KR20050003162A - 슬러지 탄화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수처리장 또는 폐수처리장 등에서 발생되는 오. 폐수를 농축, 탈수하여 발생하는 슬러지를 고속 탄화하여 재활용할 수 있게 한 것으로, 본 발명은 고속 탄화하여 얻어지는 탄화물을 탈수보조제나, 탈취제, 콘포스트 부자재, 토양개량제, 융설제, 연료 등 다양한 용도로 재활용할 수 있게 한 것이다.
본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위한 구성적 특징을 살펴보면 오. 폐수처리장에서 발생하는 슬러지를 탄화할 수 있는 장치를 구성함에 있어서, 탄화로(104)의 내부에는 다단으로 연결되는 외통(200)과 내통(201)을 이중으로 설치하되, 상기 외통(200)과 내통(201)의 사이에 공간부(202)를 형성하여 예열버너(110)와 재연료가열부(111)에서 공급되는 열원을 공간부(202)로 전달하므로서 간접열로 공급 가능하게 하고, 상기 다단의 외통(200)과 내통(201)을 가로지르는 사이에 스크류(203)를 내장하여 개별로 구동될 수 있는 동력원을 연결하며, 상기 마지막 단계인 냉각기(105)는 스크류(203)가 내장되고, 외측에는 냉각벽(204)을 설치하여 탄화로(104)의 가열된 열원이 냉각된 다음 배출하므로서 탄화의 효율성이 증대될 수 있게 구성한 것이다.
Description
본 발명은 하수처리장 또는 폐수처리장 등에서 발생되는 오. 폐수를 농축, 탈수하여 발생하는 슬러지를 고속 탄화하여 재활용할 수 있게 한 것으로, 본 발명은 고속 탄화하여 얻어지는 탄화물을 탈수보조제나, 탈취제, 콘포스트 부자재, 토양개량제, 융설제, 연료 등 다양한 용도로 재활용할 수 있게 한 것이다.
통상 하수처리장 또는 폐수처리장 등에는 슬러지를 포함하고 있는 오. 폐수가 발생하게 되는 바, 이를 슬러지와 분리하기 위하여 원심분리기나 농축기 등을 사용하여 슬러지를 수분과 분리시키고, 상기에서 발생되는 슬러지는 적정의 과정을 거쳐 폐기하게 된다.
그러나 이와 같이 수분을 제거한 슬러지를 폐기할 경우는 심각한 토질의 오염과 더불어 환경을 오염시키는 문제점이 발생하게 된다.
즉, 하수도의 보급과 함께 다량으로 발생하는 슬러지의 처분지 확보는 국토가 좁은 우리나라로서는 큰 문제로 대두되고 있으며, 이러한 이유로 하수슬러지를 이용하여 귀중한 자원으로 사용할 수 있는 방법들이 모색되고 있고, 또한 콘포스트에 의한 녹색 농지로의 환원 및 슬러지 소각재의 용융 슬러그를 건설자재로 사용할 수 있도록 하는 방안이 모색되고 있으나, 설비의 투자가 비교적 어려워 현실성이 저조한 문제점이 따랐다.
기존 하수처리장이나 폐수처리장에는 슬러지가 물에 함유된 상태로 이동되므로 상기 슬러지는 응집제 등을 투여하여 고형화한 다음 이를 원심분리기 내지 농축기 등을 이용하여 물과 슬러지를 분리하게 되고, 상기에서 수거된 슬러지는 대부분 폐기 처분하게 되므로 폐기시 발생하는 악취나 토양오염 등의 문제는 심각한 환경문제가 발생하게 된다.
이러한 슬러지는 폐기시에는 심각한 환경문제가 발생하지만 이를 재활용할 경우는 경제적 파급효과가 대단히 크다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 하수슬러지의 처분 프로세스는 주로 다음과 같은 조건을 만족해야 하는 것으로, 즉 감용화가 되어 있어야 하고, 위생적으로 안전해야 하며, 자원으로서 재활용이 가능해야 하는 등의 조건을 만족해야 한다.
