KR20170127620A - 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 돈분을 포함하는 가축분뇨를 탈수하는 탈수 장치에 있어서, 가축분뇨를 탈수하는 데칸터를 포함하는 1차 탈수기와; 상기 데칸터에서 탈수된 1차 탈수케이크와 혼합하여 슬러지를 형성하는 탈수보조제와; 상기 형성된 슬러지를 탈수하는 필터프레스;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 1차 탈수된 케이크로 생성된 슬러지의 응집능력을 향상시키고 부식성이 적은 탈수보조제를 활용하여 탈수처리능력을 향상시키며 케이크의 함수율을 저감시킬 수 있으며, 최적의 탈수보조제 사용량과 혼합시간을 제공할 수 있다.

Description

가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법 {De-watering Device of Livestock Excretions and De-watering Method thereof}
본 발명은 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법에 관한 것으로, 특히, 함수율이 현저하게 저감될 수 있는 가축 분뇨 탈수케이크를 형성할 수 있도록 구조를 개선한 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법에 관한 것이다.
국내 가축 사육두수는 2013년 기준 약 2억 3천만 마리로 닭, 오리가 약 92%, 돼지가 약 4% 그리고 소, 말 등 기타 가축이 약 4%정도 차지하는 것으로 나타났으며, 경제성장 및 축산물 소비의 증가로 인하여 최근 5년간(2007 ~ 2013년) 가축의 사육두수는 매년 증가하는 추세에 있어 가축분뇨 발생량은 전반적으로 증가하고 있는 것으로 파악된다.
2013년 기준 국내 가축분뇨 발생량(173,052 ㎥/일) 중 돼지에 의해 발생하는 가축분뇨가 전체 가축분뇨 발생량의 52%(89.915 ㎥/일)를 차지해 양이 가장 많고, 오염 부하량도 다른 가축분뇨(젖소 20,840 ㎥/일, 소 43,369 ㎥/일, 닭·오리 17,234 ㎥/일)에 비해 상당히 높은 편이다.
이러한 가축분뇨에 대한 규제, 처리 내지 활용을 위한 다양한 입법이 추진되어 왔다. 경제성 제고와 가축분뇨 적정관리 및 자원화를 통하여 친환경 축산기반의 조성과 수질오염방지를 달성하기 위하여 정화처리 위주에서 지역별 특성을 고려한 자원화 시설로의 전환을 위해 퇴/액비 자원화 시설 설치를 우선적으로 고려하는 사업을 추진해왔으며, 가축분뇨의 자원화를 촉진하고자 환경부와 농림수산식품부에서 ‘가축분뇨의 관리 및 이용에 관한 법률(가축분뇨법)’을 제정공포(2006.09) 및 시행하였다(2007.10).
이러한 가축분뇨 처리 및 이용형태는 ‘분’과 ‘뇨’를 분리하는 경우와 혼합하여 처리하는 경우에 따라 다르며, 수거된 분과 뇨의 성상에 따라 퇴비화, 액비화, 정화처리, 에너지화 등 여러 가지 방법이 있다.
현재 국내 가축분뇨는 약 90% 정도가 퇴·액비로 자원화 되고 있지만 토양, 하천 등의 주오염원으로 인식되기 시작함에 따라 가축분뇨법 개정 등 환경규제가 지속적으로 강화되고 있으며 논, 밭에 살포한 퇴·액비가 녹조발생 등의 주요 원인으로 지목되고 있는 실정이다. 또한 시간, 공간적 제약으로 공급이 초과하는 상황을 초래하며 경제성이 낮은 단점이 있다.
다른 한편, 가축분뇨를 에너지화하기 위한 바이오가스 플랜트는 국내의 경우 낮은 혐기소화 효율과 안정적 운영에 대한 문제, 그리고 정책기반 미흡으로 인해 민간 주도형의 상용화 보급에 많은 어려움이 있으며, 가축분뇨를 활용한 고체연료화의 경우에는 분뇨의 높은 함수율을 낮추기 위한 건조에너지가 생산된 에너지보다 많이 필요한 열역학적인 한계점을 가지고 있어 에너지 생산 측면의 문제점 해결이 필요하다.
특히, 가축분뇨 중 돼지분뇨는 슬러리 형태로 발생 수분이 많아 처리기술 및 운영 등이 미흡한 개별 농가에서 자원화 처리 시 비용, 악취, 품질 및 환경오염 등의 문제가 빈번하게 발생하며 기술적인 한계점이 있다.
