KR20190102772A - 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법 및 이를 이용한 재생연료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수슬러지로부터 바이오 중유 또는 고체연료 등과 같은 재생연료를 획득하기 위한 기술에 관한 것으로, 상세하게는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득시 그 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 하수슬러지의 전처리방법 및 이를 이용한 재생연료에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법은 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법에 있어서, 거름망이 구비된 부유불순물 거름장치를 이용하는 부유불순물 제거과정과; 공기방울을 이용하는 부유선별수조를 이용하여 무기물을 제거하도록 하는 침전불순물 제거과정을 포함한다.

Description

하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법 및 이를 이용한 재생연료{Method for pretreatment of sewage sludge for obtaining regenerated fuel from sewage sludge and Renewable fuel using this}

본 발명은 하수슬러지로부터 바이오 중유 또는 고체연료 등과 같은 재생연료를 획득하기 위한 기술에 관한 것으로, 상세하게는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득시 그 효율을 높일 수 있도록 하기 위한 하수슬러지의 전처리방법 및 이를 이용한 재생연료에 관한 것이다.

최근 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 시행에 따라 의무공급량 이행을 위해 발전사에서 다양한 바이오에너지 보급을 추진 중에 있다. 발전용 바이오중유의 시범보급사업은 국내 4개 발전사 및 한국 지역난방공사에서 사업을 진행하고 있으며, 바이오디젤 공급사 및 유지사 등 바이오 중유 제조 허가업체 사업장에서 한국 석유관리원의 관리 하에 제조하여 납품을 추진 중에 있다. 국내 발전용 바이오중유는 주로 팜유, 고산가 팜 부산물, 바이오디젤 공정 부산물 및 동물성 유지 등 저가의 원료를 품질기준에 맞게 정제 및 혼합하여 제조하고 있다.

현재 국내외 산업용 연료유 제조 기술은 대부분 이온정제, 감압증류 또는 열분해 공정을 이용하여 산업용연료유를 생산하고 있다.

이온정제공법은 동식물성유의 수분 및 침전물을 제거하고 약품 처리를 통하여 중금속 등을 제거하여 제품을 생산하는 방법으로서, 생산된 제품은 벙커C유 대체 연료유로만 사용이 가능하다. 이온정제공법은 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 노즐이 자주 막히는 현상이 발생하며, 잔류 탄소량 또한 높다. 처리 단계가 복잡하고 고전적인 기술로 선진국에서는 거의 사용하지 않는 기술로서 수율은 70% 정도이다.

감압증류공법은 단순 물리정제공정으로서 감압증류 시 생산되는 수율은 70% 정도이며, 수율을 올리기 위해서는 고온의 운전온도가 필요한 단점이 있다. 또한 플랜트 설계비용이 매우 높다는 단점이 있다.

고온열분해공법은 공기와 접촉을 차단하여 400℃ 이상의 온도 및 높은 압력 하에서 열을 가하여 저분자량으로 분해 및 응축하여 바이오중유를 생산하는 방법이다. 고온열분해공법은 운전 시 악취가 발생하는 단점이 있으며, 공정의 구성이 복잡하고 운전방법에 있어서 청소 작업 시간이 많이 필요하고, 연속 공정이 어려우며, 수율이 상대적으로 낮은 단점이 있다. 이외에도 막 분리 시스템을 이용한 장치도 개발되고 있다.

발전용 바이오중유를 제조하기 위한 원료는 야자로부터 오일을 추출하고 남은 찌꺼기를 이용하거나, 바이오디젤 및 바이오디젤 제조 후 생성되는 피치, 또는 동식물성 기름을 이용하여 제조하는 방법 등이 제시되고 있으나, 원료 수급이 불안정하고, 위와 같은 공정상의 문제로 인해 바이오 중유의 제조가 용이하지 않는 문제가 있다.

본 발명의 출원인은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하수슬러지로부터 재생연료인 바이오 중유를 획득하고자 하는 기술을 개발하고 특허문헌을 제공하였다((KR)등록특허 10-1749582호 참조).

