KR101486477B1 - 흡수식 현탁액 농축장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡수식 현탁액 농축장치에 관한 것으로, 현탁액으로 회전드럼이 부분 수장되면, 회전하는 회전드럼의 내주면에 결합된 흡수부재가 현탁액의 수분을 흡수하고, 흡수된 수분은 압착롤의 가압에 의해 탈수시켜 분리배출시킴으로써, 결과적으로 저장용기에 담긴 미세조류 현탁액은 함수율이 낮은 농축액 상태로 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

흡수식 현탁액 농축장치{Absorption device for suspension concentration}
본 발명은 흡수식 현탁액 농축장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세조류입자 현탁액으로 회전드럼이 부분 수장되면, 회전하는 회전드럼의 내주면에 결합된 흡수부재가 현탁액의 수분을 흡수하고, 흡수된 수분은 압착롤의 가압에 의해 탈수시켜 분리배출시킴으로써, 결과적으로 저장용기에 담긴 미세조류 현탁액은 함수율이 낮은 농축액 상태로 유지될 수 있도록 한 흡수식 현탁액 농축장치에 관한 것이다.
일반적으로 탈수는 피탈수물에서 수분을 제거하는 것을 주목적으로 하는 과정을 의미하며 탈수의 대상은 채취된 광물에서부터 하수슬러지, 미세조류, 목재펄프 등 다양하게 존재한다. 특히, 미세조류의 탈수는 최근 바이오에너지에 대한 관심이 커짐에 따라 중요해지고 있다.
미세조류입자는 해양이나 민물에서 광합성을 통해 성장하는 조류의 일종으로 크기는 대략 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 이른다.
마이크로 단위의 미세조류입자가 포함된 해수나 민물은 희박한 현탁액과 같고 초기 함수율은 약 99.99 wt%이다. 그러므로 기존 탈수장치를 이용할 경우 탈수를 위한 막대한 에너지비용을 지불해야 한다.
따라서 함수율이 높은 미세조류입자가 포함된 현탁액을 일정한 함수율로 낮출 경우 본 탈수과정에서 보다 적은 에너지와 저렴한 에너지비용이 소요되는 것이 선행되어야 한다.
통상 탈수에 쓰이는 장치는 원심식, 벨트프레스식, 진공여과식, 가압여과식 등이 있으며 이들 탈수장치는 대부분 하수슬러지나 광물의 탈수에 사용되고 있다. 하수슬러지나 광물의 탈수에 쓰이는 장치는 주로 물과 비교하여 비중이 크거나 입자의 크기가 큰 고체입자의 여과 및 탈수에 적합하다.
특히 비중이 큰 고체입자의 여과장치로는 "슬러리 및 자원 재활용 여과장치(등록번호: 제10-1181893호)"가 있다.
이러한 종래의 장치는 오폐수의 입자상 물질을 제거하기 위한 장치로써, 드럼필터를 여과수에 수장시켜 내부로 여과처리된 처리수가 유입되도록 하고, 드럼필터의 표면에 붙은 이물질은 압착롤러를 통해 물기를 제거한 후, 스크레이퍼로 물기가 제거된 이물질을 분리하도록 구성된다.
하지만 이러한 종래의 장치는 하기와 같은 문제점이 있다.
첫째: 입자가 큰 슬러리의 고액을 분리할 때는 적합하지만 마이크로 단위의 미세조류입자를 획득하기 위한 장치로 사용할 경우에는 일반적인 필터로 필터링하기 어렵다.
둘째: 드림필터의 공극이 매우 커 수분과 함께 마이크로입자상의 이물질도 드럼필터의 내부로 유입되는 문제점이 발생된다.
셋째: 장치가 복잡하여 시설비 및 운용비가 많이 드는 문제점이 발생된다.
