KR20010087835A - 습 슬러지를 이용한 폐기물 유도 연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습슬러지의 점착성을 이용하여 중간 건조 없이 간단한 공정만으로 폐기물 유도 연료를 제조하기 위한 것으로, 폐지류 및 플라스틱류를 파쇄 및 선별하는 제 1단계, 습 슬러지 및 생석회를 혼합하는 제 2단계, 상기 분말상의 폐지 및 플라스틱류와 상기 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 2차 혼합하는 제 3단계, 상기 폐지류, 플라스틱류, 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 성형하는 제 4단계, 상기 혼합물을 건조하는 제 5단계를 구비한 것을 특징으로 하는 폐기물 유도 연료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

습 슬러지를 이용한 폐기물 유도 연료의 제조방법{Manufacturing method of refuse derived fuel using wet sludge}

본 발명은 폐기물 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하수 종말처리장 등에서 발생하는 하수 슬러지와 같이 다량의 수분을 함유하고 있는 습 슬러지를 이용하여 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 폐기물 유도 연료(Refuse Derived Fuel:이하 "RDF"라 함)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

산업화의 가중과 경제의 발달은 인류의 생산과 소비를 증대시키고 동시에 폐기물 발생량을 지속적으로 증가시켜 왔고, 특히 생활 수준이 높아짐에 따라 유기성 폐기물의 양이 증대되고 있다. 이 유기성 폐기물 중 하수 처리장 또는 폐수 처리장에서 발생하는 슬러지는 하루에도 수만톤이 발생되고 있으며, 현재 그 처리는 매립, 해양투기, 소각 등의 방법으로 행해지고 있다. 그러나, 이러한 처리 방법은 극심한 환경 오염을 초래하는 것으로, 전세계적으로 금지되는 추세에 있고, 이에 따라 최근에는 이러한 슬러지를 재활용하려는 연구가 활발히 진행 중에 있다. 슬러지를 재활용하는 방법에는 여러가지가 있는 데, 그 중 많이 연구되고 있는 방법이 슬러지에 포함된 유기물을 에너지로 활용하는 기술이다.

슬러지는 종류에 따라 다소의 차이는 있으나, 건조시 대략 2,000 ~ 5,000 ㎉/㎏ 의 발열량을 보유하며, 특히 공단 폐수 종말 처리장이나 염색공단 폐수 처리장에서 발생하는 슬러지의 건조 발열량은 4,000 ㎉/㎏ 이상으로 무연탄과 동등 이상의 고발열량을 갖는 것으로, 에너지로서의 활용가치가 크다 할 수 있다. 그러나 슬러지는 80% 이상이 수분으로 구성되어 있기 때문에, 이를 효과적으로 처리하지않는 한 연료로서 사용되는 데에는 한계가 있게 된다.

슬러지를 에너지로 활용하는 기술은 선진국을 중심으로 활발히 진행되어 오고 있는 데, 슬러지에 포함되어 있는 유기물로부터 오일을 회수하는 방법, 슬러지를 연소시켜 열에너지를 회수하면서 슬러지를 처리하는 방법, 슬러지를 이용하여 폐기물 유도 연료(RDF)를 제조하는 방법 등 다양하다. 이 중 폐기물 유도 연료는 점차적으로 고갈되어 가는 석탄 등 화석 연료를 대체할 수 있는 차세대 연료로서 각광받고 있는 것으로, 폐기물을 폐기물 유도 연료로 만들었을 경우 폐기물을 그대로 소각시켰을 때의 열효율이 50~60%인 것에 비해, 열효율이 65~80%로 높아진다. 또한 폐기물 유도 연료는 그 연소시, 대기오염물질의 배출 농도가 폐기물 자체를 소각했을 때보다 낮고, 특히 다이옥신의 배출농도는 현저히 낮아 환경친화적인 연료로서 손색이 없다. 또한 이러한 폐기물 유도 연료는 고형 연료로서 제작할 수 있어 취급이 용이하고, 가격이 저렴하다는 장점을 갖는다.

이러한 고형의 폐기물 유도 연료를 제조하는 방법은 폐기물 가운데서 가연성분의 폐기물을 선별한 후, 이 혼합물에 건조된 슬러지를 혼합시킨다. 그 후, 이 혼합물을 가압하여 가압시 발생되는 열을 이용하여 펠렛 형상으로 성형시켜 다시 건조함으로서 고형의 폐기물 유도 연료를 제조한다. 또한 이러한 폐기물 혼합물에 석탄분말과 화학첨가제를 혼합하여 성형, 건조시키는 방법도 사용되고 있다.