최근에는 원료 수급이 원활한 장점을 가지는 하수슬러지를 이용하여 바이오 중유, 고체연료 등의 재생연료를 획득하고자 하는 기술이 선헌기술문헌으로 첨부되는 특허문헌에서 보는 바와 같이 다양한 방법으로 개발되고 있는 실정이다.

일반적으로 하수슬러지의 경우에는 재생연료에 사용되는 유기물과 모래와 같은 무기물 및 불순물인 머리카락, 나뭇잎 등으로 이루어진다.

하수슬러지에 포함되어 있는 무기물은 바이오 중유 제조시 유동성을 나쁘게 하고, 기계에 많은 부하가 작용하도록 하는 한편, 제조의 효율성이 낮아지게 하는 요인이 되고 있다. 또한, 고체연료의 변환시 무기물은 화력에 도움이 되지 않아 발열량을 저하시키는 한편, 소각이 이루어지지 않아 소각재에 포함됨으로써 처리에 부담을 일으키고 있다.

(KR) 등록특허 10-1749582 (KR) 등록특허 10-1777919 (KR) 등록특허 10-0997522 (KR) 등록특허 10-0760017 (KR) 공개특허 10-2007-0076557 (KR) 공개특허 특2002-0015759

본 발명은 하수슬러지를 이용하여 재생연료의 획득시 발생하는 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명은 하수슬러지를 이루는 성분 중 재생연료의 제조 및 사용시 좋지 않은 영향을 미칠 수 있는 성분을 미연에 제거하도록 함으로써 회득되는 재생연료의 제조효율을 높이고, 사용시 발열량을 상승시킬 수 있도록 하기 위한 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법을 제공하는 한편, 이를 이용한 재생연료를 제공하고자 하는데 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은, 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법에 있어서, 거름망이 구비된 부유불순물 거름장치를 이용하는 부유불순물 제거과정과; 공기방울을 이용하는 부유선별수조를 이용하여 무기물을 제거하도록 하는 침전불순물 제거과정을 포함하는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법으로 해결될 수 있다.

상기 부유불순물 제거과정과 침전불순물 제거과정 전에 유동성 확보 및 불순물 제거율을 높이기 위한 분쇄과정을 포함하거나, 또는 첨가물이 첨가될 수 있도 있다.

상기 부유선별수조는, 하수슬러지가 일측으로 유입된 후 타측으로 배출이 이루어질 수 있도록 이루어진 수조의 바닥부분에 설치되는 공기방울을 공급함으로써 하수슬러지 내의 유기물과 무기물을 분리시키는 한편, 유기물이 침전되지 않도록 하는 공기방울발생장치를 포함한다.

상기 부유선별수조의 상측부분에는 부유불순물을 제거하는 거름망이 구비된 부유불순물 거름장치가 구비될 수도 있다.

상기와 같이 이루어지는 하수슬러지의 전처리방법의 처리된 하수슬러지로 재생연료가 제조되며, 상기 재생연료는 바이오 중유 또는 고형연료이다.

이와 같이 이루어진 본 발명인 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법으로 전처리가 이루어지는 하수슬러지 내에는 다량으로 함유되어 있던 모래 등과 같은 무기물이 제거됨으로써 재생연료의 제조 및 사용시 무기물로부터 발생하는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

즉, 하수슬러지 내에는 재생연료의 제조시 사용되는 유기물 외에 머리가락, 나뭇잎 등과 같은 불순물 및 모래 등과 같은 무기물이 함유되어 있으며, 이러한 불순물과 무기물은 재생연료의 제조시 재생효율을 떨어뜨리는 문제점을 발생시키며, 특히 무기물의 경우에는 유기물과의 분리가 잘 이루어지지 않는 특성이 있어 바이오 중의 제조시 유동성을 저하시키는 한편, 배관 등의 막힘현상을 초래하는 문제점을 발생시킬 수 있으며, 또한, 고체연료의 경우에는 무기물에 의하여 발열량이 낮아지고, 재가 많이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점은 본 발명인 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법으로 해결될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리과정에 사용되는 무기물을 분리하여 제거하기 위한 부유선별수조의 평면개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예를 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리과정에 사용되는 무기물을 분리하여 제거하기 위한 부유선별수조의 측단면개략도.
도 3은 하수슬러지 내에 함유되어 있는 부유불순물(a), 무기물(b), 유기물(c)로 이루어진 혼합물에 대한 개략도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 하수슬러지로부터 재생연료를 획득시 그 제조효율을 높일 수 있도록 하는 한편, 재생연료의 발열량을 높일 수 있도록 하기 위한 하수슬러지의 전처리방법 및 이를 이용한 재생연료에 관한 것이다.

