KR20070053178A

KR20070053178A - 하수 슬러지 건조 장치

Info

Publication number: KR20070053178A
Application number: KR1020070033392A
Authority: KR
Inventors: 박경식
Original assignee: 박경식
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2007-05-23

Abstract

본 발명은 활성슬러지법 하수처리장에서 배출되는 슬러지 건조 방법 및 장치에 관한 것으로, 하수처리 과정에서 증식된 미생물 덩어리인 슬러지는 미생물의 세포액으로 구성되어 함수율이 80％ 정도로 높으며 건조가 잘 되지 않고 악취가 심하며 매립도 어려워 대부분 해양투기로 처리하는데 이 슬러지를 경제적이고 환경 친화적으로 건조 소각하는 방법 및 장치를 개발하는 것이다.

본 발명에서는 열전달 촉매재와 혼합된 슬러지 혼합물을 열판위에 노즐로 가늘게 실처럼 분사하여 슬러지를 신속하고 균일하게 건조시키며, 건조과정을 고온과 저온의 2단계로 구성하여 고온고압 수증기를 발생시키는 고온 건조과정과, 고온과정에서 생성한 고온고압 수증기를 이용하여 진공상태에서 저온 수증기를 발생시켜 슬러지를 건조하는 저온 건조과정으로 분리하여, 고온과정의 건조 에너지를 저온과정에서 재사용하여 슬러지가 보유한 열량만으로 슬러지를 건조시키고, 사용된 촉매재는 진공에서 기화 및 응축시키는 액체의 열전달 방식으로 회수하면서 슬러지를 가열하고 혼합하여 경제성을 향상시킨 하수 슬러지 건조 방법 및 장치이다.

본 발명을 통하여 하수 슬러지를 해양투기하지 않고 경제적이고 깨끗하게 처리함으로서 슬러지 처리 비용을 절감하고 해양오염을 방지하며 환경을 보호하게 된다.

하수슬러지, 고온건조, 저온건조, 연료유, 기화, 응축

Description

하수 슬러지 건조 장치{The sludge drying machine}

도 1은 하수 슬러지 건조 장치 계통도

도 2는 원통형 열교환기 및 소각로 구성도

도 3은 원통형 열교환기 설명도

도 4는 기화기 및 슬러지 가열장치 구성도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 슬러지 가열 열교환기 20 : 저온건조 열교환기

30 : 고온건조 열교환기 40 : 기화 열교환기

50 : 사이클론식 소각기 60 : 복수기

본 발명의 목적은 국내에서 발생하는 하수 슬러지를 경제적이고 환경친화적으로 처리하는 방법 및 장치를 개발하는 것으로, 좁은 국토에 많은 인구를 가진 우리나라의 여건에 적합한 하수처리 기술인 활성슬러지법에서 필연적으로 발생하는 하수 슬러지를 제대로 처리하지 못하고 있는데, 이 슬러지가 보유한 열량만으로 슬러지를 건조하여 슬러지 처리의 경제성을 높이면서 악취와 분진이 전혀 발생하지 않도록 환경 친화적으로 처리하는 새로운 하수 슬러지 건조 방법 및 장치를 개발하는 것이다. 활성슬러지법으로 하수를 처리하는 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지는 그 발생량이 하루 7,000톤 규모로 엄청나게 많을 뿐 아니라 함수비가 높고 악취가 심하여 그대로 방치하거나 매립할 경우 2차 환경오염을 유발하는 폐기물이기 때문에 이 슬러지를 깨끗하게 처리하기 위하여 많은 노력을 하였으나 현재까지 경제적이고 환경친화적인 처리 방법을 찾아내지 못하여 바다에 버리는 해양투기로 처리하고 있으나 해양오염 문제로 해양 투기가 규제되고 있어 이를 대체할 기술 개발이 시급한 실정이다. 하수처리장에서 발생하는 하수 슬러지는 하수의 오염물질을 제거하는 과정에서 증식된 미생물이 침전 농축 탈수 후 폐기물로 배출되는 미생물 덩어리로, 기계적으로 아무리 탈수하여도 미생물의 세포막 속에 세포액이 남아 대부분 80％ 이상의 높은 함수비를 가지며, 세포막 사이에 형성되는 공간에서 열전달을 차단하기 때문에 일반적인 방법으로는 잘 건조되지 않아 건조비용이 많이 들고, 이 하수 슬러지를 매립할 경우 세포막이 부패하면서 세포액이 침출수로 유출되어 악취가 발생하고 2차 오염을 발생시키기 때문에 하수 슬러지를 건조처리하지 않고 직접 매립하지 못하도록 법으로 금지하여, 현재는 경제적으로 저렴한 해양투기로 대부분의 하수 슬러지를 처리하고 있으나 해양 오염 방지를 위한 런던협약에 따라 해양투기가 규제되어 슬러지의 육상 처리가 불가피한 실정이다. 또한 이 하수 슬러지는 매립할 경우 장기적으로 유기물 슬러지가 분해되면서 매탄가스를 방출하는데, 이 매탄가스는 지구 온난화 방지를 위한 교토 협약의 규제대상 배출가스로 2013년 이후에는 우리나라도 배출가스 규제 강제 이행국이 될 것으로 예상되어 이 메탄가 스 처리에 추가비용이 소요될 것이므로 이 하수 슬러지를 건조 소각하는 기술 개발이 필요하다.

