KR101051936B1 - 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스 - Google Patents
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Abstract
공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스 및 그 스크류프레스의 세척방법에 관한 것으로, 그 목적은 세척수 분사시 교반수단을 이용 세척수에 공기방울을 생성후 스크린에 분사시킴으로써 공기방울의 급격한 팽창압을 이용 스크린 표면 및 탈수홀 내 이물질의 세척효과를 극대화함과 동시에 적은 세척수를 분사함으로써 슬러지의 함수율 증가를 방지할 수 있는 세척수단을 구비한 스크류 프레스 및 스크류프레스의 세척방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 탈수홀이 형성된 스크린을 구비한 외측튜브와; 이 외측튜브 내에 설치되어 회전에 의해 외측튜브 내로 공급된 슬러지를 압착하여 고형분과 수분으로 분리하는 스크류샤프트; 및 스크류사프트 둘레에 형성된 스크류날개;를 포함하여 구성된 스크류프레스에 있어서, 상기 스크린으로 세척수를 분사하는 복수개의 노즐이 형성된 세척관(66)과; 세척수탱크에 저장된 세척수를 고압으로 공급하여 상기 세척관 내 압력을 상승시키는 세척펌프(67)와; 상기 세척관(66)과 세척펌프(67) 사이에 설치되어 세척수에 공기를 공급하는 공기공급수단(2)과; 공급된 공기와 세척수를 와류화하여 세척수 속의 공기방울을 미세화하고 균등하게 분포시키는 교반수단(1);으로 이루어진 세척수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.를 발명의 특징으로 한다
본 발명의 구성은 탈수홀이 형성된 스크린을 구비한 외측튜브와; 이 외측튜브 내에 설치되어 회전에 의해 외측튜브 내로 공급된 슬러지를 압착하여 고형분과 수분으로 분리하는 스크류샤프트; 및 스크류사프트 둘레에 형성된 스크류날개;를 포함하여 구성된 스크류프레스에 있어서, 상기 스크린으로 세척수를 분사하는 복수개의 노즐이 형성된 세척관(66)과; 세척수탱크에 저장된 세척수를 고압으로 공급하여 상기 세척관 내 압력을 상승시키는 세척펌프(67)와; 상기 세척관(66)과 세척펌프(67) 사이에 설치되어 세척수에 공기를 공급하는 공기공급수단(2)과; 공급된 공기와 세척수를 와류화하여 세척수 속의 공기방울을 미세화하고 균등하게 분포시키는 교반수단(1);으로 이루어진 세척수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.를 발명의 특징으로 한다
Description
본 발명은 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스에 관한 것으로, 자세하게는 여러 산업현장에서 발생된 슬러지의 농축을 위해 스크류를 회전시켜 압착함으로써 고형분과 수분으로 분리하는 스크류프레스가 운전 중 스크린에 고형물 등이 끼어 탈수능력 저하시 공기방울을 이용한 세척수단을 이용함으로써 이물질을 신뢰성 있게 제거토록 한 기술에 관한 것이다.
종래 하수, 오물, 또는 폐수의 유기 슬러지 중에서 고형분과 수분을 분리하는 방법중 대표적인 것으로는 고중합 응고제를 첨가시켜 침전물을 형성하는 방법, 농축용 원심농축기 또는 부유농축기를 사용하여 농축시키는 방법, 일정 농도로 농축된 슬러지를 스크류프레스를 통해 여과 및 탈수하는 방법이 사용된다.
상기 분리방법 중 스크류프레스를 이용한 방법은, 고형분과 액상이 혼합된 슬러지를 스크류프레스에 공급하여 스크류샤프트에 형성된 스크류날개의 회전작용으로 공급된 슬러지를 일측에서 타측으로 이송하면서 압착에 의해 슬러지내 고형분을 케익화하고, 동시에 슬러지 내 수분을 탈수시키는 방법이다.
이러한 스크류프레스는 형태에 따라 여러 타입으로 나뉘어 질 수 있는데,
먼저, 일반적인 형태는 고형분과 수분이 혼합된 슬러지의 배출구쪽은 스크류 샤프트의 직경이 작고 고형분(케이크) 배출구쪽은 직경이 크도록 테이퍼(경사)지게 가공하고, 스크류샤프트 둘레에 형성된 스크류날개는 피치를 일정하게 가공함으로써 스크류날개의 회전에 따라 일측에서 타측으로 이송중인 슬러지가 차지하는 공간이 점차로 좁아져 압착이 일어나도록 하는 방식이 있다.
또 다른 형태로는 스크류샤프트의 형상을 상기 설명과 반대로 방향으로 설치하되, 스크류날개의 피치가 배출구쪽으로 갈수록 점차 좁아지게 가공함으로써 스크류날개의 회전에 따라 일측에서 타측으로 이송중인 슬러지가 차지하는 공간이 점차로 좁아져 슬러지 압착이 일어나도록 하는 방식 등이다.
상기 설명된 각 스크류프레스의 방식은 공급되는 슬러지의 종류나 상태에 따라 선택적으로 사용되지만, 기본적인 원리는 스크류샤프트 및 스크류날개의 회전에 의한 슬러지 이송과, 슬러지가 점유하고 있는 공간면적의 점차적인 축소로 인한 압착이 일어나도록 한다는 점에서는 동일하다.