본 발명은 이러한 점에서 하수슬러지의 탄화물은 800℃ 전후로 건류하기 때문에 약 90%까지 감용되고, 위생면이나 안전성 면에서도 문제가 적으며, 또한 목탄과 같은 물성을 가지기 때문에 토양개량제, 융설제, 탈취제, 연료, 탈수보조제 등 광범위한 용도로의 실시가 기대되고, 한편으로는 탄화물을 직접 매립 처리할 경우도 감용화에 의한 처분지의 연장을 기대할 수 있게 한데 목적이 있다.
이하 본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위한 구성적인 특징을 첨부된 도면과 함께 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 탄화장치의 레이아웃
도 2는 본 발명의 탄화장치를 확대한 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
101 : 건조기 102 : 컨베이어
103 : 호퍼 104 : 탄화로
105 : 냉각기 106 : 사이클론
107 : 백필터 108 : 송풍팬
109 : 순환가스열교환기 110 : 예열버너
111 : 재연료가열부 112 : 배기가스열교환기
113 : 공급팬 114 : 배출팬
115 : 배기연통 200 : 외통
201 : 내통 202 : 공간부
203 : 스크류 204 : 냉각벽
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 탄화장치의 레이아웃이고,
도 2는 본 발명의 탄화장치를 확대한 단면도를 나타낸다.
본 발명은 함수율 80% 전후의 탈수 슬러지를 함수율 30%로 입자 건조하는 건조기(101)가 슬러지를 공급받을 수 있게 설치되고, 하부에는 컨베이어(102)가 설치되어 상측으로 이동시킬 수 있도록 구성된다.
상기 컨베이어(102)의 하단에는 탄화로(104)가 설치되며, 상기 탄화로(104)의 상부 일측에는 컨베이어(102)로 이동하는 슬러지를 공급하는 호퍼(103)가 설치되고, 타측에는 재연료가열부(111)가 구비되며, 하부 일측에는 예열버너(110)가 장착되어 탄화로(104) 내부를 가열하도록 한다.
상기 탄화로(104)의 하단에는 탄화 완료된 탄화물을 냉각하는 냉각기(105)가 구비되어 건조기(101)에서 공급되는 슬러지가 탄화로(104)의 내부에서 발생하는 고열에 의해 탄화되어 목탄과 같은 물성을 가지기 때문에 토양개량제, 융설재, 탈취제, 연료, 탈수보조재 등으로 사용이 가능하게 한다.
상기 건조기(101)의 상부에는 사이클론(106)과 백필터(107) 및 송풍팬(108), 순환가스열교환기(109)가 설치되어 건류가스를 정화하고 순환가스열교환기(109)를 통해 열교환이 이루어지며, 재연료가열부(111)를 통해 탄화로(104) 내부를 가열하여 탄화의 효율성을 극대화하고, 타측에는 배기가스열교환기(112)가 구비되어 열교환이 이루어지면서 공급팬(113)과 배출팬(114)을 통해 배기연통(115)을 통해 배기가스가 배출될 수 있도록 한다.
본 발명은 상기와 같은 시스템에 있어서, 상기 탄화로(104)의 내부에 설치되어 슬러지를 탄화하는 장치를 제공코져 함에 목적이 있다.
즉, 상기 탄화로(104)의 내부에는 다단으로 연결되는 외통(200)과 내통(201)을 이중으로 설치하되, 상기 외통(200)과 내통(201)의 사이에 적정의 간격을 갖는 공간부(202)를 전체적으로 형성하여 예열버너(110)와 재연료가열부(111)에서 공급되는 열원을 공간부(202)로 전달하므로서 간접열로서 공급 가능하게 하여 내부의 슬러지를 효율적으로 탄화할 수 있게 하고, 상기 다단의 외통(200)과 내통(201)을 가로지르는 사이에 스크류(203)를 내장하여 개별로 구동될 수 있는 동력원을 연결한다.