이 슬러지의 건조 소각 기술을 검토해보면, 이 하수 슬러지는 유기물 슬러지로 건조후 3000kcal/kg 이상의 열량을 보유한 재생에너지 자원이지만, 현재 기술로는 건조효율이 낮아 이 재생에너지를 활용하지 못하고 슬러지 1톤 건조에 석유 250 리터의 추가 에너지(슬러지 보유 에너지의 4배)가 소요되어 과다한 에너지 비용으로 경제성이 없어 건조 처리가 잘 이루어지지 못하고 있다. 또한 슬러지 건조과정에서 악취가 심하게 발생하여 처리장 주변에서는 극심한 민원이 발생하여 시설가동이 중단되는 등 문제점이 많아 아직까지 이 슬러지를 해양투기로 처리하고 있다.

이러한 기존 기술의 문제점을 해결하기 위하여 출원번호 10-206-011948 "유기물 슬러지 처리장치"를 출원하여 기존의 슬러지 건조 장치에 비하여 획기적으로 열효율을 향상시킨 경제적인 슬러지 건조기술을 개발하여 슬러지를 건조하면서 증기도 생산하는 기술을 확보하였으나, 이 기술로 생산하는 증기를 사용할 시설이 주변에 없는 경우 증기를 그냥 버려야 하기 때문에 슬러지 건조에 에너지 비용을 회수하지 못하여 해양투기보다 처리비용이 비싸게 되며, 현재 대부분의 하수처리장은 외진 곳에 설치되어 인근에는 증기를 사용할 시설이 없어 슬러지 건조 과정에서 증기를 생산하는 것보다 건조 에너지를 절감하는 기술 개발이 필요한 실정이다.

하수 슬러지는 함수율이 80％ 수준으로 1톤의 슬러지는 800kg의 물과 200kg 의 유기물로 구성되어 있는데 이 슬러지를 완전 건조하는데 필요한 열에너지를 계산하면 슬러지 온도가 20℃인 경우 100℃까지 가열하는데 물의 비열을 1 유기물의 비열을 0.5로 가정하면 74,000kcal의 에너지가 소요되고, 물을 증발시키는데 432,000 kcal 가 필요하여 모두 506,000 kcal 의 열량이 필요한 반면, 유기물에 함유된 열량은 1kg 당 3000 kcal을 기준으로 하면 600,000 kcal 가 함유되어 이론상으로는 슬러지가 보유한 열량으로 슬러지의 건조가 가능하지만, 미생물 세포로 구성된 하수 슬러지의 특성상 건조 저항이 심하여 열전달 능력이 낮은 공기를 가열하여 건조하는 현재의 건조기술로는 건조 열효율이 18.5％ 에 불과한 실정이며, 기 출원된 기술인 열전달오일을 이용하는 기술을 적용하여 건조효율을 50％ 수준까지 획기적으로 향상시켜도 슬러지건조에 소요 열에너지가 1,012,000 kcal 로 슬러지의 함유 에너지보다 412,000 kcal의 추가에너지가 필요하여 약 40 리터의 연료를 외부에서 공급해야 하는데, 이때 생산되는 800kg 의 증기를 판매하지 못하면 비싼 연료비를 회수하지 못하여 해양투기보다 경제성이 떨어지게 된다. 따라서 슬러지 처리시설이 혐오시설로 인식되어 별도 시설로 운영되어야 하는 특성상 증기 판매가 용이하지 않기 때문에, 슬러지 건조 과정에서 증기를 생산하는 것보다 건조 에너지를 절감하여 해양투기보다 경제성을 확보할 수 있는 새로운 건조 처리방법과 장치의 개발이 필요한 실정이다.

