KR101610786B1 - 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조방법 및 복합 건조시스템 - Google Patents

유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조방법 및 복합 건조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기류의 변화와 저열원 건조에 의한 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조·감량 처리하거나 중간 처리하고 재활용하기 위한 방법과 이를 위한 유동건조시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 저열원 유동건조 방법은 처리대상체 송입부 및 토출부를 구비한 벤츄리관, 및 상기 벤츄리관에 연결되어 고속기류를 발생시키는 팬과, 팬을 고속회전시키는 구동수단을 포함하는 기류형성수단을 포함하는 제1건조모듈을 포함하는 유동건조시스템을 이용하여 구성된다.

Description

유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조방법 및 복합 건조시스템{COMPLEX DRY METHOD AND DRY SYSTEM FOR REDUCE AND REUSE BY NON-HEATING DRYER}
본 발명은 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 유동 건조 복합 무열원 건조방법 및 이를 위한 복합 유동 건조시스템에 관한 것으로,
구체적으로는 기류의 변화와 무열원 건조에 의한 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조·감량 처리하거나 중간 처리하고 재활용하기 위하여 비가열식 건조모듈을 기본으로 하고, 이 무열원 기본 건조모듈 전단에 저열원(100~150℃) 건조기를 구성하여 유동건조 특성을 확보한 저열원 건조 복합 무열원 건조방법 및 복합 건조시스템에 관한 것이며,
보다 상세하게는 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 별도의 제2물질(일종의 촉매제)이 아닌 저열원 건조과정에서 생성된 자체 건조물인 촉매제의 일부를 반송하여 연속적으로 혼합하기 위하여 건조모듈의 전단부에 혼합수단을 도입하여 함수율 45% 이하의 처리대상체로 변환 이송하여 스노우볼(Snow Ball) 현상을 방지하고, 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 연료화를 위한 함수율 10% 이하 건조체화를 위하여 고속 기류 생성을 유도하는 벤츄리관과 수분 분리를 위한 사이클론 장치를 포함하는 건조모듈을 구성하며, 나아가 이러한 건조모듈은 사이클론 타입의 고속기류 형성수단에 의하여 고속으로 벤츄리관, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관을 층류를 형성하며 통과하면서 급격한 압력차에 의한 분쇄와 함께 저압화 되어 상온 부근에서도 슬러지에 포함된 수분이 끓는점 보다 낮은 온도에서 증발되고 증발된 수분은 함께 유입된 공기 중으로 증발·제거되어
슬러지 발생량의 획기적 감량이 가능하고, 열원이 전혀 없어도 단시간 내에 물리적인 상조건 변화에 의한 건조가 진행되므로 열풍 등 직·간접 가열식·초음파·고주파·미세파 등에 의한 건조방식에 비하여 유지관리비용의 획기적 절감이 가능하며, 폐자원을 이용한 재생 연료화가 가능하고,
추가적으로 패각이나 다양한 광물 등의 분쇄까지 가능하고 이를 적절한 수요처에 공급할 수 있도록 한 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 유동 건조 복합 무열원 건조방법 및 이를 위한 복합 유동 건조시스템에 관한 것이다.
현재 유기성 폐기물(예: 하수 및 폐수(가축분뇨, 분뇨, 산업폐수 등) 처리물(슬러지, 탈수 케이크 등))과 무기성 폐기물, 기타 고형 폐기물의 해양 투기가 런던협약의 '96의정서(2006.03.24)에 의거하여 전면 금지되어 있다.
반면에 인구의 증가에 따른 신도시 건설사업 등으로 공공하수처리시설의 신설 및 증설이나 총인 배출기준 강화, 매립지의 포화 및 증설에 대한 규제 강화로 인하여 슬러지 처리에 대한 사회적인 문제가 대두되는 현실에서
기존의 슬러지 건조설비는 과대한 열원(중유, 등유, LPG, LNG등)을 필요로 하므로 경제적인 측면에서 운영비가 과대하며, 환경적인 측면에서는 지구온난화 해소를 위한 리우협약에 따른 세계적인 화석연료사용 규제 추세에도 역행하고 있다.
또한 열원에 의한 건조로 심한 악취의 발생과 대기오염물질의 방출로 심각한 민원이 발생하고 발열량도 감소되는 영향으로 무열원에 의한 건조 방안의 제시가 시급한 현실이다.
종래의 슬러지 처리기술들을 살펴보면 먼저, 특허등록 제10-1222452호(등록일자 2013년01월09일) [건설오니의 탈수·건조 시스템]이 있는데,
상기 등록특허는 건물이나 주택 등의 건설 및 해체, 건설폐기물의 중간처리공정에서 발생되는 물과 진흙 등의 건설오니에서 물과 오니를 분리하여 환경오염을 방지하고, 건설오니(汚泥, sludge)의 재활용을 가능케 하는 건설오니의 탈수·건조 시스템을 제공하기 위한 것으로,
그 핵심인 탈수장치는 유입구와 배출구가 구비된 관 형상의 몸체로 형성되는 외관부; 상기 몸체 내측에 삽입 안착되고 유입부와 배출부를 구비한 관 형상의 메쉬망으로 이루어지는 탈수스크린망과, 상기 탈수스크린망의 내측에서 상기 유입부를 통해 유입된 오니를 이송하면서 탈수하기 위한 이송 스크류와, 상기 이송 스크류를 회전시키는 모터로 구성되는 탈수부; 상기 몸체에 형성되는 수분 배출부; 및 상기 배출구에 연결되어 상기 건조장치로 이송하기 위한 이송 배관;으로 구성된다.
그러나 이 등록특허는 직·간접 가열방식의 건조장치와 관련된 것으로 서두에 언급한 비용 및 환경적인 문제점을 갖는다.
다음으로 특허등록 제10-1221262호(등록일자 2013년01월04일) [오니건조장치]가 있는데,
상기 등록특허는 작동 과정에서 타공판에 집적되는 오니를 즉시 제거하여 연소가스의 원활한 흐름을 유도하고, 이를 통해 오니의 건조 효율을 향상시킬 수 있는 오니건조장치에 관한 것인데,
케이스의 내부에 수직하게 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 다단 설치되며, 상하로 관통된 연소가스 흐름공을 갖는 타공판과, 상기 타공판의 상부에 이격 설치되는 스크레이퍼 및 상기 회전축에 결합되는 모터를 포함하는 오니건조장치에 있어서, 상기 케이스의 일측에 수직하게 설치되는 공기공급관과, 상기 공기공급관으로부터 분기되는 다수의 연결관 및 상기 연결관에 일단부가 결합되고, 타단부는 상기 케이스의 일측벽을 관통하여 분사구가 상기 타공판의 상부에 위치하도록 설치되는 다수의 에어노즐을 더 포함하여, 상기 에어노즐의 분사구로부터 배출되는 공기가 상기 타공판에 분사됨으로써 상기 연소가스 흐름공에 부착된 오니와 상기 스크레이퍼에 의해 가압되어 상기 타공판의 표면에 눌러 붙은 오니가 박리되도록 하여 연소가스의 원활한 흐름을 유도하고, 이를 통해 건조 효율을 향상시킨 오니건조장치를 제시하고 있다.
그러나 상기 등록특허의 기술은 슬러지(오니) 건조의 효율성에 대한 것이라기보다는 통상의 건조 장치의 막힘 방지 기능을 구현하는데 초점을 두고 있는 것이어서 본 발명이 해결하고자 하는 종래기술의 문제점을 해결할 수 없는 기술에 해당한다.
또 특허등록 제10-1229149호(등록일자 2013년01월28일) [슬러지 기류 건조모듈]이 있는데,
상기 등록특허는 피건조물 덩어리를 분산시켜서 건조모듈 내부로 공급하며, 순간적인 분쇄 과정으로 작아진 입자들을 열풍속으로 난류확산 (Diffusion in turbulent flow)시키면서 열풍과 함께 건조모듈 본체 내벽을 따라 상부로 선회 유동(VORTEX MOTION) 이송형태로 신속한 건조를 시행함과 동시 분급기를 통해 입자의 크기를 조절하면서 건조를 진행하는 저에너지 비용의 고효율 슬러지 기류 건조모듈에 관한 것으로,
통상의 슬러지 열풍건조 장치의 분류에 속하는 것으로 에너지 효율 향상에는 한계가 분명하다.
