KR20140063328A

KR20140063328A - 순환 감량화조를 이용한 유기성 슬러지 건조장치

Info

Publication number: KR20140063328A
Application number: KR1020120130554A
Authority: KR
Inventors: 문원호; 성왕기
Original assignee: 주식회사 이케이
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-05-27
Also published as: WO2014077443A1

Abstract

본 발명은 순환 저장조를 이용한 유기성 슬러지 건조장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 슬러지를 공급하는 공급관이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프; 상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기; 상기 가열기의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기; 및 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비하며, 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기;를 포함하는 슬러지 건조장치에 대한 것이다. 본 발명의 순환감량화조에서는 가압과 감압을 반복적으로 수행함으로서 유기성 슬러지의 세포벽을 파괴하여 내부수의 제거가 용이하므로 건조 효율이 우수하다.

Description

순환 감량화조를 이용한 유기성 슬러지 건조장치{A drying device using the recycling reservoir of volume reduction for organic sludge using destruction of cellular walls}

본 발명은 유기성 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 재활용 및 에너지화가 가능하도록 슬러지를 건조하는 건조장치에 대한 것이다.

슬러지는 하수처리장, 정수장, 공장 폐수처리시설 등에서 발생하는 액체상태 부유물질의 총칭으로, 하수 슬러지를 좁은 의미로는 1차슬러지, 잉여슬러지, 반송슬러지, 농축슬러지 및 소화슬러지 등이 있으며, 넓은 의미로는 침사, 스크린 협잡물 및 스컴도 포함한다.

하수처리공정은 전처리공정, 주처리공정, 고도처리공정이 있으며, 하수슬러지는 하폐수를 처리하는 과정에서 불가피하게 만들어진다. 전처리공정에서는 침사지를 거쳐서 유입펌프장을 지나 1차 침전지에서 생슬러지가 발생된다. 주처리공정에서는 포기조에서 미생물을 이용한 생물학적 처리공정의 최종 부산물로서 일명 미생물 사체로 불리는 활성슬러지가 최종 침전지에서 발생된다. 최종침전지에서는 전체 활성슬러지의 일부를 생물학적 처리공정의 미생물농도를 일정하게 유지하기 위해서 포기조로 보내어진다. 이를 반송슬러지라고 한다. 생슬러지가 무기물을 포함하는 원초적 슬러지라면, 활성슬러지는 생물학적처리공정의 처리과정에서 발생한 미생물의 응집체라고 보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 이 슬러지들은 슬러지처리 공정인 농축조로 보내어져서 탈수공정인 물기를 제거하는 과정을 거쳐 처리된다. 탈수공정과 별도로 소화조에서 감량화후 처리되기도 하는데 소화조에서도 슬러지는 발생된다. 최근에는 소화조에서 발생된 슬러지로 에너지화를 추진하는 정책들이 추진되고 있다. 그러나 전국의 400여개 가까운 하수처리장에서 소화조가 설치된 곳은 대규모 감량화가 가능하지만 그렇지 못한 곳은 열처리공법 등으로 건조처리하고 있는 실정이다. 그동안 하수처리장의 슬러지는 앞에서 언급한 탈수처리공정을 거쳐 건조시키거나 소화조를 통한 감량화처리 후 고화, 퇴비화, 연료화하여 시멘트원료, 복토재, 농지의 퇴비, 화력발전소 연료 등으로 재활용으로 되어왔다. 지역특성상 재활용 또는 매립 등이 곤란한 경우에는 소각방식으로 처리하고 있으며, 하수슬러지 전용소각로와 생활폐기물 소각시설 활용 가능한 경우에는 혼합소각도 허용하고 있다.

이러한, 하수슬러지는 단백질, 지방, 셀롤로우즈, 탄수화물이 주성분인 유기물 80%와, 건축자재로 활용이 가능한 무기물(회분)을 함유하고 있으며, 유기물의 경우 발열량이 5,000kcal/kg 정도로 국내 무연탄의 발열량과 비슷한 수준이기 때문에 에너지원으로 사용이 가능하고, 무기물은 아스팔트충진재, 매립복토재, 경량골재 등의 소재로 이용이 가능하다. 기존의 하수슬러지는 주로 해양투기 방법으로 처리하였지만, 최근 환경적인 문제로 인하여 전량 육상처리방법으로 자원화 처리하는 것이 계획되어 있다.