현재 돼지분뇨를 비롯한 가축분뇨는 주로 데칸터 탈수장치로 처리되고 있어 최종 생산되는 탈수 케이크의 함수율이 80% 전후로 매우 높다는 문제를 가지고 있다.
이러한 고 함수율의 탈수 케이크는 고체연료화 등의 목적으로 고온 가열기를 이용하여 후속 건조 공정을 거치게 되고, 수분 함량을 30wt% 이하로 낮추는 완전 건조의 경우 건조 슬러지를 시멘트 원료나 산업용 연료 등으로 재활용 하는 것을 목표로 하며, 수분함량을 60wt% 정도까지 낮추는 부분건조의 경우에는 슬러지 소각시 연료 소모를 최소화하기 위한 전 단계로 시행되고 있는 실정이다.
따라서 난 탈수성인 가축분뇨의 탈수성을 향상시켜 최종 탈수 케이크의 함수율을 근원적으로 60% 이하로 생산할 수 있는 기술 개발은 고체연료화에 소요되는 에너지 절감과 슬러지 감량화를 통한 폐기물 처리비용의 절감 측면에서 매우 유용한 기술이다.
본 발명과 관련된 선행기술은 등록특허공보 제723338호 (2007. 05. 30 공고)의 ‘가축분뇨 자원화 처리시설’, 공개특허공보 제2014-0013491호 (2014. 02. 05. 공개)의 ‘가축분뇨의 고액 분리기’ 등을 예로 들 수 있다.
본 발명의 목적은, 1차 탈수된 케이크로 생성된 슬러지의 응집능력을 향상시키고 부식성이 적은 탈수보조제를 활용하여 탈수처리능력을 향상시키며 케이크의 함수율을 저감시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 최적의 탈수보조제 사용량과 혼합시간을 제공할 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 60wt% 이하의 함수율이 낮은 탈수 케이크를 간단하고 용이하게 얻을 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 탈수 케이크의 재활용율을 향상시키거나 건조 등의 경우 비용을 절감시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 일차적으로 데칸터를 통해 탈수한 케이크를 재탈수하여 난 탈수성의 가축분뇨 슬러지를 간단하고 편리하면서 경제적 효과를 향상시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 돈분을 포함하는 가축분뇨를 탈수하는 탈수 장치에 있어서, 가축분뇨를 탈수하는 데칸터를 포함하는 1차 탈수기와; 상기 데칸터에서 탈수된 1차 탈수케이크와 혼합하여 슬러지를 형성하는 탈수보조제와; 상기 형성된 슬러지를 탈수하는 필터프레스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 장치에 의해서 달성된다.
또한, 상기 필터프레스에 의하여 탈수되어 형성된 케이크의 함수율을 65wt%에서 55wt% 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈수보조제에서 제1철(Fe(II))은 0.07wt% 이하, 황산이온(SO4 2-)은 24~29wt%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 탈수보조제의 혼합량은 가축분뇨 고형물 중량 대비 철 이온을 3~5wt% 범위인 것이 바람직하다.
또한, 상기 필터프레스는 복수의 여과판을 구비하되, 상기 여과판은 압착여과판을 포함하고, 상기 여과판으로 슬러지를 설정된 목표 압력까지 이송한 후 공기 또는 물을 포함하는 압착유체를 상기 압착여과판으로 공급하여 상기 여과판 내부에 포집된 케이크를 압착 탈수하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 여과판과 여과판 사이의 공간인 여실의 폭으로 케이크가 형성되는 두께는 30~25mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 탈수케이크와 상기 탈수보조제의 혼합시간은 3~5분인 것이 바람직하다.
