KR20010047175A - 슬러지의 건조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈수 슬러지와 건조 슬러지를 혼합한 후 팽적/성형시킨 후 건조시키는 슬러지 건조방법에 있어서, 팽적/성형된 슬러지 덩어리를 가열하여 건조하는 건조단계가 슬러지 덩어리를 건조대의 상측으로 투입하여 중력에 의해 하강되도록 하되 슬러지 덩어리가 건조대의 외부 표면에 계속 접촉되도록 하는 제1과정과, 건조대의 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 열교환을 통해 슬러지 덩어리 내부의 수분이 증발되도록 하는 제2과정과, 건조된 슬러지 덩어리를 건조대의 하측에서 회수하고 일부는 상기 혼합단계로 반송하는 제3과정으로 구성됨으로써,

건조전처리를 통해 거친 표면을 가진 다공성의 슬러지 덩어리를 형성하므로 수분증발이 용이해지고 열전달이 좋아져 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상되며, 중력을 이용하여 슬러지를 이동시키면서 건조하게 되므로 구동부가 없어 분진의 발생량이 줄어들고 에너지의 소비가 줄어들 뿐만 아니라 건조기의 전체에서 건조가 이루어지므로 건조기의 용량을 소형화할 수 있는 슬러지 건조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

슬러지의 건조방법 및 장치 { The drying method and the same apparatus of sludge }

본 발명은 하·폐수 슬러지(이하, 하수 슬러지)나 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물을 재활용 또는 소각하기 위하여 건조시키는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 슬러지를 곧바로 건조시키지 않고 전처리를 수행한 후 건조시킴으로써 건조에 필요한 에너지를 절감할 수 있는 슬러지 건조방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물이나 하수 슬러지는 도시 근교에 있는 위생 매립장에 매립되어 왔다. 유기성 폐기물을 그냥 방치할 경우 호기성 미생물 및 혐기성 미생물의 분해 작용으로 악취가 발생되고, 침출수로 인해 토양 등이 오염되기 때문이다. 그러나, 매립 용지의 부족 및 매립장 시설지 주민의 반발 등으로 매립이 곤란하여, 이들을 매립하지 않고 건조 등의 방법을 통하여 재활용하는 방법이 권장되고 있으며, 일부에서는 슬러지를 건조하여 소각하는 방법을 사용하고 있다.

하수 슬러지를 소각하기 위해서는 건조가 필수적인데, 통상 탈수공정을 거친 하수 슬러지의 함수율은 80% 정도가 된다. 또한, 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물의 경우에도 사료화를 위해서는 탈수 후 건조시키는 것은 당연하며, 종이류를 포함한 유기성 폐기물을 연료화(RDF)할 때도 마찬가지이다.

슬러지의 건조방법으로는 직접 가열방식과 간접 가열방식이 있다. 직접 가열방식은 가열된 공기, 즉 열풍을 슬러지와 접촉시켜 슬러지를 건조하는 방식이다. 이러한 직접 가열방식의 건조기는 회전식 건조기, 순간 건조기, 분무 건조기 및 다단로 건조기 등이 있으며, 이들 건조기들은 열효율이 낮고 악취가 많이 발생되며 분진이 많이 발생되는 단점이 있다.

간접 가열방식은 스팀을 사용하여 슬러지를 건조시키는 방식으로서, 건조기 내에 설치된 표면 열교환기의 내부에 스팀을 통과하게 하여 이곳에서 열을 전달함과 동시에 스팀이 물로 응축된다. 따라서, 건조기 내로 주입된 슬러지는 열교환기의 표면에 접촉하게 되고 스팀으로부터 나온 열이 전달되어 슬러지 내부의 수분이 증발하게 된다. 간접 가열방식의 건조기로는 내부 회전 부분이 디스크로 되어 있는 원형판 건조기와 패들 형태로 되어 있는 패들 건조기가 있으며, 직접 가열식보다 비교적 배출 가스와 분진 발생량이 적고 밀폐된 공간에서 건조가 진행되어 냄새가 상대적으로 적다는 이점이 있으나 슬러지가 디스크나 패들 등 열교환 표면에 들러붙어 열전달이 잘 안되고 효율이 떨어진다.

