KR20160143520A - 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치 - Google Patents

주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치 Download PDF

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KR20160143520A
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Abstract

이 발명의 슬러지 탈수장치는, 슬러지에 함유된 수분이 배출되는 구멍이나 틈새를 갖는 원통과, 원통의 중심축을 따라 설치되어 구동원의 동력을 제공받아 슬러지를 이송시키면서 압착하여 구멍이나 틈새를 통해 탈수하는 압착수단을 포함하며, 압착수단은 원통의 중심축을 따라 설치되는 제1 샤프트와, 제1 샤프트 중에서 탈수된 슬러지가 배출되는 방향의 일측 구간에 위치하도록 제1 샤프트의 둘레를 따라 설치되며 제1 샤프트에 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트와, 제1 샤프트의 둘레를 따라서는 결합되어 일체화되고 제2 샤프트의 둘레를 따라서는 회전가능하게 설치되어 슬러지를 이송시키면서 압착하여 슬러지를 탈수시키는 스크류를 포함한다. 이 발명은 스크류를 주축 및 무축 스크류 구간으로 구성함으로써 슬러지가 스크류의 날개 등에 부착되지 않고 원활하게 외부로 배출할 수 있는 장점이 있다.

Description

주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치{SLUDGE DEHYDRATOR EQUIPPED WITH MAIN-AXIS SCREW CONVEYER SECTION AND NON-AXIS SCREW CONVEYER SECTION}
이 발명은 슬러지 탈수장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 스크류를 주축 및 무축 스크류 구간으로 구성함으로써 슬러지가 스크류의 날개 등에 부착되지 않고 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치에 관한 것이다.
매년 폐수의 양은 급격하게 증가하고 있다. 그로 인해 주변 환경의 오염문제가 심각하게 대두되고 있고, 그에 따라 폐수를 효과적으로 처리하기 위한 다양한 노력들이 행해지고 있다. 즉, 슬러지에 함유된 수분을 탈수하여 케이크로 만드는 슬러지 탈수장치에 대한 여러 기술들이 개발되어 왔다.
한편, 근래에는 스크류 프레스 방식으로 슬러지에 함유된 수분을 탈수하여 케이크로 만드는 슬러지 탈수장치가 주류를 이루고 있는데, 이러한 스크류 프레스 방식의 슬러지 탈수장치 또한 보다 향상된 탈수효율을 갖도록 개량되어 왔다. 즉, 예전에는 원통이 타공망 형태의 스크린으로 구성되어, 스크린의 구멍을 통해 슬러지에 함유된 수분이 외부로 배출되도록 구성했었다. 좀 더 구체적으로는 원통의 중심축을 따라 설치되어 슬러지를 이동시키면서 압착하는 스크류에 의해 슬러지에 함유된 수분이 스크린의 구멍을 통해 외부로 배출되도록 구성했었다.
그런데, 이러한 스크린 타입의 슬러지 탈수장치는 스크류가 회전하면서 슬러지를 이동시켜 고정된 스크린의 구멍을 통해 슬러지에 함유된 수분을 외부로 배출하는 구조를 갖는다. 즉, 스크린 타입의 슬러지 탈수장치는 스크린이 고정된 형태를 가짐에 따라 수분이 분리되는 과정에서 스크린에 부착된 슬러지가 원활하게 크리닝되지 않아 배수효과의 저하를 야기시키며, 그로 인해 탈수효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 보완하기 위해, 원통을 링 형상의 다수의 고정원판과 가동원판이 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층하여 구성한 적층 타입의 슬러지 탈수장치로 개량되었다. 이러한 적층 타입의 슬러지 탈수장치는 원통의 중심축을 따라 설치되어 슬러지를 이동시키면서 압착하는 스크류의 회전과 동시에 가동원판이 거동하면서, 고정원판과 가동원판 사이의 틈새를 통해 슬러지에 함유된 수분을 배출하며 그 틈새에 부착된 슬러지를 셀프크리닝할 수 있도록 구성한 것이다.
한편, 상기와 같은 스크린 타입 및 적층 타입의 슬러지 탈수장치는 원통의 중심축을 따라 설치되어 슬러지를 이동시키면서 압착하는 스크류에 의해 슬러지에 함유된 수분을 스크린의 구멍 또는 고정원판과 가동원판 사이의 틈새를 통해 외부로 배출하도록 구성한 것이다. 여기서, 스크류는 원통의 중심축을 따라 설치되는 구동축과, 이러한 구동축의 둘레를 따라 결합되는 스크류 날개로 구성된다. 즉, 종래의 스크류는 구동축과 스크류 날개가 일체로 구성되어 함께 회전하도록 구성된다.