또한 기 출원된 기술에서는 슬러지 건조과정에서 사용되는 열전달 촉매재의 회수방법, 슬러지의 미생물 세포막을 파괴하며 세포액을 폭발적으로 건조시킬 수 있는 열전달 효율이 높고 열손실이 적은 슬러지 혼합물 투입장치 및 열교환기의 구조, 건조에너지를 생산하는 슬러지 소각장치 등의 구성이 미흡하여 이를 개선한 새로운 방법과 장치가 필요하다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 다음과 같은 기술적 과제를 제시하였다

하수 슬러지 건조에 있어서 가장 중요한 기술적 과제는 외부의 열에너지 공급 없이 슬러지가 보유하고 있는 열량만으로 슬러지를 완전히 건조 및 소각할 수 있도록 열전달 능력을 높이고, 슬러지 건조 과정에서 방출되는 에너지를 회수하여 재사용할수 있는 방법과 장치를 개발하는 것이다.

슬러지 건조장치의 열전달 능력과 에너지 효율이 온도와 압력에 비례하여 향상되므로 고온 고압에서 효과적으로 작동하는 열교환기 및 투입장치를 개발하여 슬러지를 구성하는 미생물 세포에 강력한 건조에너지를 순간적으로 전달함으로서 세포액이 높은 온도에서 높은 증기압으로 폭발적으로 기화하면서 세포막을 파괴하고 신속하게 건조할 수 있어야 한다.

또한 열전달 효율 향상에 사용되는 열전달 촉매재인 연료유를 건조 후 혼합물에서 완전 회수할 수 있도록 하여 값비싼 연료유가 손실되지 않도록 하면서, 촉매재 회수과정에서 사용되는 열에너지를 슬러지 건조과정에서 재사용할 수 있는 방법과 장치를 개발하여야 한다.

또한 슬러지 건조과정에서 주민의 민원이 야기되지 않도록 주변 환경을 오염시키는 악취나 분진의 발생이 근본적으로 차단되고, 슬러지의 건조 및 소각 과정에서 사용되거나 생성되는 물질은 하수처리장에서 손쉽게 처리될 수 있는 환경 친화적인 방법과 장치를 개발하여야 한다.

뿐만 아니라 슬러지의 건조처리를 연속적으로 자동화하여 높은 효율로 시설 규모를 축소하여 시설비용과 유지관리 비용을 절감함으로서 해양투기와 비교하여 경제적으로도 더 저렴하게 슬러지를 처리할 수 있도록 하여, 하수 슬러지를 해양투기하지 않고 하수처리장에서 직접 슬러지를 깨끗하게 처리함으로서 슬러지 운반과정에서 발생하는 각종 오염물질까지 방지할 수 있는 환경 친화적인 슬러지 건조 소각 방법과 장치를 개발하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적과 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 구체적인 구성을 설명한다.

본 발명에서 하수 슬러지가 보유한 열량만으로 슬러지를 완전히 건조 소각할 수 있도록 건조 과정을 고온건조과정과 저온건조과정으로 분리하고, 고온 건조과정에서 고온고압의 수증기를 발생시키고 이 고온고압의 수증기를 저온건조과정의 건조에너지로 이용하면서 저온과정에서 발생하는 저온저압의 수증기를 복수기로 액화시켜 진공을 유지하는 2단계 건조 방식을 고안하여 에너지를 회수 재사용하는 방법을 개발하였다.