상기 마지막 단계인 냉각기(105)는 스크류(203)가 내장되고, 외측에는 냉각벽(204)을 설치하여 탄화로(104)의 가열된 열원이 냉각된 다음 배출하므로서 탄화의 효율성이 증대될 수 있게 구성한다.
이상과 같은 구성으로 될 수 있는 본 발명은 함수율이 80% 전후의 탈수 슬러지를 함수율 30%로 입자 건조하는 건조기(101)가 구비되어 슬러지를 상기 건조기(101)에 투입하여 건조를 한 다음 1차 건조된 슬러지는 컨베이어(102)를 따라 이동하여 탄화로(104)의 호퍼(103)로 공급한다.
상기 호퍼(103)에 공급된 슬러지는 호퍼(103)를 통해 탄화로(104) 내부에 다단으로 설치된 외통(200)과 내통(201)의 내부로 공급된다.
이와 같은 상태에서 예열버너(110)에서 열원이 공급되면 외통(200)과내통(201)의 사이에 마련된 공간부(202)를 통해 간접열이 내통(201) 내부의 슬러지에 전달된다.
이때 외통(200)과 내통(201)의 사이에 마련된 공간부(202)는 예열버너(110)의 열기를 간접적으로 전달하여 상기 공간부(202)에서 채류하면서 내부의 슬러지를 가열하기 때문에 열손실이 방지됨과 아울러 고열이 발생하여 밀폐상태로 슬러지를 탄화하게 된다.
상기 슬러지가 공급되는 외통(200)과 내통(201)의 내부에는 밀폐상태가 유지되어 산소의 공급이 차단되므로 연소가 되지 않고, 가열된 열기에 의해 건조와 함께 탄화가 된다.
이러한 과정으로 다단으로 구성된 외통(200)과 내통(201)에 의해 열기가 계속적으로 순환하면서 내부의 슬러지는 개별 동력원으로 구동될 수 있는 스크류(203)가 회전함에 따라 교반과 동시에 가열되어 결국 다단으로 거치면서 탄화가 완료된다.
상기 탄화로(104)의 상부에는 재연료가열부(111)가 마련되어 이중으로 가열하여 탄화의 효율성을 극대화하고, 미탄화된 슬러지는 최종적으로 안전한 상태로 탄화가 완료되어 각 스크류(203)의 회전에 따라 최종 마지막 단계인 냉각기(105)를 거치게 된다.
상기와 같은 과정으로 냉각기(105)로 이동된 슬러지는 예열버너(110)와 재연료가열부(111)에 의해 고열을 함유하고 있으므로 최종 배출시에는 적정의 온도로 냉각하는 과정이 필요하게 된다.
이때 냉각기(105)는 외부에 별도의 냉각벽(204)이 구비되어 냉각의 효율성을 증대하면서 스크류(203)의 구동에 따라 외부로 배출되어 양질의 탄화물을 얻게 된다.
본 발명은 상기와 같이 외통(200)과 내통(201)의 사이에 마련된 공간부(202)에 열원을 공급하여 간접열로서 내부에 이동하고 있는 슬러지에 간접열을 공급하므로서 내부의 슬러지가 밀폐상태에서 연소가 되지 않도록 미연소 상태로 가열하므로서 가열과 동시에 탄화가 이루어지므로 연소로 인한 불량의 발생률을 줄일 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도 1에서 도시한 바와 같이 전체 레이아웃에 대한 탄화과정을 살펴보기로 한다.
대략 함수율이 약 80% 정도되는 탈수 슬러지를 건조기(101)에 정량 투입한다.
상기 건조기(101)는 내열식 로터리 킬른으로 탈수 슬러지를 회전함과 동시에 교반 및 입자화하여 이송하면서 탄화로(104)측으로 이동한다.
