KR101813486B1 - 바이오황 현탁액 함수율 조절을 위한 탈수 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff 값 및 탈수기의 차속값을 조절하여 바이오황 함수율을 평균적으로 45 내지 55% 범위로 조절하는 탈수 공정에 관한 것이다.
본 발명은 탈수공정 주요인자를 조절하여 최종 생산되는 바이오황의 함수율을 조절함으로써, 전체 공정의 운전비 절감 및 탈황설비의 안정적인 운영이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

바이오황 현탁액 함수율 조절을 위한 탈수 공정{Dehydration process to control water content of biosulfur suspension concentrate}

본 발명은 바이오황 생산 공정의 마지막 단계인 바이오황 함수율 조절을 위한 탈수건조 공정에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 바이오황 생산 공정에서 침전조(settler) 및 탈수기를 거쳐 생산되는 바이오황의 상업 생산을 위하여 탈수공정의 주요인자를 조절하여, 생산되는 바이오황의 함수율을 적절하게 조절하는데 목적이 있다.

바이오황을 생산하기 위해서는 쓰레기 매립지에서 발생하는 메탄가스에 포함된 황화수소를 원소 황(S)으로 전환하여야 하는데, 높은 황부하량(S-load)을 처리하여야 함에 따라 대규모 설비가 필요하며 황부하량 증가에 따른 바이오황 발생량 역시 증가하였다. 이로 인하여, 발생되는 바이오황을 처리하지 않고서는 매립가스를 원료로 한 발전설비를 가동하는 것에 어려움이 있으며, 바이오황을 폐기물로 처분하기 위해서는 추가로 많은 운영비가 투입되어 큰 문제가 된다.

그러므로, 매립가스를 원료로 한 발전설비 운전의 효율화를 위해서도 바이오황을 적절하게 가공, 정제 및 판매하기 위해서는 일정한 함수율을 갖는 제품을 생산해야만 한다. 따라서, 본 발명은 탈수공정의 주요 인자를 조절하여, 바이오황 생산품의 함수율을 일정범위로 조절할 수 있는 기술에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 바이오가스 및 매립지 가스(Land Fill Gas) 등에 포함된 황화합물을 생물학적공정을 이용하여 원소황으로 전환하고, 생성된 황을 상업적으로 판매하기 위하여 필수적인 공정 기술이다.

황은 전통적으로는 각종 폐기물 처리 과정에서 나오는 유해물질에 불과했지만 바이오황은 기존의 산업용 황과는 달리 물에 대한 용해도가 높고, 사람에게도 무해하며 작물에도 별다른 피해가 없는 등의 장점이 있어서 친환경 작물 제재로서 가능성이 높다. 또한 유독성이 없어 화장품, 의약품, 살균제, 비료 등 활용처가 다양하다. 또한 바이오황은 성분이 중성에 가까우며, 비료 및 농약 등으로 활용하기 위해서 화학물을 첨가하는 등의 추가 가공과정이 필요없는 장점이 있어서 유리하다.

국제연합식량농업기구(FAO)에 따르면 전 세계 비료 시장은 오는 2018년까지 약 290조원, 농약 시장은 77조원 규모로 성장할 것으로 관측되고 있다.

바이오황은 미세먼지 발생 원인 중 하나인 황산화물(SOx) 제거 과정에서 생산되며, 입자가 작고 액상으로 생산이 가능하므로 기존 화학 비료를 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 농약원료로도 사용될 수 있어서 그 잠재성이 매우 높은 것으로 평가받고 있다.

이와 같은 바이오황을 상업적 용도로 활용하기 위해서는 최종 정제 단계에서 황의 수분 함량을 조절하는 탈수 건조 공정의 최적화가 매우 중요하다.

그러나, 기존의 티오팍(Thiopaq) 공정은 황부하량(S-load)이 적어서 발생되는 바이오황을 폐기물로 처분하였으므로, 발생되는 바이오황의 함수율 등을 일정하게 유지할 필요가 없었으며 따라서, 바이오황 함수율 조절을 위한 공정은 제대로 확립되어 있지 않았다.

한편, 탈수공정의 주요 공정 조절 인자는 ⅰ) 침전조(settler)에서의 TSS(Total Suspended Solids) : 공정수 중 총고형물의 양, ⅱ) 침전조(settler)에서의 Imhoff : 일정시간(1시간)동안, 일정부피(1000ml)의 공정수 중 침강되는 고형물의 부피 - 황부하량(S-load) 및 미생물의 활동과 밀접한 관계가 있음 ⅲ) 탈수기 공급유량(펌프로 조절), ⅳ) 주모터 rpm(볼 rpm) : 탈수기 외부 볼의 회전속도로서 최대 속도로 가동할 경우 고형물의 분리성이 높아져서 함수율이 낮아짐, ⅴ) 차속값 : (주모터 속도 차속모터 속도)/(감속비)로 나타내어내며, 차속모터는 주모터 보다 약간 느리게 회전하며 회전방향은 반대이다.

위에 열거된 주요 공정 조절 인자를 조절함으로써 바이오황의 함수율을 조절할 수 있는데, 그 중 특히 Imhoff값 및 차속값을 조절하여 바이오황의 함수율을 최적으로 조절할 수 있다.

