KR102276167B1 - 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법 - Google Patents

산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업용 제지의 와이어 파트에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 관한 것으로서, 특히 산업용 제지의 지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망이 포함되어, 상기 와이어망에 헤드박스에서 공급되는 산업용 제지의 지필 원료가 다층으로 안착되어 지필로 형성될 때 미안착된 원료가 부유물질로 남아있는 공정폐수의 부유물질을 처리하기 위한 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 관한 것이다.

Description

산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법{Sludge recycling method for industrial paper}
본 발명은 산업용 제지의 와이어 파트에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 관한 것으로서, 특히 산업용 제지의 지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망이 포함되어, 상기 와이어망에 헤드박스에서 공급되는 산업용 제지의 지필 원료가 다층으로 안착되어 지필로 형성될 때 미안착된 원료가 부유물질로 남아있는 폐수의 부유물질을 처리하기 위한 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제지는 조성공정 - 초지공정 - 도공공정 - 완정공정이 순차적으로 수행되어 제조된다.
조성공정은 종이의 주원료인 펄프의 해리 및 고해과정과 클리너와 스크린 등에서 정선 및 제진 과정을 거처 펄프원료에서 펄프외 각종 이물질을 제거시킨 다음 충전제를 비롯한 각종 약품 등 부원료를 배합하는 과정을 거친 지료를 초지기의 헤드박스로 보내지는 공정이다.
초지공정은 헤드박스에서 분출된 지필 원료를 탈수 및 건조하여 종이를 초조하는 공정으로서, 지필형성(Forming), 압착탈수(Pressing), 건조(Drying), 표면처리(도공 및 완정) 등의 과정으로 이루어진다. 헤드박스에서 분출된 지필 원료는 와이어망에서 지필로 형성된 후, 프레스에서 압착 탈수 과정을 거치며, 드라이어에서 잔류수분을 증발시킨 다음, 캘린더에서 종이의 두께 및 광택이 조절되어 제품으로써 완성된다.
도공공정은 종이의 인쇄적성 및 화상 재현성을 향상 시키기 위하여 종이 표면에 도료를 도포하는 공정이다.
완정공정은 초지 또는 코팅공정이 끝난 종이를 제품 용도에 따라 권취 또는 평판으로 재단한 다음 단위 포장을 하는 공정이다.
이때, 초지공정은 헤드박스에서 분출된 지필원료를 탈수, 압착하는 과정 중에 미안착된 원료가 포함된 폐수에 부유물질인 공정 오염성 슬러지가 필수적으로 발생하게 되며, 이러한 슬러지는 대부분 소각처리되거나 위탁처리업체를 통해 처리되고 있어, 처리비용이 소요되는 단점이 있다.
초지공정에서 발생되는 공정폐수의 슬러지는 셀룰로오스가 주성분인 유기물과 무기물로 이루어져 있으므로, 제지공정의 원료로서 재사용 가능성에 대한 슬러지 재활용의 연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 산업용 제지의 와이어파트공정에서 지필원료의 일부 미세화된 원료가 지필로 미안착 되었을 때 발생하는 공정폐수 중 부유성 오염물질을 침전과정을 거쳐 침전된 침전물의 상등액은 다시 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 침전물은 별도로 수집하여 탈수 및 농축시켜 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)로 변형하는 후처리공정인 리파이닝 처리를 하여 신규 제지 원료로써 기존 원료와 혼합 사용하는 산업용 제지의 와이어 파트공정에서 발생되는 슬러지의 재활용 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망이 포함되어, 상기 와이어망에 헤드박스에서 공급되는 지필 원료가 안착되어 지필로 형성될 때 발생되는 공정폐수 내 슬러지 형태의 미세화된 섬유를 처리하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 있어서, 상기 와이어 파트 공정이 수행되는 와이어망 하부에서 배출되는 공정폐수를 저장조에 저장하고, 저장조에 저장된 공정폐수를 이송배관을 통해 일괄적으로 침전조에 이송하고, 상기 침전조에 저장된 공정폐수는 15 ~ 30분의 침전과정을 거친 후 상등액은 연결배관을 통해 