KR20080108393A - 상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 슬러지 처리 방법보다 에너지를 덜 사용하면서 경량 골재로 만들어 일반 골재사용 및 탄화에 의한 자체정화능력을 가진 골재제조방법이며 더욱 상세하게는 상, 하수 슬러지를 저온에서 가압하여 탈수화를 시켜 탈수 및 건조하는 전처리 비용을 대폭 감소하게 하고 각각의 공정을 거쳐 미세기공을 가진 경량골재 등을 만들어 저비중, 단열효과, 고경도를 가진 뛰어난 품질 뿐 아니라 경제성을 갖추고 있어 토목 및 건축 자재 등의 원료로 널리사용 할 수 있게 하고, 부수적으로 생성되는 배기열을 이용하여 에너지 자원화를 만들어 자체 공정에 에너지를 사용하고 남은 에너지는 국가지원정책에 의해 매전 즉 전기를 판매하는 시스템화 공정방법이다.

따라서 본 발명에 따른 시스템은 종래 처리하기 매우 어려웠던 슬러지를 실용적으로 대량 처리하는 것을 가능하게 하고 또 환경오염의 원인인 슬러지를 활용하여 건축 자재를 제조하기 때문에 환경친화적이고 더욱이 경제성이 높은 유용한 발명이다.

정수슬러지, 하수슬러지, 폐열발전기, 고온소성물, 슬러지소성물,

Description

상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법{THE MANUFACTURING METHOD LIGHT-WEIGHT CARBONIZATION ENERGY RESOURCES CONVERSION USING WATER AND WASTEWATER SLUDGE}

본 발명은 효율성이 향상된 상,하·폐수 슬러지를 경량골재 및 공정 중 부가적으로 발생되는 열, 배기열 등을 에너지 자원화하는 설비공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상, 하·폐수 슬러지를 회수하여 경량 골재를 생산하기 위한 설비 시스템에 있어서 열원을 제공하는 버너에서 발생된 폐열과 탈수공정 및 소성공정에서 발생되는 열 공급원의 배기열을 효율적으로 사용함으로써 연료 소비의 절감과 환경오염을 최소화 할 목적으로, 악취소멸 첨가제가 적정 비율로 혼입된 슬러지를 200℃이하에서 함수율을 떨어트리고 150℃이하에서 함수율5%이하 만들어 소성장치로 이송되어 탄화공정을 거쳐 경량골재를 만들어 내는 방법이다.

공정상 각종 열, 배기가스, 등은 회수되어 전기에너지원으로 만들어 자체 에너지원으로 사용하고 건조성 열배기가스는 다시 고압고온의 탄화공정으로 들어가 해로운 배출가스를 줄이는 친환경 공법이다..

기존의 기술은 수분함량이 많은 슬러지를 400℃에서 열풍건조과정을 거치고 다시 한번 2차 건조과정을 거쳐 수분함량을 줄인다.

이는 유해가스 및 악취가 배출되고 경량골재를 만들 때 꼭 전처리 건조공정이 필수이고 에너지 다소비에 의한 고비용으로 처리방법에 경재성이 감소된다.

또한 고비용의 에너지를 사용하면서 처리과정중에 생산되는 페열, 고열의 배기가스등이 자원화 되어있지 않아 전체적인 생산성이 감소되며, 환경 또한 고려하지 않고있다.

이를 해결하기 위하여 본 발명의 기술이 유용한방법이다.

고 유가시대에 폐기물인 슬러지를 친환경처리 및 자원화 하고 처리과정 중 발생되는 각종 에너지화 할 수 있는 방법을 제시한다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 그 목적은 상,하수 폐기슬러지를 처리할 때 전처리 부분인 함수 율이 높은 슬러지를 건조할 때 기존400℃이상에서 열풍으로 1차, 2차, 3차 등 단계별로 처리하는 과정을 200℃이하에서 압력을 가압하여 건조시키고 150℃이하에서 저온 건조하여 함수율 5%이하로 내리는 저온가압 건조방법을 제시

처음 공정부터 마무리 공정까지 발생되는 열, 온수, 스팀, 배출되는 고온열가스 등을 회수하여 폐열발전기를 이용한 전력생산, 온수를 이용한 난방, 배출고온가스를 이용한 배가스열 발전기 전력생산 및 소성로의 온도유지원으로 재 사용할 수 있는 방법제시

다공질의 일반 경량골재 제조공정을 수정하여 탄화 및 세라믹 성질을 띤 소성물이 생산되게하고 건축자제, 골프장, 축구장, 화분석 등 으로 성형하여 자원화 하는 공정방법이며 공정 중 탄화 및 세라믹성질을 띤 소성물은 각종 부자재로 사용할 때 자체적으로 정화능력을 가지게 하는방법

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 전처리 과정부터 진공가압 즉 진공상태에서 압력을 가하여 함수율이 높은 슬러지를 탈수시키고, 압력이 가해져 함께 섞여있는 유기물질의 세포벽을 파괴하여 무기성슬러지와 응집력높이게 한다.