일반적인 스크류프레스 구조를 한 실시예에 따라 설명한다. 도 7은 종래 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고, 도 8은 종래 세척수단에 따른 스크린 세척과정을 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 전형적인 스크류프레스 장치는 외측튜브(50) 및 상기 외측튜브 내에 위치된 스크류샤프트(51)를 설치하여 일측단에 연결된 모터등의 구동원(스크류샤프트 구동모터(52))에 의해 회전하도록 구성된다. 이때 스크류샤프트는 슬러지 배출구(53)쪽은 직경이 작고 고형분(케이크) 배출구(54) 쪽은 직경이 크게 경사지게 가공하여 외측튜브와 스크류샤프트 간의 공간부(55) 부피가 변하도록 구성한다. 이는 공간이 점차로 작아지게 구성함으로써 슬러지의 압착이 일어나 고형분의 농축 및 수분의 탈수작용이 일어나도록 하기 위함이다.
스크류샤프트 둘레에는 스크류날개(56)가 일정 피치(또는 가변 피치)로 형성되어 슬러지를 이송하도록 하였다.
외측튜브는 다수의 탈수홀(57)이 천공된 스크린(58)과, 이 스크린의 강도를 보강하기 위한 링(또는 플랜지, 59)으로 구성된다. 탈수홀의 크기는 보통 슬러지 투입구쪽이 크고 배출구 쪽으로 갈수록 작게 형성한다. 그 이유는 초기에 탈수가 원활히 일어나도록 함이고, 압력이 높은 배출구쪽에서는 탈수홀의 크기를 작게하여 압착된 고형분이 빠져 나갈 수 없도록 하기 위함이다.
외측튜브는 스크린 세척시 회전하여 골고루 세척되도록 하기 위해 통상 그 하부에 설치된 외측튜브 회전용 샤프트(60)와 접촉하도록 구성되고, 이 외측튜브 회전용 샤프트는 외측튜브 구동모터(61)에 의해 구동되도록 설치된다. 이때 외측튜브 회전용 샤프트 둘레에는 다수의 롤러(62)가 설치되어 얇은 금속재로 이루어진 스크린의 강도보강을 위해 설치된 링 또는 플랜지와 접촉하게 함으로써 스크린의 손상을 방지하도록 구성된다.
외측튜브의 외측튜브 회전용 샤프트의 하부에는 집수부(63)가 설치되어 탈수된 수분을 집수하여 수분배출부(64)를 통해 배출하도록 구성된다.
그리고 외측튜브(50)를 구성하는 스크린(58)의 세척을 위해 외측튜브(50) 상부에는 복수개의 세척용 노즐(65)이 설치된 세척관(66)이 설치되어 세척펌프(67)가 세척수탱크(68)에 저장된 물을 공급하면 물을 분사하여 스크린 표면에 형성된 탈수홀에 끼인 이물질을 세척하도록 구성된다.
상기와 같은 구성을 가진 스크류프레스는 슬러지투입구를 통해 슬러지가 공급된 후 스크류샤프트의 초입부에 형성된 슬러지배출구를 통해 외측튜브 내로 공급되면 스크류샤프트 구동모터의 회전에 따라 연동되는 스크류샤프트 및 스크류샤프트 둘레에 형성된 스크류날개가 회전하면서 슬러지를 압착 이송하여 농축 및 탈수작용이 일어나게 된다.
하지만 상기와 같은 종래의 스크류프레스는 그 세척방식이 일반적인 노즐방식 세척이어서 스크린에 조밀하게 형성된 탈수홀에 끼인 이물질의 세척력이 떨어져 안정적인 농축 및 탈수 운전이 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 스크린 표면에 조밀하게 천공되어 형성된 복수개의 탈수홀이 막히면 탈수가 일어나지 않아 원하는 만큼의 농축율을 얻을 수 없다는 근본적인 문제가 있고, 또한 수분을 머금은 고형물을 압축함에 따른 스크류샤프트 구동모터의 부하가 증가되면서도 고형물이 충분히 압축되지 않을 수 있다는 문제점과, 더욱이 압력 저항이 낮은 금속제 스크린으로 덮여 있는 외측 튜브의 파손이 일어날 수 있다는 문제점이 있다.
또 다른 문제점으로는 이물질이 스크린 표면 또는 탈수홀에 고착되어 스케일(scale)이 발생되어 스크린 표면의 부식 및 항구적인 탈수홀의 막힘이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
한편, 또 다른 이물질 제거방식으로는 브러시 작업 또는 압축공기에 의한 송풍 작업에 의해 제거될 수 있지만, 이러한 방식은 외측튜브의 구성이 스크린의 강성 보강을 위한 보강 플랜지 또는 링이 존재함으로 인해 브러시 작업 또는 압축공기의 송풍 작업을 균일하게 가하기 곤란하고, 스크린의 메시가 균일하게 미세하기 때문에, 스크린 표면 및 탈수홀의 이물질을 충분히 제거할 수 없다는 문제점이 있다.
이하에서는 종래 일반 세척수 분사 방식의 문제점을 보다 구체적으로 살펴본다,
스크류프레스의 스크린을 세척하는 과정을 살펴보면 세척수 탱크에 저장된 물을 세척펌프가 세척관으로 공급하고, 세척관에 공급된 물은 세척관에 형성된 복수개의 노즐을 통해 스크린에 분사된다. 이때 스크린은 노즐에서 분사된 물이 스크린 표면에 조밀하게 형성된 탈수홀을 골고루 세척하도록 회전하게 된다. 회전방식은 전술한 바와 같이 외측튜브를 회전시키는 외측튜브 구동모터가 회전하면서 이와 연동되는 외측튜브 회전용 샤프트가 회전하게 되고, 이때 외측튜브 회전용 샤프트 둘레에 형성된 롤러가 외측튜브를 구성하는 링 또는 플랜지와 접촉하여 회전력을 전달하여 외측튜브를 회전시키게 된다.
