KR102043246B1 - 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치 - Google Patents

Abstract

밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치가 개시된다. 본 발명의 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치는, 슬러지 건조 장치에 의해 건조되어 분말화된 폐수 슬러지를 고형화하는 폐수 슬러지의 고형화 장치에 있어서, 상기 슬러지 분말이 투입되도록 수평 방향으로 설치되는 테이퍼 관로와, 상기 테이퍼 관로에 토출 관로가 마련되는 본체; 및 상기 테이퍼 관로에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되는 슬러지 성형부; 및 상기 토출 관로에 설치되고, 상기 슬러지 고형물을 저온 냉각하도록 마련되는 저온 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 슬러지 분말을 압축 및 고온에 의해 슬러지 고형물로 성형한 후 저온으로 급속 냉각함으로써, 슬러지의 고형화 공정을 신속하게 수행할 수 있고, 슬러지 고형물의 밀도를 높여 소각 과정에서 발열 효율을 향상시키면서도 운반비를 줄일 수 있다.

Description

밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치{SOLIDIFICATION DEVICE OF WASTEWATER SLUDGE FOR INCREASING DENSITY}

본 발명은 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건조 처리된 슬러지를 고형화할 수 있도록 그 구조가 개량된 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치에 관한 것이다.

현재 하수 처리장에서 발생하는 하수 슬러지 또는 폐수 처리장에서 발생하는폐수 슬러지, 양돈 폐수 슬러지, 축분 슬러지, 공정 슬러지 등 기타 유기 물질이 포함된 슬러지의 배출량이 날로 증가하고 있는 실정이다.

이러한 상황에서, 상기 슬러지는 크게 육상 매립, 해양 투기, 소각 또는 연료화의 방식으로 처리되고 있으며, 특히 슬러지를 처리하여 고형연료로 재활용하려는 많은 기술이 발전해 오고 있다.

즉, 최근에는 하수슬러지 등의 폐기물 자원화에 대한 시도와 연구가 다양한 형태로 진행되고 있고, 그 일환으로 하수슬러지를 토양으로 환원하거나 건축자재로 활용하거나 유효성분을 분해 환원시키거나 또는 고형연료로 재사용하는 등 다양한 방법이 강구되고 있으며, 그 중 폐기물고형연료(RDF: Refuse Derived Fuel)로 재사용하는 방법은 하수슬러지를 펠렛(pellet), 큐브(cube), 연탄(briquette) 상으로 압축 성형하여 석탄이나 가스 및 석유의 대체연료로 사용할 수 있도록 한 것으로 슬러지의 처리효과와 자원의 재활용 효과를 동시에 거둘 수 있는 장점이 있다.

한편, 하수슬러지는 발생원이나 지역적 특성에 따라 구성 성분도 매우 다양하지만 70~85wt%가 수분이고 나머지가 가연분 및 회분이며, 총량 중 가연분이 10~14wt% 정도를 차지한다. 또한, 건조 고형분 자체의 발열량이 3000~5000kcal/kg-waste이고, 완전연소시 CO, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 환경기준치를 초과하지 않은 것으로 보고되어 대체연료로서의 가치를 갖는다.

그러나, 하수슬러지는 70~85 wt%가 수분이기 때문에 연료로서 사용하기 위해서는 수분을 제거하기 위한 공정이 필수적으로 포함되고, 상기 수분제거공정은 전체 공정에 투입되는 에너지의 30~40%를 차지하여 하수슬러지 고형연료의 생산성과 생산비용에 결정적인 영향을 미침으로 수분제거공정의 효율화가 하수슬러지 고형연료 생산에 있어 매우 중요한 과제이다.

즉, 종래의 하수슬러지는 슬러지 탈수 장치에 의해 수분을 제거하는 탈수 공정을 거친 후 슬러지 고형화 장치의 고형화 공정을 통해 고형연료로 제조되어 재활용되는 것이다.

그러나, 종래의 하수슬러지 고형화 장치는 건조한 슬러지를 성형하는 경우에는 고형연료화된 슬러지의 성형상태가 견고하지 아니한 문제가 있다.