또한, 상기 1차 탈수케이크와 상기 탈수보조제의 혼합은 라인믹서로 혼합하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은, 돈분을 포함하는 가축분뇨를 탈수하는 방법에 있어서, 가축분뇨를 테칸터를 포함하는 1차 탈수기로 탈수하는 (1)과정과; 상기 1차 탈수기에서 탈수한 1차 탈수케이크와 탈수보조제를 혼합하여 슬러지를 형성하는 (2)과정과; 상기 (2)과정에서 형성된 슬러지를 필터프레스로 탈수하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 탈수 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 1차 탈수된 케이크로 생성된 슬러지의 응집능력을 향상시키고 부식성이 적은 탈수보조제를 활용하여 탈수처리능력을 향상시키며 케이크의 함수율을 저감시킬 수 있으며, 최적의 탈수보조제 사용량과 혼합시간을 제공할 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
또한, 60wt% 이하의 함수율이 낮은 탈수 케이크를 간단하고 용이하게 얻을 수 있으며, 탈수 케이크의 재활용율을 향상시키거나 건조 등의 경우 비용을 절감시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
또한, 일차적으로 데칸터를 포함한 탈수기로 탈수한 케이크를 재탈수하여 난 탈수성의 가축분뇨 슬러지를 간단하고 편리하면서 경제적 효과를 향상시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탈수 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 개념도,
도 2는 분뇨의 탈수시험을 한 시험설비의 일예를 도시한 개략도,
도 3은 탈수보조제의 첨가량을 변화시키고 시간에 따른 여액 배출속도를 도시한 그래프,
도 4는 1차 탈수케이크와 탈수보조제의 혼합시간에 따른 여액 배출속도를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탈수 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법(100, 이하에서 ‘탈수 장치’라 함)에 대하여 아래의 도 1 내지 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 탈수 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 분뇨의 탈수시험을 한 시험설비의 일예를 도시한 개략도이며, 도 3은 탈수보조제의 첨가량을 변화시키고 시간에 따른 여액 배출속도를 도시한 그래프이고, 도 4는 1차 탈수케이크와 탈수보조제의 혼합시간에 따른 여액 배출속도를 도시한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탈수 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 ?y수 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 돈분을 포함하는 각종 가축의 분뇨를 생화학적인 다양한 공지의 방법으로 전처리하고 농축된 농축조(30)의 농축슬러리를 농축슬러리 이송라인(115)을 통해 농축슬러리 이송펌프(113)로 데칸터를 포함하는 1차 탈수기(110)로 이송하여 여액과 케이크를 분리하여 즉, 고체 성분인 케이크와 액체 성분인 여액을 서로 분리시킨다(도 5의 S210 단계 참조). 이 과정에서 발생된 1차 케이크는 1차 탈수케이크 이송라인(117)을 따라 라인믹서를 포함하는 혼합부(150)로 이송된다.
이때, 1차 탈수기(110)에서 탈수된 1차 케이크의 함수율은 대략 80wt% 전후이다.
이렇게 혼합부(150)에 이송된 1차 탈수케이크는 탈수보조부(130)에서 이송된 탈수보조제와 혼합부(150)에서 일정시간 혼합된다(도 5의 S230 단계 참조). 여기서, 탈수보조제는 제1철(Fe(II)) 0.07wt% 이하, 황산이온(SO4 2-) 24~29wt%를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 탈수보조제는 구조적으로 황산제이철의 SO4 2-의 일부를 OH-로 옮겨놓은 삼차원의 배위를 하고 있으며, OH기를 가교로서 중합되어, 다핵착체(多核錯)를 형성하고 있으며, 1차 탈수케이크와 혼합된 슬러지에 대한 응집능력을 향상시킬 수 있고, 염기도를 가지기 때문에 알칼리도의 소비가 적고, 부식성이 적다는 특징을 갖는다.
즉, 본 출원인이 수십 년간 탈수가 어려워 함수율을 저하시키기 어려운 난 탈수성의 분뇨 폐수에 대한 탈수 방법을 연구해온 이래로 수많은 착오를 거쳐 도출한 수단이 탈수보조제이다. 이러한 탈수보조제는 케이크를 형성하는 고형입자와 결합된 물분자를 부분적으로 파괴하여 탈수성을 향상시키는 것으로 파악되며 본 출원인은 이러한 구조에 대하여 더욱 더 연구를 기울일 예정이다.
탈수보조부(130)는 탈수보조제를 저장하는 보조제 저장탱크(131)와 보조제 저장탱크(131)에서 혼합부(150)로 이송시키는 보조제 이송라인(135)과 보조제 이송라인(135) 상에 결합되어 탈수보조제를 혼합부(150)로 가압하는 보조제 이송펌프(133)를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 탈수보조제는 예를 들어 1차 탈수케이크의 이송량을 미도시된 센서로 감지하고 1차 탈수케이크의 함수율을 고려하여 1차 탈수케이크 내의 총 고형분을 제어부(190)에서 산출할 수 있다.