이러한 본 발명인 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법은, 하수슬러지의 전처리과정시 거름망이 구비된 부유불순물 거름장치를 이용하는 부유불순물 제거과정과, 공기방울을 이용하는 부유선별수조를 이용하여 무기물을 제거하도록 하는 침전불순물 제거과정을 포함하는 한편, 상기 부유불순물 제거과정과 침전불순물 제거과정 전에 유동성 확보 및 불순물 제거율을 높이기 위한 분쇄과정을 포함할 수도 있다.

상기 분쇄과정은 보통 교반기를 이용하여 하수슬러지를 교반함으로써 덩어리 형태를 이루는 하수슬러지를 풀어줌으로써 유동성을 확보하도록 하는 한편, 하수슬러지 내에 존재하는 부유불순물, 유기물 및 무기물의 분리가 잘 이루어질 수 있도록 한다.

상기 부유불순물 제거과정은 거름망을 이용하여 머리가락, 나뭇잎 등과 같은 부유하는 물질을 제거하는 과정이다.

일반적으로 하수슬러지에서 바이오 중유의 추출시 유기물에서 추출이 이루어진다. 그러므로 머리가락, 나뭇잎 등과 같은 부유하는 부유불순물의 경우는 바이오 중유의 제조과정시 악영향을 미칠뿐이다.

상기 침전불순물 제거과정은 하수슬러지 내의 무기물과 유기물을 분리시켜 무기물만을 분리하여 제거하는 과정이다.

일반적으로 하수슬러지 내에는 무기물과 유기물이 서로 엉켜 있는 상태로 존재를 하며, 쉽게 분리가 이루어지지 않는 특성을 가진다.

그러므로 바닥측에 공기방울을 지속적으로 공급하여 무기물과 유기물을 분리시키고, 모래 등과 같은 무기물을 침전의 방식으로 분리하도록 한다.

일반적으로 모래 등과 같은 무기물은 바이오 중유의 추출시 바이오 중유로 추출이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 바이오 추출을 위한 장비 및 배관을 막히게 하는 등의 문제를 야기시킬 수 있으며, 고체연료로 제조시에 무기물이 첨가되는 경우에는 고체연료의 발열량을 저하시킬 수 있어 고체연료의 성능을 저하 시키는 한편, 소각이 이루어지지 않아 고체연료의 소각 후에는 다량의 재를 유발시킬 수 있는 문제점을 일으킬 수 있다.

도 1과 도 2는 하수슬러지의 전처리를 위한 하수전처리장치의 실시 예를 나타낸 것이다.

도 1과 도 2를 참조하면,

하수슬러지의 전처리를 위한 하수전처리장치인 부유선별수조(1)는, 하수슬러지가 일측으로 유입되는 유입측(11)과, 상기 유입측의 타측으로 유입된 하수슬러지가 배출이 이루어지는 배출측(12)이 형성되도록 이루어진 하수슬러지용 수조(10)와; 상기 수조(10)의 상측에 설치되어 머리카락 또는 나뭇잎 등과 같은 부유불순물(a)을 제거하도록 거름망(21)으로 이루어지는 부유불순물 거름장치(20)와; 상기 수조(10)의 바닥부분에 설치되어 다수의 공기방울을 공급하여 무기물(b)과 유기물(c) 및 부유불순물(a)의 분리가 용이하도록 하는 공기방울발생장치(30)을 포함한다.

