KR102191378B1 - 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치 및 이를 통해 초음파를 이용한 인 회수 방법 - Google Patents

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이목영
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Abstract

본 발명은 여과판용 레일(301)이 형성된 메인 빔(300); 상기 여과판용 레일을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판을 클램팽하는 여과판 브라켓(110)과, 상기 여과판 브라켓에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리를 포함하는 제1 유닛(100); 및 상기 여과판 브라켓의 일측에 구비되어 상기 여과판 브라켓에 클램핑된 상기 여과판에 진동을 부여하는 제1 진동부여 수단(210)과, 상기 복수의 여과판들 각각으로부터 필터 케이크를 탈거하기 위하여 상기 여과판용 레일을 따라 일 방향으로 이송되어 온 상기 복수의 여과판들 각각에 형성된 처리 슬롯을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 제2 진동부여 수단(220)을 포함하는 제2 유닛(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치를 제공할 수 있다.

Description

하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치 및 이를 통해 초음파를 이용한 인 회수 방법{filter press Apparatus for Phosphorus recovery from sewage sludge and method of Phosphorus recovery using ultra sonic wave and the same}
본 고안은 하수, 폐수처리장에서 발생하는 슬러지를 초음파 조사 후 탈수하여 함수율을 저감하고 발생된 탈리여액에서 인(P)을 회수하는 장치에 관한 것으로, 구체적으로 하수 슬러지에 초음파를 조사한 후 폴리머를 투입하고 멤브레인-필터프레스를 활용하여 슬러지를 가압탈수하여 함수율이 낮은 탈수케?揚? 생산과 동시에 고농도 인(P)을 포함한 탈리여액내 인(P) 회수가 가능한 기술이다.
특히 멤브레인-필터프레스에서 여과판의 이송과 필터 케이크의 원활한 탈거 등 일련의 작업이 연속적이며 원활하게 이루어지도록 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치를 제공하고, 필터프레스 여과판의 슬러지 케익 탈거시 세정방식이 아닌 진동방식을 적용하여 세정에 사용되는 수자원 낭비 차단을 통해 수처리 비용 절감이 가능함. 또한 초음파용출조에서 초음파 조사를 통해 슬러지 함수율 저감과 탈리여액의 수질(SS, 탁도 등) 개선을 기대할 수 있어 궁극적으로 최종 슬러지 부피 저감, 인(P) 회수시 경제성 향상 등이 가능하다.
우리나라는 천연자원이 절대적으로 부족한 국가이다. 석유와 천연가스 등의 에너지원을 대부분 수입에 의존하는 현실에서 자원 재순환은 국가적 생존과 경쟁력을 결정하는 중요한 문제라고 해도 과언이 아니다. 이제는 폐기물이 자원이라는 패러다임의 전환을 통해 버려지는 폐기물을 재활용하고 자원으로 회수하는 방안에 대한 폭넓은 논의가 시급한 시점이다.
특히, 하수처리장에서 인(P) 회수는 크게 슬러지와 소각재에서 가능한 것으로 알려졌다. 먼저 슬러지를 대상으로 하는 인(P) 회수방법은 산, 알칼리처리, 열처리 등의 전처리를 통해 탈리여액내 인 농도를 증가시켜 적용가능하다. 그러나 실제 하수처리장 현장에서 탈리여액내 인 농도가 40mg/L내외로 낮아 기술상용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 또한 소각재에서 인(P) 회수는 산, 알칼리처리, 초음파 조사 등의 소각재 전처리를 통해 인(P) 회수가 이뤄진다. 하수슬러지 소각재에는 약 10% 내외의 인이 다량 포함되어 기술상용화에 유리한 여건이지만 소각재 발생량이 많지 않아 기술상용화가 쉽지 않다.
필터프레스는 다단으로 적층된 필터판 사이에 여과포를 개재시키고, 필터판을 관통하는 통공을 통해 피처리액을 공급하여 여과포 사이에 충전한 후에, 실린더 등의 가압수단으로 필터판을 가압하여 여과포를 압착함으로써 피처리액으로부터 액성분을 탈수시키고 남는 슬러지를 분리하는 여과장치이다.
이러한 필터프레스는 펄프제지, 염료, 금속, 의약품, 식품, 요업 또는 산업폐수의 처리나 반도체 제조공정 등에 폭넓게 사용되며, 그 용도에 따라 탈수된 액성분을 사용하거나 슬러지를 사용하기도 한다.
상기와 같은 관점에서 발명된 것으로, 등록특허 제10-0926974호의 "세정장치를 구비하는 필터프레스"(이하 선행기술)와 같은 것을 들 수 있다.
선행기술은 필터프레스의 상부에 결합되어 모터에 의해 슬라이딩 구동하는 트롤리형 세정장치로서, 트롤리에 설치되어 리프팅 벨트에 의해 여과판의 높이방향으로 이동 가능하고, 이와 동시 상호 이격된 여과판의 사이공간으로 회동 가능한 구조를 이루는 이중 바 형태의 세정노즐을 구비하며, 장착된 센서에 의하여 일련의 세척작동이 PLC와 연동으로 여과판의 위치를 감지하여 자동의 세척 작업을 수행할 수 있도록 한 것이다.
그러나, 선행기술은 필터 케이크를 제거하기 위하여 세정 작업이 필요하며, 이러한 세정 작업에 용수 사용량이 증대되는 문제점이 있으므로 수자원의 낭비가 불가피한 문제점이 있었다.
특히, 선행기술은 세정 작업에 사용된 용수의 재활용을 위한 여과 및 정수 과정이 추가적으로 필요하다는 비효율성도 제기된다.
등록특허 제10-0926974호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 필터프레스에서 여과판의 이송과 필터 케이크의 원활한 탈거 등 일련의 작업이 연속적이며 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치 제공, 필터프레스에서 발생되는 하수 슬러지 함수율을 저감하고 탈리여액 내 인(P) 농도를 증가시켜 인(P) 회수효율을 개선하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 여과판용 레일(301)이 형성된 메인 빔(300); 상기 여과판용 레일을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판을 클램팽하는 여과판 브라켓(110)과, 상기 여과판 브라켓에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리를 포함하는 제1 유닛(100); 및 상기 여과판 브라켓의 일측에 구비되어 상기 여과판 브라켓에 클램핑된 상기 여과판에 진동을 부여하는 제1 진동부여 수단(210)과, 상기 복수의 여과판들 각각으로부터 필터 케이크를 탈거하기 위하여 상기 여과판용 레일을 따라 일 방향으로 이송되어 온 상기 복수의 여과판들 각각에 형성된 처리 슬롯을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 제2 진동부여 수단(220)을 포함하는 제2 유닛(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 제1 유닛은, 상기 메인 빔의 상면에 형성된 상기 여과판용 레일을 따라 이동 가능하게 장착되며, 상기 여과판 브라켓과 연결되는 이동휠과, 상기 이송확인 어셈블리를 구성하는 것으로, 상기 복수의 여과판들이 이동하는 방향의 전방측에서 회동 가능하게 장착되어 상기 복수의 여과판들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 상기 복수의 여과판들 각각이 상기 메인 빔의 일측을 향하여 이동하게 될 것을 감지하는 전방회동 확인편과, 상기 이송확인 어셈블리를 구성하는 것으로, 상기 복수의 여과판들이 이동하는 방향의 후방측에서 회동 가능하게 장착되어 상기 복수의 여과판들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 상기 복수의 여과판들 각각이 상기 메인 빔의 일측을 향하여 이동한 것을 감지하는 후방회동 확인편을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제2 유닛은, 상기 여과판 브라켓의 일측에 구비되는 유체압 발생원과, 상기 유체압 발생원과 연결되어 상기 제1 진동부여 수단으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 제1 유체제어기와, 상기 유체압 발생원과 연결되어 상기 제2 진동부여 수단으로 공급되는 상기 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 적어도 하나 이상의 제2 유체제어기를 더 포함하며, 상기 제1 진동부여 수단은 상기 여과판의 상부측에서 하부측을 향하여 진동을 부여하고, 상기 제2 진동부여 수단은 상기 여과판의 좌우 양측 중 일측으로부터 진동을 상하부에서 부여하는 것을 특징으로 한다.