상기 탄화로(104)에서 발생하는 온도는 대략 800℃ 정도의 건류 연소가스가 발생하게 되고, 이 건류 연소가스는 건조기(101)의 드럼 내부로 흡입하여 슬러지의 함수율이 약 30% 정도까지 건조된다.
건조후의 슬러지는 컨베이어(102)를 통해 탄화로(104) 상부의 정량 공급장치가 구비된 호퍼(103)로 이송된다.
탄화로(104)는 내부를 대략 4~6단 정도로 구성하여 스크류(203)를 관통시킨일종의 외열 킬른으로 최상단의 컨베이어(102)에 의해 정량공급된 건조 슬러지를 순차적으로 상단, 중단, 하단의 스크류(203)로 이송한다.
상기 탄화로(104) 하부에 설치된 예열버너(110)를 이용하여 스크류(203)가 장착된 외통(200)을 가열하게 되면 상기 외통(200)의 내부에 위치한 내통(201) 사이의 공간부(202)에 열이 전달되어 대략 800℃ 정도의 온도로 가열하면 건조 슬러지는 완전 밀폐상태가 유지되어 있으므로 저산소 상태로 열분해, 즉 건류되면서 탄화된다.
상기와 같이 다단으로 탄화되면서 스크류(203)를 따라 이동하여 냉각기(105)측으로 이동하게 되면 상기 냉각기(105)에는 냉각벽(204)이 구비되어 있으므로 대략 40℃ 정도의 온도로 냉각시킨 후 저류한다.
상기 각 단계의 외통(200)과 내통(201)의 내부에 설치된 스크류(203)가 구동하면서 발생되는 건류가스는 탄화로(104) 상부에 구비된 노즐로 토출하여 건류의 열원으로 재사용한다.
또한 탄화로(104) 내부에 방출된 건류가스는 전술한 바와 같이 상부의 노즐로 연소하고, 탄화로(104) 내부 상측의 재연료가열부(111)에서 공급되는 열원은 대략 800℃ 정도로 완전연소시켜 배기가스 처리와 건조기(101)의 열원 이용을 합리적으로 배분한다.
상기 건조기(101)의 순환가스는 송풍팬(108)으로 흡인하여 사이클론(106)과 백필터(107)로 더스트 분리한 후 순환가스열교환기(109)를 거쳐 재연료가열부(111)를 통해 재차 연소시켜 악취를 분해하면서 근본적으로 제거하여 탈취하는 기능을한다.
또한 재연료가열부(111)에서 열분해한 배기가스는 순환가스열교환기(109)와 배기가스열교환기(112)를 거쳐서 정화한 다음 최종 배기연통(115)을 통해 대기에 배기된다.
공급팬(113)과 배출팬(114)은 배기가스열교환기(112)에서 열교환된 배기가스를 외부로 방출하는 기능을 한다.
상기와 같은 과정으로 얻어지는 슬러지 탄화물은 그 사용용도가 광범위한 바, 이하에서는 이의 용도와 기능에 대해 살펴보기로 한다.
슬러지 탄화물은 목탄과 유사한 성질을 가지고 있기 때문에 다음의 예시와 같은 용도에 이용될 수 있을 것이고, 슬러지의 발생량과 용도마다 소비량에서 적정하게 선택해서 사용하면 된다.
실시예(적용예)
1. 슬러지 탈수기의 탈수보조제
일반적으로 사용되고 있는 벨트프레스, 원심탈수기, 원심농축기, 원심분리기 등의 장비에 탄화슬러지를 탈수보조제로 첨가하면 탈수케이크의 함수율이 저하됨은 물론 탈취효과가 대단히 우수하고, 여액의 개선효과를 기대할 수 있다.
2. 탈취제
슬러지 혼화조에 탄화슬러지를 첨가하면 유화수소 등의 탈취효과를 기대할 수 있다.
3. 콘포스트 부자재
탄화슬러지를 콘포스트 부자재로 하여 톱밥과 대비하면 동등 이상의 효과를 발휘하게 된다.
