KR20130118121A - 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해 함으로써 왕겨숯을 생산하는 왕겨탄화공정(S100)과, 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 유입하여 목초액을 응축하는 초액추출공정(S200)과, 상기 응축기(20)에서 배출되는 합성가스 또는 탄화로(10)에서 직접 배출되는 합성가스를 무연화로(30)로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정(S300)과, 탈수처리된 하수슬러지를 무연화로(30)에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기(40)로 투입하는 건조공정(S400)과, 상기 건조된 하수슬러지를 선별기(50)로 투입하여 재생골재를 선별하는 선별공정(S500)과, 부가적으로 슬러지탄화공정(S600)을 더 포함하는 재생골재 생산방법을 제공함으로써, 종래 해양투기 및 매립되던 하수슬러지를 친환경적으로 재활용할 수 있음을 물론이고, 하수슬러지의 건조시 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 별도의 연료를 사용하지 않으므로 보다 경제적인 하수슬러지의 처리가 가능하며, 재생골재와 함께 하수슬러지 탄화물을 생산함으로써 하수슬러지를 보다 완전하고 효율적으로 처리할 수 있는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법에 관한 것으로, 특히 미곡종합처리장에서 부산물로 발생하는 왕겨를 탄화시켜 왕겨숯을 생산하는 왕겨탄화시스템의 폐열을 이용하여 하수슬러지를 건조 및 탄화시킨 재생골재를 생산함으로써, 보다 환경친화적이며 저렴한 방법으로 하수슬러지를 처리함과 동시에 재생골재를 생산할 수 있는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법에 관한 것이다.
우리나라의 연간 하수슬러지 발생량은 2010년 기준으로 282만1천 톤이 발생하는 것으로 알려져 있으며, 이들 하수슬러지는 해양투기, 매립, 재처리 등의 방법으로 처리되어 왔지만, 2006년 '런던협약 의정서'가 발효됨에 따라 2012년부터 하수슬러지의 해양투기가 전면 금지됨으로써, 기존의 해양투기 방법으로 처리되던 상당량의 하수슬러지에 대한 적절한 육상처리 방안의 마련이 시급하다.
이와 관련한 국내 하수슬러지 처리시설은 하루 평균 4천427톤을 처리하고 있는데, 그 중 41.2%가 하수슬러지를 고형화하여 매립하는 고화시설에서 처리되고, 전용소각(36.5%), 건조(13.8%), 혼합소각(4.8%), 부숙화(2%)가 뒤를 잇고 있으며, 나머지의 하수슬러지는 탄화(1.7%) 처리되는 것으로 조사된바 있다.
상기 하수슬러지 처리현황을 보다 구체적으로 살펴보면, 발효공정을 통하여 하수슬러지를 분해한 후 고형화하여 매립하는 고화처리 및 단순 소각처리에 의하여 대부분의 하수슬러지가 처리됨을 알 수 있고, 이에 반하여 하수슬러지를 재활용하는 방법으로서 건조 후 시멘트 원료 등의 재생골재로 활용하는 건조방식, 토양화하는 부숙화방식, 열분해하여 흡착제·토질개량제·대체연료·환원제 등으로 활용하는 탄화방식의 경우에는 전체 처리방식의 18%에 미치지 못함을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 재활용도가 낮은 이유는 하수슬러지의 경우 탈수공정을 거치더라도 60~80%의 함수율을 갖기 때문에 이를 건조하여 재생골재로 활용하거나 또는 탄화시키는 데 상당한 연료비를 소요하므로 그 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 전국 각지에 산재한 하수처리시설에서 수거한 하수슬러지를 건조시설로 운송하는 데에도 상당한 운송비를 소요하는 등, 하수슬러지의 친환경적 처리와 상품화에 따른 경제적 수익이 가능함에도 불구하고 그 활용도가 낮았다.
또한, 하수슬러지의 경우 무기물과 유기물이 혼합된 상태인데, 무기물의 경우 시멘트 원료 등의 재생골재로 활용하는 것이 적합하고, 유기물의 경우에는 탄화시켜 흡착제·토질개량제·대체연료·환원제로 활용하는 것이 적합하지만, 기존 처리시설에서는 상기 무기물과 유기물이 혼재된 하수슬러지를 완전하고 효율적으로 재활용할 수 없다는 한계가 있었다.
