KR20070076557A - 하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용한고체연료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수 슬러지를 이용하여 고체연료(RDF; Refuse Derived Fuel)를 제조하고자 하는 것으로, 보다 상세하게는 하, 폐수 처리장에서 발생되는 하수 슬러지를 음식물쓰레기와 가연성 생활 및 산업폐기물을 함께 재활용하여 고체연료로 제조하고자 하는 것인 바,

하수 슬러지를 함수율 10~20% 이하로 건조시킨 다음 분쇄하는 과정과, 음식물쓰레기 70%(중량비)를 황토 10%; 갈탄 10%: 코우크스 10%의 첨가제와 혼합하는 과정과, 가연성 폐기물을 입도 30~50mm의 크기로 분쇄시키는 과정과, 건조시킨 하수 슬러지, 첨가제를 혼합한 음식물쓰레기, 분쇄시킨 가연성 폐기물을 하수 슬러지 30%(중량비): 음식물쓰레기 30%(중량비): 가연성 폐기물 40%(중량비)의 비율로 혼합하는 과정과, 혼합된 혼합물을 열풍 건조기에서 수분함유율이 10%이하가 되도록 건조시키는 과정과, 혼합과 건조가 이루어진 혼합물에 조연재를 첨가하여 일정 크기로 압출, 성형하는 과정으로 이루어진 것에 요지가 있다.

고형연료, 고체연료, 폐기물 재활용, 하수 슬러지, 하수처리, 폐기물 처리, 폐수 처리, 음식물 쓰레기, 음식물 쓰레기 처리, 가연성 폐기물, 가연성 폐기물 처리, 생활 쓰레기, 산업물 쓰레기

Description

하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용한 고체연료의 제조방법{A Solid fuel manufacturing method use of the sewage sludge and food wastes and inflammable wastes}

도 1은 본 발명의 전체 공정도

본 발명은 하수 슬러지를 이용하여 고체연료(RDF; Refuse Derived Fuel)를 제조하고자 하는 것으로, 보다 상세하게는 하, 폐수 처리장에서 발생되는 하수 슬러지를 음식물쓰레기와 가연성 생활 및 산업폐기물을 함께 재활용하여 고체연료로 제조하고자 하는 것이다.

고열량의 유기성 물질로 이루어져 연료로서 이용가치가 높은 음식물쓰레기 및, 폐합성수지류 산업폐기물을 재생시켜 고체연료로 제조, 사용하기 위한 연구가 공개특허공보 10-1998-67738, 10-1999-71053, 10-2000-012514, 10-2001-0111687, 10-2000-015759, 10-2003-023115, 10-2003-032488, 10-2003-066113, 10-2005-41616, 10-2005-091164, 특허공보 1989-002831, 10-2000-041940, 10-2003-25985, 10-2001-067490, 10-2002-059074, 10-2002-075763 등에 알려져 있다.

그러나 음식물쓰레기와 폐합성수지를 개별로 이용하여 고체 연료로 제조하는 경우에는 이들 음식물쓰레기와 폐합성수지의 처리비용이 고가로 소요될 수밖에 없고, 이들을 혼합한 보다 효용성 높은 고체연료를 제조하기 위한 연구, 개발도 지속적으로 이루어지고 있다.

한편, 하,폐수장, 정수장 등에서 발생되고 있는 하수 슬러지는 직접 해양투기하거나 매립할 수 없도록 규제되어 있으며, 함수량이 높고 부패하기 쉬워 땅속에 매립시킬 경우 침출수에 의한 토질오염, 지하수오염 등의 심각한 환경오염을 유발하며, 이러한 유기성 폐기물을 소각처리할 경우에는 다이옥신 등과 같은 대기오염물질이 발생될 우려가 높고 함수량이 높은 슬러지를 소각폐기하기 위해서는 많은 에너지가 소비된다.

이러한 하수 슬러지는 하수종말처리장의 탈수과정 등을 통해 약 75%의 수분이 제거된 슬러지 함수율(25%)를 탈수기에서 탈수처리하고 건조기에서 건조시켜 소각처리하게 되는 데, 하수 슬러지의 함수율로 인하여 슬러지 소각 및 건조상태가 불량할 뿐만 아니라 하수종말처리장에서 포함된 다량의 고분자 응집제 등으로 인해 슬러지를 크게 감량시킬 수 없어 하수 슬러지의 소각처리에 과다한 설비비와 운영비가 소요되며, 이러한 하수 슬러지로 인하여 발생되는 각종 문제점을 해소하기 위하여 하수 슬러지를 탄화시켜 탄화물로서 재활용하고 소각처리하기 위한 다양한 방법과 장치들이 개발되고 있다.

