KR100836664B1 - 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지건조장치 및 이를 이용한 건조방법 - Google Patents

송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지건조장치 및 이를 이용한 건조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 송풍기 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치및 이를 이용한 건조방법에 있어서, 보다 상세하게는 오폐수의 슬러지를 마이크로파와 하폐수처리장에서 사용하고 있는 기존의 폭기조 공기 공급용 송풍기에서 발생되는 고온의 토출공기를 재사용하여 건조함으로써 슬러지를 신속하게 건조함은 물론 에너지를 절감할 수 있으며, 설치면적이 작아 시공비가 저렴한 송풍기 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것이다.
본 발명은 생활하수나 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 음식물쓰레기와 같은 오염물을 처리하는 과정에서 발생되는 수분이 함유된 슬러지를 건조기로 건조하기 위한 슬러지 건조장치에 있어서, 상기 건조기(30)와 열풍투입배관(15)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에 고온 고압의 공기를 투입하는 송풍기(10)와, 상기 건조기(30)와 열풍토출배관(37)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에서 인출되는 공기가 투입되는 폭기조(60)와, 상기 열풍토출배관(37)에 설치되어 상기 건조기(30)에서 인출되는 공기를 상기 송풍기(10)로 보내는 제2방향전환밸브(56)와, 상기 송풍기(10)와 건조기(30)를 제어하는 제어부(90)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020070114061
슬러지주입기, 원심분리기, 송풍기, 챔버, 마이크로파발생기

Description

송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치 및 이를 이용한 건조방법{MICROWAVE SLUDGE DRIER AND DRY METHOD USING WASTE HEAT OF THE HOT BLAST}
본 발명은 오폐수의 슬러지를 마이크로파와 하폐수처리장에서 사용하고 있는 기존의 폭기조 공기 공급용 송풍기에서 발생되는 고온의 토출공기를 재사용하여 건조함으로써 슬러지를 신속하게 건조함은 물론 에너지를 절감할 수 있으며 기존 폭기조에 공급되는 용존산소량을 높여 처리 효율이 높이고, 환경오염을 방지할 수 있도록 하는 데 있다.
일반적으로 음식물 쓰레기나 오폐수를 처리하는 과정에서 발생되는 슬러지는 다량의 수분을 포함하고 있어서, 벨트프레스나 원심탈수기, 교반날개프레스 등의 탈수기를 이용하여 슬러지에 대한 탈수작업을 하며, 슬러지를 탈수하고 남은 슬러지는 매립지에 매립하거나 또는 해양투기가 이루어지고 있다.
여기서, 상기한 탈수기는 대부분이 벨트프레스를 사용하는바, 탈수기에 의해 탈수작업을 계속하는 동안에 탈수기내에 벨트프레스나 여포가 막히면서 탈수효율이 현저히 저하되어 슬러지에 포함된 함수율이 높아짐에 따라 슬러지의 중량이 증가되고, 매립지에 매립시에는 2차 침출수가 다량을 발생되어 침출수의 처리비용이 증가됨은 물론 악취발생 및 환경을 오염시키는 문제를 내포하고 있다.
이에 정부에서는 슬러지 케이크의 함수율이 75% 이상인 경우에는 매립지로의 반입이 불가능하도록 규제를 강화하게 되었고, 이에 따라 함수율이 높은 슬러지를 처리하는 방법을 개발하여 슬러지를 처리하고 있다.
이러한, 슬러지의 처리방법으로는 해양투기, 매립, 연료화, 고화, 소각, 열분해들과 같은 다양한 방법이 제안되고 있으나, 이는 비록 그 방식은 다르나 공통적으로 함수율을 일정수준을 낮추는 감량화 및 환경오염의 방지라는 공통적인 목적을 갖는다.