종래 하수 슬러지 처리장치는 한국등록특허 제10-0733942호의 "폐기물과 슬러지의 소각 장치 및 소각방법"과 같이, 소각로의 소각열을 이용하여 하수 슬러지를 소각 또는 건조시키는 방식을 채택하고 있고 이로 인해 별도의 연료 소모에 따른 경제적 비용 손실이 야기되었다. 이렇게 종래에 하수슬러지를 소각로의 고온열을 이용하여 건조, 소각시켰던 것은 하수 슬러지가 대부분 유기성슬러지로서 유기성 폐기물 내에 존재하는 수분은 물리적 상태에 따라 자유수와 결합수로 나뉘는데, 결합수는 간극수, 간극 모간수, 표면부착수, 입상 결합수로 구성되며, 슬러지 입자를 형성하고 있는 세포의 세포벽에 의해 형성되어, 탈수가 용이하지 않기 때문이다. 즉, 기계적 탈수에 의해 제거 가능한 수분은 자유수와 간극수이며 표면수와 결합수는 기계적 탈수에 의한 제거는 불가능했고, 표면수와 결합수를 건조시키기 위해 고온의 건조 또는 소각방식을 채택했던 것이다. 고온 가스에 의한 건조 시에는, 일반적으로 20 ~ 90m/s의 속도와 100 ~ 350℃의 온도 범위를 가지고, 고속, 고온 가스를 사용할 때, 하수슬러지와 가스의 접촉시간은 하수슬러지의 수분을 모두 흡수 건조시키기에는 너무 짧고 이 경우에도 비결합수가 주로 건조되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명자들은 한국등록특허 제10-1172702호에서, 공기압축기에 의한 고압의 공기압과 진공펌프를 이용한 저압 조건 형성으로 고압과 저압의 연속 공정에 의한 세포벽파괴 및 세포분리, 제트기류에 의한 표면 건조, 고액 분리의 싸이클론공정을 거쳐 보조연료 및 유기성비료, 블록등을 제조하기 위하여 함수율 10% 이하의 분말 형태의 고체상 슬러지를 제조하기 위한 건조성능이 우수한 건조장치를 제안하였다. 다만, 상기 건조장치의 건조성능의 향상을 위한 필요성이 계속 요구되고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 건조성능의 향상된 슬러지 건조장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 슬러지를 공급하는 공급관이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프; 상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기; 상기 가열기의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기; 및 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비하며, 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기;를 포함하는 슬러지 건조장치를 제공한다.

또한, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 슬러지 건조장치는 상기 진공펌프와 순환감량화조 사이에 위치하며, 순환감량화조에서 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 슬러지를 공급하는 공급관이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프; 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프; 상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기; 상기 가열기의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기; 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비하며, 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기; 및 상기 이송관과 일측이 연결되며, 건조를 위하여 기체를 공급하는 송풍기를 일측에 구비하고, 내부에 슬러지의 교반을 위한 제2 교반기를 구비하며, 건조된 슬러지의 배출을 위한 배출관을 일측에 구비하는 상기 이송관을 통하여 인입된 슬러지를 건조시키는 건조기;를 포함하는 슬러지 건조장치를 제공한다. 또한, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 슬러지 건조장치는 상기 진공펌프와 순환감량화조 사이에 위치하며, 순환감량화조에서 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기를 더 포함할 수 있다.

그리고, 바람직한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 배출관과 연결되어 상기 건조된 슬러지가 인입되고, 상기 건조된 슬러지의 배출구가 하부에 위치하며, 내부에서 상승하는 상기 건조된 슬러지의 미분을 다시 재공급하기 위하여 상기 건조기의 일측과 연결되는 반송관이 상부에 위치하는 싸이클론을 더 구비할 수 있다.

또한, 본 발명은 ((S1) 순환감량화조에 공급관을 통하여 공급된 슬러지를 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반하는 단계; (S2) 상기 슬러지를 모노펌프를 사용하여 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키면서, 상기 배출된 슬러지를 가열기를 사용하여 가열시키고 공기압축기를 사용하여 가압하는 단계; (S3) 상기 가압/가열된 슬러지를 파쇄기를 사용하여 분쇄하는 단계; (S4) 상기 분쇄된 슬러지를 선택적으로 순환관을 통하여 상기 순환감량화조로 순환시키거나, 이송관을 통하여 건조를 위하여 이송시키는 단계; 및 (S5) 상기 순환관을 통하여 상기 순환감량조로 인입된 슬러지를 진공펌프를 사용하여 감압하며, 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반하는 단계;를 포함하는 슬러지 건조 방법을 제공한다.