한편, 초기의 스크류는 도 1과 같이 원통의 길이방향으로 동일 직경을 갖는 구동축을 이용하였다. 그런데, 동일 직경의 구동축을 갖는 스크류의 경우에는 수분이 함유된 슬러지가 투입되는 원통의 전단에서 케이크가 배출되는 후단으로 진행할수록 슬러지 내의 함수율이 낮아짐에도 불구하고, 구동축이 동일 직경을 가짐에 따라 슬러지가 구동축의 표면이나 스크류의 날개에 부착되어 쌓이는 문제점이 있었다. 즉, 슬러지가 슬러지 탈수장치의 내부에 꽉 채워진 상태에서 이송 배출되지 못함에 따라, 상기와 같이 슬러지가 쌓이는 문제점이 있었다. 또한, 슬러지가 원통의 후단 쪽으로만 힘을 받기 때문에, 원통의 후단에 위치하는 배압판의 중심에서 외부로 배출되어야 한다. 그로 인해, 탈수성이 좋아 함수율이 낮은 슬러지는 배압판의 중심에서 외부로 배출되면서 배압판에 고착되는 현상으로 인해 원활한 배출이 어려운 구조적인 문제점이 있었다.
그래서, 도 2와 같이 케이크의 배출구 쪽을 향해 그 직경이 점점 커지는 테이퍼진 형태의 구동축을 갖도록 스크류를 구성하였다. 그런데, 테이퍼진 형태의 구동축을 갖는 스크류의 경우에도 동일 직경의 구동축을 갖는 스크류보다는 덜 하지만 슬러지가 구동축의 표면이나 스크류의 날개에 부착되어 쌓이는 문제점이 있었다. 즉, 슬러지가 슬러지 탈수장치의 내부에 꽉 채워진 상태에서 이송 배출되지 못함에 따라, 상기와 같이 슬러지가 쌓이는 문제점이 있었다.
한편, 도 2와 같은 구조는 압착 이송시에 슬러지가 받는 힘의 방향과 슬러지에서 압착되어 빠지는 압착액이 배출되는 방향이 동일하여 케이크의 함수율이 양호하지 못할 뿐만 아니라, 압착이 쉬운 슬러지의 경우에는 압착액의 배출이 원활하지 못해 배출되는 케이크의 함수율 편차가 심한 문제점이 있었다. 또한, 슬러지가 슬러지 탈수장치의 내부에 꽉 채워진 상태에서 이송 배출되지 못함에 따라 슬러지의 처리량을 증가시키기 위해 스크류의 회전수를 높이면, 스크류의 회전방향으로 압착된 압착액이 중력에 의해 자동으로 배출되기 전에 스크류가 앞방향으로 진행되어 배출되는 케이크의 함수율이 높아 슬러지 처리가 어려운 문제점이 있었다.
특허등록 제10-0978040호(등록일 : 2010.08.19.)
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스크류를 주축 및 무축 스크류 구간으로 구성함으로써 슬러지가 스크류의 날개 등에 부착되지 않고 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 스크류의 주축과 무축을 서로 반대방향으로 회전시켜 슬러지를 압착 이송시킴에 따라 스크류의 회전수 변동에도 케이크의 함수율 변동이 거의 없어 슬러지의 처리량을 증대시킬 수 있는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명은, 슬러지에 함유된 수분이 배출되는 구멍이나 틈새를 갖는 원통과, 상기 원통의 중심축을 따라 설치되어 구동원의 동력을 제공받아 슬러지를 이송시키면서 압착하여 상기 구멍이나 틈새를 통해 탈수하는 압착수단을 포함하는 슬러지 탈수장치에 있어서, 상기 압착수단은 상기 원통의 중심축을 따라 설치되는 제1 샤프트와, 상기 제1 샤프트 중에서 탈수된 슬러지가 배출되는 방향의 일측 구간에 위치하도록 상기 제1 샤프트의 둘레를 따라 설치되며 상기 제1 샤프트에 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트와, 상기 제1 샤프트의 둘레를 따라서는 결합되어 일체화되고 상기 제2 샤프트의 둘레를 따라서는 회전가능하게 설치되어 슬러지를 이송시키면서 압착하여 슬러지를 탈수시키는 스크류를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 제2 샤프트는 별도 구동원의 동력을 제공받아 상기 제1 샤프트 및 상기 스크류와 역방향으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 제2 샤프트는 탈수된 슬러지가 배출되는 쪽을 향해 그 외경이 점점 커지는 테이퍼진 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 원통은 타공망 형태의 스크린으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 원통은 링 형상의 다수의 고정원판과 가동원판이 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 원통은 링 형상의 다수의 고정원판과 가동원판이 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층하여 구성한 적층형 원통과, 상기 적층형 원통의 일측에 연속하여 형성되며 타공망 형태의 스크린으로 구성한 스크린형 원통을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 스크린형 원통은 탈수된 슬러지가 배출되는 쪽을 향해 그 내경이 점점 작아지는 테이퍼진 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 제2 샤프트 중에서 상기 스크류와 충돌하지 않는 부분에 설치되어 탈수된 슬러지를 커팅하는 커팅부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 스크류를 주축 및 무축 스크류 구간으로 구성함으로써 슬러지가 스크류의 날개 등에 부착되지 않고 원활하게 외부로 배출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이 발명은 스크류의 주축과 무축을 서로 반대방향으로 회전시켜 슬러지를 압착 이송시킴에 따라 스크류의 회전수 변동에도 케이크의 함수율 변동이 거의 없어 슬러지의 처리량을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 일반적인 슬러지 탈수장치의 개념도이고,
도 3은 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 개념도이고,
도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 구성관계를 도시한 부분 분해 사시도이고,
도 5는 도 4에 도시된 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 결합 사시도이고,
도 6은 도 4에 도시된 슬러지 탈수장치의 압착수단의 구성관계를 도시한 단면도이고,
도 7은 도 4에 도시된 슬러지 탈수장치의 선회유도수단을 상세히 도시한 사시도이고,
도 8은 도 7에 도시된 선회유도수단의 작동과정을 도시한 평면도이고,
도 9는 도 5에 도시된 슬러지 탈수장치의 작동상태를 나타낸 작동상태도이고,
도 10은 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 압착수단을 촬영한 사진이고,
도 11은 도 10에 도시된 압착수단이 설치된 이 발명에 따른 슬러지 탈수장치를 촬영한 사진이고,
도 12는 주축 회전속도와 함수율의 관계를 실험한 발명예와 비교예의 비교 그래프이며,
도 13은 주축 회전속도와 처리량의 관계를 실험한 발명예와 비교예의 비교 그래프이다.