하수 슬러지는 점도가 매우 높고 끈적끈적한 성질이 있어 슬러지와 접촉되는 장치의 표면에 들러붙게 되므로 저장이나 이송시 취급이 매우 곤란하다. 또, 건조과정에서도 슬러지끼리 이루어진 덩어리가 쉽게 분리되지 않아 열기와의 접촉이 어렵게 되고, 이는 슬러지 내부로의 열전달을 차단함과 동시에 가열에 의해 슬러지 내부의 수분이 증발되어 생긴 수증기가 밖으로 빠져나오는 것도 차단하여 슬러지의 건조를 어렵게 한다. 뿐만 아니라 슬러지가 건조장치 내부에서 증발열을 공급하는 열전달표면에 부착되어 열전달을 방해함으로써 가해진 열량에 비해 건조효과가 낮아지게 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탈수 슬러지에 기건조된 슬러지를 투입하여 함수율을 적당한 수준으로 맞춘 후 가열/팽적시켜 공극을 형성한 후 건조시킴으로써, 다공성의 슬러지 덩어리가 형성되어 후속 건조가 용이하고 분진의 발생량이 감소되며 소각비용도 줄일 수 있는 슬러지의 건조 방법 및 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 슬러지의 건조방법이 도시된 순서도,

도 2는 본 발명에 의한 슬러지의 건조장치가 개략적으로 도시된 구성도,

도 3은 본 발명의 요부구성인 건조기의 구성도,

도 4는 본 발명의 요부구성인 건조기의 다른 실시 예가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 팽적/성형기 51 : 호퍼

52 : 스크류 53 : 구멍

60 : 건조기 61 : 외통체

62 : 건조대 63 : 가이드

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 건조방법은 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 혼합된 슬러지를 가열 및 압착한 후 대기중으로 팽적시킴으로써 수분 증발에 의하여 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 팽적/성형된 슬러지 덩어리를 가열하여 건조하는 건조단계로 구성된 슬러지 건조방법에 있어서, 상기 건조단계는 슬러지 덩어리를 건조대의 상측으로 투입하여 중력에 의해 하강되도록 하되 슬러지 덩어리가 건조대의 외부 표면에 계속 접촉되도록 하는 제1과정과, 건조대의 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 열교환을 통해 슬러지 덩어리 내부의 수분이 증발되도록 하는 제2과정과, 건조된 슬러지 덩어리를 건조대의 하측에서 회수하고 일부는 상기 혼합단계로 반송하는 제3과정으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 슬러지 건조장치는 탈수장치에서 배출된 탈수 슬러지와 기건조된 슬러지가 동시에 투입되어 혼합되고 혼합 슬러지를 스크류로 이송하면서 가열 및 압착한 후 좁은 구멍을 통해 대기중 또는 낮은 압력상태로 배출하여 수분 증발과 동시에 다공성의 슬러지 덩어리를 만드는 건조전처리 수단과, 상기 건조전처리 수단에서 나온 슬러지 덩어리를 가열하여 낮은 함수율의 건조 슬러지를 얻는 주건조수단으로 구성된 슬러지 건조장치에 있어서; 상기 주건조수단은 슬러지 덩어리가 중력에 의해 하강되도록 하면서 열교환을 통해 슬러지의 수분을 증발시키는 건조대와, 상기 건조대의 외부 표면에 일정 간격으로 설치되어 슬러지의 이동을 안내하는 복수개의 가이드와, 내부에 상기 건조대가 복수개 설치되고 상기 건조대 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 건조대 외부의 슬러지를 건조시키는 외통체로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 슬러지 건조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 혼합된 슬러지를 가열 및 압착한 후 대기중으로 팽적시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 팽적/성형된 슬러지 덩어리를 가열하여 건조하는 건조단계로 구성된다. 이때, 상기 건조단계는 슬러지 덩어리를 건조대의 상측으로 투입하여 중력에 의해 하강되도록 하되 슬러지 덩어리가 건조대의 외부 표면에 계속 접촉되도록 하는 제1과정과, 건조대의 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 열교환을 통해 슬러지 덩어리 내부의 수분이 증발되도록 하는 제2과정과, 건조된 슬러지 덩어리를 건조대의 하측에서 회수하고 일부는 상기 혼합단계로 반송하는 제3과정으로 구성된다. 따라서, 슬러지 덩어리의 다공성과 거치른 표면 상태로 인해 표면적이 커지고, 열전달율이 향상되어 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상될 뿐만 아니라 별도의 구동부가 필요하지 않아 분진의 발생량이 적고 에너지 소비를 줄일 수 있게 된다.