나아가 실용신안공개 제20-2013-0004075호(공개일자 2013년07월04일) [슬러지 건조장치]가 있는데,
상기 공개고안의 슬러지 건조장치는 이송장치에 의해 이송되는 슬러지에 마이크로웨이브를 조사하여 슬러지에 포함된 수분을 증발시켜 제거하므로, 기계적 방법을 이용하여 수분을 제거하는 종래의 슬러지 건조장치에 비해 수분을 효과적으로 제거할 수 있으며, 특히 수분함량이 높은 겔타입의 슬러지를 효과적으로 건조시킬 수 있다는 장점을 제공하는 것으로 기술되어 있다.
그러나 대용량 처리를 달성하기 어려워 현실성에 문제가 있는 기술이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로,
건조모듈의 효율극대화를 위하여 유·무기성 폐기물과 촉매제(즉, 적정 함수율의 재료를 공급하기 위한 함수율 조정제로, 통상 건조 처리 완료된 분말임)의 연속적인 완전혼합을 위하여 전단부에 혼합수단을 도입하고, 혼합된 유·무기성 폐기물 등이 벤츄리관과 고속기류 형성 수단을 구성하는 사이클론으로 이루어진 건조모듈을 통하여 기류의 변화와 무열원 건조에 의한 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조·감량 처리하거나 중간 처리하고 재활용 하는 것이 가능하도록 하며, 또 혼합수단을 통하여 함수율 45% 이하의 처리대상체로 변환하여 이송하여 스노우볼(Snow Ball)현상을 방지하여 건조효율이 향상된 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 유동 건조 복합 무열원 건조시스템과 복합 유동 건조방법을 구현하고,
구체적으로 건조모듈의 벤츄리관은 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관을 층류를 형성하며 통과하면서 순간적인 압력저하와 충격파 및 마찰열에 의하여 저온에서 유·무기성 폐기물 등에 포함된 수분의 증발에 의하여 제거가 가능하여 열원(중유, 등유, LNG, LPG 등)이 전혀 필요하지 않고 획기적으로 수분 제거 및 슬러지감량이 가능하며,
또한 건조모듈 자체에서 형성되는 임계 압력차로 인한 고속기류 및 층류에 의하여 형성된 충격파로 유·무기성 폐기물 등의 분쇄와 미생물(대장균, 살모넬라 등)의 셀(cell)이 팽창 파괴로 인한 내부 수분의 탈리와 증발로 안정된 건조분말 생산이 가능하며, 함수율 10wt% 이하인 재생연료기준치의 충족을 보장할 수 있는 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 건조모듈의 벤츄리관이 유·무기성 폐기물 등을 위한 송입부가 유입 제1통로에 경사형으로 결합되어 있어 유·무기성 폐기물이 자연스럽게 기류를 타고 부유 송입되는 것이 가능하여 엔트로피 저감에 의한 건조효율 증대가 가능하며, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관과 고속 기류형성수단으로 구성된 건조모듈을 필요에 따라 단일 또는 다중 구성하여 건조 효율을 높일 수 있도록 한 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 건조모듈을 구성하는 기류형성수단의 팬의 회전방향을 시계방향으로 하여 반시계방향으로 회전하는 저기압 기류와의 충돌에 의한 높은 마찰열을 발생시켜 건조효율을 극대화 한 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 벤츄리관, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관의 토출부에서 배출되는 처리 완료 건조물(또는 슬러지)의 함수율이 기준치에 미달하거나 처리대상체의 함수율을 조절할 필요가 있는 경우 이를 다시 건조모듈로 되돌리는 반송시스템을 도입하여 건조물의 함수율을 자유자재로 조정할 수 있는 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 대기환경보전법에 저촉되지 않는 시스템구축을 위하여 분진(dust) 포집을 위한 집진설비와 습식대기오염방지시설(Wet-Scrubber)을 배가스설비로 구성하여 대기오염물질 배출허용기준을 준수하도록 분진 및 배가스 처리수단을 도입한 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조방법은
처리대상체 송입부 및 토출부를 구비한 벤츄리관, 및
상기 벤츄리관에 연결되어 고속기류를 발생시키는 팬과, 팬을 고속회전시키는 구동수단을 포함하는 기류형성수단을 포함하는 제1건조모듈을 포함하여 이루어지되,
제1건조모듈과 같은 구성을 갖고, 상호 연결된 제2건조모듈을 더 포함하며,
상기 제1 및 제2 건조모듈의 각 벤츄리관은 송입부와 연결된 대구경 제1통로, 내경 점감형 제2통로, 소구경 제3통로, 내경 점증형 제4통로가 상호 연결되어 구성되고,
상기 제1 및 제2 건조모듈의 벤츄리관의 일부 또는 모두의 송입부에는 벤츄리관의 일부 또는 모두의 토출부에서 배출된 처리 건조물의 일부를 재공급하는 촉매이송로가 연결되어 있는 건조시스템에 의한 유·무기성 폐기물의 무열원 건조가 이루어지며,
촉매이송로를 따라 일부 반송된 건조물인 촉매는 유·무기성 폐기물 공급부의 혼합수단에서 슬러지와 혼합되어 처리대상체로 변환되며, 슬러지 100중량부에 대해여 촉매는 50~150중량부로 혼합되고,
이 촉매 혼합 처리대상체는 상기 건조모듈 투입 전에 저열원 건조기를 거쳐 유동건조 특성을 확보하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템은
처리대상체 송입부 및 토출부를 구비한 벤츄리관, 및
상기 벤츄리관에 연결되어 고속기류를 발생시키는 팬과, 팬을 고속회전시키는 구동수단을 포함하는 기류형성수단
을 포함하는 제1건조모듈을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템에서
제1건조모듈과 같은 구성을 갖고, 상호 연결된 제2건조모듈을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 건조모듈의 각 벤츄리관은 송입부와 연결된 대구경 제1통로, 내경 점감형 제2통로, 소구경 제3통로, 내경 점증형 제4통로가 상호 연결되어 구성되고,
제1 내지 제4 통로를 통과하면서 반시계방향으로 회전하려는 저기압 기류에 대한 충격파를 형성시키기 위하여 상기 각 기류형성수단의 팬은 구동수단에 의하여 시계방향으로 회전하며,
상기 제1 및 제2 건조모듈의 벤츄리관의 일부 또는 모두의 송입부에는
벤츄리관의 일부 또는 모두의 토출부에서 배출된 처리 건조물의 일부를 촉매로 재공급하는 촉매이송로가 연결되어 있고,
상기 건조모듈 전단에는 저열원 건조기가 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템 및 이를 이용한 복합 유동 건조방법은 건조모듈의 효율극대화를 위하여 유·무기성 폐기물과 촉매제(즉, 적정 함수율의 재료를 공급하기 위한 함수율 조정제로, 통상 건조 처리 완료된 분말임)의 연속적인 완전혼합을 위하여 전단부에 혼합수단을 도입하고, 또 혼합수단을 통하여 함수율 45% 이하의 처리대상체로 변환하여 이송하여 스노우볼(Snow Ball) 현상을 방지하여 건조효율이 향상되며, 혼합된 유·무기성 폐기물 등이 벤츄리관과 고속기류 형성 수단을 구성하는 사이클론으로 이루어진 건조모듈을 통하여 기류의 변화와 무열원 건조에 의한 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조·감량 처리하거나 중간 처리하고 재활용 하는 것이 가능하도록 하며, 구체적으로 건조모듈의 벤츄리관은 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관을 층류를 형성하며 통과하면서 순간적인 압력저하와 충격파 및 마찰열에 의하여 저온에서 유·무기성 폐기물 등에 포함된 수분의 증발에 의하여 제거가 가능하여 열원(중유, 등유, LNG, LPG 등)이 전혀 필요하지 않고 획기적으로 수분 제거 및 슬러지감량이 가능하며, 또한 건조모듈 자체에서 형성되는 임계 압력차로 인한 고속기류 및 층류에 의하여 형성된 충격파로 유·무기성 폐기물 등의 분쇄와 미생물(대장균, 살모넬라 등)의 셀(cell)이 팽창 파괴로 인한 내부 수분의 탈리와 증발로 안정된 건조분말 생산이 가능하며, 함수율 10wt% 이하인 재생연료기준치의 충족을 보장할 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템은 건조모듈의 벤츄리관이 유·무기성 폐기물 등을 위한 송입부가 유입 제1통로에 경사형으로 결합되어 있어 유·무기성 폐기물이 자연스럽게 기류를 타고 부유 송입되는 것이 가능하여 엔트로피 저감에 의한 건조효율 증대가 가능하며, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관과 고속 기류형성수단으로 구성된 건조모듈을 필요에 따라 단일 또는 다중 구성하여 건조 효율을 높일 수 있고, 아울러 건조모듈을 구성하는 기류형성수단의 팬의 회전방향을 시계방향으로 하여 반시계방향으로 회전하는 저기압 기류와의 충돌에 의한 높은 마찰열을 발생시켜 건조효율을 극대화 할 수 있고, 또 벤츄리관, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관의 토출부에서 배출되는 처리 완료 건조물(또는 슬러지)의 함수율이 기준치에 미달하거나 처리대상체의 함수율을 조절할 필요가 있는 경우 이를 다시 건조모듈로 되돌리는 반송시스템을 도입하여 건조물의 함수율을 자유자재로 조정할 수 있으며, 한편, 대기환경보전법에 저촉되지 않는 시스템구축을 위하여 분진(dust) 포집을 위한 집진설비와 습식대기오염방지시설(Wet-Scrubber)을 배가스설비로 구성하여 대기오염물질 배출허용기준을 준수하도록 분진 및 배가스 처리수단을 도입하여 민원 발생요소를 원천 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템 및 이를 활용한 복합 유동 건조방법의 개략적인 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템을 위한 하수 및 폐수의 악취 저감 처리모듈의 계통도.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템은 유·무기성 폐기물 등의 유·무기성 폐기물 공급부(110)와 건조모듈(120)을 포함하여 이루어진다.
