KR101929788B1 - 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기성 슬러지의 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템에 있어서: 상기 슬러지를 전처리하여 이송 경로로 투입하는 투입수단(20); 투입된 슬러지의 조성을 유지하면서 공극 확보를 위해 회전을 유발하는 바이오건조수단(30); 상기 슬러지를 미세 입자로 생성하면서 수분의 증발을 유발하는 함수율조절수단(40); 및 상기 슬러치의 처리 과정에서 자원의 리사이클을 유도하는 연결처리수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 일련의 공정을 거쳐 슬러지를 건조하는 과정에서, 자생하는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하여 친환경성과 효율성을 제고하는 효과가 있다.

Description

유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템 {Bio-drying system for treating organic sludge}

본 발명은 유기성슬러지 처리 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 자생하는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하면서 건조하는 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템에 관한 것이다.

종래의 일반적인 슬러지 처리 공법 및 설비는 미생물을 활용한 호기성 퇴비화와 메탄균을 활용한 혐기성 소화 및 보일러의 스팀을 활용한 가열 건조 등에 의존하는 경향이 높다. 이에 에너지 비용 감소, 처리효율 향상 및 민원이 발생하지 않는 친환경적 처리를 위한 방안의 도입이 요구된다. 특히, 하수슬러지와 같은 유기성 폐기물의 건조에 의한 신재생에너지 전환 및 활용을 고려할 때 향후 지속적인 구조적 개선이 요구된다.

이와 관련되는 선행기술로서 한국 등록실용신안공보 제0272728호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2010-0065662호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.

선행문헌 1은 건조로의 내면벽에 주걱형태의 사각편을 다수 부착하여 회동시 주입시킨 슬러지를 하부에서 위쪽으로 퍼올리고, 회전축 외면에도 날개편을 이송스크류형태로 다수 입설하여 퍼올린 슬러지분이 빠른 속도로 회전하게 된 회전축의 날개편에 낙하시킨다. 이에, 슬러지의 분산과 냉공기의 주입으로 건조효율을 향상시키는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 슬러지 이송관 내부에 슬러지를 다단으로 이송하며 건조하여 이송 거리를 확보할 수 있고, 체인 컨베이어 및 다축 스크류 컨베이어를 단계적으로 설치하여 슬러지의 이송 및 건조 효율을 향상시키며, 내부로 공급되는 공기량보다 더 많은 공기량을 인출하여 내부의 수분 증발압을 낮추어 슬러지 건조 속도를 높이는 효과를 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 친환경성을 고려한 바이오 드라잉 기술을 반영하지 않는 한계성에 기인하여 개선의 여지를 드러낸다.

한국 등록실용신안공보 제0272728호 "오수슬러지의 건조장치" (공개일자 : 2002.04.18.) 한국 공개특허공보 제2010-0065662호 "슬러지 건조 장치" (공개일자 : 2010.06.17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 일련의 공정을 거쳐 자생하는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하면서 친환경적 건조를 유도하는 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유기성 슬러지의 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템에 있어서: 상기 슬러지를 전처리하여 이송 경로로 투입하는 투입수단; 투입된 슬러지의 조성을 유지하면서 공극 확보를 위해 회전을 유발하는 바이오건조수단; 상기 슬러지를 미세 입자로 생성하면서 수분의 증발을 유발하는 함수율조절수단; 및 상기 슬러치의 처리 과정에서 자원의 리사이클을 유도하는 연결처리수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 투입수단은 슬러지를 투입하는 투입부, 슬러지 발효를 촉진하는 성분을 투입하는 보완부, 일련의 건조를 거친 슬러지를 피드백하는 순환부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 바이오건조수단은 드럼건조기의 상류측 단부에 혼합기를 구비하고 내부에 분쇄를 위한 분쇄축과 교반이송을 위한 다단버킷을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 함수율조절수단은 회전축상에 방사상으로 연결되는 급기관을 지닌 패들 건조기, 스크류 이송과 더불어 가온시켜 수분 증발을 유발하는 2차건조기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 연결처리수단은 제어기를 개재하여 주요 처리 과정에서 슬러지 물성 변화를 검출하고, 제어기는 투입수단의 물성에 대응하여 하류단에 연결된 용융설비, 연소설비, 비료설비의 가동 상태를 결정하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 일련의 공정을 거쳐 슬러지를 건조하는 과정에서, 자생하는 미생물의 발효 효율을 증진하고 발효 분해열에 의해 증발되는 수분을 효율적으로 제거하여 친환경성과 효율성을 제고하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템을 개략적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 세부 모식도
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 시스템의 질량ㆍ열량 밸런스 예시도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 유기성 슬러지의 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템에 관하여 제안한다. 특히 다량의 유기성 폐기물을 고효율로 청정하게 처리할 수 있는 유기성슬러지의 처리를 위한 바이오 드라잉 공정 및 설비를 요체로 한다. 유기성 슬러지는 각종 오폐수는 물론 분뇨, 음식물쓰레기 유래를 포함한다. 본 발명의 시스템은 다수의 이송컨베이어(11)(12)(13)를 이용한 연속 공정을 기반으로 한다.