이러한 1차 탈수케이크 내의 총 고형분량에 기초하여 제어부(190)에서 예를 들면, 정량으로 공급되는 보조제 이송펌프(133)를 가동시킬 수 있다. 이에, 1차 탈수케이크의 총 고형분에 대하여 일정한 비율로 탈수보조제를 정량으로 공급시켜 혼합부(150)에서 안정적으로 1차 탈수케이크와 탈수보조제가 혼합될 수 있도록 제어부(190)에서 제어할 수 있다.
다음, 이렇게 혼합부(150)에서 혼합된 슬러지는 필터프레스(170)로 이송된다(도 5의 S250 단계 참조).
즉, 혼합부(150)에서 필터프레스(170) 사이의 혼합슬러지 이송라인(175)을 따라 혼합된 슬러지는 혼합슬러지 이송펌프(173)에 의하여 가압되어 이송된다. 여기서, 혼합슬러지 이송펌프(173)는 다양한 공지의 펌프를 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 모노펌프, 다이어프램 펌프 등이 사용될 수 있다.
그리고, 필터프레스(170)의 핵심구성인 여과판(171)은 복수로 구비되어 있으며, 그 중에서 일부 또는 전부가 압착여과판(171b)인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 일반여과판(171a)과 압착여과판(171b)이 교대로 설치된 여과판(171)이 그 일예이다.
여기서, 필터프레스(170)는, 압착여과판(171b)으로 물 또는 공기(주로 물임)를 포함하는 압착유체가 공급되는 압착유체 공급라인(179)과, 압착유체 공급라인(179)에서 공급되어 각 압착여과판(171b)으로 분배하는 압착유체 헤드(179a)와, 압착유체 헤드(179a)에서 각 압착여과판(171b)으로 압착유체를 공급하는 압착유체 호스(179b)를 각각 구비하고 있다. 그리고, 여과판(171) 사이의 공간이 여실의 폭(도 1의 ‘t’ 참조)이고, 이 폭이 케이크 두께가 되고 여기에 프레스 탈수케이크(177)가 형성된다. 다만, 압착여과판(171b)의 압착에 의하여 여실에 형성된 케이크는 탈수가 더 진행되어 더 얇아질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 필터프레스(170)에 의해 혼합된 슬러지는 혼합슬러지 이송펌프(173)에 의해 혼합슬러지 이송라인(175)을 통해 혼합부(150)에서 필터프레스(170)의 여과판(171)의 여실 내부로 가압 이송된다(도 5의 S250 단계 참조).
가압 이송된 슬러지는 여과판(171)의 표면을 둘러싸는 여과포(미도시)에 의하여 고형분은 여실 내에 포집되어 케이크화 되고 여과포를 통과한 여과액 내지 여액은 다시 농축조(30) 등으로 배출된다.
이 과정에서 제어부(190)는 혼합슬러지를 가압 이송하는 혼합슬러지 이송펌프(173)의 가압하는 압력을 설정할 수 있고 이러한 설정 압력을 목표압력으로 선택할 수 있다. 즉, 혼합슬러지 이송펌프(173)의 목표압력에 도달한 후에 일정시간이 경과한 후에 혼합슬러지의 이송을 제어부(190)에 정지하도록 제어할 수 있다.
이렇게 혼합슬러지 이송펌프(173)가 압력에 의해 혼합슬러지의 탈수를 완료한 후 압착여과판(171b)으로 물을 포함하는 압착유체를 공급하여 여과판(171) 사이에 형성된 케이크를 다시 압착 가압함으로써 케이크 내부에 함유된 수분을 더 배출시켜 케이크의 함수율을 더 저감시킬 수 있다(도 5의 S250 단계 참조).
이하에서 전술한 본 발명에 따른 탈수 장치(100)에 대한 시험, 실험 등에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같고 슬러지의 예로는 가축분뇨 중에서 돈분이 선택되었다.
먼저, 도 2에 도시된 것은 본 발명에 따른 탈수장치를 축소한 소형 시험설비(300)이다.
실험에 사용된 시험설비(300)는 탈수보조제와 혼합된 1차 탈수케이크가 혼합된 슬러지가 수용되는 본체(321)는 내경 14cm, 높이 25cm 이며 하측의 여액이 통과하는 여과판(327)의 여과면적이 154 cm2이고, 본체(321) 내에 전술한 탈수보조제와 혼합된 1차 탈수케이크를 일정량 주입하고, 본체(321) 상부에 설치된 피스톤(315)에 의해 본체(321) 내부의 이동판(323)이 일정한 압력으로 슬러지를 압착하는 형식의 가압식 소형 시험설비이다.