본 발명은 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 유기성 슬러지를 매립이나 해양 투기하지 않고 저렴한 비용으로 건조 처리하여 비료, 연료 등으로 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 순환감량화조에서는 가압과 감압을 반복적으로 수행함으로서 유기성 슬러지의 세포벽을 파괴하여 내부수의 제거가 용이하므로 건조 효율이 우수하다. 특히, 본 발명의 슬러지 건조장치는 슬러지를 가압/가열하면서 분쇄하여 순환감량화조로 다시 재이송하는 과정을 통하여 건조 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 싸이클론을 통해 미세입자를 건조기로 반송시켜 건조된 슬러지와 혼합하여 재차 건조시킴으로써 건조효율을 향상시키는 효과가 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조장치를 도시한 것이다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 설명에 있어서 중복되는 설명은 생략되는 것도 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러지 건조장치를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 슬러지 건조장치(1)는 슬러지를 공급하는 공급관(110)이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기(120)를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조(100); 상기 순환감량화조(100)의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프(130); 상기 순환감량화조(100)의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프(140); 상기 모노펌프(140)의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기(152); 상기 가열기(152)의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기(151); 및 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관(161) 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관(165)을 구비하며, 상기 가열기(152)의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기(160);를 포함한다. 본 발명은 슬러지 건조장치에 관한 것으로서, 유기성 슬러지를 매립이나 해양 투기하지 않고 저렴한 비용으로 건조 처리하여 비료, 연료 등으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 순환감량화조(100)는 슬러지를 공급하는 공급관(110)이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기(120)를 내부에 포함한다. 일반적으로 하수처리장에서 발생하여 일부 탈수과정을 거친 탈수된 하수슬러지는 수분 함유율은 80% 내외이며, 연료 등으로 재활용하기 위해서는 수분 함유율이 10% 이하가 되어야 한다. 이러한 하수슬러지를 공급관을 사용하여 순환감량화조 내부로 공급하게 된다. 그리고, 상기 슬러지는 모노펌프를 통하여 순환감량화조 외부로 배출된다.

순환감량화조(100) 내부에는 상기 공급된 슬러지를 교반시켜 건조가 균일하게 이루어지도록 하는 제1 교반기(120)가 위치한다. 이러한 교반기의 형태로는 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니지만, 일반적으로 사용되는 임펠러를 사용하는 것이 바람직하다. 제1 교반기(120)는 꾸준히 작동하여 슬러지를 교반하게 된다. 제1 교반기(120)는 공급관(110)을 통해 공급된 하수슬러지를 교반을 통해 균질화시키는 역할을 수행하고, 혼합뿐만 아니라, 슬러지를 파쇄하는 역할도 수행한다. 또한, 감압상태에서는 공기의 저항이 없어 슬러지의 파쇄가 빠르게 일어나는 특징이 있다.

이러한 순환감량화조(100)의 내부는 일측에 연결된 진공펌프(130)의 감압으로 인하여 저압을 유지하게 되므로, 순환감량화조(100)의 내부의 슬러지는 감압된 상태를 유지하게 된다. 반면에 모노펌프(140)로 외부로 배출된 슬러지는 가열기(152)와 공기압축기(151)에 의해서 가압/가열되며, 순환관(161)을 통하여 다시 저압 상태의 순환감량화조(100)로 순환된다. 이렇게 본 발명의 슬러지는 가압과 감암을 반복하여 슬러지의 건조효율을 높일 수 있다. 상기 하수슬러지는 유기성 슬러지에 해당되는 경우가 대부분이다. 이러한 유기성 슬러지에 존재하는 수분은 유기성 폐기물 내에 존재하는 수분은 물리적 상태에 따라 자유수와 결합수로 나뉘는데, 결합수는 간극수, 간극 모간수, 표면부착수, 입상 결합수로 구성되며, 슬러지 입자를 형성하고 있는 세포의 세포벽에 의해서 형성되어, 탈수가 용이하지 않다. 이에 가압과 감압을 반복하는 본 발명의 순환감량화조(100)를 사용하면, 높지 않은 온도에서도 미생물의 세포벽 및 간극수(세포액의 결합상태)가 파괴되고, 미생물의 내부수가 배출되어 건조효율을 높일 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 슬러지 건조장치(1)는 슬러지를 가압/가열하면서 분쇄하여 순환감량화조로 다시 재이송하는 과정을 통하여 건조 효율을 극대화할 수 있다.

