KR101112581B1 - 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 슬러지 및 축분 등 각종 축산 폐기물을 발생하는 장소에서 대량으로 건조 및 탄화 방식에 의해 직접 처리하기 위한 에너지 효율이 높고 친환경적 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명은 버너, 연소기, 메인건조기, 탄화기, 보조건조기 등을 포함한다.

Description

슬러지 또는 폐기물 처리 시스템{System for treating sludge or waste}

본 발명은 각종 슬러지 및 축분 등 각종 축산 폐기물을 발생하는 장소에서 대량으로 건조 및 탄화 방식에 의해 직접 처리하기 위한 에너지 효율이 높고 친환경적 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 축산 농가들은 전염병의 발생을 막기 위해 정기적으로 축사를 소독하고, 예방접종을 하는 등의 노력을 하고 있지만, 해마다 농가에서는 각종 질병이나 전염병으로 많은 가축들이 폐사되고 있다. 이와 같은 폐사로 인한 피해는 농가의 직접적인 피해뿐만 아니라, 폐사 가축의 사체 및 분비물로부터의 병원균의 확산으로 인한 2차 감염의 우려가 있다. 이와 같은 병원균의 확산을 방지하기 위해 땅에 매립하는 방법을 취하고 있으나, 매립장소의 선정이 어려워 농가 주변으로 이동하여 매립해야 하고, 또한 이로 인해 신속한 처리가 되지 않아 병원균의 확산을 막기 힘들다. 또한 매립 후 발생하는 침출수로 인한 지하수의 오염 등 제2의 환경오염의 원인이 되고, 그 주변이 병원균의 온상이 되어 농작물 재배가 힘드는 등 심각한 농가 피해가 우려된다. 특히 전염지역의 살균 및 축분과 같은 각종 축산 폐기물 등의 처리는 전염된 가축의 처리에 비하여 등한시하고 있는 것이 큰 문제점으로 대두되고 있다.

따라서 매립이 아닌 별도의 방법이 연구되고 있는데, 대부분 이동식 슬러지 처리 시스템들의 경우 축산폐기물을 탈수하여 탈수액은 정수장으로 보내어 처리하고, 케익을 별도의 처리장으로 이동 처리하는 방식으로 운영되고 있다. 이러한 방법은 멸균이 되지 않아 병원균이 함유되어 있는 축분 케이크를 이동시키므로 오히려 전염 지역을 넓히는 역효과를 낼 수 있으므로 전염병이 발생한 지역에서는 사용하기 곤란한 방법들이다.

또 다른 방법은 차량에 이중 구조를 가진 건조기를 이용한 건조 공법에 의한 처리 방법이 고안되어 있으나, 슬러지 및 축산폐기물의 건조 특성, 특히 함수율이 떨어지면서 점성이 증가하는 현상을 고려하지 않은 방식이므로 건조기의 내벽 및 스크류 날개에 점착현상이 일어나 건조기의 고장 원인이 되어 내구성이 떨어져 수리비가 증가하는 문제점이 있다. 또한, 건조 시 발생하는 악취로 민원이 발생하고, 분진 및 각종 유해가스(VOC)등으로 제2의 환경오염의 원인이 될 수 있으며, 건조 시 발생하는 폐수를 다시 별도의 처리장에서 처리해야 하는 것 등 많은 문제점을 가지고 있을 뿐 아니라 건조물은 악취 및 부패로 인한 장기 보관이 힘들다는 애로점이 있다.

최종 부산물의 흡착제, 흡음제, 토양개량제, 시멘트 원료, 철강보온제 등으로의 활용도 및 보관성이 높은 건조 및 탄화 공법에 의하면 완전 멸균이 되며, 악취, 분진, 매연 등이 발생하지 않아 친환경적이고 민원발생의 소지를 감소시킬 수 있어서 상기한 것과 같은 문제점들을 해결할 수 있으나, 열효율을 높여 처리비를 낮추기 위한 열교환 설비, 악취 및 각종 발생 가스를 제거하기 위한 열산화 설비 등 건조 및 탄화 공법으로 슬러지 및 각종 축산폐기물의 처리 위한 설비는 부피가 커서 이동 설치가 어렵다는 문제점을 안고 있다.

