KR102517572B1 - 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템 - Google Patents

압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서, 온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와; 상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와; 물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와; 상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 탈수 목적으로만 활용되고 있는 필터프레스 탈수장치를 탈수+건조 융합 시스템으로 단일 유닛화 함으로서, 기존 탈수와 건조가 분리되어 있는 방식 대비 설치 장소가 적을 뿐만 아니라, 시간적, 공간적 비용을 절감할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공할 수 있다.

Description

압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템 {Pressure variable type Filterpress Sludge Vacuum Heating Dehydrate Drying System}
본 발명은 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템에 관한 것으로, 특히, 예를 들면 5kgf/cm2의 압력으로 1차 가압하여 탈수하고, 예를 들면 15kgf/cm2의 압력으로 2차 압착하여 탈수한 후, 200~300 Torr를 포함하는 설정된 진공압력과 90~120℃의 가열온도로 포집된 케이크를 3차 건조 탈수를 수행할 수 있도록 구조를 변경한 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템에 관한 것이다.
국내에서 주로 제조 내지 오폐수 처리 중에 발생되는 고체와 액체가 혼합된 유동성의 슬러지(sludge)는 석유화학, 제철소, 염·안료 공정 등의 산업현장에서 발생되는 공정(산업)슬러지, 하수종말처리장과 정수장에서 발생되는 수계 슬러지, 그리고 우분뇨, 돈분뇨, 계분과 같은 축산분뇨 슬러지로 대별될 수 있다.
이들 각 슬러지를 세분화하면 약 50종 이상이 되며, 각 슬러지의 탈수 특성은 다양하게 나타난다. 탈수에 영향을 미치는 인자 중 가장 중요한 요소는 슬러지 내에 함유되어 있는 유·무기물의 함량인데, 유기물의 함량이 높은 슬러지일수록 탈수가 어려운 난 탈수성인 경향으로 갖는다. 즉, 제조 공정 중의 슬러지는 유기물의 함량(20 wt%)이 낮으므로 탈수가 용이하지만 수계 슬러지와 축산분뇨 슬러지는 유기물의 함량이 매우 높아(40~60 wt%) 탈수가 매우 어렵다.
현재 국내외에서 개발되어 적용 운전되는 탈수 방법은 대부분 기계식탈수
(Mechanical Filtration)방법으로, 이러한 탈수 장치는 필터프레스, 벨트프레스, 진공 탈수 장치, 그리고 원심분리형 데칸터(Decanter) 등이 있다. 이와 같은 필터프레스, 벨트프레스, 진공 탈수 장치와 같은 기존의 탈수 장치는 기계적인 힘(진공압, 가압력 등)을 슬러지층에 인가하여 고체와 액체를 분리하는 탈수로서, 이 탈수 방법은 슬러지내에 함유되어 있는 유/무기물 중 무기물의 함량이 높은 공정슬러지의 탈수에는 효과적이지만 유기물의 함량이 높은 상·하수 슬러지 처리공정 및 축산분뇨 슬러지의 탈수에는 부적합하다. 그 이유는 슬러지층의 기공형성 메카니즘과 슬러지 내 입자의 표면에 분포하고 있는 자유수와 표면수를 갖는 탈수 메카니즘의 특성 때문이다.
즉, 무기물 성분이 많은 공정 슬러지는 자유수(가압력에 따라 탈수가 용이한 물)가 많고 상대적으로 표면수(가압력에 의해 탈수가 어려운 물)가 적은 특성이 있다. 그리고 자유수의 분포가 크면 기공(Void)의 형성이 용이하므로 모세관(Capillary Tube)의 형성이 잘 이루어져 케이크 층으로부터 물이 용이하게 배출된다. 모래에 물이 잘 빠지는 이유가 바로 이와 같은 원리 때문이다. 하지만 유기성 슬러지인 상·하수 슬러지 처리공정 및 축산분뇨 슬러지는 표면수가 많아 기공의 형성이 어려워 슬러지층에 모세관의 형성이 어려워져 탈수가 어려워진다. 기계식 탈수 장치로 탈수할 경우 공정 슬러지의 경우 형성된 케이크의 함수율이 약 60 wt% 인 반면, 상·하수 슬러지 처리공정 및 축산분뇨 슬러지의 경우 형성된 케이크의 함수율이 80 ~ 90wt%이다. 이와 같이 함수율이 높은 탈수케이크가 생산되면, 해양투기 및 매립에 의한 기존의 처리시 수송경비가 높고, 침출수의 발생으로 인한 경제적, 환경적 손실이 발생한다. 탈수케이크의 효과적인 처리를 위해서는 유기성 비료, 복토재, 그리고 경량 골재 등과 같이 재활용의 방법으로 처리하는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서, 환경성, 경제성, 재활용성 등을 고려하면, 보다 낮은 함수율을 갖는 케이크를 생산하는 것이 바람직하다.
이에, 본 출원인 함수율이 낮은 슬러지 케이크를 생산하기 위하여 기계식 탈수처리와 열 탈수방식을 병행 처리하는 장치를 개발하였다.
기계식 필터프레스 탈수 장치의 맨브레인 플레이트(또는 '압착 여과판'이라고도 함) 사이에 슬러지 공급부를 가지는 열판을 삽입하고 열판에 스팀을 열매체로 하여 열에너지를 가함으로써, 펌프압에 의한 탈수와 스팀에 의한 탈수가 병행되도록 하였다.
이러한 구조에 의하여 복수의 가열 여과판을 건조 면적으로 활용할 수 있어 단위 슬러지당 건조 면적이 넓고, 슬러지가 2차 압착된 조건에서 가열 여과판을 통해 열이 슬러지층으로 직접 침투되어 높은 열 전달 효과를 가짐으로 인해, 기존 단순 건조장치에 비해 건조시간이 단축되고 열 효율이 높다.
또한, 열전도도 및 내열 안전성이 낮은 기존 플라스틱 재질의 여과판이 아닌 열전도도가 높은 재질(스테인레스, 알루미늄 등)의 가열 여과판 적용으로 기존 유사 기술에 비해 열원 사용에 대한 안전성 및 슬러지층으로의 높은 열 침투력을 실현할 수 있다.
이에, 슬러지 탈수 목적으로만 활용되고 있는 필터프레스 탈수장치를 탈수+건조 융합 시스템으로 단일 유닛화 함으로서, 기존 탈수와 건조가 분리되어 있는 방식 대비 설치 장소가 적을 뿐만 아니라, 시간적, 공간적 비용절감 및 공정시간 단축이 가능하고, 탈수, 건조 설비를 각각 설치하는 것에 비해 투자비 및 운영비가 절감할 수 있어 바람직할 것이다.
