2에서는 좌측 전방에 위치)에 일정 길이 돌출되도록 부착되어 상기 압착된 슬러지를 얇고 납작한 슬라이스칩 형태로 배출하는 것으로, 이러한 칩 노즐에는 도4와 같이 원주방향으로 다수의 노즐 구멍(50a)이 라운드 형상으로 형성되어 있다.

또한, 칩 노즐(50) 내부에는 분쇄기(51)가 구비되어 일부 압착된 슬러지의 모서리 부분이 말라서 노즐 구멍(50a)을 막는 것을 방지하고 연속적으로 배출되도록 이루어지는데, 즉, 도2에서도 나타난 바와 같이, 상기 칩 노즐(50)은 기다란 원통 구조로 형성되고 원통 내부에는 구동모터에 의해 회전하는 분쇄기가 설치되어 모서리 부분이 마른 슬러지를 분쇄시킴에 따라 칩 노즐의 노즐 구멍(50a)을 막는 일 없이 도5에서와 같은 슬라이스칩(Slice Chip) 형태의 슬러지를 연속적으로 배출하게 된다.

이때, 상기 칩 노즐의 노즐 구멍(50a)의 크기는 특별히 한정되지는 않으나 대략적으로 두께 2㎜, 폭 20㎜ 정도이고, 노즐 구멍의 개수는 12~16개 정도로 형성함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

아울러, 본 발명의 슬라이스칩 가공장치에는 칩 확산기(60)가 포함되는데, 이러한 칩 확산기는 도6 및 도7에 도시된 바와 같이 상기 칩 노즐(50) 하부 측에 소정 각도로 경사진 미끄럼틀 형상으로 이루어지되, 회전축(61)에 의해 소정 각도, 바람직하게는 좌우로 45도 정도로 회전 작동되도록 구성되어 상기 칩 노즐에서 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지(c)가 칩 확산기를 따라 본 발명의 건조장치로 연결되는 컨베이어 위로 분산되면서 일정한 두께 또는 일정한 중량으로 적재되도록 한다.

상기와 같이, 본 발명의 슬라이스 가공장치(A)에 의해 함수율 70%의 슬러지를 파쇄 후 스크루 압착하여 칩 노즐을 통해 배출시키면서 슬라이스칩 형태로 형성하는바, 이러한 슬라이스칩 형태의 슬러지(c)는 형태 안정성이 좋고 기공이 많이 형성된데다가 상기 슬러지 슬라이스칩의 단면이 원호 형상으로 이루어져 있어 칩 확산기를 통해 본 발명의 슬러지 건조장치(D)의 컨베이어에 낙하 시 자유롭게 적재시키더라도 슬라이스칩 사이에 적절한 공간이 유지됨은 물론이고 열풍이 슬라이스칩 표면에 골고루 미치고 수분증발이 자유롭게 이루어져 건조효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이어서, 상기와 같은 구성을 가진 슬러지의 슬라이스칩 가공장치(A)를 포함하는 슬러지의 건조장치(D)에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 슬러지의 건조장치(D)는 다수의 열풍건조실과 다단의 컨베이어로 구성되어 슬러지 슬라이스칩의 건조에 필요한 충분한 체류시간을 확보하게 되고, 상기 슬라이스칩 가공장치에 의해 형성된 슬라이스칩 형태의 슬러지(이하 슬라이스칩이라 통칭함)는 컨베이어 위에 적재된 후 열풍건조실 내부로 이송되고, 열풍건조실 내에서 상하로 강력한 열풍이 분사되어 슬라이스칩 표면의 수분이 증발됨과 아울러 내부의 수분도 지속적으로 증발되면서 건조되도록 한다.

또한 상기 슬라이스칩 가공장치(A)의 칩 확산기(60)로부터 보내지는 슬라이스칩(c)은 상기 다단의 컨베이어 중 최상층에 위치하는 1단 컨베이어에 분산 적재되는 것이다.

이에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폐수슬러지의 건조장치(D)는, 도1 및 도8에 도시된 바와 같이, 열풍건조실(100), 컨베이어(200), 열풍덕트(300), 열발생기(400), 송풍기(500) 및 분사노즐(600)을 포함하되, 이들 구성요소는 박스형으로 된 하우징(2)에 설치되는 형태로 이루어진다.

열풍건조실(100)은 하우징 내부에 다수 형성되어 상기 슬라이스칩 가공장치(A)로부터 공급받은 슬라이스칩(c)을 건조하는 것으로, 이러한 열풍건조실은 공간부로 형성되고 건조 처리해야 할 슬라이스칩의 양에 따라 직렬로 다수 연결하여 형성할 수 있고, 그 입구와 출구 양단에는 후술하는 컨베이어 전동부가 연결 설치된다.