'유·무기성 폐기물 공급부'(110)는 예를 들어 유기성 폐기물, 특히 하수 및 폐수, 즉 슬러지계통 및 폐수(가축분뇨, 분뇨, 산업폐수 등)로 인한 슬러지인 경우를 고려하여 '슬러지 공급부'라 할 수 있다.
본 명세서에서는 특히 유·무기성 폐기물 공급부의 혼합수단에서 슬러지와 건조모듈(120)에서 배출되는 처리 건조물인 촉매의 혼합으로 함수율 45 wt%(이하 같다), 바람직하기로는 42 % 이하의 슬러지로 변환되는 것을 기본 특징으로 하므로 이 혼합된 상태를 '처리대상체'로 지칭한다.
또 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템 및 복합 유동 건조방법(R2S)에 유·무기성 폐기물 등의 처리대상, 특히 저악취화 처리된 슬러지(특히 슬러지 케이크(cake))를 제공하여 악취 저감 재활용 시스템의 구현을 가능하게 하는 하수 및 폐수의 저악취화 전처리 공정과 관련된 악취 저감 처리모듈(OTS, Odorless Treatmnet System)은 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
'유·무기성 폐기물 공급부'(110), 특히 '슬러지 공급부'(110)는 다양한 하수 및 폐수, 즉 슬러지계통 및 폐수(가축분뇨, 분뇨, 산업폐수 등. 즉, 각종 유·무기성 폐수) 처리 공정에서 발생되는 슬러지 또는 슬러지케이크를 원활하게 이송함은 물론, 적절하게 흩어(또는 분쇄하여) 공급하고, 재차 자전 건조 및 탈수 과정을 추가적으로 거치도록 하는 역할을 한다.
유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템 및 이를 위한 복합 유동 건조방법의 개략적인 블록도인 도 1 과, 복합 무열원 건조시스템의 개략도인 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이,
슬러지 공급부(110)의 각 호퍼, 특히 제1호퍼(HP1)는 건조모듈의 효율극대화를 위하여 처리대상체인 유입 슬러지와 촉매제(즉, 적정 함수율의 재료를 공급하기 위한 함수율 조정제로, 통상 건조 처리 완료된 건조물, 특히 분말임)의 연속적인 완전 혼합을 가능하게 하는 혼합수단(blender)의 역할을 한다.
도 2에서 통상적인 하수 및 폐수 처리공정에서 제공되는 슬러지는 탈수기를 거쳐 슬러지케이크 형태로 공급되며 함수율이 약 80~85% 정도인데, 후술하는 본 발명의 슬러지 공급부(110)를 거친 후에는 함수율이 약 50% 이하, 바람직하기로는 45% 이하로 줄게 되며,
이는 슬러지 공급부(110)의 각 호퍼, 특히 혼합수단(blender)인 제1호퍼(HP1)로 촉매제인 처리 완료 건조물, 특히 슬러지 건조물(분말 또는 펠렛 등의 성형물)을 중량비로 [미처리 슬러지 : 촉매(슬러지 건조물)]을 [100 : 50~150]의 비율로 혼합한 후 건조모듈(120)로 공급하는 방식에 의하여 달성될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 무열원 건조시스템, 특히 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템 및 이를 이용한 복합 유동 건조방법은 건조물의 함수율이 기준치에 미달하거나 처리대상체의 함수율을 조절할 필요가 있는 경우 촉매제 역할을 하도록 건조물의 일부를 반송하여 건조모듈로 되돌리는 촉매이송시스템을 도입하여 건조물의 함수율을 자유자재로 조정할 수 있고,
특히 함수율 45% 이하의 최적 처리대상체로 변환하여 이송하여 스노우볼(Snow Ball) 현상을 방지할 수 있는바,
슬러지 내의 수분 중 모관결합수, 표면부착수 일부를 제거하고, 이에 따라 스노우볼(Snow Ball) 현상을 억제하여 진정한 유동 건조 및 재활용을 위한 무열원 복합 건조방법을 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 연속혼합에 의한 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조(R2S) 및 이를 이용한 복합 무열원 유동 건조방법에서 '유·무기성 폐기물 공급부'(110) 내지 '슬러지 공급부'(110)는 공급원인 최초 공급호퍼(HP0)(특히 Raw Auger 타입)를 거쳐 유·무기성 폐기물 내지 슬러지 혼합수단 역할을 하도록 교반기가 구비된 제1호퍼(HP1), 즉 혼합수단(blender)을 포함한다.
혼합수단(blender)인 제1호퍼(HP1)는 믹싱(mixing) 호퍼로 내부에 교반기가 구비되어 있는데, 필수적으로 촉매이송로(135A) 및 촉매이송컨베이어(135B)(Catalyst Auger)를 통하여 일부 건조물(즉 촉매)을 반송하여 혼합수단(blender)인 제1호퍼(HP1)에서 '유·무기성 폐기물 공급부'(110)에서 공급되는 슬러지와 혼합·합류하여 재건조 과정을 거치도록 구성할 수도 있다
(필요에 따라서 선택적으로 후술하는 건조모듈(120)을 거친 슬러지 건조물의 함수율이 기준치를 초과하는 경우에 건조물을 반송하는 방식을 취할 수 있음).
이처럼 처리 완료된 건조물을 소정량 반송하여 처리대상체의 함수율 조정을 위한 촉매제로 혼합하여 함수율이 약 50% 이하, 바람직하기로는 45% 이하, 보다 바람직하기로는 42% 이하로 줄어든 상태로 건조모듈(110)로 이송되도록 하는 촉매제 혼합수단(제1호퍼(HP1))과 촉매이송시스템을 구성하는 것이 바람직하다.
필요에 따라서는 제1 내지 제3 호퍼 중 어느 하나, 또는 이들 모두에는 촉매제가 투입되는 형태로 구성할 수 있다.
이어서 제1호퍼(HP1)의 배출부측에 구비된 제1컨베이어(CV1)(이 제1컨베이어에서도 촉매재와 슬러지의 혼합을 보조·강화하도록 이송스크류가 구비된 오거(Auger) 컨베이어 또는 스크류 컨베이어로 구성된 것이 바람직한 바, 특히 일정 정도 추가 수분 제거가 가능한 공지의 'hydro Press'를 도입하는 것이 바람직함) 거쳐 제2호퍼(HP2)에 저장된 후, 곧바로 제2호퍼의 배출부측에 구비된 제2컨베이어(CV2)(공지의 'Infeed Auger'로 구성 가능)에 의하여 이송되는데, 이 제2컨베이어(CV2)에서도 의하여 또 일정 정도 수분 제거가 가능하다.
