KR101859716B1 - 스크루피더의 막힘 방지 기능을 갖는 일체형 농축탈수장치 - Google Patents

스크루피더의 막힘 방지 기능을 갖는 일체형 농축탈수장치 Download PDF

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Abstract

하수나 폐수의 슬러지를 농축기에서 농축시켜 스크루피더를 통해 탈수기로 운송하는 일체형 농축탈수장치에 관한 것으로, 스크루피더(200)의 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태를 감지하면, 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 농축기(100)로부터 유입된 슬러지를 누적 압축시키고, 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물이 스크루(204)의 블레이드의 투수공들을 통과하여 스크루피더(200) 내부의 슬러지를 적시도록 함으로써 스크루피더(200) 내의 슬러지의 점도가 낮아지면서 슬러지의 유동성이 증가하게 되어 스크루피더(200)의 막힘 현상이 방지될 수 있다.

Description

스크루피더의 막힘 방지 기능을 갖는 일체형 농축탈수장치 {Integrated thickening and dehydrating apparatus with function for preventing blocking of screw feeder}
하수나 폐수의 슬러지를 농축하여 탈수하는 일체형 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리장이나 폐수처리장 등에서 발생되는 잉여 슬러지는 응집 농축장치와 탈수장치를 통한 처리를 거치면서 수분함량을 줄이고 부피를 최소화하여 매립, 소각, 재활용되고 있다. 통상적으로 농축장치에서는 저농도의 슬러지에 응집제를 첨가하고 원심력을 이용하여 저농도의 슬러지로부터 농축 슬러지를 추출하고 있다. 이렇게 추출된 농축 슬러지는 이후 저장조에 저장되었다가 이송펌프 등의 이송수단에 의해 탈수장치로 이송된다. 또한 이송된 슬러지는 탈수장치에서 더욱 농축되어 목표 함수율까지 탈수가 이루어지게 된다.
대한민국등록특허 제10-0958664호는 농축장치, 스크루피더, 및 수평원심분리기가 일체형으로 연결된 장치를 개시하고 있다. 이 종래기술은 폐수를 수직방향으로 세워진 농축장치에 투입시켜 응집제와 교반시켜 자연스럽게 부유된 슬러지를 스크루피더를 통해 탈수장치로 유동시키는 구조로, 슬러지의 상태와 공급량에 따라 나선 플레이트의 피치(간격)를 조정함으로써 슬러지 이송량과 이송속도를 조절할 수 있는 구조를 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술은 스크루피더에 투입되는 슬러지의 점도가 높아 슬러지가 나선 플레이트에 달라붙게 되는 경우에 나선 플레이트의 간격 조정에 의해서는 슬러지가 원활하게 이송될 수 없어 스크루피더의 막힘 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있었다.
스크루피더 내의 슬러지의 점성 자체를 변화시킴으로써 스크루피더 내의 슬러지 막힘을 원천적으로 방지할 수 있는 일체형 농축탈수장치를 제공하는데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명에 따른 일체형 농축탈수장치는 사각박스 형상의 하우징, 다수의 측벽공들을 갖는 원통 형상으로 형성되어 상기 하우징 내부에 길이방향으로 지면과 수평하게 설치되는 스크린드럼, 및 상기 스크린드럼을 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 모터의 회전에 의해 상기 스크린드럼이 회전됨에 따라 상기 스크린드럼의 표면에 접촉된 슬러지가 상기 스크린드럼의 표면을 타고 넘는 과정에서 상기 슬러지의 수분이 상기 스크린드럼의 측벽공들을 통과함으로써 상기 슬러지로부터 수분이 분리되어 배출되는 농축기; 원통관 형상으로 형성되어 일측에 상기 농축기로부터 배출된 슬러지가 유입되는 피더 본체, 상기 피더 본체에 내장되어 상하면을 관통하는 다수의 투수공이 형성되어 있는 나선형의 블레이드를 갖는 스크루, 및 상기 스크루을 회전시키기 위한 모터를 포함하며, 상기 모터의 회전에 의해 상기 스크루가 회전됨에 따라 상기 농축기로부터 유입된 슬러지가 상기 피더 본체를 통해 이송되어 상기 피더 본체의 타측으로부터 배출되는 스크루피더; 상기 스크루피더로부터 유입된 슬러지의 탈수를 수행하는 탈수기; 및 상기 스크린드럼을 회전시키기 위한 모터의 구동과 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 구동을 제어하는 제어장치로 구성된다.
상기 제어장치는 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 과부하 상태를 감지하면, 상기 스크루의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 상기 스크루의 블레이드의 일부 면에 상기 농축기로부터 유입된 슬러지를 누적 압축시키고, 상기 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물이 상기 스크루의 블레이드의 투수공들을 통과하여 상기 스크루피더 내부의 슬러지를 적시게 된다.
상기 제어장치는 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 과부하 상태를 감지하면, 상기 스크린드럼의 회전속도를 증가시킴으로써 상기 농축기로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 증가시킴과 동시에 상기 스크루의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 상기 스크루의 블레이드의 일부 면에 상기 함수율이 증가된 슬러지를 누적 압축시킬 수 있다.
상기 제어장치는 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 입력전류와 입력전압 중 적어도 하나의 크기가 상기 모터의 정격전류 범위와 정격전압 범위 중 적어도 하나를 벗어나는 경우에 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 상태를 상기 과부하 상태로 판정할 수 있다.