이러한 슬러지의 가압 및 감압 과정은 상기 순환감량화조(100)와 연결되는 공기압축기(151)와 진공펌프(130)를 통하여 달성될 수 있다. 진공펌프(130)에 의해 순환감량화조(100) 내부가 저압으로(예를 들면, 0.5 기압 이하로) 일정시간 유지시키면서 제1 교반기(120)에 의해 교반시키면서, 외부로 배출된 슬러지를 가열기(152)와 공기압축기(151)를 사용하여 가압/가열(예를 들면, 2기압 이상, 50℃ 이상)한 후에, 다시 저압을 유지하고 있는 순환감량화조(100)로 순환시키는 과정으로 연속적으로 반복하면, 유기성 슬러지, 즉 미생물의 세포벽 및 간극수(세포액의 결합상태)가 파괴되고, 미생물의 내부수가 배출될 수 있다.

그리고, 진공펌프(130)로 인하여 배출되는 배출가스를 통하여 슬러지가 함유하고 있던 수분이 제거될 수 있다. 또한, 효율적인 수분의 제거를 위해서, 응축기를 더 구비할 수 있다. 도 2를 참조하면, 이러한 응축기(131)는 상기 진공펌프(130)와 순환감량화조(100) 사이에 위치하며, 순환감량화조(100)에 배출되는 배출가스의 수분을 응축시켜 제거할 수 있다. 이러한 응축기(131)로는 그 형태를 특별히 한정하는 것은 아니며, 필요한 수준의 응축 성능을 갖는다면 어떠한 종류를 사용해도 무방하다.

본 발명의 모노펌프(140)는 물질의 정량이송이 가능한 펌프로, 상기 순환감량화조(100)의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조(100)의 외부로 배출시키는 기능을 한다.

그리고, 이렇게 배출된 슬러지는 가열기(152)와 공기압축기(151)를 통과하여 가압/가열된다. 상기 슬러지를 가열하는 가열기(152)는 상기 모노펌프(140)의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 가압하는 공기압축기(151)는 가열기(152)의 일측에 연결된다. 특히, 본 발명의 공기압축기(151)는 상기 가열기(152)와 연결되어 있으므로, 열역학법칙에 따르면 가압 시에는 의해서 온도가 상승하게 되므로, 공기압축기(151)와 가열기(152)가 상호작용하여 가압/가열의 효율성을 극대화할 수 있다.

본 발명의 파쇄기(160)는 상기 가열기(152)의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하게 된다. 이러한 파쇄기(160)를 사용하여 분쇄된 슬러지는 표면적이 증가하게 되므로 건조 및 감량화 효율이 증가되며, 동시에 슬러지의 세포벽의 파괴도 일어나기 때문에 건조 및 감량화 효율이 극대화될 수 있다.

이렇게 분쇄된 슬러지는 선택적으로 순환관(161)을 통하여 상기 순환감량화조(100)로 순환시키거나, 이송관(165)을 통하여 건조를 위하여 이송시킬 수 있다. 이러한 순환과 이송을 선택하는 조건은 슬러지의 함수량이나 종류 등에 따라 변경될 수 있지만, 일반적으로 함수량을 측정하여 순환감량화조로 다시 순환시키거나 건조기로 이송할 수 있다. 또한, 일정시간 동안 순환시킨 후에, 건조기로 이송시킬 수도 있다. 이를 위해 본 발명의 파쇄기(160)는 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관(161) 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관(165)을 구비한다. 그리고, 순환관(161)과 이송관(165)과 연결된 조절밸브(162,166) 등을 사용하여 이를 제어할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 슬러지 건조장치(3)는 슬러지를 공급하는 공급관(110)이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기(120)를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조(100); 상기 순환감량화조(100)의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조(100)의 내부를 감압시키는 진공펌프(130); 상기 순환감량화조(100)의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조(100)의 외부로 배출시키는 모노펌프(140); 상기 모노펌프(140)의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기(152); 상기 가열기(152)의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기(151); 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조(100)로 순환시키는 순환관(161) 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관(165)을 구비하며, 상기 가열기(152)의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기(160); 및 상기 이송관(166)과 일측이 연결되며, 건조를 위하여 기체를 공급하는 송풍기(230)를 일측에 구비하고, 내부에 슬러지의 교반을 위한 제2 교반기(210)를 구비하며, 건조된 슬러지의 배출을 위한 배출관(220)을 일측에 구비하는 상기 이송관을 통하여 인입된 슬러지를 건조시키는 건조기(200);를 포함한다.