본체(321)의 슬러지가 수용되는 상하에는 여과포(325)와 여과판(327)이 설치되어 있고 케이크층에 인가된 압력으로 인해 수분은 케이크 층과 여과포(325), 여과판(327)의 기공을 통해 본체(321)의 하부로 배출되어 여과액라인(331)을 따라 용기에 수용되고 수용된 여액은 저울(333)에 의하여 그 량을 측정할 수 있다. 즉, 본체(321) 하부로 배출된 탈수 여액은 본체(321)의 하부에 설치되어 있는 용기에 포집되며 저울(333)로 시간의 경과에 따른 탈수 여액량을 측정할 수 있다.
한편, 본체(321)를 가압하는 피스톤(315)은 압축공기에 의하여 가압되고, 가압되는 압축공기 배관라인에 밸브(317), 압력조절기(310), 압력계(313) 등이 구비되어 있어 가압되는 압축공기의 압력을 측정할 수 있다.
여기서, 참고로 탈수보조제의 적갈색 액체이고, 비중(20℃)이 약 1.45~1.49이고, 점도(20℃)가 10~30cps이다. 또한, pH(1w/v%)는 2 이상이며, total Fe는 11% 이상이며, 염소이온(Cl-)은 0.05wt% 이하이고, 빙점은 12±1℃이다.
이러한 시험장비(300)로 데칸터의 1차 탈수기로 탈수된 돈분 탈수케이크(함수율 75~80%)의 고형물 중량 대비 탈수보조제에 함유되어 있는 철(Fe) 이온의 중량 기준으로 0%, 1%, 3%, 5%, 7% 첨가하여 혼합하고 각각에 따른 탈수된 여액의 배출속도를 측정한 결과를 그래프로 표시하면 도 3에 도시된 바와 같다.
이 과정에서 케이크 층에 인가되는 압력은 탈수 초기부터 종료 시까지 전 기간 동안 15bar를 유지하였으며, 도 3에 따르면, 탈수보조제 첨가량이 증가할수록 탈수여액의 배출속도가 증가하였으며, 최종 탈수케이크의 함수율은 [표 1]에 도시한 바와 같이 감소하였음을 알 수 있다.
탈수보조제 0% 1% 3% 5% 7%
최종 함수율 69.0% 65.5% 58.3% 58.0% 55.4%
상기의 결과에서와 같이 함수율 60% 이하의 탈수 케이크를 생산하기 위해서는 본 발명에서 사용된 탈수보조제를 가축 분뇨 고형물 중량 대비 철(Fe) 이온의 중량 기준으로 3% 이상 첨가하여야 하는 것을 알 수 있다.
하지만, 가축 분뇨의 성상 및 경제성 등을 고려하여 첨가량을 조절하는 것이 적절할 것이고, 탈수보조제를 가축 분뇨 고형물 중량 대비 철(Fe) 이온의 중량 기준으로 3% ~ 5% 범위가 보다 바람직할 것이다.
돈분 탈수 케이크와 탈수보조제의 혼합 정도에 따른 탈수성을 알아보기 위해 탈수보조제를 돈분 탈수 케이크(함수율 75~80%)의 고형물 중량 대비 탈수보조제에 함유되어있는 철(Fe) 이온의 중량 기준으로 5% 첨가하고, 혼합 시간은 0min, 3min, 10min, 20min, 30min, 40min, 50min으로 각각 달리하여 전술한 시험장비(300)를 탈수성을 관찰하였다.
이때 케이크 층에 인가되는 압력은 탈수 초기부터 종료시까지 전 기간 동안 15bar를 유지하였으며, 도 4와 같이 혼합 시간 3min의 경우가 가장 좋은 여액 배출속도를 나타내었으며, 10min 이상 혼합한 경우에는 오히려 탈수성이 악화됨을 알 수 있었다.
따라서 본 시험에 의한 돈분 가축분뇨의 1차 탈수케이크와 탈수보조제의 혼합은 특별한 혼합장치가 필요 없이 라인믹서 형태로 가능하면 빠른 시간 내에 간단히 혼합하는 것이 탈수 측면에서 보다 유리함을 알 수 있다. 이러한 특징은 실제 탈수장치의 구성과 생산성의 측면에서 매우 유용한 장점이 될 것으로 이해된다.