일반적으로 슬러지 및 각종 축산폐기물의 건조 및 탄화 공법에 의한 처리공정은 탄화하기에 적합한 약 20％ 정도의 함수율로 슬러지 및 각종 축산폐기물을 건조하여 탄화기에서 탄화를 하게 된다. 건조 공정에서는 슬러지 및 각종 축산폐기물의 함수율 감소에 따른 점성의 증가로 인해 이송장치 및 건조기 기벽에 점착현상이 발생하여 건조기 고장의 원인이 되며, 슬러지 및 각종 축산폐기물의 뭉침 현상의 발생으로 탄화에 적합한 건조 상태로 건조하기에 어려움이 있으므로, 이와 같은 현상을 회피하기 위해 별도의 건조물 및 첨가물을 습한 상태의 슬러지 및 각종 축산폐기물과 혼합하여 점착현상이나 뭉침현상 등 상기한 것과 같은 문제를 회피하면서 처리하는 경우, 처리해야 하는 슬러지와 각종 축산폐기물의 양이 증가할 뿐만 아니라 별도의 혼합기를 건조과정 전에 설치하여야 한다는 문제점이 있다. 탄화 과정에서는 고온의 열풍(800～1000℃)이 슬러지나 각종 축산폐기물의 건조물을 부분적으로 소각하여 소각재를 낼 수 있으며, 탄화공정이 온도 조절이 용이하지 않아서 활용처에 맞는 고품질의 탄화물을 만들 수 없어서 탄화물의 활용도를 낮추고, 탄화기의 열변형으로 인한 내구성을 저하시키는 문제점을 안고 있다. 또한, 각 공정에서 발생하는 환경 오염 물질인 각종유해 가스 및 이물질을 제거하기 위해 물을 분사하고, 집진하는 등 후처리 시설을 설치하여 운용하므로 넓은 대지가 필요하며, 이때 발생하는 수분 및 유분을 분리하여 다시 처리하여야 하므로 2중의 처리 비용이 들어가게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 위에서 언급한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 보조 건조기, 메인 건조기, 탄화기로 이어지는 공정으로 구성되어, 슬러지 또는 폐기물의 전처리 과정, 악취 및 각종 위해 가스의 제거과정, 환경오염 물질을 제거하기 위한 후처리 과정에 필요한 설비 없이 가장 기본적인 설비만으로 건조 및 탄화가 이루어지도록 설비를 단순하고, 슬러지 또는 폐기물의 함수율에 따라 점성이 증가하는 건조특성을 고려하여 건조과정을 2단계로 나누어 실시함으로써 슬러지 또는 폐기물의 점착 현상 및 뭉침 현상을 방지하며, 탄화기의 외통을 열풍통로와 외부공기통로의 이중 구조로 하여 외부 공기량의 조절을 통해 건조물의 탄화 온도를 조절하여 고품질의 활용성이 좋은 탄화물을 얻으며, 탄화기의 열변형을 예방하여 탄화기의 내구성의 향상을 도모하고, 예열된 외부공기와 건류가스를 혼합하여 적정 수준의 산소 함량을 가지는 건류 가스를 얻어서 연소기에서 효율적인 연소가 가능하도록 하여 불완전 연소를 예방하여 환경오염 물질의 생산을 억제하고, 각 기기들의 합리적인 배치와 탄화공정 중 발생하는 건류가스를 회수 연소하여 건조 과정의 에너지원으로 사용하여 에너지 효율을 극대화하며, 연소기에서의 악취 및 VOC가스 등의 제거 및 별도의 폐수 처리 시설 없이 순수한 수증기만을 대기로 배출하도록 하고, 전염병에 전염된 가축으로부터 배설되는 축분 및 축산농가에서 발생하는 각종 슬러지를 고온으로 처리하여 완전 멸균함으로써 친환경적이고, 연속구동이 가능하여 대량의 슬러지 또는 폐기물을 경제적이고 위생적이며 효율적으로 처리 가능한 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 일측에 버너(100) 및 건류가스 입구(211)를 구비하고 타측에 연소관 출구(212)를 구비한 연소관(210)과 상기 연소관(210)을 둘러싸고 일측에 건조 폐열 인입구(221)를 구비하고 타측에 열풍 출구(222)를 구비하는 외통체(220)를 포함하는 이중 통형 구조의 연소기(200); 폐기물 유입구(310), 폐기물 배출구(320), 열풍 입구(330) 및 메인 건조 폐열 송출구(340)를 포함하는 메인 건조기(300)로서, 상기 폐기물 유입구(310)로 슬러지 또는 폐기물이 투입되어, 폐기물 배출구(320)로 투입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되어 건조물로 배출되며, 상기 연소관 출구(212)와 연통되는 상기 열풍 입구(330)로 열풍이 유입되어 상기 메인 건조 폐열 송출구(340)로 유출되어, 유입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되도록 구성되는 메인 건조기(300); 상기 메인 건조기(300)를 통하여 건조된 건조물이 투입되는 건조물 인입구(411), 투입된 건조물이 탄화되어 배출되는 탄화물출구(412) 및 탄화하면서 발생되는 건류가스를 배출하기 위한 건류가스 배출공(413)을 포함하는 탄화관(410), 및 상기 연소기(200)의 열풍출구(222)와 연통하여 열풍이 유입되는 열풍유입구(421), 유입된 열풍이 배출되는 예열공기배출구(422), 외부공기가 유입되는 외부공기인입구(423) 및 유입된 외부공기가 배출되는 외부공기배출구(424)를 포함하는 바깥통(420)을 포함하는 탄화기(400); 및 상기 탄화기(400)의 탄화물출구(412)로부터 유출되는 탄화물을 저장하기 위한 탄화물저장수단(600)을 포함한다.