하지만 상기와 같은 종래 방식은 노즐은 개수가 스크린 표면에 조밀하게 형성된 탈수홀에 비해 적기 때문에 탈수홀에 끼인 이물질에 직접적인 고압의 물이 접촉되도록 공급되지 못함으로써 탈수홀 세척이 원활하지 이루어지지 못해 세척후에도 여전히 막힌 탈수홀이 존재하여 스크류프레스의 압축 및 탈수효율이 떨어지게 되고, 이로인해 운전중 세척주기가 자주 발생하게 된다는 문제점과,
또한 스크린의 세척력을 높이기 위해서 세척수가 과도하게 공급됨써 불필요한 세척수의 낭비와 함께 사용된 세척수의 재활용 또는 정화에 드는 비용이 증가된다는 문제점과,
또한 고압으로 급수된 물이 탈수홀을 통해 외측튜브 내부의 슬러지로 침투되어 슬러지 함수율이 높아지게 되어 스크류프레스가 다시 운전되어 슬러지를 농축시 불필요한 에너지가 낭비된다는 문제점과,
또한 세척수에 의한 세척이 원활하게 이루어지지 않음으로 인해 탈수홀 또는 스크린 표면에 남아 있는 이물질이 그대로 고착되면서 금속재로 이루어진 스크린의 표면이 부식되어 내구성이 저하된다는 문제점과 탈수홀에 스케일이 발생하여 점점 더 탈수 효율이 떨어진다는 문제점을 가진다.
이러한 세척방식을 가진 종래 스크류프레스 선행기술로는 대한민국 특허출원 제 10-2001-7009243호(명칭: 스크루 프레스 장치), 대한민국 특허출원 제 10-2004- 0022282호(명칭: 스크류식 슬러지 농축기), 대한민국 실용신안 출원 제 20-2007- 0020740호(명칭: 유지성분이 함유된 협잡물 탈수용 스크류프레스) 등등이 있는데, 이러한 선행 기술들은 모두 상기한 바와 같은 노즐을 통한 세척수 분사방식을 가지고 있다는 근본적인 문제점이 있다.
따라서 외측튜브를 구성하는 스크린의 세척력을 높인 세척수단을 구비한 스크류프레서의 필요성이 크게 대두되고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 세척수 분사시 세척수내에 공기방울을 생성후 스크린에 분사시킴으로써 공기방울의 급격한 팽창압을 이용 스크린 표면 및 탈수홀 내 이물질의 세척효과를 극대화함과 동시에 적은 세척수를 분사로 슬러지의 함수율 증가를 방지할 수 있는 세척수단을 구비한 스크류 프레스를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 세척수단에 의해 공급되는 공기방울 생성시 세척수에 공기 또는 산소의 양을 극대화하여 공기방울에 의한 팽창효과를 극대화하도록 마이크로 버블발생장치를 더 포함하여 구성한 세척수단을 구비한 스크류 프레스를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 생성된 공기방울이 분사된 후 스크린 표면 및 탈수홀까지 공기방울 형상을 유지함과 동시에 스크린 표면 및 탈수홀에 흡착된 이물질에 대한 세정력을 높여 부식 및 스케일 발생 제거를 위해 무독성 계면활성제 공급수단을 더 포함하여 구성한 세척수단을 구비한 스크류 프레스를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 표면에 조밀하게 탈수홀이 형성된 스크린을 구비한 외측튜브와; 이 외측튜브 내에 설치되어 회전에 의해 외측튜브 내로 공급된 슬러지를 압착하여 고형분과 수분으로 분리하는 스크류샤프트; 및 스크류사프트 둘레에 형성된 스크류날개;를 포함하여 구성된 스크류프레스에 있어서,
상기 스크린으로 세척수를 분사하는 복수개의 노즐이 형성된 세척관과; 세척수탱크에 저장된 세척수를 고압으로 공급하여 상기 세척관 내 압력을 상승시키는 세척펌프와; 상기 세척관과 세척펌프 사이에 설치되어 세척수에 공기를 공급하는 공기공급수단과; 공급된 공기와 세척수를 와류화하여 세척수 속의 공기방울을 미세화하고 균등하게 분포시키는 교반수단;으로 이루어진 세척수단을 포함하여 구성되어 가압된 공기방울과 세척수가 스크린 표면에 골고루 분사되어 스크린 표면에 부착되거나 탈수홀에 끼인 이물질을 공기방울 파열시의 팽창압으로 제거토록 한 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스를 제공함으로써 달성된다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 공기공급수단은 교반수단와 세척펌프 사이에 설치된 세척수 공급라인의 일지점에 설치된 벤츄리관과; 이 벤츄리관의 중앙부에 연결된 분지관에 공기를 공급하는 공기공급기; 및 상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브;로 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 공기공급수단은 교반수단 하부 일지점에 형성된 다공노즐과; 이 다공노즐에 일측단이 연결된 분지관에 공기를 공급하는 공기공급기; 및 상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브;로 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 교반수단은 세척수가 공급되는 일측 직경은 넓고, 세척수가 배출되는 타측 직경은 작게 형성하고, 그 내측에는 세척수를 회전 및 충돌시켜 와류화함으로서 공기와 혼합시키는 나선부를 형성한 와류혼합기로 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 공기공급기는 컴프레셔로 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 