KR101682677B1

KR101682677B1 - 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101682677B1
Application number: KR1020160078160A
Authority: KR
Inventors: 유준혁; 유민혁
Original assignee: 유준혁; 유민혁
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2016-12-05

Abstract

본 발명에 따르면, 챔버; 일측이 상기 챔버의 내부에 배치되어 상기 챔버의 내부로 고전압 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 전극; 상기 챔버의 내부에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구가 형성된 원통 형상의 제1회전드럼; 원주면으로 복수의 제2배출구가 형성되어 상기 제1회전드럼을 내부에 수용하도록 배치된 원통 형상의 제2회전드럼; 일측이 상기 챔버를 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼을 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 타측 내부로부터 슬러지가 공급될 수 있는 제1축관; 및 상기 제1축관의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버를 관통하여 상기 제2회전드럼에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼을 상기 제1회전드럼의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있는 제2축관;을 포함하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치가 제공된다.
이에 의하면, 액상유기물 및 슬러지를 고압으로 충돌시켜 분자천공을 유발시킨 후, 비산되는 유기물을 고전압 플라즈마를 이용해 소각함으로써 상대적으로 작은 에너지로 액상유기물 및 슬러지의 처리가 가능하며, 짧은 시간에 액상유기물 및 슬러지를 감량시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법 {Device and method for Liquid organic and sludge decrement}

본 발명은 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하수처리장에서 슬러지 안정화를 위해 많이 사용하는 혐기성 소화 공법은, 혐기성 미생물에 의하여 슬러지 내의 유기물을 분해하여 최종부산물로 이산화탄소와 메탄가스를 얻는 대표적인 생물학적 처리 방법이다.

그러나 호기성 미생물에 의한 처리와 달리 처리에 소요되는 시간이 길고, 슬러지의 유입, 혼합 등 필요한 시설이 증가하며, 특히 관련 혐기성 미생물이 주변 환경에 민감하게 반응하기 때문에 제어에 어려움이 많아 이용이 제한적이다.

한편, 슬러지 내의 유기물은, 하수 등에 섞여있는 분해가 용이한 음식물찌꺼기 및 현탁물질의 중력 침전에 의해 생성된 일차슬러지(생슬러지)와, 유기물을 분해하여 증식한 미생물의 농축된 형태인 이차슬러지(잉여슬러지)가 있다.

이 가운데 일차슬러지는 혐기성 소화 효율이 높고 분해가 용이하나, 이차슬러지는 생물학적 분해가 용이한 물질들이 호기성 공정에서 이미 제거된 상태이고, 세포내 물질의 분해가 곤란하여 안정화 효율이 낮고, 상당한 시간(15일 이상)이 요구된다.

따라서, 많은 연구자들이 이차슬러지의 세포벽을 파괴하여 혐기성 소화효율을 향상시키기 위해 노력해왔다.

기존에 사용되어온 세포벽 파괴 방법으로는 기계적 파쇄법, 화학적(산 또는 알칼리) 가수분해법, 고온·고압 파괴법 등이 알려져 있으나, 이들 방법들은 회분식 공정으로 대규모의 공정에 적용하기 어렵고, 과다한 에너지 소모로 비경제적이라는 문제가 있다.

삭제

1. 한국등록특허 제10-0492297호 "고전압 펄스를 이용한 슬러지 처리 방법 및 장치" (공고일자: 2005년 06월 02일)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 유기물을 저비용으로 분해하여 감량시킬 수 있는 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 유기물의 분해효율을 높일 수 있는 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 액상유기물 및 슬러지 감량 장치는,

챔버;

일측이 상기 챔버의 내부에 배치되어 상기 챔버의 내부로 고전압 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 전극;

상기 챔버의 내부에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구가 형성된 원통 형상의 제1회전드럼;

원주면으로 복수의 제2배출구가 형성되어 상기 제1회전드럼을 내부에 수용하도록 배치된 원통 형상의 제2회전드럼;

일측이 상기 챔버를 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼을 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 타측 내부로부터 슬러지가 공급될 수 있는 제1축관; 및

상기 제1축관의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버를 관통하여 상기 제2회전드럼에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼을 상기 제1회전드럼의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있는 제2축관;

을 포함한다.