상기 제어장치는 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 상태가 상기 과부하 상태에 진입한 시점으로부터 상기 과부하 상태를 벗어난 시점까지 상기 스크린드럼의 회전속도를 증가시킴과 동시에 상기 스크루의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시키고, 상기 스크루를 회전시키기 위한 모터의 상태가 상기 과부하 상태를 벗어난 시점 이후부터 일정시간 동안 상기 스크린드럼의 회전속도를 증가된 속도로 유지함과 동시에 상기 스크루의 회전속도를 상기 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원하고, 상기 일정시간의 종료 이후에는 상기 스크린드럼의 회전속도를 상기 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원할 수 있다.
제어장치가 스크루를 회전시키기 위한 모터의 과부하 상태를 감지하면, 스크루의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 스크루의 블레이드의 일부 면에 농축기로부터 유입된 슬러지를 누적 압축시키고, 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물이 스크루의 블레이드의 투수공들을 통과하여 스크루피더 내부의 슬러지를 적시게 된다. 이에 따라, 스크루피더 내의 슬러지의 점도가 낮아지면서 슬러지의 유동성이 증가하게 되어 스크루피더의 막힘 현상이 방지될 수 있다.
특히, 제어장치가 스크루를 회전시키기 위한 모터의 과부하 상태를 감지하면, 스크린드럼의 회전속도를 증가시킴으로써 농축기로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 증가시킴과 동시에 스크루의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 스크루의 블레이드의 일부 면에 함수율이 증가된 슬러지를 누적 압축시킨다. 이와 같이, 스크루의 블레이드의 일부 면에 함수율이 증가된 슬러지가 누적 압축되면 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물의 양이 증가되어 스크루피더 내의 슬러지의 점도가 대폭 낮아지게 된다. 결과적으로, 스크루피더의 막힘 현상이 완벽하게 방지될 수 있을 뿐만 아니라 모터의 과부하 상태가 조기에 해결되어 모터 수명이 연장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 농축탈수장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 농축기의 정면도이다.
도 3은 도 1의 농축기의 측면도이다.
도 4는 도 1의 농축기의 평면도이다.
도 5는 도 1의 스크루피더의 단면도 및 확대도이다.
도 6은 도 1의 제어장치의 제어 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명의 실시예는 하수나 폐수의 슬러지를 농축하는 농축기, 농축된 슬러지를 이송하는 스크루피더(screw feeder), 및 이송된 슬러지를 최종적으로 탈수하는 탈수기로 이루어진 일체형 농축탈수장치, 특히 스크루피더의 막힘 방지 기능을 갖는 일체형 농축탈수장치에 관한 것으로, 이하에서는 이것을 간략하게 "일체형 농축탈수장치"로 호칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 농축탈수장치의 구성도이다. 본 발명에 따른 일체형 농축탈수장치는 농축기(100), 스크루피더(200), 탈수기(300), 및 제어장치(400)로 구성되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스크루피더(200)에 의한 슬러지 이송이 원활하게 이루어질 수 있도록 탈수기(300)가 농축기(100)보다 높게 위치하고, 농축기(100)와 탈수기(300)는 스크루피더(200)로 연결되며, 농축기(100)의 모터(115)와 스크루피더(200)의 모터(208) 각각의 구동은 제어장치(400)에 의해 제어된다.
도 2는 도 1의 농축기에 대한 정면도이고, 도 3은 도 1의 농축기의 측면도이고, 도 4는 도 1의 농축기의 평면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 농축기(100)는 사각박스 형상의 하우징(101), 다수의 측벽공들을 갖는 원통 형상으로 형성되어 하우징(101) 내부에 길이방향이 지면과 수평하게 설치되는 스크린드럼(105), 및 스크린드럼(105)을 회전시키기 위한 모터(115)를 주요 구성으로 한다. 모터(115)의 회전에 의해 스크린드럼(105)이 회전됨에 따라 스크린드럼(105)의 표면에 접촉된 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘는 과정에서 슬러지의 수분이 스크린드럼(105)의 측벽공들을 통과함으로써 슬러지로부터 수분이 분리되어 배출된다.
하우징(101)은 상면이 개방되고 네 개의 측벽(102)을 갖는 사각박스 형상으로 형성되어 지면으로부터 수직으로 세워진 네 개의 지지대(103)들의 상단에 설치되며, 그 내부에는 스크린드럼(105)이 장착되어 있다. 하우징(101)의 상측 개방면에는 하우징(101)으로부터 분리 가능한 커버(110)가 덮여져 있고, 커버(110)의 일부는 하우징(101)의 내부를 관찰할 수 있도록 점검창(109)의 형태로 형성될 수 있다. 커버(110)에는 상향 개방된 탈취관(111)이 부착되어 하우징(101) 내부의 슬러지로부터 발생되는 악취가 탈취관(111)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
하우징(101)의 하면에는 하향 개방된 농축액 드레인(106)과 분리액 드레인(107)이 부착되어 있다. 스크린드럼(105)에 의해 농축된 슬러지는 농축액 드레인(106)에 모여 외부로 배출된다. 슬러지의 농축 과정에서 슬러지로부터 분리된 물이 분리액 드레인(107)에 모여 외부로 배출된다. 농축액 드레인(106)과 분리액 드레인(107)은 아래로 갈수록 둘레가 감소되도록 그 내주면이 경사지게 형성되어 슬러지와 분리액이 원활하게 배출될 수 있다. 별도의 모터(108)의 회전력에 의해 분리액 드레인(107)으로부터 분리액이 신속하게 배출될 수 있다. 하우징(101)은 도 2 내지 도 4에 도시된 형상에 한정되지 않고 실시조건이나 환경에 따라 슬러지를 유입하여 농축할 수 있는 다양한 크기나 형상으로 변형될 수도 있다.