특허공개번호 10-2001-0044173, 10-2005-96673, 특허공고 10-0557676 등에 유기성 폐기물 탄화방법에 대해 알려져 있으며, 이러한 폐기물 탄화방법은 유기성 폐기물의 건조과정에서 유기성 폐기물의 내부까지 충분히 건조시키지 못하여 탄화과정에서 일부 유기성 폐기물이 연소되어 악취를 발생시키거나 재활용도가 높은 양질의 탄화물의 수율이 낮을 뿐 아니라 탄화과정을 거쳐 탄화된 탄화물이 탄화로내의 온도와 동일한 고온상태 그대로 배출되므로 탄화물에 대한 포장작업을 바로 진행할 수 없고, 하수 슬러지 소각장치는 슬러지 소각처리시 다이옥신이나 슬러지의 분진이 여과없이 배출되어 심각한 2차 환경오염을 일으킬 수 있는 우려가 높은 것이었다.

또, 오폐수 슬러지를 탈수후 분쇄를 실시하는 탈수기 및 분쇄장치를 구성하여 분쇄장치에서 분쇄된 음식물슬러지와 오 폐수슬러지를 이송시키면서 건조로에서 건조시킨 후 건조된 오폐수 슬러지와 무연탄, 목편 또는 톱밥을 혼합 분쇄시켜 성형틀이 구비된 프레스로 가압하여 소정의 형상을 갖도록 고형연료로 제조하는 방법 등이 알려져 있으나, 기존의 오폐수 슬러지를 이용한 고형연료는 발열량이 적어 효율성이 낮고 비경제적인 등의 문제점이 있었다.

이에 따라 하수 슬러지를 탈수, 건조, 소각 과정 등을 거쳐 잔재전량을 소각 및 재활용 처리할 수 있도록 하고, 효율적인 처리과정을 통해 하수 슬러지의 연속처리 및 소형화, 경량화하고 잔재 처리에 대한 추가 비용이 발생되지 않게 함으로써 하수 슬러지 처리비용감소를 기대할 수 있게 하고자 한 하수 슬러지의 처리 방법 등이 알려져 있고, 발열량이 높은 하수 슬러지를 이용한 재생에너지 개발과 연구도 활발히 이루어지고 있다.

(특허 10-0700110, 특허 10-0469171, 공개특허 10-2004-055744, 공개특허 10-2003-0003159, 공개특허 10-2002-0080541 등)

하수 슬러지는 80% 정도의 수분을 함유하고 있으나 수분을 뺀 나머지의 50% 이상이 유기물로 이루어져 있어 재활용 가능성이 높고 건조시 발열량이 대략 3,000kcal/kg 이상으로 에너지원으로써 활용가치가 매우 높는 것으로,

본 발명은 발열량이 높아 에너지원으로 활용가치가 높은 하수 슬러지를 재활용하여 재생에너지로 개발함으로써 하수 슬러지의 처리에 따른 환경오염의 최소화는 물론 높은 경제적 가치를 창출하는 등의 이익을 도모하고자 하는 것이며,

하수 슬러지를 음식물쓰레기, 가연성 생활 및 산업폐기물와 혼합하여 고체연료로 제조함으로써 이들 하수슬러지 및 음식물쓰레기,생활 및 산업폐기물의 처리비용절감과 폐자원의 재활용 및 재생에너지화 개발 등에 기여코자 하는 것이다.

본 발명은 하,폐수 처리자 등에서 발생된 하수 슬러지를 음식물쓰레기 및 가연성 생활 및 산업폐기물과 혼합하여 고체연료를 제조함에 특징이 있는 것으로,

이하에 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

실시예

1. 하수 슬러지

수거된 하수 슬러지는 하수 처리장의 탈수기로부터 고체연료 제조과정의 원심력 탈수방식의 탈수기에 투입하여 슬러지의 함수율이 60~65% 되도록 탈수시킨 다음 탈수기에서 탈수 완료된 하수 슬러지를 건조기에 투입하여 유기성 슬러지가 탄화되지 않도록 하면서 함수율 10~20% 이하로 충분히 건조시킨다.

하수 슬러지에는 수분 함유특성이 다양한 물질이 혼재되어 있으므로 건조과정에서 균일한 저함수율로 건조가 이루어지도록 한다.

상기 건조과정에서 하수 슬러지에 포함되어 있는 금속류 등의 불연성 물질은 관성선별, 기계선별 등의 과정을 통해 선별하여 별도로 분류시키고 가연성 슬러지만을 건조처리한다.

건조기에서 함수율이 10~20%로 건조시킨 가연성 슬러지는 분쇄기에서 분말상태로 분쇄하여 음식물쓰레기 및 가연성 생활 및 산업폐기물과 함께 혼합기에 투입하여 이들과 혼합함으로써 고체연료화 한다.