그러나, 이렇게 폐기물 유도 연료를 제조하는 가운데 슬러지를 사용하는 것은 상술한 바와 같이 다량의 수분을 함유하고 있는 슬러지를 건조시키는 것이 선행되어야 한다. 이를 위해 기존의 폐기물 유도 연료의 제조방법에 있어서는 슬러지를첨가할 때, 슬러지의 연료로서의 효과를 높이기 위하여 이를 먼저 건조시킨 후 타 폐기물과 혼합하는 방식을 취하고 있는 바, 이러한 방식의 경우 공정이 복잡하고, 중간 단계에서 습 슬러지를 건조시키기 위한 공정이 추가됨으로써 건조로가 중간 공정에 투입되는 등 시설의 복잡 다단화가 초래되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 습슬러지의 점착성을 이용하여 중간 단계의 슬러지 건조 공정 없이 간단한 공정만으로 폐기물 유도 연료를 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 습 슬러지를 이용하여 폐기물 유도 연료를 제조함에 있어, 혼합물을 압착함이 없이 정량 공급 후 건조하는 것 만으로 고형연료를 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조된 폐기물 유도 연료의 입자를 소립으로 함으로써, 취급 상 용이하고, 열효율이 뛰어난 폐기물 유도 연료를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 습 슬러지를 이용한 폐기물 유도 연료를 제조하기 위한 설비의 구성을 나타내는 구성도.

도 2는 본 발명에 따라 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 및 폐지류를 선별하는 공정을 나타내는 블럭 공정도.

도 3은 본 발명에 따라 습 슬러지를 혼합하여, 최종 고형의 폐기물 유도 연료를 제조하는 공정을 나타내는 블럭 공정도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11: 호퍼 12: 1차 파쇄기

13: 이송 컨베어 14: 자력 선별기

15: 풍력 선별기 16: 2차 파쇄기

17: 집진기 18: 공기 운송기

21: 정량 공급기 22: 1차 혼합기

23: 2차 혼합기 24: 성형기

25: 건조기 26: 열풍기

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐지류 및 플라스틱류를 파쇄 및 선별하는 제 1단계, 습 슬러지 및 생석회를 혼합하는 제 2단계, 상기 분말상의 폐지 및 플라스틱류와 상기 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 2차 혼합하는 제 3단계, 상기 폐지류, 플라스틱류, 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 성형하는 제 4단계, 상기 혼합물을 건조하는 제 5단계를 구비한 것을 특징으로 하는 폐기물 유도연료의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 특징은 상기 제 1단계에서 생성되는 폐지류 및 플라스틱류의 혼합물이 분말상이 되도록 할 수 있으며, 상기 제 2단계 및 제 3단계는 동시에 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 상기 제 4단계는 상기 폐지류, 플라스틱류, 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 압착하는 단계를 포함하지 않고, 상기 혼합물을 계량(計量)하여 계량된 양만큼 분배시켜, 상기 습 슬러지의 점착성만으로 성형이 이루어지도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 습 슬러지를 이용한 폐기물 유도 연료를 제조하기 위한 설비의 구성을 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따라 주열원으로 사용되는 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 및 폐지류를 선별하는 공정을 나타내는 블럭 공정도이다.

본 발명에 따른 폐기물 유도 연료의 제조방법에 있어서는 폐기물 가운데 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 및 기타 플라스틱류 등 폴리머 계통의 폐기물 및 폐지류를 주열원으로 사용하며, 습 슬러지는 혼합물의 결합력을 증진시켜주는 역할을 한다. 따라서 본 발명에 따른 폐기물 유도 연료의 제조방법에 있어서는 이들 주열원을 선별하는 공정과 습 슬러지를 혼합하여 최종적으로 고형 연료를 성형하는 공정으로 구분된다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참고로 본 발명에 따라 주열원인 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 및 폐지류를 선별하는 공정에 대해 설명한다.