상기 챔버의 하부에는,

배출관이 연통되게 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은,

상기 제1축관의 타측 원주면에 연동회전 가능하게 설치된 마그넷바아와, 상기 마그넷바아의 외측에 고정설치된 자장코일로 구성된 자장발생장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1축관의 일측 단부에는,

원뿔 형상의 노즐이 연통 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 노즐에는,

복수의 비산공이 형성된 적어도 하나의 반원 돌기가 요철지게 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 슬러지 처리 방법은,

슬러지가 제1축관의 타측 내부로부터 공급되는 슬러지 공급 단계;

상기 제1축관의 타측 내부로 공급되는 슬러지의 이온입자 간 결속이 이완되는 슬러지 입자 이완 단계;

유동된 슬러지가 상기 제1축관의 일측 단부에 연동 결합된 노즐을 통해 작은 입자 상태로 고압 비산되는 슬러지 고속 비산 단계;

고압 비산되는 슬러지가 상기 제1축관과 연동하여 회전되는 제1회전드럼의 내주면에 충돌되는 슬러지 1차 충돌 단계;

상기 제1회전드럼을 빠져나온 슬러지가 상기 제1회전드럼과 반대 방향으로 회전되는 상기 제2회전드럼의 내주면에 고압으로 충돌되는 슬러지 2차 충돌 단계; 및

상기 제2회전드럼을 빠져나온 슬러지가 상기 챔버의 내부에서 소각되는 슬러지 소각 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법에 의하면, 액상유기물 및 슬러지를 고압으로 충돌시켜 분자천공을 유발시킨 후, 비산되는 유기물을 고전압 플라즈마를 이용해 소각함으로써 상대적으로 작은 에너지로 액상유기물 및 슬러지의 처리가 가능하며, 짧은 시간에 액상유기물 및 슬러지를 감량시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기물 및 슬러지 감량 장치를 개략적으로 보인 단면도,
도 2는 도 1의 요부 결합상태를 보인 도면,
도 3은 도 2의 'A'를 확대해서 보인 부분 단면도 및
도 4는 도 1의 작동 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기물 및 슬러지 감량 장치에 대해 상세하게 살펴본다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기물 및 슬러지 감량 장치를 개략적으로 보인 단면도이고, 도 2는 도 1의 요부 결합상태를 보인 도면이며, 도 3은 도 2의 'A'를 확대해서 보인 부분 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 액상유기물 및 슬러지 감량 장치는, 챔버(10), 플라즈마 전극(20), 제1회전드럼(30), 제2회전드럼(40), 한 쌍의 제1축관(50), 및 한 쌍의 제2축관(60)을 포함한다.

여기서, 상기 챔버(10)는, 내부에 외부와 격리된 밀폐된 공간을 형성하며, 그 하부에 배출관(11)이 연통되게 설치된다.

상기 플라즈마 전극(20)은, 일측이 상기 챔버(10)의 내부에 배치되어 상기 챔버(10)의 내부로 고전압 플라즈마를 공급할 수 있도록 설치된다. 이러한 상기 플라즈마 전극(20)은, 경우에 따라 복수로 설치될 수 있으며, 외측에 별도 마련된 고전압 발생 장치(25)와 연결된다.

한편, 상기 제1회전드럼(30)은, 원통 형상으로 형성되어 상기 챔버(10)의 내부 공간에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구(30a)가 형성되어 이루어진다.

또한, 상기 제2회전드럼(40) 역시 원통 형상으로 형성되어 원주면으로 복수의 제2배출구(40a)가 형성되며, 상기 제1회전드럼(30)을 내부에 수용할 수 있는 크기로 배치된다.