그러나, 상기한 공통적인 목적을 달성하기 위한 기술들은 현재까지 상당한 문제점을 내포하여 대부분 간편한 소각방법에 의존하고 있나, 소각장 건설에 대한 지역주민이 반발 및 높은 함수율(70~85%)로 인해 막대한 운전비용이 소요되는 등의 문제점이 야기되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 상기 소각방법을 탈피하여 오폐수 처리시 발생되는 슬러지에 포함된 수분을 보일러의 가열에 의한 직접/간접적인 열풍에 의하여 신속하게 건조시켜 함수를 줄여 슬러지의 감량화를 통해 슬러지 처리비용을 줄이도록 하고 있다.
그러나, 보일러로 가열하여 열풍으로 건조하는 방식은 단순한 방법으로 실제 피가열물 열에너지 투입량이 35%가량만 사용되고 있으며 투입량의 45%는 가열 및 열전도에 의한 손실량이고, 20%는 가열 및 건조 중 방출되는 양으로 총 65%의 손실이 발생하여 실재 슬러지 건조에 쓰이는 열에너지의 투입량은 35%만이 사용되어 매우 비효율적인 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 하폐수처리장에서 사용되는 송풍기의 불필요한 고온의 토출공기를 마이크로웨이브건조기의 열풍으로 재사용하는 방법에 의해 슬러지를 건조하므로 슬러지 건조에 따른 에너지 절감효과를 얻을 수 있음은 물론 마이크로파를 이용하여 슬러지 건조시간을 더욱 단축시키고, 효과적으로 슬러지를 건조시키도록 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치 및 이를 이용한 건조방법을 제공하는 데 있다.
즉, 마이크로파 건조장치에 공급하는 열풍을 모든 하폐수처리장에서 사용하고 있는 기존의 폭기조 공기 공급용 송풍기에서 토출되는 고온의 공기를 재사용하는 방식으로 별도의 열원을 설치할 필요가 없으며 마이크로파 건조장치를 통과한 공기는 다시 폭기조로 투입되므로 기존의 송풍기 사용 조건에는 문제가 되지 않고, 마이크로파 건조장치를 통과하는 송풍기의 온도는 마이크로파 건조장치가 일종의 열교환기 역할을 하기 때문에 투입할 때 보다 온도가 낮아지는 효과가 있으며, 증발된 수증기를 가지고 폭기조로 공급되므로 용존산소량이 증가하여 미생물의 생성 및 수질개선에 기존보다 더욱 효과가 좋아지게 하며, 종래에 건조할때 악취가 발생하여 별도의 장치가 필요하였으나 악취까지 폭기조로 유입되므로 환경적인 발생요인을 해결하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치 및 이를 이용한 건조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 생활하수나 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 음식물쓰레기와 같은 오염물을 처리하는 과정에서 발생되는 수분이 함유된 슬러지를 건조기로 건조하기 위한 슬러지 건조장치에 있어서, 상기 건조기(30)와 열풍투입배관(15)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에 고온 고압의 공기를 투입하는 송풍기(10)와, 상기 건조기(30)와 열풍토출배관(37)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에서 인출되는 공기가 투입되는 폭기조(60)와, 상기 열풍토출배관(37)에 설치되어 상기 건조기(30)에서 인출되는 공기를 상기 송풍기(10)로 보내는 제2방향전환밸브(56)와, 상기 송풍기(10)와 건조기(30)를 제어하는 제어부(90)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 건조기(30)에는 슬러지에 함유된 수분을 제거하기 위한 마이크로파발생기(35)가 설치되고, 수분이 제거된 상기 슬러지를 분리하기 위한 원심분리기(40)가 더 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 생활하수나 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 음식물쓰레기와 같은 오염물을 처리하는 과정에서 발생되는 수분이 함유된 슬러지를 건조하기 위한 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법에 있어서, 상기 슬러지를 스크루 방식의 슬러지주입기(20)에 투입하여 1차적으로 슬러지 함수율을 낮추는 함수율저감단계와, 송풍기(10)의 폐열을 마이크로파발생기(35)가 설치된 건조기(30)에 투입하여 상기 슬러지주입기(20)로부터 인출되는 슬러지에 상기 폐열을 분사하는 분사단계와, 상기 건조기(30)에 설치된 마이크로파발생기(35)로 컨베이어에 의해 이송되는 슬러지를 건조하는 건조단계와, 상기 단계를 거친 슬러지를 원심분리기(40)로 분리하는 분리단계와, 제2방향전환밸브(56)를 폐쇄하여 상기 원심분리기(40)로부터 나오는 공기가 폭기조(60)로 유입되지 않고 챔버(80)를 통해 송풍기(10)로 유입되게 하는 유입단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 한다.