본 발명의 상기 이송관을 통하여 인입된 슬러지를 건조시키는 건조기(200)를 구비할 수 있다. 이러한 건조기는 상기 이송관(165)과 일측이 연결되며, 건조를 위하여 기체를 공급하는 송풍기(230)를 일측에 구비하고, 내부에 슬러지의 교반을 위한 제2 교반기(210)를 구비하며, 건조된 슬러지의 배출을 위한 배출관(220)을 일측에 구비한다.

상기 송풍기(230)는 상기 건조기(200)에 슬러지의 건조를 위하여 기체를 공급하게 되는데, 이러한 송풍기(230)를 통하여 상기 건조기(200)의 내부에 기체를 공급하여 충돌기류를 형성하게 되며, 더 바람직하게는 제트기류를 생성할 수 있도록 설계된 기체 방출 노즐을 사용하여 좀더 강한 충돌기류를 형성할 수도 있다. 이러한 충돌기류가 형성됨으로써, 건조기(200) 내에서 교반되는 슬러지를 더 효과적으로 파쇄할 수 있고, 건조기 하부로 가라앉는 슬러지 입자들은 기체 방출 노즐(미도시)로부터 제공된 제트기류와 직접적으로 접촉되어 다시 상승하게 되므로, 이러한 슬러지 입자들의 침전현상을 방지할 수 있다.

또한, 효과적인 충돌기류의 형성을 위해서는 상기 건조기(200)의 내부의 측벽에 상부를 향하도록 기체 방출 노즐이 배치될 수 있다. 더 효과적으로 입자의 침전 방지를 위해서는 상기 건조기(200)의 하부에도 복수 개의 기체 방출 노즐이 배치되고, 하부에 형성된 기체 방출 노즐은 송풍방향이 측벽에 형성된 기체 방출 노즐쪽으로 향하도록 사선방향으로 형성되어 상승기류를 만들고, 건조기의 하부에서 상승된 슬러지 입자는 측벽에 형성된 기체 방출 노즐에 의해 재차 상승하게 되어 지속적으로 건조기 내부에서 순환하는 구조를 형성하여 제트기류와 직접적으로 접촉하는 접촉면적이 최대가 되도록 할 수 있다.

그리고, 송풍기(230)에 의한 건조과정에서 배출되는 배출가스를 통하여 슬러지의 건조로 인한 수분이 제거될 수 있다.

이렇게 건조된 유기성 슬러지는 첨가물(폐유, 폐합성수지, 톱밥 등)과 혼합 후 고형화 공정을 거친후 연료화가 가능하고, 유기성 슬러지이므로 별도의 첨가물 없이 또는 추가적 영양성분을 부가하여 비료로서 사용할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 슬러지 건조장치는 슬러지의 미분을 분리할 수 있는 사이클론을 더 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 슬러지 건조장치(4)는 상기 배출관(220)과 연결되어 상기 건조된 슬러지가 인입되고, 상기 건조된 슬러지의 배출구(310)가 하부에 위치하며, 내부에서 상승하는 상기 건조된 슬러지의 미분을 다시 재공급하기 위하여 상기 건조기(200)의 일측과 연결되는 반송관(320)이 상부에 위치하는 싸이클론(300)을 더 구비할 수 있다.

상기 싸이클론(300)은 상부는 원통형이고 하부는 호퍼 형상을 가지고 있어 무거운 입자가 포집되어 배출되는데 유리하고, 호퍼 형상의 하단부에 배출구(310)가 형성되고, 원통형의 상부에는 반송관(320)이 위치하여 슬러지 미분은 건조기(200)로 반송시킨다. 건조기(200)로부터 상기 싸이클론(300)으로 인입된 건조된 슬러지 중에서, 일부분은 반송관(320)을 통하여 다시 건조기로 반송되고, 나머지 슬러지는 배출구(310)로 배출된다.