한편, 미곡종합처리장은 하수처리장과 같이 최종 소비지인 도시지역의 인근에 설치되는 시설로서 벼의 연중 도정으로 부산물인 왕겨가 일정량 발생하는데, 본 발명의 출원인은 상기 왕겨의 활용도를 높이기 위한 장치로서 미곡종합처리장과 연계할 수 있는 왕겨탄화시스템을 지속적으로 개발하여 왔는바, 왕겨를 고온으로 열분해하는 "수직형 연속식 왕겨 탄화 제조장치"를 개발하여 특허 제0602732호로 등록받은 바 있고, 왕겨 탄화로에서 발생하는 합성가스를 연소시켜 그 폐열을 회수하는 발명으로 "탄화 왕겨 및 목초액을 제조하면서 온수를 얻는 장치"를 특허 제0602733호로 등록받은 바 있다.
그러나 상기 종래 발명은 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 그 주변시설에 필요한 보조적 열원으로 사용된 것인바, 상기 폐열을 보다 적극적으로 활용하여 새로운 수익을 창출할 수 있도록 함으로써 종래 발명에 비하여 고부가 가치를 갖는 열원으로 사용되도록 함이 바람직하며 그에 따른 지속적인 연구개발을 필요로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전국 각지에 고르게 분포된 하수처리시설과 미곡종합처리장을 상호 연계하여 상기 하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지를 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 건조시켜 재생골재를 생산하고, 부수적으로는 하수슬러지에 포함된 유기물을 탄화시켜 슬러지탄화물을 생산함으로써, 연료비 및 운송비 절감함과 아울러 보다 완전하고 효율적인 하수슬러지의 재활용이 가능하며, 한편으론 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 보다 적극적으로 활용하여 새로운 수익을 창출할 수 있도록 하는 등, 궁극적으로 하수슬러지의 친환경적 처리와 폐자원의 상품화에 따른 경제적 수익이 가능토록 하는 데 발명의 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법은, 탄화로에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해 함으로써 왕겨숯을 생산하는 왕겨탄화공정과, 상기 탄화로에서 배출되는 합성가스를 응축기로 유입하여 목초액을 응축하는 초액추출공정과, 상기 응축기에서 배출되는 합성가스 또는 탄화로에서 직접 배출되는 합성가스를 무연화로로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정과, 탈수처리된 하수슬러지를 무연화로에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기로 투입하는 건조공정과, 상기 건조된 하수슬러지를 선별기로 투입하여 재생골재를 선별하는 선별공정을 포함하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법을 특징으로 한다.
그리고 본 발명은, 상기 재생골재를 선별하고 남은 하수슬러지 또는 재생골재를 선별하기 이전의 하수슬러지를 탄화로에 투입하여 탄화물을 생산하는 슬러지탄화공정과, 상기 슬러지탄화공정의 탄화로에서 배출되는 합성가스의 연소열을 열교환기로 유입하여 온수를 생산하는 열교환공정을 더 포함하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법에 다른 특징이 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 종래 해양투기 및 매립되던 하수슬러지를 건조시켜 재생골재로 활용하되 전국적으로 고르게 분포한 미곡종합처리장의 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 이용하므로 별도의 연료를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 운송비를 절감할 수 있어 보다 환경친화적이고 경제적인 하수슬러지의 처리 및 상품화가 가능하다. 또한, 재생골재의 생산과 아울러 하수슬러지에 포함된 유기물을 탄화시켜 왕겨숯과 혼합되는 슬러지탄화물을 생산하여 흡착제·토질개량제·대체연료·환원제로 활용할 수 있도록 함으로써 하수슬러지를 보다 완전하고 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다. 한편으론, 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 보다 적극적으로 활용하여 미곡종합처리장의 수익 창출 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법의 순서도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 재생골재 생산방법의 공정도
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법을 도 1 내지 도 4를 참고하여 상세히 살펴보되 각 공정을 구분하여 살펴본다.
<왕겨탄화공정>
왕겨탄화공정(S100)은 제한된 공기가 유입되는 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해함으로써 왕겨숯을 생산하는 공정으로서, 도면의 도시와 같이 탄화로(10)의 상측으로부터 탄화로(10)의 내부로 유입되는 왕겨는 탄화로(10) 하부의 흡기구를 통하여 제한된 공기가 유입되는 상태에서 상기 탄화로(10)에 구비된 버너에 의하여 300~700℃로 열분해 되고, 상기 열분해에 의하여 탄화된 왕겨숯은 탄화로(10)의 하부로 배출되며, 열분해 공정에서 발생한 합성가스는 탄화로(10)의 상측을 통하여 배기되는바, 본 발명은 상기와 같은 탄화로(10)의 세부 구성에 한정하지 않는다.