한편, 침전조의 TSS 및 Imhoff 값은 전체 공정의 최적화를 통하여 조절할 수 있으나, 1차적으로 공급펌프를 통하여 조절이 가능하다. 침전조는 특별한 기계장치가 아닌 침전조로서 체류시간(침전시간)을 조절함으로써 TSS 및 Imhoff값의 조절이 가능하다.

그리고, 바이오황 탈수공정에 사용되는 탈수기는 원심탈수기이며, 도 1 및 도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같다.

탈수기의 회전체(볼)는 일정속도(약 3,100 rpm)으로 회전하며 차속모터로 구동되는 스크류는 회전체보다 약간 낮은 속도로 회전하며 회전방향은 반대이고, 회전체 중간으로 공급된 처리 대상물을 원심력으로 분리하고, 스크류(15)를 통하여 볼(13) 외벽에 붙은 고형물을 고형물배출부(16)로 이송하여 배출하는 시스템이다. 이때 주모터(1)와 차속모터(2)의 속도차이를 감속비로 나눈 값을 차속값으로 정의한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 바이오황의 건조 공정에 있어서 바이오황 함수율을 일정하게 조절하기 위한 탈수 공정을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하기 위한 다른 과제는 공정에 유입되는 유량의 변화에 따라 Imhoff 값이 변화할 수 있는데, 그러한 Imhoff 값의 변화에 따라 탈수기 차속값을 조절하여 바이오황 함수율을 일정하게 유지하는 공정을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 이러한 바이오황 탈수공정 개발을 통해 매립가스 발전설비에서 부산물로 발생하는 바이오황을 일정 수준의 함수율을 유지하는 상업제품으로 생산하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위해서는 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff 값 및 탈수기의 차속값을 조절하여 바이오황 함수율을 평균적으로 45 내지 55% 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

함수율이 45% 미만으로 되면 여러가지 문제가 발생하는데, 첫째는, 탈수시스템의 부하증가로 인한 기기의 내구연한 감소, 가동시간 감소, 갑작스런 부하증가로 인한 Trip 발생에 따른 안정성 감소 등의 문제로 기기 자체의 운영에 어려움이 있다. 둘째는, 바이오황 특성상 고형물(황)이 60% 이상(함수율이 40%이하)일 경우, 위험물로 분류되어 관리에 어려움이 있다. 세 번째는 너무 낮은 농도의 함수율을 가질 경우, 생산된 바이오황의 후단공정을 위한 이송시에 문제가 발생한다.

또한 함수율이 55%를 초과하게 되면, 황 현탁액상태의 밀도가 감소하고, 황현탁액에 포함되어 있는 바이오황의 양이 감소하게 되므로 상품으로써의 가치가 떨어진다.

그리고, 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff 값 및 탈수기의 차속값을 다음 식과 같이 일정 범위 내로 유지하여 바이오황 함수율을 조절하는 것이 바람직하다.

[수식 1] 3 ≤ Imhoff(㎖/L)/차속값(rpm) ≤ 27

공정 운전 결과 결과 Imhoff(ml/L)/차속값(rpm)의 값이 3미만이면, 탈수기로 유입되는 바이오황 수분 함량이 높음에도 불구하고, 탈수기 내부의 체류시간을 줄이게 되므로 원하는 바이오황의 함수율을 얻을 수 없어서 바람직하지 못하다. 이에 반해 Imhoff(ml/L)/차속값(rpm)이 27을 초과하면 바이오황 현탁액이 충분히 탈수되었음에도 불구하고 탈수기 내부의 체류시간을 필요 이상 길게 유지하는 결과가 되므로, 탈수기 몸체 내벽에 바이오황 건조물이 들러붙는 현상이 발생하여 탈수기 막힘 현상의 가능성이 높으며, 그것은 탈수기 기기 자체의 과부하로 이어져 기기손상의 우려가 있다.

한편, 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정의 탈수기 차속값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하여 바이오황 함수율을 조절하는 것이 더욱 바람직하다.

[수식 2] 15 ≤ 차속값(rpm) ≤ 30

일반적으로 적정 Imhoff 값을 유지할 때, 차속값이 15rpm 미만일 경우 탈수기 내부에서 바이오황 고형물을 너무 늦게 밀어내게 되어 과도한 탈수가 진행된다. 따라서, 함수율이 너무 낮은 바이오황이 생산되며 전체적으로 탈수시스템 부하의 증가를 가져올 수 있어서 바람직하지 못하다.

이에 반해 차속값이 30rpm을 초과할 경우, 탈수기 내부에서 너무 빠른 속도로 바이오황 고형물을 밀어내게 되어 탈수 효과가 떨어진다. 따라서, 함수율이 과도하게 높은 바이오황이 생성되므로 바람직하지 못하다. 이러한 경우, 탈수기 유량을 감소시켜 탈수기 내부의 체류시간을 증가시켜야 한다.

그리고, 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다.