스크린드럼(105)은 원통 형상으로 형성되어 스크린드럼(105)의 중심축 방향, 즉 길이방향이 지면과 수평하도록 하우징(101) 내부에 설치된다. 즉, 하우징(101)의 내측 양측면과 스크린드럼(105)의 원형 양단면이 서로 평행하게 인접하도록 설치된다. 스크린드럼(105)은 하우징(101)으로 투입된 슬러지가 스크린드럼(105)을 타고 넘어 배출될 수 있도록, 하우징(101)의 슬러지 투입관(104)과 농축액 드레인(106) 사이에 설치된다. 스크린드럼(105)의 측벽 전체에는 다수의 구멍이 등간격으로 형성되어 있어 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면, 즉 외주면에 접촉되면 스크린드럼(105)의 회전에 의해 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘어 가게 된다.
슬러지가 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘는 과정에서 슬러지에 함유된 수분은 그것의 자중에 의해 스크린드럼(105)의 측벽공들을 통과하여 낙하하게 된다. 이와 같은 과정에 의해 농축된 슬러지, 즉 스크린드럼(105)의 표면으로부터 낙하하는 슬러지는 농축액 드레인(106)으로 포집되어 외부로 배출된다. 이와 같은 과정에 의해 농축된 슬러지로부터 분리된 수분, 즉 스크린드럼(105)의 측벽공들을 통해 낙하하는 수분은 분리액 드레인(107)으로 포집되어 외부로 배출된다. 스크린드럼(105)은 사각의 플레이트를 타공하여 양모서리가 서로 접합되도록 원통형으로 말아 용접하는 방식으로 제조될 수 있다.
스크린드럼(105)은 모터(115)의 회전축에 결합된 주축(116)에 의해 회전되는 방식으로 모터(115)의 회전동력을 전달받는다. 주축(116)은 일자형의 봉 형상으로 형성되어 모터(115)의 회전축에 결합되고 스크린드럼(105)의 외주면의 하측 공간에 설치된다. 주축(116)의 양단 둘레에는 주축(116)의 둘레를 감싸는 링 형상의 양단고정링(117) 두 개가 결합되어 있고, 스크린드럼(105)의 양단 둘레에는 스크린드럼(105)의 둘레를 감싸는 링 형상의 양단지지부(112) 두 개가 결합되어 있다. 스크린드럼(105)의 양단 둘레의 두 개의 양단지지부(112)는 주축(116)의 양단 둘레의 두 개의 양단고정링(117)에 접촉되어 스크린드럼(105)의 양단을 지지한다. 각 양단고정링(117)의 외측 부분은 도 3에 도시된 바와 같이 스크린드럼(105)의 각 양단지지부(112)가 주축(116) 밖으로 빠지지 않도록 단차지게 일정 높이 돌출될 수 있다.
주축(116)의 중간 둘레에는 주축(116)의 둘레를 감싸는 링 형상의 중간고정링(118) 두 개가 결합되어 있고, 스크린드럼(105)의 중간 둘레에는 스크린드럼(105)의 둘레를 감싸는 링 형상의 중간지지부(113) 두 개가 결합되어 있다. 두 개의 중간고정링(118)은 도 3 및 도 4에 도시된 같이 주축(116)의 중간에 이격되어 설치되며, 이와 같이 이격된 중간고정링(118) 사의 주축(116) 둘레에는 축기어(119)가 결합된다. 두 개의 중간지지부(113)는 도 3 및 도 4와 같이 스크린드럼(105)의 중간에 이격되어 설치되며, 이와 같이 이격된 중간지지부(113) 사이의 스크린드럼(105) 둘레에는 링기어(114)가 결합된다.
스크린드럼(105)의 중간 둘레의 두 개의 중간지지부(113)는 주축(116)의 중간 둘레의 두 개의 중간고정링(118)에 접촉되어 스크린드럼(105)의 중간을 지지한다. 두 개의 중간지지부(113) 사이에 위치한 스크린드럼(105)의 링기어(114)는 두 개의 중간고정링(118) 사이에 위치한 주축(116)의 축기어(119)에 맞물려 회전하게 된다. 각 중간고정링(118)의 내측 부분은 축기어(119)로부터 이탈되지 않고 맞물려 돌아갈 수 있도록 도 3과 같이 단차지게 일정 높이 돌출될 수 있다.
스크린드럼(105)의 회동 구조를 동력 전달 순으로 설명하면, 우선 모터(115)에 의해 주축(116)이 회전하면, 주축(116)의 양단과 중간에 결합된 두 개의 양단고정링(117), 두 개의 중간고정링(118), 및 중간고정링(118) 사이의 축기어(119)가 회전하게 된다. 이어서, 주축(116)의 양단고정링(117)이 스크린드럼(105)의 양단지지부(112)를 지지하고, 주축(116)의 중간고정링(118)이 스크린드럼(105)의 중간지지부(113)를 지지한 상태에서 주축(116)의 축기어(119)에 맞물려 있는 스크린드럼(105)의 링기어(114)가 회전하게 되고, 결과적으로 스크린드럼(105)이 회전하게 된다. 이와 같이, 스크린드럼(105)의 양단은 양단지지부(112)에 의해 지지되고, 중간은 중간지지부(113)에 의해 지지되어 원통형상이 일그러지거나 좌굴 없이 회전할 수 있다.