또한 슬러지 함수율 저감 및 인(P) 회수율 향상을 위해 발명의 예는 (a) 하수슬러지에 초음파를 조사하는 단계; (b) 상기 초음파 조사된 슬러지에 폴리머를 투입하는 단계; (c) 상기 혼합 슬러지를 필터프레스에서 탈수하는 단계; (d) 상기 필터프레스에서 탈수케?揚? 분리하는 단계; (e) 상기 분리된 탈리여액에 침전제 투입 후 혼합액을 제조하는 단계; (f) 상기 혼합액에서 인(P)을 포함한 침전물을 회수하는 단계를 포함하는 인(P) 회수방법을 제공한다.
본 발명은, 여과판의 이송과 필터 케이크의 원활한 탈거 등 일련의 작업이 연속적이며 원활하게 이루어짐은 물론, 선행기술에 비하여 진동에 의한 필터 케이크의 탈거 방식을 채택하고 있으므로, 불필요한 수자원의 낭비를 최소화할 수 있으며, 세정후 용수의 재처리를 위한 제반 설비나 처리 과정을 최소화한 점에서 환경친화적이라 할 수 있다.
본 발명의 예에 따른 인(P) 회수방법은 소화슬러지에 초음파 조사한 후 여과판을 진동을 활용하여 케익 탈거가 가능한 필터프레스를 활용하여 함수율이 낮은 탈리케?? 확보와 동시에 인(P)농도가 높고 SS가 낮은 탈리여액을 얻을 수 있다. 이 때, 슬러지에 초음파를 조사함으로써 미생물의 세포막을 파괴하여 슬러지에 포함된 인(P)을 탈리여액에 용출시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한 필터프레스를 통해 발생한 슬러지의 함수율 저감과 슬러지 처리비용 절감이 가능하다. 이러한 인(P) 회수방법은 국내에서 전량 수입에 의존하고 있는 인광석의 수입대체 효과, 지하자원 수급의 불균형 및 가격 불안정 해소에 도움이 될 것으로 판단된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 메인 빔과 제1 유닛의 구성을 도시한 개념도
도 2는 도 1의 B 시점에서 바라본 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제1 유닛과 제2 유닛의 결합 관계를 도시한 개념도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛중 제1 진동부여 수단의 구조를 도시한 단면 개념도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛중 제2 진동부여 수단의 구조를 도시한 단면 개념도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛 중 제1 탈거 나이프 및 제2 탈거 나이프를 도시한 것으로, 도 5(a)는 도 2의 C 시점에서 바라본 평면 개념도이며, 도 5(b)는 도 2의 D-D 선에서 바라본 측면 개념도
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 인(P) 회수방법의 순서도이다.
도 7는 본 발명의 일 예에 따른 인(P) 회수공정도이다.
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따른 초음파용출조에서 교반속도에 따른 인(P) 용출량을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 도 8에서 중금속인 Ca 및 Mg농도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예 2에 따른 필터프레스의 운전조건에 따른 슬러지 함수율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실험예 2에 따른 필터프레스에서 생산된 탈리여액의 SS를 나타낸 그래프이다.
도 12는 필터프레스에서 생산된 탈수케?揚? 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 메인 빔(300)과 제1 유닛(100)의 구성을 도시한 개념도이다.
그리고, 도 2는 도 1의 B 시점에서 바라본 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제1 유닛(100)과 제2 유닛(200)의 결합 관계를 도시한 개념도이다.
그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛(200)중 제1 진동부여 수단(210)의 구조를 도시한 단면 개념도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛(200)중 제2 진동부여 수단(220)의 구조를 도시한 단면 개념도이다.
아울러, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 주요부인 제2 유닛(200) 중 제1 탈거 나이프(221) 및 제2 탈거 나이프(222)를 도시한 것으로, 도 5(a)는 도 2의 C 시점에서 바라본 평면 개념도이며, 도 5(b)는 도 2의 D-D 선에서 바라본 측면 개념도이다.
참고로, 도 1에서 도면부호 "f"는 전방측을, "r"은 후방측을 각각 나타내며, 도면부호 "…"은 복수의 여과판(500)들이 일렬로 나열된 것을 도면 이해의 편의상 생략하여 표시한 것이다.
본 발명은 도시된 바와 같이 메인 빔(300)을 따라 제1 유닛(100)이 여과판(500)을 이동시키되 제2 유닛(200)은 여과판(500)에 진동을 부여하여 필터 케이크(이하 미도시)를 탈거시키는 구조임을 파악할 수 있다.
우선, 메인 빔(300)은 여과판용 레일(301)이 형성된 것으로, 충격 및 진동으로부터 변형되지 않고 후술할 제1 유닛(100)과 여과판(500)들의 하중을 지지하며 여과판(500)들의 이송 공간과 면적을 제공하기 위하여 마련된 것이다.
제1 유닛(100)은 여과판용 레일(301)을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판(500)을 클림팽하는 여과판(500) 브라켓(110)과, 여과판(500) 브라켓(110)에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판(500)들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리(120)를 포함하는 것이다.
제2 유닛(200)은 크게 제1 진동부여 수단(210)과 제2 진동부여 수단(220)을 포함하며, 필터 케이크를 탈거하기 위한 것이다.
제1 진동부여 수단(210)은 여과판(500) 브라켓(110)의 일측에 구비되어 여과판(500) 브라켓(110)에 클램핑된 여과판(500)에 진동을 부여하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은 복수의 여과판(500)들 각각으로부터 필터 케이크를 탈거하기 위하여 여과판용 레일(301)을 따라 일방향으로 이송되어 온 복수의 여과판(500)들 각각에 형성된 처리 슬롯(501)을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.
본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며 다음과 같은 다양한 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.