상기 열풍건조실의 내부(100)는 다수의 덕트관에 의해 다수의 챔버가 형성되는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

컨베이어(200)는 상기 열풍건조실 하부에 다단으로 배열되되 도1에 도시된 바와 같이 상하 지그재그 형태로 배열되고 컨베이어 전동부에 의해 작동되어 슬라이스칩(c)을 이송하면서 건조시키도록 구성된 것으로, 상기 컨베이어에 적재된 슬라이스칩은 길이방향(횡방향)으로 이동하면서 후술하는 분사노즐에서 분사되는 열풍에 의해 건조되고, 이때, 상층 컨베이어의 끝에서 그 하층 컨베이어로 낙하시 슬라이스칩이 회전 운동을 하면서 낙하하게 되어 슬라이스칩의 상하 위치가 바뀐 상태로 다시 건조가 진행된다.

상기 다단의 컨베이어는 4~5단으로 구성됨이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니고, 건조 처리해야 할 슬라이스칩의 양이나 건조상태에 따라 단수를 조절하여 변경 사용할 수 있다.

또한 상기 컨베이어(200)는 5단(4단)으로 구성 시 상층 1~4단(1~3단)은 컨베이어네트(네트형 컨베이어)로 구성되어 상하방향에서 분사되는 열풍에 의해 슬라이스칩이 가열되면서 수분증발이 촉진되도록 하는 드라이존(Dry Zone)으로 하고, 최하층 5단(4단)은 컨베이어벨트(벨트형 컨베이어)로 구성되어 상기 컨베이어네트에서 낙하하는 슬라이스칩이 장시간 체류되면서 잔류 수분이 서서히 증발되도록 하는 오븐존(Oven Zone)으로 함이 바람직하다.

이에 따라 상기 슬라이스칩(c)은 컨베이어네트(200a)에 위치할 경우에는 상하방향에서 불어오는 열풍이 네트(망)를 통과하면서 슬라이스칩의 상하 표면을 건조시키게 되고, 마지막 단인 최하층 컨베이어벨트(200b)에 위치할 경우에는 열풍건조실 내부의 열에 의해 잔류 수분이 서서히 증발됨과 아울러 컨베이어네트와는 달리 건조된 슬러지 입자가 하부로 흘러내리지 않고 제 자리에 머무를 수 있게 된다.

상기 각각의 컨베이어(200)는 속도를 일괄적으로 조절할 수도 있으나 개별적으로도 속도 조절이 가능하도록 구성되어 피 건조물인 슬라이스칩의 상태에 따라 체류시간을 다르게 할 수 있는데, 즉, 컨베이어(200)에 적재되는 슬라이스칩이 건조되는 과정에서 중량과 체적이 감소하면 컨베이어의 속도를 조정하도록 제어부가 구비되어 슬라이스칩의 상태에 따른 적정한 체류가 가능하도록 한다.

이러한 컨베이어네트는 메쉬벨트(Mesh-blet) 타입이고 컨베이어벨트와 함께 내열성 소재로 되어 있으며 컨베이어 전동부에 의해 작동된다.

컨베이어 전동부(301)는 도9에 도시된 바와 같이 레일과 체인 및 스프로킷을 포함하는데, 즉, 컨베이어 양단의 레일(301a)에 컨베이어 체인(301b)이 설치되고, 상기 컨베이어 체인은 스프로킷(301c)에 의해 구동되도록 이루어지며, 상기 양단의 컨베이어 체인에는 일정한 피치마다 가이드바(301d)가 설치되어 네트나 벨트의 쳐짐을 방지하도록 되어 있다.

열풍덕트(300)는 상기 열풍건조실 내부에 열풍을 공급하는 것으로 덕트챔버(300a)와 덕트관(300b)을 포함하는데, 도1 및 도10에 도시된 바와 같이, 상기 덕트챔버(300a)는 상기 하우징의 측벽에 설치되어 후술하는 열발생기로부터 유입된 열풍을 공급받게 되고, 상기 덕트관(300b)은 상기 덕트챔버에 연결되되 상기 열풍건조실 및 컨베이어의 길이에 따라 다수 배치되어 열풍건조실을 다수의 챔버로 나눈 상태로 상기 덕트챔버로부터 공급받은 열풍을 열풍건조실의 각 챔버로 공급하게 된다.