주축(116)은 스크린드럼(105)의 하측 공간에 설치되기 때문에 스크린드럼(105)을 상측으로 들어올려 하우징(101)으로부터 분리해 내기가 용이하고, 스크린드럼(105)의 양단지지부(112)와 중간지지부(113)를 주축(116)의 양단고정링(117)과 중간고정링(118)에 안착시키는 간단한 방식으로 스크린드럼(105)을 하우징(101)의 내부에 설치할 수 있기 때문에 노후화된 스크린드럼(105)의 교체가 용이하다. 스크린드럼(105)이 회전할 때에 스크린드럼(105)이 주축(116)으로부터 과도하게 상향 이탈되지 않도록 도 3에 도시된 바와 같이 스크린드럼(105)의 양단 상측에 양단고정부(120)가 설치되고, 스크린드럼(105)의 중간 상측에 중간고정부(121)가 설치된다.
양단고정부(120)는 스크린드럼(105)의 외주면에 대응되도록 횡단면 "L"자의 반고리 형상으로 형성되어 그 하면이 스크린드럼(105)의 양단 둘레로부터 일정 간격 이격되도록 하우징(101)의 측벽(102)의 내측에 부착되어 고정된다. 따라서, 양단고정부(120)는 스크린드럼(105)이 상향 이동되는 경우에 양단고정부(120)의 바닥면을 눌러 더 이상 상향이동이 되지 않도록 함으로써 스크린드럼(105)이 과도하게 들뜨는 것을 방지하는 역할을 한다.
중간고정부(121)는 스크린드럼(105)의 외주면에 대응되도록 횡단면 "L"자의 반고리 형상으로 형성되어 그 하면이 스크린드럼(105)의 중간 둘레로부터 일정 간격 이격되도록 하우징(101)의 측벽(102)의 내측에 부착되어 고정된다. 중간고정부(121)의 양측면에는 스크린드럼(105)의 중간지지부(113)가 삽입될 수 있도록 한 쌍의 가이드가 형성되어 있으며, 한 쌍의 가이드는 스크린드럼(105)의 중간지지부(113)와 일정 간격 이격될 수 있게 적당한 너비를 갖는다. 따라서, 스크린드럼(105)이 상향 이동되는 경우는 물론 스크린드럼(105)의 길이방향으로 이동되는 경우에 중간고정부(121)에 중간지지부(113)가 걸림으로써 스크린드럼(105)이 더 이상 이동되지 않도록 하는 역할을 한다.
스크린드럼(105)의 세척을 위해 스크린드럼(105)의 내부를 지나는 세척관(122)이 더 설치될 수 있다. 구체적으로, 세척관(122)은 하우징(101)과 스크린드럼(105)의 중공을 관통하도록 설치되며, 이것을 통해 외부로부터 스크린드럼(105)의 내부에 세척액이 투입될 수 있다. 세척관(122)의 양단은 밸브가 설치되어 세척액의 투입여부 및 투입량을 조절할 수 있으며, 세척관(122)의 외주면에 일정간격으로 분사노즐(123)이 형성되어 스크린드럼(105)의 내측을 향해 세척액을 분사할 수 있다. 세척관(122)은 스크린드럼(105)의 작동 중에도 밸브를 열어 세척액을 분사하여 세척할 수 있으며, 스크린드럼(105)의 내측과 가깝도록 원통형의 스크린드럼(105)에 편심되도록 설치되어 세척효과를 높일 수 있다.
이상에서는 설명의 편의상 스크린드럼(105) 하나를 중심으로 설명하였으나, 어느 하나의 스크린드럼(105)의 고장을 대비하여 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(101) 내에 두 개의 스크린드럼(105)을 설치하여 농축기(100)를 운영할 수도 있다. 이하에서는 슬러지가 농축되는 과정을 설명하기로 한다.
축산의 분뇨나 하수도의 배출수 등과 같은 오수는 반응조(미도시)에서 약품과 반응하여 다수의 슬러지를 생성한다. 이렇게 생성된 슬러지는 농축기(100)의 슬러지 투입관(104)을 통해 하우징(101)내로 유입되어 스크린드럼(105)의 외주면, 즉 표면에 접촉하게 된다. 스크린드럼(105)은 모터(115)의 회전동력을 주축(116)을 통해 전달받아 회전하게 되며, 슬러지는 스크린드럼(105)의 표면을 타고 이송된다. 스크린드럼(105)의 측벽에는 다수의 구멍이 형성되어 있어 슬러지의 수분은 그것의 자중에 의해 스크린드럼(105)의 상측 측벽공을 통해 스크린드럼(105)의 내부로 낙하하고, 스크린드럼(105)의 내부로 유입된 수분은 스크린드럼(105)의 하측 측벽공을 통해 낙하하게 된다. 스크린드럼(105)의 하측 측벽공을 통해 낙하된 수분은 분리액 드레인(107)에 모여 외부로 배출된다. 스크린드럼(105)을 타고 넘은 슬러지는 농축액 드레인(106)에 모여 외부로 배출된다.