본 발명은 내측통(510)과 상기 내측통(510)을 둘러싸는 외측통(520)을 포함하는 이중 통형 구조로 이루어진 보조건조기(500)를 더 포함하되, 상기 내측통(510)은 슬러지 또는 폐기물이 유입되는 폐기물 인입구(511), 가열되어 건조된 폐기물이 유출되며, 상기 메인 건조기(300)의 폐기물 유입구(310)와 연통되는 폐기물 출구(512), 상기 메인 건조기(300)의 메인 건조폐열 송출구(340)에서 유출되는 건조폐열을 유입 및 유출시키기 위한 보조건조폐열입구(513) 및 보조건조폐열출구(514), 상기 외측통(520)은 상기 탄화기(400)의 예열공기배출구(422)와 연통하며, 상기 탄화기(400)의 예열공기배출구(422)에서 배출되는 탄화폐열이 유입되는 탄화폐열인입구(521) 및 유입된 탄화폐열을 방출하기 위한 탄화폐열출구(522)를 더 포함하되, 상기 탄화폐열출구(522)는 유출되는 탄화폐열을 정화시켜 대기로 방출하기 위한 사이클론(700)과 연통할 수 있다.

본 발명의 상기 탄화기(400)의 상부에는 상기 탄화기(400)의 건류가스배출공(413)과 연통되며, 배출되는 건류가스를 수집하기 위한 건류가스수집통(430)이 더 구비되며, 상기 건류가스수집통(430)에서 배출되는 건류가스와 상기 탄화기(400)의 외부공기배출구(424)에서 배출되는 공기를 혼합하기 위한 혼합기(800)을 더 포함하되, 상기 혼합기(800)에서 외부공기와 혼합된 건류가스가 상기 연소기(200)의 건류가스입구(211)로 유입되도록, 상기 혼합기(800)의 출구와 상기 건류가스입구(211)는 서로 연통될 수 있다.

본 발명의 상기 보조건조기(500)의 폐기물인입구(511)의 상부측에는 슬러지 또는 폐기물을 투입시키기 위한 투입호퍼(900)가 더 구비되며, 상기 투입호퍼(900)의 상부측에 슬러지 또는 폐기물에 포함된 이물질을 제거하기 위한 선별기(1000) 또는 적당한 크기로 파쇄하기 위한 파쇄기(1100)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 탄화기(400)의 바깥통(420)은 열풍유입구(421)로 유입되는 열풍과 외부공기인입구(423)로 유입되는 외부공기가 내부에서 혼합되지 않도록 열풍통과관(425) 및 외부공기통과관(426)으로 각각 구획되며, 상기 열풍통과관(425) 및 외부공기통과관(426)은 나선을 이루면서 서로 꼬인 형태이다.

본 발명의 상기 보조건조기(500)의 외측통(520)과 내측통(510) 사이에는 유입된 탄화폐열이 나선을 그리면서 유동하도록 안내판(523)이 나선형으로 구비된다.

본 발명의 상기 연소기(200)의 연소관(210)과 외통체(220) 사이 공간에는 나선형으로 나선부(223)가 구비되고, 상기 나선부(223)는 부분적으로 끊어진 틈(224)이 형성될 수 있다.

본 발명은 하나의 버너에서 생산된 에너지를 최대한 활용할 수 있도록 구성된 것이다. 건조 및 탄화하는 슬러지 또는 폐기물의 종류에 따라 탄화 공정에서 회수되는 건류가스의 양과 품질이 상이하여 전체공정의 에너지 효율에 다소 차이가 있긴 하지만, 일반적으로 타 설비에 비해 75～80％까지 에너지 효율이 향상되므로 폐기물의 처리 비용을 타 설비에 비해 약 60％ 정도 절감시키고, 악취를 제거하기 위한 열산화(RTO) 장비 및 환경보호를 위한 배출가스 정화시설 그리고 폐수의 정화시설 등의 각종 설비가 필요 없어 설비를 단순화하여 설비 제작 및 설치 비용이 타 설비에 비해 약 50％가 절감되고 트레일러에 설치 이동이 가능하여 매우 경제적이고 활용성이 많은 건조 및 탄화 설비이다.

본 발명을 이용하면 구체적으로 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 가축 전염병 발생지역 및 생성된 슬러지 또는 폐기물을 발생지역의 처리를 원하는 곳으로 이동하여 완전 멸균 처리할 수 있다. 둘째, 감량화율을 약 90％ 정도로 할 수 있는 건조 및 탄화 공법에 의해 슬러지 또는 폐기물을 처리하므로 슬러지 또는 폐기물의 양을 획기적으로 줄이며, 부산물을 활용할 수 있다. 셋째, 연속 구동이 가능하므로 처리 효율이 높다. 넷째, 별도의 연료 사용이나 열산화(RTO) 설비 없이 악취, 유해가스(VOC), 다이옥신 및 백연이 제거되므로 경제적이며 친환경적으로 슬러지 또는 폐기물을 처리할 수 있다. 다섯째, 발생되는 대부분의 분진은 보조 건조기의 습한 피건조물에 흡착 제거하여 환경오염을 예방하고, 사이클론의 수명 연장 가능해 수리비가 절감된다. 여섯째, 공정의 단순화로 설비비가 낮고, 기기의 합리적 배치로 인한 에너지 효율 극대화로 슬러지 또는 폐기물 처리비용이 절감된다.

