KR102285822B1 - 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하수슬러지 연료탄 제조 과정에서 하수슬러지에 포함된 악취가 나오는 것을 저감하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치는 이송된 하수슬러지에 악취제거용 라미네이팅 용액을 교반하여 혼합물을 생성하기 위한 혼합장치, 상기 혼합장치에 의하여 혼합물을 받아들여 고온 고압에 의하여 하수슬러지 입자의 표면의 악취제거용 라미네이팅 용액 입자를 녹여 펠릿 형태의 성형물을 생성하기 위한 성형장치, 및 상기 성형장치에 의하여 성형된 성형물을 받아들여 저온에서 냉각시켜 하수슬러지 입자의 표면에 라미네이팅 막을 형성하기 위한 냉각장치를 포함한다.

Description

악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치{Sewage Sludge Fuel Manufacturing Apparatus with Reduced Malodor}
본 발명은 하수슬러지를 연료탄으로 제조하여 사용하는 자원재활용 기술에 관한 것으로, 특히 하수슬러지 연료탄 제조 과정에서 하수슬러지에 포함된 악취가 나오는 것을 저감하는 기술에 관한 것이다.
하수슬러지는 가정 및 산업현장 등에서 발생한 생활하수 및 오수를 하수처리장에서 정화되고 남은 찌꺼기를 말한다. 예전에는 이러한 하수슬러지를 해양투기 및 매립 방식으로 처리되었으나, 2012년에 발효된 런던협약 이후에는 해양 투기가 전면 금지되면서 새로운 처리 방식을 찾아야 하는 문제에 직면해 있다.
이에 하수슬러지 연료화 사업, 등록특허 제10-1779136호에 개시된 바와 같은 하수슬러지를 알갱이 형태의 펠릿으로 제조하는 펠릿화 사업이 우후죽순으로 생겨났으나 고도의 기술력과 하수슬러지에 대한 성질을 깊이 이해하지 못하고 무턱대고 덤비기에는 초기비용 및 연구비용이 막대하게 들고 양산하는데까지 오랜 시간이 걸리며 제품에서 여전히 발생하는 악취 먼지로 인한 민원으로 하수슬러지 연료탄 사업을 접는 기업들이 속출하였다.
즉, 종래의 개시된 슬러지 펠릿화 기술들은 펠릿화 과정에서 발생하는 악취를 제거하기 위한 포집장치 등을 포함하고 있으나, 슬러지 자체에 포함된 악취는 근본적으로 제거하지 못하는 문제를 안고 있었다.
등록특허 제10-1779136호 (2017.09.27. 공고)
본 발명의 목적은 악취제거 효능을 갖는 특수한 물질을 포함하는 용액과 혼합하는 혼합장치와 혼합된 혼합물을 고안 고압에 의하여 라미네이팅 처리하여 특수한 물질이 하수슬러지의 표면을 코팅하여 씌우도록 함으로써 하수슬러지에서 발생할 수 있는 악취를 원천적으로 차단할 수 있는 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치를 제공하기 위한 것이다. 기타 본 발명의 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치는 이송된 하수슬러지에 악취제거용 라미네이팅 용액을 교반하여 혼합물을 생성하기 위한 혼합장치, 상기 혼합장치에 의하여 혼합물을 받아들여 고온 고압에 의하여 하수슬러지 입자의 표면의 악취제거용 라미네이팅 용액 입자를 녹여 펠릿 형태의 성형물을 생성하기 위한 성형장치, 및 상기 성형장치에 의하여 성형된 성형물을 받아들여 저온에서 냉각시켜 하수슬러지 입자의 표면에 라미네이팅 막을 형성하기 위한 냉각장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 0.1 내지 0.2중량%가 혼합되고, 상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 공업용수 80 내지 85중량%와, 사탕수수 당밀, 피톤치드, 감초, 계피 각 0.02 내지 0.08중량%를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합장치는 반입된 하수슬러지를 교반이송하기 위한 혼합 믹싱형 스크류를 포함하는 혼합 이송장치, 및 상기 혼합 이송장치 내부의 상부 공간에 길이 방향으로 설치되고 간격을 두고 형성된 다수의 용액 분사 노즐을 구비하는 분사관을 통하여 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입함으로써, 상기 혼합 이송장치로 이송되는 하수슬러지의 상면에 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입하기 위한 용액 투입장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합 믹싱형 스크류는 회전축의 표면에 길이 방향을 따르는 제1 열의 교반 날개, 제2 열의 교반 날개, 및 제3 열의 교반 날개가 상기 회전축에 대한 나선의 진행 방향을 따라 경사를 두고 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 용액 분사 노즐은 상기 분사관의 하단에 한 쌍의 대응하는 