세척수를 공급하는 세척수탱크에는 마이크로버블화된 공기방울을 포함한 세척수를 공급하여 공기 및 산소 양을 높임으로써 교반수단에서 생성된 공기방울 내 공기의 함량을 높여 팽창압을 높이도록 하는 마이크로버블발생장치를 더 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 세척수를 공급하는 세척수탱크에는 교반수단에서의 공기방울 생성을 돕고, 생성된 공기방울의 형상을 유지토록 하는 계면활성제를 공급하는 계면활성제 공급장치를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 노즐의 개수 또는 위치가 스크류프레스를 구성하는 스크린에 조밀하게 형성된 탈수홀과 일치하지 않다라도 분사된 공기방울의 급격한 팽창압으로 스크린 표면 및 탈수홀 내 이물질의 세척효과가 극대화 된다는 장점과,
또한 세척수 중에 공기 또는 산소의 양을 높인 상태에서 공기방울을 발생시켜 분사함으로써 세척에 사용되는 세척수 양을 줄일수 있고, 이에 따라 사용후 세척수의 처리비용도 현저하게 줄일수 있다는 장점과,
또한 분사된 세척수 양이 적음으로 인해 탈수홀을 지난 수분의 양이 적어 세척수에 의한 슬러지의 함수율 증가를 방지할 수 있다는 장점과,
또한 세척수내 공기방울 생성 및 팽창압 증대를 위해 마이크로 버블발생장치를 통해 마이크로버블을 세척수저장탱크에 공급함으로써 세척수내 공기 또는 산소양이 높아져 펌프를 통해 가압된 상태에서 교반수단에 공급시 미세 공기방울이 많이 생성됨으로써 팽창압 증대에 따른 세척력이 증대되었다는 장점과,
또한 세척수에 무독성계면활성제를 공급함으로써 세척수의 표면장력을 줄여 보다 손쉽게 공기방울을 생성할 수 있고, 이렇게 생성된 공기방울이 노즐을 통해 분사시 그 형상이 유지된 상태에서 스크린 표면 및 탈수홀까지 공급되어 터지게 됨으로써 팽창압이 극대화 된다는 장점과,
또한 스크린 표면 및 탈수홀내 이물질을 세척한 계면활성 성분이 스크린 표면 및 탈수홀에 흡착된 이물질에 대한 세정력을 높여 부식 및 스케일 발생을 방지할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기방울 분사에 의한 스크린 세척과정을 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고,
도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 보인 예시도이고,
도 7은 종래 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고,
도 8은 종래 세척수단에 따른 스크린 세척과정을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기방울 분사에 의한 스크린 세척과정을 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고,
도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 보인 예시도이고,
도 7은 종래 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고,
도 8은 종래 세척수단에 따른 스크린 세척과정을 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기방울 분사에 의한 스크린 세척과정을 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 스크린으로 세척수를 분사하는 복수개의 노즐이 형성된 세척관(66)과; 세척수탱크에 저장된 세척수를 고압으로 공급하여 상기 세척관 내 압력을 상승시키는 세척펌프(67)와; 상기 세척관(66)과 세척펌프(67) 사이에 설치되어 세척수에 공기를 공급하는 공기공급수단(2)과; 공급된 공기와 세척수를 와류화하여 세척수 속의 공기방울을 미세화하고 균등하게 분포시키는 교반수단(1);으로 이루어진 세척수단을 포함하여 구성하였다.
또한 외측튜브(50) 및 상기 외측튜브 내에 스크류샤프트(51)를 설치하여 일측단에 연결된 스크류샤프트 구동모터(52)에 의해 회전하도록 구성되고, 스크류샤프트(51)의 형상은 스크류샤프트 내측공간을 통해 이송후 밖으로 배출되는 슬러지 배출구(53)쪽은 직경이 작고 고형분(케이크) 배출구(54) 쪽은 직경이 크게 경사지게 가공하여 외측튜브(50)와 스크류샤프트(51) 간의 공간부(55) 부피가 점차로 작아지게 구성하며, 스크류샤프트(51) 둘레에는 스크류날개(56)가 일정 피치(또는 가변 피치)로 형성되어 슬러지를 이송하도록 구성된다.
또한 외측튜브(50)는 다수의 탈수홀(57)이 천공된 스크린(58)과, 이 스크린의 강도를 보강하기 위한 링(또는 플랜지, 59)으로 구성되고, 외측튜브(50) 하부는 외측튜브 회전용 샤프트(60)와 접촉하도록 구성되고, 이 외측튜브 회전용 샤프트(60)는 외측튜브 구동모터(61)에 의해 구동되도록 설치된다. 이때 외측튜브 회전용 샤프트의 둘레에는 다수의 롤러(62)가 설치되어 얇은 금속재로 이루어진 스크린의 강도보강을 위해 설치된 링(또는 플랜지)과 접촉하게 함으로써 스크린의 손상을 방지하면서 회전토록 구성된다. 또한 외측튜브(50)를 회전시키는 외측튜브 회전용 샤프트(60)의 하부에는 집수부(63)가 설치되어 탈수된 수분을 집수하여 수분배출부(64)를 통해 배출하도록 구성되는 기본적인 구성을 가진다.