도 1은 본 발명의 일실시예 따른 개념도
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개념도
도 3은 본 발명에 따른 전체적인 구성을 설명하기 위한 개념도
도 4는 본 발명에 따른 시스템에서 폐기물의 흐름도
도 5는 본 발명 중 연소기의 개념도
도 6은 본 발명에 따라 흐르는 에너지(열)의 순환 개념도
도 7은 본 발명에 따라 흐르는 폐기물 처리 개념도
도 8은 본 발명에 따라 건조되는 건조물 처리 개념도
도 9는 본 발명이 트레일러에 장착된 실시예를 보이는 개념도

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하겠다.

도 4을 참고하면, 슬러지 또는 폐기물을 효과적으로 탄화시키기 위해서는 건조 과정을 마친 건조물의 상태가 뭉쳐져 있지 않고, 잘게 부수어져 있는 상태로 존재하여야 한다. 이를 위해서 슬러지 또는 폐기물은 함수율에 따라 그 성상 및 성질 특히 점성이 증가하므로 이들의 건조 특성에 맞추어 건조 방법을 달리해야 한다. 일반적으로 함수율이 높은 고함수율 구간에서는 전도열을 이용하여 건조하고, 저함수율 구간에서는 폐기물을 분산시켜 표면적을 확대함으로써 건조 효율을 극대화할 수 있다. 이와 같은 목적을 달성하기 위해서 건조 과정을 메인건조기(300)와 더불어 보조건조기(500), 두 부분으로 나누어 실시할 수 있다.

도 1 또는 2를 참고하면, 보조 건조기(210)는 직접열과 간접열을 동시에 활용할 수 있도록 원통형의 내측통(510)과 외측통(520)을 구비한다. 내?외측통(510, 520) 사이에 긴 판상체인 안내판(523)을 나선형으로 배치하였다. 후술하는 탄화기(400)에서 나오는 약 500℃의 열풍이 탄화폐열인입구(521)로 유입, 탄화폐열출구(522)로 배출되어, 간접열로 활용할 수 있다. 또한 보조 건조기(210)는 메인 건조기(300)의 메인 건조폐열 송출구(340)에서 유출되는 건조폐열(300～400℃)을 보조 건조 폐열입구(513)로 유입되도록 하여, 직접열로 이용할 수 있도록 하였다. 이 폐열과 함께 메인 건조기(300)에서는 건조 과정에서 분진, 수증기, 악취 및 각종 유해가스(VOC)가 발생할 수 있다. 발생하는 분진은 보조 건조기(500) 내의 피건조물에 흡착 제거된다. 발생하는 수증기는 복사열에 의해 과열증기가 되는데 이 과열증기는 역전점 온도 이상 고온에서 경막전열계수 값이 증가되어 건조속도가 건공기를 사용하는 경우보다 크게 증가하므로 피건조물의 건조 효과를 배가시킨다. 건조과정에서 발생하는 악취, 유해가스 등은 후술하는 연소기(200)의 연소관(210)과 외통체(220) 사이의 열풍통과로(224)의 복사열 구간에서 열분해되어 제거된다. 수증기는 연소기(200)의 연소관(210)과 외통체(220) 사이 열풍통과로(224)를 통과하면서 과열증기가 되어 탄화기(400)의 열풍유입구(421)로 유입된다. 이 과열증기는 탄화기(400)의 간접열로 사용된 후 다시 보조 건조기(500)의 탄화폐열인입구(521)로 유입되어 보조 건조기(500)의 간접열로 사용된다. 폐기물은 보조 건조기(500) 내부에 가로로 설치된 리프트를 가진 스크류 교반기(미도시)에 의해 혼합 이송되면서 점성증가 및 뭉침현상이 발생하는 글루존(Glue zone) 영역을 피하도록 함수율이 55％가 될 때까지 건조된다.

보조 건조기(500)와 메인 건조기(300) 사이에 설치된 폐기물 분산장치(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 폐기물 분산장치(미도시)를 통과시켜 표면적이 커진 슬러지 또는 폐기물은 메인 건조기(300)의 폐기물 유입구(310)로 투입시킨다. 투입된 폐기물을 연소기(200)의 연소관출구(212)에서 나오는 열풍을 이용하여 메인 건조기(300)에서 수분이 15 ～ 20％ 정도 될 때까지 건조된다.

도 1 또는 2를 참고하면, 메인 건조기(210)는 슬러지 또는 폐기물이 유입되는 폐기물 유입구(310), 건조과정을 거친 폐기물이 배출되는 폐기물 배출구(320), 연소기(200)의 열풍이 유입되는 열풍 입구(330) 및 건조에 사용된 열풍을 배출하기 위한 메인 건조 폐열 송출구(340)를 포함한다.