<초액추출공정>
초액추출공정(S200)은 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 응축기(20)로 유입하여 합성가스로부터 초액(왕겨초액)을 응축하는 부가적 공정이며, 상기에 있어 초액을 응축하기 위하여 응축기(20)의 내부에는 다수의 응축관이 형성되어 냉각수가 순환함에 따라, 응축기(20)로 유입된 고온의 합성가스에서 결로현상이 유도되어 왕겨초액을 얻을 수 있다. 한편, 상기 추출된 초액은 왕겨탄화공정(S100)에서 생산된 왕겨숯 및 후술할 슬러지탄화공정(S600)에서 생성되는 슬러지탄화물과 함께 혼합하여 토질개량제로 활용함으로써, 토질개량제 내 살충 등의 기능을 강화할 수 있다.
<무연화공정>
무연화공정(S300)은 상기 응축기(20)에서 배출되는 합성가스를 무연화로(30)에 공급하여 배기가스에 포함된 유해가스까지 완전연소시킴으로써 환경친화적인 합성가스의 연소가 가능한바, 상기 응축기(20)를 운영하지 않는 경우에는 상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스가 무연화로(30)로 직접 공급되도록 한다. 한편, 상기 무연화로(30)는 500℃ ~ 1,000℃ 내외의 열풍을 배출한다.
<건조공정>
건조공정(S400)은 탈수처리된 하수슬러지를 건조기(40)로 유입하여 건조시키는 공정으로서, 상기 무연화로(30)에서 배출되는 고온의 폐열을 건조기(40)로 유입하므로, 결과적으로 왕겨탄화시스템에서 발생하는 합성가스 부산물을 보다 적극적으로 활용하여 저렴하고 간단한 방법으로 하수슬러지를 건조시켜 함수율을 낮출 수 있다. 한편, 본 발명은 상기 건조기(40)의 형식에 한정하지 않으나 도면에 도시된 바와 같은 킬른건조기를 구성함이 바람직하다.
<선별공정>
선별공정(S500)은 상기 건조된 하수슬러지를 선별기(50)로 투입하여 재생골재를 선별하는 공정으로서, 상기 선별기(50)는 하수슬러지의 특성에 맞게 무게, 부피, 색상 등을 구분하는 다양한 형식의 선별기를 선택적으로 이용할 수 있으며, 바람직하게는 비교적 비중이 큰 무기물의 특성을 이용하여 중력식, 풍력식, 회전식 선별기를 이용할 수 있고, 또는 모래와 같은 입자형태의 무기물을 선별하도록 메쉬를 활용한 선별기를 이용할 수도 있다. 예컨대, 사이클론 방식의 비중 선별기를 사용하는 경우라면, 배기팬의 흡입력에 의해 저비중의 유기물이 배출 수거되고, 고비중의 무기물(모래 등)이 낙하되어 선별되도록 할 수 있는바, 본 발명은 상기 선별기(50)의 형식에 한정하지 않는다.
한편, 상기 선별된 재생골재는 그 자체로서 모래 등과 함께 혼합하여 활용할 수도 있고, 시멘트 등의 원료로 활용할 수도 있다.
<슬러지탄화공정>
슬러지탄화공정(S600)은 상기 선별공정(S500)에서 무기물을 선별하고 남은 유기물을 탄화시켜 슬러지탄화물을 생성함으로써 흡착제·토질개량제·대체연료·환원제 등으로 활용할 수 있도록 하는 부가적 공정으로, 도 2에 도시된 바와 같이 선별공정(S500) 후 재생골재가 분리되고 남은 유기물은 왕겨탄화공정(S100)과 별도로 구비된 다른 탄화로(60a)에 투입하여 탄화시킨다. 상기의 슬러지탄화공정(S600)을 거친 슬러지탄화물은 왕겨탄화공정(S100)에서 생산되는 왕겨숯과 함께 혼합하여 상품화함이 바람직하며, 아울러 초액추출공정(S200)에서 생산된 왕겨초액을 더 혼합할 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 토질개량제로 사용하기에 적합하다.