이러한 2단계 건조 방식을 실현시키기 위하여 강력한 건조에너지를 슬러지의 미생물 세포액까지 순간적으로 전달하여 세포액을 폭발적으로 기화시킬 수 있도록 고온고압에 강한 원형 열교환기를 개발하고 회전원판을 도입하여 슬러지의 건조가 연속적으로 진행하도록 고안하였으며, 연료유를 열전달 촉매재로 사용하며 회수에 사용되는 에너지를 회수하여 슬러지를 가열함으로서 열효율을 높였다. 또한 건조과 정을 크게 슬러지 확보단계, 슬러지의 가열 혼합단계, 건조 열교환기의 구조 및 고온 저온 건조 단계, 연료유를 슬러지 건조물과 분리하는 기화단계, 건조된 슬러지의 소각단계로 구분하여 단계별로 적절한 방법과 장치를 개발하였다.

슬러지 확보 단계에서는 하수처리장에서 생성되는 슬러지를 침전하는 침전조와 탈수하는 필터프레스 사이 과정에서 0.5mm 이상의 이물질을 제거한 미생물 슬러지를 확보하도록 스크린을 설치하여 건조 과정에서 열교환기 속에 슬러지 혼합물을 노즐로 실처럼 가늘게 분사할 때 노즐이 막히지 않도록 하고, 이렇게 노즐로 슬러지 혼합물을 가늘게 실처럼 열판에 분사하는 방법은 슬러지의 열전달 거리를 최소화하여 열판에서 미생물의 세포액으로의 기화에너지 전달이 급속하고 균일하게 이루어져 폭발적인 기화로 미생물 세포막을 파괴하는 슬러지 건조장치의 강력한 열전달 체계를 구축하는 핵심 요소가 된다.

가열 혼합단계에서는 슬러지 1톤에 연료유 800kg을 열전달 촉매재로 혼합하여 100℃의 혼합물을 만드는 단계로, 나중에 촉매재를 회수하여 재사용하는 기화단계와 연계하여 양쪽의 2중관 열교환기를 서로 진공상태로 연결하면 기화된 연료유 증기 속의 열에너지가 응축되면서 슬러지를 가열하고 응축된 연료유는 슬러지와 혼합하도록 구성되어, 촉매재인 연료유를 회수하는 과정과 투입 슬러지의 가열, 혼합을 동시 해결하여 에너지 효율이 크게 증가하는 새로운 방법과 장치이다.

건조단계는 고온건조과정과 저온건조과정으로 분리되며 고온과정에서는 열매체보일러에서 가열된 250℃의 열매체유가 열교환기의 열판을 가열하고 이 가열된 열판 위를 회전하는 원판위에 노즐을 통하여 슬러지 혼합물을 가늘게 실처럼 주입 하면 열판의 열에너지가 신속하게 슬러지에 전달되어 슬러지가 폭발적으로 급속히 건조되며 120℃ 2기압의 고온 고압 수증기를 생성시키고 원판이 1회전 하는 동안 슬러지는 완전 건조되며 건조된 혼합물은 배출장치에 의하여 연속적으로 배출된다. 한편 저온건조과정에서는 진공상태를 유지하는 열교환기의 열판위에 놓인 회전 원판위로 100℃로 가열된 슬러지 혼합물이 노즐로 가늘게 주입하면 슬러지의 증기압과 압력차이에 의하여 급속히 수증기가 발생하는데 연결된 복수기에서 찬물로 이 수증기를 모두 응축시키면 물 50℃의 증기압에 상응하는 93mmHg의 진공압이 계속 유지되는데, 고온 열교환기에서 생성된 고온 고압의 수증기가 연결된 저온 열교환기의 열판 속에 공급되어 응축되면서 열에너지를 지속적으로 공급하여 슬러지를 100℃로 유지하게 되어, 세포액의 증기압 760mmHg와 진공압 사이의 667mmHg 의 압력 차이가 슬러지의 미생물 세포막을 파괴하고 세포액을 신속하게 건조시키는데 이러한 과정을 거쳐 이 저온 건조 열교환기에서는 고온과정에서 수증기로 배출되는 열에너지를 재사용하며 슬러지를 건조시키고 발생 수증기는 복수기에서 응축되어 물로 배출되고 건조된 혼합물은 별도의 배출장치를 통하여 배출된다.