[참고문헌]
특허공개공보 제10-2004-0030022호 (2004.04.08. 공개)
등록특허공보 제10-0625040호 (2006.09.11. 공고)
등록특허공보 제10-0583347호 (2006.06.18. 공고)
본 발명의 목적은, 탈수 목적으로만 활용되고 있는 필터프레스 탈수장치를 탈수+건조 융합 시스템으로 단일 유닛화 함으로서, 기존 탈수와 건조가 분리되어 있는 방식 대비 설치 장소가 적을 뿐만 아니라, 시간적, 공간적 비용을 절감할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 탈수 후에 건조를 하기 위하여 이송하는 등에 따른 공정 시간을 단축할 수 있고, 탈수, 건조 설비를 각각 설치하는 것에 비해 투자비 및 운영비가 절감될 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 비교적 대형 크기를 갖는 가열 여과판에 가열하는 매체로 온수 또는 스팀을 사용하는 경우 열전달 효율을 향상시킬 수 있고 운전 비용을 포함하는 경제성을 향상시킬 수 있는 튜브형 가열 여과판을 제공할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서 온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와; 상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와; 물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와; 상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템에 의하여 달성된다.
한편 본 발명의 목적은, 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서 온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와; 상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와; 물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와; 상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하되, 상기 필터프레스가 복수로 마련된 경우, 어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판에는 열매로 스팀을 공급하고, 다른 하나의 상기 필터스레스의 상기 가열 여과판에는 어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판에서 회수되는 스팀 응축수로 된 온수가 열매로 공급되는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템에 의하여 달성된다.
또한, 상기 가열 여과판 또는 상기 압착 여과판의 측면에는 상기 가열 여과판의 열매의 열전달이 외부로 방지 가능하게 단열부재가 결합된 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공부의 진공배관은 상기 압착 여과판 또는 상기 가열 여과판의 여과액이 배출되는 여액배출구와 연통된 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공배관은 상기 케이크가 가압 탈수되는 과정에서 유입된 이물질을 제거하기 위하여 상기 진공부가 작동하기 전에 압축공기를 포함하는 유체로 블로잉하는 것이 바람직하다.
또한, 슬러리를 가압하는 과정에서 상기 슬러리 공급라인에 결합된 유량계와 농도계의 감지 결과에 기초하여 슬러리의 공급 시간을 제어하여 상기 여과부의 케이크 충만도를 증대시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가열 여과판은, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실링에지부는, 테두리를 형성하고 중앙에 배치된 상기 여과부를 지지하는 에지프레임과, 상기 에지프레임의 일측에 열원을 상기 여과부로 공급 가능하게 마련된 열원공급부재와, 상기 에지프레임의 타측에 상기 여과부를 통과한 열매를 모아서 상기 실링에지부를 배출되도록 안내 가능하게 마련된 열원리턴부재를 포함하되, 상기 열원공급부재 또는 상기 열원리턴부재에는 상기 다수의 여과부를 통과하는 열매가 상기 각 여과부로 균일하게 분배되고 배압이 형성되지 않도록 마련된 분배판이 포함된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은. 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서, 프레스본체와; 상기 프레스본체에 지지되고, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하는 여과부를 포함하는 가열 여과판과; 상기 여과판에 설정된 온도의 온수 또는 스팀을 포함하는 열매를 공급 가능하게 마련된 열원공급부;를 포함하되, 상기 열원공급부에서 공급되는 열매를 상기 사각파이프를 순환하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템에 의해서도 달성된다.
또한, 상기 실링에지부는, 외관을 형성하는 에지프레임과, 상기 각 사각파이프를 지지 가능하게 상기 에지프레임에 결합된 튜브시트와, 상기 여과부에서 여과된 여과액이 배출되도록 상기 에지프레임의 모서리 영역에 결합된 여액배출부를 포함하되, 상기 튜브시트와 상기 사각파이프 사이로 여과된 여과액이 상기 여액배출부로 안내되도록 상기 에지프레임에 결합된 여액유로형성부재를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은, 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서 온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와; 상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와; 물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와; 상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부로 열풍을 공급하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 열풍블로우부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템에 의해서도 달성된다.
또한, 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하되, 상기 진공부 또는 상기 열풍블로우부를 선택적으로 또는 교대로 작동시켜 상기 케이크를 건조시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 탈수 목적으로만 활용되고 있는 필터프레스 탈수장치를 탈수+건조 융합 시스템으로 단일 유닛화 함으로서, 기존 탈수와 건조가 분리되어 있는 방식 대비 설치 장소가 적을 뿐만 아니라, 시간적, 공간적 비용을 절감할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 탈수 후에 건조를 하기 위하여 이송하는 등에 따른 공정 시간을 단축할 수 있고, 탈수, 건조 설비를 각각 설치하는 것에 비해 투자비 및 운영비가 절감될 수 있다.
또한, 비교적 대형 크기를 갖는 가열 여과판에 가열하는 매체로 온수 또는 스팀을 사용하는 경우 열전달 효율을 향상시킬 수 있고 운전 비용을 포함하는 경제성을 향상시킬 수 있는 튜브형 가열 여과판을 제공할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템의 개념도,
도 2는 탈수 장치의 여과판의 단면도 및 튜브형 가열 여과판의 사시도,
도 3a는 튜브형 가열 여과판의 부분 분해사시도, 요부 확대 사시도 및 측면도,
도 3b는 튜브형 가열 여과판의 정면도 및 확대도를 부분적으로 도시하고 온수의 흐름을 표시한 도면,
도 4는 튜브형 가열 여과판의 정면도 및 확대도를 부분적으로 도시하고 여과액의 흐름을 표시한 도면,
도 5는 여과판에 진공부가 결합된 상태를 도시한 사시도,
도 6은 가열 여과판과 압착 여과판의 단면과 부분 확대도,
도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템(이하에서 '진공 가열 탈수 건조 시스템'이라 함)에 대하여 도 1 내지 도 7e를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템의 개념도이며, 도 2는 탈수 장치의 여과판의 단면도 및 튜브형 가열 여과판의 사시도이고, 도 3a는 튜브형 가열 여과판의 부분 분해사시도, 요부 확대 사시도 및 측면도이며, 도 3b는 튜브형 가열 여과판의 정면도 및 확대도를 부분적으로 도시하고 열매의 흐름을 표시한 도면이고, 도 4는 튜브형 가열 여과판의 정면도 및 확대도를 부분적으로 도시하고 여과액의 흐름을 표시한 도면이며, 도 5는 여과판에 진공부가 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 가열 여과판과 압착 여과판의 단면과 부분 확대도며, 도 7a 내지 도 7e는 본 발명에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템의 작동 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
이하에서 설명의 편의상 도 1 및 도 2를 참조하여 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)의 프레스본체(미도시)에 여과판(2000, 3000)이 프레스본체에 지지된 상태에서 여과판의 '중앙'에 고형분이 포함되어 탈수하고자 하는 슬러리가 유입되는 여액공급부재(2130)가 구비되어 있고, '좌우측'에 핸들(2400)이 부착되어 있으며, 온수가 공급 내지 유입되는 열원공급부재(2330)가 위치한 곳을 '하측', 온수가 사각파이프로 이루어진 여과챔버튜브(2110)를 통과하여 회수되는 열원리턴부재(2350)가 위치한 곳을 '상측'으로 각각 부르기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)는. 각종 구성을 지지하고 건물 등의 바닥에 지지되는 프레스본체(미도시)와, 여과포(미도시)가 결합된 여과판(2000, 3000)을 포함하과, 온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판(2000)과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판(3000)을 교대로 결합한 프레스본체와; 상기 가열 여과판(2000)과 상기 압착 여과판(3000)을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부(2100)에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프(2630)와; 물을 포함하는 압착수단(2750)을 상기 압착 여과판(3000)에 가압하여 상기 슬러리공급펌프(2630)에 의하여 상기 여과부(2100)에 포집된 케이크를 압착하는 압착부(2700)와; 상기 압착부(2700)가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판(2000)의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부(2100)에 진공을 형성하여 상기 여과부(2100)에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부(2900);를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)은, 프레스본체에 지지되어 유압실린더 등의 가압에 의하여 상호 밀착되는 실링에지부(2300)와 탈수하고자 하는 고형분을 포함하는 유체인 슬러리를 수용하여 탈수하도록 중앙 영역에 형성된 여과부(2100)를 갖는 여과판(이하에서 특별한 설명이 없으면 압착 여과판(3000)과 튜브형 가열 여과판(2000, 간략하게 '가열 여과판'이라 함)을 포함하는 개념임)과, 여과판(2000, 3000)에 지지되어 고형분을 포집하고 고형분을 제외한 비교적 깨끗한 여액을 여액배출구(2380)로 통과시키는 여과포를 구비하는 것이 바람직하다.