[수식 3] 100 ≤ Imhoff(㎖/L) ≤ 400

Imhoff(ml/L)값이 100미만일 경우에는 바이오황 함유 현탁액의 농도(바이오황이 포함된 실제 양)가 낮다는 것을 의미한다. 이것은 전체공정시스템의 문제로부터 기인하여 발생하기도 하는데, 공정에 유입되는 바이오황의 양보다 많은 양의 바이오황이 유출되어 나가기 때문에 발생하는 문제이다. 100미만의 값을 유지할 경우, 탈수 공정에서 차속값으로 함수율을 조정하는 것에는 무리가 있으며, 다소 높은 함수율을 가지거나, 일정하지 않은 함수율의 바이오황이 생산된다.

반면, Imhoff(ml/L)값이 400을 초과해 매우 높은 농도로 유지될 경우에는, 설치된 탈수기의 처리용량을 초과하여 바이오황이 유입되는 것이므로, 탈수기 내에서 체류시간이 부족하게 되어 일정한 상태, 일정 함수유을 갖는 바이오황을 생산하는 것이 어렵다. 따라서, 이러한 경우에는 공정으로 유입되는 공정수의 유량 자체를 낮추어서 운전하여야 한다.

또한, 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하여 바이오황 함수율을 조절하는 것이 더욱 바람직하다.

[수식 4] 150 ≤ Imhoff(㎖/L) ≤ 300

이러한 범위 내에서 운전하면 더욱 안정적인 조건 하에서 바이오황의 함수율을 유지할 수 있어서 공정에 주는 부담이 적고 생산되는 바이오황 물성도 안정화될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 공정을 통해 생산되는 바이오황의 함수율을 평균적으로 47 내지 52%의 범위로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 바이오황의 함수율을 유지하면 안정적인 공정 운전이 가능할 뿐만 아니라, 제품의 물성도 안정화가 되어 고품질의 바이오황 제품을 생산할 수 있다.

한편, Imhoff값이 감소하면 탈수기 차속값을 감소시켜 바이오황의 함수율을 일정하게 유지하는 것이 바람직하고, Imhoff값이 증가하면 탈수기 차속값을 증가시켜 바이오황의 함수율을 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명은 탈수공정 주요인자를 조절하여 최종 생산되는 바이오황의 함수율을 조절 함으로써, 전체 공정의 운전비 절감 및 탈황설비의 안정적인 운영이 가능하도록 한다. 또한, 바이오황을 폐기물로 처리 할 경우, 약 15만원/톤의 처리비용이 발생하나 적절한 정제 공정을 통해 상업 제품으로 생산하는 경우 고부가가치 산업으로 추가 수익이 가능하다.

이와 같이 본 발명의 탈수 공정을 통해 일정한 범위의 함수율을 갖는 바이오황 제품을 생산할 수 있으며, 친환경 농약, 비료 등에 응용할 경우 제품의 품질에도 좋은 영향을 미칠 수 있다.

도 1은 탈수기의 단면 및 각 부분의 명칭을 나타낸 모식도이다.
도 2는 탈수기 유량 및 TSS, Imhoff를 일정하게 유지시킨 상태에서 차속값을 변화시켜 함수율을 조절한 공정 운전 데이터 그래프이다.
도 3은 탈수기 차속값은 일정하게 유지한 상태에서 탈수기로 유입되는 유량을 증가시킬 경우 Imhoff 값이 감소하게 되고 그에 따라 함수율이 증가하는 것을 나타낸 공정 운전 데이터 그래프이다.
도 4는 침전조 Imhoff 값이 일정범위로 유지될 경우, 탈수기 차속값의 조절로 일정한 농함수율의 바이오황을 생산한 것을 나타낸 공정 운전 데이터 그래프이다.
도 5은 침전조 Imhoff 값이 일정 범위에서 변화하더라도 탈수기 차속값을 조절하여 바이오황의 함수율을 적정하게 유지할 수 있다는 것을 나타낸 공정 운전 데이터 그래프이다.
도 6은 적정한 범위 내에서 탈수기 차속값이 유지되고 있는 경우, 유량을 조절하여 Imhoff값을 조절하게 되면 바이오황의 함수율을 일정범위 내로 유지할 수 있다는 것을 나타낸 공정 운전 데이터 그래프이다.
도 7은 황부하량(S-load)가 일정 범위에서 변화하더라도 유량 및 탈수기 차속값을 조절하여 바이오황의 함수율을 적정하게 유지할 수 있다는 것을 나타낸 공정 운전 데이터 그래프이다.

황화수소를 환원하여 원소 황인 바이오황으로 전환시킨 후 적정 수분을 함유하는 바이오황 제품을 생산하기 위해서 탈수 건조 공정을 설계하였다. 탈수 건조 공정의 핵심 장치는 탈수기이며, 탈수기의 탈수 속도 및 탈수기로 공급되는 유량을 조절하여 바이오황의 적정 함수율을 유지한다.

탈수기에 공급되는 유량은 펌프의 인버터를 통하여 조절이 가능한데, 탈수기로 공급되는 유량은 4 ~ 20m3/hr 범위에서 조절이 가능하다. 탈수기에는 주모터 및 차속모터가 장착되어 있으며, 탈수기 주모터 및 차속모터의 속도 변화(차속값)는 운전중에도 조절이 가능한데, 주모터는 최대 가동시에 인버터 기동으로 3,100 RPM 정도로 가동하였으며, 최고치의 80~100% 정도로 조절하였다. 그리고, 차속값은 0.5 ~ 32 범위에서 조절이 가능하며 황부하량에 따라 바이오황 함수율을 조절하기 위해서 최적 범위를 설정하였다.