우선, 메인 빔(300)은, 도 1을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 제1, 2 플레이트(311, 312)와 제1, 2 연결편(321, 322)으로 각 기둥 형상을 형성하고, 그 내부에 지지편(330)과 보강골편(340)들이 반복 배치된 구조로 되어 있음을 파악할 수 있다.
제1 플레이트(311)는 메인 빔(300)의 양측면 중 일측면을 형성하고, 제2 플레이트(312)는 메인 빔(300)의 양측면 중 타측면을 형성하게 된다.
제1 연결편(321)은 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312)를 서로 연결하도록, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312) 각각의 상단부에 결합 배치된다.
제2 연결편(322)은 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312)를 서로 연결하도록, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312) 각각의 하단부에 결합 배치된다.
복수의 지지편(330)들은 제1 연결편(321)과 제2 연결편(322)에 각각 상하 양단부 가장자리가 결합 고정되고, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312)의 형성 방향을 따라 이격 배치되는 것이다.
보강골편(340)들은 복수의 지지편(330)들 각각의 사이에 경사지게 배치되어, 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312)의 형성 방향 및 제1 연결편(321)과 제2 연결편(322)의 형성 방향에 따른 비틀림을 방지하는 역할을 수행하게 된다.
여기서, 여과판용 레일(301)은 제1 연결편(321)의 상면에 형성되는 것도 파악할 수 있다.
이때, 메인 빔(300)은 전술한 바와 같이 제1 플레이트(311)와 제2 플레이트(312)와 제1 연결편(321)과 제2 연결편(322)에 의하여 각 기둥 형상으로 형성되고, 그 내부에 복수의 지지편(330)과 보강골편(340)들에 의하여 굽힘이나 처짐 및 비틀림 등의 응력에 내구성을 유지하고 구조적 강도를 유지할 수 있도록 한다.
또한, 메인 빔(300)은 후술할 제1 유닛(100) 및 제2 유닛(200)의 가동에 따른 진동과 충격에도 그 형상을 그대로 유지할 수 있도록 마련된 기술적 수단이다.
한편, 제1 유닛(100)은, 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보면 메인 빔(300)의 상면에 형성된 여과판용 레일(301)을 따라 이동 가능하게 장착되며, 여과판(500) 브라켓(110)과 연결되는 이동휠(130)을 더 구비할 수 있다.
또한, 이송확인 어셈블리(120)는 크게 전, 후방회동 확인편(121, 122)을 포함할 수 있을 것이다.
전방회동 확인편(121)은 복수의 여과판(500)들이 이동하는 방향의 전방측에서 회동 가능하게 장착되어 복수의 여과판(500)들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 복수의 여과판(500)들 각각이 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동하게 될 것을 감지하는 것이다.
후방회동 확인편(122)은 이송확인 어셈블리(120)를 구성하는 것으로, 복수의 여과판(500)들이 이동하는 방향의 후방측에서 회동 가능하게 장착되어 복수의 여과판(500)들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 복수의 여과판(500)들 각각이 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동한 것을 감지하는 것이다.
또한, 이송확인 어셈블리(120)는, 이송확인 어셈블리(120)를 구성하는 것으로, 전방회동 확인편(121)의 전방측에 장착되어 복수의 여과판(500)들 각각이 이동하여 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동하게 될 것을 확인하는 제1 포토 센서(123a)를 포함할 수 있다.
아울러, 이송확인 어셈블리(120)는, 이송확인 어셈블리(120)를 구성하는 것으로, 후방회동 확인편(122)의 후방측에 장착되어 복수의 여과판(500)들 각각이 이동하여 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동한 것을 확인하는 제2 포토 센서(123b)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 포토 센서(123a)와 제2 포토 센서(123b)는 컨트롤러를 통하여 전방회동 확인편(121)과 후방회동 확인편(122)의 가동 신호를 전달하고, 제2 포토 센서(123b)에 의하여 감지된 복수의 여과판(500)들 중 가장 마지막으로 통과한 여과판(500)이 감지되면, 제2 유닛(200)의 가동이 시작되는 것이다.
이러한 이송확인 어셈블리(120)는, 복수의 여과판(500)들 각각의 하부측에 배치되어 상면이 개방되고, 전방회동 확인편(121)과 후방회동 확인편(122)과 제1 포토 센서(123a) 및 제2 포토 센서(123b)가 장착되는 공간과 면적을 제공하는 하우징(124)을 더 구비할 수 있다.
그리고, 이송확인 어셈블리(120)는, 하우징(124)의 마주보는 내측면에 양단부가 고정되고, 전방회동 확인편(121)의 일측을 관통하여 전방회동 확인편(121)을 회동 가능하게 지지하는 제1 고정핀(125a)을 더 구비할 수 있다.
그리고, 이송확인 어셈블리(120)는, 하우징(124)의 마주보는 내측면에 양단부가 고정되고, 후방회동 확인편(122)의 일측을 관통하여 후방회동 확인편(122)을 회동 가능하게 지지하며 제1 고정핀(125a)과 평행하게 배치되는 제2 고정핀(125b)을 더 구비할 수 있다.
또한, 이송확인 어셈블리(120)는, 전방회동 확인편(121)의 하단부에 회동 가능하게 장착되는 제1 전방 회동 단부(126a)와, 하우징(124)의 전방 내측면에 회동 가능하게 장착되는 제2 전방 회동 단부(126b)를 구비하며, 제2 전방 회동 단부(126b)에 대하여 제1 전방 회동 단부(126a)의 길이가 가변되는 제1 유체 회동 실린더(126)를 더 구비할 수 있다.
아울러, 이송확인 어셈블리(120)는, 후방회동 확인편(122)의 하단부에 회동 가능하게 장착되는 제1 후방 회동 단부(127a)와, 하우징(124)의 후방 내측면에 회동 가능하게 장착되는 제2 후방 회동 단부(127b)를 구비하며, 제2 후방 회동 단부(127b)에 대하여 제1 후방 회동 단부(127a)의 길이가 가변되는 제2 유체 회동 실린더(127)를 더 구비할 수도 있다.
여기서, 제1 포토 센서(123a)는 제1 고정핀(125a)의 전방 상측에 배치되고, 제2 포토 센서(123b)는 제2 고정핀(125b)의 후방 상측에 배치된다.
이때, 제1 고정핀(125a)의 중심과 제2 고정핀(125b)의 중심을 서로 직교되게 관통하는 가상선(ℓ)은 하우징(124)의 상면(124a) 및 하면(124b)과 평행하므로, 복수의 여과판(500)들이 일방향으로 이송될 때 흔들리거나 요동하지 않고 부드럽고 원활하게 이송되도록 보조할 수 있을 것이다.
한편, 제2 유닛(200)은, 도 2를 참조하여 살펴보면, 여과판(500) 브라켓(110)의 일측에 구비되는 유체압 발생원(230)을 더 구비할 수 있다.