열발생기(400)는 상기 열풍덕트의 하부 측에 설치되어 열풍을 발생시키는 것으로, 가스버너(401a)와 가스연소실(401b)로 구성되어 공기를 직접 가열함으로써 열풍을 발생시키는 히터(401) 또는 본 발명의 건조장치에 바이패스용 배관으로 연결된 보일러나 산업용 건조장치로부터 배출되는 저온의 폐열을 회수하여 열풍을 발생시키는 에어덕트(미도시) 중에서 선택적으로 사용할 수 있다.

송풍기(500)는 상기 열발생기에 인접 설치되는 다수의 순환팬으로 상기 열발생기에서 발생되는 열풍을 순환시켜 열풍덕트를 통해 열풍건조실의 각 챔버 측으로 공급되도록 구성되며, 이러한 송풍기는 슬러지의 양에 따라 개별적으로 제어가 가능하여 상기 열풍덕트에 공급하는 열풍의 온도를 각각 다르게 설정할 수 있도록 되어 있다.

분사노즐(600)은 도11에 도시된 바와 같이 덕트관(300b)에 형성되어 컨베이어에 적재된 슬라이스칩(s)에 직접 열풍을 분사하여 건조시키는 것으로, 상기 히터의 가스버너에 의해 가열되거나 재활용 열원에 의해 공급된 열풍이 열풍건조실 내에 배치된 각각의 덕트관으로 보내진 후 분사노즐을 통해 분사되도록 이루어진다.

이러한 분사노즐(600)은 최상층 컨베이어에 배치된 경우에는 덕트관의 하부에만 형성되고(도12a), 나머지 컨베이어에 배치된 경우에는 덕트관의 상하부에 모두 형성되도록 하며(도12b), 이러한 분사노즐은 덕트관의 상하부에 각각 2개씩 형성됨이 바람직하다.

이러한 분사노즐(600)에는 센서부 및 온도조절기(미도시)가 구비되어 본 발명의 건조장치가 일정 온도 이상으로 올라가면 이를 감지하여 자동으로 온도조절이 되도록 구성된다.

아울러, 하우징(2)의 상부 일측에는 배기부가 구비되어 상기 열풍건조실 내에서 증발된 수분을 외부로 배출하도록 하고, 하부 일측에는 배출부(O)가 구비되어 본 발명의 건조장치에 의해 건조된 함수율 5% 정도의 슬러지가 외부로 배출되도록 한다.

또한 본원발명에 따른 건조장치(D)가 일정한 온도 이상으로 과열되면 증기를 분사하여 소화하도록 소화장치가 별도로 구비되어 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 슬러지의 슬라이스칩 가공 및 이를 포함하는 폐수슬러지의 건조방법에 대하여 설명한다.

[1] 슬러지 투입

우선, 생활폐수나 산업폐수에서 발생된 폐수슬러지의 함수율을 최대한 줄이기 위하여 필터프레스(미도시)를 가동하여 탈수를 하는데, 이러한 필터프레스로 압착 탈수하여 배출되는 고형 케이크 형태의 슬러지의 함수율은 대략 70% 정도에 이르게 되며, 이러한 슬러지(s)를 본 발명에 따른 슬러지의 슬라이스칩 가공장치(A)의 투입구(10)에 투입한다.

[2] 파쇄

상기 투입구를 통해 유입된 슬러지는 파쇄기(20)에 공급되어 일정한 크기로 파쇄됨에 따라 슬러지 파쇄물이 얻어진다.

[3] 압착 및 예열

상기 슬러지 파쇄물은 구동기(40)에 의해 회전 작동하는 압착기(30)로 유입되어 스크루를 따라 길이방향(횡방향)으로 이송되면서 압착됨에 따라 슬러지 압착물이 얻어진다. 이때, 상기 스크루는 인버터(41)에 의해 회전속도를 조절하여 슬러지의 공급을 조절하며, 또한 상기 슬러지는 스크루를 따라 이동하면서 압착되는 동안 압착기에 구비된 예열기(31)에 의해 예열이 된다.

[4] 슬라이스칩 가공 형성

상기 슬러지 압착물은 압착기 말단으로 밀리면서 칩 노즐(50)을 통해 슬라이스칩 형태로 배출되는데, 이때 상기 칩 노즐의 노즐 구멍(50a)이 막히지 않도록 칩 노즐 내의 분쇄기(51)로 슬러지를 분쇄하면서 연속적으로 배출시킨다. 이에 따라 두께 2㎜, 폭 20㎜ 전후의 슬라이스칩이 12~16개씩 연속으로 배출된다.

상기 칩 노즐을 통해 배출 형성된 슬라이스칩(c)은 표면적이 2~20배 정도 증가하여 후공정인 건조공정에서 열과 수분의 전이가 용이해진다.