또한, 상기와 같이 견고하지 아니한 고형연료는 연소 또는 열분해 가스화가 되는 경우, 악취 또는 유해가스가 발생하여 통기에 문제가 있고, 부스러기가 연소되지 아니한 상태로 연소실 하부로 이탈되기 때문에 예상되는 에너지 효율이 달성되기 어려운 문제가 있다. 예를 들어, 고형연료의 10%가 부스러기 상태로 이탈된다면, 상기 부스러기는 연소 또는 열분해 가스화 반응 전에 연소실 하부로 재와 함께 배출되기 때문에 에너지 효율은 10% 이상 낮아지게 되는 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1481947호(등록일자 2015년01월06일) 대한민국 등록특허공보 제10-1656838호(등록일자: 2016년09월06일)

본 발명의 기술적 과제는, 건조 처리된 슬러지의 고형화 시 압축 고온에 의해 성형한 후 저온으로 급속 냉각함으로써, 슬러지의 고형화를 신속하게 수행할 수 있는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는, 슬러지를 고밀도로 고형화할 수 있는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 슬러지 건조 장치에 의해 건조되어 분말화된 폐수 슬러지를 고형화하는 폐수 슬러지의 고형화 장치에 있어서, 상기 슬러지 분말이 투입되도록 수평 방향으로 설치되는 테이퍼 관로와, 상기 테이퍼 관로에 토출 관로가 마련되는 본체; 및 상기 테이퍼 관로에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되는 슬러지 성형부; 및 상기 토출 관로에 설치되고, 상기 슬러지 고형물을 저온 냉각하도록 마련되는 저온 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬러지 성형부는, 상기 테이퍼 관로의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 슬러지 분말을 회전에 따라 수평 방향으로 압축하여 슬러지 고형물로 성형하는 일자 형상의 압축 스크류; 및 상기 테이퍼 관로의 외부에 설치되고, 상기 압축 스크류의 성형 시 슬러지 분말의 잔여 수분을 제거하도록 발열되는 고온 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기술적 과제는, 슬러지 건조 장치에 의해 분말화된 폐수 슬러지를 고형화하는 폐수 슬러지의 고형화 장치에 있어서, 상기 슬러지 분말이 투입되도록 수직 방향으로 설치되는 테이퍼 관로와, 상기 테이퍼 관로에 토출 관로가 마련되는 본체; 및 상기 테이퍼 관로에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되는 슬러지 성형부; 및 상기 토출 관로에 설치되고, 상기 슬러지 고형물을 저온 냉각하도록 마련되는 저온 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬러지 성형부는, 상기 테이퍼 관로의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 테이퍼 관로와 대응되는 테이퍼를 갖도록 형성되며, 상기 슬러지 분말을 회전에 따라 수직 방향으로 압축하여 슬러지 고형물로 성형하는 콘 형상의 압축 스크류; 및 상기 테이퍼 관로의 외부에 설치되고, 상기 압축 스크류의 성형 시 슬러지 분말의 잔여 수분을 제거하도록 발열되는 고온 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬러지 고형물의 성형 시 상기 테이퍼 관로의 열이 상기 토출 관로로 전달되는 것을 차단하도록 마련되는 열전 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬러지 고형물의 성형 시 상기 테이퍼 관로에서 발생하는 수증기를 외부로 배출하도록 마련되는 수증기 배출팬을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 슬러지 분말을 압축 및 고온에 의해 슬러지 고형물로 성형한 후 저온으로 급속 냉각함으로써, 슬러지의 고형화 공정을 신속하게 수행할 수 있고, 슬러지 고형물의 밀도를 높여 소각 과정에서 발열 효율을 향상시키면서도 운반비를 줄일 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폐수 슬러지의 고형화 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 폐수 슬러지의 고형화 장치를 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

제1 실시예

본 발명에 따른 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(10)와, 슬러지 성형부(20)와, 저온 냉각부(30)와, 열전 차단부(40)와, 그리고 수증기 배출팬(50)을 포함한다.

본체(10)는 슬러지 분말이 투입된 후 고형화되어 토출될 수 있도록 마련되며, 테이퍼 관로(12)와, 그리고 토출 관로(14)를 포함한다.

본 실시예에서 제시되는 테이퍼 관로(12)는 수평 방향으로 설치되고 토출 관로(14) 방향으로 테이퍼지도록 형성되는 구조를 갖는다. 이러한 테이퍼 관로(12)는 슬러지 분말이 투입된 후 슬러지 성형부(20)에 의해 고형화 성형될 수 있는 공간을 제공하도록 형성되고, 슬러지 분말의 투입을 위한 투입구(121)가 형성된다.