이하에서 가열 여과판(2000)에 공급되는 열매는 특별한 언급이 없으면 고온의 스팀이거나 온수(약 90~120도 정도)를 포함한다.
진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)는, 슬러리를 저장하는 슬러리탱크(2610)와, 슬러리탱크(2610)에 저장된 슬러리를 여과판(2000, 3000)으로 탈수 가능하게 가압하여 공급하는 슬러리공급펌프(2630)와, 필요에 따라 슬러리공급펌프(2630)의 가압력으로 탈수가 이루어져 형성된 케이크(1400)를 압착 여과판(3000)의 멘브레인(미도시)으로 공기 또는 물을 포함하는 매체를 공급하여 추가적으로 압착하는 압착수단(2750) 및 공기 또는 물을 저장하는 압착매체부재(2730, 물탱크, 공기탱크 등)를 포함하는 압착부(2700)와, 형성된 체이크(1400) 내부나 여액, 슬러리 배관 등에 잔존하는 수분 등을 제거하도록 에어 등을 공급하는 에어블로부(2800)를 더 포함할 수 있다.
프레스본체는 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)의 전술한 구성과 배관 등을 지지할 수 있도록 견고하게 구비되어 건물의 바닥, 철구조물 등에 지지된다.
여과포는 공급되는 슬러리에서 고형분을 포집하여 걸러내어 슬러리공급펌프(2630)의 압력에 의하여 케이크를 생성시키고, 공급되는 슬러리와 케이크에 (튜브형) 가열 여과판(2000)의 열전달, 압착수단(2750)의 압착 등에 의하여 케이크의 수분이 더 제거되는 동안 케이크를 견고하게 지지한다. 여과포는 슬러리가 공급되는 여액공급홀(2133) 및 여과액이 배출되는 여액배출구(2380)에 대응한 형상으로 관통되어 있다.
여과포는 케이크(1400)의 압착 등으로 인해 여과포의 기공을 미세한 고형분이 막아 여과 효율을 감소시키기 때문에 여과포에서 케이크(1400)를 분리한 후 자동으로 여과포를 고압으로 세척하는 여과포 세정부(1300)에 의하여 세척되는 것이 바람직하다. 이러한 여과포 세척은 매 사이클마다 이루어질 수도 있고 수 사이클마다 한번씩 이루어질 수 있으며 이러한 세척 주기는 미도시된 제어부에서 설정될 수 있다.
이하에서 여과판(2000, 3000)의 일실시예로 여과판(2000, 3000)의 크기가 다소 큰 것으로 가로 및 세로가 각각 1500mm 이고 이러한 크기보다 적을 수도 있음은 물론이다.
가열 여과판(2000)은, 공급되는 슬러리 중에서 고형분이 포집되고 고형분을 제외한 액체가 빠져나갈 수 있도록 다수의 이격되어 설정된 피치로 배치된 사각 파이프로 구성된 여과부(2100)와, 여과부(2100)의 테두리로 이웃한 여과판(2000, 3000)과 유압실린더에 의하여 밀착되어 여과부(2100)로 공급되는 슬러리, 여과액 및 케이크가 여과판(2000, 3000)의 외부로 유출되지 않도록 실링하는 실링에지부(2300)로 이루어져 있다.
여과부(2100)는, 내부에 온수가 순환 가능하게 마련된 다수의 사각 파이프인 여과챔버튜브(2110)와, 여과챔버튜브(2110)의 좌우측에 온수가 흐르지 않고 에지프레임(2360)의 공간을 메꾸어 주는 스페이서(2114, 2115)와, 중앙에 관통 형성되어 이웃한 여과판(2000, 3000)의 여과부(2100) 사이에 케이크(1400)가 형성되도록 만들어진 공간으로 슬러리탱크(2610)에서 슬러리공급펌프(2630)에 의하여 가압되어 슬러리가 공급되는 여액공급부재(2130)와, 슬러리공급펌프(2630) 등의 맥동이나 여과부(2100)의 변형 등으로 인해 케이크가 형성되는 공간이 형성되지 않는 것을 예방하도록 여과챔버튜브(2110)의 판면에 돌출되어 결합된 보스부재(2150)를 구비하는 것이 바람직하다.
여과챔버튜브(2110)는 실시예로 여과판의 세로방향인 상하방향으로 설정된 피치로 사각파이프가 배치되어 있고, 사각파이프 내부에는 온수가 순환되며, 사각파이프 사이로 여과포를 통과한 여과액이 흐를 수 있다. 사각파이프는 여과포를 지지하면서 동시에 공급되는 슬러리가 탈수될 수 있는 여과면적을 형성시키고 내부에 흐르는 온수의 열에너지를 슬러지, 케이크로 전달하는 기능도 수행한다. 즉, 여과포를 사이에 두고 슬러리 또는 케이크로 직접적으로 열을 전달할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
가열 여과판(2000)의 중앙에 위치된 여액공급부재(2130)는, 중앙에 공급되는 슬러리가 통과할 수 있도록 관통된 여액공급홀(2133)과 여액공급홀(2133) 외측으로 공간을 형성하여 여액공급부재(2130)를 상하방향으로 통과하는 사각파이프로 온수가 공급되도록 형성된 공간인 열원통과공간(2135)과, 여액공급부재(2130)를 통과하는 사각파이프와 용접 등을 통해 결합되는 센터튜브시트(2137)를 포함하고 있다.
이에, 여액공급부재(2130)는 여과부(2100)의 중앙에 사각파이프에 지지되어 공급되는 슬러리가 통과할 수 있음과 동시에 결합된 사각파이프로 온수가 상하 방향으로 흐르도록 할 수 있다.