또한 200℃이하의 온도에서 가압하여 슬러지에 있던 수분은 스팀으로 변하여 배기 열회수 발전기에 연결하여 발전을 유도한다.

기존 기술의 공정에서 나오는 악취는 진공상태에서 처리되기 때문에 공정 중 별도의 악취가 나질 않고 압력을 가하여 슬러지에 함유된 유기물의 세포막 까지 파괴시켜 유기물의 세포가 가지고 있는 함수율을 낮춰 작은 에너지로 높은 탈수율을 보장한다.

이는 기존의 전처리과정을 한번에 줄이는 특징이 있으며, 에너지비용 또한 대폭 감소되는 특징을 가지고 있다.

슬러지의 고온의 소성단계에서 배출되는 공정은 냉각공정이다.

고온의 성형화 된 배출물 즉 제조물은 냉각공정을 통하여 제품화되는데 이때 스털링발전기를 활용하여 열과 냉각장치에 의한 스털링발전기의 무한에너지원을 이용하여 생산공정의 자체 에너지원으로 사용한다..

이와 같은 본 발명의 상, 하수슬러지를 이용한 경량 골재제조 및 에너지 자원 화 방법은 고정적으로 발생되는 상, 하수 처리과정의 폐기물인 슬러지를 이용하여 보다 친환경적으로 처리하고 자원화하여 수질 및 토양오염 등으로 인한 환경오염의 원인을 방지하고 고 유가시대에 있어서, 자재적으로 에너지를 만들어 회수하여 사용하고 남는 에너지는 인근 지역 또는 정부에 판매하여 생산공정의 비용을 감소하는데 있다.

또한 저 산소 진공 고온 공정을 거친 경량공재는 자체정화능력을 가지고 있으며, 폐기물을 친환경소재로 탈바꿈하는 자원재생효과가 크다.

폐기물의 재생자원화 및 공정에서 발생되는 각종 에너지원을 활용한 에너지자원화는 생산비용의 절감 및 수익으로 이루어 지며, 100% 오염폐기물을 0%의 친환경처리와 100%폐기물자원화 및 부수적으로 100%이상의 에너지회수 및 에너지화를 통한 효과가 있다..

이하, 본 발명의 상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법의 실시 예이다.

최초 적재되어있는 상, 하슬러지를 1차저온가압건조장치(10)투입시켜 100℃에서200℃이하의 저온 열 과 100PSI의 압역으로 5분정도 가압하여 건조 및 탈수를 하고, 이송컨베어시스템(L10)을 이용하여 1차건조된 슬러지를 성형압축장치(11)에 투입시켜 원하는 소성물 즉 산업별로 상품화되는 여러형태의 모양으로 압축 성형시켜 이송컨베어시스템(L11)을 이용하여 2차저온건조장치(12)로 투입시킨다.

이때 2차저온건조장치(12)로 투입된 반 건조상태의 성형물은 다시 100℃에서 150℃의 온도로 처리하여성형물의 수분함량을 5%이하로 건조시키고, 고온 소성처리 공정에서 성형물의 깨짐형상을 줄여주는 역활을 한다.

2차건조공정을 거친 성형물은 유기물과 무기물로 이루어져 있으며 유기물이 함유하고 있는 수분을 1차건조공정화 2차건조공정을 거치면서 함수율이 급격히 떨어지면서 함유하고 있는 무기물의 결집적을 좋게 하여 슬러지의 성형을 유지할 수 있 다.

2차저온건조장치(11)에서 이송컨베어시스템(L12)을 이용하여 고온가압소성장치(13)로 투입되어 700℃에서900℃로 고온 및 가압을 하여 성형된 슬러지가 고온과 저압의 압력작용 및 고온가압소성장치(13)내의 산소를 희박하게 하는 약 진공상태로 되어있어 성형된 슬러지 중 유기물을 탄화시켜 소성시킨다.

고온가압소성장치에서 소성 및 탄화된 소성성형물은 냉각장치(14)을 통화하면서 열을 내리고 선별장치(15)에 의해 성성물의 크기별 선별과정과 크기별 선별된 소성성형물은 포장장치(16)로 이송되어 자동 포장된다.