토출 관로(14)는 테이퍼 관로(12)로 투입된 슬러지 분말이 슬러지 성형부(20)에 의해 고형화되도록 성형된 후 토출될 수 있도록 형성된다.

슬러지 성형부(20)는 테이퍼 관로(12)에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되며, 일자 형상의 압축 스크류(22)와, 그리고 고온 발열부(24)를 포함한다.

일자 형상의 압축 스크류(22)는 테이퍼 관로(12)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 이러한 압축 스크류(22)는 테이퍼 관로(12)의 내부로 투입된 슬러지 분말을 수평 방향으로 압축하여 슬러지 고형물로 성형하는 구조를 갖는다.

고온 발열부(24)는 압축 스크류의 성형 시 발열되어 슬러지 분말의 잔여 수분을 제거하도록 형성된다. 이를 위해서, 고온 발열부(24)는 테이퍼 관로(12)의 외부에 설치되는 히터로 구성될 수 있다.

이러한 고온 발열부(24)는 슬러지 분말에 고열을 제공하여 잔여 수분을 제거하며, 이에 따라 슬러지 분말은 압축 스크류(22)에 의해 슬러지 고형물로 압축 성형되는 과정에서 건조될 수 있게 된다.

저온 냉각부(30)는 본체(10)의 토출 관로(14)에 설치되고, 슬러지 고형물을 저온 냉각하도록 마련된다.

이러한 저온 냉각부(30)는 토출 관로(14)에서 슬러지 고형물을 저온 냉각하며, 이에 따라 슬러지 고형물의 밀도를 높일 수 있게 된다.

열전 차단부(40)는 슬러지 성형부의 성형 시 발생하는 열이 토출 관로(14)로 전달되는 것을 차단하도록 마련된다. 이를 위해서, 열전 차단부(40)는 테이퍼 관로(12)와 토출 관로(14)의 경계부에 설치된다.

이러한 열전 차단부(40)는 슬러지 성형부(20)의 고온 발열부(24)에서 발생하는 열이 토출 관로(14)로 전달되지 않도록 차단하게 됨으로써, 토출 관로(14)에서 저온 냉각되는 슬러지 고형물의 냉각 상태를 보장할 수 있게 된다.

수증기 배출팬(50)은 슬러지 고형물의 성형 시 테이퍼 관로(12)에서 발생하는 수증기를 외부로 배출하도록 마련된다. 이러한 수증기 배출팬(50)은 슬러지 분말의 잔여 수분 제거 시 발생하는 테이퍼 관로(12) 내의 수증기를 외부로 신속하게 배출함으로써, 슬러지 분말의 신속한 건조를 보장하면서도 테이퍼 관로(12) 내의 습기 발생을 방지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 과정을 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 폐수 슬러지의 고형화 장치는 슬러지 건조 장치에 의해 건조되어 분말화된 슬러지 분말은 고형화할 수 있는 구조로 된 것이다.

상기 슬러지 분말은 본체(10)의 테이퍼 관로(12) 내로 투입된 후(화살표 방향) 슬러지 성형부(20)의 압축 스크류(22)에 의해 수평 방향으로 압축되어 슬러지 고형물로 성형되게 되고, 슬러지 고형물의 성형 시 슬러지 분말의 잔여 수분은 고온 발열부(24)의 발열에 의해 제거되게 된다. 즉, 슬러지 분말은 슬러지 성형부(20)에 의해 슬러지 고형물로 성형되는 과정에서 잔여 수분이 제거되도록 건조되는 것이다.

상기 슬러지 성형부(20)에 의해 성형된 슬러지 고형물은 토출 관로(14)로 토출(화살표 방향)되는 과정에서 저온 냉각부(30)에 의해 냉각되게 된다. 즉, 슬러지 고형물은 토출 관로(14)에서 저온 냉각부(30)에 의해 급속 냉각되며, 이에 따라 슬러지 고형물의 밀도를 높일 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치는, 슬러지 분말을 압축 및 고온에 의해 슬러지 고형물로 성형한 후 저온으로 급속 냉각함으로써, 슬러지의 고형화 공정을 신속하게 수행할 수 있고, 슬러지 고형물의 밀도를 높여 소각 과정에서 발열 효율을 향상시키면서도 운반비를 줄일 수 있다.

제2 실시예

본 발명에 따른 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(10)에 마련된 테이퍼 관로(12)가 수직 방향으로 설치되고, 테이퍼 관로(12) 내에 콘 형상의 압축 스크류(22A)가 회전 가능하게 설치되는 것이며, 이를 제외한 나머지 구조는 전술한 실시예와 동일하다.