한편, 도 2와 달리 도 1의 블록도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 저열원 건조 복합 무열원 건조방법 및 복합 건조시스템 구현을 위하여 건조모듈 투입 전에 저열원 건조기(100~150℃)를 거쳐 기본 무열원 건조모듈(120) 투입 전에 보다 확실하게 처리대상체의 유동성을 확보하여 스노우볼(Snow Ball) 현상을 방지하도록 하는 구성을 취하고 있다. 특히 이 저열원 건조기(WD)(유동성 확보를 위한 교반(agitating) 및 유동(floating) 특성 강화를 위한 건조기임)(100~150℃, 바람직하기로는 120~150℃)는 제1호퍼(HP1)와 제2컨베이어(CV2) 사이에 배열되며, 제1호퍼의 배출부측 직하부에 구비되거나 제1호퍼로부터 제1컨베이어를 거쳐 촉매 혼합 처리대상체를 공급받아 1차 저열원 건조 처리단계를 거쳐 제2컨베이어(CV2)로 이송하는 방식을 취할 수 있다.
특히 저열원 건조기(WD)는 열풍 저온 건조기로 구성할 수 있다.
제2컨베이어(CV2)를 통과한 건조대상 슬러지는 제3호퍼(HP3)에 투입되고, 제3호퍼(HP3)에서 배출된 건조대상체인 슬러지는 슬러지공급부(110)의 최종 송입(infeed)용 제3컨베이어(CV3)(특히 'High Speed Belt'로 구성 가능)를 거쳐 건조모듈(120), 특히 제1건조모듈로 유입된다.
본 발명에 따른 저열원 유동건조 및 재활용을 위한 무열원 복합건조시스템(R2S) 및 이를 이용한 유·무기성 저열원 유동건조 및 재활용을 위한 무열원 복합건조시스템의 핵심을 이루는 건조모듈(120)은 도 2 및 도 2의 상부 일점 쇄선 원 내 벤츄리관(121)의 개략도에서 확인할 수 있는 바와 같이,
벤츄리관(121)과 기류형성수단을 포함하여 이루어지며, 이와 같이 벤츄리관 및 기류형성수단으로 구성된 건조모듈은 필요에 따라 단일 또는 다중 형태로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3에서 제1 및 제2 건조모듈(120A, 120B)의 구성을 갖는데, 각 기류형성수단(123A, 123B)은 모터나 터빈 또는 사이클론과 같은 다양한 구동수단(123b)에 의하여 회전하는 팬(123a)으로 구성되는데, 도 2의 상부 일점 쇄선 원 내에 개략적으로 그 구성을 도시하고 있다.
슬러지 송입부 및 토출부를 갖는 제1 및 제2 건조모듈(120A, 120B)의 각 벤츄리관(121)은
송입부(121A)와 연결된 대구경 제1통로(V1), 내경 점감형 제2통로(V2), 소구경 제3통로(V3), 내경 점증형 제4통로(V4)가 상호 연결되어 구성되며, 제4통로(V4)의 단부에 토출부(121B, 121C)가 배열된다.
또 제1 및 제2 건조모듈(120A, 120B)의 각 기류형성수단(123A, 123B)은 고속 회전을 통하여 기류를 형성하는데, 약 340m/s, 또는 그 이상의 속도로 회전하는 것이 바람직하다.
특히 도 2의 상부 우측 일점 쇄선 내에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 각 건조모듈(120)의 벤츄리관(121)의 통로, 특히 송입부(121A), 제1 및 제2 통로(V1,V2)와 연속 연결된 제3통로(V3) 내주면에는 돌기(V3p)(그 단면 형상 및 길이(제1~제4 통로의 일부 또는 전체 구간 길이에 형성 가능) 전체는 다양하게 선택될 수 있다), 특히 다수의 돌기(직선형 또는 나선형)가 형성되어 있어
층류를 형성하며 벤츄리관을 통과하면서 급격한 압력차에 의한 분쇄와 함께 저압화 되어 열원이 전혀 없어도 단시간 내에 물리적인 상조건 변화에 의한 건조가 진행되도록 하는데 일조하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
나아가 도 2의 상부 좌측 일점 쇄선 내에 개략도로 도시된 바와 같이, 상기 벤츄리관(121)의 송입부(121A)는 제1통로(V1)와 사선 형태로 결합되어 있어 기류에 의한 이송방향과 직교하는 송입부 형태인 경우 보다 좀 더 슬러지의 원활한 유입이 가능하도록 되어 있는 것이 가능한데,
즉, 유·무기성 폐기물 등의 처리대상체를 위한 송입부가 유입 제1통로에 경사형으로 결합되어 있어 유·무기성 폐기물이 자연스럽게 기류를 타고 부유 송입되는 것이 가능하여 엔트로피 저감에 의한 건조효율 증대가 가능하며, 아울러 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관과 고속 기류형성수단으로 구성된 건조모듈을 필요에 따라 단일 또는 다중 구성하여 건조 효율을 높일 수 있다.
아울러 기류형성수단에 의하여 건조대상 슬러지가 고속으로 벤츄리관을 통과하면서 급격히 저압화되어 상온 부근에서도 슬러지에 포함된 물이 끓는점에 도달하게 되므로 기체화되고(완전 기체화로 혐오감 또는 민원 대상 중 하나인 백연 현상의 방지가 가능하다),
이에 따라 에너지절감 효과 및 건조효율 및 건조 속도가 획기적으로 향상되는 우수한 효과를 얻으면서 효율적인 슬러지 수분제거가 가능하고, 최종 슬러지양의 획기적 감축과 함께 폐자원을 이용한 재생 연료화가 가능하게 된다.
나아가 각 건조모듈을 구성하는 기류형성수단의 팬(123a)의 회전방향을 시계방향으로 하여 벤츄리관(121)을 통과하면서 저기압화로 인한 증발열로 주변 온도가 낮아져 슬러지 내 수분이 증발되지 못하는 문제를 해결할 수 있도록 반시계방향으로 회전하는 저기압 기류와의 충돌로 보다 효과적인 충격파의 발생이 가능하고, 이로 인하여 발생되는 마찰열에 의하여 저온화를 방지하여 건조효율을 극대화 할 수 있게 된다.
저기압 기류의 반시계방향 회전은 대한민국이 위치한 지구 북반구의 경우를 상정한 것이며, 이는 코리올리 힘(Coriolis force), 즉 지구의 전향력(轉向力)에 의한 것으로, 마치 북반구에서 저기압인 태풍이 물체가 이동하는 거리가 짧은 북극보다 적도에서 같은 범위로의 이동 거리가 증가하고 그런 경우에는 거리가 먼 곳이 더 빨리 이동을 하게 되므로 이동하는 동안 반시계 방향으로 회전하는 것과 같은 원리이다.
부언하면 벤츄리관에서 통상 압축성유체의 질식 유동의 choked ratio(1.89:1)에 도달하여 저기압화되므로,
대한민국이 위치한 지구 북반구에서 태풍의 반시계 방향 회전, 즉 코리올리 힘(Coriolis force)(지구의 전향력(轉向力))에 의하여 태풍이 물체가 이동하는 거리가 짧은 북극보다 적도에서 같은 범위로의 이동 거리가 증가하고 그런 경우에는 거리가 먼 곳이 더 빨리 이동을 하게 되므로 이동하는 동안 반시계 방향으로 회전하는 것과 같은 원리로 본 발명에서도 저기압 기류가 반시계방향으로 회전하는 기류를 형성하게 되는 점을 한정하여 기재한 것이다.
이는 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 동일하게 지구 북반구에서의 상황임을 한정하여 명시한다.