그리고, 제2 유닛(200)은, 유체압 발생원(230)과 연결되어 제1 진동부여 수단(210)으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 제1 유체제어기(231)를 더 구비할 수도 있다.
또한, 제2 유닛(200)은, 유체압 발생원(230)과 연결되어 제2 진동부여 수단(220)으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 적어도 하나 이상의 제2 유체제어기(232)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 제1 진동부여 수단(210)은 여과판(500)의 상부측에서 하부측을 향하여 진동을 부여하고, 제2 진동부여 수단(220)은 여과판(500)의 좌우 양측 중 일측으로부터 진동을 상하부에서 부여하는 것을 파악할 수 있다.
한편, 제1 진동부여 수단(210)은, 도 2와 함께 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 여과판(500) 브라켓(110)의 일측에 장착되는 제1 작동 하우징(211)을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 진동부여 수단(210)은, 제1 작동 하우징(211)에 내장되어 상하로 승강 왕복 가능한 제1 승강편(212)을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 진동부여 수단(210)은, 제1 승강편(212)의 하면으로부터 돌출되고, 제1 작동 하우징(211)의 하면에 관통된 제1 작동홀(211a)을 통하여 출입 가능하게 배치되는 제1 작동봉(213)을 포함할 수 있다.
그리고, 제1 진동부여 수단(210)은, 제1 작동봉(213)의 단부에 구비되어 여과판(500)의 상단부 가장자리에 접촉 또는 이격하며 여과판(500)의 상부측부터 진동을 부여하는 탄성 재질의 진동자(214)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 진동부여 수단(210)은, 제1 작동 하우징(211)의 상부에 관통되어 제1 유체제어기(231)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제1 상부 유체출입 포트(215a)를 포함할 수 있다.
아울러, 제1 진동부여 수단(210)은, 제1 작동 하우징(211)의 하부에 관통되어 제1 유체제어기(231)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제1 하부 유체출입 포트(215b)를 포함할 수도 있다.
따라서, 제1 승강편(212)은 제1 상부 유체출입 포트(215a)와 제1 하부 유체출입 포트(215b) 사이에서 승강 왕복하게 된다.
한편, 제2 진동부여 수단(220)은, 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 살펴보면, 처리 슬롯(501)의 양측 가장자리 중 일측 가장자리의 상측으로부터 삽입되는 제1 탈거 나이프(221)를 더 구비할 수 있다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 처리 슬롯(501)의 양측 가장자리 중 타측 가장자리의 하측으로부터 삽입되는 제2 탈거 나이프(222)를 더 구비할 수 있다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제1 탈거 나이프(221)의 단부와 연결되어 출입 가능하게 장착되는 제1 작동 로드(223r)를 수용하며 유체압 발생원(230)과 연결되고, 제1 탈거 나이프(221)를 처리 슬롯(501)으로부터 출입 가능한 유체압을 발생시키는 제1 출입 실린더(223)를 더 구비할 수 있다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 탈거 나이프(222)의 단부와 연결되어 출입 가능하게 장착되는 제2 작동 로드(224r)를 수용하며 유체압 발생원(230)과 연결되고, 제2 탈거 나이프(222)를 처리 슬롯(501)으로부터 출입 가능한 유체압을 발생시키는 제2 출입 실린더(224)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 제2 진동부여 수단(220)은, 도 2와 함께 도 4(a)를 참조하여 살펴보면, 제1 탈거 나이프(221)와 제1 작동 로드(223r) 사이에 배치되어 제1 탈거 나이프(221)에 진동을 부여하기 위한 작동 유체가 내부에 수용되는 제2 작동 하우징(225)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 작동 하우징(225)에 내장되어 상하로 승강 왕복 가능한 제2 승강편(225a)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 승강편(225a)의 측면으로부터 돌출되어 제1 탈거 나이프(221)의 단부와 연결되는 제2 작동봉(225b)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 작동 하우징(225)의 일측면에 상하 방향으로 관통되어 제2 작동봉(225b)의 상하 승강 왕복을 허용하는 제1 스트로크 슬롯(225c)을 더 포함할 수 있을 것이다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 작동 하우징(225)의 타측면 상부에 관통되어 제2 유체제어기(232)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제2 상부 유체출입 포트(225d)를 더 포함할 수 있을 것이다.
아울러, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 작동 하우징(225)의 타측면 하부에 관통되어 제2 유체제어기(232)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제2 하부 유체출입 포트(225e)를 더 포함할 수 있을 것이다.
따라서, 제2 승강편(225a)은 제2 상부 유체출입 포트(225d)와 제2 하부 유체출입 포트(225e) 사이에서 승강 왕복하는 것을 파악할 수 있다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은, 제2 작동 하우징(225)의 일측면에 형성되어 제1 스트로크 슬롯(225c)의 가장자리 외측에 고정되는 일단부와, 제2 작동봉(225b)의 외주면을 따라 고정되는 타단부를 가지며, 제1 스트로크 슬롯(225c)을 따라 승강 왕복하는 제2 작동봉(225b)을 감싸 외부로부터 이물질의 유입을 방지하며 기밀 및 수밀을 유지하는 제1 주름 커버(225f)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.
한편, 제2 진동부여 수단(220)은, 도 2와 함께 도 4(b)를 참조하여 살펴보면, 제2 탈거 나이프(222)와 제2 작동 로드(224r) 사이에 배치되어 제2 탈거 나이프(222)에 진동을 부여하기 위한 작동 유체가 내부에 수용되는 제3 작동 하우징(226)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 작동 하우징(226)에 내장되어 상하로 승강 왕복 가능한 제3 승강편(226a)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 승강편(226a)의 측면으로부터 돌출되어 제2 탈거 나이프(222)의 단부와 연결되는 제3 작동봉(226b)을 더 포함할 수 있을 것이다.
그리고, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 작동 하우징(226)의 일측면에 상하 방향으로 관통되어 제3 작동봉(226b)의 상하 승강 왕복을 허용하는 제2 스트로크 슬롯(226c)을 더 포함할 수 있을 것이다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 작동 하우징(226)의 타측면 상부에 관통되어 제2 유체제어기(232)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제3 상부 유체출입 포트(226d)를 더 포함할 수 있을 것이다.
아울러, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 작동 하우징(226)의 타측면 하부에 관통되어 제2 유체제어기(232)와 배관 연결되며, 작동유체가 유입되고 배출되는 제3 하부 유체출입 포트(226e)를 더 포함할 수 있을 것이다.
따라서, 제3 승강편(226a)은 제3 상부 유체출입 포트(226d)와 제3 하부 유체출입 포트(226e) 사이에서 승강 왕복하는 것을 파악할 수 있다.
또한, 제2 진동부여 수단(220)은, 제3 작동 하우징(226)의 일측면에 형성되어 제2 스트로크 슬롯(226c)의 가장자리 외측에 고정되는 일단부와, 제3 작동봉(226b)의 외주면을 따라 고정되는 타단부를 가지며, 제2 스트로크 슬롯(226c)을 따라 승강 왕복하는 제3 작동봉(226b)을 감싸 외부로부터 이물질의 유입을 방지하며 기밀 및 수밀을 유지하는 제2 주름 커버(226f)를 더 구비할 수도 있음은 물론이다.