분리수거에 의해 수거된 폐기물 중에 폐지류와 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌 등 플라스틱류를 구분하여 폐지 호퍼(11a), 플라스틱 호퍼(11b)에 각각 저장한 다음, 이를 벨트컨베어(13)와 같은 이송수단을 이용하여 1차 파쇄기(12)에 장입한다. 1차 파쇄기(12)에서 파쇄된 주연료는 자력 선별기(14)를 통과하면서 내부에 함유되어 있는 비가연성 이물질(철금속, 비철금속, 초자류 등)을 자동으로 제거한다. 이렇게 비가연성 이물질을 1차적으로 선별하여 제거함으로써 최종 생산되는 폐기물 유도 연료의 연소효율이 상승시키고, 동시에 후속 장치에 있어 이물질이 개재해 들어가 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 생산되는 폐기물 유도 연료의 연소시 재의 발생량을 저감시킬 수 있게 된다.

이렇게 자력선별을 통해 이물질을 제거한 후에는 풍력선별기(15)를 통해 주연료를 입도별로 분류한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면 주연료는 하기 슬러지 및 생석회와의 혼합성을 위해 미립의 분말상으로 형성시키는 것이 바람직하다. 곧 풍력선별기(15)를 통해 미립의 주연료는 바로 집진기(17)로 보내어 포집하고, 조대립의 주연료는 후속공정으로 재파쇄하도록 한다. 풍력 선별은 일반적으로 공기를 이용하여 행할 수 있으나, 폐지류의 건조를 위해 열풍에 의하여 행할 수도 있다.

풍력선별기(15)를 통해 1차 풍력선별이 완료된 후에 조대립자는 이송수단(13)에 의해 2차 파쇄기(16)로 이송되어 재차로 파쇄된다. 2차 파쇄에 따라 미립자는 집진기(17)로 보내어져 포집되고, 조립의 주연료는 공기 운송기(18)를 거쳐 호퍼(11c)에 저장된 후, 다시 2차 파쇄기(16)로 이송되어 파쇄공정을 거치게 된다. 이렇게 하여 주연료를 분말상의 미립자 혼합물로 만든다. 이 분발상의 주연료는 주연료 호퍼(11d)에 저장된 후, 후속 공정인 성형공정으로 이송된다.

도 3은 본 발명에 따라 습 슬러지를 혼합하여, 최종 고형의 폐기물 유도 연료를 제조하는 공정을 나타내는 블럭 공정도를 나타낸 것으로, 도 1 및 도 3을 참고로 하여 후속 공정인 폐기물 유도 연료의 제조 공정에 대하여 설명한다.

먼저, 생석회와 습슬러지를 각각 정량 공급기(21a,21b)에서 일정 비율로 1차 혼합기(22)로 주입하여 혼합한다. 습 슬러지는 폐기물 유도 연료에 있어 보조 연료로서의 기능을 수행하며, 아울러 수분 함유로 인해 전체 혼합물의 결합을 촉진시키는 역할을 하는 것으로, 주연료에 대해 바람직하게는 4대 1의 비율로 첨가할 수 있다. 또한 생석회는 최종제품인 폐기물 유도 연료의 연소시 배기가스 중 SOx, NOx의 발생을 중화시켜 배기가스를 정화시키는 기능을 수행하는 것으로, 전체 연료에 대한 첨가비율은 소량이며, 바람직하게는 전체 혼합물 중량에 대해 2~5%를 첨가할 수 있다.

한편, 주연료 호퍼(11d)에 저장된 주연료는 주연료 정량 공급기(21c)를 통해 2차 혼합기(23)로 주입되며, 이와 함께 1차 혼합기(22)로부터 슬러지와 생석회의 혼합물이 2차 혼합기(23)로 주입되어, 주연료와 슬러지 및 생석회를 일정비율로 혼합하게 된다. 이러한 2차에 걸친 혼합은 고른 혼합을 위한 것으로, 1차 혼합과 2차 혼합을 동시에 행하는 것도 가능하다. 곧, 각 정량 공급기(21a,21b,21c)에 공급된생석회, 슬러지 및 주연료 분말을 일정 비율로 혼합기에 공급하여 혼합시킬 수 있는 것이다. 다만, 이러할 경우에 혼합기 내에서 혼합되는 시간을 보다 길게 가져가야 할 필요는 있을 것이다.