또, 본 발명에 의한 슬러지 건조장치는 도 2에 도시된 바와 같이 탈수된 함수율 약 80%의 탈수 슬러지와 기건조된 슬러지가 호퍼(51)를 통해 동시에 투입되어 혼합되고 함수율 50% 정도의 혼합 슬러지를 스크류(52)로 이송하면서 가열 및 압착 한 후 좁은 구멍(53)을 통해 대기중 또는 낮은 압력으로 배출하여 수분 증발과 동시에 다공성의 슬러지 덩어리를 만드는 팽적/성형기(50)와, 상기 팽적/성형기(50)에서 팽적되어 나온 슬러지 덩어리를 가열하여 함수율 20% 이하가 되도록 하는 건조기(60)로 구성된다.

상기 팽적/성형기(50)는 외통 내부에 슬러지가 들러붙도록 나선형 그루브가 형성되어 스크류(52)에 의해 이송되는 슬러지와의 마찰을 이용하여 슬러지를 가열하는 마찰 가열방식의 것이 주로 사용되며, 외통 외벽에 가열코일과 같은 히터가 설치되어 내부의 슬러지를 가열하는 직접가열 방식이 사용될 수도 있다.

상기 건조기(60)는 도 3에 도시된 바와 같이, 슬러지 덩어리가 중력 또는 진동기구의 진동으로 하강되도록 하면서 열교환을 통해 슬러지의 수분을 증발시키는 건조대(62)와, 상기 건조대(62)의 외부 표면에 일정 간격으로 설치되어 슬러지의 이동을 안내하는 복수개의 가이드(63)와, 내부에 상기 건조대(62)가 복수개 설치되고 상기 건조대(62) 내부로 고온의 수증기 또는 열매체를 공급하여 건조대(62) 외부의 슬러지를 건조시키는 외통체(61)로 구성된다. 여기서, 상기 가이드(63)는 상기 건조대(62)의 외부 표면에 부딪친 슬러지 덩어리가 회전되면서 하강되도록 건조대(62)의 일방 또는 서로 대향되는 방향에 연속적으로 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 슬러지 건조장치는 슬러지를 건조시키기 전에 다공성의 표면이 거친 덩어리를 만들어 낸 후 중력을 이용하여 슬러지 덩어리를 하강시킴과 동시에 고온의 수증기 또는 열매체와의 열교환을 통해 완전히 건조시키게 된다.

슬러지는 탈수과정을 거치면서 함수율 약 80%의 탈수 슬러지가 되는데, 이 상태로 공급된 함수율 80%의 탈수 슬러지를 직접 건조시키면 매우 많은 열량이 필요하다. 따라서, 슬러지의 함수율을 낮출 필요가 있으며, 팽적/성형기(50)에 슬러지를 투입할 경우에는 이미 건조가 완료되어 함수율이 낮은 건조 슬러지와 탈수 슬러지를 동시에 투입하여 함수율이 약 50% 정도가 되도록 혼합시킨다. 물론, 별도의 혼합기를 구비하여 혼합할 수도 있으나. 팽적/성형기(50)내부에서 이송되면서 혼합되는 것이 일반적이다.