한편, 제1 탈거 나이프(221) 및 제2 탈거 나이프(222)는 도 5와 같이 말단부측으로 갈수록 점차 두께가 얇아지게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 제1 탈거 나이프(221)와 제2 탈거 나이프(222)는 도 5(a)와 같이 말단부측으로 갈수록 점차 얇아지게 형성되어, 제1 탈거 나이프(221)와 제2 탈거 나이프(222)가 최초에 처리 슬롯(501)을 통하여 필터 케이크의 양측 가장자리로부터 삽입하여 들어가면서 필터 케이크를 처리 슬롯(501)으로부터 원활하게 탈거되도록 할 수 있다.
또한, 제1 탈거 나이프(221)는, 하단부 가장자리를 따라 하측으로 하향 경사지게 형성되어 필터 케이크를 상부로부터 하부측을 향하여 밀어내리는 제1 경사면(221s)을 더 구비할 수 있다.
아울러, 제2 탈거 나이프(222)는, 상단부 가장자리를 따라 상측으로 상향 경사지게 형성되어 필터 케이스를 하부로부터 상부측을 향하여 밀어올리는 제2 경사면(222s)을 더 구비할 수도 있다.
즉, 제1 탈거 나이프(221)와 제2 탈거 나이프(222)는 도 5(b)와 같이 필터 케이크의 상, 하부측에서 각각 밀어내리고 밀어올리면서 진동을 상, 하부측에서 부여함으로써 필터 케이크가 처리 슬롯(501)으로부터 원활하고 확실하게 탈거될 수 있도록 유도할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치의 작용 및 효과에 대하여 다음과 같이 살펴보고자 한다.
우선, 본 발명은 여과판용 레일(301)이 형성된 메인 빔(300); 여과판용 레일(301)을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판(500)을 클림팽하는 여과판(500) 브라켓(110)과, 여과판(500) 브라켓(110)에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판(500)들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리(120)를 포함하는 제1 유닛(100); 및 여과판(500) 브라켓(110)의 일측에 구비되어 여과판(500) 브라켓(110)에 클램핑된 여과판(500)에 진동을 부여하는 제1 진동부여 수단(210)과, 복수의 여과판(500)들 각각으로부터 필터 케이크(이하 미도시)를 탈거하기 위하여 여과판용 레일(301)을 따라 일방향으로 이송되어 온 복수의 여과판(500)들 각각에 형성된 처리 슬롯(501)을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 제2 진동부여 수단(220)을 포함하는 제2 유닛(200)을 포함하는 것을 특징으로 하여, 여과판(500)의 이송과 필터 케이크의 원활한 탈거 등 일련의 작업이 연속적이며 원활하게 이루어짐은 물론, 선행기술에 비하여 진동에 의한 필터 케이크의 탈거 방식을 채택하고 있으므로, 불필요한 수자원의 를 최소화할 수 있으며, 세정후 용수의 재처리를 위한 제반 설비나 처리 과정을 최소화한 점에서 환경친화적이라 할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 제1 유닛(100)은, 메인 빔(300)의 상면에 형성된 여과판용 레일(301)을 따라 이동 가능하게 장착되며, 여과판(500) 브라켓(110)과 연결되는 이동휠(130)과, 이송확인 어셈블리(120)를 구성하는 것으로, 복수의 여과판(500)들이 이동하는 방향의 전방측에서 회동 가능하게 장착되어 복수의 여과판(500)들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 복수의 여과판(500)들 각각이 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동하게 될 것을 감지하는 전방회동 확인편(121)과, 이송확인 어셈블리(120)를 구성하는 것으로, 복수의 여과판(500)들이 이동하는 방향의 후방측에서 회동 가능하게 장착되어 복수의 여과판(500)들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 복수의 여과판(500)들 각각이 메인 빔(300)의 일측을 향하여 이동한 것을 감지하는 후방회동 확인편(122)을 더 구비함으로써, 여과판(500)들의 효율적인 이송이 가능하게 됨은 물론, 제2 유닛(200)의 가동을 정확하게 순차적으로 지시토록 하므로, 불필요한 동력의 사용을 최소화할 수 있으므로, 에너지의 효율적 관리가 가능하다는 장점을 가지게 된다.
이때, 본 발명에 따른 제2 유닛(200)은, 여과판(500) 브라켓(110)의 일측에 구비되는 유체압 발생원(230)과, 유체압 발생원(230)과 연결되어 제1 진동부여 수단(210)으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 제1 유체제어기(231)와, 유체압 발생원(230)과 연결되어 제2 진동부여 수단(220)으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 적어도 하나 이상의 제2 유체제어기(232)를 더 포함하며, 제1 진동부여 수단(210)은 여과판(500)의 상부측에서 하부측을 향하여 진동을 부여하고, 제2 진동부여 수단(220)은 여과판(500)의 좌우 양측 중 일측으로부터 진동을 상하부에서 부여토록 함으로써, 필요 이상으로 세정 용수를 사용하는 비효율적인 측면을 최소화하고 필터 케이크를 확실하고 용이하게 효율적으로 탈거시킬 수 있다는 점에서 수자원의 절약과 환경친화적인 제품을 수요처에 제공할 수 있다는 특장점을 가지게 된다.
이상과 같이 본 발명은 필터프레스에서 여과판의 이송과 필터 케이크의 원활한 탈거 등 일련의 작업이 연속적이며 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 필터프레스용 여과판의 이송 및 처리 장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
도 6을 참조하여 본 발명에 따른 인(P) 회수과정은 다음과 같다.
단계 (a): 하수슬러지에 초음파를 조사하는 단계
하수처리장에서 발생하는 소화슬러지는 다량의 유기물과 무기물이 혼합된 슬러리 형태의 고농도 현탁물질로써 미생물 세포내에 인(P)을 포함하고 있다.
슬러지 탈수효율 개선방법은 열처리방법, 오존 혹은 산/알칼리처리방법, 초음파처리를 통한 기계적 처리방법 등으로 구분할 수 있다.
기계적 처리방법으로써 인간이 들을 수 없는 가청주파수 상한치(20kHz) 이상의 음파인 초음파를 조사하면 슬러지 입자를 파괴하고 표면적의 증가와 표면에 흡착된 간극수를 방출하여 탈수케익의 탈수효율 개선이 가능하다. 보통 초음파 출력과 조사시간이 클수록 슬러지 탈수성이 향상되고 특히 초음파 출력이 더 큰 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 인(P) 용출율 측면에서 살펴보면 초음파 출력이 클수록 인(P)의 용출율이 증가하지만, 초음파 조사시간이 일정한 한계에 도달하면 인(P)의 용출속도는 둔화된다.