물론 상기한 스크류프레스의 구성에서 스크류샤프트의 경사 방향 및 스크류날개의 피치는 전술한 바와 같이 슬러지 타입이나 운전조건에 따라 다른 실시예로 구성할수 있다. 이와 같은 기본적인 스크류프레스의 구성 자체는 본 발명에서 한정하지는 않는다.
이하부터는 본 발명만의 구체적인 특징인 공기방울 방식 세척수단에 대해 설명한다.
본 발명의 세척수단은 외측튜브(50)를 구성하는 스크린(58)의 세척을 위해 외측튜브(50) 상부에는 복수개의 세척용 노즐(65)이 형성된 세척관(66)이 설치되어 세척펌프(67)가 세척수탱크(68)에 저장된 물을 공급하면 세척수 공급라인(671) 일지점에 설치된 공기공급수단(2)을 통해 공기가 세척수내에 공급된 후, 세척관 전단에 설치된 교반수단(1)을 거치면서 공기방울과 세척수가 재차 혼합된후, 세척관을 거쳐 복수개의 노즐을 통해 최종 분사되어 스크린 표면 및 탈수홀에 분사되어 이물질을 세척하게 구성된다.
상기 교반수단(1)에 공기를 공급하는 공기공급수단(2)은 교반수단(1)과 세척펌프(67) 사이에 설치된 세척수 공급라인(671)의 일지점에 설치된 벤츄리관(21)과; 이 벤츄리관의 중앙부에 연결된 분지관(23)에 공기를 공급하는 공기공급기(23); 및 상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브(24);로 구성된다.
이와 같이 구성됨으로써 세척수 공급라인(671)을 통해 일정압력으로 공급되던 세척수가 벤츄리관을 지나면서 베르누이 정리에 의해 벤츄리관의 오목한 중앙부에서는 유속은 빨라지고 압력이 낮아지면서 분지관(23)에 공기를 공급하는 공기공급기(23)에서 발생한 공기가 세척수 내로 공급되어 공기방울을 생성하게 된다.
여기서 공기공급기(23)는 공기 또는 산소를 공급하기만 하면 족한 것으로, 공급원리가 탱크에 저장된 공기 또는 산소를 공급하거나 외부 공기를 펌프등을 이용해 공급하든 상관없다. 이러한 공기공급기의 내부 구조 자체는 본 발명에서 한정하지는 않는다.
또한 상기에서 벤츄리관을 통과하는 세척수는 압력이 낮아지고 유속이 빠르기 때문에 분지관으로의 역류가 발생할 가능성이 낮지만 혹시 세척펌프 압력이 너무 높은 고압펌프로 설치시는 공기공급기를 세척펌프보다 높은 압력을 가진 컴프레셔로 구성할 수 있다.
또한 세척수 공급라인(671)에 공급되는 공기량은 밸브(24)의 개폐량을 조절하면 된다. 밸브는 수동식 밸브 또는 전자식 밸브 중 어느 것을 설치해도 된다.
또한 세척이 필요하지 않을 경우는 밸브(24)를 닫아 누수등을 예방하게 구성한다.
상기 본 발명에 따른 교반수단(1)은 바람직하게는 세척수가 최초 공급되는 일측의 직경이 넓고, 배출되는 타측의 직경이 작게 경사(테이퍼)진 형태로 형성하는 것이 좋다. 물론 이와 같은 형식이 아닌 일반적인 원통관 타입으로 구성할수도 있지만 상기 경사진 형태로 구성하면 세척수와 공기방울이 와류화되면서 추가적인 공기방울을 형성할 수 있을뿐만 아니라, 혼합된 세척수가 교반수단을 빠져 나갈 때 유속 또는 압력이 높아지게 되어 분사력이 좋아지게 된다.
상기 교반수단은 내부에는 나사산 또는 나선형 돌출부 등의 나선부(3)가 돌출 형성되어 세척펌프로부터 공급된 물이 나사산에 따라 회전하면서 세척수를 와류화시키는 와류혼합기로 구성된다. 즉, 나선부에 형성된 나선 방향을 따라 따라 회전함과 동시에 나선부에 충돌함으로써 세척수의 와류화가 일어나게 된다.
이와 같이 와류화가 일어나게 되면 공급된 공기가 골고루 혼합될 뿐만 아니라 세척수내 공기 또는 산소양이 많아져 교반수단 자체 혼합과정에 의해 공기방울화 되게 된다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 공기방울 분사에 의한 스크린 세척과정을 보인 예시도로, 세척수내에 공기방울이 포함된 채로 세척관을 통해 노즐 분사시의 작용을 이하 설명한다.
본 발명처럼 세척수(6)내에 공기방울(7)이 포함되어 분사되게 되면, 세척관(66)에 복수개 설치된 노즐(65)의 위치가 직접적으로 탈수홀(57)과 직각방향에서 분사되어 탈수홀에 끼인 이물질과 충돌하지 않고 근처에 부딪히더라도 공기방울의 파열시 발생하는 팽창압 때문에 파열된 세척수의 2차적인 접촉 또는 충격파에 의해 이물질이 제거되게 된다.
참고로 공기방울에 의한 팽창압은 공기방울의 크기 및 분사압에 따라 다르겠지만 보통 1kg/cm3으로 압축된 공기방울은 500배 정도의 팽창압을 가질수 있다.
