KR20120096704A

KR20120096704A - 슬러지 건조장치 및 방법

Info

Publication number: KR20120096704A
Application number: KR1020110015943A
Authority: KR
Inventors: 김상록; 한진영; 홍영철
Original assignee: 주식회사 세록
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-31
Also published as: KR101280490B1

Abstract

본 발명은 슬러지 건조장치 및 방법에 관한 것으로 통상의 탈수기와 통상의 디스크 건조기 및 마이크로파 건조장치를 순차로 연결하여 순차로 건조시키는 슬러지 건조장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

슬러지 건조장치 및 방법{Apparatus and method for drying sludge}

본 발명은 각종 슬러지 건조에 있어서, 기존의 한 가지 방법의 건조기가 아닌 디스크 건조기와 마이크로파 건조기를 병행하여 건조하는 슬러지 건조장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 우리나라는 런던협약에 의해 2012년부터 하수 슬러지의 해양투기가 금지되어 여러 가지로 하수 슬러지 처리에 고심하고 있다.

경기도에서는 하수 슬러지에 포함된 유분, 아연, 구리, 카드뮴 등 25개 항목의 해양배출 기준이 강화되어 2012년 2월 22일부터 해양배출 기준을 초과할 때에는 해양배출이 금지된다는 법안을 내놓고 있어, 최대한 신속히 하수 슬러지 처리방안을 강구해야 하는 실정이다.

건조기는 피 건조물에 함유되어 있는 수분을 증발시키는 것으로, 가열방식에 따라 직접 열을 이용한 직접건조 방식과 간접 열을 이용하여 건조하는 간접건조 방식으로 나눌 수 있다.

디스크(Disk) 건조방식은 전도 가열식 간접열 건조장치로서 디스크가 부착되어 회전 구동하는 샤프트(Shaft)로 구성되어 있고, 수분을 함유하고 있는 피건조물은 샤프트와 재킷(Jacket)에 공급되는 건조 열원인 열매체(스팀, 열매유)에 의해 가열된 디스크면과 쉘(Shell)의 전도열에 의해 건조되는 방식이다.

디스크건조기의 특징은 슬러지 양 50?100톤(1일 기준)의 처리에 적합하다. 디스크건조기는 패들건조기에 비해 구동부위가 적어 유지보수가 간단하고 마모 및 동일면적 대비 건조기 크기가 작으나, 패들건조기에 비해 교반 효과는 다소 떨어지며, 축의 진동 및 수축 팽창문제로 디스크 크기 및 개수를 무한정 키울 수 없고, 고온 직접 열풍식에 비해 열효율이 다소 떨어지므로 함수율 10%미만으로 건조하는데 있어 에너지 효율 및 기계적 어려움이 있다. 그러나 디스크건조기의 경우 초기 전력 사용 후 건조기의 온도를 유지시키면 그 후부터 가동 전력이 비교적 낮은 장점이 있어 실제 현장에서 가장 많이 사용되고 있다.

마이크로파(Microwave)건조방식은 마이크로파를 피 건조물에 조사하면 그 물체 안의 수분자와 유극성 분자나 이온 등이 마이크로파의 극성변화에 따라 진동 또는 회전하게 된다. 이로 인해 발생하는 마찰열에 의해 내부로부터 자기 발열을 하여 피 건조물을 건조하는 방식이다.

마이크로파건조기의 특징은 열전도에 의하지 않으므로 내부까지 단시간에 가열이 가능하고 가열효율이 좋다. 그리고 복잡한 형상이라도 균일하게 가열할 수 있으며 소음과 및 열기 및 배기가스가 발생하지 않는다. 그러나 마이크로파건조기만으로 처리하면 초기 비용이 많이 발생하고 부대면적 또한 넓어지며 전기용량이 높아지고 대용량 처리에 한계가 있다.

그러나 디스크 건조기 및 마이크로파건조기는 이러한 단점이 있는 반면에 장점 또한 많으므로 우리나라 산업현장 여러 분야에 걸쳐 두루 사용되고 있으며, 각 단점을 보완해 좀 더 업그레이드 된 디스크 건조기와 마이크로파건조기를 지금도 한창 개발 중에 있다. 즉, 대한민국 특허출원 제 2010-0032473호(스팀유출이 없는 디스크 건조기), 대한민국 특허출원 제 2006-0012935호(입상 디스크 건조기), 대한민국 특허출원 제2006-0072563호(유량 조절형 디스크형 건조기), 대한민국 특허출원 제2009-0000962호(마이크로파를 이용한 건조장치), 대한민국 특허출원 제2008-0043252호(마이크로파와 방열판을 이용한 스크류식 연속건조장치), 대한민국 실용신안등록출원 제2008-0000563호(마이크로파 누설방지 및 고온발열체를 이용한 연속식 마이크로파 건조장치) 등이 출원되어 있다.