다른 한편, 혼합슬러지 탈수과정에서 케이크 두께는 함수율과 탈수속도에 영향을 미치게 되는데, 케이크 두께가 작을 경우 최종 탈수 케이크의 함수율은 감소하지만 탈수장치의 여과판 개수가 증가하기 때문에 상호 조건을 고려하여 설계하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 실험에서는 필터프레스(170)를 이용하여 돈분 가축분뇨의 최종 탈수를 통해 필터프레스(170)에서 생성된 탈수케이크의 함수율을 60% 이하로 하기 위한 최적의 케이크 두께를 파악해 보기로 하였다.
본 실험에 사용한 파일럿 탈수장치는 여과판의 크기가 가로, 세로 각각 470mm인 파일롯 필터프레스 탈수장치를 이용하였으며, 케이크 두께를 25mm, 30mm, 35mm와 50mm로 조절하여 각 케이크 두께에 따른 탈수효율을 분석하였다.
혼합된 슬러지를 파일럿 필터프레스로 이송하는 수단은 모노펌프를 용하였으며, 모노펌프의 가압 압력이 10bar에 도달하면 혼합슬러지의 이송을 중단하였고, 그 이후에는 일정시간 압착여과판에 압착유체인 15bar 압력의 물을 이용하여 케이크를 최종적으로 압착 탈수하였다,
아래의 [표 2]에 케이크 두께에 따른 탈수실험에 대한 운전조건 및 결과를 나타내었다.
필터프레스 케이크 두께 mm 25 30 35 50
여과면적 m2/Ch 0.31.
여과체적 L/Ch. 3.5 4.1 4.7 6.6
가축분뇨 함수율 % 76
탈수보조제 첨가량 가축분뇨 고형물 중량 대비 Fe 5% 중량
운전조건 탈수시간 min 60
탈수압력 bar 15
결 과 케이크 두께 mm 14 23 27 37
케이크 함수율 % 55.9 61.8 64.9 67.1
탈수속도 DSkg/m2.cycle 3.2 3.6 4.1 5.5
표 2에 도시된 바와 같이, 케이크 두께가 클수록 처리량이 증가하였고 이와 함께 최종 탈수 케이크의 함수율 역시 증가하였으며, 케이크의 두께가 작을수록 처리량은 다소 감소하지만 최종 탈수 케이크의 함수율이 감소하였음을 알 수 있다.
이에, 본 실험을 통해 돈분 가축분뇨를 필터프레스로 재탈수를 통해 함수율 60% 이하의 탈수케이크를 생산하고자 할 경우에 필터프레스 탈수장치의 케이크 두께는 30mm 이하가 바람직할 것이다.
다만, 전체적으로는 가축분뇨의 처리량 및 경제성 등을 감안하여 탈수보조제의 첨가량과 운전조건에 따라 케이크 두께를 적절히 조절하는 것이 보다 바람직할 것이다.
여기서, 함수율 80wt%의 케이크 1,000kg(수분 800kg, 고형분 200kg)이 함수율 60wt%로 되는 경우 케이크량이 500kg(수분 300kg, 고형분 200kg)으로 케이크량이 반으로 줄어듦을 알 수 있다.
또한, 이렇게 케이크의 수분함수율이 감소하게 되면 건조 등을 위한 비용도 획기적으로 감소하게 되어 그 경제적 효과가 매우 증대하고, 다양한 용도로 활용될 수 있어 그 활용범위도 넓어진다. 즉. 난 탈수성의 가출분뇨의 슬러지에서 발생한 케이크의 함수율을 60wt% 이하의 저함수율로 탈수가 가능하므로 매립 및 소각, 재활용 및 고체연료와 같은 에너지 자원화 등에 따른 경제성과 친환경성이 증대될 것으로 파악된다. 또한, 분뇨 폐수뿐만 아니라 다른 종류의 필터프레스를 포함하는 기계탈수로 저함수율을 유도하기 어려운 분야에도 적용될 수 있는 가능성이 있을 것으로 파악된다.