쌍분출공이 형성된 분사돌부, 상기 분사돌부의 내측에 상기 쌍분출공에 연통하도록 설치되는 와류발생부, 상기 와류발생부의 하단에 설치되고 가운데에 중심분출공이 형성된 직분사부를 포함하고, 상기 와류발생부는 상기 쌍분출공에서 유입되는 액체를 중심영역의 가장자리로 서로 반대 방향으로 진행하도록 하여 와류를 발생하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합 믹싱형 스크류의 회전축의 중심에는 제2 용액 분사관이 형성되고, 상기 각 교반 날개에는 상기 각 교반 날개의 회전 방향에 대한 배면 측에 제2 용액 분사 노즐이 형성되어 상기 제2 용액 분사관을 통하여 공급된 악취제거용 라미네이팅 용액을 이송되는 하수슬러지의 내측으로 공급하도록 구성할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에 의하면, 하수슬러지와 악취제거용 라미네이팅 용액을 혼합하고, 고온 고안 하에서 성형장치에 의하여 펠릿 형태의 성형물을 생성하고, 냉각장치에 의하여 냉각함으로써 하수슬러지가 악취제거용 라미네이팅 용액 처리에 의하여 완전히 코팅 됨으로써 하수슬러지에 포함된 악취가 근본적으로 제거될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치의 전체 구성도;
도 2는 도 1의 혼합장치의 구체적인 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도;
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 악취저감용 하수슬러지 연료탄 제조장치에 의하여 연료탄이 제조되는 과정을 도시하는 단계별 구성도;
도 4는 도 1의 혼합장치의 다른 하나의 실시 예에 따른 용액 분사 노즐의 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도; 및
도 5는 도 1의 혼합장치의 다른 하나의 실시 예에 따른 혼합 믹싱형 스크류의 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치의 전체 구성도이고, 도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 악취저감용 하수슬러지 연료탄 제조장치에 의하여 연료탄이 제조되는 과정을 도시하는 단계별 구성도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치는 반입된 하수슬러지를 저장하기 위한 하나 이상의 저장호퍼(100)를 포함하고, 저장호퍼(100)의 전단에는 반입된 슬러지를 건조하기 위한 다수의 건조사이로가 배치될 수 있다.
저장호퍼는 보통 예비호버와 공급호퍼를 포함하고, 반입된 슬러지를 예비호퍼에 먼저 채우고, 공급호퍼에는 예비호퍼에서 슬러지가 전달되도록 하여 공급호퍼가 비워지지 않도록 구성한다.
또한, 저장호퍼(100)의 다음에는 혼합장치(200)가 구비되고, 통상적으로 단계의 중간 지점에 설치되는 밀폐형 스크류 컨베이어(150)를 통하여 혼합장치(200)로 슬러지가 공급되도록 한다.
또한, 본 발명은 혼합장치(200), 성형장치(300), 및 냉각장치(400)를 포함하는데, 이들 장치는 DCL(Deodorization and Compress of Laminating) 공법이 적용되는 구성요소로서, DCL 공법에 의하면 슬러지 연료표면을 높은 열과 압력을 이용하여 악취제거용 라미네이팅 용액(DCL 용액)이라는 특수물질로 씌움으로써, 하수슬러지 연료탄의 악취 저감 및 하역시 문제가 되는 먼지의 날림 현상을 줄일 수 있으며 연료의 압축도를 높여 부스러기 발생을 저감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 혼합장치(200)는 이송된 하수슬러지에 악취제거용 라미네이팅 용액을 교반하여 혼합물을 생성하기 위한 구성요소로서, 악취제거용 라미네이팅 용액 투입장치(210)와 혼합 이송장치(220)를 포함하여 용액 투입장치에서 복수의 재료를 혼합한 후에 혼합된 용액을 혼합 이송장치(220)의 내부에서 이송되고 있는 슬러지의 상면에 투입할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 성형장치(300)는 상기 혼합장치에 의하여 혼합물을 받아들여 고온 고압에 의하여 하수슬러지 입자의 표면의 악취제거용 라미네이팅 용액에 포함된 원료 입자를 녹여 생성된 용융액이 슬러지 입자 사이에 치밀하게 스며든 상태에서 압출에 의하여 펠릿 형태의 성형물을 생성하게 된다. 한편, 혼합장치(200)의 혼합 이송장치(220)와 밀폐형 스크류 컨베이어(250), 및/또는 버킷 엘리베이터(260) 등에 의하여 원료가 이송될 수 있도록 한다.
성형장치(300)는 압출 성형 방식으로 원통 형상의 펠릿을 제조할 수 있으며, 펠릿에 포함된 슬러지 입자는 DCL 용액으로 코팅되어 슬러지에 포함된 악취 발생물질을 차폐하고 외부에서 수분이 흡수되지 않도록 함으로써 건조 연료로서의 기능을 강화하게 된다.