아울러, 상기 각 제1축관(50)은, 일측이 상기 챔버(10)를 각각 대향되게 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼(30)에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼(30)을 일 방향(도시된 시계 방향)으로 회전시킬 수 있으며, 어느 하나(도면의 좌측)의 제1축관(50)의 타측 내부로부터 슬러지(S)가 공급될 수 있다.

이를 위해 상기한 어느 하나(좌측)의 제1축관(50)의 원주면에는, 제1휠(51)이 설치되고, 이 제1휠(51)이 외부의 구동모터(53)의 축(53-1)과 연결된 또 다른 제1휠(52)과 체인벨트(점선)로 결합되어 상기 제1축관(50)에 동력이 전달될 수 있다.

다만, 본 발명은, 이에 한정되지 않는바 공지된 다른 동력전달방식이 사용될 수 있다. 그 예로서 상기 제1휠(51)을 기어로 대체하고, 상기 구동모터(53)의 축(53-1)과 결합된 또 다른 기어와 톱니 맞물림 방식으로 상기 제1축관(50)에 동력을 전달할 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 각 제1축관(50)의 원주면에는, 제1베어링(54)이 각각 더 설치되어 각 제1축관(50)이 회전 지지될 수 있다.

또한, 상기 각 제2축관(60)은, 상기 각 제1축관(50)의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버(10)를 각각 관통하여 상기 제2회전드럼(40)에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼(40)을 상기 제1회전드럼(30)의 회전 방향과 반대 방향(도시된 반 시계 방향)으로 회전시킬 수 있다.

이를 위해 상기한 어느 하나(좌측)의 제2축관(60)의 원주면에는, 제2휠(61)이 설치되고, 이 제2휠(61)이 또 다른 구동모터(63)의 축(63-1)과 연결된 또 다른 제2휠(62)과 체인벨트(점선)로 결합되어 상기 제2축관(60)에 동력이 전달될 수 있다.

다만, 본 발명은, 이에 한정되지 않는바 공지된 다른 동력전달방식이 사용될 수 있다. 그 예로서 상기 제2휠(61)을 기어로 대체하고, 상기 구동모터(63)의 축(63-1)과 결합된 또 다른 기어와 톱니 맞물림 방식으로 상기 제2축관(60)에 동력을 전달할 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 각 제2축관(60)의 원주면에는, 제2베어링(64)이 각각 더 설치되어 각 제2축관(60)이 회전 지지될 수 있다.

아울러, 본 발명은, 상기 제1축관(50)의 타측 원주면에 연동회전 가능하게 설치된 마그넷바아(71)와, 상기 마그넷바아(71)의 외측에 고정설치된 자장코일(72)로 구성된 자장발생장치(70);를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 어느 하나(좌측)의 제1축관(50)의 일측 단부에는, 원뿔 형상의 노즐(55)이 연통 결합된다.

이러한 상기 노즐(55)에는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 비산공(56a)이 형성된 적어도 하나의 반원 돌기(56)가 요철지게 설치된다. 본 실시예에서는 상기 반원 돌기(56)가 상기 노즐(55)의 외측으로 돌출되게 형성됨을 보이고 있으나, 상기 노즐(55)의 내측으로 홈지게 형성되어도 유사한 효과(슬러지가 비산되어 배출)를 달성할 수 있음은 물론이다.

이하, 도 4를 참조하여 상술한 본 발명의 액상유기물 및 슬러지 감량 장치의 작동에 대해 살펴본다.

먼저, 별도의 동력에 의해 상기 제1축관(50) 및 상기 제2축관(60)이 서로 반대방향으로 회전하는 상태에서 상기 슬러지(S)가 상기 어느 하나(도면의 좌측)의 제1축관(50)의 타측 내부로부터 공급(S1)된다. 이때 상기 어느 하나(도면의 좌측)의 제1축관(50)의 타측 원주면에 설치된 마그넷바아(71)가 연동회전하게 되어 자장코일(72)에 자기력이 발생된다.