이 발명은 스크류 프레스 방식의 슬러지 탈수장치에 모두 적용이 가능하다. 즉, 상술한 바와 같은 스크린 타입 및 적층 타입의 슬러지 탈수장치에 모두 적용이 가능하다. 따라서, 이 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이 실시예는 이 발명의 개시가 완전하도록 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
먼저, 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 기본 개념에 대해 설명한다.
도 3은 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 발명의 슬러지 탈수장치는 슬러지에 포함된 수분을 탈수하여 케이크로 만드는 것으로서, 스크류를 주축 및 무축 스크류 구간으로 구성한 것이다. 즉, 슬러지가 공급되는 전반부 쪽에는 주축 스크류 구간으로 구성하고, 케이크 형태로 배출되는 후반부 쪽에는 무축 스크류 구간으로 구성한 것이다. 이렇듯, 이 발명은 전반부를 주축 스크류 구간으로 구성해 슬러지에 함유된 수분을 이송시키면서 효과적으로 탈수하고, 후반부를 무축 스크류 구간으로 구성해 슬러지가 샤프트의 표면 및 스크류의 날개에 슬러지가 부착되지 않고 원활하게 외부로 배출될 수 있도록 구성한 것이다.
또한, 이 발명은 스크류의 주축과 무축을 서로 반대방향으로 회전시키도록 구성하는 것이 더 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 슬러지는 제1 모터(M1)에 의해 A1 ~ A3 방향으로 이송되면서 점차 압착되는데, A2 위치에서 부터는 고착되려고 한다. 따라서, 이 발명에서는 슬러지가 고착되려고 하는 구간인 무축 스크류 구간에서 제2 모터(M2)를 제1 모터(M1)와 반대방향으로 회전시킴으로써, 슬러지가 샤프트의 표면 및 스크류의 날개에 고착되지 않고 케이크의 배출구 쪽으로 이송되도록 구성한 것이다.
또한, 이 발명은 주축 스크류 구간과 무축 스크류 구간의 샤프트를 서로 간에 반대방향으로 회전시킴에 따라, 주축 스크류 구간에서 이송된 슬러지가 주축과 무축 간의 경계부위에서부터 적체된 상태로 무축 스크류 구간을 따라 이송되도록 구성한 것이다. 즉, 무축 스크류 구간에서는 슬러지가 그 내부에 꽉 채워진 상태로 이송하게 된다. 따라서, 종래기술에서와 같이 스크류의 샤프트를 따라 압착액이 이동하지 않기 때문에, 스크류의 회전속도가 증가되더라고 함수율의 변동이 거의 없어 슬러지의 처리량을 증가시킬 수가 있다.
또한, 이 발명은 무축 스크류 구간의 샤프트 중에서 스크류와 충돌하지 않는 부분에 설치되어 탈수된 슬러지를 커팅하는 커팅부재를 더 포함함으로써, 과도하게 압착된 슬러지에 흠집 또는 공간을 내주어 슬러지의 원활한 이송 및 배출에 도움을 줄 수가 있다.
아래에서는 스크린 타입과 적층 타입을 혼합하여 복합형으로 구성한 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 이 발명의 한 실시예에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 구성관계를 도시한 부분 분해 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 결합 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시된 슬러지 탈수장치의 압착수단의 구성관계를 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 슬러지 탈수장치(100)는 슬러지에 포함된 수분을 탈수하여 케이크로 만드는 것으로서, 다수의 고정원판(120)과 가동원판(130)을 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복적으로 적층하여 구성한 적층형 원통(C1)과, 적층형 원통(C1)의 일측에 연속하여 형성되며 타공망 형태를 갖는 스크린형 원통(C2)과, 적층형 원통(C1)과 스크린형 원통(C2)의 중심축을 따라 설치되는 제1 샤프트(180)와, 제1 샤프트(180) 중에서 탈수된 슬러지가 배출되는 방향의 일측 구간에 위치하도록 제1 샤프트(180)의 둘레를 따라 설치되며 제1 샤프트(180)에 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트(190)와, 제1 샤프트(180)의 둘레를 따라서는 결합되어 일체화되고 제2 샤프트(190)의 둘레를 따라서는 회전가능하게 설치되는 스크류(110)와, 제1 샤프트(180)의 동력을 받아 가동원판(130)이 고정원판(120)에 대해 회전하도록 유도하는 선회유도수단(170)과, 제1 샤프트(180)의 일측에 설치되어 제1 샤프트(180) 및 스크류(110)를 구동시키는 동력을 제공하는 구동원인 모터(도시안됨)로 구성된다. 여기서, 제1, 제2 샤프트(180, 190)와 스크류(110)는 구동원의 동력을 제공받아 슬러지를 이송시키면서 압착하여 탈수하는 압착수단의 역할을 한다.