이상에서 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템의 특성을 요약하면 기류의 변화와 무열원 건조에 의한 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조·감량 처리하거나 중간 처리하고 재활용(특히 촉매로 재활용함)이 가능하고,
또 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 별도의 제2물질(일종의 촉매제)이 아닌 무열원 건조과정에서 생성된 자체 건조물인 촉매제의 일부를 반송하여 연속적으로 혼합하기 위하여 건조모듈의 전단부에 혼합수단을 도입하고 이와 함께 저열원 건조기를 건조모듈 전단에 배치하여 함수율 45%, 바람직하기로는 42% 이하의 처리대상체로 변환하여 이송하여 스노우볼(Snow Ball) 현상을 방지하여 진정한 저열원식 '복합' '유동' 건조시스템과 이를 이용한 무열원 복합 건조 및 재활용 방법을 구현하는 것이 가능하게 되며,
유·무기성 폐기물이나 기타 고형물을 건조하기 위하여 고속 기류 생성을 유도하는 벤츄리관과 수분 분리를 위한 사이클론 장치를 포함하는 건조모듈을 구성하고,
나아가 이러한 건조모듈은 사이클론 타입의 고속기류 형성수단에 의하여 고속으로 벤츄리관, 특히 내주면에 돌기가 형성된 벤츄리관을 층류를 형성하며 통과하면서 급격한 압력차에 의한 분쇄와 함께 저압화 되어 상온 부근에서도 슬러지에 포함된 수분이 끓는점 보다 낮은 온도에서 증발되고 증발된 수분은 함께 유입된 공기 중으로 증발·제거되어
슬러지 발생량의 획기적 감량이 가능하고, 열원이 전혀 없어도 단시간 내에 물리적인 상조건 변화에 의한 건조가 진행되므로 열풍 등 직·간접 가열식·초음파·고주파·미세파에 의한 건조방식에 비하여 유지관리비용의 획기적 절감이 가능하며, 폐자원을 이용한 재생 연료화가 가능하고,
추가적으로 패각이나 다양한 광물 등의 분쇄까지 가능하고 이를 적절한 수요처에 공급할 수 있으며,
더 나아가 유·무기성 폐기물이나 기타 고형물의 처리공정(예: 하수 및 폐수(축산폐수, 분뇨, 산업폐수 등), 즉 슬러지계통이나 축산분뇨나 산업폐수 처리공정)에서 발생되는 고농도의 악취를 효율적으로 처리하기 위하여 악취제거에 우수한 토양미생물을 이용한 악취방지시설과 대기오염물질 배출허용기준 준수를 위한 습식대기오염방지시설을 연계공정으로 도입하여 악취방지법 및 대기환경보전법의 규정을 충족할 수 있게 된다.
또 부가적으로 또한 건조모듈 자체에서 형성되는 임계 압력차로 인한 고속기류 및 층류에 의하여 형성된 충격파로 유·무기성 폐기물 등의 분쇄와 미생물(대장균, 살모넬라 등)의 셀(cell)이 팽창 파괴로 인한 내부 수분의 탈리와 증발로 안정된 건조분말 생산이 가능하며, 함수율 10wt% 이하인 재생연료기준치의 충족을 보장할 수 있게 된다.
보다 구체적으로 제1건조모듈(120A)의 벤츄리관(121)의 송입부(121A)는 슬러지 공급부(110)의 제3컨베이어(CV3)에서 공급된 건조대상 슬러지를 원활하게 수용하기 위한 송입호퍼 등의 필요한 구성을 도입하는 것이 바람직하다.
이 송입호퍼 및 이에 연결된 송압관(이상 미도시됨)은 벤츄리관(121)의 송입부(121A)와 연결되며, 기류형성수단(123A)에 의하여 제1 내지 제4 통로(V1, V2, V3, V4)를 통과하면서 최종적으로 증발열에 의하여 수분이 증발하고, 토출부(121B)를 거쳐 저장부(130)로 이송된다.
제1건조모듈 또는 제2건조모듈(또는 세 건조모듈 이상이 구성될 경우), 즉 최종 건조모듈을 거쳐 생성된 건조물은 최종 저장부(130)로 이송된다.
도 2와 같이, 슬러지 건조물은 저장컨베이어(131)(특히 공지의 'Batching Auger'로 구성 가능)를 거쳐 최종 저장부(130)의 저장탱크(133)에 투입되는데, 저장탱크에는 교반기가 구비되어 슬러지 건조물의 뭉침 방지 및 수분 침입 방지가 가능하도록 구성되며, 필요에 따라 배출 컨베이어(133a)(특히 공지의 'Trans Auger'로 구성 가능)를 통하여 배출되어 SRF(Solid Refuse Fuel, 폐기물 고형연료)화 공정으로 투입되거나, 필요에 따라 바로 고형연료로 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배출 컨베이어(133a)에서 배출되는 슬러지 건조물은 분말(powder)이거나, 분말이 폭발 위험성 등을 갖거나 후속 연료시설의 직투입 부적절성을 고려하여 별도로 다양한 공지의 분말에 대한 펠렛화장비(137)를 거쳐 펠렛(pellet) 형태로 성형하여 배출하는 것이 바람직하다.
분말 형태로 배출되는 경우 슬러지 건조물은 수분 함량이 10% 내외인 상태로 건조모듈에서 건조 처리되는 것이 바람직하며,
펠렛 형태로 성형되는 경우에는 펠렛화장비(137)로 투입되는 분말형 슬러지 건조물은 약 20% 내외의 함수율을 갖는 것이 펠렛 성형 적합성을 위하여 바람직하다.
분말형 슬러지 건조물 또는 펠렛화장비(137)를 거친 펠렛형 슬러지 건조물은 고형연료 이송컨베이어(137a)를 거쳐 고형연료 저장조(139)에 저장되며, 필요시 차량(C130)을 통하여 반출된다.
도 2에서 저장컨베이어(131) 또는 저장탱크(133)에서 건조물의 함수율이 기준치, 예를 들어 6~25%를 초과하는 경우에는 반송로(131A)(도 2에서는 저장컨베이어(131)에 연결된 구조이나, 필요에 따라 저장탱크와 연결되도록 구성 가능)를 통하여 다시 슬러지공급부(110), 특히 제1호퍼(HP1)(필요에 따라 제2호퍼 또는 제3 호퍼(또는 제3컨베이어)로도 반송 가능)로 반송되도록 반송시스템을 구성할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에서 제1 및 제2 건조모듈은 별도로 구비된 건조모듈일 수 있고, 필요에 따라서는 단일 건조모듈로 구성되며 상기 반송로를 이용하여 2차로 건조모듈에 반송 투입하는 경우 2차 건조 과정이 이루어지는 건조모듈을 '제2' 건조모듈로 지칭한 것일 수 있으며,
물리적으로 분리된 두 건조모듈이나 단일 건조모듈 또는 셋 이상의 건조모듈을 구성하고 반송로를 이용하여 2차, 3차 이상의 무열원 건조 공정이 진행될 수 있다.
필요에 따라 저장컨베이어(131)(또는 저장탱크(133))에는 습도 센서를 도입하고, 각종 호퍼 및 컨베이어 등의 슬러지 공급부(110)의 구성요소나 건조모듈(120)의 구성요소를 제어하는 컨트롤패널에 습도 센서의 측정값이 전송되면 컨트롤패널의 판독부에서 기준값과 비교 판단하여
재생 연료(SRF) 용도 또는 반송로로의 배출 선택을 위한 밸브를 개폐하도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 2에 구체적으로 도시된, 제1 및 제2 건조모듈(120A, 120B)을 구비한 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템(R2S)에서는 생산량을 고려하여 슬러지 공급부(110)의 제3호퍼(HP3) 및 제3컨베이어(CV3)에서 제1 및 제2 건조모듈(120A,120B) 각각으로 슬러지를 공급하여 각각의 슬러지 건조물을 생산할 수 있다.
제1 및 제2 건조모듈(120A,120B) 각각에서 생성된 슬러지 건조물은 벤츄리관(121)의 토출부(121B)에서 배출되어 저장컨베이어(131)를 거쳐 저장부(130)의 저장탱크(133)에 저장된다. 이 상태에서 SRF 용도로 활용되거나 촉매이송로(135A) 및 촉매이송컨베이어(135B)를 거쳐 촉매로 믹싱용 제1호퍼(HP1)로 일부 반송·투입된다.
한편, 본 발명에서는 건조모듈을 다중 구성하여 슬러지의 반복 처리가 가능하도록 구성할 수 있다.
예를 들어 제1 및 제2 건조모듈로 구성된 경우, 제1건조모듈을 거친 슬러지는 제1건조모듈(120A) 벤츄리관(121) 토출부에서 저장컨베이어(131) 또는 별도의 추가 송입관을 거쳐 제2건조모듈(120B) 벤츄리관의 송입부로 직접 이송되거나, 저장부(130)의 제1저장탱크(133)를 거쳐 제2건조모듈(120B)의 벤츄리관(121)으로 1차 슬러지 건조물을 이송되도록 구성할 수 있다.