상기 건조기(200)에서 건조된 슬러지와 상기 싸이클론(300)으로부터 반송되는 건조된 슬러지 미분의 혼합을 위해 건조기(200)와 반송관(320)이 서로 연결되어 건조기에 공급되며, 경우에 따라서는 상기 반송관(320)이 슬러지 이송관(165)과 연결될 수도 있다. 즉, 건조기(200)에서 건조된 슬러지는 싸이클론(300)으로 이송되어 입자분리 공정을 거치는데, 이때 건조된 슬러지 미분은 건조기로 반송관(320)을 통해 반송되고, 건조기(200) 내부의 슬러지와 혼합되어 건조 효율을 증대시킬 수 있다. 또한, 미분을 반송시킴으로써 별도의 분진 처리시설이 필요 없어 시공비 절감을 도모할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 건조장치를 사용하여 슬러지를 건조하는 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 순환감량화조에 공급관을 통하여 공급된 슬러지를 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반한다(S1 단계).

일반적으로 하수처리장에서 발생하여 일부 탈수과정을 거친 탈수된 하수슬러지는 수분 함유율은 80% 내외이며, 연료 등으로 재활용하기 위해서는 수분 함유율이 10% 이하가 되어야 한다. 이러한 하수슬러지를 공급관을 사용하여 순환감량화조 내부로 공급하게 된다.

상기 순환감량화조의 내부에 위치한 제1 교반기를 사용하여 슬러지 교반이 일어날 수 있다. 이러한, 제1 교반기는 공급관을 통해 공급된 하수슬러지를 교반을 통해 균질화시키는 역할을 수행하고, 혼합뿐만 아니라, 슬러지를 파쇄하는 역할도 수행한다.

이후에, 상기 가압된 슬러지를 모노펌프를 사용하여 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키면서, 상기 배출된 슬러지를 가열기를 사용하여 가열시키고 공기압축기를 사용하여 가압한다(S2 단계).

모노펌프는 물질의 정량이송이 가능한 펌프로, 상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 기능을 한다. 그리고, 이렇게 배출된 슬러지는 가열기와 공기압축기를 통과하여 가압/가열된다. 상기 슬러지를 가열하는 가열기는 상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 가압하는 공기압축기는 가열기의 일측에 연결된다. 특히, 본 발명의 공기압축기는 상기 가열기와 연결되어 있으므로, 열역학법칙에 따르면 가압 시에는 의해서 온도가 상승하게 되므로, 공기압축기와 가열기가 상호작용하여 가압/가열의 효율성을 극대화할 수 있다.

그리고 나서, 상기 가압/가열된 슬러지를 파쇄기를 사용하여 분쇄한다(S4 단계).

본 발명의 파쇄기는 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하게 된다. 이러한 파쇄기를 사용하여 분쇄된 슬러지는 표면적이 증가하게 되므로 건조 및 감량화 효율이 증가되며, 동시에 슬러지의 세포벽의 파괴도 일어나기 때문에 건조 및 감량화 효율이 극대화될 수 있다.

이후에, 상기 분쇄된 슬러지를 선택적으로 순환관을 통하여 상기 순환감량화조로 순환시키거나, 이송관을 통하여 건조를 위하여 이송시킨다(S4 단계).

이렇게 분쇄된 슬러지는 선택적으로 순환관을 통하여 상기 순환감량화조로 순환시키거나, 이송관을 통하여 건조를 위하여 이송시킬 수 있다. 이러한 순환과 이송을 선택하는 조건은 슬러지의 함수량이나 종류 등에 따라 변경될 수 있지만, 일반적으로 함수량을 측정하여 순환감량화조로 다시 순환시키거나 건조기로 이송할 수 있다. 또한, 일정시간 동안 순환시킨 후에, 건조기로 이송시킬 수도 있다. 이를 위해 본 발명의 파쇄기는 분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비한다. 그리고, 순환관과 이송관과 연결된 조절밸브 등을 사용하여 이를 제어할 수 있다.

마지막으로, 상기 순환관을 통하여 상기 순환감량조로 인입된 슬러지를 진공펌프를 사용하여 감압하며, 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반한다(S5 단계).