위와 같이 디스크 건조기나 마이크로파 건조기에 관한 특허나 연구개발은 끊임없이 이루어지고 있으나, 두 건조기의 통합 시스템에 관해서는 아직 미비한 실정이어서 디스크 건조기 및 마이크로파건조기 각각의 건조 특성을 살려 하나의 통합 건조공법으로 구성하여 저비용으로 고효율을 낼 수 있는 건조기가 필요한 시점이다.

현재 하수 슬러지 해양투기 만료일이 다가오고 있으나, 이에 대한 여러가지 처리방법 및 처리기술들이 아직 미비하여 이에 대해 각 지자체별로 고심하고 있다.

하수 슬러지 처리방법으로는 건조, 고화, 소각, 탄화, 퇴비화 등 여러 방법이 시행되고 있으나, 현재 환경부 정책 등을 보면 향후 건조방식이 가장 유력하다고 볼 수 있다. 이에 따라 건조기의 종류도 여러 가지로 각각의 장단점을 가지고 있으나 이를 해결하고자 건조기 업체에서는 건조기 성능을 높이는 데만 국한되어 있어 완벽한 해결방안이 나오지 않고 있다. 물론 각각의 건조기마다 건조 능력이 탁월한 피건조물(식품 건조등)이 있지만 대규모 하수 슬러지에 건조에 있어서 한 가지 건조기만을 사용하여 경제적으로 함수율 10%미만으로 처리할 수 있을 만한 건조기는 아직 불투명하다.

디스크 건조기의 경우 대용량의 슬러지 처리에 적합하나 함수율 10%미만으로 건조할 경우 매우 많은 시간과 에너지를 필요로 하여 적합하지가 않은 단점이 있고, 마이크로파건조기의 경우 가열 효율이 좋고 단시간에 내부까지 가열하는 장점이 있지만 높은 초기비용과 전기용량이 높고 대규모 처리에 한계가 있다.

따라서 어느 한 가지 건조기술에 국한되어 이를 해결하고자 했을 때 따르는 어려움(높은 초기비용, 높은 에너지, 저효율 등)이 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서 하수 처리장에서 생성된 함수율 90% 이상의 하수 슬러지를 탈수장비를 이용하여 함수율 80% 대로 1차로 처리하고, 이와 같이 1차 처리 결과 함수율이 80%대로 된 슬러지를 함수율이 높은 슬러지 건조에 용이한 디스크 건조기를 이용하여 함수율 60%대로 2차 건조를 행하고, 2차 건조결과 함수율 60%로 건조된 슬러지를 마이크로파건조기를 이용하여 함수율 10%미만으로 건조할 수 있도록 하였다.

상기와 같이 탈수기를 이용하여 구성된 본 발명의 통합 건조방법은 함수율이 90% 이상으로 높은 슬러지를 1차로 탈수기로 건조한 후 디스크 건조기를 이용하여 2차 건조하고, 디스크 건조기에 의하여 함수율이 60% 이하로 줄어든 슬러지를 3차로 마이크로파건조기를 사용하여 함수율 10%미만으로 건조함으로써 비용을 줄이고 건조시간 단축을 가져올 수 있게 되었다.

도 1은 본 발명 건조장치의 구성도
도 2는 본 발명 각 건조실 외곽의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명 건조장치의 측면도
도 4는 평판기의 측면도

본 발명은 함수율 90% 이상의 슬러지는 1차로 탈수기를 이용하여 함수율 80%대로 건조하고, 상기 함수율 80%대의 슬러지를 2차로 디스크건조기를 이용하여 함수율 60%대로 2차로 건조한 후 상기 함수율 60%대의 슬러지를 마이크로파건조기를 이용하여 함수율 10%대 미만으로 건조하는 슬러지 건조장치 및 건조방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 건조장치의 구성도이고 도 2는 본 발명 각 건조실 외곽의 개략적인 구성도, 도 3은 본 발명 건조장치의 측면도이며 도 4는 평판기의 측면도이다.

우선 하수처리장에서 하수 처리 후 생성되는 함수율 90% 이상의 하수 슬러지를 1차로 탈수기를 이용하여 함수율 80%대로 탈수처리를 행한다. 상기 탈수기로는 벨트프레스나 원심분리기(데칸터)를 사용한다.