여기서, 상기 건조기(30)로 유입되는 송풍기(10)의 폐열온도를 온도센서부(33)가 감지하여 일정온도 이상이 되면 자동으로 차단시키는 차단단계가 더 포함되고, 상기 건조기(30)에 설치된 컨베이어에 의해 이송되는 슬러지를 발열기(36)로 건조하는 건조보조단계가 더 포함되며, 상기 제2방향전환밸브(56)를 개방하여 상기 원심분리기(40)로부터 유출되는 공기가 폭기조(60)로 유입되게 하는 폭기조유입단계가 더 포함되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하폐수처리장에서 사용되는 송풍기의 불필요한 고온의 토출공기를 마이크로웨이브 건조기의 열풍으로 재사용하는 방법에 의해 슬러지를 건조하므로 슬러지 건조에 따른 에너지 절감효과를 얻을 수 있음은 물론 마이크로파를 이용하여 슬러지 건조시간을 더욱 단축시키고, 효과적으로 슬러지를 건조시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 나타낸 개략도이다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍을 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치는 수분이 함유된 슬러지를 건조하는 건조기(30)와, 상기 건조기(30)내에 고온 고압의 공기를 투입하는 송풍기(10)와, 상기 건조기(30)내에서 인출되는 공기가 투입되는 폭기조(60)와, 상기 건조기(30)에서 인출되는 공기를 상기 송풍기(10)로 보내는 제2방향전환밸브(56)와, 상기 송풍기(10)와 건조기(30)를 제어하는 제어부(90)로 구성된다.
상기 건조기(30)에는 슬러지주입기(20)를 통해 1차적으로 함수율이 낮아진 슬러지가 유입되어 이동되게 컨베이어밸트(39)가 설치되어 있고, 슬러지에 함유된 수분을 제거하기 위한 마이크로파발생기(35)가 설치되어 있으며, 수분이 제거된 상기 슬러지를 분리하기 위한 원심분리기(40)가 포함되어 있다.
상기 건조기(30)와 열풍투입배관(15)으로 연결되는 송풍기(10)는 공기를 압축하여 고온/고압 상태의 공기를 상기 건조기(30)에 투입한다.
여기서, 상기 열풍투입배관(15)에는 상기 건조기(30)를 사용하지 않을 경우 상기 송풍기(10)의 폐열이 인입되는 것을 차단하여 폭기조(60)로 인입되도록 하는 인입차단밸브(50)가 구비되어 있다.
상기 건조기(30)로 투입된 폐열은 슬러지주입기(20)로부터 인입된 슬러지에 분사함과 아울러 건조기(30)내의 온도를 상승시킨다.
이후, 상기 건조기(30)내에 설치된 마이크로파발생기(35)가 슬러지에 마이크로파를 조사하게 되는데, 이때 상기 건조기(30)내의 온도가 폐열에 의해 상승된 상태이므로 슬러지는 더욱 빨리 건조된다.
건조된 슬러지는 수집기(70)로 떨어지고, 그중 미세하게 날아다니는 건조슬러지는 원심분리기(40)로 걸러 수집기(70)로 보낸다.
상기 건조기(30)에서 사용된 공기는 열풍토출배관(37)으로 이동되며 이때, 상기 건조기(30)에서 사용된 공기를 다시 송풍기(10)로 재유입되게 하도록 상기 열풍토출배관(37)에는 제2방향전환밸브(56)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이렇게 송풍기(10)의 폐열을 재사용하게 되므로써 초기 송풍기(10)를 작동하여 일정온도를 올리기 위해 소모된 에너지보다 덜 소비는 장점이 있다.