상기 가압된 슬러지가 순환관을 통하여 순환감량화조로 순환되는 경우에는, 순환감량화조의 내부는 저압을 유지하게 되므로, 이러한 순환에 의하여 상기 슬러지는 가압과 감암을 반복하게 되어 슬러지의 건조효율을 높일 수 있다. 상기 하수슬러지는 유기성 슬러지에 해당되는 경우가 대부분이다. 이러한 유기성 슬러지에 존재하는 수분은 유기성 폐기물 내에 존재하는 수분은 물리적 상태에 따라 자유수와 결합수로 나뉘는데, 결합수는 간극수, 간극 모간수, 표면부착수, 입상 결합수로 구성되며, 슬러지 입자를 형성하고 있는 세포의 세포벽에 의해서 형성되어, 탈수가 용이하지 않다. 이에 가압과 감압을 반복하는 본 발명의 순환감량화조를 사용하면, 높지 않은 온도에서도 미생물의 세포벽 및 간극수(세포액의 결합상태)가 파괴되고, 미생물의 내부수가 배출되어 건조효율을 높일 수 있다. 이로 인하여, 본 발명의 슬러지 건조장치는 슬러지를 가압/가열하면서 분쇄하여 순환감량화조로 다시 재이송하는 과정을 통하여 건조 효율을 극대화할 수 있다.

100: 순환감량화조 110: 공급관
120: 제1 교반기 130: 진공펌프
131: 응축기 140: 모노펌프
151: 공기압축기 152: 가열기
160: 파쇄기 161: 순환관
162: 조절밸브 165: 이송관
166: 조절밸브 200: 건조기
210: 제2 교반기 220: 배출관
230: 송풍기 300: 싸이클론
310: 배출구 320: 반송관

Claims

슬러지를 공급하는 공급관이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조;
상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프;
상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프;
상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기;
상기 가열기의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기; 및
분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비하며, 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기;를 포함하는 슬러지 건조장치.
제1항에 있어서,
상기 진공펌프와 순환감량화조 사이에 위치하며, 순환감량화조에서 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
슬러지를 공급하는 공급관이 일측면에 위치하며, 상기 공급된 슬러지를 교반시키는 제1 교반기를 내부에 포함하는, 상기 슬러지에 가하는 압력을 변화시켜며 감량화시키는 순환감량화조;
상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 순환감량화조의 내부를 감압시키는 진공펌프;
상기 순환감량화조의 일측에 연결되며, 상기 슬러지를 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키는 모노펌프;
상기 모노펌프의 일측에 연결되며, 상기 모노펌프를 통하여 배출된 상기 슬러지를 가열하는 가열기;
상기 가열기의 일측에 연결되며 상기 가열되는 슬러지를 가압하는 공기압축기;
분쇄된 슬러지를 상기 순환감량화조로 순환시키는 순환관 및 분쇄된 슬러지를 건조를 위하여 이송시키는 이송관을 구비하며, 상기 가열기의 일측에 연결되어 상기 가압/가열된 슬러지를 분쇄하는 파쇄기; 및
상기 이송관과 일측이 연결되며, 건조를 위하여 기체를 공급하는 송풍기를 일측에 구비하고, 내부에 슬러지의 교반을 위한 제2 교반기를 구비하며, 건조된 슬러지의 배출을 위한 배출관을 일측에 구비하는 상기 이송관을 통하여 인입된 슬러지를 건조시키는 건조기;를 포함하는 슬러지 건조장치.
제3항에 있어서,
상기 진공펌프와 순환감량화조 사이에 위치하며, 순환감량화조에서 배출되는 배출가스를 응축시키는 응축기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
제3항에 있어서,
상기 배출관과 연결되어 상기 건조된 슬러지가 인입되고, 상기 건조된 슬러지의 배출구가 하부에 위치하며, 내부에서 상승하는 상기 건조된 슬러지의 미분을 다시 재공급하기 위하여 상기 건조기의 일측과 연결되는 반송관이 상부에 위치하는 싸이클론을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
(S1) 순환감량화조에 공급관을 통하여 공급된 슬러지를 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반하는 단계;
(S2) 상기 슬러지를 모노펌프를 사용하여 상기 순환감량화조의 외부로 배출시키면서, 상기 배출된 슬러지를 가열기를 사용하여 가열시키고 공기압축기를 사용하여 가압하는 단계;
(S3) 상기 가압/가열된 슬러지를 파쇄기를 사용하여 분쇄하는 단계;
(S4) 상기 분쇄된 슬러지를 선택적으로 순환관을 통하여 상기 순환감량화조로 순환시키거나, 이송관을 통하여 건조를 위하여 이송시키는 단계; 및
(S5) 상기 순환관을 통하여 상기 순환감량조로 인입된 슬러지를 진공펌프를 사용하여 감압하며, 제1 교반기를 사용하여 상기 슬러지를 교반하는 단계;를 포함하는 슬러지 건조 방법.