상기와 같이 1차로 탈수기에 의하여 함수율 80%대로 탈수 처리된 슬러지는 2차로 디스크건조기에 투입하여 함수율 60%대로 건조한다. 이 때 사용되는 디스크건조기는 시중에서 사용되는 통상의 디스크건조기 중 성능이 좋은 것을 구입하여 사용하면 된다.

그러나 1차 탈수 처리된 슬러지 양이 100톤(1일 기준) 이상일 경우에는 퀼른 건조기가 효과적이다.

퀼른 건조기는-수평 원통형 대류 전열장치로 피건조물의 특성에 구애받지 않고 광범위하게 사용할 수 있는 건조기로서 대용량 처리에 적합하다. 퀼른 건조기에 유입된 원료는 회전하는 건조관 내부에서 연속적인 낙하운동을 하면서 열풍과 접촉하여 건조한다.

상기와 같이 함수율 60%대로 탈수 처리된 슬러지는 3차로 마이크로파건조기로 이송되어 함수율 10% 미만으로 건조된다.

이 때 사용되는 마이크로파건조기는 본 출원인이 개발한 제품을 사용한다. 상기 마이크로파건조기는 마이크로파의 누설을 방지하기 위하여 외곽을 각각 철판 위에 단열재를 입히고 다시 그 위에 철판을 입혀 완전히 밀폐되도록 제작한 1차 건조실, 2차건조실과 3차 건조실 및 최종 배출관으로 구성되어 철재로 제작한 틀 위에 층층이 설치되어 있으며, 상기 각 건조실에는 이송수단과 마이크로파 조사부가 설치되어 있다.

상기 마이크로파건조기에 대하여 제2도 내지 제4도를 참조하여 상세하게 설명한다. 도면 부호는 동일 구조에 대하여는 동일한 번호를 사용한다.

각 건조실(100,200,300)은 마이크로파의 누설을 방지하기 위하여 건조실 외곽을 철판(10) 위에 단열재(20)를 입히고 다시 그 위에 철판(10)을 입혀 완전히 밀폐되도록 제작하였으며, 피 건조물이 투입되는 투입구(110)와 상기 투입구(110)를 통해 건조실로 투입된 피 건조물을 이송하는 이송수단(500), 마이크로파 조사부(600)가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈(120), 상기 마이크로파 조사부 설치홈(120)에 설치되고 상기 이송수단(500)에 의하여 이송되는 피 건조물에 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부(600), 1차 건조된 피 건조물을 배출하는 배출구(130) 및 상기 배출구(130)를 통해 배출된 피 건조물을 2차 건조실로 이송하는 배출관(140)으로 구성되어 있다.

따라서 피 건조물은 투입구(110)를 통하여 1차 건조실(100)에 투입된 후 이송수단(500)에 의하여 이송되면 마이크로파 조사부(600)에서는 마이크로파를 조사하여 피 건조물을 건조시킨다.

따라서 1차 건조실(100)에 투입된 피 건조물은 마이크로파 조사부(600)에서 조사되는 마이크로파에 의하여 유전 가열되어 스스로 발열하면서 건조되기 시작한다. 이와 같이 피 건조물을 건조시키기 위하여 마이크로파 조사부(600)에서 조사된 마이크로파는 75~85%가 피 건조물에 흡수되어 유전가열을 일으키지만 나머지 15~25%는 피 건조물에 흡수되지 못하고 건조실 내부를 떠돌아다니게 되며 그 결과 일부는 마이크로파 조사부(600)로 역류하여 마그네트론에 영향을 미칠 수 있고, 혹은 건조실 밖으로 누설되어 작업자의 안전을 위협하게 된다.

한편 마이크로파에 의하여 유전 가열된 피 건조물은 스스로 발열하여 빨리 건조되는 만큼 빨리 식어버리게 되며, 이와 같이 식을 때 열적 삼투압 현상으로 인하여 대기 중에 존재하는 수분을 흡수하여 피 건조물의 외부에 물방울이 맺히는 결로현상이 발생되게 된다. 이와 같은 결로현상을 방지하고 또 상술한 바와 같이 건조실 내부를 떠돌아다니는 마이크로파 반사파들을 흡수하여 스스로 고온을 형성시킬 수 있도록 탄화규소(SiC) 또는 탄소(Carbon)와 같은 세라믹으로 제작된 열매체(150)를 1차 건조실(100)에 설치하였다. 따라서 상기 열매체(150)는 건조실 내부를 떠돌아다니는 마이크로파 반사파들을 흡수하여 스스로 고온을 형성시켜 결로현상을 방지함은 물론 건조실 내부의 온도를 상승시켜 줌으로써 건조효율을 더욱 높일 수 있게 하였다.