이에, 본 발명에 따르면, 1차 탈수된 케이크로 생성된 슬러지의 응집능력을 향상시키고 부식성이 적은 탈수보조제를 활용하여 탈수처리능력을 향상시키며 케이크의 함수율을 저감시킬 수 있으며, 최적의 탈수보조제 사용량과 혼합시간을 제공할 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
또한, 60wt% 이하의 함수율이 낮은 탈수 케이크를 간단하고 용이하게 얻을 수 있으며, 탈수 케이크의 재활용율을 향상시키거나 건조 등의 경우 비용을 절감시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
또한, 일차적으로 데칸터를 포함한 탈수기로 탈수한 케이크를 재탈수하여 난 탈수성의 가축분뇨 슬러지를 간단하고 편리하면서 경제적 효과를 향상시킬 수 있는 가축 분뇨의 탈수 장치 및 그 탈수 방법을 제공할 수 있다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예들을 도시하여 설명하였지만, 본 발명의 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.
100 : 탈수 장치 30 : 농축조
110 : 1차 탈수기 113 : 농축슬러리 이송펌프
115 : 농축슬러리 이송라인 117 : 1차 탈수케이크 이송라인
130 : 탈수보조부 131 : 보조제 저장탱크
133 : 보조제 이송펌프 135 : 보조제 이송라인
150 : 혼합부
170 : 필터프레스 171 : 여과판
171a : 일반여과판 171b : 압착여과판
173 : 혼합슬러지 이송펌프 175 : 혼합슬러지 이송라인
177 : 프레스 탈수케이크 179 : 압착유체 공급라인
179a : 압착유체 헤드 179b : 압착유체 호스
190 : 제어부

Claims (12)

  1. 돈분을 포함하는 가축분뇨를 탈수하는 탈수 장치에 있어서,
    가축분뇨를 탈수하는 데칸터를 포함하는 1차 탈수기와;
    상기 데칸터에서 탈수된 1차 탈수케이크와 혼합하여 슬러지를 형성하는 탈수보조제와;
    상기 형성된 슬러지를 탈수하는 필터프레스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터프레스에 의하여 탈수되어 형성된 케이크의 함수율을 65wt%에서 55wt% 범위인 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탈수보조제에서 제1철(Fe(II))은 0.07wt% 이하, 황산이온(SO4 2-)은 24~29wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 탈수보조제의 혼합량은 가축분뇨 고형물 중량 대비 철 이온을 3~5wt% 범위인 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필터프레스는 복수의 여과판을 구비하되, 상기 여과판은 압착여과판을 포함하고
    상기 여과판으로 슬러지를 설정된 목표 압력까지 이송한 후 공기 또는 물을 포함하는 압착유체를 상기 압착여과판으로 공급하여 상기 여과판 내부에 포집된 케이크를 압착 탈수하는 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 여과판과 여과판 사이의 공간인 여실의 폭으로 케이크가 형성되는 두께는 30~25mm인 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 1차 탈수케이크와 상기 탈수보조제의 혼합시간은 3~5분인 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 1차 탈수케이크와 상기 탈수보조제의 혼합은 라인믹서로 혼합하는 것을 특징으로 하는 탈수 장치.
  9. 돈분을 포함하는 가축분뇨를 탈수하는 방법에 있어서,
    가축분뇨를 테칸터를 포함하는 1차 탈수기로 탈수하는 (1)과정과;
    상기 1차 탈수기에서 탈수한 1차 탈수케이크와 탈수보조제를 혼합하여 슬러지를 형성하는 (2)과정과;
    상기 (2)과정에서 형성된 슬러지를 필터프레스로 탈수하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 탈수 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탈수보조제는 제1철(Fe(II)) 0.07wt% 이하, 황산이온(SO4 2-) 24~29wt%를 포함하되,
    상기 탈수보조제의 혼합량은 가축분뇨 고형물 중량 대비 철 이온을 3~5wt% 범위인 것을 특징으로 하는 분뇨 탈수 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 필터프레스는 복수의 여과판을 구비하되, 상기 여과판은 압착여과판을 포함하고
    상기 여과판으로 슬러지를 설정된 목표 압력까지 이송한 후 공기 또는 물을 포함하는 압착유체를 상기 압착여과판으로 공급하여 상기 여과판 내부에 포집된 케이크를 압착 탈수하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분뇨 탈수 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 데칸터 탈수케이크와 상기 탈수보조제의 혼합시간은 3~5분인 것을 특징으로 하는 분뇨 탈수 방법.
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