상기와 같은 구성관계 중에서, 이 발명의 주축 스크류 구간은 제1 샤프트(180)와 스크류(110)에 의해 형성되고, 무축 스크류 구간은 제2 샤프트(190)와 스크류(110)에 의해 형성된다.
스크류(110)는 제1 샤프트(180)를 중심축으로 하여 회전하고, 또한 제2 샤프트(190)의 둘레를 따라 회전가능하게 설치되어 슬러지를 이송시키면서 압착하여 슬러지를 탈수시키는 역할을 한다. 여기서, 스크류(110)는 제2 샤프트(190)의 둘레를 따라 회전하면서 제2 샤프트(190)의 표면을 따라 훑고 지나감에 따라, 슬러지의 고착이 발생하는 케이크의 배출구와 근접하는 제2 샤프트(190)의 표면 및 스크류(110)의 날개에 슬러지가 부착되지 않고 케이크의 배출구를 통해 원활하게 외부로 배출할 수가 있다.
상기 고정원판(120)과 가동원판(130)은 일정한 두께를 갖는 링 형상의 환형부재이다. 고정원판(120)과 가동원판(130)의 중앙에는 동일한 지름의 통공(121, 131)이 형성된다. 고정원판(120)의 원주면에는 외측으로 돌출된 2쌍의 돌출부(122)가 형성되고, 가동원판(130)의 원주면에는 외측으로 돌출된 1쌍의 돌출부(132)가 형성된다. 돌출부(122, 132)에는 삽입공(123, 133)이 각각 형성된다.
이와 같이 형성된 다수의 고정원판(120)과 가동원판(130)은 교대로 반복적으로 적층되어 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 적층형 원통(C1)을 형성한다. 다수의 고정원판(120)의 돌출부(122)와 다수의 가동원판(130)의 돌출부(132)는 적층형 원통(C1)의 길이방향으로 각각 일렬로 정렬된다. 이때, 고정원판(120)과 가동원판(130)의 돌출부(122, 132)는 상호 겹쳐지지 않는다. 한편, 고정원판(120)과 가동원판(130)의 통공(121, 131)은 지름이 동일하므로 연속된 하나의 공간을 형성한다. 이 공간은 슬러지의 이송통로로 활용된다.
이 실시예의 고정원판(120)은 4개의 돌출부(122)를 갖는다. 각각의 돌출부(122)는 고정원판(120)의 통공(121)을 중심으로 서로 대칭을 이룬다. 한편, 이 실시예에서는 고정원판(120)에 4개의 돌출부(122)가 형성되어 있으나 필요에 따라 그 수를 증감할 수 있다.
돌출부(122)의 삽입공(123)에는 각각 다수의 고정원판(120)을 일체로 연결하는 4개의 고정바(142)가 적층형 원통(C1)의 길이방향과 평행하게 결합된다. 고정바(142)는 다수의 고정원판(120)이 적층형 원통(C1)의 길이방향은 물론이고 고정원판(120)의 원주방향으로 이동하거나 흔들리지 않도록 단단히 지지하는 역할을 한다. 고정바(142)에는 길이방향으로 적층된 다수의 고정원판(120) 간의 거리를 일정하게 유지해 주는 스페이서(140)가 고정원판(120)의 사이사이마다 결합된다. 이때, 스페이서(140)는 가동원판(130)의 두께보다 두껍게 구성된다. 따라서, 다수의 고정원판(120)과 가동원판(130)의 사이에는 틈새가 각각 형성된다.
이 실시예에서는 가동원판(130)의 돌출부(132)가 고정원판(120)의 돌출부(122) 사이에 위치하도록 적층된다. 이는 가동원판(130)이 선회할 때 가동원판(130)의 돌출부(132)가 고정원판(120)의 돌출부(122)의 간섭을 덜 받게 하여 가동원판(130)의 선회범위를 크게 하기 위해서다.
가동원판(130)의 삽입공(133)에는 다수의 가동원판(130)을 일체로 연결해 주는 2개의 선회바(143)가 적층형 원통(C1)의 길이방향으로 삽입된다. 선회바(143)는 다수의 가동원판(130)이 일체로 움직이도록 한다. 선회바(143)에는 적층된 다수의 가동원판(130)의 간격을 일정하게 유지시키는 스페이서(141)가 가동원판(130)의 사이사이마다 설치된다.
이 스페이서(141)는 고정원판(120)의 두께보다 두껍게 구성된다. 따라서, 적층된 다수의 고정원판(120)과 가동원판(130)사이에는 스페이서(140, 141)와 고정원판(120) 및 가동원판(130)의 두께 차이 만큼에 해당하는 틈새가 형성한다. 틈새는 슬러지에 함유된 수분이 적층형 원통(C1)의 외부로 빠져나가는 배출구의 역할을 한다.