넷째: 드럼필터의 표면을 스크레이퍼로 분리하기 때문에 스크레이퍼로 인한 필터의 손상을 초래하는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 현탁액으로 회전드럼이 부분 수장되면, 회전하는 회전드럼의 내주면에 결합된 흡수부재가 현탁액의 수분을 흡수하고, 흡수된 수분은 압착롤의 가압에 의해 탈수시켜 분리배출시킴으로써, 결과적으로 저장용기에 담긴 미세조류 현탁액은 함수율이 낮은 농축액 상태로 유지될 수 있도록 한 흡수식 현탁액 농축장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2목적은, 수분을 흡수하는 흡수부재의 처짐과 형상변형 및 이탈을 방지하고, 또한 필터의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하는데 있어 세척수를 분사하여 제거함으로써, 필터의 손상을 피할 수 있도록 구성된 흡수식 미세조류 탈수장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3목적은, 흡수부재가 현탁액의 상단에 위치되기 때문에 중력과 반대방향으로 흡수가 이루어지고, 이에 따라 필터 위에 입자가 점착되는 것을 낮출 수 있어 필터의 투과성이 감소되는 것을 방지할 수 있는 구조의 흡수식 미세조류 탈수장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은, 흡수식 현탁액 농축장치에 관한 것으로, 이를 위해 저장용기(10)의 내부에 저장된 미세조류입자 현탁액에 하부가 부분수장되고, 내부로 미세조류입자 현탁액이 유입될 수 있도록 원주면을 따라 다수의 통공(21)이 형성되는 중공의 회전드럼(20);과, 상기 회전드럼(20)의 표면에 외장되어 미세조류입자가 회전드럼(20)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터(30);와, 상기 회전드럼(20)의 내주면에 결합되어 상기 회전드럼(20)의 통공(21)과 필터(30)를 거처 미세조류 현탁액의 수분을 흡수하는 흡수부재(40);와, 미세조류현탁액의 수분 흡수 시 상기 흡수부재(40)의 이탈과 처짐을 방지할 수 있도록 상기 흡수부재(40)의 내주면에 일정간격을 두고 다수 배치되는 지지봉(23);와, 상기 회전드럼(20)의 양단에 결합되어 상기 회전드럼(20)과 동반회전하며, 상기 각 지지봉(23)의 양단을 지지하면서 상기 각 지지봉(23)이 흡수부재(40) 방향으로 이동할 수 있도록 방사상으로 다수의 가이드홈(221)이 형성된 회전원판(22);과, 상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되어 흡수부재(40)에 흡수된 수분을 상향으로 가압하여 탈수하는 압착롤(50); 및 상기 압착롤(50)에 의해 탈수되어 회전드럼(20)의 내부로 낙하되는 수분을 배출할 수 있도록 상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되는 배출관(70);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 회전드럼(20)의 상측부에는 필터(30)의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하기 위해 세척수가 분사되는 분사관(60)이 더 설치되는 것이 바람직하다.
제 3발명은, 제 2발명에서, 상기 분사관(60)의 하부에는 미세조류입자가 포함된 세척수를 포집하여 배출할 수 있도록 포집관(80)이 설치되되, 상기 포집관(80)은 일측면이 상기 필터(30)에 밀착되고, 회전하는 필터(30)가 손상되는 것을 방지하기 위해 실리콘 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제 4발명은, 제 1발명은, 상기 압착롤(50)은 양단이 실린더(51)의 로드(511)와 베어링(B)을 매개로 결합되어 흡수부재(40)에 대한 압착롤(50)의 탈수 정도를 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
제 5발명은, 제 1발명은, 상기 회전원판(22)은 회전드럼(20)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며, 상기 저장용기(10)의 내부에는 상기 회전드럼(20)의 회전을 가이드 하기 위해 상기 회전원판(22)과 접촉되어 롤링되는 다수의 가이드롤러(11)가 장착되어 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치에 따르면, 수분을 흡수하는 흡수부재의 처짐과 형상변형을 방지하여 장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 단일 회전드럼으로 미세조류입자 현탁액에 부분 수장시켜 수분만을 분리시킴으로써 구조가 매우 간단하고 운용비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한 필터의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하는데 있어 세척수를 분사하여 제거함으로써, 필터의 손상을 피할 수 있는 효과가 있다.
또한 세척된 필터는 다시 저장용기에 수장되면 공극이 막히지 않고 유지되어 저장용기에 저장된 미세조류입자 현탁액의 농축량을 목표 함수량까지 단시간에 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한 흡수부재가 현탁액의 상단에 위치되기 때문에 중력과 반대방향으로 흡수가 이루어지고, 이에 따라 필터 위에 입자가 점착되는 것을 낮출 수 있어 필터의 투과성이 감소되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2은 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 사시도,
도 3는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 단면구성도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 작동도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2은 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 사시도이고, 도 3는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 정면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 단면구성도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 미세조류입자와 같은 마이크로입자가 포함된 함수율이 높은 현탁액을 탈수하기에 앞서, 현탁액의 함수율을 낮춰 본 탈수단계에서 목표함수율까지 탈수속도 증가와 탈수비용을 절감할 수 있는 흡수식 현탁액 농축장치(100)에 관한 것이다.