본 발명에 따르면 투입수단(20)이 상기 슬러지를 전처리하여 이송 경로로 투입하는 구조이다. 투입수단(20)은 고함수율의 슬러지를 슬러지 저장조(22)에 저장하며, 후속 경로(공정)의 진행에 앞서 함수율을 조절하는 전처리를 부가할 수 있다. 그리고 슬러지 저장조(22)의 하류단에 연결되는 다수의 이송컨베이어(11) 중의 일부에서 슬러지 이송과 더불어 탈수를 진행할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 투입수단(20)은 슬러지를 투입하는 투입부(24), 슬러지 발효를 촉진하는 성분을 투입하는 보완부(25), 일련의 건조를 거친 슬러지를 피드백하는 순환부(26)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 투입수단(20)은 슬러지 건조 과정에서 1차공정을 담당한다. 투입부(24)는 슬러지 저장조(22)의 슬러지를 공급하는 배관 장치를 포함한다. 보완부(25)는 보완제로서 함수율을 낮추기 위한 톱밥 외에 발효 미생물 등을 공급하는 배관 장치를 포함한다. 순환부(26)는 후술하는 함수율조절수단(40)에서 생성되는 슬러지를 재순환시키는 배관 장치를 포함한다. 여기서 배관 장치는 시스템의 내외부에 구비되는 배관에 더하여 펌프, 밸브류, 센서류 등을 포함하여 구성된다.

이때, 투입수단(20)은 투입부(24), 보완부(25), 순환부(26)의 하류단을 혼합호퍼(28)에 연결하여 슬러지와 보완제의 1차적인 혼합을 거친 '슬러지 혼합물'을 생성한다. 혼합호퍼(28)는 후속된 혼합기(31)와 더불어 슬러지 혼합물의 연속 이송을 유발하는 방식으로 구성되는 것이 바람직하다. 일예로, 혼합기(31)는 봉 형태의 분쇄기와 주걱 형태의 교반기로 섞고 스크류로 이송하는 방식을 적용한다.

또한, 본 발명에 따르면, 바이오건조수단(30)이 투입된 슬러지의 조성을 유지하면서 공극 확보를 위해 회전을 유발하는 구조이다. 바이오건조수단(30)은 슬러지 건조 과정에서 2차공정을 담당한다. 슬러지의 공극 확보는 건조와 발효에 있어서 중요한 설계 요소로 작용한다. 슬러지 혼합물의 회전 상태 이송도 공극을 확보하는 측면에서 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 바이오건조수단(30)은 드럼건조기(33)의 상류측 단부에 혼합기(31)를 구비하고 내부에 분쇄를 위한 분쇄축(34)과 교반이송을 위한 다단버킷(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 상류측에 혼합기(31)를 지닌 원통형 드럼건조기(33)는 슬러지의 혼합교반(회전)을 유발하도록 설치된다. 혼합기(31)는 혼합호퍼(28)에서 보내오는 슬러지 혼합물의 2차적인 혼합을 유발한다. 분쇄축(34)은 드럼건조기(33) 중심의 회전축상에 방사상으로 분쇄날을 구비하고, 슬러지의 입자를 미세하도록 분쇄하여 입자의 조성 유지 및 수분 증발 효율을 증대한다. 다단버킷(35)은 드럼건조기(33)의 내벽에 다수의 버킷을 나선형으로 경사지게 구비하고, 중심의 분쇄축(34)으로 슬러지 혼합물을 낙하시키면서 하류측으로 이송한다.