실링에지부(2300)는, 여과부(2100)의 테두리로 외관을 형성하는 에지프레임(2360)과, 도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 여과챔버튜브(2110)를 구성하는 각 사각파이프 내부로 순환되는 온수가 다른 곳으로 흐르지 않도록 용접 등을 통해 각 사각파이프를 지지 가능하게 에지프레임(2360)과 결합된 튜브시트(2310)와, 각 사각파이프로 온수를 공급하는 열원공급부재(2330)와, 각 사각파이프를 통과한 온수를 리턴 가능하게 수용하는 열원리턴부재(2350)와, 테두리의 모서리에 구비되어 여과액이 배출되도록 구비된 여액배출구(2380)와, 각 사각파이프 사이로 흐르는 여과액을 여액배출구(2380)로 안내하도록 튜브시트(2310)와 내측으로 이격되어 사각파이프와 에지프레임(2360) 사이에 결합된 여액유로형성부재(2320)를 포함한다.
열원공급부재(2330)는 여과부(2100)의 사각파이프로 온수를 포함하는 열원을 공급하며, 공급되는 온수가 하측의 가로방향으로 형성되어 수용되는 공간인 열원공급쿠션헤더(2331)와, 각 사각파이프와 결합되는 튜브시트(2310)와 열원공급분배판(2333) 사이에 온수가 수용되어 각 사각파이프와 연통된 열원공급튜브헤더(2335)와, 열원공급쿠션헤더(2331)와 열원공급튜브헤더(2335) 사이에 마련되어 미도시된 분배홀이 관통된 열원공급분배판(2333)으로 이루어져 있다. 여기서, 열원공급분배판(2333)은 각 사각파이프로 공급되는 온수가 균일하게 흐를 수 있도록 하고 공급되는 온수나 사각파이프를 통과한 온수에서 배압(back pressure)이 형성되지 않도록 한다. 튜브시트(2310)에는 사각 파이프가 통과하여 돌출될 수 있는 튜브관통홀(2313)이 구비되어 있다. 이에, 돌출된 사각 파이프가 튜브시트(2310)에 기밀을 유지하면서 용접될 수 있다.
열원리턴부재(2350)는 사각파이프를 통과한 온수를 열원공급부(2500)로 회수 또는 리턴하도록 안내하는 기능을 하며, 열원공급부재(2330)의 각 구성에 각각 대응한 구성을 구비하고 있다. 열원리턴부재(2350)는, 각 사각파이프를 통과한 온수가 수용되도록 상측의 튜브시트(2310)의 하류에 각 사각파이프와 연통된 열원리턴튜브헤더(2351)와, 온수를 열원리턴파이프(2553)로 안내하는 열원리턴안내헤더(2355)와, 열원리턴튜브헤더(2351)와 열원리턴안내헤더(2355) 사이에 관통된 분배홀(2353a)을 갖는 열원리턴분배판(2353)으로 이루어져 있다. 물론 분배홀(2353a)은 순환하는 온수에서 배압이 걸리지 않도록 적절한 크기와 갯수로 구비되어 관통 형성되어 있음은 물론이다.
가열 여과판(2000)의 실링에지부(2300)에는 스테인레스 강을 포함하는 강재로 이루어진 가열 여과판(2000)이 PP 등으로 이루어진 압착 여과판(3000)과 압착되어 실링 기능을 향상시킬 수 있도록 내열성 고무를 포함하는 고무로 설정된 두께로 'ㄷ'자 형상으로 라이닝 된 라이닝부재(2370)가 더 포함된 것이 바람직하다.
여액배출구(2380)에는 에지프레임(2360) 사이의 공간으로 흐르는 여과액이 여액배출구(2380)로 흐를 수 있도록 관통 형성된 여액관통공(2383)이 구비되어 되어 있다.
열원공급부(2500)는 정수된 물이나 깨끗한 물을 설정된 온도롤 가열할 수 있는 전기히터, 스팀 등을 포함하는 열원형성부재(2510)와, 가열된 온수를 저장, 수용하는 열원저장부재(2520)와, 열원저장부재(2520)에 수용, 저장된 온수를 가열 여과판(2000)을 거쳐 열원저장부재(2520)로 순환할 수 있도록 가압하는 펌프를 포함하는 열원가압부재(2530)와, 프레스본체의 측면에 결합되어 각 가열 여과판(2000)으로 온수를 공급하는 열원공급헤더(2540)와, 열원공급헤더(2540)와 각 가열 여과판(2000)과 연통되어 온수를 각 가열 여과판(2000)으로 공급하는 유연성을 갖는 플렉시블 튜브 형상의 열원공급파이프(2543)로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 프레스본체에 지지된 여과판(2000, 3000)이 케이크 분리시 프레스본체를 따라 이동하므로 열원공급파이프(2543)와 열원리턴파이프(2553)는 유연성을 갖는 플렉시블 튜브로 구비되는 것이 바람직하다.
아울러 온수를 열원공급부(2500)로 회수 내지 리턴시키도록 각 가열 여과판(2000)에서 열원리턴안내헤더(2355)와 연통되어 가열 여과판(2000) 외측으로 돌출된 열원리턴파이프(2553)와, 각 열원리턴파이프(2553)와 연통되어 긴 막대 형상으로 프레스본체의 측면 배치되어 리턴되는 온수를 열원공급부(2500)로 복귀 내지 리턴되도록 안내하는 열원리턴헤더(2550)를 구비하고 있다.
열원공급부(2500)와 열원공급헤더(2540) 사이에서 온수룰 가열 여과판(2000)으로 공급 가능하게 연통시키는 배관인 열원공급배관(2560)과, 열원리턴헤더(2550)와 열원공급부(2500) 사이에서 온수를 리턴 내지 회수 가능하게 연통시키는 배관인 열원리턴배관(2570)이 구비되어 있다.
이러한 구조의 가열 여과판(2000)에는 종래기술에서 가열 여과판(2000)으로 스팀이 공급되었으나, 본 발명에 가열 여과판(2000)으로 온수를 공급하고 있다.
여기서, 온수를 생성하고 저장하는 열원형성부재(2510) 및 열원저장부재(2520)와 필요에 따라 열원가압부재(2530)를 일체형으로 구비한 전기보일러로 구비될 수도 있다.
진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)는 서술하지 않았지만 전술한 구성들을 자동 또는 수동으로 감지, 연산, 제어, 작동시킬 수 있는 제어부를 포함한다. 이러한 제어부에는 각종 자동밸브, 유량계, 온도센서 등을 포함함은 물론이다.
아울러 , 본 출원인은 종래기술에서 열판에 스팀을 사용하는 경우(이하에서 'EXP-PS-7'이라 표시함)도 출원을 하였고 이러한 종래기술과 본 발명에 따라 가열 여과판(2000)에 온수를 사용하는 경우(이하에서 'EXP-PS-8'이라 표시함)에 대하여 발명하여 양 발명 내지 기술에 대하여 비교를 하기 위해 다음과 같은 테스트틀 하였다.