유량 및 Imhoff값이 일정한 조건에서는 탈수기의 차속값만 조절해도 함수율을 효과적으로 조절할 수 있다. 특히 탈수기가 차속값을 설정하면 자동으로 변환되는 기능이 있을 때는 운전 조절이 매우 용이해진다.

아래 표는 탈수기 유량 및 TSS, Imhoff를 일정하게 유지시킨 상태에서 차속값을 변화시켜 함수율을 조절한 공정 운전 데이터이며, 도 2에 그 결과를 도시하였다.

구분	탈수기유량 (m3/hr)	탈수기차속값 (rpm)	수분 (%M)	Imhoff (ml/L)
1	15	22	46.126	240
2	15	24	46.742	240
3	15	26	47.915	240
4	15	28	48.638	240
5	15	30	48.102	240
6	15	32	50.162	230

표 1은 Imhoff가 일정한 경우, 탈수기 유량 변화에 따른 수분 함량 변화로서 도 2의 그래프 데이터의 일부이다.

도 2에서 보는 바와 같이 일정한 조건에서 탈수기 차속값을 증가시켰을 경우, 회전체 내부의 공정수(고형물)의 체류시간이 짧아지고, 그로인한 고액분리 효율이 떨어져서 함수율이 증가하였다.

한편, 도 3에 나타난 것과 같이 탈수기 주모터 rpm의 변화로 함수율을 조절할 수도 있는데 일정한 조건에서 탈수기 주모터 rpm을 조절하면 중력이 아닌 밀도차에 의한 원심력으로 분리되는 효율이 변하는 것을 확인하였다. 즉, 주모터 rpm을 감소시켰을 경우, 회전체(볼)의 스피드가 줄어 들게 되고, 이것은 원심력 감소로 이어지며, 고상과 액상의 분리 효율이 낮아지게 되므로 함수율은 증가하였다.

다시 말하면 탈수기 유량이 증가하면 탈수기로 공급되는 고형물의 절대량이 증가하므로, 고액분리 효율이 감소하게 되어 바이오황 함수율은 증가하였다. 그리고, 탈수기에 유입되는 유량과 침전조의 침전 시간은 반비례 관계가 있는데, 예를 들면 탈수기 유량을 증가시킬 경우 침전조의 공정수 침전시간이 줄어들게 되어 Imhoff값이 감소하는 현상이 발생하였다. 따라서, 탈수기 유량을 적정 범위에서 조절하여 일정한 Imhoff를 유지할 경우, 바이오황을 일정한 함수율로 생산할 수 있었다.

즉, 탈수기 차속값을 일정하게 하더라도 Imhoff값을 조절하여 바이오황의 함수유을 조절할 수 있었다. 아래 표는 그러한 조건으로 공정을 운전하였을 때의 값을 나타낸 것이다.

구분	탈수기유량 m3/hr	탈수기차속값 rpm	수분 %M	Imhoff (ml/L)
1	8	24	45.924	350
2	10	24	46.022	300
3	12	24	46.048	270
4	15	24	46.742	250
5	18	24	52.142	200

표 2는 탈수기 차속값이 일정한 경우 Imhoff값 변화에 따른 수분 함량 변화로서 도 3의 그래프 데이터의 일부이다.

그리고 도4에 나타낸 바와 같이, 탈수기에 공정수가 유입되기 전에 침전조의 Imhoff 값을 일정 범위 내에서 유지할 경우(150 ~ 300㎖/L), 탈수기의 차속값을 조절하여 적정 함수율을 갖는 바이오황을 생산할 수 있다는 것을 확인하였다. Imhoff 값은 황부하(S-load) 및 미생물의 상태에 따라 변동성이 크게 될 수 있으나 유량을 조절함으로써 일정 범위 내로 관리할 수 있으며, 그러한 관리된 Imhoff 값 내에서는 탈수기 차속값 조절로 바이오황 함수율을 조절할 수 있었다.