[5] 슬라이스칩 확산 이송

상기 배출된 슬라이스칩(슬라이스칩 형태의 슬러지)은 좌우로 회전 작동되는 칩 확산기(60)를 통해 다단의 컨베이어 중 최상층의 컨베이어(200) 위에 분산 적재되고, 이때 컨베이어의 속도를 일정하게 조절 및 슬라이스칩을 정량을 공급하도록 조절하여 상기 컨베이어 위에 슬라이스칩이 일정한 두께, 일정한 양으로 분산 적재되도록 한다.

또한, 상기와 같은 슬라이스칩(c)은 적절하게 압착되고 기공이 많이 포함되어 있으며 형태 안정성이 좋아 컨베이어에 낙하 시 슬라이스칩 사이에 적절한 공간이 유지됨과 아울러 후공정의 건조과정에서 열풍이 골고루 미쳐 수분증발이 잘 일어나게 된다.

[6] 공기 가열 및 열풍 생성

상기 슬라이스칩을 본 발명에 따른 건조장치(D)의 열풍건조실로 이송하기에 앞서, 히터와 같은 열발생기(400)를 가동하여 열풍을 생성하고, 열발생기에 의해 생성된 열풍은 각 송풍기(500)에 의해 열풍덕트(300)로 유입된다.

[7] 열풍 분사 및 건조

상기 컨베이어에 적재된 슬라이스칩(c)은 열풍건조실(100) 내로 이송되면서 열풍에 의해 건조되는데, 이러한 열풍은 상기 열풍덕트의 각 덕트관(300b)을 통해 분사노즐(600)을 통해 슬라이스칩의 표면에 직접 분사되면서 건조시키게 된다.

예컨대, 4단으로 구성된 컨베이어를 사용 시, 상기 슬라이스칩은 1단의 컨베이어네트(200a)에 적재된 상태에서 이송되면서 상하방향에서 분사되는 열풍에 의해 가열되어 수분이 증발되고, 상기 1단의 컨베이어네트의 끝에서 2단의 컨베이어네트로 낙하 시 회전되면서 상하 위치가 바뀐 상태로 적재되고 길이방향으로 이송되면서 열풍에 의해 수분의 증발이 일어나며, 다시 3단의 컨베이어네트로 낙하 시 다시 회전되어 상하 위치가 바뀐 상태로 적재되어 이송되면서 열풍에 의해 수분이 증발된다.

이후 상기 슬라이스칩은 4단의 컨베이어벨트(200b)로 낙하되어 적재된 상태로 장시간 체류하면서 잔류 수분이 서서히 증발되고, 여기에서 발생된 증기와 건조된 슬러지는 각각 배기부와 배출부(O)를 통해 외부로 배출되어진다.

이때, 상기 슬라이스칩은 얇은 두께로 인해 내부와 외부의 경계가 희박하고 넓은 표면적으로 인해 열의 흡수력이 향상되어 열과 수분의 이동성이 좋을 뿐 아니라 온도상승이 빠르고 이에 따라 수분의 증발도 빠르며 비교적 저온의 열풍에서도 건조가 가능하다.

또한, 슬라이스칩은 건조로 인하여 수분이 20~30%에 이르면 체적이 50% 이하로 수축되고, 입자상태가 되는 과정으로 파쇄되어 별도의 파쇄공정이 불필요함을 알 수 있다.

이와 같이 슬라이스칩은 입자 내 분포된 간극결합수와 내부수분의 방출이 잘 이루어지고, 슬라이스칩의 넓은 양면에서의 수분증발로 내부의 수분이 표면으로 빠르게 이동 확산되어 저온 건조가 가능하기 때문에 고온 건조에서와 같이 점성으로 인한 슬러지 덩어리가 발생하지 않아 지속적인 증발이 가능하게 된다.

10 : 투입구 20 : 파쇄기
30 : 압착기 31 : 예열기
40 : 구동기 41 : 인버터
50 : 칩 노즐 50a: 노즐 구멍
51 : 분쇄기 60 : 칩 확산기
100 : 열풍건조실 200 : 컨베이어
200a : 컨베이어네트 200b : 컨베이어벨트
301 : 전동부 300 : 열풍덕트
300a : 덕트챔버 300b : 덕트관
400 : 열발생기 401 : 히터
500 : 송풍기 600 : 분사노즐
O : 배출부 s : 슬러지
c : 슬라이스칩 A : 슬러지의 슬라이스칩 가공장치
D : 폐수슬러지의 건조장치