스크린드럼(105)의 회전속도는 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 수분 함유량과 비례한다. 스크린드럼(105)의 회전속도가 느려지면 그 만큼 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘는 시간이 길어지게 된다. 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면에 잔류하는 시간이 증가함에 따라 슬러지로부터 분리되는 수분의 양이 많아지게 되어 스크린드럼(105)이 기준속도로 회전할 때보다 적은 양의 수분을 함유한 슬러지가 농축기(100)로부터 배출된다. 반면, 스크린드럼(105)의 회전속도가 빨라지면 그 만큼 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘는 시간이 짧아지게 된다. 슬러지가 스크린드럼(105)의 표면에 잔류하는 시간이 감소함에 따라 슬러지로부터 분리되는 수분의 양이 적어지게 스크린드럼(105)이 기준속도로 회전할 때보다 많은 양의 수분을 함유한 슬러지를 농축기(100)로부터 얻을 수 있다.
도 5는 도 1의 스크루피더(200)의 단면도 및 확대도이다. 도 5를 참조하면, 스크루피더(200)는 원통관 형상으로 형성되어 그 일측에 농축기(100)로부터 배출된 슬러지가 유입되는 피더 본체(201), 피더 본체(201)에 내장되어 상하면을 관통하는 다수의 투수공이 형성되어 있는 나선형의 블레이드(206)를 갖는 스크루(204), 및 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)를 주요 구성으로 한다. 모터(208)의 회전에 의해 스크루(204)가 회전됨에 따라 농축기(100)로부터 유입된 슬러지가 피더 본체(201)를 통해 이송되어 피더 본체(201)의 타측으로부터 배출된다. 이하에서는 스크루피더(200)에 대하여 도 5 및 도 6을 참고하여 구체적으로 설명하기로 한다.
피더 본체(201)는 그 내부에 스크루(204)가 삽입될 수 있는 원통관 형상으로 형성되며, 그 상단에는 슬러지가 유입되는 농축액 유입관(202)이 연결되어 있고, 그 하단은 슬러지가 배출되는 점차적으로 좁아지는 형상의 슬러지 배출관(203)이 형성되어 있다. 피더 본체(201)는 그 내부를 통해 슬러지가 그것의 자중에 의해 아래로 내려갈 수 있도록 도 1에 도시된 바와 같이 지면과 경사지게 설치될 수도 있고, 지면에 수직하게 설치될 수도 있다.
스크루(204)는 피더 본체(201)의 중심에 위치하는 일자형의 중심축(205)과 중심축(205)을 나선형으로 감싼 형상의 블레이드(206)로 구성된다. 중심축(205)의 회전에 의해 나선형 블레이드(206)가 회전하게 되고, 피더 본체(201)의 농축액 유입관(202)으로 투입된 슬러지는 슬러지 배출관(203)을 향해 유동한다. 스크루(204)의 회전속도에 의해 슬러지의 이송량과 이송속도가 결정되므로, 제어장치(400)를 통해 적절하게 조절될 수 있다.
피더 본체(201)의 농축액 유입관(202)으로 투입되는 슬러지의 양이 일정하다는 가정 하에 스크루(204)의 회전속도가 갑자기 느려지게 되면 피더 본체(201)의 농축액 유입관(202) 측에 위치하는 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에는 블레이드의 다른 면에 쌓인 슬러지의 양보다 많은 양의 슬러지가 쌓이게 된다. 슬러지가 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 누적되는 과정에서 슬러지의 자중에 의해 압축되어 슬러지로부터 수분이 배출되고, 이와 같이 배출된 수분은 스크루(204)와 피더 본체(201) 틈새로 흘러 들어 스크루(204)의 블레이드의 일부 면 아래에 있는 슬러지까지 전달된다. 이에 따라, 스크루피더(200) 내의 슬러지의 점도가 낮아지면서 슬러지의 유동성이 증가하게 된다. 한편, 슬러지의 빠른 누적을 위해 스크루(204)가 정지할 수도 있다.
스크루(204)의 블레이드(206)에는 그 두께 방향으로 상하면을 관통하는 다수의 투수공(207)이 그 나선형의 길이방향으로 나열되어 등간격으로 형성되어 있다. 피더 본체(201)와 연결된 슬러지 유입관(202)을 통해 들어온 슬러지가 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 누적 압축되면 스크루(204)의 블레이드의 일부 면의 투수공(207)에 의해 슬러지로부터 물이 짜내어져 스크루(204)의 블레이드의 일부 면의 투수공(207)을 통해 낙하하게 된다. 스크루(204)의 블레이드의 일부 면의 투수공(207)을 통해 낙하된 물은 그것의 자중에 의해 슬러지 배출관(203)까지 흐르게 되며, 그 과정에서 스크루피더(200) 내부의 슬러지 전체가 적셔지게 되어 스크루피더(200) 내의 슬러지 전체의 점도가 낮아지게 된다.