날짜	침전조 Imhoff(ml/L)	탈수기 유량(m3/hr)
09-04	290	12
09-05	320	12
09-06	330	12
09-07	295	12
09-08	260	14.5
09-09	260	15.5
09-10	260	15.5
09-11	260	17
09-12	240	17
09-13	240	17
09-14	230	17
09-15	220	16.5
09-16	200	17
09-17	230	16.5
09-18	220	16.5
09-19	300	16.5
09-20	330	16.5
09-21	240	16.5
09-22	240	16.5
09-23	240	16.5
09-24	280	16.5
09-25	240	17
09-26	240	17
09-27	260	17
09-28	260	17
09-29	300	17
09-30	300	17
10-01	290	17
10-02	300	17
10-03	280	17
10-04	310	17
10-05	300	17
10-06	320	17
10-07	300	17
10-08	300	17
10-09	320	17
10-10	300	16.1
10-11	290	17
10-12	280	17
10-13	300	17
10-14	310	17
10-15	300	16.6
10-16	300	17.2
10-17	280	17.3
10-18	320	17
10-19	330	17.1
10-20	310	16.8
10-21	300	16.5
10-22	280	16.9
10-23	290	17.1
10-24	290	17
10-25	280	17
10-26	290	17
10-27	260	17.3
10-28	270	17.1
10-29	250	16
10-30	260	16
10-31	290	16
11-01	250	16
11-02	280	16
11-03	230	16
11-04	250	14
11-05	250	14
11-06	260	14
11-07	300	14
11-08	260	14
11-09	290	14
11-10	270	15
11-11	250	15
11-12	250	15
11-13	250	15
11-14	240	15
11-15	270	15
11-16	300	15
11-17	270	15
11-18	250	15
11-19	220	15
11-20	220	15
11-21	220	15
11-22	210	15
11-23	220	15
11-24	220	15
11-25	200	14
11-26	210	14
11-27	240	14
12-04	260	9.4
12-05	290	15.2
12-06	260	15
12-07	190	17
12-08	250	14.2
12-09	230	15.8
12-10	230	15.8
12-11	210	15.7
12-12	190	15.5
12-13	200	15.7
12-14	180	15.7
12-15	190	14.5
12-16	200	14.7
12-17	210	14.5
12-18	220	14.5
12-19	250	14.7
12-20	200	14.7
12-21	240	14.8
12-22	200	14.7
12-23	240	14.9
12-24	220	14.1
12-25	200	14.5
12-26	230	14
12-27	210	14.6
12-28	180	13
12-29	210	14.5
12-30	180	13.5
12-31	190	13
01-01	200	12
01-02	210	12.5
01-03	180	13
01-04	210	12.6
01-05	220	13
01-06	210	11
01-07	200	14.8
01-08	200	14.8
01-09	190	14.5
01-10	200	14.6
01-11	200	14.7
01-12	170	14.6
01-13	140	14.8
01-14	170	14.9
01-15	170	14.9
01-16	150	14.7
01-17	150	14
01-18	170	13
01-19	190	13.2
01-20	160	13.5
01-21	200	13
01-22	160	12.5
01-23	180	13
01-24	180	13
01-25	160	12.1
01-26	170	12.8
01-27	160	13
01-28	120	13
01-29	60	13
01-30	75	12.8
01-31	90	10.2

표 3은 침전조 Imhoff값과 탈수기 유량 변화로서 도 4에 도시한 그래프의 데이터이다.

한편 도 5에 나타낸 바와 같이, 탈수기 유량을 조절하여 적절하게 유지된 Imhoff 값을 가진 공정수가 탈수기로 유입되었을 때 차속값을 조절하여 바이오황의 함수율을 47~52% 범위에서 일정하게 유지시킬 수 있음을 확인하였다. 즉, 공정이 안정화된 상태에서는 유입되는 공정수의 조건이 장시간 동안 급격하게 변화하지 않는 한 차속값을 조절하여 원하는 함수율의 바이오황을 생산할 수 있다는 것을 확인하였다.

날짜	함수율(%)	차속값
09-04	44.2	11
09-05	45.8	16.5
09-06	46.2	20.7
09-07	48.5	24
09-08	49.3	30
09-09	49.5	28
09-10	49	23
09-11	49	24
09-12	49.2	28
09-13	49.5	28
09-14	49.3	28
09-15	49.5	30
09-16	49.5	28
09-17	49.6	28
09-18	49.2	29.5
09-19	49.5	29.5
09-20	49.6	29.5
09-21	49.5	29.5
09-22	49.2	30
09-23	50.1	32
09-24	50	32
09-25	50.2	32
09-26	49.9	31
09-27	50.1	31
09-28	49.9	30.5
09-29	49.8	29
09-30	49.2	26
10-01	48.4	25
10-02	48.6	24.6
10-03	48.6	25.6
10-04	49.2	23.6
10-05	48.5	22.6
10-06	48.3	25.5
10-07	48.2	25
10-08	48	24
10-09	48.1	25.5
10-10	48.9	27.4
10-11	49	28
10-12	49.9	28.5
10-13	48	25
10-14	48.1	25
10-15	48.5	25
10-16	48.2	24.5
10-17	47.9	22.5
10-18	47.8	22
10-19	48.5	21.5
10-20	48.1	21.5
10-21	47.5	19.5
10-22	47.6	19.5
10-23	47.6	19
10-24	48	19
10-25	47.9	19
10-26	48.1	19
10-27	46.1	19.5
10-28	46.2	19
10-29	47	20.4
10-30	47	18
10-31	47.1	17
11-01	47.3	18.8
11-02	47.1	18
11-03	47.2	18
11-04	47.9	20.5
11-05	47.8	27
11-06	49.1	26.5
11-07	49.5	27.5
11-08	48.8	19
11-09	48.1	19
11-10	49.3	22.5
11-11	49.5	25
11-12	49.9	26
11-13	47.1	18
11-14	48.5	24.4
11-15	48.4	24.5
11-16	48.9	25
11-17	49.7	27
11-18	50.2	27.5
11-19	49.8	23
11-20	48.8	24.5
11-21	49.1	24.5
11-22	49.6	22.5
11-23	49.5	23.5
11-24	50.2	23.8
11-25	50.4	23.5
11-26	49.8	21.5
11-27	49.5	23.5
12-04	51.3	29.5
12-05	51	24
12-06	50.5	24.5
12-07	50.1	22
12-08	51.6	27
12-09	50.8	26.5
12-10	49.8	22
12-11	49.2	22
12-12	49.9	22
12-13	49.1	20
12-14	49.9	23
12-15	50.2	23.5
12-16	49.7	22
12-17	49.6	21.5
12-18	50.1	22
12-19	48.1	13.9
12-20	48.6	12.5
12-21	48.6	13.2
12-22	48.2	12.5
12-23	47.9	13.1
12-24	49.1	13.5
12-25	48.8	13.7
12-26	48.5	12.5
12-27	48.6	16.5
12-28	48.9	16.4
12-29	49	18
12-30	49	20
12-31	49.2	20
01-01	48.7	21
01-02	49.3	23
01-03	49.1	23
01-04	48.9	21
01-05	48.5	19.3
01-06	47.1	19.5
01-07	48.6	19.5
01-08	48.3	19.5
01-09	48.5	20
01-10	49.1	20
01-11	49.5	20
01-12	49.5	20.5
01-13	49.9	21
01-14	49.5	19
01-15	49.2	18.3
01-16	49.3	17.7
01-17	49.3	17
01-18	49.6	14.7
01-19	49.4	16
01-20	48.1	15.8
01-21	48.6	15.8
01-22	48.5	15.1
01-23	48.3	15.5
01-24	48.9	16.7
01-25	48.9	16
01-26	49.6	17
01-27	49.8	16.5
01-28	49.8	19.4
01-29	50	21
01-30	51.2	20.4
01-31	51	21.5