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 고형물 형태의 슬러지는 MFC의 원료로 사용하며, 상기 침전조에서 15 ~ 30분 동안 침전과정을 거쳐 침전된 고형물 형태의 슬러지는 탈수기를 통해 다시 고형분과 여액으로 분리되고, 상기 분리된 여액은 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용되고, 상기 고형분은 리파이닝기를 통한 고해공정을 거쳐 MFC의 원료저장조에 저장됨을 특징으로 하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법은, 지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망이 포함되어, 상기 와이어망에 헤드박스에서 공급되는 지필 원료가 안착되어 지필로 형성될 때 발생되는 공정폐수 내 슬러지 형태의 미세화된 섬유를 처리하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 있어서, 상기 와이어 파트 공정이 수행되는 와이어망 하부에서 배출되는 공정폐수를 저장조에 저장하고, 저장조에 저장된 공정폐수를 이송배관을 통해 일괄적으로 침전조에 이송하고, 상기 침전조에 저장된 공정폐수는 15 ~ 30분의 침전과정을 거친 후 상등액은 연결배관을 통해 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 고형물 형태의 슬러지는 MFC의 원료로 사용하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 이루어지는 본 발명은, 산업용 제지의 와이어파트공정에서 발생되는 슬러지 중 부유성 오염물질을 포집한 후 침전과정을 거쳐 침전된 침전물의 상등액은 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 침전물은 별도로 수집하여 탈수 및 농축시켜 MFC 형태로 변형하는 후처리공정인 리파이닝 처리를 하여 MFC의 신규 제지 원료로 사용되는 효과가 있다.
또한, 침전된 침전물 상등액을 공정수로 회수하여 기존 공정폐수의 폐수처리 부하 감소, 미세화된 지필원료와 기타 오염물질이 혼합된 슬러지의 재사용에 따라 슬러지 처리비용이 최소화됨과 더불어 낮은 오염상태의 침전조 상등액을 공정희석수로 사용할시 공정수 정화효과로 인해 공정수 사용주기가 길어져 회수율이 높아 희석수의 소비가 절감되는 경제적인 효과가 있으며, 산업용 제지설비에서 고품질인 MFC 형태의 제지원료를 수득할 수 있어 획기적인 부가가치를 창출하는 효과가 있다.
또한, 침전조의 침전물 침전시간을 제거 성분의 특성에 따라 15 ~ 30분으로 설정하여 일반적인 침전형태의 침전조에 비해 침전조 크기를 축소하고 초지공정 공정폐수 내의 미세화된 원료의 슬러지 형태 회수와 더불어 기타 폐수 오염성 부유물질인 SS(Suspended solid)까지 처리되어 양질의 상등액 사용에 따른 순환되는 공정수의 정화 효과를 얻을 수 있으면서도 연속운전에 따라 MFC 형태의 제지원료가 되는 고형분의 수득율을 향상시키고, 침전시간이 비교적 짧은 시간에 이루어져 다량의 초지공정 폐수를 적은 규모에서 효율적으로 운전하는 효과가 있다.
도 1은 산업용 제지의 와이어 파트 공정설비의 바람직한 형태를 나타내는 예시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 공정도,
도 3은 본 발명에 의해 침전조와 침전조 내부의 바람직한 형태를 나타내는 예시도,
도 4, 5는 본 발명에 의해 침전조 내부에 적층된 고형분 찌꺼기를 외부로 배출시키는 형태를 나타내는 예시도,
도 6은 본 발명의 또 다른 형태를 나타내는 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 산업용 제지의 와이어 파트 공정설비의 바람직한 형태를 나타내는 예시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 공정도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 예시도로서, 도 1, 2, 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 산업용 제지의 지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스(1)와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망(3)이 포함되어, 상기 와이어망(3)에 헤드박스(1)에서 공급되는 산업용 제지의 지필 원료가 다층으로 안착되어 지필로 형성될 때 미안착된 원료가 부유물질로 남아있는 폐수의 부유물질을 처리하기 위한 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 관한 것이다.