상기 부유불순물 거름장치(20)는 거름망을 이용하여 부유된 불순물을 제거하는 장치로, 하나 또는 다수개가 설치될 수 있다.

상기 공기방울발생장치(30)는 보통 공기를 공급하는 에어펌프(31)와, 상기 에어펌프(31)와 연결되어 공급되는 공기를 배출하도록 다수의 배출공이 형성된 에어배출관(32)으로 구성되어 수조(10) 내로 유입되어 이동하는 하수슬러지 내에 공기방울을 공급함으로써 부유불순물(a)의 부유를 도와 부유불순물의 제거효율을 높이고, 무기물(b)과 유기물(c)의 분리시켜 무기물(b)의 침전을 도와 무기물(b)의 제거효율을 높이게 된다.

즉, 도 2를 참조하면,

수조(10)의 유입측(11)을 통해서 유입되는 하수슬러지는 보통 물 80중량%, 부유불순물(a)과 무기물(b)과 유기물(c)로 이루어진 혼합물 20중량%로 이루어진다.

상기 부유불순물(a)과 무기물(b)과 유기물(c)로 이루어진 혼합물은 첨부된 도 2와 같이 혼합이 이루어진 상태로 수조(10)의 유입측(11)으로 유입이 이루어진다.

상기 유입측(11)을 통해서 유입되는 하수슬러지는 공기방울발생장치(30)에서 공급되는 공기방울의 영향에 의하여 부유불순물(a)은 상측으로 부유가 이루어지고, 무기물(b)과 유기물(c)은 분리가 이루어져 무기물(b)은 침전현상이 발생하게 된다.

이로 인하여 부유불순물(a)은 부유불순물 거름장치(20)의 거름망에 포집이 이루어지고, 무기물(b)은 바닥으로 침전이 이루어져 배출측(12)으로 배출되는 하수슬러지는 물과 유기물(c)로만 이루어지게 된다.

이와 같이 이루어진 하수슬러지의 전처리를 위한 하수전처리장치인 부유선별수조(1)를 통과하여 전처리가 이루어진 하수슬러지를 이용하여 바이오 중유 또는 고체연료로 제조되게 된다.

바이오 중유 제조시에는 하수슬러지 내에 부유불순물과 무기물 성분이 제거됨으로써 바이오 중유 제조장치의 파손현상을 줄이고, 유동성을 좋게 하여 제조효율을 높일 수 있는 장점이 있을 것이다.

고체연료의 제조시에는 제조되는 고체연료에 발열에 도움을 주지 않는 무기물 성분이 제거됨으로써 발열량을 높일 수 있어 보다 품질 좋은 고체연료를 제조할 수 있을 것이다.

a : 부유불순물 b : 무기물
c : 유기물
10 : 수조 20 : 부유불순물 거름장치
30 : 공기방울발생장치

Claims (6)

1. 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법에 있어서,
   거름망을 이용하는 부유불순물 제거과정과;
   공기방울을 이용하는 부유선별수조를 이용하여 무기물을 제거하도록 하는 침전불순물 제거과정을 포함함을 특징으로 하는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 부유불순물 제거과정과 침전불순물 제거과정 전에 유동성 확보 및 불순물 제거율을 높이기 위한 분쇄과정을 포함함을 특징으로 하는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 부유선별수조는,
   하수슬러지가 일측으로 유입된 후 타측으로 배출이 이루어질 수 있도록 이루어진 수조의 바닥부분에 설치되는 공기방울을 공급함으로써 하수슬러지 내의 유기물과 무기물을 분리시키는 한편 유기물이 침전되지 않도록 하는 공기방울발생장치를 포함함을 하는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 부유선별수조의 상측부분에는 부유불순물을 제거하는 거름망이 구비된 부유불순물 거름장치가 구비됨을 특징으로 하는 하수슬러지로부터 재생연료를 획득하기 위한 하수슬러지의 전처리방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 하수슬러지의 전처리방법의 처리된 하수슬러지로 제조되는 재생연료.
6. 제7항에 있어서,
   상기 재생연료는 바이오 중유 또는 고형연료.

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