상기와 같이 1차 건조실(100)에서 1차 건조된 피 건조물은 어느 정도 건조되었지만 워낙 수분함량이 많은 물질이므로 아직도 많은 양의 수분을 함유하고 있다. 따라서 피 건조물은 2차 건조실(200)과 3차 건조실(300)로 이송되어 2차, 3차로 건조되어 진다.

2차 건조실(200)은 1차 건조실(100)의 배출관(140)에 연결된 유입구(210)를 통해 투입된 피 건조물을 이송하는 이송수단(500), 마이크로파 조사부(500)가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈(120), 상기 마이크로파 조사부 설치홈에 설치되고 상기 이송수단(500)에 의하여 이송되는 피 건조물을 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부(600), 건조된 피 건조물을 배출하는 배출구(240) 및 상기 배출된 피 건조물을 3차 건조실(300)로 이송하는 배출관(250)으로 구성되어 있다.

한편, 1차 건조실(100)에서 1차 건조된 피 건조물은 1차 건조과정에서 어느 정도 수분이 배출되었으나 아직도 상당한 양의 수분이 함유되어 있고 또 뭉쳐진 상태를 유지하고 있다. 따라서 피 건조물을 효율적으로 건조시키기 위해서는 평탄하게 펴주는 한편, 표면적을 최대한 넓게 하여 마이크로파를 많이 받게 할 필요가 있다. 또 피 건조물을 잘게 파쇄하여 뭉쳐진 상태를 풀어줄 필요가 있다. 따라서 이송수단(500)위에 평탄기(220)를 설치하여 피 건조물을 평탄하게 펴주는 한편 표면적을 최대한 넓게 하였다. 즉, 상기 평탄기(220)는 몸체(221)와 스크류(222)로 구성되어 있어 모터(223)에 의하여 구동되어 몸체(221)와 스크류(222)가 회전하면서 피 건조물을 평탄하게 펴줌과 동시에 스크류(222)가 펴진 피 건조물에 굴곡을 형성하여 줌으로써 피 건조물의 표면적을 최대한 넓게 해준다. 또 건조 효율을 더욱 향상시키기 위해 피 건조물이 3차 건조실(300)로 배출되는 부위에 뭉쳐진 피 건조물을 파쇄하여 주는 파쇄기(230)를 설치하여 피 건조물을 잘게 부술 수 있도록 하였다. 파쇄기(230)는 피 건조물을 파쇄할 수 있는 구조이면 제한이 없다.

그러나 1차 건조실(100)에 투입되는 피 건조물에는 수분이 다량 함유되어 있어 물에 풀어진 상태이므로 1차 건조실(100)에는 평탄기나 파쇄기를 설치할 필요가 없다.

상기와 같이 건조된 피 건조물은 1차 건조실(100)에서와 마찬가지로 이송수단(500)에 의하여 이송되면서 마이크로파 조사부(600)에서 조사되는 마이크로파에 의하여 유전 가열되어 스스로 발열함으로써 건조된다.

상기와 같이 건조된 피 건조물은 배출구(240)와 배출관(250)을 통해 배출되어 3차 건조실(300)의 유입구(310)를 통해 3차 건조실(300)로 유입된 후 2차 건조실(200)의 건조장치와 동일한 장치에 의하여 건조된 후 배출구(340)를 통해 최종 배출관(400)으로 배출된다. 즉, 3차 건조실(300) 역시 3차 건조실(300)의 유입구(310)를 통해 유입된 피 건조물을 평탄화하고 표면적을 넓게 하기 위하여 3차 건조실(300)의 이송수단(500) 위에 설치된 평탄기(220)와 상기 평탄기(220)에 의하여 평탄화되고 표면적이 넓어진 피 건조물을 이송하는 이송수단(500), 마이크로파 조사부(500)가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈(120), 상기 마이크로파 조사부 설치홈(120)에 설치되고 상기 이송수단(500)에 의하여 이송되는 피 건조물을 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부(600), 3차 건조된 피 건조물을 최종 배출구(330)로 배출하는 부위에 설치된 파쇄기(230) 및 건조된 피 건조물을 최종 배출관(400)으로 배출하는 배출구(330)로 구성되어 있다. 또 1차 건조실(100)과 마찬가지로 건조실 내부를 떠돌아다니는 마이크로파 반사파들을 흡수하여 스스로 고온을 형성시킬 수 있도록 탄화규소(SiC)나 탄소(Carbon) 등의 세라믹으로 제작된 열매체(370)를 설치하였다. 상기와 같이 3차에 걸쳐 건조된 피 건조물은 최종 배출관(400)으로 이송되어 건조장치 외부로 배출하게 된다.