도 6a는 'EXP-PS-7'의 시간에 따른 배출 여액량과 온도의 변화를 나타낸 그래프이다. 약 35kg의 여액이 배출되었으며 최종 탈수 케이크 함수율은 44.5wt%로 분석되었다. 열판과 슬러지의 온도는 탈수 초기 열을 인가한 후 30분이 지나서 열판의 온도는 85±5℃, 슬러지 온도는 70±℃에 이르러 평형 상태를 유지하였다. 도 6b는 탈수 후 케이크와 여과포의 형상을 나타낸 사진으로 케이크의 박리 현상은 세정공정이 필요 없을 정도로 매우 양호하였을 뿐 아니라 케이크 또한 저 함수율이면서 충진율이 매우 높았다.
도 7a는 'EXP-PS-8'에 대한 실험의 결과를 나타낸 것으로 탈수 여액은 약 28kg 배출되었으며, 탈수 케이크의 함수율은 54.0wt%로 분석되었다. 탈수전의 70±5℃ 였던 가열 여과판(2000)의 온도가 슬러지가 투입되어 탈수가 시작되면서 40℃까지 저하되었으며 20분 이후 70±5℃까지 상승하여 평형 상태를 유지하였다. 슬러지의 온도는 탈수 초기 20℃에서 서서히 증가하여 탈수 말에 25℃까지 증가하였다. 즉 탈수시 슬러지의 온도가 높을수록 탈수율은 향상되지만 에너지 소모량의 증가와 이율배반적인 관계이다.
이 실험을 통해 슬러지의 약간의 온도를 인가하더라도 열 탈수의 효과가 있는 것으로 분석된다. EXP-PS-7의 실험 결과와 비교하면 최종 탈수 케이크의 함수율은 높은 편이지만 슬러지 층에 인가된 온도가 매우 낮은 측면을 고려하면 탈수 효과는 오히려 상승되었다고 판단할 수 있다. 도 7b는 탈수 후 케이크와 여과포의 형상을 나타낸 사진인데, 이 또한 EXP-PS-7의 결과와 같이 슬러지의 박리 현상이 매우 양호한 것으로 조사되었다. 이와 같이 열 탈수에 있어 슬러지의 박리 현상이 양호한 것은 열 탈수 이론 상 슬러지내 여액의 유동성 증가와 케이크의 기공 형성이 용이하였기 때문인 것으로 분석된다.
[표 1] 및 [표 2}는 EXP-PS-7과 EXP-PS-8의 결과를 비교 분석한 것으로 최종 케이크 함수율은 각각 44.5wt%와 54.0wt% 이며, 탈수 속도는 각각 1.554 DS kg/m2ㆍhr와 1.248 DS kg/m2ㆍhr로 분석되었다. 그리고 스팀 응축액은 각각 15.333 kg과 14.470 kg이었다. 이와 같은 비교 실험 결과 스팀을 이용하여 열판을 가열하였을 때는 탈수율은 상승하지만 소비된 스팀이 증가하여 운전비용이 증가하는 경향 있다. 반면 온수를 이용한 탈수에 있어서는 탈수율은 상대적으로 다소 감소한 면이 있지만 슬러지 층에 25 ℃ 정도의 온도를 인가한 상태에서 탈수하였기 때문에 에너지 소모량은 감소하였다. 따라서 스팀을 사용하는 열판 또는 온수를 사용하는 가열 여과판(2000)을 가열하는 방식에 따라 두 시스템 각각에 대한 여러 가지 장단점이 있지만 본 연구 결과에 따르면 무엇보다 안전성과 경제성을 고려한다면 온수를 이용하는 편이 효과적인 것으로 판단된다.
Water Treatment Sludge
Item EXP-PS-7
(Steam)		 EXP-PS-8
(Hot Water)
Specification
Filter Press
Specification		 Filter Press Size L 470 mm × W 470 mm
Filter Area 0.58m2/ch.
Filter Volume 6.30 dm3/ch.
Filter Cloth PP 1800 Denier
Filter Plate Type Mixed Pack
Chamber Thickness 24 mm
Chamber Quantity 2 EA
Heating Plate Material Stainless Steel(SUS 304)
Item Unit Value
Raw Sludge Initial Water Content wt% 94.6 96.4
Organic Content wt% 22.4 33.8
pH - 7.00 6.55
Operating
Condition		 Dewatering Time min 150 100
Feeding Pressure kgf/cm2 5 5
Feeding Time min 120 80
Squeezing Pressure kgf/cm2 15 15
Squeezing Time min 20 15
Air Blowing Pressure kgf/cm2 2 4
Air Blowing Time min 10 5
Vacuum Pressure mmHg 250 -
Vacuumizing Time min 140 -
Steam Pressure kgf/cm2 1.0 1.0
Heating Time by Steam min 150 100
Sludge Temperature ℃ 70±5 20±5
Heating Plate Temperature ℃ 85±5 70±5
Steam Temperature ℃ - 100±5
Heated Water Temperature ℃ - 95±5
Water Treatment Sludge
Item Unit Value
EXP-PS-7
(Steam)		 EXP-PS-8
(Hot Water)
Results Filtration kg 34.555 28.185
Filtration from Squeezing kg 2.540 3.250
Filtration from Air Blowing kg 0.280 0.640
Filtration from Drip kg 0 0
Condensate kg 15.333 14.470
Wet Cake Weight kg 4.060 2.625
Wet Cake Thickness mm 25.0 16.0
Final Water Content wt% 44.5 54.0
Filtration Velocity DS kg/m2ㆍhr 1.554 1.248
Sludge
DS kg/m2ㆍhr		 28.576 35.897
Dry Solid in Circulation wt% 5.439 3.478
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)의 작동 과정을 도 1 내지 도 4을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)의 탈수 과정 내지 탈수 방법은 전기 또는 스팀으로 온수를 열원공급부(2500)에서 생성시키는 (1) 과정과; 프레스본체에 지지되고, 가압에 의하여 이웃한 여과판(2000, 3000)과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부(2300)와, 상기 실링에지부(2300)보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과(슬러지 중의 고형분을 포집)하는 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프로 이루어진 여과챔버튜브(2110)를 포함하는 여과부(2100)를 포함하는 가열 여과판(2000)에 설정된 온도로 상기 열원공급부(2500)에서 온수를 순환시키는 (2) 과정과; 상기 가열 여과판(2000)을 포함하는 여과판으로 탈수하고자 하는 슬러리가 공급되는 (3)과정:을 포함하되, (3) 과정 중에 (2) 과정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 과정에서 온수는 열원형성부재(2510)에서 가열되어 열원저장부재(2520)에 저장, 수용되어 열원가압부재(2530) - 열원공급배관(2560) - 열원공급헤더(2540) - 열원공급파이프(2543)를 통해 가열 여과판(2000)으로 공급된다. 가열 여과판(2000)으로 공급된 온수는 하측의 열원공급쿠션헤더(2331) - 다수의 분배홀을 구비한 열원공급분배판(2333) - 열원공급튜브헤더(2335) - 사각파이프로 형성된 여과챔버튜브(2110) - 열원리턴튜브헤더(2351) - 다수의 분배홀을 구비한 열원리턴분배판(2353) - 열원리턴안내헤더(2355)를 거쳐 가열 여과판(2000)의 측면에 결합된 열원리턴파이프(2553)를 통해 열원리턴헤더(2550)로 흐른다(도 3a 내지 도 3b 참조).