기화단계에서는 열매체유로 가열하는 2중관 열교환기로 구성된 기화기에서 건조된 혼합물에서 촉매재인 연료유를 기화 분리하는데, 건조된 200 kg의 건조물과 800 kg의 연료유 혼합물을 내부관에 주입하고 가열하면 진공상태에서 연료유 증기가 200℃에서 기화하고 연결된 혼합용 열교환기에서 깨끗한 연료유로 응축 회수되어 다시 슬러지 혼합에 투입되는데 이때 연료유의 기화열 (60 kcal/kg) 과 비열 (0.5kcal/kg.℃)은 200℃의 연료유 증기 800 kg이 효율 75％의 열교환을 통하여 20 ℃의 슬러지 1톤을 100℃ 수준으로 가열하는데 필요한 열량을 공급하여 손실 없이 촉매재를 순환시키도록 고안된 열전달 촉매재 회수용 열교환기를 구성한다.

소각단계에서는 기화기에서 200℃의 분말상태로 배출되는 슬러지 건조물을 원형으로 이루어진 사이크론 소각기에서 소각하여 위에 설치된 열매체 보일러에서 열매채유를 가열하여 슬러지 건조에 필요한 열에너지를 공급하며 슬러지를 깨끗하게 최종 처리하는 단계로, 이 단계에서 배출가스와 열교환으로 가열된 고온의 공기와 함께 건조물을 분사 소각하여 열효율을 높이며 완전연소가 되도록 고안하여 슬러지의 보유 열량으로 슬러지를 건조하도록 구성된다.

상기와 같은 본 발명의 기술적 내용을 이해할 수 있도록 본 발명의 구체적인 구성을 나타낸 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시 예에 대하여 설명한다.

여기서 도1은 본 발명에 의한 하수 슬러지 건조 장치 계통도이고 도2는 원통형 열교환기 및 소각로 구성도이고 도3은 원통형 열교환기 단면도이고 도4는 기화기 및 슬러지 가열장치 구성도이다. 여기서 부호10은 슬러지를 가열시키며 열전달 촉매재를 응축 회수하는 슬러지 가열 열교환기이고, 20은 저온건조 열교환기이고, 30은 고온건조 열교환기이고, 40은 건조된 혼합물에서 촉매재를 분리하는 기화기이고, 50은 건조된 슬러지를 소각하는 사이클론식 소각기이고, 60은 저온 건조과정에서 발생하는 수증기를 응축하는 복수기이다.

외부에서 공급되는 슬러지(01)는 저장통(02)에 연결된 슬러지 공급장치(03)를 통하여 슬러지가열 열교환기(10)로 들어가서 기화기(40)에서 증발된 연료유 증 기(41)의 열을 공급받아 가열되어 배출관(13)을 통해 혼합기(14)로 들어가며 연료유(04)는 저장탱크(05)에서 연료유 공급장치(06)로 공급한다. 이때 슬러지 가열 열교환기에서 열을 빼앗기고 응축된 연료유는 연료유 배출관(15)을 통해 혼합기(14)로 들어가 가열된 슬러지와 혼합하여 100℃의 슬러지-연료유 혼합물을 만들고 혼합물 공급장치(16)를 통해 고온건조 열교환기(30)와 저온건조 열교환기(20)로 공급된다.

고온건조열교환기(30)에서는 소각로의 보일러(54)에서 공급되는 250℃의 고온 열매체유를 연결된 공급관(51)으로 공급받아 슬러지 혼합물을 급속히 건조시키고 건조된 혼합물은 배출장치(32)를 통하여 기화기(40)로 공급되고 냉각된 열매체유는 회수관(52)을 통해 보일러(54)로 돌아가며, 이 과정에서 발생한 고온고압의 수증기는 연결관(31)을 통해 저온건조 열교환기(20)의 열판에 건조에너지를 공급한다.