즉, 본 실시예에서 제시되는 테이퍼 관로(12)는 전술한 실시예와 달리 수직 방향으로 설치되는 구조를 갖는다.

또한, 콘 형상의 압축 스크류(22A)는 테이퍼 관로(12)와 대응되는 테이퍼를 갖도록 형성되고, 테이퍼 관로(12)의 내부에 회전 가능하게 설치된다.

이러한 구조에 따라, 테이퍼 관로(12) 내로 투입된 슬러지 분말은 하향(화살표 방향) 이동하는 과정에서 압축 스크류(22A)에 의해 압축률이 증가하게 된다.

즉, 슬러지 분말은 테이퍼 관로(12) 내로 투입된 후 압축 스크류(22A)에 하향 이동되는 과정에서 압축률이 증가하게 됨으로써, 슬러지 고형물로 성형 시 고밀도를 확보할 수 있게 되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치는, 테이퍼 관로(12)를 수직 방향으로 설치하고 그 내부에 콘 형상의 압축 스크류(22A)를 설치하여 슬러지 분말의 압축력을 증가시킴으로써 슬러지 고형물의 고밀도성을 확보할 수 있는 것이며, 이를 제외한 나머지 작용 및 효과는 전술한 실시예와 동일하다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10: 본체
12: 테이퍼 관로
14: 토출 관로
20: 슬러지 성형부
22: 압축 스크류
24: 고온 발열부
30: 저온 냉각부
40: 열전 차단부
50: 수증기 배출팬

Claims (6)

1. 슬러지 건조 장치에 의해 건조되어 분말화되고 유기 물질이 포함된 폐수 슬러지를 고형화하는 폐수 슬러지의 고형화 장치에 있어서,
   슬러지 분말이 투입되도록 수평 방향으로 설치되는 테이퍼 관로와, 상기 테이퍼 관로에 토출 관로가 마련되는 본체;
   상기 테이퍼 관로에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되는 슬러지 성형부; 및
   상기 토출 관로에 설치되고, 상기 슬러지 고형물을 저온 냉각하여 슬러지 고형물의 밀도가 증가하도록 마련되는 저온 냉각부;를 포함하고,
   상기 슬러지 성형부는,
   상기 테이퍼 관로의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 슬러지 분말을 회전에 따라 수평 방향으로 압축하여 슬러지 고형물로 성형하는 일자 형상의 압축 스크류; 및
   상기 테이퍼 관로의 외부에 설치되고, 상기 압축 스크류의 성형 시 발열되어 슬러지 분말의 잔여 수분을 제거하는 고온 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치.
2. 삭제
3. 슬러지 건조 장치에 의해 건조되어 분말화되고 유기 물질이 포함된 폐수 슬러지를 고형화하는 폐수 슬러지의 고형화 장치에 있어서,
   슬러지 분말이 투입되도록 수직 방향으로 설치되는 테이퍼 관로와, 상기 테이퍼 관로에 토출 관로가 마련되는 본체;
   상기 테이퍼 관로에 투입된 슬러지 분말을 압축 및 고온을 이용하여 슬러지 고형물로 성형하도록 마련되는 슬러지 성형부; 및
   상기 토출 관로에 설치되고, 상기 슬러지 고형물을 저온 냉각하여 슬러지 고형물의 밀도가 증가하도록 마련되는 저온 냉각부;를 포함하고,
   상기 슬러지 성형부는,
   상기 테이퍼 관로의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 테이퍼 관로와 대응되는 테이퍼를 갖도록 형성되며, 상기 슬러지 분말을 회전에 따라 수직 방향으로 압축하여 슬러지 고형물로 성형하는 콘 형상의 압축 스크류; 및
   상기 테이퍼 관로의 외부에 설치되고, 상기 압축 스크류의 성형 시 발열되어 슬러지 분말의 잔여 수분을 제거하는 고온 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치.
4. 삭제
5. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬러지 고형물의 성형 시 상기 테이퍼 관로의 열이 상기 토출 관로로 전달되는 것을 차단하도록 마련되는 열전 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치.
6. 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬러지 고형물의 성형 시 상기 테이퍼 관로에서 발생하는 수증기를 외부로 배출하도록 마련되는 수증기 배출팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀도 향상을 위한 폐수 슬러지의 고형화 장치.

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