이러한 흡수식 현탁액 농축장치(100)는 미세조류입자 현탁액으로 회전드럼(20)이 부분 수장되면, 회전하는 회전드럼(20)의 내주면에 결합된 흡수부재(40)가 현탁액의 수분을 흡수하고, 흡수된 수분은 압착롤(50)의 가압에 의해 탈수시켜 분리배출시킴으로써, 결과적으로 저장용기(10)에 담긴 미세조류 현탁액은 함수율이 낮은 농축액 상태로 유지될 수 있도록 한 장치이다.
이러한 흡수식 현탁액 농축장치(100)는 크게 회전드럼(20)과, 흡수부재(40) 및 압착롤(50)로 구성된다.
상기 회전드럼(20)은 모터(M)가 연결되어 회전하는 구조로, 미세조류 현탁액이 원주면을 따라 유입될 수 있도록 다수의 통공(21)이 형성된 선형의 중공관 형태를 갖는 구조이다.
여기서 상기 회전드럼(20)의 표면에는 필터(30)가 내장되는 구성이다.
상기 필터(30)는 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 정도의 미세조류입자가 저장용기(10)에 잔존하도록 하고, 다만 수분만이 흡수부재(40)로 흡수될 수 있도록 맴브레인필터로 구성되는 것이 바람직하다.
아울러 상기 회전드럼(20)의 내주면에 결합되어 상기 필터(30)와, 상기 회전드럼(20)의 통공(21)을 거처 미세조류 현탁액의 수분을 흡수하는 것이 흡수부재(40)이다.
이러한 흡수부재(40)는 다중 기공을 포함하고 있어서 모세관 작용에 의해 수분을 강제 흡수하고, 탈수 후 탄성에 의해 그 형상이 원형의 상태로 복원되도록 스폰지 및 라텍스와 같은 재질로 구성될 수 있다.
아울러 상기 흡수부재(40)의 내주면에는 일정간격을 두고 다수의 지지봉(23)이 배치되는데, 이러한 상기 각 지지봉(23)은 상기 흡수부재(40)가 미세조류입자 현탁액에 포함된 수분을 흡수하여 회전할 시 회전드럼(20)의 내부에서 이탈과 처짐이 방지되도록 하는 기능을 한다.
이러한 각 지지봉(23)은 상기 회전드럼(20)의 양단에 결합되어 상기 회전드럼(20)과 동반회전하는 회전원판(22)에 삽입되어 지지되는 구조이다. 때문에 상기 회전원판(22)은 상기 회전드럼(20)의 내경 보다 상대적으로 작은 내경을 갖는 것이 선행되어야 한다.
이 때 상기 회전원판(22)은 상기 각 지지봉(23)의 양단을 지지하면서 상기 각 지지봉(23)이 흡수부재(40)의 방향으로 이동할 수 있도록 방사상으로 다수의 가이드홈(221)이 형성되는 구조이다.
또한 상기 회전원판(22)은 상기 회전드럼(20)의 직경 보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 구조이다.
이러한 구조의 회전원판(22)은 상기 회전드럼(20)의 회전을 가이드 하기 위한 것으로, 회전드럼(20)의 하부에 배치된 다수의 가이드롤러(11)와 롤링되어 회전드럼(20)이 원활히 회전될 수 있도록 하기 위함이다.
한편 상기 압착롤(50)은 상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되어 흡수부재(40)에 흡수된 수분을 수직 상향으로 가압하여 탈수하는 기능을 한다. 이에 따라 흡수부재(40)가 압착롤(50)과 접촉되는 일부 영역에서 수분을 탈수하고, 이외의 모든 구간에서는 수분을 흡수할 수 있는 구간이 형성되어 수분 제거 효율이 상승될 수 있는 구조가 마련된다.