여기서, 와이어망의 무한궤도운동을 수행할 때 다수의 롤러가 와이어망을 안내하면서 가압함으로써, 슬러리 형태의 산업용 제지의 지필 원료는 압착 후 지필로 다음 공정으로 이동되며, 미안착된 원료가 포함된 공정폐수가 와이어망(3) 하부로 배출된다.
이때, 상기 와이어 파트 공정이 수행되는 와이어망(3) 하부에서 배출되는 공정폐수는 내부에 저장공간이 형성되는 구조로 된 저장조(11)에 저장하고, 저장조(11)에 저장된 공정폐수는 저장조(11)에 연결된 이송배관(12)을 통해 일괄적으로 침전조(10)에 이송하게 된다.
즉, 와이어 파트 공정이 수행되는 와이어망(3) 하부에는 공정폐수가 낙하하여 저장조(11)로 안내하기 위해 다수의 가이드판(11a)을 각각 설치하고 가이드판(11a)에 의해 공정폐수는 저장조(11)에 안내되어 저장되는 것으로, 와이어 파트 공정의 설비규모에 따라 저장조(11)는 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
또한, 침전조(10)에 저장된 공정폐수는 15 ~ 30분의 침전과정을 거친 후 상등액은 연결배관(22)을 통해 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 고형물인 슬러지는 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료로 사용한다.
이를 위해, 침전조(10)의 하부는 선택적으로 개방되는 구조로 이루어지며, 연결배관(22)은 침전조(10)의 상측과 조성공정 설비 중 하나인 펄퍼(P)를 연결하도록 구성되며, 연결배관(22)에는 별도의 펌프(미도시)와 밸브(미도시)가 구비되어 침전과정을 거친 침전물인 슬러지의 상등액을 설정된 양만큼 펄퍼(P)로 공급하게 된다.
더욱 상세히는 연결배관(22)을 통해 펄퍼(P)에 공급되는 침전과정을 거친 침전물의 상등액은 산업용 제지의 지필 원료 고형물 농도가 0.9 ~ 1.2%로 이루어지도록 공급하며, 이는 정선과정을 거친 산업용 제지의 지필 원료 고형물 농도가 3.5 ~ 4.5%인 것을 감안하여 지필 원료의 중량에 따라 침전과정을 거친 침전물의 상등액의 공급량이 결정되는 것이다.
또한, 침전조(10)에 저장된 슬러지의 침전시간을 15 ~ 30분으로 설정하는 것은 미세섬유화 된 원료가 잔류하는 제지공정의 특성에 따라 공정폐수 내의 고형분의 원할한 침전시간을 고려한 것으로, 상기의 시간보다 침전시간이 짧으면 공정폐수 내의 부유성 고형물질인 SS가 원활히 처리되지 않아 정화된 상등액을 얻지 못하면서도 고형분의 수득율이 낮게되고, 상기의 시간보다 침전시간이 길면 슬러지 처리공정의 시간이 과다하게 소요된다.
또한, 산업용 제지의 지필 원료에서 발생되는 슬러지의 수분에는 해리촉진제가 포함되어 미생물의 발생을 차단함으로써, 고형물의 부패가 발생되지 않고, 침전된 고형분 슬러지의 미세섬유에 유연성 및 팽윤성이 부과되어 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료로 적합한 환경이 조성되어 상기의 침전시간으로 설정하는 것이 바람직하다.
여기서, 일반적인 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)는 미세섬유화 된 셀룰로오스를 원료로 하여 표면에 안료 코팅한 제품으로 인쇄적성과 불투명도가 우수한 제지원료이며, 본 발명에서 배출되는 고형분은 조성공정을 거치며 원료들이 0.1 ~ 0.3㎜의 극도로 미세화되었기 때문에, 추가적인 리파이닝 처리를 통해 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료가 되는 것이다.