표 4는 일정 수준의 Imhoff값이 유지되는 경우 차속값 변화에 따른 함수율 변화로서 도 5에 도시된 그래프 데이터이다.

도6에서 알 수 있는 바와 같이, 탈수기의 차속값이 적정 범위 내에서 유지되어 공정이 안정화된 상태에서 운전되는 경우, 유량을 적절하게 조절하여 침전조의 Imhoff 값을 일정 점위로 조정하면 바이오황의 함수율을 유지할 수 있음을 확인하였다.

날짜	함수율(%)	Settler Imhoff(ml/L)
09-04	44.2	290
09-05	45.8	320
09-06	46.2	330
09-07	48.5	295
09-08	49.3	260
09-09	49.5	260
09-10	49	260
09-11	49	260
09-12	49.2	240
09-13	49.5	240
09-14	49.3	230
09-15	49.5	220
09-16	49.5	200
09-17	49.6	230
09-18	49.2	220
09-19	49.5	300
09-20	49.6	330
09-21	49.5	240
09-22	49.2	240
09-23	50.1	240
09-24	50	280
09-25	50.2	240
09-26	49.9	240
09-27	50.1	260
09-28	49.9	260
09-29	49.8	300
09-30	49.2	300
10-01	48.4	290
10-02	48.6	300
10-03	48.6	280
10-04	49.2	310
10-05	48.5	300
10-06	48.3	320
10-07	48.2	300
10-08	48	300
10-09	48.1	320
10-10	48.9	300
10-11	49	290
10-12	49.9	280
10-13	48	300
10-14	48.1	310
10-15	48.5	300
10-16	48.2	300
10-17	47.9	280
10-18	47.8	320
10-19	48.5	330
10-20	48.1	310
10-21	47.5	300
10-22	47.6	280
10-23	47.6	290
10-24	48	290
10-25	47.9	280
10-26	48.1	290
10-27	46.1	260
10-28	46.2	270
10-29	47	250
10-30	47	260
10-31	47.1	290
11-01	47.3	250
11-02	47.1	280
11-03	47.2	230
11-04	47.9	250
11-05	47.8	250
11-06	49.1	260
11-07	49.5	300
11-08	48.8	260
11-09	48.1	290
11-10	49.3	270
11-11	49.5	250
11-12	49.9	250
11-13	47.1	250
11-14	48.5	240
11-15	48.4	270
11-16	48.9	300
11-17	49.7	270
11-18	50.2	250
11-19	49.8	220
11-20	48.8	220
11-21	49.1	220
11-22	49.6	210
11-23	49.5	220
11-24	50.2	220
11-25	50.4	200
11-26	49.8	210
11-27	49.5	240
12-04	51.3	260
12-05	51	290
12-06	50.5	260
12-07	50.1	190
12-08	51.6	250
12-09	50.8	230
12-10	49.8	230
12-11	49.2	210
12-12	49.9	190
12-13	49.1	200
12-14	49.9	180
12-15	50.2	190
12-16	49.7	200
12-17	49.6	210
12-18	50.1	220
12-19	48.1	250
12-20	48.6	200
12-21	48.6	240
12-22	48.2	200
12-23	47.9	240
12-24	49.1	220
12-25	48.8	200
12-26	48.5	230
12-27	48.6	210
12-28	48.9	180
12-29	49	210
12-30	49	180
12-31	49.2	190
01-01	48.7	200
01-02	49.3	210
01-03	49.1	180
01-04	48.9	210
01-05	48.5	220
01-06	47.1	210
01-07	48.6	200
01-08	48.3	200
01-09	48.5	190
01-10	49.1	200
01-11	49.5	200
01-12	49.5	170
01-13	49.9	140
01-14	49.5	170
01-15	49.2	170
01-16	49.3	150
01-17	49.3	150
01-18	49.6	170
01-19	49.4	190
01-20	48.1	160
01-21	48.6	200
01-22	48.5	160
01-23	48.3	180
01-24	48.9	180
01-25	48.9	160
01-26	49.6	170
01-27	49.8	160
01-28	49.8	120
01-29	50	60
01-30	51.2	75
01-31	51	90

표 5는 일정 수준의 차속값이 유지되는 경우 Imhoff값 변화에 따른 함수율 변화로서 도 6에 도시된 그래프 데이터이다.