저온건조 열교환기(20)에서는 혼합물 공급장치(16)로 공급되는 슬러지 혼합물이 진공에서 저온 수증기를 발생하며 연결된 복수기(60)에서 냉각관(61)에 의하여 응축하여 진공상태가 유지되며, 고온열교환기(30)에서 공급되는 수증기(31)가 열판에서 응축하며 열을 공급하여 혼합물은 계속 건조되고 건조된 혼합물을 배출장치(32)를 통하여 기화기(40)로 공급되며, 저온열교환기(20)의 열판에서 응축된 물은 고온 유수분리기(21)에서 물과 연료유로 분리하여 연료유는 재사용(22)하고 물은 배출(23)하고, 복수기(60)에서 응축된 물은 저온 유수분리기(64)를 통하여 물과 연료유를 분리하여 연료유는 재사용(65)하고 물은 배출(66)하고 복수기는 냉각수 공급관(62)과 배출관(63)이 연결되어 50℃ 이하로 복수기 온도를 유지한다.

기화기(40)는 소각로(50)의 열매체보일러(54)에서 공급되는 250℃의 고온 열매체유공급관(51)에서 열을 공급받아 혼합물 배출장치(32)에서 들어오는 건조된 혼합물을 가열하여 연료유 증기와 슬러지 건조물을 분리하는 장치로 발생하는 연료유 증기(41)는 슬러지 가열 열교환기(10)로 공급하고 분리된 슬러지(42)는 소각로(50)의 버너(53)에 연료로 공급하며 냉각된 열매체유는 회수관(52)을 통해 소각로의 열매체보일러(54)로 돌아간다.

소각로(50)는 기화기에서 공급되는 건조된 슬러지(42)를 버너(53)에서 소각하고 그 열을 이용하여 열매체보일러(54)를 가열하여 열매체유 공급관(51)을 통하여 고온열교환기(30)와 기화기(40)에 공급하고 냉각된 열매체유는 회수관(52)으로 순환시키며, 소각 열효율을 높이도록 연소가스 배출관(56)과 공기 공급관(57)을 열교환기(55)에 연결하여 배출가스의 열에너지를 회수하여 외부 공기를 가열하여 공급하고 소각 잔류물은 스래그(58)로 배출한다.

도 2는 본 발명의 주요 장치인 원통형 열교환기 및 소각로 구성도로 소각로(50), 고온열교환기(30), 저온열교환기(20), 복수기(60)를 작동 온도에 따라 아래에서 위로 순차적으로 배치하여 자연스러운 열전달을 유지하고, 내부가 빈 도넛 모양의 원통으로 구성하여 외면에는 투입 및 배출 장치를 부착하고 내면에는 열전달 매체인 수증기나 열매체유의 연결관을 배치하여 공간 효율을 극대화한 장치로, 소각로에서 건조된 슬러지를 연소하며 발생한 열로 열매체보일러(54)를 가열하면 고온의 열매체유는 고온열교환기의 열판(36)을 가열하여 슬러지를 급속히 건조시키면 서 고온의 수증기를 발생하면 이 수증기는 위에 연결(31)된 저온 열교환기의 열판(28)을 가열시켜 슬러지를 건조시키고 응축 회수되며, 저온열교환기에서 발생하는 수증기는 연결관(25)을 통하여 맨 위의 복수기(60)에서 응축 회수되며 진공상태를 유지한다.

도 3은 이 가운데 핵심장치인 원통형 열교환기 설명도로 하부에는 열에너지를 공급하는 열판(71)이 있고 이 열판 위에 회전 원판(72)이 모타에 의하여 회전하도록 설치되어있고 이 회전원판 위에 가열된 슬러지 혼합물을 1mm 이하의 가는 실처럼 노즐(73)로 분사하면 열판의 열에너지가 신속하게 전달되며 슬러지가 급속히 건조되고, 건조과정에서 생성된 수증기는 원통형 열교환기의 내부 연결관(25,31)을 통하여 저온 열교환기의 열판이나 복수기로 공급되고, 회전원판(72)이 한바퀴 회전하면 건조된 혼합물은 배출장치(74)에 의하여 배출되어 별도로 설치된 이송장치(27,35)에 의하여 연결된 기화기(40)에 공급되는데 진공에서 2기압에 이르는 압력 변화를 견딜 수 있도록 원통형 구조로 되어 있다.