4. 토양개량제
탄화슬러지를 첨가한 스톡크의 화분토는 흙으로만 된 화분토나 시판의 통기성 개량재인 바-라이트와 비교해 전체중량도 증가하게 되고, 또한 탄화슬러지의 첨가율이 50%인 경우가 무엇보다도 중량이 크며, 목탄을 이용한 경우와 같은 정도의 성상을 나타내고 있다.
탄화슬러지의 물리성은 통기성과 보수성(保水性)을 동시에 개선하는 효과가 있고, 화학성은 알카리성을 띈 인산이 많기 때문에 환산재나 산성 토양개선에 유효할 뿐만 아니라 산토(山土)에 탄화슬러지를 혼합한 토양으로 국화를 생육실험한 결과 성장촉진을 확인할 수 있었고, 탄화슬러지의 혼합량(약 50%)이 많아져도 장해성은 나타나지 않았다.
5. 융설제
탄화슬러지의 흑색도(확산반사율=59.71)와 융설제로 쓰여지고 있는 시판의 목탄(확산반사율=59.80)을 비교하면 탄화슬러지는 목탄과 동등의 흑색도를 나타내고 있다.
6. 연료
받아들이는 조건이나 운반거리에 따라서 탈수케이크, 소각재, 건조패랫, 탄화슬러지 등 어느 것인가를 선정하여 시멘트 공장에 가져가서 하수슬러지는 콘크리트로 재생이 가능하며, 탄화슬러지의 감량율은 소각에 가까우나 한편 탄(炭)으로서의 칼로리를 남기는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 하수슬러지의 처분 프로세스는 감용화가 되어 있어야 하고, 위생적으로 안전해야 하며, 자원으로서 재활용이 가능해야 하는 등의 조건을 만족해야 하는 것으로, 본 발명은 이러한 점에서 하수슬러지의 탄화물은 800℃ 전후로 건류하기 때문에 약 90%까지 감용되고, 위생면이나 안전성 면에서도 문제가 적으며, 또한 목탄과 같은 물성을 가지기 때문에 토양개량제, 융설제, 탈취제, 연료, 탈수보조제 등 광범위한 용도로의 실시가 기대되고, 한편으로는 탄화물을 직접 매립하여 처리할 경우도 감용화에 의한 처분지의 연장을 기대할 수 있는 등 각종 오. 폐수에서 발생하는 슬러지의 탄화장치로서 그 기대되는 가치가 대단히 우수한 발명이다.
Claims (1)
- 오. 폐수처리장에서 발생하는 슬러지를 탄화할 수 있는 장치를 구성함에 있어서,슬러지를 건조하는 건조기(101)의 하부에는 컨베이어(102)를 설치하고, 측방에는 상기 컨베이어(102)의 슬러지를 수거하는 호퍼(103)가 구비된 탄화로(104)가 설치되며, 타측에는 재연료가열부(111)를 구비하고 하부 일측에는 예열버너(110)를 장착하며, 상기 탄화로(104)의 하단에는 냉각기(105)를 구비하여 슬러지를 탄화할 수 있게 하되,상기 탄화로(104)의 내부에는 다단으로 연결되는 외통(200)과 내통(201)을 이중으로 설치하되, 상기 외통(200)과 내통(201)의 사이에 공간부(202)를 형성하여 예열버너(110)와 재연료가열부(111)에서 공급되는 열원을 공간부(202)로 전달하므로서 간접열로 공급 가능하게 하고, 상기 다단의 외통(200)과 내통(201)을 가로지르는 사이에 스크류(203)를 내장하여 개별로 구동될 수 있는 동력원을 연결하며, 상기 마지막 단계인 냉각기(105)는 스크류(203)가 내장되고, 외측에는 냉각벽(204)을 설치하여 탄화로(104)의 가열된 열원이 냉각된 다음 배출하므로서 탄화의 효율성이 증대될 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 슬러지 탄화장치.
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