이때, 드럼건조기(33)는 내부에 공기를 공급하는 스크래퍼(도시 생략)를 더 구비할 수 있다. 스크래퍼는 단순히 공기를 급기하는 외에 급기 효율을 증대할 수 있다. 이에, 드럼건조기(33)의 미생물 생장 조건을 호기성으로 활성화하는 동시에 내부의 증발된 습윤 공기(수증기)를 원활하게 배출한다.

한편, 드럼건조기(33)에는 외부의 열교환기의 발열을 송풍기로 공급하는 열풍공급기(36)가 연결된다. 열교환기는 배출되는 습윤 공기에서 수분을 응축하여 대기오염방지설비(scrubber)의 악취 및 유독성 가스 제거 효율을 증대한다.

또한, 본 발명에 따르면, 함수율조절수단(40)이 상기 슬러지를 미세 입자로 생성하면서 수분의 증발을 유발하는 구조이다. 함수율조절수단(40)은 슬러지 건조 과정에서 3차공정을 담당한다. 바이오건조수단(30)과 함수율조절수단(40) 사이에는 이송컨베이어(12)가 설치된다. 슬러지 혼합물의 미세화 및 회전 상태 이송도 신속한 건조와 발효의 측면에서 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 함수율조절수단(40)은 회전축상에 방사상으로 연결되는 급기관(42)을 지닌 패들 건조기(41), 스크류 이송과 더불어 가온시켜 수분 증발을 유발하는 2차건조기(48)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 내부에 급기관(42)을 지닌 패들 건조기(41)는 원통형 드럼건조기(33)는 슬러지의 회전에 의한 혼합교반을 유발하도록 설치된다. 패들 건조기(41)는 드럼건조기(33)에서 부분 건조된 슬러지 혼합물의 잔여 함수율을 조정한다. 급기관(42)은 회전축에 일정한 간격으로 배치되고 슬러지 혼합물 내부에 공기를 공급하여 증발 및 안정화를 유도한다. 2차건조기(48)는 패들 건조기(41)의 하류측에 이송컨베이어(13)를 개재하여 설치된다. 기후급변 등의 특별한 비상 조건에 대비하기 위해 2차건조기(48)의 내부에 열풍 통과 경로와 함께 이송스크류를 설치한다.

이때, 패들 건조기(41)와 2차건조기(48) 사이에 선별기(44)를 설치하는 것도 가능하다. 선별기(44)는 트롬웰(Trombe Wall) 형태로 적용할 수 있으며, 하류단에 별도의 이송컨베이어(13)를 추가로 연결한다.

한편, 패들 건조기(41)에는 외부의 열교환기의 발열을 송풍기로 공급하는 열풍공급기(46)가 연결된다. 열교환기는 전술한 열풍공급기(36)의 열교환기와 동일하게 구성되며 우기 등의 기후 상황에서 활용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 연결처리수단(50)이 상기 슬러치의 처리 과정에서 자원의 리사이클을 유도하는 구조이다. 연결처리수단(50)은 투입수단(20)에서 함수율조절수단(40)에 이르는 공정과 연계되는 동시에 함수율조절수단(40)에서 생성되는 건조 슬러지의 사후 활용 공정과 연계된다. 이 과정에서 자원의 리사이클은 결과적으로 친환경적 건조를 유도하면서 신재생 에너지의 활용성도 높인다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 연결처리수단(50)은 제어기(58)를 개재하여 주요 처리 과정에서 슬러지 물성 변화를 검출하고, 제어기(58)는 투입수단(20)의 물성에 대응하여 하류단에 연결된 용융설비(52), 연소설비(54), 비료설비(56)의 가동 상태를 결정하는 것을 특징으로 한다. 제어기(58)는 마이콤(PLC) 회로를 기반으로 하지만 주요 공정간에 설치되는 온도센서, 압력센서, 유량계, 열량계 등을 포함한다. 용융설비(52)는 선별기(44)의 하류측에 연결되고 건조 슬러지의 용융소각을 수행한다. 연소설비(54)는 2차건조기(48)의 하류측에 연결되고, 연소로를 이용하여 건조 슬러지를 연소시킨다. 비료설비(56)는 대기오염 방지설비에서 농축된 암모니아를 화학적으로 처리한다. 이외에 비료설비(56)는 혼합기(31)의 하류측 및 선별기(44)의 하류측에 동시에 연결되고, 응축, 탈기, 흡수 등의 공정을 거쳐 유안비료를 생성한다. 제어기(58)는 투입/건조 과정의 슬러지 물성에 대응하여 용융설비(52), 연소설비(54), 비료설비(56)로 이송되는 슬러지 물량을 조절한다.