따라서 고압의 세척수 내에 포함된 공기방울은 스크린에 부딪히기 전까지의 도달 시간이 짧아 고압 압축 상태를 유지할 수 있으므로 일반적인 세척수만 분사되었을때보다 공기방울 파열에 따른 훨씬 큰 팽창압을 가지게 되며, 이러한 팽창이 탈수홀과 직각방향으로 분사되지 않고 근처에 분사된다 하더라도 탈수홀에 끼인 이물질이나 근처에 있는 이물질에 미치는 따른 충격량이나 세척수의 전달효과가 커 결과적으로 종래 세척수 분사에서와 달리 골고루 스크린 표면 또는 탈수홀에 끼인 이물질 제거가 가능하다는 탁월한 세척 효과를 가지게 된다.
또한 상기와 같이 공기방울이 포함된 세척수를 사용하게 되면 도시된 바와 같이 슬러지내로 침투하는 수분의 영역이 일반 세척수 사용시보다 훨씬 적어지게 되어 처리 대상 슬러지의 함수율 변화가 적어지게 된다는 장점을 가진다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 구비한 스크류프레스를 보인 단면 예시도이고, 도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 세척수 내 공기방울 생성과정을 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에서 공기방울 생성하는 방법은 도 1 및 2와 다른 방법을 통해서도 생성할 수 있다.
본 발명의 세척수단은 외측튜브(50)를 구성하는 스크린(58)의 세척을 위해 외측튜브(50) 상부에는 복수개의 세척용 노즐(65)이 형성된 세척관(66)이 설치되어 세척펌프(67)가 세척수탱크(68)에 저장된 물을 공급하면 세척수 공급라인(671) 일지점, 특히 세척펌프와 세척관 사이에 설치된 교반수단(1) 및 이와 연결된 공기공급수단(2)을 통해 공기가 세척수내에 공급되어 교반수단 내에서 와류화되면서 공기방울이 생성되어 세척수 내에 포함되고, 이후 스크린 표면 및 탈수홀에 분사되어 이물질을 세척하게 구성된다.
즉, 상기 교반수단(1)은 일측방향 세척펌프로부터 고압의 세척수가 공급되면 하부쪽에 연결된 공기공급수단(2)을 통해 공기가 공급되는데, 공기공급수단은 교반수단(1) 하부 일지점에 형성된 다공노즐(25)과; 이 다공노즐에 일측단이 연결된 분지관(23)에 공기를 공급하는 공기공급기(23); 및 상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브(24);로 구성된다.
상기 교반수단의 구조는 도 1, 2에서 설명한 바와 같다. 이와 같이 교반수단 내에서 와류화가 일어나게 되면 하부방향에서 공급된 공기가 상승하면서 세척수와 혼합되어 세척수 내부에 공기방울이 형성되게 된다. 또한 와류화가 일어나게 되면 공급된 공기가 골고루 혼합될 뿐만 아니라 세척수내 포함된 공기 또는 산소가 교반수단 자체 혼합과정에 의해 공기방울화 되게 된다.
상기 교반수단(1) 하부에 설치된 다공노즐(4)은 고압 공기가 세척수로 공급되기 전에 그 크기가 제어되어 공급되도록 함으로써 공기방울의 크기를 제어할 수 있다. 공기방울 크기 제어방법은 필요로 하는 크기를 가진 다공노즐을 형성한 후 설치하면 된다.
또한 상기에서 다공노즐을 통과하는 공기의 압력이 세척펌프에서 공급되는 세척수의 압력보다 낮을 경우 분지관으로의 역류가 발생할 수도 있는데, 이럴 경우 공기공급기를 세척펌프보다 높은 압력을 가진 고압 컴프레셔로 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세척수단을 보인 예시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세척수단은 도 1 내지 5에 도시된 세척수단((A) 및 (B))에 추가적으로 마이크로버블발생장치(8)와 계면활성제 공급장치(9)가 더 포함되어 구성된 것을 알 수 있다.
상기 마이크로버블발생장치(8)와 계면활성제 공급장치(9)는 필요에 따라 하나씩만 설치할 수도 있고, 도시된 것처럼 2개가 함께 장치될 수도 있다. 이하에서는 함께 설치되었을 때를 설명하지만 각각 하나씩 설치되었을때도 각 장치만의 효과가 있음은 물론이다.
먼저 마이크로 버블장치(8)는 버블 발생원리에 따라 여러 가지 타입의 상용 마이크로버블장치가 시판되고 있는데, 본 발명에서는 그러한 상용의 장치 중 어떤 방식의 마이크로버블장치를 사용해도 상관없다. 다만 세척수내에 공급된 마이크로버블 세척수가 마이크로 미터(㎛) 크기의 공기방울만 형성하면 된다. 물론 이보다 더 작은 나노버블장치를 사용해도 되나, 효과는 좋을 수 있으나 비용이 과도해지므로 이정도 크기의 공기방울만 생성될수 있는 장치이면 충분하다.
마이크로 버블장치(8)는 공급된 세척수를 마이크로버블화하여 세척수탱크에 공급하도록 연결되는데, 세척수 내에 마이크로버블화된 미세 공기방울이 생성되면, 세척수 중에 공기 또는 산소의 양이 많아져 나중에 교반수단에서 공기방울을 생성시 공기방울의 공기 또는 산소의 함량이 높아져 분사된 후의 팽창압을 더욱 높일 수 있다는 장점이 있다. 팽창압이 높아지게 되면 그에 따른 세척력이 더 좋아지게 된다.