적층형 원통(C1)의 타측 단부에는 고정원판(120)과 가동원판(130)의 통공(121, 131)과 동일한 내경을 갖는 연통(150)이 설치된다. 연통(150)의 양 단부는 그 내부의 물질이 길이방향으로 이동할 수 있도록 개방된다. 연통(150)의 원주 일면에는 유입구(151)가 형성된다. 유입구(151)는 슬러지를 공급하는 통로 역할을 한다. 한편, 연통(150)은 항상 고정된 상태를 유지하므로 선회운동을 하지 않는 고정원판(120)과 결합되어야 한다. 따라서, 적층형 원통(C1)의 양 단부에는 항상 고정원판(120)이 배치되도록 적층해야 한다.
스크린형 원통(C2)은 적층형 원통(C1)의 일측에 연속하여 형성되는 것으로서, 타공망 형태를 갖는다. 이러한 스크린형 원통(C2)의 타측에는 수분이 제거된 케이크를 배출하는 배출통(155)이 설치된다. 여기서, 스크린형 원통(C2)은 상기 배출통(155) 쪽을 향해 고정원판(120)과 가동원판(130)의 통공(121, 131) 보다 점점 작아지는 내경을 갖는다. 즉, 스크린형 원통(C2)은 상기 배출통(155) 쪽을 향해 그 내경이 점점 작아지는 테이퍼진 형태를 갖는다. 이는 스크린형 원통(C2) 내부에 슬러지가 좀 더 많이 채워지는 상황을 만들어 슬러지가 보다 효율적으로 압착된 후 보다 원활하게 배출되도록 하기 위함이다. 그러나, 스크린형 원통(C2)의 내경을 고정원판(120)과 가동원판(130)의 통공(121, 131)과 동일하게 구성해도 무방하다.
상기 스크린형 원통(C2)은 일정 크기의 구멍이 등간격으로 형성되며 일정 길이를 갖는 케이스와, 케이스의 내측면에 설치되며 미세한 구멍을 갖는 스크린으로 구성된다. 스크린의 구멍은 슬러지에 함유된 수분이 스크린형 원통(C2)의 외부로 빠져나가는 배출구의 역할을 한다. 이러한 스크린형 원통(C2)은 고정부재 등에 의해 고정된 상태로 설치된다.
적층형 원통(C1) 및 스크린형 원통(C2)의 내부에는 상기와 같은 제1, 제2 샤프트(180, 190)와 스크류(110)가 설치된다. 이때, 제1 샤프트(180) 및 스크류(110)는 연통(150), 적층형 원통(C1), 스크린형 원통(C2) 및 배출통(155)을 관통하여 설치된다. 그런데, 스크류(110)의 날개는 연통(150), 적층형 원통(C1) 및 스크린형 원통(C2)에는 위치하고 배출통(155)에만 위치하지 않도록 설치된다. 그리고, 제2 샤프트(190)는 스크린형 원통(C2)에 위치하도록 배치된다.
한편, 제2 샤프트(190)는 스크린형 원통(C2)의 길이방향으로 동일 직경을 갖도록 구성하거나, 케이크의 배출구 쪽, 즉 상기 배출통(155) 쪽을 향해 그 외경이 점점 커지는 테이퍼진 형태로 구성할 수도 있다. 따라서, 이 실시예의 슬러지 탈수장치(100)는 상술한 스크린형 원통(C2) 또는 제2 샤프트(190)를 상기 배출통(155) 쪽을 향해 테이퍼진 형태를 가짐에 따라, 슬러지를 보다 효율적으로 압착하여 보다 원활하게 배출할 수가 있다.
상기 제2 샤프트(190)는 그 일측 단부는 제1 샤프트(180)에 회전 가능하게 결합되고 타측 단부는 배출통(155)에 고정된다. 그로 인해, 제2 샤프트(190)는 스크류(110)에 대해 회전하지 않고 고정되게 된다. 그런데, 제2 샤프트(190)의 양 단부를 제1 샤프트(180) 및 배출통(155)에 회전가능하게 지지하고, 배출통(155)이 위치하는 일측 단부에 스크류(110)를 구동시키는 모터 이외의 별도의 모터를 연결할 경우, 스크류(110)와 별도로 회전할 수가 있다. 따라서, 제2 샤프트(190)를 스크류(110)와 역방향으로 회전하도록 구성할 경우, 슬러지의 이송속도를 조절할 수가 있다.
즉, 제1 샤프트(180)와 제2 샤프트(190)를 서로 간에 반대방향으로 회전시킴에 따라, 주축 스크류 구간인 제1 샤프트(180)와 스크류(110)에 의해 탈수되면서 이송된 슬러지가 제1 샤프트(180)와 제2 샤프트(190) 간의 경계부위에서부터 적체된 상태로 무축 스크류 구간인 제2 샤프트(190)와 스크류(110)를 따라 이송하게 된다. 즉, 무축 스크류 구간에서는 슬러지가 그 내부에 꽉 채워진 상태로 이송하게 된다. 따라서, 종래기술에서와 같이 제2 샤프트(190)를 따라 압착액이 이동하지 않기 때문에, 스크류(110)의 회전속도가 증가되더라고 함수율의 변동이 거의 없어 슬러지의 처리량을 증가시킬 수가 있다.