슬러지의 함수율이 50%로 낮아진 상태에서 스크류(52)로 이송하면서 열을 발생시키거나 외부에서 열을 가하여 슬러지를 가열 건조시킨다. 팽적/성형기(50)에서는 슬러지가 이송되면서 가열되어 고온고압의 상태가 된 후 좁은 구멍(53)을 통해 배출된다. 이때, 상기 팽적/성형기(50)는 마찰 가열방식을 이용하는데, 마찰 가열방식에서는 슬러지의 일부가 외통의 내벽에 들러붙은 상태에서 슬러지가 스크류(52)에 의해 이송되면서 마찰이 일어나게 되고, 슬러지끼리의 마찰에 따라 마찰열이 발생되어 슬러지를 가열하게 된다. 고온 고압 상태의 슬러지가 팽적기(50)의 좁은 구멍(53)을 통해 대기압이나 낮은 압력하에 배출되면 슬러지 내부의 수분이 증발되면서 기공(혹은 공극)이 형성됨과 동시에 팽적되어 표면이 거친 다공성의 슬러지 덩어리가 된다.

다공성의 슬러지 덩어리는 수분의 증발에 따라 약간의 수분이 제거되므로 팽적/성형기(50)에 투입된 슬러지에 비해 약간 낮은 48% 정도의 함수율을 보이게 된다. 이와 같이 비교적 높은 함수율에도 불구하고 다공성의 슬러지 덩어리는 조직이 치밀하고 비교적 견고한 상태일 뿐 아니라 표면 상태가 거칠어 표면적이 크고 열전달 표면에 들러붙는 성질이 제거되므로 열전달 효율이 향상되는 효과를 발휘한다.

팽적/성형기(50)에서 나온 다공성의 슬러지 덩어리는 건조기(60)로 이송되어 가열 및 환기를 통해 건조된다. 여기서, 상기 슬러지는 조직이 치밀하고 비교적 견고한 작은 덩어리의 형태를 하고 있으므로, 건조기(60) 내에서 교반과정중 부스러지지 않을 뿐 아니라 수분이 증발할 수 있을 정도로 가열이 완료되어 있어 후속 가열시 가열에 소요되는 시간을 단축하게 된다.

슬러지 덩어리를 외통체(61)의 상부로 투입하면, 슬러지 덩어리는 중력 또는 진동기구의 진동에 의해 건조대(62)의 상측으로부터 하강된다. 이때, 슬러지 덩어리는 건조대(62)의 외부 표면에 경사지게 설치된 가이드(63)에 의해 회전되면서 하강되며, 상기 건조대(62) 내부에는 고온의 스팀이나 열매체가 공급되어 있으므로 건조대(62)의 벽체를 경계로 하여 스팀 또는 열매체와 슬러지 사이에 열교환이 이루어진다. 슬러지와 스팀 또는 열매체 사이에 열교환이 이루어지면 슬러지의 내부에 포함된 수분이 증발하게 되고, 슬러지에서 발생된 수증기는 외통체(61)의 상부에 형성된 출구를 통해 외부로 빠져나가게 된다. 건조대(62)을 따라 하강되면서 건조된 슬러지는 건조대(62)의 하부를 통해 외부로 배출된다. 또, 외통체(61)의 내부로 공급된 스팀은 슬러지와의 열교환을 통해 응축된 후 외통체(61)를 빠져나간다

도 4에는 본 발명의 요부구성인 건조기의 다른 실시 예가 도시되어 있는 바, 건조대(62)의 벽체 및 가이드(63)에 다수의 구멍(62')(63')을 천공하여 슬러지와 고온가스가 직접 접촉되면서 슬러지의 건조가 이루어지도록 하고 있다. 즉, 슬러지에 직접 열을 가하여 슬러지를 건조시키는 직접건조 방식을 이용하고 있는 것이다. 따라서, 외통체(61)의 외부로부터 공급된 고온의 가스나 열풍이 건조대(62)의 벽체 및 가이드(63)에 형성된 구멍(62')(63')을 통해 슬러지와 직접 접촉하게 되고, 그에 따라 슬러지에 포함된 수분이 증발되어 가스나 열풍과 함께 외통체(61) 상부의 출구를 통해 빠져 나간다.