한편, 상기 건조기(30)를 사용하지 않을 경우에는 송풍기(30)의 폐열을 폭기조(60)로 보내게 상기 열풍투입배관(15)에 설치된 인입차단밸브(50)를 차단하여 폐열이 폭기조인입배관(65)으로 유입되게 함과 아울러, 상기 열풍토출배관(37)에 설치된 제2방향전환밸브(56)를 차단하여 상기 폐열이 건조기(30)로 역유입되는 것을 막아 폭기조(60)로 유입되게 한다.
여기서, 상기 건조기(30)와 송풍기(10)의 작동을 제어하는 제어부(90)가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 송풍기(10)의 폐열을 슬러지 건조에 활용함과 동시에 계속적으로 상기 폐열을 순환시켜 에너지 소모를 줄이고, 상기 건조기(30)를 사용하지 않을 경 우에는 상기 폐열을 폭기조(60)로 유입시켜 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법을 보인 구성도이다.
상기 도 2 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍을 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법은 슬러지 함수율을 낮추는 단계와, 슬러지에 송풍기의 폐열을 열풍으로 분사하는 분사단계와, 마이크로파 발생기로 슬러지를 건조하는 건조단계와, 슬러지를 원심분리기로 분리하는 분리단계와, 원심분리기로부터 나오는 공기를 원심분리기로 유입되게 하는 유입단계로 구성된다.
하폐수의 처리과정에서 발생하는 수분이 함유된 슬러지를 스크루 방식의 슬러지주입기(20)에 투입하여 1차적으로 슬러지의 함수율을 낮추게 된다.
즉, 상기 슬러지주입기(20)에 수분이 함유된 슬러지를 투입하여 스크루 방식에 의해 상기 슬러지가 짜여져 수분이 외부로 유출되게 된다.
이렇게 1차적으로 함수율이 낮아진 슬러지는 건조기(30)로 투입되어 컨베이어 장치에 의해 이송되게 된다.
이때, 임펠러의 회전운동에 의해 공기에 에너지를 가하여 공기량과 압력을 얻는 송풍기(10)를 작동시키게 되고, 상기 송풍기(10)에서 발생되는 폐열을 상기 마이크로파 발생기(35)가 설치된 건조기(30)의 유입관로(31)를 통해 투입하여 상기 슬러지주입기(20)로부터 인출되는 슬러지에 송풍기(10)의 폐열을 열풍으로 분사하는 방식에 의해 슬러지를 건조시키게 된다.
여기서, 상기 송풍기(10)는 흡입구와 토출구의 압력비가 1.1이상이고, 2.0미만인 블로워(Blower)를 사용하는 것이 바람직하다.
그런 후, 컨베이어에 의해 이송되는 슬러지에 마이크로파를 조사하여 슬러지에 함유된 수분을 제거하게 된다.
이때, 상기 건조기(30)에 열을 발생시키는 발열기(36)를 설치하여 상기 슬러지에 함유된 수분를 더욱 용이하게 제거하는 것이 바람직하다.
상기 단계를 거친 슬러지는 수집기(70)로 떨어지게 되고, 그중 미세하게 날아다니는 건조슬러지는 원심분리기(40)로 걸러 수집기(70)로 보내며, 공기는 폭기조(60)와 연결된 열풍토출배관(37)을 타고 유동된다.
이때, 원심분리기(40)에서 유출된 공기를 재사용하기 위해 제2방향전환밸브(56)는 닫아 상기 공기가 챔버(80)를 통과하여 상기 송풍기(10)로 재유입되게 된다.
이렇게 상기의 단계를 거친 공기가 송풍기(10)로 재유입됨에 따라 최초 공기의 적정온도를 올리는데 소모되는 에너지보다 적게 소모되어 에너지의 절감효과를 가져오게 된다.
