KR20220101782A - 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 - Google Patents

폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명의 목적은 슬러지 유입관에 발열 히터로 가열하는 분지관을 형성하고, 분지관 양단의 압력차를 측정하여 슬러지의 함수율을 실시간으로 산출하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.

Description

폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법 {Real-time measurement device for wastewater sludge moisture content and measurement method using the same}
본 발명은 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬러지 유입관에 발열 히터로 가열하는 분지관을 형성하고, 분지관 양단의 압력차를 측정하여 슬러지의 함수율을 실시간으로 산출하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 슬러지(sludge)란, 진흙상태의 산업폐기물 또는 폐수처리 침전물 등에 대한 일반적인 호칭을 일컫는 것으로, 오니(汚泥)라고도 한다. 금속표면을 산(酸) 처리하는 공정에서나, 물과 접하는 보일러·선박·탱크류 등의 금속표면이 박리·퇴적하여 진흙 상태로 된 것을 말하는데, 이때 슬러지의 주성분은 금속 또는 그 화합물이다.
슬러지 처리과정은 환경 규제가 강화되면서 점차 규제가 심해지고 있으며, 현재 사용중인 매립법에 의한 슬러지 처리는 한계에 달하고 있다. 이는 매립된 슬러지에서 발생하는 침출수에 의한 지하수 등의 환경오염이 심각함이 이미 검증되었고, 매립 공간의 확보 측면에서도 한계에 도달하였기 때문이다.
이러한, 슬러지의 처리과정을 최적화하기 위하여 다양한 방법이 시도되고 있는데, 슬러지의 수분을 제거하기 위하여 가열 건조방법, 기계적 압착방법, 진공건조 방법 등이 사용되고 있으며, 이를 위해서는 슬러지의 함수율을 정확하게 측정하는 것이 필요하다.
또한, 하수처리 분야로 데칸터 장치가 사용되고 있으며, 데칸터에서 배출되는 슬러지 또는 케이크의 함수율의 변동 폭을 감소시켜 다음 처리기기에 사용되는 에너지 및 슬러지 또는 케이크가 과건조 될 경우의 데칸터 또는 다음 처리기기에 사용되는 에너지를 절감하기 위하여 실시간 슬러지 함수율 측정이 필요한 실정이다.
특허문헌 1은 습식 석분슬러지 함수비 측정방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 점도 측정, 또는 부피 및 무게의 측정으로 얻은 값에 의해 습식 석분슬러지의 함수비를 측정하는 것에 관한 것이다.
상기의 발명으로 인한 습식 석분슬러지 함수비 측정방법은 신뢰성이 높은 습식 석분슬러지 함수비를 제공하는데는 이점이 있지만, 슬러지의 함수율을 실시간을 측정하는 방법에 대해서 구체적으로 개시되지 않고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1756258호 (2017. 07. 04)
본 발명의 목적은 슬러지 유입관에 발열 히터로 가열하는 분지관을 형성하고, 분지관 양단의 압력차를 측정하여 슬러지의 함수율을 실시간으로 산출하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
상기 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치는 폐수 슬러지가 일측으로 흐르고 있는 슬러지관, 상기 폐수 슬러지의 일부가 유입되어 흐를 수 있도록 상기 슬러지관으로부터 분기되어, 상기 슬러지관으로 다시 연결되는 분지관, 상기 분지관의 외주면에 설치되어, 상기 폐수 슬러지를 가열하는 가열부 및 상기 분지관 상에서 상기 가열부의 양측에 각각 설치되어, 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 측정 센서를 포함하고, 상기 측정 센서는, 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부를 통과하기 전에 설치되는 제 1측정 센서 및 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부를 통과한 후에 설치되는 제 2측정 센서를 포함하고, 상기 제 1측정 센서에서 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서에서 측정된 압력 차이를 계산하는 방식으로 상기 폐수 슬러지의 함수율을 실시간으로 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법은, 상기 분지관에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입단계, 상기 가열부가 상기 분지관에서 흐르는 상기 폐수 슬러지를 가열하는 분지관 가열단계, 상기 제 1측정 센서에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 입구압력 측정단계, 상기 제 2측정 센서에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 출구압력 측정단계 및 상기 제 1측정 센서에서 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서에서 측정된 압력의 차이를 계산하여, 상기 폐수 슬러지의 함수율을 산출하는 함수율 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 함수율 산출단계에서는, [수학식 1]로 상기 폐수 슬러지의 함수율이 산출되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명의 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법은 실시간으로 슬러지 함수율을 측정함으로써, 테칸터 및 다음 처리기기에서 사용되는 에너지를 절감할 수 있다..
또한, 본 발명의 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치 및 이를 이용한 측정방법은에 의하면, 화학, 농축산, 담배, 종이, 커피 등 다양한 응용 분야로 적용할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 상세한 설명 및 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치를 나타내는 순서도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치를 나타내는 개념도, 도 2는 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치를 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치(10)는 슬러지관(100), 분지관(110), 가열부(120) 및 측정 센서(130)를 포함한다.
상기 슬러지관(100)은, 원통형의 배관과 같은 형태로 형성되어, 폐수 슬러지가 일측으로 계속해서 흐르고 있다.
상기 분지관(110)은, 상기 폐수 슬러지의 일부가 유입되어 흐를 수 있도록 상기 슬러지관(100)으로부터 분기되어, 상기 슬러지관(100)으로 다시 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 분지관(110)은 뒤집힌 ‘Π’ 자와 같은 모양으로 형성되어, 양단부가 상기 슬러지관(100)의 내부까지 관통되도록 설치되는 것이다. 이에 따라, 상기 분지관(110)은 상기 슬러지관(100)의 내부에서 일측으로 흐르고 있는 폐수 슬러지의 표본을 추출할 수 있게 하는 것이다.
상기 가열부(120)는, 상기 분지관(110)의 외주면에 설치되어, 상기 폐수 슬러지를 가열하는 장치로 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 가열부(120)는 상기 분지관(110)의 중앙부에 일자로 형성된 부분의 외주면에 설치되며, 발열 히터와 같은 구성으로 상기 분지관(110)의 내부에 있는 상기 폐수 슬러지를 가열한다.