참고로 마이크로 버블에 대해 설명하면 보통 5㎛(마이크로미터, 혹은 미크론, 1㎛=0.001㎜) 이하의 눈으로 확인할 수 없는 초미세 기포로 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 보다 미세한 공기 입자로 수면으로 0.1cm/sec의 매우 느린 속도로 상승한다. 이러한 버블은 팽창압에 의해 터질때 40KHz의 초음파를 발생시키고, 140db의 높은 음압을 발생시키게 된다. 이러한 초극미한 공기방울은 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 발생하게 된다. 또한 살균효과도 뛰어나고, 비누와 같은 역활을 통해 세정효과도 가지고 있다.
따라서 이러한 마이크로버블은 공기방울과 합쳐지거나 합쳐지지 않고 직접 스크린 표면 또는 탈수홀까지 분사된 후 파열되면서 팽창압을 제공하게 된다. 이때 스크린 표면에 고착되거나 또는 탈수홀에 끼인 이물질을 세척하면서 세정 및 살균작용까지도 함으로써 스크린에 대한 별도의 세정작업 등이 필요없게 된다.
상기 마이크로 버블장치(8)에서 생성된 마이크로버블 공기방울은 세척수탱크에 공급되어 저장되게 된다. 이때 일반 세척수와 마이크로버블 세척수간의 혼합비율은 임의대로 혼합하면 된다. 단지 너무 많이 투입하면 비용이 증가되고, 너무 적게 투입하면 마이크로버블화에 따른 효과가 적어질 수 있으므로 처리대상 슬러지의 오염도에 따라 적절히 투입하면 된다. 이와 같은 혼합비율을 본 발명은 한정하지 않고, 마이크로버블화된 공기방울을 이용하여 세척력을 증대시키면 충분하다.
한편, 상기 계면활성제 공급장치(9)는 마이크로 버블장치(8)와 함께 또는 단독으로 설치되는데, 사용되는 계면 활성제는 바람직하게는 무독성 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 계면활성제의 목적은 교반수단에 공급되는 컴프레셔에 의한 공기방울뿐만 아니라 교반수단에 유입된 세척수가 와류화하면서 자체적으로 공기방울을 만들 수 있도록 물의 표면장력을 줄여주기 위함이므로 이러한 목적을 달성할 수 있으면, 계면활성제의 종류는 상용의 계면활성제 중에서 어떤 것을 선택하여 사용해도 무방하다. 다만 무독성 제품을 사용하는 것이 슬러지에 포함된 수분의 처리나 고형화된 케이크 처리시 추가적인 공정이 투입되지 않아도 되므로 바람직하다.
또한 계면활성제는 교반수단에서 유입된 세척수의 공기방울화뿐만 아니라 공기방울 또는 마이크로버블 공기방울 생성시 막을 형성하여 공기방울이 스크린 표면 또는 탈수홀까지 접근하여 파열될때까지 그 형태를 유지토록 하는 목적도 가진다.
보통 세척수내 공기방울은 물보다 가벼우므로 계속 상승하여 소멸하게 되는데, 그 소멸율을 낮추어 줌으로써 공기방울 방식 세척력을 극대화 할 수 있게 된다.
따라서 컴프레셔나 마이크로버블발생장치 또는 교반수단에서 자체적으로 만들어지는 공기방울의 지속시간을 획기적으로 늘려주는 역할을 함으로서 본 발명에 따른 세척력 효과가 획기적으로 증대된다.
이때 좀더 공기방울의 형태유지가 더 오래 지속되도록 하기 위해서는 글리세린을 첨가하여 점성을 높일 수도 있다.
또한 계면활성제의 투입양은 양은 너무 많이 투입되면 거품이 많이 일어나므로 처리대상 슬러지의 오염도에 따라 세척수내에 생성될 공기방울의 양, 생성된 공기방울의 유지를 위한 막 형성 및 와류화에 의한 공기방울 생성시 물의 표면장력을 줄이게 그 양을 임의로 조절하여 투입한다. 즉, 본 발명에서는 계면활성제의 특정 투입비례를 한정하는 것은 아니고 이와 같은 계면활성제를 이용하여 스크린 표면 및 탈수홀의 세척력을 극대화하면 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 세척 방법을 단계별로 설명하면 다음과 같다.
세척관에 형성된 노즐로 공급되는 세척수를 교반수단에서 고압 공기와 와류화시켜 공기방울을 발생시키는 단계와;
공기방울이 포함된 세척수를 노즐을 통해 분사시켜 스크린 표면 및 탈수홀 근처에서 파열되면서 발생되는 팽창압에 의해 이물질이 제거되도록 하는 세척단계;로 이루어진다.
또한 상기 공기방울을 발생시키는 단계는, 교반수단에 공급되는 세척수에 마이크로버블화된 공기방울을 포함한 세척수를 공급하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 단계를 가짐으로써 공기 및 산소양을 높임으로써 교반수단에서 생성된 공기방울 내 공기의 함량을 높여 팽창압을 높이게 된다.