발생된 자기력은 상기 어느 하나(도면의 좌측)의 제1축관(50) 타측 내부로 공급되는 상기 슬러지(S)의 이온입자에 영향을 주어 상기 슬러지(S)의 이온입자 간의 결속을 이완(S2)시키게 된다.

상기 제1축관(50)으로 유동된 상기 슬러지(S)는 상기 제1축관(50)의 일측 단부에 연동 결합된 상기 노즐(55)에 형성된 상기 반원 돌기(56)의 비산공(56a)들을 통해 작은 입자 상태로 고압 비산(S3)되어 상기 제1축관(50)과 연동하여 회전(시계 방향, 도 1의 화살표 참조)되는 상기 제1회전드럼(30)의 내주면에 충돌(S4)된다.

이후, 상기 제1회전드럼(30)의 원심력에 의해 복수의 제1배출구(30a)로 빠져나가 상기 제1회전드럼(30)과 반대 방향으로 회전(반 시계 방향, 도 1의 화살표 참조)되는 상기 제2회전드럼(40)의 내주면에 고압으로 충돌(S5)된다.

이때, 상기 슬러지(S)가 상기 제2회전드럼(40)의 내주면에 충돌될 때의 압력(P)은 다음과 같다(단, 각 드럼의 rpm(분당회전수) = 16000, h(드럼 간의 거리, 도 1 참조) = 0.8m, Q(질량) = 1).

[HZ]

[rad/sec]

이와 같이 고압으로 상기 제2회전드럼(40)의 내주면에 충돌됨으로써 상기 슬러지(S)의 분자천공이 유발되어 세포벽이 파괴된 후, 상기 슬러지(S)는 상기 제2회전드럼(40)의 원심력에 의해 복수의 제2배출구(40a)를 통해 상기 챔버(10) 내부로 스프레이 형태로 분사된다.

스프레이 형태로 분사되는 상기 슬러지(S)는 상기 챔버(10)의 내부에 설치된 상기 플라즈마 전극(20)의 고전압 플라즈마에 의해서 점화되어 유해세균을 사멸시키며, 잔여오염물질 및 비산되는 슬러지를 소각(S6)시키게 된다.

마지막으로, 상기 챔버(10)의 바닥으로 포집된 잔여물은 상기 배출관(11)을 통해 외부로 배출(S7)된 후, 슬러지와 상등수로 분리되어 처리된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 액상무기물 및 슬러지의 감량 장치 및 방법에 의하면, 액상유기물 및 슬러지를 고압으로 충돌시켜 분자천공을 유발시킨 후, 비산되는 유기물을 고전압 플라즈마를 이용해 소각함으로써 상대적으로 작은 에너지로 액상유기물 및 슬러지의 처리가 가능하며, 짧은 시간에 액상유기물 및 슬러지를 감량시킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10: 챔버 11: 배출관
20: 플라즈마 전극 25: 고전압 발생 장치
30: 제1회전드럼 30a: 제1배출구
40: 제2회전드럼 40a: 제2배출구
50: 제1축관 51, 52: 제1휠
53: 구동모터 53-1: 축
54: 제1베어링 55: 노즐
56: 반원 돌기 56a: 비산공
60: 제2축관 61, 62: 제2휠
63: 구동모터 63-1: 축
64: 제2베어링 70: 자장발생장치
71: 마그넷바아 72: 자장코일