이 경우 사이클론 타입의 기류형성수단(123B)에 의하여 이송되어 벤츄리관(121)을 통과하면서 2차 건조된 슬러지 건조물은 벤츄리관의 토출부(121C)(도 2 참조)에서 저장컨베이어(131)을 거쳐 저장부(130)의 제2저장탱크(133)(이 저장탱크는 제1건조모듈만을 이용하여 생산된 1차 슬러지 건조물을 위한 1차 저장탱크와 별개의 2차 저장탱크일 수 있다)로 이송된다.
또 제2건조모듈을 거쳐 2차 건조된 슬러지 건조물의 함수율이 기준치에 미달하는 경우에는 앞서 설명한 바와 같이, 반송로를 통하여 슬러지공급부(110)로 반송되어 다시 제1건조모듈(120A)을 거치도록 구성될 수도 있다.
한편, 건조모듈(120)에서 벤츄리관(121)과 기류형성수단을 거치면서 발생되는 분진이 대기 중에 무단 방출되지 않도록 분진 및 배가스 처리수단(140)이 도입되는 것이 바람직한데,
이 분진 및 배가스 처리수단은 분진이송관을 통하여 제1건조모듈(120A)의 토출부(121B) 및 제2건조모듈(120B)의 토출부(121C)와 연결된 백필터, 송풍팬 등으로 구성되고 송풍관을 통하여 백필터와 연결된 분진 이동용 이송수단, 그리고 배기부로 구성될 수 있다.
후술하는 하수 및 폐수의 저악취화, 즉 악취가 거의 없도록 하는 전처리 공정과 관련된 악취 저감 처리모듈(OTS)에서 생성되는 슬러지를 건조하는 경우에는 불필요할 수도 있으나,
도 2에 도시된 바와 같이, 추가적으로 필요에 따라 악취제거수단(150)을 더 도입하여, 분진 및 배가스 처리수단의 배기부와 연결할 수 있다.
이 악취제거수단(150)은 종래기술, 예를 들어 특허등록 제10-1183090호(등록일자 2012년09월10일) [악취가스를 처리하는 복합바이오 탈취장치]의 구성을 채용할 수 있다.
도시된 악취제거수단은 습식세정기(Wet Scrubber)이다.
이와 같이 대기환경보전법에 저촉되지 않는 시스템구축을 위하여 분진(dust) 포집을 위한 분진 및 배가스 처리수단(140) 및 악취제거수단(150)을 통하여 대기오염물질 배출허용기준을 준수하고, 하수 및 폐수, 즉 슬러지계통 및 폐수(가축분뇨, 분뇨, 산업폐수 등) 처리 공정에서 발생되는 고농도의 악취를 효율적으로 처리할 수 있다.
특히 이러한 분진 및 배가스 처리수단은 본 발명의 출원인에 의한 특허등록 제10-1016421호(등록일자 2011.02.14) [토양미생물을 이용한 바이오 필터](상품명: HDF Process™(Bio-Filter))를 활용할 수 있다.
상기 HDF Process™에는 또 본 출원인과 협력관계에 있는 (주)이화에코시스템의 특허등록 제10-1237725호(등록일자 2013.02.19) [약액세정식 탈취장치에서 약품절감 및 효율적 운전을 위한 약품 주입장치], 특허등록 제10-1232603호(등록일자 2013.02.06) [다단 탈취기의 알칼리 세정부 거품 제거 및 2차 세정장치], 특허등록 제10-1203420호(등록일자 2012.11.15) [2액 동시 세정 탈취탑]의 기술이 적용되어 있다.
한편 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템(R2S) 및 이를 이용한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템에서는 건조효율 향상 및 스노우볼(Snow Ball) 현상의 추가 억제를 위하여 직접 열원을 보조적으로 도입할 수 있다.
이 직접열원은 최초 공급호퍼(HP0), 제1 내지 제3 컨베이어(CV1,CV2,CV3), 제1 내지 제3 호퍼(HP1,HP2,HP3)의 일부 또는 모두에 도입될 수 있다. 이 직접열원은 특히 저온(100~150℃, 바람직하기로는 120℃~150℃)의 열풍 건조기일 수 있고, 이 열풍 건조기는 제1 내지 제3 컨베이어(CV1,CV2,CV3) 중 어느 하나에 도입할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템을 위한 하수 및 폐수의 저악취화 전처리 공정과 관련된 악취 저감 처리모듈, 즉 악취가 거의 없도록 하는 처리 모듈(OTS, Odorless Treatmnet System)을 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 하수 및 폐수의 악취 저감 처리모듈(OTS)의 개략적인 계통도를 도시한 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이,
본 발명은 기본적으로 전처리수단(10), 생물학적 고도처리수단(30), 후처리수단(40)을 포함한다.
상기 전처리수단(10)은 하수 및 폐수와 같은 처리 유입수에 포함된 협잡물을 제거하기 위한 협잡물 처리조나 저류조를 의미한다.
상기 생물학적 고도처리수단은 공지의 기술과 같이, 혐기조(31), 무산소조(33), 폭기조(35)로 구성되는 생물반응조(30)로 구성된다.
필요에 따라 생물반응조는 연속흐름 다단 슬러지공정(continuos flow multiple sludge system)이나 연속흐름 단일 슬러지공정(continuous flow single sludge system) 또는 회분식 공정(특히 SBR, sequencing batch reactor)의 운전을 위한 반응조로 구성될 수 있다.
상기 배양조(20B)는 별도로 설치되는 것이 아니라 생물반응조(30)의 폭기조(35)에 배열되어 시스템의 부지면적을 줄이고 수처리효율 및 악취처리 효율을 높이는데 크게 일조할 수 있다.
상기 슬러지 배양조(20B) 내부에 설치되고, 토양, 부식토, 토양성 미생물 작용에 의해 처리된 슬러지 결정체로 구성되어 부정형의 괴상, 원통형, 구형 등으로 압축된 펠렛과 규산질의 경석, 제올라이트 또는 맥반석 계통의 쇄석으로 충진되어 토양미생물이 배양ㆍ증식되는 반응기는 지상형 반응기(B2) 또는 수중형 반응기(B1), 또는 이 둘 모두가 사용될 수 있으며, 이 배양조(20B)에는 호기 조건 및 미생물 배양을 위한 폭기를 위한 산기관(diffuser)(D)이 구비되어 있고, 산기관은 블로어(blower)(ⓑ)가 연결되어 있다.
상기 제1배양조(20B)(또는 제2 및 제3 배양조(50B)(70B))의 반응기(B)는 본 발명의 출원인에 의한 대한민국 실용신안등록 제20-0221276호(등록일자 2001년02월09일) [오·폐수 처리용 미생물 반응기]가 적용되는 것이 바람직하다.
배양조에서는 토양미생물이 배양ㆍ증식에 필요한 최적의 토양에서와 같은 환경조건을 만들어 주어 슬러지에서 발생되는 악취 물질을 제거하고 슬러지를 안정화, 안전화시킨다.
이러한 반응기(B) 내 충진물, 즉 미디어(media)는 토양미생물이 자연상태의 토양과 같은 환경조건을 만들어 주는 기능을 하고,
이 과정에서 배양ㆍ증식된 토양미생물은 바실러스(Bacillus), 티오바실러스(Thiobacillus), 슈도모나스(Pseudomonas), 마이크로코쿠스(Micrococcus), 아시네토박터(Acinetobacter), 애로모나스(Aeromonas) 등이 우점화하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 악취 저감 처리모듈(OTS)에서 생물반응조(30)의 전방에는 농축조 또는 농축기로 구성된 농축수단(20Con)(아래 설명하는 제2농축수단(50Con)과 구분하여 '제1농축수단'이라 할 수 있다)을 더 도입하는 것이 바람직하다.
이 농축수단에 의하여 슬러지의 부피를 감소시켜 배양조로 공급함으로써 배양조의 부하를 줄일 수 있고,
이로부터 배양조 이후의 각 처리설비의 부하는 물론 처리설비의 전체의 용량을 감소시킬 수 있으며,
농축배양 슬러지 자체가 단순한 잉여슬러지나 농축슬러지에 비하여 미생물 개체수 및 악취를 분해하는 미생물이 증가되므로 농축배양된 슬러지를 하수처리장 내 악취발생이 심한 생슬러지, 농축 및 소화 슬러지지를 비롯하여, 분뇨 또는 축산 연계처리시설 등의 고농도 악취 발생지점에 해당 미생물을 공급하여 악취를 근원적으로 저감하여 저악취화를 달성하는데 기여할 수 있다.