도 4는 슬러지 건조에서 열전달 촉매재로 사용되는 연료유를 회수하고 이를 다시 슬러지와 혼합하는 장치인 기화기와 슬러지 가열기를 설명하는 도면이며, 외부관(11,46)에서 열에너지를 공급하면 내부관(12,47)에서 가열되는 이중관 열교환기를 구성하는데, 기화기(40)는 별도의 열매체보일러(54)에서 가열된 고온의 열매체유(51)를 외부관(46)에 공급받아 열교환을 하고 저온의 열매체유(52)로 돌아가며 이 열에너지는 내부관(47)으로 공급되는 슬러지혼합물(32)을 가열하여 연료유를 기화시켜 증기관(41)으로 공급하고 분리된 슬러지 건조물(42)은 별도의 소각로 버너 에 공급된다. 위에 있는 슬러지 가열열교환기(10)는 기화기에서 생성된 연료유증기가 증기관(41)으로 공급되어 외부관(11)에서 응축되며 내부관(12)을 가열하고 응축된 연료유(15)는 슬러지 혼합기(14)로 들어가고, 내부관(12)으로 공급된 슬러지(03)는 열교환으로 가열되어 가열된 슬러지(13)가 되어 혼합기(14)에서 응축된 연료유(15)와 혼합되어 주입기(16)로 공급된다. 이때 열교환기 내부에 회전체(44)가 모터에 연결된 회전축(43)으로 회전하면서 연결된 봉(45)이 일정한 각도만큼 내부관에 투입되는 물질을 이동시켜 배출시킨다. 이때 연료유 증기관(41)으로 서로 연결된 기화기의 내부관(47)과 슬러지 가열기의 외부관(11)을 진공으로 유지하면, 진공상태에서 온도와 증기압에 의하여 기화와 응축을 하는 액체의 성질을 이용하여 촉매재를 회수하면서 열에너지를 전달하며, 열손실을 최소화하기 위하여 연료유의 기화점보다 낮은 200℃에서 이러한 촉매재 회수와 열전달이 이루어지도록 열매체유의 온도를 조절한다.

이상에서 상술한 바와같이 본 발명에서는 건조과정을 고온과 저온의 2단계로 구분하여 보일러에서 공급하는 열에너지를 반복 사용하여 하수 슬러지 자체 열량으로 충분히 슬러지를 건조하는 장치로, 고온건조 열교환기, 저온건조 열교환기, 복수기, 소각로, 슬러지-촉매재 혼합기 및 기화기로 구성되어 있으며 이렇게 구성된 장치는 또한 간단하게 설치할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 본 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위 내에서 변형은 얼마든지 가능함을 밝혀둔다.

현재 국내 대부분의 하수처리장에서 대량으로 배출되는 하수 슬러지를 자체 열량을 이용하여 건조 소각하는 저렴하고 친환경적인 새로운 기술을 개발하여 폐기물인 하수 슬러지를 해양투기보다 경제적으로 깨끗하게 처리함으로서 국가 예산을 절감하고 해양오염을 방지하며 해양투기국가라는 국제적인 비난에서 환경기술 보유국으로 위상을 높일 수 있다.

우리나라가 경쟁력을 보유한 활성 슬러지법의 보급에 장애가 되는 발생 슬러지를 효과적으로 처리하는 기술을 확보하여 높은 인구밀도와 도시 집중 현상이 심화되는 아시아 하수 처리장 시장에 활성슬러지법을 수출할 수 있는 기술을 확보한다.

본 발명은 하수 슬러지의 보유 열량으로 슬러지를 건조 소각 처리하고, 처리과정에서 분진이나 악취가 전혀 발생하지 않아 깨끗하며, 높은 열효율로 시설규모도 작아 시설비가 저렴하고 설치 공간도 적게 필요하여 슬러지의 발생 장소인 하수처리장에 설치가 용이하여 혐오시설의 부지 확보 어려움이 없으며, 무거운 슬러지를 운반할 필요 없어 환경 보호에 크게 기여할 기술이다.

본 발명으로 하수 슬러지가 보유한 열량만으로 슬러지를 완전 건조할 수 있는 방법을 개발함으로서 기존의 건조기술에 비하여 1톤당 250리터의 석유에 해당하는 에너지를 절감하는 기술로, 국내에서 발생하는 년간 250만톤의 하수 슬러지를 모두 건조처리하면 석유 6억 리터에 해당하는 에너지 절감 효과가 발생하는 엄청난 경제적 효과 외에 지구 온난화 방지에도 기여할 것으로 기대된다.