이렇게 혼합되어진 혼합물은 혼합물 정량 공급기(21d)에 주입되고, 이를 통해 복수의 성형기(24a,24b,24c,...)에 공급된다. 성형기(24a,24b,24c,...)에 공급된 혼합물은 일정 모양으로 성형되어 후속 공정인 건조단계로 가게 된다. 이 때, 본 발명에 있어서의 주연료 분말, 슬러지 및 생석회 혼합물의 성형은 성형기에서의 가압에 따른 압착 성형을 할 필요가 없으며, 상기와 같은 혼합물을 단지 일정한 형상으로 빚어 주는 것만으로 충분하다. 이는 첨가되는 슬러지가 성형의 전단계에서 건조 단계를 거치지 않기 때문이다. 상기한 바와 같이 슬러지는 그 자체가 수분을 80% 이상 함유하고 있기 때문에 여기에 분말상의 주연료 및 분말상의 생석회를 혼합하여도 슬러지가 보유한 수분에 의해 충분한 점착성을 유지하게 된다. 곧, 혼합한 후에도 이 혼합물의 수분 함량은 30 내지 35%를 유지하게 되어 일정형상으로 만들기에는 충분하게 되는 것이다. 따라서 2차 혼합이 끝난 후에 이 혼합물을 혼합물 정량 공급기(21d)에서 일정량을 계량(計量)하여 성형기(24a,24b,24c,...)에 공급하고, 이 성형기(24a,24b,24c,...)에서 혼합물을 구상으로 빚어, 도 1의 이송수단(13e)에 공급하는 것만으로도 성형공정으로서의 기능은 충분하다. 따라서 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 의하면, 상기 성형기(24a,24b,24c,...)없이 정량공급기에서 일정량을 계량(計量)하여 이송수단(13e)에 공급하는 것만으로도 성형을 달성할 수 있게 된다. 다만, 최종 생산품인 폐기물 유도 연료의 형상을 위해구상으로 성형하는 것이 바람직하기 때문에 성형기(24a,24b,24c,...)를 거쳐 성형하도록 한다. 이 때, 그 직경은 10㎜ 이하가 되도록 함이 바람직하다. 이렇게 소립의 고상 연료로 제조하면, 그 취급 및 수송이 용이할 뿐 아니라, 후속 건조 과정에서 수분함량을 충분히 낮출 수 있어 장기 보존이 가능하게 된다. 또한 소립의 연료는 팰릿 타입의 고상 연료에 비해 열용량이 크고, 대기오염을 유발하는 2차 공해물질의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이송수단(13e)을 통해 구상의 혼합물은 건조기(25)로 공급된다. 본 발명에 따른 폐기물 유도 연료의 제조방법에 있어서, 이러한 건조기는 열풍에 의한 다단계 건조장치로 함이 바람직하나, 다른 어떠한 건조기로도 건조할 수 있음은 물론이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 건조기(25)에서는 열풍기(26)를 통해 열풍을 공급받아 상기 혼합물을 건조시키며, 사용된 열풍을 회수하여 다시 건조기로 공급하여 에너지 절감을 이룰 수 있도록 한다. 이 때, 열풍 건조의 온도는 대략 100~150℃로 함이 바람직하나, 그 이상의 온도에서도 건조가 가능하다. 건조기(25)를 통과한 후의 최종 제품인 폐기물 유도 연료는 수분 함량이 10% 미만이 되어 장기 보존에도 유용하게 된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 하수종말처리장 등에서 발생되는 슬러지를 효과적으로 처리할 수 있게 된다.

또한 습 슬러지를 중간 건조 단계를 거치지 않고 그대로 이용함으로써 폐기물 유도 연료를 제조함에 따른 복잡한 공정을 줄일 수 있으며, 에너지 절감 효과를높일 수 있다.

그리고, 본 발명에 의하면 소립의 고상 연료를 제조함에 따라 보존 및 취급이 용이하며, 열효율이 높은 폐기물 유도 연료를 제공할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 하기 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 폐지류 및 플라스틱류를 파쇄 및 선별하는 제 1단계;

   습 슬러지 및 생석회를 혼합하는 제 2단계;

   상기 분말상의 폐지 및 플라스틱류와 상기 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 2차 혼합하는 제 3단계;

   상기 폐지류, 플라스틱류, 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 성형하는 제 4단계;

   상기 구상 혼합물을 건조하는 제 5단계를 구비한 것을 특징으로 하는 폐기물 유도 연료(RDF)의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1단계에서 생성되는 폐지류 및 플라스틱류의 혼합물은 분말상인 것을 특징으로 하는 폐기물 유도 연료의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계 및 제 3단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐기물 유도 연료의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 4단계는 상기 폐지류, 플라스틱류, 습 슬러지 및 생석회의 혼합물을 압착하는 단계를 포함하지 않고, 상기 혼합물을 계량(計量)하여 계량된 양만큼 분배시켜, 상기 습 슬러지의 점착성만으로 성형이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 폐기물 유도 연료의 제조방법.