1 : 틀 10 : 철판
20 : 단열재
100 : 1차 건조실 110 : 투입구
120 : 마이크로파조사부 설치홈
130 : 배출구 140 : 배출관
150 : 열매체
200 : 2차 건조실 210 : 유입구
220 : 평탄기 221 : 몸체
222 : 스크류 223 :모터
230 : 파쇄기 231 : 고정롤러
232 : 유동 롤러 233 : 축
234 : 유동구간
240 : 배출구 250 : 배출관
300 : 3차 건조실 310 : 유입구
330 : 배출구 370 : 열매체
400 : 최종 배출관
500 : 이송수단
600 : 마이크로파 조사부

Claims

벨트프레스나 원심분리기와 같은 통상의 탈수기와;
통상의 디스크 건조기 및;
1차 건조실과 2차 건조실, 3차 건조실 및 배출관으로 구성된 마이크로파 건조기; 를 순차로 연결하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치
제1항에 있어서,
1차 탈수 처리된 슬러지 양이 100톤(1일 기준) 이상일 경우에는 상기 통상의 디스크건조기 대신 퀼른 건조기인 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치
제1항에 있어서,
상기 슬러지 건조장치의 1차 건조실은
마이크로파의 누설을 방지하기 위하여 건조실 외벽은 철판 위에 단열재를 입히고 다시 그 위에 철판을 입혀 밀폐되도록 제작되고 피 건조물이 투입되는 투입구, 상기 투입구를 통해 건조실로 투입된 피 건조물을 이송하는 이송수단, 마이크로파 조사부가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈, 상기 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈에 설치되고 상기 이송수단에 의하여 이송되는 피 건조물을 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부, 1차 건조된 피 건조물을 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 통해 배출된 피 건조물을 2차 건조실로 이송하는 배출관으로 구성되고;
상기 슬러지 건조장치의 1차 건조실은 역시 마이크로파의 누설을 방지하기 위하여 건조실 외벽은 철판 위에 단열재를 입히고 다시 그 위에 철판을 입혀 밀폐되도록 제작되고 1차 건조실에서 건조된 피 건조물이 유입되는 유입구, 상기 유입구를 통해 건조실로 투입된 피 건조물을 이송하는 이송수단, 마이크로파 조사부가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈, 상기 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈에 설치되고 상기 이송수단에 의하여 이송되는 피 건조물을 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부, 2차 건조된 피 건조물을 배출하는 배출구 및 상기 배출구를 통해 배출된 피 건조물을 3차 건조실로 이송하는 배출관으로 구성되고;
상기 슬러지 건조장치의 1차 건조실은 역시 마이크로파의 누설을 방지하기 위하여 건조실 외벽은 철판 위에 단열재를 입히고 다시 그 위에 철판을 입혀 밀폐되도록 제작되고 2차 건조실에서 건조된 피 건조물이 유입되는 유입구와 상기 유입구를 통해 건조실로 투입된 피 건조물을 이송하는 이송수단, 마이크로파 조사부가 설치되는 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈, 상기 복수개의 마이크로파 조사부 설치홈에 설치되고 상기 이송수단에 의하여 이송되는 피 건조물을 마이크로파를 조사하여 건조시키는 복수개의 마이크로파 조사부, 3차 건조된 피 건조물을 최종 배출관으로 배출하는 배출구로 구성;되어 철재로 제작한 틀 위에 층층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조 장치
제 1항에 있어서,
상기 제1 건조실과 제3 건조실에는 건조실 내부를 떠돌아다니는 마이크로파 반사파들을 흡수하여 스스로 고온을 형성시킬 수 있도록 탄화규소(SiC)나 탄소(Carbon)와 같은 세라믹으로 제작된 열매체가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조 장치
하수처리장에서 하수 처리 후 생성되는 함수율 90% 이상의 하수 슬러지를 탈수기를 이용하여 함수율 80%대로 탈수처리를 행하는 단계;
상기와 같이 함수율 80%대로 탈수 처리된 슬러지를 통상의 디스크건조기에 투입하여 함수율 60%대로 건조하는 단계; 및
상기 함수율 60%대로 탈수 처리된 슬러지를 마이크로파건조기로 이송하여 함수율 10%대로 건조하는 단계; 및
상기 함수율 10%대로 건조된 슬러지를 배출관을 통해 배출하는 단계;를 거쳐 건조하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조방법