도 1을 참고하면, 연소관(210)에 의하여 발생되는 열풍 등 메인 건조폐열 송출구(340)를 통하여 배출되어 다시 건조 폐열 인입구(221)로 유입될 수 있다. 또는 도 2를 참고하면, 연소관(210)에 의하여 발생되는 열풍 등 메인 건조폐열 송출구(340)를 통하여 배출되어 보조 건조폐열입구(513)로 유입되어 보조건조기(500)의 직접열로 활용된 후 보조건조폐열출구(514)로 배출되어 연소기(200)의 건조폐열인입구(221)로 유입될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 탄화기(400)는 건조물을 탄화시키는 탄화관(410)과 바깥통(420) 사이에 열풍이 통과하는 이중 구조로 되어 있다. 즉, 연소기(200)의 열풍통과로(224)를 통과한 고온 열풍이 탄화기(400)의 열풍유입구(421)로 유입되도록 상호 연통된 열풍 통과관(425)과 이 800 ～ 950℃의 열풍에 의하여 건조물이 탄화되는 탄화관(410), 건조물 인입구(411)로 유입되는 건조물을 탄화물 출구(412)로 배출시키기 위한 스크류(413) 및 스크류축(414) 등의 열변형을 막기 위해 외부 공기를 외부공기인입구(423)를 통하여 유입시켜 외부공기배출구(424)를 통하여 배출시키는 통로역할을 하는 외부공기 통과관(426)의 두 부분으로 되어있다.

이렇게 하여 차가운 외부 공기를 유입시킴으로 고열에 의한 탄화기(400) 구성품들의 열변형을 예방하여 탄화기(400)의 내구성을 높이고, 유입되는 외부 공기의 양에 따라 탄화에 적합한 온도를 만들 수 있게 되어 고품질의 탄화물을 얻을 수 있다. 또한 외부공기 통과관(426)에서 예열된 공기는 외부공기배출구(424)로 배출되며, 배출된 공기는 혼합기(800) 측으로 유입된다. 또한, 탄화관(410)에서 발생되는 건류가스는 건류가스 배출공(413)을 통하여 유출되며, 유출된 건류가스는 건류가스 수집통(430)에 수집된다. 수집된 건류가스와 외부공기배출구(424)를 통하여 배출되는 외부공기는 혼합기(317)에서 혼합된다. 이로써 혼합기(800) 내의 건류가스가 적당량의 산소를 함유한다. 혼합기(800)에서 혼합된 건류가스는 연소기(200)의 건류가스입구(211)로 유입된다. 유입된 건류가스는 연소를 도와 연소기(200)에서 완전 연소가 되어 대기오염 물질인 일산화탄소(CO)의 발생을 억제한다.

도 5를 참고하면, (피폭방지) 연소기(200) 는 탄화기(400)에서 탄화 과정 중에 발생하는 건류가스가 건류가스입구(211)를 통하여 유입되며, 이를 연소시키는 연소관(210)과 보조 건조기(500) 내에서 건조과정 중에 발생하는 수증기, 악취 및 각종 유해가스가 통과되는 공간부 즉 열풍통과로(224)가 있는 이중 구조로 되어 있다. 연소관(210)과 외통체(220) 사이의 공간은 나선형의 나선부(223)가 있어 건조 시 발생하는 각종 물질을 통과시킨다. 이 물질들이 1200～1300℃의 연소기(200) 온도를 건조에 알맞게 냉각시킴과 동시에 수증기는 과열증기가 되어 열풍유입구(421)로 유입되어 탄화 과정의 간접열로 사용된다. 각종 유해가스 및 악취는 열풍통과로(224)에서 20m/sec의 속도로 이동, 약 3sec정도 체류하도록 설계하여 대부분 열분해하여 제거된다. 환경오염 물질 중 그 피해가 많은 다이옥신은 연소기의 고온분위기 속에서 열풍통과로(224)에서 2sec 이상 체류시켜 파괴하므로, 대기를 오염시키지 않는 순수한 수증기만을 대기로 방출할 수 있게 되는 효과가 있다. 투입된 각종 가스가 발화점을 지나 발화하여, 그 폭발 압력으로 연소기가 파손되는 것을 방지하기 위해 나선부(223)의 입구는 나선부(223)의 간격을 좁게 하고 출구는 나선부(223)의 간격을 넓게하는 것이 바람직하다. 또한, 온도가 높아 팽창된 고압의 공기를 흡수하기 위해 나선부(223)에 틈(224)을 주어야 한다.

각각의 공정에서 사용한 폐열을 최대한 활용하여 에너지의 효율을 증대시킬 수 있는 에너지 흐름을 상세히 설명하면, 도 6의 실선 화살표로 도시된 것과 같다. 이를 참고하면, 연소기(200)에서 발생한 열풍은 메인 건조기(300)의 직접열로 작용하고, 여기서 발생하는 고온의 수증기, 분진 및 각종 폐가스가 보조 건조기(500)의 직접열로 사용되는 과정에서 분진은 피건조물에 흡착되고, 메인 건조기(300)의 폐열은 에너지가 손실된다. 다시 이 에너지가 손실된 가스들은 연소기의 열풍통과로(224)를 통과하면서 연소기(200)의 복사열에 의해 에너지를 얻어 탄화기(400)의 열풍 통과관(425)을 통과하면서 간접열로 건조물을 탄화시킨다. 또한 탄화 후 발생한 폐열은 보조 건조기(500)의 간접열로 사용하기 위해 보조 건조기(500)의 외측통(520)을 통과하고, 사이클론(700)을 거쳐 여과 후 대기로 방출된다. 이때 대기로 방출되는 수증기의 온도는 250℃ 정도가 되므로 백연이 발생하지 않으며, 각종 불순물이 제거된 순수한 상태의 배출물을 대기중에 방출하므로 환경오염을 예방할 수 있게 된다.