여기서 상기 압착롤(50)은 양단이 실린더(51)의 로드(511)와 베어링(B)을 매개로 결합되어 승강되게 구성함으로써, 해당 위치의 흡수부재(40)를 가압하도록 한 구성이다. 이는 결과적으로, 압착롤(50)의 가압정도에 따라 흡수부재(40)에 대한 탈수 정도를 조절할 수 있게 되는 구성이다.
한편 상기 지지봉(23)은 상기 압착롤(50)이 흡수부재(40)를 가압할 경우, 상기 회전원판(22)의 가이드홈(221)을 따라 이동되기 때문에 압착롤(50)이 흡수부재(40)를 가압하는데 있어 지지봉(23)의 간섭을 피할 수 있게 된다.
아울러 상기 압착롤(50)의 가압에 의해 탈수되는 수분은 회전드럼(20)의 내부로 수직 낙하되며, 이렇게 낙하되는 수분은 상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되는 배출관(70)을 통해 분리 배출된다.
상기 배출관(70)은 회전드럼(20)의 내부 천정에 근접설치되며, 타측이 하향 경사지게 배치되어 낙하되는 수분을 자중에 의해 외부로 실시간으로 분리 배출될 수 있도록 구성된다.
한편 상기 회전드럼(20)의 상측부에는 필터(30)의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하기 위해 세척수가 분사되는 분사관(60)이 더 설치되는 구조이다.
상기 분사관(60)에는 다수의 분사노즐(61)이 결합되어 구성되는데, 상기 각 분사노즐(61)은 필터(30)의 원주방향으로 비스듬이 세척수를 분사하여 미세조류입자가 제거될 수 있도록 구성된다.
이렇게 상기 필터(30)에 침투된 미세조류입자가 세척수에 의해 실시간으로 제거되면, 회전하는 회전드럼(20)의 흡수부재(40)가 계속해서 미세조류입자 현탁액에 포함된 수분을 원활히 흡수할 수 있게 된다.
한편 상기 분사관(60)의 하부에는 미세조류입자가 포함된 세척수를 포집하여 배출할 수 있도록 포집관(80)이 더 설치된다.
이러한 상기 포집관(80)은 세척수가 필터(30)의 표면을 따라 상기 저장용기(10)로 유입되는 것을 방지하고, 또한 필터(30)의 표면을 따라 흘러 내려 필터(30)의 공극이 재차 막히는 것을 방지하는 기능을 한다.
여기서 상기 포집관(80)은 실리콘 재질로 이루어지고, 일측면이 상기 필터(30)의 표면에 밀착되게 배치되는 구성이다. 이러한 실리콘 재질은 회전하는 필터(30)가 마찰력에 의해 손상되는 것을 방지하기 위함이다.
이하에서는 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치의 작동도이다.
먼저 미세조류입자 현탁액이 저장된 저장용기(10)에 회전드럼이 부분 수장되도록 한다.
그러면 미세조류입자는 필터(30)에 의해 걸러지고 수분만이 필터(30)와 회전드럼(20)의 통공(21)을 거쳐 흡수부재(40)에 흡수된다.
이 때 상기 흡수부재(40)가 현탁액의 상단에 위치되기 때문에 중력과 반대방향으로 흡수가 이루어지고, 이에 따라 필터(30) 위에 입자가 점착되는 것을 낮출 수 있어 필터(30)의 투과성이 감소되는 것이 방지된다.
이 상태에서 회전드럼(20)을 모터(M)를 통해 회전시키면, 수분이 흡수된 흡수부재(40)는 회전하면서 회전드럼(20)의 내측 천정 부위에서 흡수부재(40)와 가압밀착된 압착롤(50)에 의해 수분이 탈수된다.
상기 압착롤(50)에 의해 탈수되는 수분은 배출관(70)으로 수직 낙하되고, 상기 배출관(70)의 경사도에 따라 자중에 의해 외부로 배출된다.
상술된 일련의 과정이 반복적으로 이루어지면서 저장용기(10)에 저장된 초기 함수율이 약 99.99 wt%인 미세조류입자 현탁액은 약 97 wt%까지 낮아져 본 탈수공정을 거쳐 고형물함유량 기준으로 약 20 ~ 25%까지 고농축 탈수된 후 바이오 에너지 자원으로 활용하거나 유기질재료로 사용될 수 있도록 한다.