상기 측정 센서(130)는, 상기 분지관(110) 상에서 상기 가열부(120)의 양측에 각각 설치되어, 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 센서로 구성된다. 보다 구체적으로, 상기 측정 센서(130)은, 제 1측정 센서(131) 및 제 2측정 센서(132)를 포함한다.
이때, 상기 측정 센서(130)은 상기 폐수 슬러지의 압력 그뿐만 아니라 상기 폐수 슬러지의 부피, 밀도, 질량, 농도 및 온도를 측정할 수 있는 센서로 구성될 수 있다.
상기 제 1측정 센서(131)는, 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부(120)를 통과하기 전에 설치되는 센서이다. 보다 구체적으로, 상기 제 1측정 센서(131)는, 상기 분지관(110) 상에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 입구 방향에 위치하며, 상기 폐수 슬러지가 가열되기 전의 압력을 측정한다.
상기 제 2측정 센서(132)는, 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부(120)를 통과한 후에 설치되는 센서이다. 보다 구체적으로, 상기 제 2측정 센서(132)는, 상기 분지관(110) 상에서 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부(120)를 통과하고, 빠져나가는 출구 방향에 위치하며, 상기 폐수 슬러지가 가열된 후의 압력을 측정한다.
다시 말하면, 상기 측정 센서(130)는 상기 분지관(110) 상에서 상기 가열부(120)를 기준으로 양측으로 설치되는 것이다.
상기 연산부(140)는, 상기 측정 센서(130)에 의하여 측정된 상기 폐수 슬러지의 압력으로부터 상기 폐수 슬러지의 함수율을 계산한다.
따라서, 상기 연산부(140)는, 상기 제 1측정 센서(131)에서 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서(132)에서 측정된 압력 차이를 계산하는 방식으로 상기 폐수 슬러지의 함수율을 실시간으로 측정할 수 있다.
다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법을 상세히 설명하기로 한다. 상기 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법은 상기 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치(10)를 이용하여 수행된다.
폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법은, 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 분지관(110)에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입단계(S10), 상기 가열부(120)가 상기 분지관(110)에서 흐르는 상기 폐수 슬러지를 가열하는 분지관 가열단계(S20), 상기 제 1측정 센서(131)에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 입구압력 측정단계(S30), 상기 제 2측정 센서(132)에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 출구압력 측정단계(S40) 및 상기 제 1측정 센서(131)에서 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서(132)에서 측정된 압력의 차이를 계산하여, 상기 폐수 슬러지의 함수율을 산출하는 함수율 산출단계(S50)를 포함하여 구성된다.
먼저, 슬러지 유입단계(S10)는 상기 분지관(110)에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 과정이다. 보다 구체적으로, 상기 슬러지관(100)에 상기 분지관(110)이 설치되고, 상기 분지관(110)으로 상기 슬러지관(100)의 내부에서 흐르고 있는 상기 폐수 슬러지가 일부 유입된다. 이때, 상기 폐수 슬러지에는 고형물이 포함될 수 있다.
다음으로, 분지관 가열단계(S20)는, 상기 가열부(120)가 상기 분지관(110)에서 흐르는 상기 폐수 슬러지를 가열하는 과정이다. 보다 구체적으로, 상기 가열부(120)는 상기 분지관(110)의 상단부의 일자로 형성된 부분에 설치되며, 상기 분지관(110)의 내부에 있는 상기 폐수 슬러지를 가열한다.
다음으로, 입구압력 측정단계(S30)는, 상기 제 1측정 센서(131)에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 과정이다. 보다 구체적으로, 앞서 전술한 대로 상기 제 1측정 센서(131)는, 상기 분지관(110) 상에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 입구 방향에 위치하며, 상기 폐수 슬러지가 가열되기 전의 압력을 측정한다.
다음으로, 출구압력 측정단계(S40)는, 상기 제 2측정 센서(132)에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 과정이다. 보다 구체적으로, 앞서 전술한 대로 상기 제 2측정 센서(132)는, 상기 분지관(110) 상에서 상기 폐수 슬러지가 상기 가열부(120)를 통과하고, 빠져나가는 출구 방향에 위치하며, 상기 폐수 슬러지가 가열된 후의 압력을 측정한다.
마지막으로, 함수율 산출단계(S50)는, 상기 연산부(140)에서 상기 제 1측정 센서(131)에 의해 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서(132)에 의해 측정된 압력의 차이를 계산하여, 상기 폐수 슬러지의 함수율을 산출하는 과정이다. 보다 구체적으로, 상기 연산부(140)는 상기 제 1측정 센서(131) 및 상기 제 2측정 센서(132)에서 측정된 값을 전달 받아, 상기 폐수 슬러지의 함수율을 실시간으로 계산한다.
따라서, 상기 함수율 산출단계(S50)에서는, 하기 [수학식 1]로 상기 폐수 슬러지의 함수율을 산출한다.
Figure pat00001
이때, 상기 가열부(120)의 총길이는 3m 로 가정한다.
이하에서는 상기 폐수 슬러지의 함수율이 산출되는 과정을 나열한다.
먼저, 상기 제 1측정 센서(131) 위치에서의 압력은,
Figure pat00002
상기 제 2측정 센서(132) 위치에서의 압력은
Figure pat00003
, 중력가속는
Figure pat00004
, 상기 제 1측정 센서(131) 위치에서의 유효 속도는
Figure pat00005
, 상기 제 2측정 센서(132) 위치에서의 유효 속도는
Figure pat00006
, 상기 제 1측정 센서(131) 위치에서의 유효 밀도는
Figure pat00007
, 상기 제 2측정 센서(132) 위치에서의 유효 밀도는
Figure pat00008
라고 가정한다.
열교환으로 인해 상기 분지관(110)의 입구 부분에서 수증기가 생기기 시작하여 상기 분지관(110)의 출구 부분에서 유체 전체가 수증기로 상변화가 이루어진다고 생각할 때, χ(길이)와 α(물의 증발 비율)의 관계 그래프가 선형적인 그래프를 그린다고 가정하였을 때 dx는 아래와 같이 표현된다.
물론, 상기 가열부(120)의 총길이는 3m 로 가정한다.
Figure pat00009
또한, 상기 제 1측정 센서(131) 위치에서의 압력 및 상기 제 1측정 센서(131) 위치에서의 압력의 차이는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure pat00010
이때, 내부 Property는 ρs=1600kg/m3, ρf=999.9kg/m3 (water at T=300K), ρg=0.3348kg/m3 (steam at T=373K), ui=0.1m/s, Di=4.6mm, g=9.8m/s 이다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 ; 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치
100 : 슬러지관
110 : 분지관
120 : 가열부
130 : 측정 센서
131 : 제 1측정 센서
132 : 제 2측정 센서
140 : 연산부
S10 : 슬러지 유입단계
S20 : 분지관 가열단계
S30 : 입구압력 측정단계
S40 : 출구압력 측정단계
S50 : 함수율 산출단계