도 7은 상기에 기술한 건조 및 탄화공법에 의한 폐기물(각종 슬러지, 음식물 쓰레기 및 축산폐기물 등을 말하며 이하 동일한 의미로 사용됨)에 건조 및 탄화공정으로 처리하기 곤란한 이물질 등을 제거하는 전처리 공정을 첨가함으로써 설비의 활용도를 높이기 위한 다른 실시 예를 도시한 것이다. 도 3에서 도시된 공정에 폐기물의 전처리 과정인 선별 및 파쇄 과정을 첨가한 것으로 전처리 과정을 제외한 모든 공정은 위의 실시 예에서 설명한 경우와 동일하다. 반입된 폐기물은 건조 및 탄화하기에 적합하지 않은 비닐, 수저와 같은 금속물과 같은 이물질이 포함되거나 폐기물의 크기가 너무 커서 정량 투입 및 건조?탄화하기에 적당하지 않은 경우 이물질을 제거하고, 적당한 크기로 파쇄하는 폐기물 전처리 단계를 거쳐야 한다. 특히 음식물 쓰레기인 경우 비닐, 수저와 같은 금속 등이 포함될 수 있다. 이들은 이어지는 건조기(300, 500), 탄화기(400) 등 설비의 고장의 원인을 제공하므로 선별기(1000)에서 제거된다. 여기에서 선별기(1000)라 함은 시중에 유통되고 있는 비닐 선별기 및 마그네틱 컨베이어 등 이물질을 제거할 수 있는 각종 기기를 의미한다. 또한 파쇄를 위한 파쇄기(1100)는 산업 전반에 걸쳐 사용되는 일반적인 기술이므로 설명은 생략한다. 음식물 외의 각종 슬러지 및 축분은 수분 함량이 약 80％ 정도로 탈수된 형태로 반입되며 이물질의 양이 작고, 입자의 크기가 비교적 작고 균일하므로 선별 및 파쇄과정은 생략되어도 무방하다.

도 8은 본 발명의 설비의 또 다른 활용실시 예이다. 본 설비를 이용하여 폐기물을 처리할 때, 폐기물의 부산물로 탄화물을 원하지 않고 폐기물의 건조물을 특수한 목적에 사용하기 위해 건조를 원하는 경우, 도 8에 도시된 것처럼 건조 및 탄화 설비의 구성 및 에너지 흐름을 약간 변경시킴으로써 가능하다. 상세하게 설명하면, 메인 건조기(300)에 의한 폐기물의 처리 공정까지의 모든 공정은 전술한 바와 같다. 탄화물 저장수단(600)은 그대로 건조물 저장 설비로 활용하면 된다. 또는 호퍼(1200; 도 1에 도시함)를 건조물 저장 설비로 활용할 수 있다. 에너지의 흐름은 도 8의 폐기물의 건조 설비에 대한 구성도에 굵은 선 화살표로 표기되어 있는 것처럼 연소기(200)의 열풍 통과로(224)를 통과한 열풍은 (탄화기(400)의 간접열로 사용하는 대신) 보조 건조기(500)의 탄화폐열인입구(521)로 유입되어, 이를 간접열로 사용할 수 있도록 변경하는 것 외에 모든 사항은 전술한 바와 같다. 물론 각 공정에서 일어나는 현상 및 환경오염물질 제거 공정 역시 상기 폐기물 건조 및 탄화 설비에 의한 방법과 동일하다.

이와 같이 구성된 건조 및 탄화 공법에 의한 폐기물 처리 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

폐기물의 최종 산물인 탄화물이 만들어 지기까지의 이동 경로는 폐기물이 반입되어 건조 과정을 원활하게 하기 위해 필요한 과정인 전처리 과정 즉 선별기(1000)에서 비닐, 수저와 같은 금속물 등을 제거하고, 폐기물들이 뭉쳐져 있는 경우 건조 효율이 감소하므로 이를 막기 위해 건조하기에 알맞은 크기로 파쇄기(1100)를 이용하여 파쇄하여 투입 호퍼(900)로 보내진다. 선별기(1000) 및 파쇄기(1100)를 거치는 과정은 음식물 쓰레기를 처리하는 경우에 국한되며, 탈수 슬러지 혹은 축분의 경우에는 적용되지 않을 수 있다. 투입호퍼(900)로부터 보조 건조기(500)로의 폐기물 등의 이동은 투입호퍼(900)의 밀폐형 스크류(미도시)에 의하여 행하며 정량 투입되는 것이 바람직하다. 투입호퍼(900)로부터 보조 건조기(500)에 투입된 폐기물은 전술한 바와 같이 함수율이 55％까지 건조된다. 건조된 건조물은 폐기물 분산 장치(도시되어 있지 않음)를 통해 메인 건조기(300) 내부로 분산되어 함수율 약 15～20％까지 건조된다.