한편, 자원 리사이클을 고려한 측면에서, 용융설비(52)의 공정에서 배출되는 배기가스는 2차건조기(48)에 건조용 공기(열원)로 투입된 후에 다시 연소설비(54)의 연소로에 투입되도록 구성할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 시스템에서 질량ㆍ열량 밸런스(mass & heat balance)의 변화 상태를 예시한다. (a)는 투입부(24)의 하류측에서 검출된 상태이고, (b)는 보완부(25)의 하류측에서 검출된 상태이고, (C)는 혼합호퍼(28)의 하류측에서 검출된 상태이고, (d)는 패들 건조기(41)의 하류측에서 검출된 상태이고, (e)는 순환부(26)의 하류측에서 검출된 상태이고, (f)는 선별기(44)의 하류측에서 검출된 상태이고, (g)는 2차건조기(48)의 하류측에서 검출된 상태이고, (h)는 혼합기(31) 및 비료설비(56) 사이에서 검출된 상태이고, (i)는 이송컨베이어(13)의 하류측에서 배기가스로 검출된 상태이다. 제어기(58)의 온도센서, 압력센서, 유량계, 열량계 등은 (a) 내지 (i)로 표시된 영역에 배치된다.

이에 따라, 연결처리수단(50)의 제어기(58)는 설정된 알고리즘을 기반으로 오폐수, 분뇨, 음식물쓰레기 등의 물성에 따라 용융설비(52), 연소설비(54), 비료설비(56)로 송출하는 슬러지 물량을 실시간으로 조절한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

11, 12, 13: 이송컨베이어 20: 투입수단
22: 슬러지 저장조 24: 투입부
25: 보완부 26: 순환부
28: 혼합호퍼 30: 바이오건조수단
31: 혼합기 33: 드럼 건조기
34: 분쇄축 35: 다단버킷
36, 46: 열풍공급기 40: 함수율조절수단
41: 패들 건조기 42: 급기관
44: 선별기 48: 2차건조기
50: 연결처리수단 52: 용융설비
54: 연소설비 56: 비료설비
58: 제어기

Claims (5)

1. 유기성 슬러지의 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템에 있어서:
   상기 슬러지를 전처리하여 이송 경로로 투입하는 투입수단(20);
   투입된 슬러지의 조성을 유지하면서 공극 확보를 위해 회전 상태 이송을 유발하는 바이오건조수단(30);
   상기 슬러지를 미세 입자로 생성하면서 수분의 증발을 유발하는 함수율조절수단(40); 및
   상기 슬러지의 처리 과정에서 자원의 리사이클을 유도하는 연결처리수단(50);을 포함하여 이루어지되,
   상기 투입수단(20)은 슬러지를 투입하는 투입부(24), 슬러지 발효를 촉진하는 성분을 투입하는 보완부(25), 일련의 건조를 거친 슬러지를 피드백하는 순환부(26)를 구비하고,
   상기 바이오건조수단(30)은 드럼건조기(33)의 상류측 단부에 혼합기(31)를 구비하고 내부에 분쇄를 위한 분쇄축(34)과 교반이송을 위한 다단버킷(35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 함수율조절수단(40)은 회전축상에 방사상으로 연결되는 급기관(42)을 지닌 패들 건조기(41), 스크류 이송과 더불어 가온시켜 수분 증발을 유발하는 2차건조기(48)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결처리수단(50)은 제어기(58)를 개재하여 주요 처리 과정에서 슬러지 물성 변화를 검출하고, 제어기(58)는 투입수단(20)의 물성에 대응하여 하류단에 연결된 용융설비(52), 연소설비(54), 비료설비(56)의 가동 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 유기성슬러지 처리를 위한 바이오 드라잉 시스템.

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