슬러지에 초음파를 조사할 경우 적용가능한 초음파 주파수는 20 ~ 28kHz 범위이며 내부반응을 통해 OH--라디칼이 발생하여 전단력 및 인(P) 용출율을 극대화할 수 있다. 초음파 출력은 300 ~ 700W로 30분 이내에 조사하여 체류시간 단축을 통한 인(P)과 중금속의 화학적 침전을 방지하고 인(P) 농도 감소(Loss)를 최소화 할 수 있다. 더불어 초음파 조사시간을 최소화하면 슬러리의 온도가 증가하여 수분이 증발되고 인체에 유해한 휘발성유기화합물(VOC) 배출 등의 문제점을 미연에 방지할 수 있다.
또한 인위적인 산(황산, 염산 등) 혹은 알칼리(수산화나트륨 등) 조절을 통해 초음파 조사시간 단축과 인(P) 용출율의 개선이 가능하다. 소화슬러지가 적절히 혼합되도록 교반기 속도는 50rpm ~ 150rpm으로 조절할 수 있으며, 초음파에너지와 슬러지의 접촉시간과 접촉면적을 극대화할 수 있는 50rpm내외에서 가장 인(P) 용출율이 우수하였다.
단계 (b): 초음파 조사된 슬러지에 폴리머를 투입하는 단계
국내 대부분 하수처리장에서는 탈수공정 전 폴리머(유기성고분자응집제) 등의 응집제를 사용하여 슬러지를 물리, 화학적으로 개량하고 있다. 일반적으로 슬러지의 탈수효율은 탈수기의 운전조건, 슬러지 입자크기, 고형물 함량 및 개량제 종류 등에 의해 좌우된다.
상기의 초음파 조사된 슬러지는 탈수효율 향상을 위해 폴리머 200 ~ 300ppm을 단독으로 투입하거나 폴리머 200 ~ 300ppm과 개질제 0.1 ~ 0.3%를 병합하여 투입한다. 슬러지 개량효율 향상을 위해 폴리머 투입조의 중앙에 교반기를 설치하고, 교반속도를 100rpm ~ 300rpm으로 조절할 수 있으며 교반속도는 150rpm이 가장 바람직하다.
단계 (c): 혼합슬러지를 필터프레스에서 탈수하는 단계
상기의 폴리머와 개질제 등에 의해 개량된 슬러지는 필터프레스에 유입되어 초고압(18-20kgf/cm2)의 운전조건에서 탈수과정을 거치게 된다. 상기의 필터프레스공정은 고압의 압착조건에서 액체와 고체 혼합물을 주입펌프에 의해 여과판 사이 공간(Chamber)에 주입하여 여과하는 공정이다. 일반적인 필터프레스 여과판과 여과판 사이에 위치한 멤브레인 필터에 20㎏/㎠(가압수) 고압을 가하여 일반적인 필터프레스에 의해 탈수하지 못하는 수분을 탈수함으로서 탈수케익의 함수율을 획기적으로 감소하는 개선된 필터프레스공정이라고 할 수 있다.
필터프레스의 주요 기능을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 슬러지 주입 공정은
고압으로 압착(200㎏/㎠)된 여과판과 여과판 사이 Chamber 내에 슬러지를 주입하는 설비로 일반적으로 AOD pump(5㎏/㎠)를 사용하나 상기의 필터프레스는 Mono pump(12㎏/㎠)를 이용하여 슬러지를 주입한다. 이러한 주입설비의 장점은 슬러지 유입이 용이하고 Squeezing 시간 단축과 케익의 탈리 용의성 향상 등이다. 또한 가압 탈수 공정(Squeezing)은 일반적인 여과판 사이에 위치한 멤브레인 여과판에 가압수(20㎏/㎠)를 이용하여 멤브레인 격막을 팽창시켜 탈수하는 2차 탈수 공정으로써 탈수케익 함수율 저감이 가능하다.
Side Blow는 탈수 케익에서 떨어지는 여액과 탈수 케익 배출 전 프레스 여과판의 배출구 연결부에 잔존하는 여액을 제거하는 기능을 가진다. 이는 탈수케익의 함수율 감소와 탈수케익 탈리를 용이하게 한다. Back Blow는
탈수 케익 배출 직전에 실시하며, 여과판 Chamber 내 탈수 케익 형성이 완료된 후에 여과판 중앙의 슬러지 유입구에 잔존하는 여분의 여액을 압축공기를 사용하여 제거하는 공정이다. 이를 통해 후속 탈수공정의 원활한 슬러지 주입 및 여과판 손상 방지가 가능하다. 탈수 케익 이송 Conveyor는 탈수케익을 반출하기 위해 설치된 Belt Conveyor의 경사 각도를 이용하여 슬러지지 주입시 발생되는 누수액을 집하시켜 처리하고 케익의 이송을 진행하는 장치이다.
탈수케익의 탈리장치는 여과판 핸들하단에 에어 실린더를 장착하여 여과판 이송 시 압축공기가 유입되어 상하 구동되어 핸들에 충격을 가함으로써 케이크을 여관판으로부터 자동탈리시켜 유지관리를 수월하게 해 준다. 자동 세정 장치는 세척수를 사용하여 필터프레스 내에 장착된 여과판을 시프트를 이용해 여과판 한 장씩 운반하여 노즐을 통한 여과포 세척 장치가 상하 이동하여 세척하는 기능을 한다.
단계 (d): 필터프레스에서 탈수케?弱? 탈수여액을 분리하는 단계
상기 필터프레스에 유입된 슬러지는 탈리여액(액상)과 탈수케??(고상)으로 분리된다. 탈수케?揚? 건조과정을 거쳐 최종처분되고 탈리여액은 인(P) 결정화를 위해 후속공정으로 이송된다.
단계 (e): 탈리여액에 침전제 투입 후 혼합액을 제조하는 단계
상기 분리된 탈리여액에서 인(P) 회수를 위해 침전제를 투입하여 인위적인 인(P)의 결정화를 유도해야 한다. 분리된 탈리여액에는 슬러지에 함유된 인(P), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등의 다양한 무기물이 용해되어 침전제를 투입하여 인(P)을 포함한 화합물 형태로 침전시켜 회수한다. 보통 인(P)은 MAP(struvite; MgNH4PO4·xH2O, x=1~6) 혹은 HAP(hydroxyapatite; Ca5(PO4)3OH) 형태의 결정이며, 이는 농작물의 성장에 필요한 질소 및 인 등의 비료로서 활용할 수 있다.
먼저 MAP 형태의 인(P) 회수를 위해 필요한 침전제는 마그네슘 및 암모늄 등이 필요하며 마그네슘은 주로 염화마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 암모늄은 주로 염화암모늄을 사용하는 것이 바람직하다. HAP 형태의 인(P) 회수를 위해 필요한 침전제는 칼슘이며 주로 염화칼슘을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 탈리여액은 침전제와 충분히 용해될 수 있도록 급속 혼화하여 혼합액을 제조할 수 있다. 이때, 급속 혼화시 50 내지 500rpm, 바람직하게는 100 내지 300rpm으로 교반시킬 수 있다.