보조 건조기(500) 및 메인 건조기(300)에서 건조된 건조물은 호퍼(1200)에 저장되어 있다가 정량씩 탄화기(400)에 투입된다. 연소기(200)의 열풍통과로(224)를 통과한 열풍은 열풍유입구(421)에 유입되어, 간접열로 활용된다. 탄화되어 탄화물출구(412)를 통하여 배출된 탄화물은 탄화물 저장수단(600)에 이송 저장된다. 이때 발생하는 건류가스는 전술한 바와 같이 건류가스 배출공(413)을 통하여 배출, 혼합기(800)에서 외부공기와 혼합된 채 연소기(200)의 건류가스입구(211)로 보내어 연소하여 건조의 열원으로 사용한다.

폐기물 처리 과정에서 환경 오염 물질의 발생을 억제하여 환경오염을 예방하여야 한다. 중요 환경오염 물질의 저감을 위한 방법을 상세히 설명하면, 다이옥신의 경우, 폐기물의 수분이 완전히 제거된 상태에서 탄화되며, 탄화기(400) 내부를 저산소 환원 분위기로 유지하여 다이옥신의 발생을 억제하고, 발생된 다이옥신은 연소기(200)의 열풍통과로(224)에서 2 sec 이상 체류하도록 설계하여 파괴한다. 일산화탄소(CO)는 에너지를 얻기 위한 원료의 불완전 연소에 의해 대부분 발생하므로, 충분한 양의 산소를 공급하여 억제할 수 있다. 특히 탄화기(400)에서 회수되는 건류가스의 완전 연소를 위해 탄화기(400)에서 예열된 공기와 혼합기(800)에서 혼합하여 연소기(200)로 보내져 연소하도록 하였다. 기타 배기가스는 연소기(200)의 열풍통과로(224)에서 20m/sec의 속도로 약 3 sec 정도 체류하도록 설계하여 악취 및 유해가스 등을 열분해 하여 제거한다. 각 과정에서 발생하는 분진은 보조 건조기(500)의 피건조물에 의해 거의 대부분 흡착제거 되도록 분진의 흐름을 설계하고, 최종 외부로 배출은 싸이클론(700)을 통하여 하므로 분진에 의한 환경오염의 원인이 제거된다.

본 발명의 사용처는 전염병의 발병지역에 한하지 않고, 집단 가축 사육장을 순회하면서 각종 슬러지 및 축분을 발생장소에서 처리 가능하므로, 축분의 처리장 이동으로 인해 발생하는 각종 민원을 억제하고, 운반비를 절약할 수 있으며, 위생적으로 처리하므로 축산 농가의 환경개선에 큰 역할을 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 슬러지 또는 폐기물의 건조 및 탄화 시스템을 평판 트레일러에 탑재한 3차원 그림이다. 에너지 흐름 및 슬러지 또는 각종 축산폐기물의 흐름 등을 고려하여 메인 건조기(300)와 연소기(200)를 제1 트레일러(T1)에 보조 건조기(500), 탄화기(400) 및 사이클론(700)은 제2 트레일러(T2)에 각각 설치한다. 각각의 트레일러(T1, T2)는 평지에 설치함을 원칙으로 하지만 설치 지역의 특성을 고려하여 평지가 아닌 곳에도 설치하기 위하여 유압잭(미도시)을 각 트레일러(T1, T2)의 각 모서리 및 중간의 6곳에 설치한다. 메인 건조기(300), 연소기(200), 보조 건조기(500), 탄화기(400) 및 사이클론(700) 등의 설치의 편리성을 위하여 이들 각각의 베이스(미도시)와 트레일러는 볼트와 너트 등 체결기구를 이용하여 고정하도록 구성된다. 투입 호퍼(900)는 지면에 설치하여 슬러지 또는 폐기물을 이동 스크류(미도시)를 통해 보조 건조기(500)에 정량 투입할 수 있다.

또한 본 발병은 트레일러에 설치하여 이동식으로 구성하는 것 이외에 트레일러가 아닌 육상에 설치하여 운영이 가능하므로 폐기물이 발생하는 장소에 관계없이 어느 곳에서나 폐기물을 처리할 수 있으며, 폐기물의 특성에 맞추어 건조 및 탄화 조건의 변경이 가능하므로 각종 폐기물을 처리할 수 있어 활용성이 높은 건조 및 탄화 설비를 제공한다. 상기와 같은 폐기물 건조 및 탄화 설비는 모든 공정이 순차적으로 자동으로 처리되고, 24시간 연속 가동 설비이므로, 대량의 폐기물을 처리할 수 있는 효과적인 것이다.