이때 각 장치 및 공정별 과정에서 발생되는 열원을 이용 발전장치를 통한 자가전기로 환원하여 사용할 수 있다.

이 방법은 1차저온가압건조장치(10)에서 슬러지를 건조하기 위하여 열처리 100℃에서200℃를 사용하고 있는데 건조장치에서 사용하고 남은 열을 열원의 제 이용을 위하여 폐열이송장치(30)를 통하여 뜨거운공기를 불어넣어 온도를 유지하하여 버너의 원료를 덜사용 할 수 있으며, 또한 폐열이송장치(30) 중간에 별도의 발전배관을 만들고, 소성물냉각장치(14)에서 별도의 발전용 배관을 만들어 폐열과 냉각공기와의 이격차이 즉 팽창과 응축의 원리를 응용한 스털링엔진을 이용한 스털링발전장치(20)를 가동한다.

이때 페열과 냉각된 공기의 량을 측정하여 스털링발전장치(20)가 처리할 수 있는 량 만큼 병열로 연걸하여 발전할 수 있다.

또한 2차저온건조장치(12)과 소성물냉각장치(14)와 함께 위의 방법대로 스털링발전 장치(21)과 같이 발전할 수 있으며 스털링발전장치(22)도 같은 방밥으로 벌전 할 수 있다.

발전방법의 또 한방법은 고온가압소성장치(13)에서 1,000℃이상의 고온배기공기를 폐열이송장치(32)을 이용하여 고온가압소성장치(13)로의 제 투입을 하여 장치내의 온도를 유지하여 버너의 원료를 덜 사용할 수 있으며, 폐열이성장치(32)중간에 폐열발전기를 병열로 설치하여 발전한다.

이러한 발전장치들은 모든시설을 운영하는데 있어 자가전기로 사용할 수 있으며, 남는 전기는 인근의 시설이나 한국전력에 매 전하여 부가적인 수익을 기대할 수 있다

도1은 본 발명의 실시예이며, 상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법의 전체 시스템 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 1차저온가압건조장치, 11 : 성형압축장치

12 : 2차저온건조장치, 13 : 고온가압소성장치

14 : 소성물 냉각장치, 15 : 소성물 선별장치

16 : 포장장치, 20, 21, 22 : 스털링발전장치

22 : 폐열발전장치 , 30, 31, 32 : 페열이송장치

33 : 냉각이송장치, L10, L11, L12, L13, L14, L15 : 슬러지 이송 컨베어시스템

Claims (1)

1. 청구1항

   1차저온가압장치(10)에서부터 포장장치(16)의 공정에 이르는 상, 하수슬러지를 이용한 경량 탄화골재제조 및 에너지 자원 화 방법

   청구2항

   1차저온가압장치(10)에서 함수율이 높은 슬러지 특히 유기성물질을 함유하고 있는 하수종말장의 슬러지 등을 100℃에서200℃의 열과 100PSI의 압력을 가하여 탈수 및 건조하는 방법

   청구3항

   2차저온건조장치(12)에서 100℃에서150℃의 열을 공급하여 함수율5%이하 및 성형물의 1차 소성하는 방법

   청구4항

   고온가압소성장치(13)에서 1,000℃에서1,500℃의 열원공급 및 장치내에 가압하고 산소가 희박한 상태로 만들어 슬러지성형물에 함유하고 있는 유기물질을 탄화시키는방법

   청구5항

   청구4항에 있어 슬러지성형물에 함유하고 있는 고온, 가압을 하여 무기물질을 경량의 단단한 세라믹화 하는 소성방법

   청구6항

   1차저온가압건저장치(10), 2차저온건조장치(12), 고온가압소성장치(13)의 각각의 장치 중 폐열이송관(30)(31)(32)과 소성물냉각장치(14)에서 나오는 냉각이송장치(32)를 이용 즉 폐열과 냉각공기를 이용하여 팽창과 응축의 원리를 이용한 스털링엔진이용 다수의 병렬발전장치 및 발전방법.

   청구7항

   고온가압소성장치(13)에서 1,000℃에서1,500℃의 고온배기공기를 회수하여 폐열이송장치(32)를 이용하여 고온가압소성장치(13)으로 제 투입하여 소성장치내의 온도를 유지할 수 있게 하는 방법.

   청구8항

   청구6항에서 폐열이송장치(32) 중간에 폐열발전장치를 다수의 병렬로 설치하여 발전하는 방법

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