또한 본 발명에서는 전 공정을 자동화하여 유기물 슬러지의 건조 및 소각과 정을 연속적으로 진행할 수 있는 열교환기를 고안하였고, 열전달 촉매재의 회수 방법도 효과적으로 개발하여 건조장치의 크기와 부품을 기존 시설보다 크게 축소함으로서, 시설비와 운영비가 저렴한 경제성 높은 슬러지 건조 장치를 개발하게 되었다.

Claims

하수 슬러지 건조과정을 고온 고압의 수증기가 발생하는 고온건조과정과 진공상태에서 저온 저압의 수증기가 발생하는 저온건조과정으로 구분하여, 고온 건조과정에서는 보일러의 열에너지로 가열된 고온의 열판에서 슬러지를 건조시켜 고온 고압 수증기를 생성하고, 저온건조과정에서는 고온과정에서 생성된 고온고압의 수증기를 저온 건조과정의 열판 내부에서 응축시켜 저온 건조과정의 건조에너지를 공급하도록 하면서 저온건조의 진공상태에서 발생하는 저온저압의 수증기를 찬물의 복수기로 응축시키면서 진공을 유지하여 저온 건조가 계속 진행되도록 함으로서, 건조과정을 2단계로 구성하고 고온건조에서 배출되는 에너지를 저온건조에서 재활용하여 에너지 효율을 2배로 향상시키는 하수 슬러지의 2단계 건조 방법
하수 슬러지에 포함되는 0.5mm 이상 크기의 이물질을 제거하고 열전달 촉매재와 혼합하여 가열한 후 이 혼합물을 노즐로 열판위에 1mm 정도의 가는 실처럼 균일하게 분사하여, 슬러지의 열전달 거리를 단축하여 열판에서 슬러지의 미생물 세포액까지 기화에너지를 급속하게 전달하고 미생물 세포막을 파괴하는 폭발적인 기화로 수증기를 발생시키며 발생된 수증기는 주입된 혼합물 사이로 배출되어 슬러지가 효율적으로 건조될 수 있도록 고안된, 노즐 분사식 하수 슬러지 건조 방법
하수 슬러지 자체 열량으로 충분히 슬러지를 건조 소각할 수 있도록 2단계 건조방법과 노즐 분사식 슬러지 건조 방법을 활용하며 고온건조 열교환기(30), 저온건조 열교환기(20), 복수기(60), 소각로(50), 슬러지-촉매재 혼합기(10) 및 기화기(40)가 [도 1] 과 같이 유기적으로 구성되고 열전달 촉매재로 연료유를 사용하는 하수 슬러지 건조장치
제3항에 있어서,

[도 3] 과 같이 압력변화에 강한 원통형으로 구성되고, 열판위에 회전 원판이 모터에 의하여 회전하도록 설치되어있고, 슬러지-연료유 혼합물을 가는 실처럼 분사하는 노즐을 장착하고, 회전원판이 한 바퀴 회전하는 동안 슬러지 혼합물이 건조되고, 건조된 혼합물을 배출하는 배출장치를 갖추어 하수슬러지를 연속적으로 건조할 수 있는 슬러지 건조장치의 열교환기
제3항에 있어서,

[도 4] 과 같이 슬러지 가열기(10)의 외부관(11)과 기화기(40)의 내부관(47)이 연료유 증기관(41)으로 서로 진공으로 연결되어, 진공상태에서 온도와 증기압에 의하여 기화와 응축을 하는 액체의 성질을 이용하여 기화기에서 건조된 혼합물의 열전달 촉매재 증기를 전량 회수하고 가열기에서 새로운 슬러지를 가열하며 혼합기(14)에서 가열된 슬러지와 회수된 촉매재를 혼합하는, 하수 슬러지 건조장치의 열전달 촉매재 회수장치
활성슬러지법 하수처리장에서 필연적으로 발생하는 하수 슬러지를 건조 소각으로 깨끗하게 처리하기 위하여 활성슬러지법 하수처리장의 슬러지 침전시설과 탈수시설 사이에 스크린을 설치하여 0.5mm 이상의 이물질이 제거된 미생물 슬러지만 확보하는 하수슬러지 처리 공정