단계 (f): 혼합액에서 인(P)을 포함한 침전물을 회수하는 단계
상기 혼합액은 침전제의 종류에 따라 MAP 또는 HAP 형태의 화합물로 존재하며 보통 인(P) 결정화물은 침전물 형태로 회수되어 침전물을 분리하여 건조 후 인(P) 화합물을 얻는다. 인(P) 결정화물은 혼합액 내 함유된 인(P)과 침전제의 반응시간이 길어질수록 결정입자의 크기와 인(P)의 회수량이 증가하는 경향을 나타낸다.
상기의 인(P) 회수과정은 도-7과 같은 공정으로 단계별로 이뤄진다.
도-7을 참조하여 인(P)의 회수 공정을 보면, 반응조 하단부에 초음파를 발생하는 진동자를 설치하고 중앙에 교반기를 설치하여 하수슬러지에 초음파 조사하는 초음파 용출조; 반응조의 중앙에 교반기가 설치되고, 상기 초음파 용출조에서 발생된 혼합 슬러리와 폴리머, 개질제 등을 혼합하는 폴리머 투입조; 여과판과 여과판 사이를 200bar 이상으로 고압으로 밀착한 후 펌프로 여과판에 슬러지를 주입하여 1차 탈수 후 고압펌프를 이용하여 멤브레인판을 압착시켜 2차로 탈수시킨 후 탈수케?揚? 배출하는 필터프레스; 중앙에 교반기가 설치되고, 상기 필터프레스에서 이송된 탈리여액과 침전제 등을 혼합하는 혼화조; 및 상기 혼화조에서 이송된 혼합액을 화학적으로 침전시켜 침전물 형태로 인(P) 화합물을 회수하는 인(P) 회수조를 순차적으로 거친다.
상기 초음파용출조에는 중앙에 교반기가 설치되어 있고, 바닥면에 초음파를 발생시키는 다수의 진동자가 설치되어 있다. 상기 진동자는 초음파를 50 내지 700W로 출력하여 하수슬러지에 초음파를 조사할 수 있다. 이때 초음파 조사로 인해 슬러지 온도의 상승을 통한 수분의 증발을 방지하기 위해 밀폐용 덮개가 설치될 수 있다. 또한 초음파 용출조의 부식을 막기 위해 재질은 스테인리스(stainless)로 제작한다.
상기 폴리머투입조에는 초음파 조사된 슬러지와 폴리머, 개질제가 침전되지 않고 완전혼합되도록 교반기가 설치되어 있다. 교반기 속도는 100 ~ 300rpm범위로 조정가능하다.
상기 필터프레스에는 여과판용 레일이 형성된 메인 빔, 여과판용 레일을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판을 클림팽하는 여과판 브라켓과에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리를 포함하는 제1 유닛으로 구성된다. 또한 여과판 브라켓의 일측에 구비되어 여과판 브라켓에 클램핑된 여과판에 진동을 부여하는 제1 진동부여 수단과, 복수의 여과판들 각각으로부터 필터 케이크를 탈거하기 위하여 여과판용 레일을 따라 일방향으로 이송되어 온 복수의 여과판들 각각에 형성된 처리 슬롯을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 제2 진동부여 수단을 포함하는 제2 유닛을 포함한다.
상기 혼화조에는 중앙에 교반기가 설치되어 있다. 상기 필터프레스에서 발생한 탈리여액에 침전제를 투입한 후 교반기를 통해 급속혼화하여 균일하게 혼합액을 제조할 수 있다.
상기 인(P) 회수조에는 상기 혼화조를 통해 제조된 혼합액과 혼합액 내 침전제의 체류시간을 늘려 인(P) 화합물의 결정화를 유도하여 높은 수율의 인 회수가 가능하다. 인(P) 결정화물은 인(P) 회수조 하단에 침전되어 침전물 형태로 회수되고, 잔류된 혼합액은 인(P) 회수조의 상부로 방류된다.
초음파 용출조(0.4m×0.4m×0.3m, 48L)에 소화슬러지 20L를 투입하고 교반속도를 50rpm, 100rpm, 150rpm으로 변경하면서 30분간 초음파(500W)를 조사하였다. 조사시간에 따른 인(P) 용출량을 파악하기 위해 5분, 10분, 20분, 30분에 각각 시료를 채수하였다. 샘플링된 혼합 슬러리를 원심분리기를 활용하여 3000rpm에서 30분간 고액분리하였다. 고액분리된 상등액을 0.45㎛ 멤브레인으로 여과하고 이온크로마토그래프(IC, Ion Chromatograph)를 이용하여 PO4 3--P를 분석하였다. 초음파 용출조의 초음파 조사시간과 교반기의 교반속도에 따른 인(P) 용출량을 도-8에 나타내었다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 인(P) 용출량은 교반속도가 가장 느린 50rpm에서 가장 크게 나타났으며, 이는 초음파효과가 교반속도가 느릴수록 슬러지와 접촉시간이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 보통 초음파에 의해 발생된 에너지는 슬러지 입자를 파괴하고 표면적의 증가와 표면에 흡착된 간극수를 방출하여 탈수케익의 함수율을 개선하는 요인으로 작용하는 것으로 알려졌다. 또한 초음파 조사시간은 20분에서 인 용출량이 최댓값을 나타냈고 그 이후 점진적으로 감소하는 추세를 나타내었다. 이는 20분 이후 인(P) 용출량이 정체되었고 PO4 3--P가 Ca와 Mg 등과 같은 중금속과 화학적 결합하여 침전되었기 때문인 것으로 파악된다. 초음파 조사시간과 교반시간에 따른 Ca와 Mg의 거동을 도-9에 나타내었다. 실험결과, 초음파 조사시간 5분에서 Ca와 Mg농도가 가장 큰 값을 나타내었고 그 이후 지속적으로 감소하였다. 이와 같은 실험결과를 통해 인(P) 용출효과를 극대화하기 위해서는 가능한 단시간에 고농도 인(P)을 용출하여 기타 중금속과 인(P)이 결합함으로써 결과적으로 인(P) 농도가 감소되는 내부반응을 최소화해야 한다.
초음파 용출조(0.4m×0.4m×0.3m, 48L)에 소화슬러지 20L를 투입하고 교반속도를 50rpm하여 20분 동안 초음파(500W)를 조사하였다. 그 이후 폴리머 투입조에서 폴리머(300ppm) 및 개질제(0.15%)를 투입하였다. 슬러지 탈수공정에서 폴리머는 하수슬러지의 부피와 케이크의 수분함량을 줄이고 필터프레스의 운전부하를 저감하는 역할을 한다. 또한 탈수효율 개선을 위해 첨가되는 개질제는 셀룰로오스가 주성분으로써 슬러지 입자간 물빠짐 통로(채널)의 확보와 탈수케?揚? 강도 향상을 통해 높은 압력조건에서 탈수가 가능하도록 하는 기능을 한다. 약품이 혼합된 슬러지를 투입한 필터프레스에서 1시간 운전 후 생산된 탈수케?揚? 대상으로 함수율을 측정하였다(함수율: 50.5%).