따라서, 침전된 침전물 상등액을 공정수로 회수하여 기존 공정페수의 폐수처리 부하 감소, 미세화된 지필원료와 기타 오염물질이 혼합된 슬러지의 재사용에 따라 슬러지 처리비용이 최소화됨과 더불어 침전물의 상등액을 공정 희석수로 사용할시 회수율이 높아 희석수의 소비가 절감되어 경제적인 효과가 있으며, 산업용 제지설비에서 고품질인 MFC(Micro Fibrilated Cellulose) 형태의 제지원료를 수득할 수 있어 획기적인 부가가치를 창출하는 효과를 가지게 되는 것이다.
한편, 침전조(10)에서 15 ~ 30분 동안 침전과정을 거쳐 침전된 고형물은 탈수기(200)를 통해 다시 고형분과 여액으로 탈수 분리하는 공정을 거친다.
상기 탈수 분리하는 공정을 통해 분리된 여액은 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용되고, 이때 여액은 펄퍼(P)로 바로 공급되거나 별도의 저장탱크에 저장될 수 있다.
상기 탈수 분리하는 공정을 통해 탈수된 고형분은 고형분 농도 30 ~ 50%이며, 리파이닝기(300)를 통한 고해공정을 거쳐 MFC(Micro Fibrilated Cellulose) 원료저장조(400)에 저장되어 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료가 된다.
이때, 리파이닝기(300)를 통한 고해공정은 고형분 농도 3 ~ 5%가 이루어도록 공정수를 투입한 후, 20 ~ 50회의 고해작업이 수행되며, 이러한 고해공정을 통하여 고형분은 더욱 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료로 사용이 가능하게 되는 것이다.
여기서, 침전조(10)의 하부에는 상, 하부가 개폐가 이루어지는 배출배관(30)을 구비하고, 배출배관(30)의 내부에는 직경 0.18 ~ 0.3㎜로 형성된 메쉬망(40)을 구비하여 침전조(10) 내부의 침전물의 고형물 슬러지가 배출될 때 0.18 ~ 0.3㎜ 이하인 고형물만 배출되어 적합한 MFC(Micro Fibrilated Cellulose)의 원료를 수득할 수 있게 된다.
이때, 미량의 0.3㎜ 이상의 고형분은 침전물 상등액과 함께 펄퍼의 원료로 재사용할 수도 있다.
한편, 도 3, 4, 5에 도시된 바와 같이 침전조(10)와 배출배관(30)은 금속재질로 이루어지고, 메쉬망(40)이 구비되는 배출배관(30)의 일부위가 개방되는 배출홈(30h)이 형성되고, 배출홈(30h)에는 배출홈(30h)을 선택적으로 밀폐하도록 일측이 힌지체결되는 밀폐판(50)이 구비되며, 밀폐판(50)이 배출홈(30h)을 밀폐하는 배출배관(30)에 내부 부위에 내입되어 밀폐판(50)이 배출홈(30h)을 밀폐한 상태를 고정하는 자성체(60)가 구비된다.
또한, 침전조 부근에 압축공기를 공급하는 콤프레셔(70)가 구비되고, 콤프레셔와 연결되어 콤프레셔(70)의 압축공기를 유동하는 공급호스(80)가 구비되며, 상기 공급호스(80)는 배출배관(30)의 내부에 유동된 압축공기를 유입할 수 있도록 배출배관(30)과 연결된다.
즉, 0.3㎜를 초과하는 침전물의 고형물 슬러지는 메쉬망(40)에 계속적으로 적층되며, 밀폐판(50)을 통해 배출홈(30h)을 개방시킨 상태에서 콤프레셔(70)를 작동시키면 압축공기가 공급호스를 통해 배출배관(30)의 내부의 메쉬망(40)에 마찰되어 압축공기의 압력으로 메쉬망(40)에 적층된 침전물 찌꺼기를 배출홈(30h)을 통해 외부로 배출할 수 있게 되는 것이다.
이를 보다 원활히 수행하기 위해 밀폐판(50)이 배출홈(30h)을 개방하기 위해 힌지회동되어 배출배관(30)과 마찰되는 부위에 리미트스위치(90)를 설치하여 리미트스위치(90)를 통해 밀폐판(50)이 배출홈(30h)을 개방하였음이 감지되면 콤프레셔(70)는 자동으로 작동되어 별도의 작업인원이 없이도 사용이 가능하게 된다.