즉, 스크루(204)의 회전이 정지하거나 회전속도가 낮아 블레이드(206)의 일부 면에 자연스럽게 슬러지가 쌓이게 되는 경우에 슬러지의 자중에 의해 압축되면서 슬러지로부터 수분이 분리되어 배출되고, 이와 같이 배출된 수분은 블레이드(206)의 나선형으로 나열된 다수의 투수공(207)을 차례대로 통과하게 된다. 블레이드(206)의 다수의 투수공(207)을 차례대로 통과하는 물은 스크루피더(200) 내의 슬러지 전체를 적심으로써 슬러지 전체의 점도를 낮아지게 되어 슬러지 전체의 유동이 용이해진다. 이는 또한 슬러지와 피더 본체(201)의 내면의 마찰로 인한 피더 본체(201)의 과열을 방지하는 역할도 한다.
축산의 분뇨나 하수도의 배출수 등과 같은 여러 가지 종류의 오수로부터 슬러지가 생성되기 때문에 슬러지의 점도는 일정하지 않다. 슬러지의 점도가 높을 경우에, 즉 슬러지의 함수율이 낮을 경우에 슬러지는 매우 끈끈한 성질을 갖게 되어 피더 본체(201)의 내면 및 스크루(204)의 블레이드 면에 달라붙게 된다. 이러한 슬러지는 스크루(204)가 회전하더라도 그 이송이 원활하게 이루어지지 않아 최악의 경우에 매우 끈끈한 슬러지에 의한 스크루피더(200)의 막힘 현상이 발생되어 스크루피더(200)에 의해 슬러지가 이송되지 않을 수도 있다. 그 뿐만 아니라, 이러한 슬러지의 이송에는 매우 큰 힘이 요구되기 때문에 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)에 과부하가 걸리게 된다. 모터(208)의 과부하 상태가 오랫동안 유지되면 모터(208)가 고장나게 되어 스크루피더(200)의 막힘 현상이 발생된다.
스크루피더(200)에서 배출된 슬러지는 탈수기(300)로 유입된다. 탈수기(300)는 스크루피더(200)로부터 유입된 슬러지의 탈수를 수행한다. 예를 들어, 탈수기(300)는 원심분리 방식으로 스크루피더(200)로부터 유입된 슬러지를 탈수할 수 있다. 오수로부터 생성된 슬러지는 수분 함량이 매우 높기 때문에 오수로부터 생성된 슬러지를 바로 탈수할 경우에 매우 큰 에너지가 소모되고, 탈수의 완료까지 보다 긴 시간이 요구된다. 이에 따라, 본 실시예에서는 농축기(100)에 의해 슬러지의 함수율을 어느 정도 낮춘 후에 탈수를 수행함으로써 에너지 소비를 감소시킬 수 있고 슬러지의 탈수 완료 시간을 감소시킬 수 있다. 농축기(100)와 탈수기(300) 각각은 대량의 슬러지를 처리할 수 있도록 일반적으로 거대하게 제작되기 때문에 농축기(100)와 탈수기(300) 각각은 일체형으로 제작되기가 어려워 농축기(100)와 탈수기(300) 사이에 연결되어 슬러지를 이송하는 스크루피더(200)가 필요하게 된다. 탈수기(300) 자체는 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 장치이므로 이에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.
제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 부하에 기초하여 스크린드럼(105)을 회전시키기 위한 모터(115)의 구동과 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 구동을 제어한다. 특히, 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태를 감지하면, 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 농축기(100)로부터 유입된 슬러지를 누적 압축시키고, 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물이 스크루(204)의 블레이드의 투수공들을 통과하여 스크루피더(200) 내부의 슬러지를 적시게 된다. 이에 따라, 스크루피더(200) 내의 슬러지의 점도가 낮아지면서 슬러지의 유동성이 증가하게 되어 스크루피더(200)의 막힘 현상이 방지될 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태를 감지하면, 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가시킴으로써 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 증가시킴과 동시에 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 함수율이 증가된 슬러지를 누적 압축시킨다. 이와 같이, 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 함수율이 증가된 슬러지가 누적 압축되면 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물의 양이 증가되어 스크루피더(200) 내의 슬러지의 점도가 대폭 낮아지게 된다. 결과적으로, 스크루피더(200)의 막힘 현상이 완벽하게 방지될 수 있을 뿐만 아니라 모터(208)의 과부하 상태가 조기에 해결되어 모터(208) 수명이 연장될 수 있다.
도 6은 도 1의 제어장치(400)의 제어 방법의 순서도이다. 도 6을 참조하면, 제어장치(400)의 제어 방법은 다음과 같은 단계들로 구성된다. 401 단계에서 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 부하를 측정한다. 예를 들어, 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 입력 전류와 입력전압 중 적어도 하나의 크기를 측정함으로써 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 부하를 측정할 수 있다. 즉, 제어장치(400)는 모터(208)의 부하를 나타내는 값으로서 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 입력전류의 크기를 측정할 수 있다. 아니면, 제어장치(400)는 모터(208)의 부하를 나타내는 값으로서 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 입력전압의 크기를 측정할 수도 있다.
402 단계에서 제어장치(400)는 401 단계에서 측정된 모터(208)의 부하와 모터(208)의 부하의 정격범위를 비교한다. 그 결과, 모터(208)의 측정 부하가 모터(208)의 부하의 정격범위를 벗어나는 경우, 즉 모터(208)의 상태가 과부하 상태인 경우에는 403 단계로 진행하고 그렇지 않은 경우에는 401 단계로 돌아간다. 상술한 바에 따르면, 모터(208)의 과부하 여부는 모터(208)의 입력전류의 크기로 감지될 수도 있고, 모터(208)의 입력전압의 크기로 감지될 수도 있다. 전자의 경우, 제어장치(400)는 401 단계에서 측정된 모터(208)의 입력전류의 크기와 모터(208)의 정격전류 범위를 비교한다. 후자의 경우, 제어장치(400)는 401 단계에서 측정된 모터(208)의 입력전압의 크기와 모터(208)의 정격전압 범위를 비교한다.