또한, 이 실시예에 따른 슬러지 탈수장치는 무축 스크류 구간의 제2 샤프트(190) 중에서 스크류(110)와 충돌하지 않는 부분에 설치되어 탈수된 슬러지를 커팅하는 커팅부재(도시안됨)를 더 포함함으로써, 과도하게 압착된 슬러지에 흠집 또는 공간을 내주어 슬러지의 원활한 이송 및 배출에 도움을 줄 수가 있다.
한편, 스크류(110)의 날개는 제1 샤프트(180)를 중심축으로 하여 회전하며 적층형 원통(C1)의 일단에 설치된 연통(150)의 유입구(151)로 유입된 슬러지를 스크린형 원통(C2)의 타단에 설치된 배출통(155) 쪽으로 이송시킴과 아울러 적층형 원통(C1) 및 스크린형 원통(C2)의 길이방향으로 압착하는 역할을 한다. 여기서, 스크류(110)의 날개는 제1 샤프트(180)의 일측에 설치되어 동력을 제공하는 모터에 의해 제1 샤프트(180)를 중심축으로 하여 회전하고, 제2 샤프트(190)를 중심으로 회전운동한다.
그리고, 연통(150)의 단부에는 제1, 제2, 제3 체결공(161, 162, 163)이 형성된 보강판(160)이 각각 결합된다. 보강판(160)의 제1, 제2, 제3 체결공(161, 162, 163)에는 제1 샤프트(180), 고정바(142) 및 선회바(143)가 각각 결합된다. 제1 샤프트(180)는 베어링(도시되지 않음)을 매개로 제1 체결공(161)에 회전가능하게 설치되고, 고정바(142)는 제2 체결공(162)에 고정 결합되며, 선회바(143)는 제3 체결공(163)에 회전 가능하게 설치된다. 따라서, 고정바(142)에 의해 일체로 연결된 다수의 고정원판(120)은 움직이지 않는다.
각각의 보강판(160)의 외측면에는 선회바(143)를 선회시키기 위한 선회유도수단(170)이 결합된다. 선회유도수단(170)은 스크류(110)의 회전운동을 선회바(143)의 왕복 선회운동으로 전환하도록 구성된다.
도 7은 도 4에 도시된 슬러지 탈수장치의 선회유도수단을 상세히 도시한 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 선회유도수단(170)은 주동기어(171), 종동기어(172), 원동 캠(173) 및 종동판(174)으로 구성된다.
주동기어(171)는 제1 샤프트(180)에 결합되어 제1 샤프트(180)와 함께 회전한다. 제1 샤프트(180)의 좌우측에는 종동축(172a)이 제1 샤프트(180)와 평행하게 설치되는 데, 이 종동축(172a)에는 주동기어(171)와 치합되는 종동기어(172)가 설치된다.
종동기어(172)의 일면에는 원동 캠(173)이 결합된다. 원동 캠(173)은 종동기어(172)에 편심되게 설치된다. 따라서, 원동캠(173)은 종동기어(172)가 회전할 때 종동기어(172)의 종동축(172a)을 중심으로 회전한다. 즉, 원동캠(173)은 제1 샤프트(180), 주동기어(171) 및 종동기어(172)로 구성된 구동부를 통해 동력을 전달받고, 구동부는 주동기어(171) 및 종동기어(172)의 기어조합으로 구성된 동력전달 수단을 통해 스크류(110)의 회전을 원동 캠(173)에 전달한다.
종동판(174)은 제1 샤프트(180)에 회전 가능하게 설치된다. 종동판(174)의 평면에는 적층형 원통(C1)의 길이방향으로 관통된 복수개의 안내홈(174a)과 삽입공(174b)이 형성된다. 안내홈(174a)에는 원동 캠(173)이 삽입되고, 삽입공(174b)에는 선회바(143)가 결합된다.
안내홈(174a)은 종동판(174)에 장방형으로 형성된다. 안내홈(174a)의 폭은 원동캠(173)의 지름과 동일하고, 그 길이는 원동캠(173)의 회전직경과 동일하거나 크게 형성된다. 따라서, 원동캠(173)의 안내홈(174a)에 대한 상대운동은 안내홈(174a)의 길이방향으로 이동한다. 즉, 종동기어(172)가 종동축(172a)을 중심으로 회전하면 원동캠(173)이 안내홈(174a)의 벽면을 밀어 종동판(174)을 선회시키면서 안내홈(174a)의 길이방향을 따라 이동한다. 한편, 종동판(174)에는 선회바(143)가 결합되어 있으므로, 종동판(174)이 선회하면 선회바(143)를 매개로 다수의 가동원판(130)이 종동판(174)과 동일한 방향으로 선회운동한다.
이 실시예에서는 선회유도수단(170)의 외측에 별도의 보강판(160a)이 더 결합된다. 이 보강판(160a)은 선회유도수단(170)을 외부의 충격으로부터 보호하고, 각각의 축과 로드를 지지하는 역할을 한다.