또한 상기 세척수에 계면활성제를 공급하는 단계;를 더 포함하여 구성된다. 이와 같은 단계를 가짐으로써 교반수단에서의 공기방울 생성을 돕고, 생성된 공기방울의 형상을 유지하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 교반수단 (2) : 공기공급수단
(3) : 나선부 (4) : 다공노즐
(6) : 세척수 (7) : 공기방울
(8) : 마이크로버블발생장치 (9) : 계면활성제 공급장치
(21) : 벤츄리관 (21) : 공기공급기
(23) : 분지관 (24) : 밸브
(25) : 다공노즐 (50) : 외측튜브
(51) : 스크류샤프트 (52) : 스크류샤프트 구동모터
(53): 슬러지 배출구 (54) : 고형분(케이크) 배출구
(55) : 공간부 (56) : 스크류날개
(57) : 탈수홀 (58) : 스크린
(59) : 링(또는 플랜지) (60) : 외측튜브 회전용 샤프트
(61) : 외측튜브 구동모터 (62) : 롤러
(63) : 집수부 (64) : 수분배출부
(65) : 노즐 (66) : 세척관
(67) : 세척펌프 (68) : 세척수탱크
(671) : 세척수 공급라인
(1) : 교반수단 (2) : 공기공급수단
(3) : 나선부 (4) : 다공노즐
(6) : 세척수 (7) : 공기방울
(8) : 마이크로버블발생장치 (9) : 계면활성제 공급장치
(21) : 벤츄리관 (21) : 공기공급기
(23) : 분지관 (24) : 밸브
(25) : 다공노즐 (50) : 외측튜브
(51) : 스크류샤프트 (52) : 스크류샤프트 구동모터
(53): 슬러지 배출구 (54) : 고형분(케이크) 배출구
(55) : 공간부 (56) : 스크류날개
(57) : 탈수홀 (58) : 스크린
(59) : 링(또는 플랜지) (60) : 외측튜브 회전용 샤프트
(61) : 외측튜브 구동모터 (62) : 롤러
(63) : 집수부 (64) : 수분배출부
(65) : 노즐 (66) : 세척관
(67) : 세척펌프 (68) : 세척수탱크
(671) : 세척수 공급라인
Claims (7)
- 표면에 조밀하게 탈수홀이 형성된 스크린을 구비한 외측튜브와; 이 외측튜브 내에 설치되어 회전에 의해 외측튜브 내로 공급된 슬러지를 압착하여 고형분과 수분으로 분리하는 스크류샤프트; 및 스크류사프트 둘레에 형성된 스크류날개;를 포함하여 구성된 스크류프레스에 있어서,
상기 스크린으로 세척수를 분사하는 복수개의 노즐이 형성된 세척관(66)과;
세척수탱크에 저장된 세척수를 고압으로 공급하여 상기 세척관 내 압력을 상승시키는 세척펌프(67)와;
상기 세척관(66)과 세척펌프(67) 사이에 설치되어 세척수에 공기를 공급하는 공기공급수단(2)과;
공급된 공기와 세척수를 와류화하여 세척수 속의 공기방울을 미세화하고 균등하게 분포시키는 교반수단(1);으로 이루어진 세척수단을 포함하여 구성되어 가압된 공기방울과 세척수가 스크린 표면에 골고루 분사되어 스크린 표면에 부착되거나 탈수홀에 끼인 이물질을 공기방울 파열시의 팽창압으로 제거토록 한 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
- 청구항 1에 있어서,
상기 공기공급수단(2)은 교반수단(1)과 세척펌프(67) 사이에 설치된 세척수 공급라인(671)의 일지점에 설치된 벤츄리관(21)과;
이 벤츄리관의 중앙부에 연결된 분지관(23)에 공기를 공급하는 공기공급기(23); 및
상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브(24);로 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
- 청구항 1에 있어서,
상기 공기공급수단(2)은 교반수단(1) 하부 일지점에 형성된 다공노즐(25)과;
이 다공노즐에 일측단이 연결된 분지관(23)에 공기를 공급하는 공기공급기(23); 및
상기 분지관 일지점에 설치되어 공기 공급량을 조절하는 밸브(24);로 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
- 청구항 1에 있어서,
상기 교반수단은 세척수가 공급되는 일측 직경은 넓고, 세척수가 배출되는 타측 직경은 작게 형성하고, 그 내측에는 세척수를 회전 및 충돌시켜 와류화함으로서 공기와 혼합시키는 나선부(3)를 형성한 와류혼합기로 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스. - 청구항 2 또는 3에 있어서,
상기 공기공급기(23)는 컴프레셔(2)인 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
- 청구항 1에 있어서,
상기 세척수를 공급하는 세척수탱크에는 마이크로버블화된 공기방울을 포함한 세척수를 공급하여 공기 및 산소의 양을 높임으로써 교반수단에서 생성된 공기방울 내 공기의 함량을 높여 팽창압을 높이도록 하는 마이크로버블발생장치(8)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
- 청구항 1 또는 6에 있어서,
상기 세척수를 공급하는 세척수탱크에는 교반수단에서의 공기방울 생성을 돕고, 생성된 공기방울의 형상을 유지토록 하는 계면활성제를 공급하는 계면활성제 공급장치(9)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스.
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| KR1020110031574A KR101051936B1 (ko) | 2011-04-06 | 2011-04-06 | 공기방울 분사 세척수단을 구비한 스크류프레스 |
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2011
- 2011-04-06 KR KR1020110031574A patent/KR101051936B1/ko active IP Right Grant
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