동시에 실시간으로 필터(30)의 공극에 침투된 미세조류입자는 회전드럼(20)의 상측부에 이격 배치된 분사관(60)을 통해 제거된다.
여기서 상기 분사관(60)은 다수의 분사노즐(61)을 통해 세척수가 필터(30)의 표면 원주방향으로 비스듬이 분사되어 필터(30)의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하게 된다.
여기서 미세조류입자가 포함된 세척수는 포집관(80)으로 낙하되어 포집되어 외부로 배출된다.
따라서 세척된 필터(30)는 다시 저장용기(10)에 수장되면 공극이 막히지 않고 유지되어 흡수부재(40)가 미세조류입자 현탁액에 포함된 수분을 계속해서 원활히 흡수된다. 따라서 저장용기(10)에 저장된 미세조류입자 현탁액의 농축량을 목표 함수량까지 단시간에 낮출 수 있게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 흡수식 현탁액 농축장치에 따르면, 하수슬러지, 목재펄프, 광물의 전처리 탈수에도 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 저장용기 11: 가이드롤러
20: 회전드럼 21: 통공 22: 회전원판
221: 가이드홈 23: 지지봉
30: 필터
40: 흡수부재
50: 압착롤 51: 실린더 511: 로드
60: 분사관 61: 분사노즐
70: 배출관
80 포집관
M: 모터
100: 흡수식 현탁액 농축장치

Claims (5)

  1. 미세조류입자 현탁액이 저장된 저장용기(10)의 내부에 부분 수장되어 미세조류 현탁액에 포함된 수분을 분리배출하는 흡수식 현탁액 농축장치에 있어서,
    상기 저장용기(10)의 내부에 저장된 미세조류입자 현탁액에 하부가 부분수장되고, 내부로 미세조류입자 현탁액이 유입될 수 있도록 원주면을 따라 다수의 통공(21)이 형성되는 중공의 회전드럼(20);
    상기 회전드럼(20)의 표면에 외장되어 미세조류입자가 회전드럼(20)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위한 필터(30);
    상기 회전드럼(20)의 내주면에 결합되어 상기 회전드럼(20)의 통공(21)과 필터(30)를 거처 미세조류 현탁액의 수분을 흡수하는 흡수부재(40);
    미세조류현탁액의 수분 흡수 시 상기 흡수부재(40)의 이탈과 처짐을 방지할 수 있도록 상기 흡수부재(40)의 내주면에 일정간격을 두고 다수 배치되는 지지봉(23);
    상기 회전드럼(20)의 양단에 결합되어 상기 회전드럼(20)과 동반회전하며, 상기 각 지지봉(23)의 양단을 지지하면서 상기 각 지지봉(23)이 흡수부재(40) 방향으로 이동할 수 있도록 방사상으로 다수의 가이드홈(221)이 형성된 회전원판(22);
    상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되어 흡수부재(40)에 흡수된 수분을 상향으로 가압하여 탈수하는 압착롤(50); 및
    상기 압착롤(50)에 의해 탈수되어 회전드럼(20)의 내부로 낙하되는 수분을 배출할 수 있도록 상기 회전드럼(20)의 내부에 배치되는 배출관(70);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수식 현탁액 농축장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전드럼(20)의 상측부에는 필터(30)의 공극에 침투된 미세조류입자를 제거하기 위해 세척수가 분사되는 분사관(60)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흡수식 현탁액 농축장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분사관(60)의 하부에는 미세조류입자가 포함된 세척수를 포집하여 배출할 수 있도록 포집관(80)이 설치되되,
    상기 포집관(80)은 일측면이 상기 필터(30)에 밀착되고, 회전하는 필터(30)가 손상되는 것을 방지하기 위해 실리콘 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡수식 현탁액 농축장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압착롤(50)은 양단이 실린더(51)의 로드(511)와 베어링(B)을 매개로 결합되어 흡수부재(40)에 대한 압착롤(50)의 탈수 정도를 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흡수식 현탁액 농축장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전원판(22)은 회전드럼(20)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 갖으며, 상기 저장용기(10)의 내부에는 상기 회전드럼(20)의 회전을 가이드 하기 위해 상기 회전원판(22)과 접촉되어 롤링되는 다수의 가이드롤러(11)가 장착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 흡수식 현탁액 농축장치.
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