2. 음식물쓰레기

수거된 음식물쓰레기는 혼입되어 있는 금속류 등은 관성선별, 기계선별 등의 과정을 통해 선별하여 각종 비닐류 등의 음식물 이외의 이물을 분리하고 순수 음식물쓰레기에 톱밥, 황토, 코우크스, 갈탄의 첨가제를 투입하여 혼합하고 건조시킨 다.

상기 첨가제는 음식물쓰레기 70%(중량비): 황토 10%; 갈탄 10%: 코우크스 10%의 비율로 혼합한다.

황토는 마그네슘, 칼슘, 탄산칼륨, 알루미늄 등의 성분을 함유하고 있으며 규토 등이 주로를 이루어 음식물쓰레기와 하수 슬러지, 생활 및 폐합성수지류 산업폐기물과의 친화력을 높여주며, 갈탄은 탄화도가 낮은 석탄으로 4,000~6,000kcal/kg의 발열량을 가지고 있고 코우크스는 고정탄소가 주성분으로 6,000~7,500kcal/kg의 높은 발열량을 가지고 있다.

상기 첨가제를 투입하여 혼합하고 건조시킨 음식물쓰레기는 하수 슬러지와 가연성 생활 및 산업폐기물과 함께 혼합기에서 혼합한다.

3. 가연성 생활 및 산업폐기물

수거된 생활 및 산업 현장에서 발생되는 각종 폐합성수지류 등의 생활 및 산업폐기물(이하, 가연성 폐기물이라 함.)은 혼입되어 있는 각종 철금속, 흙 등의 이물을 관성선별, 기계선별 등의 선별과정을 통해 분리하고 가연성 폐기물만을 분쇄기에 투입하여 입도 30~50mm의 크기로 분쇄시킨 다음 혼합기에서 하수 슬러지, 음식물쓰레기와 혼합한다.

4. 혼합물의 제조

건조시킨 하수 슬러지, 첨가제를 혼합한 음식물쓰레기와 분쇄시킨 폐합성수지 류는 혼합기에서 충분히 교반하고 혼합한다.

이때 하수 슬러지 30%(중량비): 음식물쓰레기 30%(중량비): 가연성 폐기물 40%(중량비)의 비율로 혼합하고,

혼합후에는 다시 열풍 건조기로 이송하여 수분함유율이 10%이하가 되도록 건조시킨다.

상기 하수 슬러지, 음식물쓰레기, 가연성 폐기물의 각 혼합비는 혼입되어 있는 가연성 물질의 성질과 가연도에 따라 그 비율을 다양하게 실시할 수 있는 것이다.

5. 성형

혼합과 건조가 이루어진 혼합물은 110~150℃ 온도의 압출, 성형과정을 통해 일정 크기로 성형하는 데, 압출성형시 혼합물에는 조연재(소석회)를 첨가시켜 제품의 고형화로 성형 안정성에 기여토록 하고 유황화물, 염화수소가스 등과 반응하여 중화함으로써 유해가스 발생으로 인한 다이옥신류의 배기를 억제시키도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 하수 슬러지를 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물과 함께 재활용하여 고체연료로 재생함으로써 하수 슬러지로 인한 오염문제와 처리비용 등의 제반 문제를 해결할 수 있음은 물론 하수 슬러지와 함께 음식물쓰레기, 생활 및 산업폐기물도 함께 처리할 수 있게 되어 이들의 효과적인 처리로 처리비용절감과 함께 환경오염방지 및 자원 재활용 등의 여러 상당한 경제적 이익 을 기대할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용하여 고체연료를 제조함에 있어서,

   하수 슬러지와 음식물쓰레기와 가연성 폐기물을 혼합하여 혼합물의 수분함유율을 저감시킨 다음 압출, 성형하여 제조하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용한 고체연료의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   하수 슬러지를 함수율 10~20% 이하로 건조시킨 다음 분쇄하는 과정과,

   음식물쓰레기70%(중량비)를 황토 10%(중량비); 갈탄 10%(중량비): 코우크스 10%(중량비)의 첨가제와 혼합하는 과정과,

   가연성 폐기물을 입도 30~50mm의 크기로 분쇄시키는 과정과,

   건조시킨 하수 슬러지, 첨가제를 혼합한 음식물쓰레기, 분쇄시킨 가연성 폐기물을 하수 슬러지30%(중량비): 음식물쓰레기30%(중량비): 가연성 폐기물40%(중량비)의 비율로 혼합하는 과정과,

   혼합물을 수분함유율이 10%이하가 되도록 건조시키는 과정과,

   혼합과 건조가 이루어진 혼합물에 조연재를 첨가하여 일정 크기로 압출, 성형하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수 슬러지와 음식물쓰레기 및 가연성 폐기물을 이용한 고체연료의 제조방법.

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