또 상기 농축수단(20Con)은 생물반응조(30)의 전방에 구비된 제1침전조(20) 전방에 구비되어 침전조의 부하도 줄일 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1침전조(20) 상부에는 각종 유기성가스를 처리하기 위하여 포집부재가 구비되고, 포집된 가스는 바이오필터(21)를 거쳐 유해가스를 정화하여 대기 중으로 배출시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 생물반응조(30)를 거쳐 제2침전조(40)를 통과한 상등수는 후처리수단, 즉 여과조(41) 또는 살균조(43), 또는 이 둘 모두를 거쳐 방류된다. 후처리수단은 또 도 3의 계통도 상의 저악취화 처리 시스템을 구성하는 각 처리조 또는 수처리수단에서 발생되는 방류 처리수, 각종 상징수, 탈수여액과 같은 액체를 처리하기 위하여 활용될 수 있다.
제2침전조(40)에서 배출되는 잉여슬러지는 그대로 배출되어 케이크화 되기보다는 추가 처리를 통하여 진정한 저악취화 처리를 달성하는 것이 바람직하다.
제2침전조(40)에서 배출되는 잉여슬러지의 일부는 생물반응조(30)로 반송되고, 일부는 슬러지의 추가 처리를 위한 제2배양조(50B)로 이송된다.
또 제2침전조(40)에서 배출되는 나머지 잉여슬러지는 슬러지혼화조(60)를 거쳐 일부 농축기(60Con) 및 탈수기(60De)를 거쳐 케이크화 되고,
잔여 슬러지는 침전조(70), 제3배양조(70B), 그리고 탈수기(70De)를 거쳐 케이크화 처리된다.
이러한 오수 및 폐수의 저악취화 전처리 공정과 관련된 악취 저감 처리모듈(OTS)에서 생성된 각 저악취화 슬러지 케이크는 본 발명의 유·무기성 폐기물의 복합 무열원 유동 건조시스템(R2S)에서의 처리를 위하여 도 2의 슬러지공급부(110)로 이송관, 차량 등을 이용하여 공급된다.
앞서 설명한 제2침전조(40)에서 배출되는 잉여슬러지는 또 추가적으로 농축조 또는 농축기로 구성된 제2농축수단(50Con)을 더 거쳐 이송됨으로써 배양조를 포함한 후속 공정의 슬러지 처리 부하를 줄이고, 단위 슬러지양 당 미생물 개체수 및 악취를 분해하는 미생물 증가를 통한 처리 효율 향상이 기여하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기 슬러지혼화조(60)에서는 현장 여건에 맞는 공정 구성에 따라 제1침전조(20)에서 이송되는 생슬러지와, 제1배양조(20B)에서 처리된 후 최종 제2농축수단(50Con)을 통과한 슬러지, 그리고 제2배양조(50B)에서 2차 처리된 슬러지가 모여 혼합되는 것으로,
역시 슬러지의 상태(특히 저악취화 정도, 다양한 악취 센서(예: TRS(total reduced sulfur) 센서)를 통한 측정에 의한 계량화가 바람직함)에 따라 농축기(60Con) 및 탈수기(60De)를 거쳐 1차 케이크화 되어 배출될 수 있다.
그러나 저악취화 처리가 더 필요한 경우 침전조(70), 제3배양조(70B), 그리고 탈수기(70De)를 거쳐 2차 케이크화된 후 배출될 수 있다.
이하에서는 각 배양조의 장점 및 효과를 보다 상세히 설명한다.
제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B)에는 지상형(B2) 또는 수중형(B1), 또는 이 둘 모두로 구성된 반응기(B)가 구비될 수 있고, 호기성 조건 및 교반을 위한 산기관(diffuser)(D)이 구비되어 있고, 산기관은 블로어(blower)(ⓑ)와 연결되어 있다.
제2 또는 제3 배양조(50B, 70B)를 거쳐 처리된 슬러지는 물과의 분리성이 좋아 탈수성이 뛰어나기 때문에 탈수시 응집제 첨가량은 종래 기술보다 상당량 감소되거나 첨가하지 아니하여도 탈수성능이 좋다.
특히 유기물(유기수용액 및 함수성 유기혼합물)은 페놀(phenol) 및 페놀(phenol)노출기가 있는 화합물을 포함한 미생물 대사산물을 첨가하는 것에 의하여 급속히 결합, 입자화, 응집, 축합, 중합하고, 거대분자화, 괴상산물화 한다.
여기에 활성화된 규산분을 다량으로 가진 물질이 적당량 첨가되면 부식화를 위한 중축합반응을 일으키게 되므로 침강성이 상당히 뛰어나 처리효율이 매우 높게 된다.
일반적인 처리장의 농축조에서 농축될 경우에는 함수율이 99.2% 정도에서 97% 정도로 떨어지게 되나,
본 발명에서는 99.2% 정도에서 95% 정도로 떨어지므로 침강성이 상당히 양호하고, 생성오니는 산화, 이화, 동화 및 분해공정이 아닌 축중합 및 고분자화되어 부식토화 되기 때문에 부패가 발생하지 아니하므로 악취가 발생하지 않는다.
또한 탈수오니는 인, 질소의 함량이 증가되어 있으므로 건조하면 토양개량제로 사용이 가능하여 토양의 지력증강과 토양미생물의 먹이 목적 등으로 토양환원이 가능하고,
소각할 경우에도 함수비 차이만큼의 연료비가 절감되어 유기 고분자 응집제로 인한 소각효율 등의 저하를 방지할 수 있다.
제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B)에서의 용존산소농도는 0.3 내지 0.5㎎/ℓ의 통성 상태를 유지하도록 하고, 미생물농도는 4, 000 내지 8, 000㎎/ℓ인 것이 바람직하다.
제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B) 내에서 상기한 통성 상태를 유지하기 위하여 통상의 블로어로 대기 중 공기를 배양조 내로 불어 넣어주며, 블로어(blower)(ⓑ)를 통하여 유입되는 공기를 분산시키는 통상의 산기관(diffuser)(D)이 배양조 내에 설치된다.
또한 유입되는 슬러지의 산소 소모율이 낮아질 경우에는 용존산소농도가 지나치게 높아지기 때문에 상기의 통성 상태 유지를 위하여 송풍기의 가동정지가 불가피해지는데,
배양조 내에 슬러지 침강에 의한 고액분리를 방지하기 위하여 배양조 내부를 교반시켜주는 교반기가 추가적으로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B) 내의 pH는 통상의 생물학적 처리 조건인 pH 6~8인 것이 바람직하고, 상기 배양조 내에서 슬러지가 체류하는 시간은 1.5 내지 2일이며,
본래 미생물은 자기 이외의 미생물에 대하여 항균성을 가지고 있는 것이 보통이다.
특히, 항균성 미생물 대사산물의 배설물을 통하여 그 종족 이외의 미생물에 대하여 항균성을 갖고 토양성 세균군 이외의 미생물에 대해서의 항균성은 가장 현저하게 활동한다.
Penicillin, Streptomycin, Loygomycin 등의 항생물질은 단일의 항균성을 그 미생물을 사용하여 배양강화시킨 것으로서
지구상의 인류 등 토양균군과 공서(共棲)하는 미생물 총체로서의 항균성은 폭 넓게 갖고 있는 것은 아니다.
따라서 이 토양성세균군이 갖고 있는 항균성은 대단히 폭이 넓고, 모든 고등동물이 항균성을 갖고 있는 것과 같은 맥락이라고 하겠으며, 이러한 항균성 때문에 소독약품의 사용량을 절감시킬 수 있다.
본 발명은 토양성 미생물균군을 배양시키는 것이므로, 종균제를 전혀 사용할 필요가 없으며, 여기에서 상당량의 약품량을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 탈수케이크, 특히 농축배양 슬러지 케이크를 이용한 하폐수 악취처리장치를 거쳐 생성되는 농축배양 슬러지 탈수케이크(제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B)를 모두 거쳐 처리된 탈수케이크)는 부식(부식은 동식물 사체 등의 유기물질이 토양 중에 존재하는 미생물의 작용에 의해 분해, 합성을 반복하여 중축합으로 인해 생기는 갈색 또는 흑갈색의 무정형 고분자 물질)화되어 통상의 흙과 같은 냄새만 나고 악취 원인 물질은 제거된다.