그리고, 도7에서 알 수 있는 바와 같이, 탈수기의 차속값과 Imhoff값을 조정하여 적정 범위 내에서 유지하면, 황부하량(S-load, Ton/day)에 변화가 있더라도 장시간에 걸쳐 큰 폭의 변화가 계속해서 유지되는 경우가 아니면, 생산되는 바이오황의 함수율은 원하는 목표치로 유지할 수 있음을 확인하였다.

날짜	황부하량(Ton/d)	함수율(%)
09-04	18.12	44.2
09-05	17.74	45.8
09-06	17.27	46.2
09-07	17.74	48.5
09-08	14.33	49.3
09-09	17.13	49.5
09-10	18.01	49
09-11	17.35	49
09-12	18.11	49.2
09-13	18.21	49.5
09-14	17.85	49.3
09-15	18.56	49.5
09-16	18.29	49.5
09-17	17.58	49.6
09-18	19.07	49.2
09-19	18.99	49.5
09-20	19.14	49.6
09-21	18.60	49.5
09-22	17.89	49.2
09-23	18.00	50.1
09-24	17.80	50
09-25	17.83	50.2
09-26	17.98	49.9
09-27	18.81	50.1
09-28	18.49	49.9
09-29	18.63	49.8
09-30	18.69	49.2
10-01	19.81	48.4
10-02	18.10	48.6
10-03	18.66	48.6
10-04	18.94	49.2
10-05	19.52	48.5
10-06	19.70	48.3
10-07	17.56	48.2
10-08	19.05	48
10-09	20.53	48.1
10-10	19.56	48.9
10-11	18.90	49
10-12	19.74	49.9
10-13	19.68	48
10-14	19.27	48.1
10-15	19.87	48.5
10-16	18.70	48.2
10-17	18.69	47.9
10-18	19.52	47.8
10-19	18.65	48.5
10-20	19.25	48.1
10-21	18.93	47.5
10-22	18.90	47.6
10-23	19.12	47.6
10-24	19.08	48
10-25	19.23	47.9
10-26	19.97	48.1
10-27	17.84	46.1
10-28	17.93	46.2
10-29	20.09	47
10-30	18.57	47
10-31	18.97	47.1
11-01	19.53	47.3
11-02	19.08	47.1
11-03	18.14	47.2
11-04	17.45	47.9
11-05	17.36	47.8
11-06	15.28	49.1
11-07	17.32	49.5
11-08	17.05	48.8
11-09	16.66	48.1
11-10	17.02	49.3
11-11	18.16	49.5
11-12	14.88	49.9
11-13	16.99	47.1
11-14	16.53	48.5
11-15	19.33	48.4
11-16	17.77	48.9
11-17	17.84	49.7
11-18	16.49	50.2
11-19	17.36	49.8
11-20	18.88	48.8
11-21	17.68	49.1
11-22	19.28	49.6
11-23	19.28	49.5
11-24	17.33	50.2
11-25	18.22	50.4
11-26	17.42	49.8
11-27	15.64	49.5
12-04	18.24	51.3
12-05	17.00	51
12-06	17.95	50.5
12-07	17.18	50.1
12-08	13.57	51.6
12-09	16.93	50.8
12-10	17.60	49.8
12-11	17.81	49.2
12-12	16.31	49.9
12-13	16.56	49.1
12-14	17.32	49.9
12-15	18.10	50.2
12-16	17.40	49.7
12-17	17.64	49.6
12-18	16.88	50.1
12-19	16.39	48.1
12-20	17.01	48.6
12-21	16.01	48.6
12-22	15.37	48.2
12-23	17.29	47.9
12-24	17.31	49.1
12-25	16.76	48.8
12-26	15.89	48.5
12-27	17.71	48.6
12-28	17.34	48.9
12-29	17.39	49
12-30	16.86	49
12-31	16.88	49.2

표 6은 황부하량에 따른 바이오황 함수율 변화로서 도 7에 도시된 그래프의 데이터이다.

한편, 안정정적인 함수율이 유지되어 운전된 경우의 Imhoff(㎖/L)/차속값(rpm) 값을 정리한 데이터는 아래표와 같다.