Claims (11)

1. 슬러지 케이크가 투입되는 투입구(10);
   상기 투입구의 직하방에 설치되어 유입된 슬러지 케이크를 파쇄하여 배출하는 파쇄기(20);
   상기 파쇄기의 하부에 설치되고, 상기 파쇄된 슬러지 케이크를 수용하여 횡방향으로 이송하면서 압착하는 스크루 및 상기 슬러지 케이크가 압착되는 동안 예열이 되도록 그 외벽에 설치된 예열기(31)를 구비하는 압착기(30);
   상기 파쇄기와 압착기에 연결되어 구동력을 제공하고 인버터에 의해 제어되는 구동기(40); 및
   상기 압착기의 말단에 부착되고, 상기 압착된 슬러지 케이크를 슬라이스칩 형태로 연속 배출하도록 라운드 형상이고 원주방향을 따라 다수 형성된 노즐구멍(50a)과, 슬러지 케이크가 상기 노즐구멍에 걸리지 않도록 이루어진 분쇄기(51)를 구비하는 원통형의 칩 노즐(50);을 포함함을 특징으로 하는 슬러지의 슬라이스칩 가공장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 칩 노즐(50)에서 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지(c)가 분산 적재되도록 상기 칩 노즐 하부에 경사지게 연결 설치됨과 아울러 좌우로 회전 작동되는 칩 확산기(60);를 더 포함함을 특징으로 하는 슬러지의 슬라이스칩 가공장치.
5. 제1항 또는 제4항의 슬라이스칩 가공장치를 포함하는 슬러지의 건조장치에 있어서,
   직렬로 다수 형성되어 상기 슬라이스칩 가공장치로부터 공급받은 슬라이스칩을 건조하는 열풍건조실;
   상기 열풍건조실 하부에 다단으로 배열되고 상기 슬라이스칩을 횡방향으로 이송하도록 전동부가 구비된 컨베이어;
   상기 열풍건조실 내에 다수 배치되어 그 내부로 열풍을 공급하는 열풍덕트;
   상기 열풍덕트로 열풍을 공급하도록 구성된 열발생기; 및
   상기 열풍덕트에 형성되어 슬라이스칩의 상하면에 직접 열풍을 분사하는 분사노즐로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지의 건조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 컨베이어는 다단의 컨베이어 중 상단에 위치하고 상기 분사노즐에 의해 상하방향에서 분사되는 열풍에 의해 슬라이스칩이 가열되면서 수분증발을 촉진시키도록 구성된 다단의 네트형 컨베이어; 및
   다단의 컨베이어 중 최하단에 위치하고 상기 네트형 컨베이어에서 낙하하는 슬라이스칩이 장시간 체류되면서 잔류 수분이 서서히 증발되도록 구성된 벨트형 컨베이어를 포함함을 특징으로 하는 슬러지의 건조장치.
7. 제5항에 있어서,
   상기 열발생기에는 공기를 순환시켜 상기 열풍덕트에 열풍을 공급하도록 다수의 송풍기를 인접 설치함을 특징으로 하는 슬러지의 건조장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 열발생기는 가스버너와 가스연소실로 구성된 히터 또는 바이패스용 배관에 의해 연결된 보일러나 산업용 건조장치로부터 배출되는 폐열을 회수하여 열풍을 발생시키는 에어덕트 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 슬러지의 건조장치.
9. 슬러지를 투입하는 단계;
   상기 투입된 슬러지를 파쇄기로 파쇄하여 슬러지 파쇄물을 얻는 단계;
   상기 슬러지 파쇄물을 스크루형 압착기에 의해 횡방향으로 이송하면서 압착하여 슬러지 압착물을 얻는 단계;
   상기 슬러지 압착물을 밀어 칩 노즐을 통해 슬라이스칩 형태의 슬러지로 배출하는 단계;
   상기 배출된 슬라이스칩 형태의 슬러지를 컨베이어에 의해 열풍건조실로 이송하는 단계; 및
   상기 슬라이스칩 형태의 슬러지를 상하 배열된 다단의 컨베이어를 따라 횡방향으로 이송하면서 다수의 열풍건조실 내에서 상하방향으로 열풍을 분사하여 건조시키는 것을 특징으로 하는 슬러지의 건조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 슬러지 파쇄물을 횡방향으로 이송하면서 압착하는 과정에서 상기 슬러지 파쇄물을 예열하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 건조방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 슬러지 압착물을 칩 노즐로 배출하는 과정에서 일부 건조된 슬러지 압착물을 분쇄하여 원활하게 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 슬러지의 건조방법.
    
    

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