여기서, 상기 단계를 거친 공기를 계속적으로 이용하다 보면 건조기(30)에 유입되는 공기의 온도가 지나치게 높게 형성되어 마이크로파 발생기(35)의 고장의 원인이 될 수 있는바, 상기 건조기(30)에는 상기 건조기(30)로 유입되는 송풍기(10)의 폐열온도를 온도센서부(33)가 감지하여 일정 온도 이상이 되면 유입밸브(50)를 차단시키고, 제2방향전환밸브(56)를 폐쇄함과 동시에 상기 폐열이 바로 폭기조로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원심분리기(40)로부터 유출되는 공기를 재사용하지 않을 경우에는 제2방향전환밸브(56)를 개방하여 상기 공기가 바로 폭기조(60)로 유입되게 하여 악취가 발생하지 않게 한다.
본 발명은 구체적인 실시예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 한정하지 않고, 후술하는 특허등록범위뿐만 아니라, 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법을 보인 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 송풍기 15: 열풍투입배관
20: 슬러지주입기 30: 건조기
31: 유입관로 33: 온도센서부
35: 마이크로파발생기 36: 발열기
37: 열풍토출배관 39: 컨베이어밸트
40: 원심분리기 50: 인입차단밸브
56: 제2방향전환밸브 60: 폭기조
65: 폭기조인입배관 70: 수집기
80: 챔버 90: 제어부

Claims (6)

  1. 생활하수나 분뇨, 축산폐수, 공장폐수, 음식물쓰레기와 같은 오염물을 처리하는 과정에서 발생되는 수분이 함유된 슬러지를 건조기로 건조하기 위한 슬러지 건조장치에 있어서,
    상기 건조기(30)와 열풍투입배관(15)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에 고온 고압의 공기를 투입하는 송풍기(10)와,
    상기 건조기(30)와 열풍토출배관(37)으로 연결되어 상기 건조기(30)내에서 인출되는 공기가 투입되는 폭기조(60)와,
    상기 열풍토출배관(37)에 설치되어 상기 건조기(30)에서 인출되는 공기를 상기 송풍기(10)로 보내는 제2방향전환밸브(56)와,
    상기 송풍기(10)와 건조기(30)를 제어하는 제어부(90)로 구성되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 건조기(30)에는 슬러지에 함유된 수분을 제거하기 위한 마이크로파발생기(35)가 설치되고, 수분이 제거된 상기 슬러지를 분리하기 위한 원심분리기(40)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치.
  3. 생활하수나 분뇨, 축산폐수, 공장폐수와 같은 오염물을 처리하는 과정에서 발생되는 수분이 함유된 슬러지를 건조기로 건조하기 위한 슬러지 건조방법에 있어서,
    상기 슬러지를 스크루 방식의 슬러지주입기(20)에 투입하여 1차적으로 슬러지 함수율을 낮춘 후, 상기 건조기(30)내로 인입시키는 함수율저감단계와,
    송풍기(10)의 폐열을 마이크로파발생기(35)가 설치된 건조기(30)에 투입하여 상기 건조기(30)내의 온도를 상승시키는 폐열투입단계와,
    상기 단계를 거쳐 건조된 슬러지를 상기 건조기(30)에 설치된 원심분리기(40)를 통해 분리하여 수집기(70)로 보내는 슬러지수집단계와,
    상기 건조기(30)에서 유출되는 공기가 상기 송풍기(10)로 재유입되게 제2방향전환밸브(56)를 폐쇄하는 폐쇄단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 건조기(30)로 유입되는 송풍기(10)의 폐열온도를 온도센서부(33)가 감지하여 일정온도 이상이 되면 자동으로 차단시키는 차단단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치 를 이용한 건조방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 건조기(30)에 설치된 컨베이어에 의해 이송되는 슬러지를 발열기(36)로 건조하는 건조보조단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제2방향전환밸브(56)를 개방하여 상기 원심분리기(40)로부터 유출되는 공기가 폭기조(60)로 유입되게 하는 폭기조유입단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 송풍기의 폐열을 열풍으로 이용한 마이크로웨이브 슬러지 건조장치를 이용한 건조방법.
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