제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 입력전류의 크기와 입력전압의 크기 중 적어도 하나가 모터(208)의 정격전류 범위와 정격전압 범위 중 적어도 하나를 벗어나는 경우에 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태를 과부하 상태로 판정한다. 이 경우, 403 단계로 진행하고 그 외 경우에는 모터(208)의 상태를 정상 상태로 판정하여 401 단계로 돌아간다. 예를 들어, 제어장치(400)는 모터(208)의 입력전류의 크기가 모터(208)의 정격전류 범위를 벗어나면 모터(208)의 상태를 과부하 상태로 판정하고, 모터(208)의 입력전류의 크기가 모터(208)의 정격전류 범위에 속하면 모터(208)의 상태를 정상 상태로 판정할 수 있다. 아니면, 제어장치(400)는 모터(208)의 입력전압의 크기가 모터(208)의 정격전압 범위를 벗어나면 모터(208)의 상태를 과부하 상태로 판정하고, 모터(208)의 입력전압의 크기가 모터(208)의 정격전압 범위에 속하면 모터(208)의 상태를 정상 상태로 판정한다.
403 단계에서 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태가 과부하 상태에 진입한 시점으로부터 과부하 상태를 벗어난 시점까지 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가시킴으로써 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 증가시킴과 동시에 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 함수율이 증가된 슬러지를 누적 압축시킨다. 404 단계에서 제어장치(400)는 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태가 과부하 상태를 벗어난 시점 이후부터 일정시간 동안 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가된 속도로 유지함과 동시에 스크루(204)의 회전속도를 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원한다. 405 단계에서 제어장치(400)는 일정시간의 종료 이후에는 스크린드럼(105)의 회전속도를 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원한다.
스크린드럼(105)은 탈수기(300)의 모터(미도시)의 회전속도에 비해 매우 낮은 속도로 회전하기 때문에 농축기(100)의 에너지 소모량은 탈수기(300)의 에너지 소모량에 비해 매우 적다. 이에 따라, 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율이 증가할 경우에 탈수기(300)의 부하가 걸리게 되어 본 실시예에 따른 일체형 농축탈수장치의 전체적인 에너지 소모량이 증가하게 된다. 스크린드럼(105)이 천천히 회전할수록 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율은 감소되나 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 양이 줄어들어 탈수기(300)의 모터의 공회전 등 에너지 낭비를 초래하게 된다.
본 실시예의 설계자는 일체형 농축탈수장치의 에너지 소모량 대비 슬러지 처리량을 고려하여 슬러지의 처리 효율을 극대화하는 측면에서 스크린드럼(105)의 회전속도 및 탈수기(300)의 모터의 회전속도를 결정하여야 한다. 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태의 발생 이전의 정상 상태에서의 원래 속도란 이와 같이 결정된 스크린드럼(105)의 회전속도 및 탈수기(300)의 모터의 회전속도를 의미한다. 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태가 과부하 상태를 벗어난 시점 이후에 즉시 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 낮추게 되면 모터(208)의 상태가 다시 과부하 상태로 진입할 가능성이 높기 때문에 일정시간 동안 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가된 속도로 유지함으로써 일정시간 동안 스크루피더(200)에 투입되는 슬러지의 함수율을 높인다.
스크루피더(200)에 투입되는 슬러지의 함수율이 증가되면 그 만큼 탈수기(300)의 에너지 소모가 증가되기 때문에 모터(208)의 상태가 다시 과부하 상태로 진입할 가능성이 거의 없는 조건을 충족시키면서 최대한 짧은 시간 동안 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가된 속도로 유지함이 바람직하다. 예를 들어, 제어장치(400)는 스크루피더(200)에 투입된 슬러지가 스크루피더(200)로부터 배출될 때까지의 소요 시간동안 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가된 속도로 유지할 수 있다. 이에 따르면, 고함수율의 슬러지가 스크루피더(200)에 투입되어 스크루피더(200)의 내부 전체를 훑고 지나가기 때문에 모터(208)의 상태가 다시 과부하 상태로 진입할 가능성이 거의 없게 된다.