도 8은 도 7에 도시된 선회유도수단의 작동과정을 도시한 평면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 주동기어(171)가 회전하면 종동기어(172)가 주동기어(171)의 회전과 반대 방향으로 회전한다. 그러면, 종동기어(172)에 결합된 원동캠(173)이 다른 원 궤적을 그리면서 종동축(172a)을 중심으로 회전한다. 이때, 원동캠(173)은 종동판(174)의 안내홈(174a)에 삽입된 상태이므로 원동캠(173)이 회전하면, 원동캠(173)이 안내홈(174a)의 측벽을 밀면서 안내홈(174a)의 길이방향을 따라 이동한다. 이에 따라 종동판(174)은 원동캠(173)의 회전궤도와 제1 샤프트(180)를 중심으로 안내홈(174a)이 그리는 회전궤적이 중복되는 범위에서 왕복 선회운동한다.
종동판(174)의 선회각도는 원동 캠(173)이 안내홈(174a)의 중간위치에 다다랐을 때 최고정점을 이루며, 이 정점을 지나면 원동 캠(173)의 회전운동에 의해 다시 반대방향으로 회전하여 그 각도가 줄어들다가 안내홈(174a)의 양단에 다다랐을 때 최저점에 이른다. 즉, 원동 캠(173)이 회전운동하면 종동판(174)은 일정한 범위에서 왕복 선회운동한다. 따라서, 이 발명에서는 제1 샤프트(180)가 회전하면 원동 캠(173)과 종동판(174)에 의해 가동원판(130)이 일정한 범위 내에서 왕복 선회운동하면서 고정원판(120)과 가동원판(130) 사이의 틈새에 끼인 이물질을 제거한다. 한편, 종동판(174)의 선회각도는 원동 캠(173)의 회전반경을 통해 조절할 수 있다.
모터는 제1 샤프트(180)의 일측에 설치되어 동력을 제공하여 스크류(110)를 회전시키고, 또한 제1 샤프트(180)에 맞물려 작동하는 선회유도수단(170)을 통해 선회바(143)를 매개로 다수의 가동원판(130)을 왕복 선회운동시킨다.
아래에서는 이 실시예에 따른 슬러지 탈수장치의 전체적인 동작과정을 상세히 설명한다.
도 9는 도 5에 도시된 슬러지 탈수장치의 작동상태를 나타낸 작동상태도이다. 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 적층형 원통(C1)의 일단에 결합된 연통(150)의 유입구(151)에 슬러지를 투입한다. 그런 다음, 제1 샤프트(180) 및 스크류(110)를 가동시켜 적층형 원통(C1) 내부에 유입된 슬러지를 스크린형 원통(C2)을 거쳐 배출통(155) 쪽으로 이송시킨다.
즉, 제1 샤프트(180)와 스크류(110)에 의해 점차 탈수된 슬러지가 주축 스크류 구간에서 무축 스크류 구간으로 이송된다. 그러면, 무축 스크류 구간에서는 스크류(110)가 제2 샤프트(190)의 둘레를 따라 회전하면서 제2 샤프트(190)의 표면을 따라 훑고 지나감에 따라, 제2 샤프트(190)의 표면 및 스크류(110)의 날개에 슬러지가 부착되지 않고 스크린형 원통(C2)을 거쳐 배출통(155) 쪽으로 이송된다.
여기서, 제1 샤프트(180)와 제2 샤프트(190)를 서로 간에 반대방향으로 회전시킬 경우에는, 주축 스크류 구간인 제1 샤프트(180)와 스크류(110)에 의해 탈수되면서 이송된 슬러지가 제1 샤프트(180)와 제2 샤프트(190) 간의 경계부위에서부터 적체된 상태로 무축 스크류 구간인 제2 샤프트(190)와 스크류(110)를 따라 이송하게 된다. 즉, 무축 스크류 구간에서는 슬러지가 그 내부에 꽉 채워진 상태로 이송하게 된다. 따라서, 압착액이 제2 샤프트(190)를 따라 이동하지 않고 스크린의 구멍을 통해 서서히 빠져나가기 때문에, 스크류(110)의 회전속도가 증가되더라고 함수율의 변동이 거의 없어 슬러지의 처리량을 증가시킬 수가 있다.
또한, 스크류(110)가 가동됨에 따라 종동판(174)이 적층형 원통(C1)의 길이방향을 축으로 왕복 선회운동을 시작한다. 그러면, 가동원판(130)은 종동판(174)에 결합된 선회바(143)를 매개로 종동판(174)과 마찬가지로 왕복 선회운동한다. 이때, 고정원판(120)은 보강판(150)에 체결된 고정바(142)에 의해 고정된 상태이므로 회전하지 않는다.
가동원판(130)의 반복적인 왕복 선회운동은 적층형 원통(C1) 내부에 지속적인 움직임을 발생시킨다. 이러한 움직임은 슬러지를 지속적으로 자극하여 수분이 원활하게 배출되도록 함과 더불어, 고정원판(120)과 가동원판(130) 사이에 형성된 틈새에 이물질이 막히는 것을 예방한다.
한편, 적층형 원통(C1)을 거쳐 스크린형 원통(C2)으로 이송된 슬러지는 스크류(110)의 날개가 회전함에 따라 압착되면서 그 내부의 수분이 스크린의 구멍을 통해 외부로 배출된다.