날짜	침전조 Imhoff(ml/L)	차속값	Imhoff/차속값
09-04	290	11	26
09-05	320	16.5	19
09-06	330	20.7	16
09-07	295	24	12
09-08	260	30	9
09-09	260	28	9
09-10	260	23	11
09-11	260	24	11
09-12	240	28	9
09-13	240	28	9
09-14	230	28	8
09-15	220	30	7
09-16	200	28	7
09-17	230	28	8
09-18	220	29.5	7
09-19	300	29.5	10
09-20	330	29.5	11
09-21	240	29.5	8
09-22	240	30	8
09-23	240	32	8
09-24	280	32	9
09-25	240	32	8
09-26	240	31	8
09-27	260	31	8
09-28	260	30.5	9
09-29	300	29	10
09-30	300	26	12
10-01	290	25	12
10-02	300	24.6	12
10-03	280	25.6	11
10-04	310	23.6	13
10-05	300	22.6	13
10-06	320	25.5	13
10-07	300	25	12
10-08	300	24	13
10-09	320	25.5	13
10-10	300	27.4	11
10-11	290	28	10
10-12	280	28.5	10
10-13	300	25	12
10-14	310	25	12
10-15	300	25	12
10-16	300	24.5	12
10-17	280	22.5	12
10-18	320	22	15
10-19	330	21.5	15
10-20	310	21.5	14
10-21	300	19.5	15
10-22	280	19.5	14
10-23	290	19	15
10-24	290	19	15
10-25	280	19	15
10-26	290	19	15
10-27	260	19.5	13
10-28	270	19	14
10-29	250	20.4	12
10-30	260	18	14
10-31	290	17	17
11-01	250	18.8	13
11-02	280	18	16
11-03	230	18	13
11-04	250	20.5	12
11-05	250	27	9
11-06	260	26.5	10
11-07	300	27.5	11
11-08	260	19	14
11-09	290	19	15
11-10	270	22.5	12
11-11	250	25	10
11-12	250	26	10
11-13	250	18	14
11-14	240	24.4	10
11-15	270	24.5	11
11-16	300	25	12
11-17	270	27	10
11-18	250	27.5	9
11-19	220	23	10
11-20	220	24.5	9
11-21	220	24.5	9
11-22	210	22.5	9
11-23	220	23.5	9
11-24	220	23.8	9
11-25	200	23.5	9
11-26	210	21.5	10
11-27	240	23.5	10
11-29	120	31	4
11-30	98	32	3
12-04	260	29.5	9
12-05	290	24	12
12-06	260	24.5	11
12-07	190	22	9
12-08	250	27	9
12-09	230	26.5	9
12-10	230	22	10
12-11	210	22	10
12-12	190	22	9
12-13	200	20	10
12-14	180	23	8
12-15	190	23.5	8
12-16	200	22	9
12-17	210	21.5	10
12-18	220	22	10
12-19	250	13.9	18
12-20	200	12.5	16
12-21	240	13.2	18
12-22	200	12.5	16
12-23	240	13.1	18
12-24	220	13.5	16
12-25	200	13.7	15
12-26	230	12.5	18
12-27	210	16.5	13
12-28	180	16.4	11
12-29	210	18	12
12-30	180	20	9
12-31	190	20	10

표 7은 적정 함수율이 유지된 경우 Imhoff(㎖/L)/차속값(rpm)의 변화이다.

위 도표 7에서와 같이 Imhoff(㎖/L)/차속값(rpm)의 값을 3 내지 27 사이에서 조절한 경우에는 바이오황의 함수율을 50% 부근에서 유지할 수 있어서 우수한 물성을 갖는 바이오황을 생산할 수 있었다.

1. 주모터 2. 차속 모터
3. 스크롤 드라이브 4. 볼 드라이브
5. 프레임 6. 분배기
7. (슬러리) 공급 튜브 8. 스크롤 베어링
9. (슬러리) 공급부 10. 볼베어링
11. 조절판(댐링) 12. 탈리여액 배출부
13. 볼 14. 분리실
15. 이송 스크류 15a. 침지(浸漬)디스크
16. 고형물 배출부 17. 기어박스
18. 진동 흠수장치 19. 클러치

Claims (8)

1. 바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff 값 및 탈수기의 차속값을 조절하여 바이오황 함수율을 조절하는 탈수 공정으로서, 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하여 황부하량(S-load)이 일정 범위에서 변화하더라도 바이오황 함수율을 평균적으로 45 내지 55% 범위로 조절하기 위한 탈수 공정
   [수식 3] 100 ≤ Imhoff(㎖/L) ≤ 400
   [수식 1] 3 ≤ Imhoff(㎖/L)/차속값(rpm) ≤ 27
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   바이오황 건조를 위하여 탈수 공정의 탈수기 차속값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하여 바이오황 함수율을 조절하기 위한 탈수 공정
   [수식 2] 15 ≤ 차속값(rpm) ≤ 30
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   바이오황 건조를 위하여 탈수 공정에 유입되는 바이오황 함유액의 Imhoff값을 다음 식을 만족하는 일정 범위 내로 유지하여 바이오황 함수율을 조절하기 위한 탈수 공정
   [수식 4] 150 ≤ Imhoff(㎖/L) ≤ 300
6. 제1항에 있어서,
   생산되는 바이오황의 함수율이 평균적으로 47 내지 52%의 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 바이오황 함수율을 조절하기 위한 탈수 공정
7. 제1항에 있어서,
   Imhoff값이 감소하면 탈수기 차속값을 감소시켜 바이오황의 함수율을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 바이오황 함수율을 조절하기 위한 탈수 공정
8. 제1항에 있어서,
   Imhoff값이 증가하면 탈수기 차속값을 증가시켜 바이오황의 함수율을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 바이오황 함수율을 조절하기 위한 탈수 공정

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