이러한 과정에서 온수의 흐름을 통제하고 분배하는 분배판(2333, 2353)이 분배홀에 의하여 온수는 각 사각파이프로 균일하게 흐르고 배압이 형성되지 않아 각 사각파이프 내부의 온수에서 슬러리 또는 케이크로 전달되는 열에너지가 여과부(2100) 전체의 표면적에 걸쳐 균등하고 균일하도록 유도할 수 있다.
열원리턴헤더(2550)의 회수 내지 리턴된 온수는 열원리턴배관(2570)을 거쳐 열원공급부(2500)로 회수되고 다시 열원형성부재(2510)에 의하여 설정된 온도로 가열된 후 다시 가열 여과판(2000)을 거쳐 순환을 반복한다.
이러한 온수의 순환에 의하여 가열 여과판(2000) 및 슬러리의 온도가 상승하게 되고 이러한 온도의 상승에 의하여 탈수가 어려운 슬러리의 탈수 효율이 높아질 수 있다.
반면에 슬러리탱크(2610)에 저장된 슬러리는 슬러리공급펌프(2630)를 통해 여액공급부재(2130)의 여액공급홀(2133)로 공급되어 여과판(2000, 3000) 사이에 형성된 공간으로 가압되어 압력에 의해 슬러리 중의 고형분은 여과포에 포집되고 고형분이 제거되어 비교적 깨끗하고 맑은 여과액은 도 4에 도시된 바와 같이 사각파이프 사이로 흘러 여액유로형성부재(2320)에 의하여 생성된 공간인 에지프레임, 튜브시트(2310) 사이의 공간을 통해 유도되어 관통 형성된 여액관통공(2383)을 통해 여액배출구(2380)로 흐르게 된다. 여액배출구(2380)로 안내된 여과액은 프레스본체의 외부로 배출된다.
이상의 실시예에서는 열매를 온수로 사용하는 경우를 언급하였지만 열매를 스팀으로 사용할 수 있음은 앞에서 기술한 바와 같다,
이에, 본 발명에 따르면, 비교적 대형 크기를 갖는 가열 여과판에 가열하는 매체로 온수를 사용하는 경우 열전달 효율을 향상시킬 수 있고 운전 비용을 포함하는 경제성을 향상시킬 수 있다.
또한, 비교적 대형 크기를 갖는 가열 여과판에 가열하는 매체로 온수를 사용하는 경우 열전달 효율과 크기에 따른 변형 등을 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 진공부(2900)를 더 포함하여 여과판(2000, 3000) 사이에 형성되어 여과포로 둘러싸인 공간에 형성된 케이크를 설정된 온도로 가열하고 케이크가 설정된 온도 범위에 도달한 경우 압착부(2700)가 케이크를 압착한 상태에서 여과부(2100)의 케이크에 진공을 걸어주어(약 200~300 Torr) 케이크에 함유된 수분을 제거하여 케이크를 건조시킬 수 있다.
이 과정에서 상기 진공부(2900)의 진공배관(2903, 2905 등)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 압착 여과판(3000) 또는 미도시되었지만 상기 가열 여과판(2000)의 여과액이 배출되는 여액배출구(2380)와 연통된 것이 바람직하다.
또한, 상기 진공배관(2903, 2905, 2910, 2930)은 상기 케이크가 가압 탈수되는 과정에서 유입된 이물질을 제거하기 위하여 상기 진공부(2900)가 작동하기 전에 압축공기를 포함하는 유체로 블로잉하여 진공배관에 유입된 이물질을 제거하는 것이 바람직하다.
또한, 진공 건조하는 과정에서 스테인레스 또는 알루미늄 재질로 이루어진 가열 여과판(2000)으로 열매가 유입되기 때문에 유입된 열매의 열이 가열 여과판(2000) 또는 압착 여과판(3000)을 통해 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 설정된 두께(예를 들면 5 내지 10mm 정도)로 가열 여과판(2000) 또는 압착 여과판(3000)의 두께를 형성하는 영역인 측면에 합성수지를 포함하는 단열부재(미도시)가 결합되는 것이 바람직하다.
아울러 슬러리를 가압하는 과정에서 슬러리 공급라인 또는 배관(미도시)에 결합된 유량계(1610)와 농도계(1630)의 감지 결과에 기초하여 슬러리의 공급 시간을 제어하여 상기 여과부(2100)의 케이크 충만도를 증대시켜 압착 여과판(3000)이 고압으로 가압하는 경우 케이크가 충만되지 않아 발생할 수 있는 압착 여과판(3000)의 손상을 방지할 수 있다.
그리고 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)에서 가열 여과판(2000)에 열매로 케이크를 가열하여 승온시킨 상태에서 케이크에 진공을 걸어주는 것으로 설명하였으나, 케이크에 진공을 걸어주지 않고 케이크를 승온시킨 상태에서 고온의 가압된 공기(압축 공기)를 에어블로부(2800)의 흐름과 같이(도 7c 참조) 케이크를 통과하도록 만들어 케이크의 수분을 제거하는 미도시된 열풍블로우부를 추가할 수도 있다. 물론 이 경우에도 압착부(2700)가 케이크를 가압한 상태이고 케이크의 체적이 점점 줄어듬에 따라 압착부(2700)가 건조되어 가는 케이크를 설정된 압력으로 압착함을 물론이다. 이러한 케이크의 체적 변화에 따라 케이크를 동일한 압력으로 압착함으로써 케이크의 건조된 부분으로만 열풍이 통과하려는 현상을 예방하여 케이크 전체적으로 고르게 건조시킬 수 있다.
아울러, 진공부(2900)의 작동과 전술한 열풍블로우부를 상호 교대로 제어부에서 수행하면서 여과부(2100)의 압착된 케이크를 건조시킬 수 있음은 물론이다.
이러한 여과판(2000, 3000)과 여과판(2000, 3000) 사이에 형성된 케이크와의 관계를 도시한 것이 도 6이다.
이러한 구성을 갖는 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)의 작동 과정을 도 6 내지 도 7e를 참고하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 슬러리탱크(2610)에 수용된 슬러리를 슬러리공급펌프(2630)로 가압(통상적으로 예를 들면 5kgf/cm2)하면 여과판 사이의 공간인 여과부(2100)에 슬러리의 고형분이 서서히 포집되어 쌓이게 된다(굵게 표시한 부분이 각 과정을 표시하기 위한 것임, 이하에서 동일함). 이 과정에서 여과판의 중앙에 관통된 여액공급홀(2133)로 슬러리가 유입되어 여과포에 고형분이 포집되고 여과포를 통과하는 여과액(또는 여액)은 여액배출구(2380)를 통해 배출된다. 이 과정에서 슬러리 공급라인 또는 배관(미도시)에 결합된 유량계(1610)와 농도계(1630)의 감지 결과에 기초하여 슬러리의 공급 시간을 제어하여 상기 여과부(2100)의 케이크 충만도를 증대시켜 압착 여과판(3000)이 고압으로 가압하는 경우 케이크가 충만되지 않아 발생할 수 있는 압착 여과판(3000)의 손상을 방지할 수 있다.