스크류(110)에 의해 스크린형 원통(C2)의 단부까지 이송된 케이크는 스크린형 원통(C2)의 단부에 결합된 배출통(155)의 배출구(도시안됨)를 통해 외부로 배출된다.
아래에서는 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치를 제작하여 비교 실험한 일례에 대해 설명한다.
도 10은 이 발명에 따른 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치의 압착수단을 촬영한 사진이고, 도 11은 도 10에 도시된 압착수단이 설치된 이 발명에 따른 슬러지 탈수장치를 촬영한 사진이다.
이 실험에서는 슬러지 탈수장치의 원통을 스크린 타입과 적층 타입을 혼합한 복합형으로 구성하되, 상술한 바와 같이 도 6 및 도 10과 같은 구조를 갖는 압착수단을 구비한 것을 발명예로 하고, 도 1과 같이 일반적인 스크류를 구비한 것을 비교예로 하여 실험하였다.
이때, 슬러지는 약 1.3%의 공단 슬러지와, 약 0.8%의 산업단지 내 폐수처리장 슬러지를 이용하고, 폴리머는 하나로 6125(액상)를 사용하였다. 그 실험결과는 표 1, 도 12 및 도 13과 같다.
구분 가동 시간 슬러지 유량
(㎥/hr)		 슬러지 농도 탈수기 속도(Hz) 함수율
(%)		 탈수 케이크 배출량
(kg/hr)		 최대 부하
(A)
비교예 09:00~09:30 2.7~3.15 약1.2%
내외		 30 76.4 162kg/hr 1.4
09:30~10:00 78.0
10:00~10:30 50 80.2 185kg/hr
10:30~11:00 86.2
발명예 09:00~09:30 2.7~3.3 30 77.7~78.7 178kg/hr 1.1
09:30~10:00
10:00~10:30
10:30~11:00
14:10~15:10 50 79.5~81.6 258kg/hr
15:10~15:30 60 79.5 79.3 295kg/hr
도 12는 주축 회전속도와 함수율의 관계를 실험한 발명예와 비교예의 비교 그래프이고, 도 13은 주축 회전속도와 처리량의 관계를 실험한 발명예와 비교예의 비교 그래프이다.
표 1 및 도 12에서 알 수 있듯이, 비교예는 주축(샤프트)의 회전속도 증가에 따라 주축을 따라 압착액의 이동이 많아 회전속도 변화에 따른 슬러지의 함수율 변동이 많았으나, 발명예는 주축의 회전속도 변화에 따른 함수율 변동이 거의 없음을 알 수 있다. 그리고, 표 1 및 도 13에서 알 수 있듯이, 비교예는 주축의 회전속도 증가에 따라 슬러지의 처리량이 소폭 증가하였으나, 발명예는 주축의 회전속도 증가에 비례하여 슬러지의 처리량이 증가됨을 알 수 있다.
이상에서 이 발명의 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이다. 따라서, 이 발명이 상기에 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 이 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 그러한 변형예 또는 수정예들 또한 이 발명의 특허 청구범위에 속한다 할 것이다.
100 : 슬러지 탈수장치 110 : 무축 스크류
120 : 고정원판 130 : 가동원판
170 : 선회유도수단 180 : 제1 샤프트
190 : 제2 샤프트

Claims (8)

  1. 슬러지에 함유된 수분이 배출되는 구멍이나 틈새를 갖는 원통과, 상기 원통의 중심축을 따라 설치되어 구동원의 동력을 제공받아 슬러지를 이송시키면서 압착하여 상기 구멍이나 틈새를 통해 탈수하는 압착수단을 포함하는 슬러지 탈수장치에 있어서,
    상기 압착수단은 상기 원통의 중심축을 따라 설치되는 제1 샤프트와, 상기 제1 샤프트 중에서 탈수된 슬러지가 배출되는 방향의 일측 구간에 위치하도록 상기 제1 샤프트의 둘레를 따라 설치되며 상기 제1 샤프트에 회전 가능하게 결합되는 제2 샤프트와, 상기 제1 샤프트의 둘레를 따라서는 결합되어 일체화되고 상기 제2 샤프트의 둘레를 따라서는 회전가능하게 설치되어 슬러지를 이송시키면서 압착하여 슬러지를 탈수시키는 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 샤프트는 별도 구동원의 동력을 제공받아 상기 제1 샤프트 및 상기 스크류와 역방향으로 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 샤프트는 탈수된 슬러지가 배출되는 쪽을 향해 그 외경이 점점 커지는 테이퍼진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통은 타공망 형태의 스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통은 링 형상의 다수의 고정원판과 가동원판이 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층하여 구성한 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통은 링 형상의 다수의 고정원판과 가동원판이 그 사이에 틈새를 갖도록 교대로 반복 적층하여 구성한 적층형 원통과, 상기 적층형 원통의 일측에 연속하여 형성되며 타공망 형태의 스크린으로 구성한 스크린형 원통을 포함하는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스크린형 원통은 탈수된 슬러지가 배출되는 쪽을 향해 그 내경이 점점 작아지는 테이퍼진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 샤프트 중에서 상기 스크류와 충돌하지 않는 부분에 설치되어 탈수된 슬러지를 커팅하는 커팅부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주축 및 무축 스크류 구간을 갖는 슬러지 탈수장치.
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