한편, 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 지필 원료의 공정폐수 온도는 대략 40℃이나, 침전과정을 거치는 과정에서 필수적으로 온도의 하강이 이루어지게 되며, 조성공정 설비의 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수는 적어도 40℃ 이상의 온도를 유지시켜야 함으로 하강된 침전물 상등액의 온도를 다시 올려야 한다.
이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이 침전조(10)에 연결되는 연결배관(22)의 일부위에 연결배관(22)의 내부로 고온의 열기를 공급하는 버너(100)를 설치하여 버너(100)의 작동으로 인해 연결배관(22)에 유동되는 침전물의 상등액에 열기를 가하여 상등액의 온도를 40 ~ 45℃로 상승 또는 유지시키도록 하여 침전과정을 거친 침전물의 상등액을 조성공정 설비에 사용가능하게 되는 것이다.
공정폐수에는 해리촉진제가 포함되어 있어 이를 직접 지료와 접촉하는 펄퍼(P)에 공급하면, 펄퍼(P)의 전력소비량을 절감할 수 있으면서도 조성공정이 수행되는 지료의 약품 보유율을 증대시켜 강도개선 등 양질의 산업용 제지를 생산할 수 있게 되는 효과가 있게 된다.
10 : 침전조 11 : 저장조
12 : 이송배관 22 : 연결배관
30 : 배출배관 40 : 메쉬망
50 : 밀폐판 60 : 자성체
70 : 콤프레셔 80 : 공급호스
90 : 리미트스위치 100 : 버너
110 : 이형배관 120 : 보조배관

Claims (4)

  1. 지필 원료가 공급되는 복수의 헤드박스(1)와, 다수의 롤러 및 동력수단에 의해 무한궤도운동을 하는 복수의 와이어망(3)이 포함되어, 상기 와이어망(3)에 헤드박스(1)에서 공급되는 지필 원료(p)가 안착되어 지필로 형성될 때 발생되는 공정폐수 내 슬러지 형태의 미세화된 섬유를 처리하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법에 있어서,
    상기 와이어 파트 공정이 수행되는 와이어망(3) 하부에서 배출되는 공정폐수를 저장조(11)에 저장하고, 저장조(11)에 저장된 공정폐수를 이송배관(12)을 통해 일괄적으로 침전조(10)에 이송하고,
    상기 침전조(10)에 저장된 공정폐수는 15 ~ 30분의 침전과정을 거친 후 상등액은 연결배관(22)을 통해 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용하고, 침전된 고형물 형태의 슬러지는 MFC의 원료로 사용하며,
    상기 침전조(10)에서 15 ~ 30분 동안 침전과정을 거쳐 침전된 고형물 형태의 슬러지는 탈수기(200)를 통해 다시 고형분과 여액으로 분리되고,
    상기 분리된 여액은 조성공정 설비로 공급하여 펄프의 해리 및 정선에 필요한 공정수로 사용되고,
    상기 고형분은 리파이닝기(300)를 통한 고해공정을 거쳐 MFC의 원료저장조(400)에 저장됨을 특징으로 하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 침전조(10)의 하부에는 배출배관(30)을 구비하고, 배출배관(30)의 내부에는 직경 0.18 ~ 0.3㎜로 형성된 메쉬망(40)을 구비하여 침전조(10) 내부에 침전물의 고형물이 배출될 때 0.3㎜ 이하인 침전물의 고형물만 배출됨을 특징으로 하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 침전조(10)에 연결되는 연결배관(22)의 일부위에 연결배관(22)의 내부로 고온의 열기를 공급하는 버너(100)를 설치하여 버너(100)의 작동으로 인해 연결배관(22)에 유동되는 침전물의 상등액에 열기를 가하여 상등액의 온도를 40 ~ 45℃로 변환시키도록 함을 특징으로 하는 산업용 제지의 와이어 파트 공정에서 발생되는 슬러지 재활용 방법.
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