그리고 상기 냉각장치(400)는 상기 성형장치에 의하여 성형된 성형물을 받아들여 저온에서 냉각시켜 하수슬러지 입자의 표면에 라미네이팅 막을 형성한다.
이와 같이, 본 발명에서는 슬러지 원료의 냄새를 중화시키거나 여과시키는 시도를 하지 않고 높은 열과 압력을 이용하여 DCL용액이라는 특수물질을 이용하여 막을 형성함으로써 냄새를 원천적으로 차단하는 기술로서 탈취는 물론이고 먼지 발생을 최소화하여 보다 쾌적한 환경과 제품의 부스러짐 방지 효과를 동시에 달성할 수 있는 일석 3조의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 0.1 내지 0.2중량%가 혼합되고, 상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 공업용수(Industrial city water) 80 내지 85중량%와, 사탕수수 당밀(cane molasses), 피톤치드(phytoncide extract), 감초(liquorice extract), 계피(cinnamon extract) 각 0.02 내지 0.08중량%를 포함하여 구성되어, 최소한의 DCL 용액으로 최대량의 슬러지에 대한 악취제거 효과를 달성할 수 있게 된다.
도 2는 도 1의 혼합장치의 구체적인 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합장치(200)는 혼합 이송장치(220)와 용액 혼합 탱크(208)에서 일정한 비율로 제조된 DCL 용액을 혼합 이송장치(220)로 투입하기 위한 용액 투입 장치(210)로 구성된다.
용액 혼합 탱크(208)는 전술한 악취제거용 라미네이팅 용액의 각 성분을 정해진 중량비로 공급받아 혼합한 후에 분사관(212)을 통하여 혼합 이송장치(220)로 투입한다.
상기 혼합 이송장치(220)는 반입된 하수슬러지를 교반이송하기 위한 혼합 믹싱형 스크류(230)를 포함하고 하단이 혼합 믹싱형 스크류(230)의 회전 궤적에 따라 곡면 형상으로 이루어진다.
상기 용액 투입장치(210)는 상기 혼합 이송장치(220) 내부의 상부 공간에 길이 방향으로 설치되고 간격을 두고 형성된 다수의 용액 분사 노즐(214)을 구비하는 분사관(212)을 통하여 용액 혼합 탱크(208)에서 제조된 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입할 수 있도록 구성되는데, 상기 혼합 이송장치로 교반되면서 이송되는 하수슬러지의 상단으로 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입하여 슬러지와 혼합될 수 있도록 한다.
도시된 바와 같이, 용액 투입장치(210)는 혼합 이송장치(220)의 상면에 관통 연결되고 내부에 분사관(212)이 설치되어 분사관(212)의 용액 분사 노즐(214)을 통하여 악취제거용 라미네이팅 용액이 분사되면 혼합 믹싱형 스크류(230)에 의하여 교반되면서 이송되는 슬러지를 위에서 고르게 뿌려진다.
도 2(b)에서, 용액 분사 노즐(214)의 하나의 형태로서 나선관이 형성되고 나선관에 간격을 두고 하방으로 다수의 분사공이 형성되어 용액이 고르게 분사될 수 있도록 구성된다.
또한, 도 2(c)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 혼합 이송장치(220)는 슬러지의 진행 방향으로 미세한 경사를 이루도록 하여 슬러지가 충분히 교반되지 않고 이송되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
도 5는 도 1의 혼합장치의 다른 하나의 실시 예에 따른 혼합 믹싱형 스크류(230)의 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합 믹싱형 스크류(230)는 회전축(231)의 표면에 길이 방향을 따르는 제1 열의 교반 날개(232a), 제2 열의 교반 날개(232b), 및 제3 열의 교반 날개(232c)가 상기 회전축에 대한 나선의 진행 방향을 따라 경사를 두고 일정한 간격으로 배치되어, 회전축이 회전하는 동안에 각 교반 날개의 전면부에 의하여 효과적으로 슬러지를 밀어 분리시키고 분기된 슬러지들이 각 날개들 사이로 빠져나가도록 한다. 구체적으로 이러한 배치는 각 열의 날개와 날개 사이에 다른 열의 날개가 배치되도록 함으로써 날개와 날개 사이로 빠져나온 슬러지가 다시 다른 열의 날개와 부딪쳐 교반되어 분리되고 다시 이후의 열의 날개에 부딪쳐 교반되는 순환 교반 구조를 갖는다.