본 발명에 사용된 용어들은 통상적인 사전적 의미로 해석되지 말아야 하며, 본 발명의 기술적 사상에 부합한 의미로 해석되어야 한다. 또한 본 발명에서 설명한 내용은 바람직한 일 실시 예이므로 이를 대체할 수 있는 다양한 균등한 변형의 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 버너 200 : 연소기
300 : 메인연소기 400 : 탄화기
500 : 보조건조기 600 : 탄화물저장수단
700 : 사이클론 800 : 혼합기
900 : 투이호퍼 1000 : 선별기
1100 : 파쇄기 1200 : 호퍼

Claims (7)

1. 일측에 버너(100) 및 건류가스 입구(211)를 구비하고 타측에 연소관 출구(212)를 구비한 연소관(210)과 상기 연소관(210)을 둘러싸고 일측에 건조 폐열 인입구(221)를 구비하고 타측에 열풍 출구(222)를 구비하는 외통체(220)를 포함하는 이중 통형 구조의 연소기(200);
   슬러지 또는 폐기물이 투입되는 폐기물 유입구(310), 상기 폐기물 유입구(310)로 투입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되어 배출되는 폐기물 배출구(320), 상기 연소관 출구(212)와 연통되어 열풍이 유입되는 열풍 입구(330), 및 상기 열풍 입구(330)로 유입된 열풍이 유출되는 건조 폐열 송출구(340)를 포함하며, 유입된 슬러지 또는 폐기물이 건조되는 메인 건조기(300);
   상기 메인 건조기(300)를 통하여 건조된 건조물이 투입되는 건조물 인입구(411), 투입된 건조물이 탄화되어 배출되는 탄화물출구(412) 및 탄화하면서 발생되는 건류가스를 배출하기 위한 건류가스 배출공(413)을 포함하는 탄화관(410), 및 상기 연소기(200)의 열풍출구(222)와 연통하여 열풍이 유입되는 열풍유입구(421), 유입된 열풍이 배출되는 예열공기배출구(422), 외부공기가 유입되는 외부공기인입구(423) 및 유입된 외부공기가 배출되는 외부공기배출구(424)를 포함하는 바깥통(420)을 포함하는 탄화기(400); 및
   상기 탄화기(400)의 탄화물출구(412)로부터 유출되는 탄화물을 저장하기 위한 탄화물저장수단(600);을 포함하되
   상기 건류가스 배출공(413)에서 배출되는 건류가스가 상기 연소기(200)의 건류가스 입구(211)로 유입되도록 상기 건류가스 배출공(413)과 상기 건류가스 입구(211)는 상호 연통된 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   내측통(510)과 상기 내측통(510)을 둘러싸는 외측통(520)을 포함하는 이중 통형 구조로 이루어진 보조건조기(500)를 더 포함하되,
   상기 내측통(510)은 슬러지 또는 폐기물이 유입되는 폐기물 인입구(511), 가열되어 건조된 폐기물이 유출되며, 상기 메인 건조기(300)의 폐기물 유입구(310)와 연통되는 폐기물 출구(512), 상기 메인 건조기(300)의 메인 건조폐열 송출구(340)에서 유출되는 건조폐열을 유입 및 유출시키기 위한 보조건조폐열입구(513) 및 보조건조폐열출구(514),
   상기 외측통(520)은 상기 탄화기(400)의 예열공기배출구(422)와 연통하며, 상기 탄화기(400)의 예열공기배출구(422)에서 배출되는 탄화폐열이 유입되는 탄화폐열인입구(521) 및 유입된 탄화폐열을 방출하기 위한 탄화폐열출구(522)를 더 포함하되,
   상기 탄화폐열출구(522)는 유출되는 탄화폐열을 정화시켜 대기로 방출하기 위한 사이클론(700)과 연통하는 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 탄화기(400)의 상부에는 상기 탄화기(400)의 건류가스배출공(413)과 연통되며, 배출되는 건류가스를 수집하기 위한 건류가스수집통(430)이 더 구비되며,
   상기 건류가스수집통(430)에서 배출되는 건류가스와 상기 탄화기(400)의 외부공기배출구(424)에서 배출되는 공기를 혼합하기 위한 혼합기(800)을 더 포함하되,
   상기 혼합기(800)에서 외부공기와 혼합된 건류가스가 상기 연소기(200)의 건류가스입구(211)로 유입되도록, 상기 혼합기(800)의 출구와 상기 건류가스입구(211)는 서로 연통된 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 보조건조기(500)의 폐기물인입구(511)의 상부측에는 슬러지 또는 폐기물을 투입시키기 위한 투입호퍼(900)가 더 구비되며,
   상기 투입호퍼(900)의 상부측에 슬러지 또는 폐기물에 포함된 이물질을 제거하기 위한 선별기(1000) 또는 슬러지 또는 폐기물을 파쇄하기 위한 파쇄기(1100)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 탄화기(400)의 바깥통(420)은 열풍유입구(421)로 유입되는 열풍과 외부공기인입구(423)로 유입되는 외부공기가 내부에서 혼합되지 않도록 열풍통과관(425) 및 외부공기통과관(426)으로 각각 구획되며, 상기 열풍통과관(425) 및 외부공기통과관(426)은 나선을 이루면서 서로 꼬인 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 보조건조기(500)의 외측통(520)과 내측통(510) 사이에는 유입된 탄화폐열이 나선을 그리면서 유동하도록 안내판(523)이 나선형으로 구비된 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 연소기(200)의 연소관(210)과 외통체(220) 사이 공간에는 나선형으로 나선부(223)가 구비되고, 상기 나선부(223)는 부분적으로 끊어진 틈(224)이 형성된 것을 특징으로 하는 슬러지 또는 폐기물 처리 시스템.

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