상기 건조기(60)에서 건조된 슬러지의 일부는 상기 팽적/성형기(50)로 다시 공급되어 탈수 슬러지와 혼합되고, 나머지는 소각장에서 소각되거나 재처리 과정을 통해 재활용된다. 물론, 팽적/성형기(50)에 투입되는 탈수 슬러지의 함수율을 낮추기 위해서 건조 상태의 다른 재료를 투입할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 슬러지 건조방법 및 장치는 건조전처리를 통해 거친 표면을 가진 다공성의 슬러지 덩어리를 형성하므로 수분증발이 용이해지고 열전달이 좋아져 건조속도가 빨라지고 열효율이 향상되며, 중력을 이용하여 슬러지를 이동시키면서 건조하게 되므로 구동부가 없어 분진의 발생량이 줄어들고 에너지의 소비가 줄어들 뿐만 아니라 건조기의 전체에서 건조가 이루어지므로 건조기의 용량을소형화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 함수율 약 80%정도의 탈수된 슬러지와 건조된 슬러지를 혼합하여 함수율 30-60%로 만드는 혼합단계와, 혼합된 슬러지를 가열 및 압착한 후 대기중으로 팽적시킴으로써 내부에 공극이 형성되고 표면이 거친 슬러지 덩어리를 형성하는 팽적/성형단계와, 팽적/성형된 슬러지 덩어리를 가열하여 건조하는 건조단계로 구성된 슬러지 건조방법에 있어서,

   상기 건조단계는 슬러지 덩어리를 건조대의 상측으로 투입하여 중력 또는 진동기구의 진동으로 하강되도록 하되 슬러지 덩어리가 건조대의 외부 표면에 계속 접촉되도록 하는 제1과정과, 상기 건조대의 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 열교환을 통해 슬러지 덩어리 내부의 수분이 증발되도록 하는 제2과정과, 건조된 슬러지 덩어리를 건조대의 하측에서 회수하고 일부는 상기 혼합단계로 반송하는 제3과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조방법.
2. 탈수장치에서 배출된 탈수 슬러지와 기건조된 슬러지가 동시에 투입되어 혼합되고 혼합 슬러지를 스크류로 이송하면서 가열 및 압착한 후 좁은 구멍을 통해 대기 중 또는 낮은 압력상태로 배출하여 수분 증발과 동시에 다공성의 슬러지 덩어리를 만드는 건조전처리 수단과, 상기 건조전처리 수단에서 나온 슬러지 덩어리를 가열하여 낮은 함수율의 건조 슬러지를 얻는 주건조수단으로 구성된 슬러지 건조장치에 있어서,

   상기 주건조수단은 슬러지 덩어리가 중력 또는 진동기구의 진동에 의해 하강되도록 하면서 열교환을 통해 슬러지의 수분을 증발시키는 건조대와, 상기 건조대의 외부 표면에 일정 간격으로 설치되어 슬러지의 이동을 안내하는 복수개의 가이드와, 내부에 상기 건조대가 복수개 설치되고 상기 건조대 내부로 고온의 스팀이나 열매체를 공급하여 건조대 외부의 슬러지를 건조시키는 외통체로 구성된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 건조대는 벽체에 형성된 구멍을 통해 유입된 고온가스나 열풍이 직접 슬러지 덩어리에 접촉되어 슬러지를 건조시킬 수 있도록 이루어지고, 상기 가이드는 외벽에 부딪친 슬러지 덩어리가 회전되면서 하강되도록 상기 건조대의 일방 또는 서로 대향되는 방향에 연속적으로 설치된 것을 특징으로 하는 슬러지 건조장치.