Claims

챔버(10);
일측이 상기 챔버(10)의 내부에 배치되어 상기 챔버(10)의 내부로 고전압 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 전극(20);
상기 챔버(10)의 내부에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구(30a)가 형성된 원통 형상의 제1회전드럼(30);
원주면으로 복수의 제2배출구(40a)가 형성되어 상기 제1회전드럼(30)을 내부에 수용하도록 배치된 원통 형상의 제2회전드럼(40);
일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼(30)에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼(30)을 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 타측 내부로부터 슬러지(S)가 공급될 수 있는 제1축관(50);
상기 제1축관(50)의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 상기 제2회전드럼(40)에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼(40)을 상기 제1회전드럼(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있는 제2축관(60); 및
상기 제1축관(50)의 타측 원주면에 연동회전 가능하게 설치된 마그넷바아(71)와, 상기 마그넷바아(71)의 외측에 고정설치된 자장코일(72)로 구성된 자장발생장치(70);
를 포함하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치.
제 1항에 있어서, 상기 챔버(10)의 하부에는,
배출관(11)이 연통되게 설치된 것을 특징으로 하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치.
삭제
챔버(10);
일측이 상기 챔버(10)의 내부에 배치되어 상기 챔버(10)의 내부로 고전압 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 전극(20);
상기 챔버(10)의 내부에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구(30a)가 형성된 원통 형상의 제1회전드럼(30);
원주면으로 복수의 제2배출구(40a)가 형성되어 상기 제1회전드럼(30)을 내부에 수용하도록 배치된 원통 형상의 제2회전드럼(40);
일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼(30)에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼(30)을 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 타측 내부로부터 슬러지(S)가 공급될 수 있는 제1축관(50); 및
상기 제1축관(50)의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 상기 제2회전드럼(40)에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼(40)을 상기 제1회전드럼(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있는 제2축관(60);을 포함하며,
상기 제1축관(50)의 일측 단부에는, 원뿔 형상의 노즐(55)이 연통 결합된 것을 특징으로 하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치.
제 4항에 있어서, 상기 노즐(55)에는,
복수의 비산공(56a)이 형성된 적어도 하나의 반원 돌기(56)가 요철지게 설치된 것을 특징으로 하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치.
챔버(10);
일측이 상기 챔버(10)의 내부에 배치되어 상기 챔버(10)의 내부로 고전압 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 전극(20);
상기 챔버(10)의 내부에 수용되며, 원주면으로 복수의 제1배출구(30a)가 형성된 원통 형상의 제1회전드럼(30);
원주면으로 복수의 제2배출구(40a)가 형성되어 상기 제1회전드럼(30)을 내부에 수용하도록 배치된 원통 형상의 제2회전드럼(40);
일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 일측 단부가 상기 제1회전드럼(30)에 연통 결합되어 상기 제1회전드럼(30)을 일 방향으로 회전시킬 수 있으며, 타측 내부로부터 슬러지(S)가 공급될 수 있는 제1축관(50); 및
상기 제1축관(50)의 외주면에 설치되고 일측이 상기 챔버(10)를 관통하여 상기 제2회전드럼(40)에 연통 결합되어 상기 제2회전드럼(40)을 상기 제1회전드럼(30)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시킬 수 있는 제2축관(60);을 포함하며,
상기 제1축관(50)의 일측 단부에는, 원뿔 형상의 노즐(55)이 연통 결합된 것을 특징으로 하는 액상유기물 및 슬러지 감량 장치의 슬러지 처리 방법에 있어서,
슬러지(S)가 상기 제1축관(50)의 타측 내부로부터 공급되는 슬러지 공급 단계(S1);
상기 제1축관(50)의 타측 내부로 공급되는 슬러지(S)의 이온입자 간 결속이 이완되는 슬러지 입자 이완 단계(S2);
유동된 슬러지가 상기 제1축관(50)의 노즐(55)을 통해 작은 입자 상태로 고압 비산되는 슬러지 고속 비산 단계(S3);
고압 비산되는 슬러지가 상기 제1축관(50)과 연동하여 회전되는 제1회전드럼(30)의 내주면에 충돌되는 슬러지 1차 충돌 단계(S4);
상기 제1회전드럼(30)을 빠져나온 슬러지가 상기 제1회전드럼(30)과 반대 방향으로 회전되는 상기 제2회전드럼(40)의 내주면에 고압으로 충돌되는 슬러지 2차 충돌 단계(S5); 및
상기 제2회전드럼(40)을 빠져나온 슬러지(S)가 상기 챔버(10)의 내부에서 소각되는 슬러지 소각 단계(S6);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 처리 방법.