다음, 도 7b에 도시된 바와 같이, 1차적으로 슬러리공급펌프(2630)로 가압되어 탈수된 케이크를 2차적으로 압착 여과판(3000)을 사용하여 케이크를 탈수한다. 여기서 압착 여과판(3000)에 공급되는 매체는 물로 압착수단(2750)인 펌프로 물을 고압(예를 들면 15kgf/cm2)으로 가압하여 압착 여과판(3000)의 멘브레인 플레이트(미도시)로 공급하여 멘브레인 플레이트의 팽창에 의하여 여과부(2100)의 케이크를 가압하여 케이크에 함유된 수분은 여액배출구(2380)를 통해 배출시킬 수 있다.
다음, 압착부(2700)가 케이크를 압착한 상태에서 도 7c에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 여액배출구(2380)에서 여과부(2100)에 대각선으로 형성된 다른 하나의 여액배출구(2380)로 압축 공기가 흐를 수 있도록 밸브 등을 제어한 상태에서 압축 공기를 케이크를 관통하도록 불어 넣는 에어블로부(2800)를 형성시킨다. 이러한 과정을 통해 케이크의 고형분 입자 사이에 존재하는 수분이 여액배출구(2380)를 통해 공기와 함께 배출될 수 있다. 물론 이 과정도 압착부(2700)가 작동하여 케이크가 설정된 압력으로 압착된 상태이다.
다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 가열 여과판(2000)에 열매인 스팀 또는 온수를 공급하여 케이크의 온도를 상승시킨다. 물론 이 과정도 압착부(2700)가 작동하여 케이크가 설정된 압력으로 압착된 상태이다. 이러한 과정을 통해 케이크의 온도가 상승하여 케이크에 함유된 수분이 진공 상태에서 증발될 수 있는 온도에 도달하게 된다.
다음, 도 7e에 도시된 바와 같이, 진공부(2900)가 작동하여 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 압착 여과판(3000)의 여액배출구(2380)와 관통된 진공파이프(2905), 진공헤더(2903)와 연통된 진공펌프(2910)가 작동하여 케이크 내부를 진공 상태로 유지하면서 케이크에서 증발하여 빠져 나오는 수분을 배출시킬 수 있다. 진공부(2900)는 배출되는 뜨거운 수분을 냉각하는 열교환기(2930)가 구비될 수 있음을 물론이다. 아울러 이 과정에서도 압착부(2700)가 작동하여 케이크가 설정된 압력으로 압착된 상태이다. 또한, 미도시하였지만 이 과정에서 전술한 바와 같이 고압의 압축 공기가 가열된 상태에서 전술한 도 7c의 에어블로부(2800)와 같이 작동하는 열풍블로부(미도시)가 작동할 수 있음을 물론이다. 그리고 참조번호 '2950'은 열교환기(2930)에서 응축된 수분을 수용하는 응축수탱크를 의미한다.
이러한 열풍블로부는 진공부(2900)와 별도로 또는 혼합되어 선택적으로 제어부에서 작동되도록 제어할 수 있다. 이러한 열풍블로부에서 배출되는 공기는 여과액이 배출되는 배관을 따라 유출되어도 좋으나, 필요에 따라 여과액이 배출되는 배관에서 분기되어 습식 사이클론에서 냉각 및 수분이 포집되고 깨끗한 공기만 외기로 배출되도록 하거나, 열교환기를 통해 응축수는 응축된 후 공기만 외기로 배출되게 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 가열 탈수 건조 시스템(1000)은, 미도시하였지만, 상기 필터프레스가 복수로 마련된 경우, 어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판(2000)에는 열매로 스팀을 공급하고, 다른 하나의 상기 필터스레스의 상기 가열 여과판(2000)에는 어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판(2000)에서 회수되는 스팀 응축수를 이용한 온수가 열매로 공급되는 것이 바람직하다.
이러한 구조에 의하여 스팀의 응축수를 다시 스팀으로 만들지 않고 바로 열매로 활용하여 보다 효과적으로 열매를 활용할 수 있다.
복수의 가열 여과판을 건조 면적으로 활용할 수 있어 단위 슬러지 당 건조 면적이 넓고, 슬러지가 2차 압착된 조건에서 가열 여과판을 통해 열이 슬러지층으로 직접 침투되어 높은 열전달 효과를 가질 수 있어 종래 단순 건조장치에 비해 건조시간이 단축되고 열 효율이 높다는 장점을 본 발명은 가질 수 있다.
열전도도 및 내열 안전성이 낮은 기존 플라스틱 재질의 여과판이 아닌 열전도도가 높은 재질(스테인레스, 알루미늄 등)의 가열 여과판 적용으로 종래 기술에 비해 열원 사용에 대한 안전성 및 슬러지층으로의 높은 열 침투력을 실현할 수 있다. 국내 종래 기술의 경우 플라스틱 재질의 여과판 내부로 열원을 공급함으로서 슬러지층으로의 열 침투력이 낮고 높은 열원 사용에 한계가 있다.
진공 건조를 활용하여 케이크 내부의 수분의 증발 온도를 낮추어 건조에 따른 에너지를 효과적으로 줄일 수 있다. 개발 기술의 연계 운전을 통해 가열 탈수 및 진공가열 건조의 열원을 상호 순환시킴으로서 열 손실 최소화를 통한 높은 열효율 실현을 할 수 있는 것이 본 발명에 따른 기술이다.
본 발명은 단일 유닛화 운전을 통해 탈수 및 건조 단위 공정 간의 거리적, 시간적 제약 해소가 가능한 기술이다.
본 발명에 따르면, 탈수 목적으로만 활용되고 있는 필터프레스 탈수장치를 탈수+건조 융합 시스템으로 단일 유닛화 함으로서, 기존 탈수와 건조가 분리되어 있는 방식 대비 설치 장소가 적을 뿐만 아니라, 시간적, 공간적 비용을 절감할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 탈수 후에 건조를 하기 위하여 이송하는 등에 따른 공정 시간을 단축할 수 있고, 탈수, 건조 설비를 각각 설치하는 것에 비해 투자비 및 운영비가 절감될 수 있다.