한편, 상기 슬러지탄화공정(S600)을 선별공정(S500)에 앞서 선행하도록 할 수 있는바, 도 3에 도시된 바와 같이 건조공정(S400)에서 건조된 하수슬러지를 또 다른 탄화로(60b)에 투입하여 슬러지탄화물 먼저 생산한 다음 상기 슬러지탄화물을 선별기(50)에 투입함으로써 슬러지탄화물에 포함된 재생골재를 분리할 수 있다.
또한, 상기 슬러지탄화공정(S600)에서 별도로 사용되는 탄화로(60a)(60b)에 대하여 무연화로(30)로 유입되는 합성가스의 일부를 공급하여 슬러지의 탄화시 필요한 열량을 선택적으로 보충할 수 있도록 하는바, 하수슬러지에 포함된 다량의 유기물은 그 자체가 갖은 열량(약 1,500 ~ 3,500kcal)만으로도 충분한 에너지원이 된다. 한편, 상기 별도의 탄화로(60a)(60b)를 구비하지 않고 도 4에 도시된 바와 같이 왕겨탄화공정(S100)의 탄화로(10)를 슬러탄화공정(S400)에 겸하여 사용하는 것도 가능하다.
<열교환공정>
열교환공정(S700)은 상기 슬러지탄화공정(S600)에 별도로 형성한 다른 탄화로(60a)(60b)에서 배출되는 합성가스를 연소시켜 그 폐열을 열교환기(70)로 유입하여 온수를 생산하는 부가적 공정으로서, 상기 열교환기에 의하여 생산된 온수를 왕겨탄화시스템 및 재생골재 생산설비나 주변시설에 필요한 온수로 활용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법의 작용을 살펴보면, 종래 매립이나 해양투기에 의하여 처리되던 하수슬러지를 미곡종합처리장의 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 이용하여 건조시킨 재생골재를 생산함으로써, 종래 하수슬러지를 건조함에 따른 고가의 유류비를 대폭 절감할 수 있고, 부수적으로는 하수슬러지에 포함된 유기물을 선별 및 탄화시켜 슬러지탄화물을 생산함으로써 무기물과 유기물이 혼재된 하수슬러지의 효율적인 재활용이 가능하며, 한편으론 왕겨탄화시스템에서 발생하는 폐열을 보다 적극적으로 활용하여 새로운 수익을 창출할 수 있는바, 궁극적으로 본 발명에 따른 재생골재의 생산방법에 의하면 하수슬러지의 친환경적 처리와 폐자원의 상품화에 따른 경제적 수익을 기대할 수 있다.
10, 60a, 60b: 탄화로 20: 응축기
30: 무연화로 40: 건조기
50: 선별기 70: 열교환기
S100: 왕겨탄화공정 S200: 초액추출공정
S300: 무연화공정 S400: 슬러지건조공정
S500: 선별공정 S600: 슬러지탄화공정
S700: 열교환공정
30: 무연화로 40: 건조기
50: 선별기 70: 열교환기
S100: 왕겨탄화공정 S200: 초액추출공정
S300: 무연화공정 S400: 슬러지건조공정
S500: 선별공정 S600: 슬러지탄화공정
S700: 열교환공정
Claims (4)
- 탄화로(10)에 왕겨를 투입하여 고온으로 열분해 함으로써 왕겨숯을 생산하는 왕겨탄화공정(S100)과;
상기 탄화로(10)에서 배출되는 합성가스를 무연화로(30)로 공급하여 완전연소시키는 무연화공정(S300)과;
탈수처리된 하수슬러지를 상기 무연화로(30)에서 배출되는 열풍을 공급받는 건조기(40)로 투입하는 건조공정(S400)과;
상기 건조된 하수슬러지를 선별기(50)로 투입하여 재생골재를 선별하는 선별공정(S500)을 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법.
- 제 1항에 있어서;
상기 선별공정(S500)에서 재생골재를 선별하고 남은 하수슬러지를 상기 왕겨탄화공정(S100)의 탄화로(10) 또는 다른 탄화로(60a)에 투입하여 탄화물을 생산하는 슬러지탄화공정(S600)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법.
- 제1항에 있어서;
상기 선별공정(S400)에 앞서 건조된 하수슬러지를 다른 탄화로(60b)에 투입하여 탄화물 생산하는 슬러지탄화공정(S600)을 선행하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법.
- 제2항 또는 제3항에 있어서;
상기 슬러지탄화공정(S600)의 다른 탄화로(60a)(60b)에서 배출되는 합성가스의 연소열을 열교환기(70)로 유입하여 온수를 생산하는 열교환공정(S700)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하수슬러지를 이용한 재생골재 생산방법.
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