Claims (3)

  1. 폐수 슬러지가 일측으로 흐르고 있는 슬러지관;
    상기 폐수 슬러지의 일부가 유입되어 흐를 수 있도록 상기 슬러지관으로부터 분기되어, 상기 슬러지관으로 다시 연결되는 분지관;
    상기 분지관의 외주면에 설치되어, 상기 폐수 슬러지를 가열하는 가열부;
    상기 분지관 상에서 상기 가열부의 양측에 각각 설치되어, 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 측정 센서; 및
    상기 측정 센서에 의하여 측정된 상기 폐수 슬러지의 압력으로부터 상기 폐수 슬러지의 함수율을 계산하는 연산부;를 포함하고,
    상기 측정 센서는,
    상기 폐수 슬러지가 상기 가열부를 통과하기 전에 설치되는 제 1측정 센서; 및
    상기 폐수 슬러지가 상기 가열부를 통과한 후에 설치되는 제 2측정 센서; 를 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 제 1측정 센서에서 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서에서 측정된 압력 차이를 계산하는 방식으로 상기 폐수 슬러지의 함수율을 실시간으로 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치.
  2. 제 1항의 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정장치를 이용하여,
    상기 분지관에서 상기 폐수 슬러지가 유입되는 슬러지 유입단계;
    상기 가열부가 상기 분지관에서 흐르는 상기 폐수 슬러지를 가열하는 분지관 가열단계;
    상기 제 1측정 센서에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 입구압력 측정단계;
    상기 제 2측정 센서에서 상기 폐수 슬러지의 압력을 측정하는 출구압력 측정단계; 및
    상기 연산부에서 상기 제 1측정 센서에 의해 측정된 압력과 상기 제 2측정 센서에 의해 측정된 압력의 차이를 계산하여, 상기 폐수 슬러지의 함수율을 산출하는 함수율 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 함수율 산출단계에서는,
    하기 [수학식 1]로 상기 폐수 슬러지의 함수율이 산출되는 것을 특징으로 하는 폐수 슬러지 함수율 실시간 측정방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00011

    이때, 상기 가열부의 총길이는 3m 로 가정한다.
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