도 4는 도 1의 혼합장치의 다른 하나의 실시 예에 따른 용액 분사 노즐의 내외부 구성을 도시하는 내외부 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 용액 분사 노즐은 상기 분사관의 하단에 한 쌍의 대응하는 쌍분출공이 형성된 분사돌부, 상기 분사돌부의 내측에 상기 쌍분출공에 연통하도록 설치되는 와류발생부, 상기 와류발생부의 하단에 설치되고 가운데에 중심분출공이 형성된 직분사부를 포함하고, 상기 와류발생부는 상기 쌍분출공에서 유입되는 액체를 중심영역의 가장자리로 서로 반대 방향으로 진행하도록 하여 와류를 발생하도록 구성될 수 있다. 용액이 와류 형태로 회전되면서 미세하게 분사되면 슬러지 표면에 고르게 투하되어 슬러지의 라미네이팅 품질이 개선될 수 있게 된다.
다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치에서 상기 혼합 믹식형 스크류(230)의 회전축(231)의 중심에는 제2 용액 분사관(217)이 연결 형성되고, 상기 각 교반 날개(232)에는 상기 각 교반 날개의 회전 방향에 대한 배면 측에 제2 용액 분사 노즐(218)이 형성되어 상기 제2 용액 분사관(217)을 통하여 공급된 악취제거용 라미네이팅 용액을 이송되는 하수슬러지의 내측으로 공급하도록 구성할 수 있다.
따라서 용액 투입장치(210)를 통하여 슬러지의 상부로 투입되는 용액과 스크류의 회전축을 통하여 슬러지의 중심부에서 공급되는 용액에 의하여 슬러지는 용액과 충분하고 완전하게 혼합되어 이후의 성형장치에 의한 성형시 슬러지 표면에는 완전하게 라미네이팅 면이 형성될 수 있게 된다.
또한, 통상적으로, 냉각장치(400)의 후단에는 선별장치가 부가되어, 제조된 펠릿에 혼합되어 있는 미분을 따로 저장하여 재활용할 수 있도록 하고, 펠릿 사이로에 저장된 완성된 제품은 발전소 등에 하수슬러지 연료탄으로서 출하되고 최종 악취수준은 0~1로서 상대적 무취이거나 미세하게 나는 정도에 불과하다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (6)

  1. 이송된 하수슬러지에 악취제거용 라미네이팅 용액을 교반하여 혼합물을 생성하기 위한 혼합장치;
    상기 혼합장치에 의하여 혼합된 혼합물을 받아들여 고온 고압에 의하여 하수슬러지 입자의 표면의 악취제거용 라미네이팅 용액 입자를 녹여 펠릿 형태의 성형물을 생성하기 위한 성형장치; 및
    상기 성형장치에 의하여 성형된 성형물을 받아들여 저온에서 냉각시켜 하수슬러지 입자의 표면에 라미네이팅 막을 형성하기 위한 냉각장치;
    를 포함하고,
    상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 0.1 내지 0.2중량%가 혼합되고, 상기 악취제거용 라미네이팅 용액은 공업용수 80 내지 85중량%와, 사탕수수 당밀, 피톤치드, 감초, 계피 각 0.02 내지 0.08중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 라미네이팅에 의한 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합장치는
    반입된 하수슬러지를 교반이송하기 위한 혼합 믹싱형 스크류를 포함하는 혼합 이송장치; 및
    상기 혼합 이송장치 내부의 상부 공간에 길이 방향으로 설치되고 간격을 두고 형성된 다수의 용액 분사 노즐을 구비하는 분사관을 통하여 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입함으로써, 상기 혼합 이송장치로 이송되는 하수슬러지의 상면에 악취제거용 라미네이팅 용액을 투입하기 위한 용액 투입장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이팅에 의한 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혼합 믹싱형 스크류는 회전축의 표면에 길이 방향을 따르는 제1 열의 교반 날개, 제2 열의 교반 날개, 및 제3 열의 교반 날개가 상기 회전축에 대한 나선의 진행 방향을 따라 경사를 두고 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 라미네이팅에 의한 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 용액 분사 노즐은 상기 분사관의 하단에 한 쌍의 대응하는 쌍분출공이 형성된 분사돌부, 상기 분사돌부의 내측에 상기 쌍분출공에 연통하도록 설치되는 와류발생부, 상기 와류발생부의 하단에 설치되고 가운데에 중심분출공이 형성된 직분사부를 포함하고, 상기 와류발생부는 상기 쌍분출공에서 유입되는 액체를 중심영역의 가장자리로 서로 반대 방향으로 진행하도록 하여 와류를 발생하는 것을 특징으로 하는 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 혼합 믹싱형 스크류의 회전축의 중심에는 제2 용액 분사관이 형성되고, 상기 각 교반 날개에는 상기 각 교반 날개의 회전 방향에 대한 배면 측에 제2 용액 분사 노즐이 형성되어 상기 제2 용액 분사관을 통하여 공급된 악취제거용 라미네이팅 용액을 이송되는 하수슬러지의 내측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 악취저감된 하수슬러지 연료탄 제조장치.
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