본 발명에 따른 농축배양 슬러지 케이크 이용한 하폐수 악취처리시스템에 의하여 생성된 농축배양 슬러지에 의한 악취저감율과 미생물 개체수를 측정하기 위해 악취가 발생하는 분뇨에 일반 배양슬러지와, 본 발명에 따른 처리 시스템의 제1, 제2, 제3 배양조(20B, 50B, 70B)를 거친 농축배양 슬러지를 일정량 혼합하여 다음과 같은 실험결과를 얻을 수 있었다.
표 1은 배양슬러지는 3개의 실험조(Lab)에서의 혼합한 조건을 나타내고, 표 2는 배양실험 조건을 나타내고 있다.
구분 배양슬러지 농축배양 슬러지 분뇨슬러지 비고
Lab. 1 ~ 0.3Q 1Q
Lab. 2 ~ 0.4Q 1Q
Lab. 3 1Q ~ 1Q
구분 온도(℃) MLSS(mg/L) DO(mg/L) 비고
분뇨 22.6 ~ 0.89
농축배양 슬러지 23.1 27, 000 2.84
배양슬러지 22.8 8, 500 2.95
표 3은 각 실험조에서의 악취분석 결과를 나타내고, 도 3은 악취분석 결과를 정량적으로 표시한 그래프이다.
구분 암모니아(mg/L) 황화수소(mg/L) 복합악취 비고
배출기준 1.0 0.02 500
분뇨 9.77 15.38 669
Lab. 1 농축배양 슬러지(0.3Q) 0.15 N.D 10
Lab. 2 농축배양 슬러지(0.4Q) 0.16 0.01 14
Lab. 3 일반배양슬러지(1.0Q) 0.20 N.D 14
표 4는 잉여슬러지, 농축슬러지, 농축배양 슬러지의 미생물 개체수를 측정하기 위해 도말희석법에 의하여 균수를 측정한 결과를 나타내고 있다.
미생물 개체수 비고
잉여슬러지 3.03×106 CFU/ml
농축슬러지 1.42×107 CFU/ml
농축배양 슬러지 2.02×107 CFU/ml
결론적으로 분뇨에서 발생하는 악취를 제거하기 위하여 본 발명의 배양슬러지와 반응시킨 결과 농축배양 슬러지 0.3Q(m3/day)를 주입시킨 경우 암모니아 98.5%, 황화수소 100%, 복합악취 98.5%을 제거율을 보였고, 0.4Q를 주입시킨 경우 암모니아 97.7%, 황화수소 99.9%, 복합악취 98.0%의 제거율을 보다.
반면 일반 배양슬러지 1Q를 주입시킨 경우 암모니아 98.0%, 황화수소 100%, 복합악취 98.5%의 제거율을 보였다.
또한 악취를 제거하는 토양미생물의 증식량을 알아보기 위하여 각 공정별 미생물의 생균수를 측정한 결과 잉여슬러지의 생균수는 3.03×106 CFU/ml, 농축슬러지의 생균수는 1.42×107 CFU/ml, 농축배양 슬러지의 생균수는 2.04×107 CFU/ml로 잉여슬러지에서 농축된 생균수는 4.68배 증가하였으며, 농축슬리지를 배양한 농축배양 슬러지의 양은 농축슬러지보다 1.44배 증가한 것으로 나타났다.
본 실험결과 농축배양 슬러지와 일반 배양슬러지 모두 배출기준 이하의 악취를 제거시켰으며, 생균수의 측정결과 농축배양 슬러지에서 배양된 토양미생물들이 개체수 증식 후 활성화되어 악취를 제거한 것으로 나타났다.
따라서 악취가 발생하는 분뇨에 농축된 배양슬러지를 일정량 혼합하는 공정은 악취제거에 탁월한 효과를 보였으며, 이러한 실험결과는 HRT, 농축농도 등 여러 조건에 따라 실험을 통한 최적의 악취제거 공정을 도출하는 데에 많은 도움이 될 것이다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 슬러지공급부, 건조모듈, 하수 및 폐수의 악취 저감 처리모듈(OTS)을 구비한 유·무기성 폐기물의 유동건조 및 재활용을 위한 저열원 건조 복합 무열원 건조시스템, 그리고 복합 유동 건조방법을 설명함에 있어 특정 구성을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (4)

  1. 슬러지 공급부와 연결되고 처리대상체 송입부 및 토출부를 구비한 벤츄리관, 및
    상기 벤츄리관에 연결되어 고속기류를 발생시키는 팬과, 팬을 고속회전시키는 구동수단을 포함하는 기류형성수단을 포함하는 제1건조모듈을 포함하여 이루어지되,
    제1건조모듈과 같은 구성을 갖고, 상호 연결된 제2건조모듈을 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 건조모듈의 각 벤츄리관은 송입부와 연결된 대구경 제1통로, 내경 점감형 제2통로, 소구경 제3통로, 내경 점증형 제4통로가 상호 연결되어 구성되고,
    제1건조모듈을 거친 슬러지는 제1건조모듈(120A) 벤츄리관(121) 토출부에서 제2건조모듈(120B) 벤츄리관의 송입부로 직접 이송되고,
    제2건조모듈에서 2차 건조된 슬러지 건조물의 함수율이 기준치에 미달하는 반송로를 통하여 슬러지공급부(110)로 반송되어 다시 제1건조모듈(120A)로 공급되도록 구성되며,
    상기 제1건조모듈의 벤츄리관의 송입부에는 제2건조모듈 벤츄리관의 토출부에서 배출된 처리 건조물의 일부를 재공급하는 촉매이송로가 연결되어 있는 건조시스템에 의한 유·무기성 폐기물의 무열원 건조가 이루어지며,
    촉매이송로를 따라 일부 반송된 건조물인 촉매는 유·무기성 폐기물 공급부의 혼합수단에서 슬러지와 혼합되어 처리대상체로 변환되며, 미처리 슬러지 100중량부에 대해여 촉매는 50~150중량부로 혼합되고,
    이 촉매 혼합 처리대상체는 상기 건조모듈 투입 전에 저열원 건조기를 거쳐 유동건조 특성을 확보하고,
    상기 각 건조모듈의 벤츄리관의 제3통로(V3) 내주면에는 돌기(V3p)가 형성되어 있고,
    상기 벤츄리관의 송입부는 제1통로와 사선 형태로 결합되어 있고,
    제1 내지 제4 통로를 통과하면서 지구 북반구에서 반시계방향으로 회전하려는 저기압 기류에 대한 충격파를 형성시키기 위하여 상기 각 기류형성수단의 팬은 구동수단에 의하여 시계방향으로 회전하며,

    슬러지 공급부(110)는
    촉매이송로를 따라 반송된 촉매가 미처리 슬러지와 혼합되는, 혼합수단(blender)인 제1호퍼(HP1)와,
    제1호퍼(HP1)의 배출부측에 구비된 오거(Auger) 타입 제1컨베이어(CV1)를 통통하여 슬러지를 공급받는 제2호퍼(HP2)와,
    제2호퍼의 배출부측에 구비된 제2컨베이어(CV2)를 통하여 슬러지를 공급받는 제3호퍼(HP3)와,
    제3호퍼(HP3)에서 배출된 슬러지를 제1건조모듈로 이송하는 송입(infeed)용 제3컨베이어(CV3)를 포함하며,

    저열원 건조기(WD)는 제1호퍼(HP1)와 제2컨베이어(CV2) 사이에 배열된 것을 특징으로 하는 유·무기성 폐기물의 저열원 건조 복합 무열원 건조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유·무기성 폐기물 공급부의 혼합수단에서 슬러지와 촉매의 혼합으로 함수율 45% 이하의 처리대상체가 형성되는 것을 특징으로 하는 유·무기성 폐기물의 저열원 건조 복합 무열원 건조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제2건조모듈의 벤츄리관의 토출부에서 배출된 처리 건조물의 함수율은 10% 이하인 것을 특징으로 하는 유·무기성 폐기물의 저열원 건조 복합 무열원 건조방법.
  4. 삭제
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CA2300978C (en) 1998-06-11 2007-08-21 Universal Dynamics, Inc. Method and apparatus for drying granular solids with venturi powered gas circulation

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