또한, 비교적 대형 크기를 갖는 가열 여과판에 가열하는 매체로 온수 또는 스팀을 사용하는 경우 열전달 효율을 향상시킬 수 있고 운전 비용을 포함하는 경제성을 향상시킬 수 있는 튜브형 가열 여과판을 제공할 수 있는 압력변동식 필터프레스 슬러지 진공 가열 탈수 건조 시스템을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예들을 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
1000 : 진공 가열 탈수 건조 시스템
1300 : 여과포 세정부 1400 : 케이크
1610 : 유량계 1630 : 농도계
2000 : 가열 여과판 2100 : 여과부
2110 : 여과챔버튜브 2114, 2115 : 스페이서
2130 : 여액공급부재 2133 : 여액공급홀
2135 : 열원통과공간 2137 : 센터튜브시트
2150 : 보스부재
2300 : 실링에지부
2310 : 튜브시트 2320 : 여액유로형성부재
2330 : 열원공급부재 2331 : 열원공급쿠션헤더
2333 : 열원공급분배판 2335 : 열원공급튜브헤더
2350 : 열원리턴부재 2351 : 열원리턴튜브헤더
2353 : 열원리턴분배판 2353a : 분배홀
2355 : 열원리턴안내헤더
2360 : 에지프레임 2370 : 라이닝부재
2380 : 여액배출구 2383 : 여액관통공
2400 : 핸들 2500 : 열원공급부
2540 : 열원공급헤더 2543 : 열원공급파이프
2550 : 열원리턴헤더 2553 : 열원리턴파이프
2560 : 열원공급배관 2570 : 열원리턴배관
2610 : 슬러리탱크 2630 : 슬러리공급펌프
2700 : 압착부 2730 : 압착매체부재
2750 : 압착수단 2800 : 에어블로부
2900 : 진공부 2903 : 진공헤더
2905 : 진공파이프 2910 : 진공펌프
2930 : 열교환기 2950 : 응축수탱크
3000 : 압착 여과판

Claims (14)

  1. 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서
    온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와;
    상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와;
    물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와;
    상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하되,
    상기 가열 여과판은, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하고,
    상기 실링에지부는,
    테두리를 형성하고 중앙에 배치된 상기 여과부를 지지하는 에지프레임과,
    상기 에지프레임의 일측에 열원을 상기 여과부로 공급 가능하게 마련된 열원공급부재와,
    상기 에지프레임의 타측에 상기 여과부를 통과한 열매를 모아서 상기 실링에지부를 배출되도록 안내 가능하게 마련된 열원리턴부재를 포함하되,
    상기 열원공급부재 또는 상기 열원리턴부재에는 상기 다수의 여과부를 통과하는 열매가 상기 각 여과부로 균일하게 분배되고 배압이 형성되지 않도록 마련된 분배판이 포함된 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  2. 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스의 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서
    온수 또는 스팀을 열매로 활용하는 가열 여과판과 포집된 케이크를 압착 가능하게 마련된 압착 여과판을 교대로 결합한 프레스본체와;
    상기 가열 여과판과 상기 압착 여과판을 사이의 공간을 둘러싸는 여과부에 슬러리의 고형분을 포집 가능하게 슬러리를 가압하는 슬러리공급펌프와;
    물을 포함하는 압착수단을 상기 압착 여과판에 가압하여 상기 슬러리공급펌프에 의하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 압착하는 압착부와;
    상기 압착부가 케이크를 압착한 상태에서 상기 가열 여과판의 온도를 온수 또는 스팀을 포함하는 열매로 설정된 온도로 상기 케이크를 가열하여 설정된 온도에 도달하면 상기 여과부에 진공을 형성하여 상기 여과부에 포집된 케이크를 진공 건조를 가능하게 마련된 진공부;를 포함하되,
    상기 필터프레스가 복수로 마련된 경우,
    어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판에는 열매로 스팀을 공급하고,
    다른 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판에는 어느 하나의 상기 필터프레스의 상기 가열 여과판에서 회수되는 스팀 응축수로 된 온수가 열매로 공급되며,
    상기 가열 여과판은, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하되,
    상기 실링에지부는,
    테두리를 형성하고 중앙에 배치된 상기 여과부를 지지하는 에지프레임과,
    상기 에지프레임의 일측에 열원을 상기 여과부로 공급 가능하게 마련된 열원공급부재와,
    상기 에지프레임의 타측에 상기 여과부를 통과한 열매를 모아서 상기 실링에지부를 배출되도록 안내 가능하게 마련된 열원리턴부재를 포함하되,
    상기 열원공급부재 또는 상기 열원리턴부재에는 상기 다수의 여과부를 통과하는 열매가 상기 각 여과부로 균일하게 분배되고 배압이 형성되지 않도록 마련된 분배판이 포함된 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 여과판 또는 상기 압착 여과판의 측면에는 상기 가열 여과판의 열매의 열전달이 외부로 방지 가능하게 단열부재가 결합된 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 진공부의 진공배관은 상기 압착 여과판 또는 상기 가열 여과판의 여과액이 배출되는 여액배출구와 연통된 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진공배관은 상기 케이크가 가압 탈수되는 과정에서 유입된 이물질을 제거하기 위하여 상기 진공부가 작동하기 전에 압축공기를 포함하는 유체로 블로잉하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    슬러리를 가압하는 과정에서 슬러리 공급라인에 결합된 유량계와 농도계의 감지 결과에 기초하여 슬러리의 공급 시간을 제어하여 상기 여과부의 케이크 충만도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서,
    프레스본체와;
    상기 프레스본체에 지지되고, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하는 여과부를 포함하는 가열 여과판과;
    상기 여과판에 설정된 온도의 온수 또는 스팀을 포함하는 열매를 공급 가능하게 마련된 열원공급부;를 포함하되,
    상기 열원공급부에서 공급되는 열매를 상기 사각파이프를 순환하며,
    상기 실링에지부는,
    테두리를 형성하고 중앙에 배치된 상기 여과부를 지지하는 에지프레임과,
    상기 에지프레임의 일측에 열원을 상기 여과부로 공급 가능하게 마련된 열원공급부재와,
    상기 에지프레임의 타측에 상기 여과부를 통과한 열매를 모아서 상기 실링에지부를 배출되도록 안내 가능하게 마련된 열원리턴부재를 포함하되,
    상기 열원공급부재 또는 상기 열원리턴부재에는 상기 다수의 여과부를 통과하는 열매가 상기 각 여과부로 균일하게 분배되고 배압이 형성되지 않도록 마련된 분배판이 포함된 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 여과포가 결합된 여과판을 포함하는 필터프레스 진공 가열 탈수 건조 시스템에 있어서,
    프레스본체와;
    상기 프레스본체에 지지되고, 가압에 의하여 이웃한 여과판과 접촉되는 테두리 영역인 실링에지부와, 상기 실링에지부보다 함몰 형성되어 공급되는 슬러리를 여과하는 상기 여과포를 지지하는 이격 배치된 다수의 사각파이프를 포함하는 여과부를 포함하는 가열 여과판과;
    상기 여과판에 설정된 온도의 온수 또는 스팀을 포함하는 열매를 공급 가능하게 마련된 열원공급부;를 포함하되,
    상기 열원공급부에서 공급되는 열매를 상기 사각파이프를 순환하며,
    상기 실링에지부는, 외관을 형성하는 에지프레임과, 상기 각 사각파이프를 지지 가능하게 상기 에지프레임에 결합된 튜브시트와, 상기 여과부에서 여과된 여과액이 배출되도록 상기 에지프레임의 모서리 영역에 결합된 여액배출부를 포함하되,
    상기 튜브시트와 상기 사각파이프 사이로 여과된 여과액이 상기 여액배출부로 안내되도록 상기 에지프레임에 결합된 여액유로형성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 탈수 건조 시스템.
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