초음파 용출조에서 소화슬러지를 20분 동안 초음파(500W)를 조사하는 대신에 초음파를 조사하지 않는 것을 제외하고는, 상기의 실시예 2와 동일한 방법으로 필터프레스에서 생산된 탈수케?揚? 대상으로 함수율을 측정하였다(함수율: 54.7%).
폴리머 투입조에서 개질제(0.15%)를 투입하는 대신에 개질제를 투입하지 않는 것을 제외하고는, 상기의 실시예 3와 동일한 방법으로 필터프레스에서 생산된 탈수케?揚? 대상으로 함수율을 측정하였다(함수율: 57.0%).
초음파 용출조(0.4m×0.4m×0.3m, 48L)에 소화슬러지 20L를 투입하고 교반속도를 50rpm하여 20분 동안 초음파(500W)를 조사하였다. 그 이후 폴리머 투입조에서 폴리머(300ppm) 및 개질제(0.15%)를 투입한 후, 필터프레스에 약품이 혼합된 슬러지를 투입하고 탈리여액을 대상으로 SS를 측정하였다(SS: 86.7mg/L).
초음파 용출조에서 소화슬러지를 20분 동안 초음파(500W)를 조사하는 대신에 초음파를 조사하지 않는 것을 제외하고는, 상기의 실시예 5와 동일한 방법으로 필터프레스에서 생산된 탈리여액을 대상으로 SS를 측정하였다(SS: 69.3mg/L).
폴리머 투입조에서 개질제(0.15%)를 투입하는 대신에 개질제를 투입하지 않는 것을 제외하고는, 상기의 실시예 6과 동일한 방법으로 필터프레스에서 생산된 탈리여액을 대상으로 SS를 측정하였다(SS: 57.3mg/L).
100...제1 유닛 110...여과판 브라켓
120...이송확인 어셈블리 121...전방회동 확인편
122...후방회동 확인편 123a...제1 포토 센서
123b...제2 포토 센서 124...하우징
124a...하우징(124)의 상면 124b...하우징(124)의 하면
125a...제1 고정핀 125b...제2 고정핀
126...제1 유체 회동 실린더 126a...제1 전방 회동 단부
126b...제2 전방 회동 단부 127...제2 유체 회동 실린더
127a...제1 후방 회동 단부 127b...제2 후방 회동 단부
130...이동휠 200...제2 유닛 210...제1 진동부여 수단
211...제1 작동 하우징 211a...제1 작동홀 212...제1 승강편
213...제1 작동봉 214...진동자
215a...제1 상부 유체출입 포트 215b...제1 하부 유체출입 포트
220...제2 진동부여 수단 221...제1 탈거 나이프
221s...제1 경사면 222...제2 탈거 나이프
222s...제2 경사면 223...제1 출입 실린더
223r...제1 작동 로드 224...제2 출입 실린더
224r...제2 작동 로드 225...제2 작동 하우징
225a...제2 승강편 225b...제2 작동봉
225c...제1 스트로크 슬롯 225d...제2 상부 유체출입 포트
225e...제2 하부 유체출입 포트 225f...제1 주름 커버
226...제3 작동 하우징 226a...제3 승강편
226b...제3 작동봉 226c...제2 스트로크 슬롯
226d...제3 상부 유체출입 포트 226e...제3 하부 유체출입 포트
226f...제2 주름 커버 230...유체압 발생원
231...제1 유체제어기 232...제2 유체제어기
300...메인 빔 301...여과판용 레일
311...제1 플레이트 312...제2 플레이트
321...제1 연결편 322...제2 연결편
330...지지편 340...보강골편
500...여과판 501...처리 슬롯 ℓ...가상선

Claims (6)

  1. 여과판(500)용 레일(301)이 형성된 메인 빔(300);
    상기 여과판용 레일을 따라 이동 가능하며 처리되어야 할 여과판을 클램핑하는 여과판 브라켓(110);
    상기 여과판 브라켓에 클램핑되어 이동하는 복수의 여과판들이 일방향으로 이동하는 것을 확인하는 이송확인 어셈블리를 포함하는 제1 유닛(100);
    상기 여과판 브라켓의 일측에 구비되어 상기 여과판 브라켓에 클램핑된 상기 여과판에 진동을 부여하는 제1 진동부여 수단(210);
    상기 복수의 여과판들 각각으로부터 필터 케이크를 탈거하기 위하여 상기 여과판용 레일을 따라 일 방향으로 이송되어 온 상기 복수의 여과판들 각각에 형성된 처리 슬롯을 통해 삽입되어 진동을 부여하는 제2 진동부여 수단(220)을 포함하는 제2 유닛(200);을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 빔의 상면에 형성된 여과판용 레일(301)을 따라 이동 가능하게 장착되며, 여과판(500) 브라켓(110)과 연결되는 이동휠(130)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이송확인 어셈블리는,
    상기 복수의 여과판들이 이동하는 방향의 전방측에서 회동 가능하게 장착되어 상기 복수의 여과판들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 상기 복수의 여과판들 각각이 상기 메인 빔의 일측을 향하여 이동하는 것을 감지하는 전방회동 확인편(121); 및
    상기 복수의 여과판들이 이동하는 방향의 후방측에서 회동 가능하게 장착되어 상기 복수의 여과판들의 하단부 가장자리와 접촉하면서, 상기 복수의 여과판들 각각이 상기 메인 빔의 일측을 향하여 이동한 것을 감지하는 후방회동 확인편(122);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 유닛은,
    상기 여과판 브라켓의 일측에 구비되는 유체압 발생원(230);
    상기 유체압 발생원과 연결되어 상기 제1 진동부여 수단으로 공급되는 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 제1 유체제어기(231); 및
    상기 유체압 발생원과 연결되어 상기 제2 진동부여 수단으로 공급되는 상기 작동유체의 공급량 및 공급방향을 제어하는 적어도 하나 이상의 제2 유체제어기(232);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 진동부여 수단은 상기 여과판의 상부측에서 하부측을 향하여 진동을 부여하고, 상기 제2 진동부여 수단은 상기 여과판의 좌우 양측 중 일측으로부터 진동을 상하부에서 부여하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치.
  6. 하수슬러지에서 초음파를 이용하여 인을 회수하는 방법으로서,
    하수슬러지에 초음파를 조사하는 1단계;
    상기 초음파가 조사된 하수슬러지에 폴리머를 투입하는 2단계;
    상기 폴리머가 투입된 하수슬러지를 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치에서 탈수하는 3단계;
    상기 하수슬러지의 인 회수용 필터프레스 장치에서 탈수케이크를 분리하는 4단계;
    상기 분리된 탈리여액에 침전제 투입 후 혼합액을 제조하는 5단계; 및
    상기 혼합액에서 인(P)을 포함한 침전물을 회수하는 6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용하여 인을 회수하는 방법.
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