대한민국등록특허 제10-0958664호는 농축장치, 스크루피더, 및 수평원심분리기가 일체형으로 연결된 장치를 개시하고 있다. 이 종래기술은 폐수를 수직방향으로 세워진 농축장치에 투입시켜 응집제와 교반시켜 자연스럽게 부유된 슬러지를 스크루피더를 통해 탈수장치로 유동시키는 구조로, 슬러지의 상태와 공급량에 따라 나선 플레이트의 피치(간격)를 조정함으로써 슬러지 이송량과 이송속도를 조절할 수 있는 구조를 개시하고 있다. 그러나, 이 종래기술은 스크루피더에 투입되는 슬러지의 점도가 높아 슬러지가 나선 플레이트에 달라붙게 되는 경우에 나선 플레이트의 간격 조정에 의해서는 슬러지가 원활하게 이송될 수 없어 스크루피더의 막힘 현상이 발생될 수 있다는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예는 스크루(204)의 블레이드(206)에 스크루(204)의 블레이드(206)에 슬러지로부터 짜내어진 물이 통과될 수 있는 투수공(207)을 형성하고 스크린드럼(105)과 스크루(204)의 회전속도를 조절함으로써 스크루피더(200) 내부 전체의 슬러지의 점도를 균일하게 낮출 수 있다. 이에 따라, 스크루피더(200) 내부의 부품들에 슬러지가 달라붙는 문제가 해결될 수 있어 스크루피더의 막힘 현상이 원천적으로 차단될 수 있다. 게다가, 본 발명의 실시예는 나선 플레이트의 간격 조정을 위한 액추에이터 등 스크루피더(200) 내 구동 부품이 불필요하여 종래기술에 비해 스크루피더(200)의 제작 비용이 매우 저렴할 뿐만 아니라 고장 발생률도 대폭 감소될 수 있다. 나아가, 슬러지뿐만 아니라 피더 본체(201)의 벽면과 블레이드 면도 적셔지게 되어 스크루피더(200)의 과열로 인한 고장을 방지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형상으로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 농축기 101: 하우징
102: 측벽 103: 지지대
104: 슬러지 투입관 105: 스크린드럼
106: 농축액 드레인 107: 분리액 드레인
108: 모터 109: 점검창
110: 커버 111: 탈취관
112: 양단지지부 113: 중간지지부
114: 링기어 115: 모터
116: 주축 117: 양단고정링
118: 중간고정링 119: 축기어
120: 양단고정부 121: 중간고정부
122: 세척관 123: 분사노즐
200: 스크루피더 201: 피더 본체
202: 슬러지 유입공 203: 슬러지 배출공
204: 스크루 205: 중심축
206: 블레이드 207: 유로
208: 모터 300: 탈수기

Claims (4)

  1. 사각박스 형상의 하우징(101), 다수의 측벽공들을 갖는 원통 형상으로 형성되어 상기 하우징(101) 내부에 길이방향으로 지면과 수평하게 설치되는 스크린드럼(105), 및 상기 스크린드럼(105)을 회전시키기 위한 모터(115)를 포함하며, 상기 모터(115)의 회전에 의해 상기 스크린드럼(105)이 회전됨에 따라 상기 스크린드럼(105)의 표면에 접촉된 슬러지가 상기 스크린드럼(105)의 표면을 타고 넘는 과정에서 상기 슬러지의 수분이 상기 스크린드럼(105)의 측벽공들을 통과함으로써 상기 슬러지로부터 수분이 분리되어 배출되는 농축기(100);
    원통관 형상으로 형성되어 일측에 상기 농축기(100)로부터 배출된 슬러지가 유입되는 피더 본체(201), 상기 피더 본체(201)에 내장되어 상하면을 관통하는 다수의 투수공(207)이 형성되어 있는 나선형의 블레이드(206)를 갖는 스크루(204), 및 상기 스크루(204)을 회전시키기 위한 모터(208)를 포함하며, 상기 모터(208)의 회전에 의해 상기 스크루(204)가 회전됨에 따라 상기 농축기(100)로부터 유입된 슬러지가 상기 피더 본체(201)를 통해 이송되어 상기 피더 본체(201)의 타측으로부터 배출되는 스크루피더(200);
    상기 스크루피더(200)로부터 유입된 슬러지의 탈수를 수행하는 탈수기(300); 및
    상기 스크린드럼(105)을 회전시키기 위한 모터(115)의 구동과 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 구동을 제어하는 제어장치(400)를 더 포함하고,
    상기 제어장치(400)는 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태를 감지하면, 상기 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 상기 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 상기 농축기(100)로부터 유입된 슬러지를 누적 압축시키고, 상기 슬러지의 누적 압축 과정에서 발생된 물이 상기 스크루(204)의 블레이드의 투수공(207)들을 통과하여 상기 스크루피더(200) 내부의 슬러지를 적시게 되고,
    상기 제어장치(400)는 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 과부하 상태를 감지하면, 상기 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가시킴으로써 상기 농축기(100)로부터 배출되는 슬러지의 함수율을 증가시킴과 동시에 상기 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시킴으로써 상기 스크루(204)의 블레이드의 일부 면에 상기 함수율이 증가된 슬러지를 누적 압축시키는 일체형 농축탈수장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(400)는 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 입력전류와 입력전압 중 적어도 하나의 크기가 상기 모터(208)의 정격전류 범위와 정격전압 범위 중 적어도 하나를 벗어나는 경우에 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태를 상기 과부하 상태로 판정하는 일체형 농축탈수장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어장치(400)는 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태가 상기 과부하 상태에 진입한 시점으로부터 상기 과부하 상태를 벗어난 시점까지 상기 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가시킴과 동시에 상기 스크루(204)의 회전을 정지시키거나 회전속도를 감소시키고, 상기 스크루(204)를 회전시키기 위한 모터(208)의 상태가 상기 과부하 상태를 벗어난 시점 이후부터 일정시간 동안 상기 스크린드럼(105)의 회전속도를 증가된 속도로 유지함과 동시에 상기 스크루(204)의 회전속도를 상기 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원하고, 상기 일정시간의 종료 이후에는 상기 스크린드럼(105)의 회전속도를 상기 과부하 상태의 발생 이전의 원래 속도로 복원하는 일체형 농축탈수장치.
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