본 발명은 유기성 슬러지를 공급하는 슬러지 공급 호퍼; 상기 슬러지 공급 호퍼로부터 공급된 유기성 슬러지를 예열하는 슬러지 예열기; 열매체유를 저장하는 열매체유 저장탱크; 상기 열매체유 저장탱크로부터 배출된 열매체유를 예열하기 위한 열매체유 예열기; 상기 슬러지 예열기 및 열매체유 예열기와 연결되어 예열된 유기성 슬러지와 열매체유가 투입된 후, 상기 유기성 슬러지 및 열매체유를 가열하는 가열조; 상기 가열조 내에 배치되어 유기성 슬러지 내의 수분을 유중증발 건조시키는 유중증발건조장치; 상기 유중증발건조장치를 통해 건조된 유기성 슬러지로부터 유분을 분리하기 위한 가열탈유장치; 및 상기 가열탈유장치를 통과한 유기성 슬러지로부터 열매체유를 최종 분리하기 위한 원심분리장치를 포함하는 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치를 제공한다.

기술분야

본 발명은 상압에서 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 최종 건조된 유기성 슬러지에 열매체유가 1~20% 잔류되어 최종 건조된 유기성 슬러지의 발열량이 증가될 수 있으며, 유기성 슬러지 건조과정에서 유기성 슬러지 내부에 모세관 형태의 기공이 잘 발달되어 연소성이 향상되며, 가열탈유장치 및 연속식 원심분리장치를 사용하여 유기성 슬러지를 빠른 시간 내에 탈유 및 건조할 수 있는, 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치에 관한 것이다.

배경기술

일반적으로 유기성 슬러지인 하수슬러지, 폐수슬러지, 음식폐기물, 축산분뇨 등은 함수율이 40~90% 정도로 매우 높으며 특히 하수슬러지, 폐수슬러지는 하수나 폐수 처리과정에서 고분자 응집제를 다량 사용하므로 현행 건조방법으로 널리 이용되고 있는 가열기체에 의한 직접접촉 건조방식이나 스크류 내부에 스팀이나 고온기체를 통과시키고 외부에서 슬러지를 이송시켜 건조하는 간접접촉 건조방식으로 함수율을 10% 이하로 건조시키기 위해서는 에너지 비용문제가 있으며, 함수율이 40~60% 범위에서 점도가 갑자기 증가하는 글루 존(glue zone)에 의하여 많은 문제점을 겪고 있는 실정이다.

한편, 바이오디젤유 생산 공정에서 부산물로 배출되는 저급 글리세롤은 바이오 디젤유 생산량의 10~15% 정도로 그동안 고순도로 정제하여 화장품, 약품의 원료로 사용하였으나 현재 발생량이 전 세계적으로 급증하여 정제 글리세롤의 단가가 급락하였고 보관량이 상당하고 향후 저급 글리세롤이 폐기물로 처리하여야 할 실정이다.

또한 에탄올 생산 공정에서 부산물로 발생하는 식물성 지방성분도 발생량이 급증하고 있다.
또한 가축 도축장에서 발생하는 동물성 지방기름과 식당에서 발생하는 동식물성 지방기름 폐기물은 현재 하수관 내 퇴적문제뿐만 아니라 하수처리장의 처리비용을 상승시키는 주원인이다.

하수슬러지, 폐수슬러지, 음식폐기물, 축산분뇨 등의 유기성 슬러지의 국내에서 발생하는 양은 500만 톤 이상이며, 이들 유기성 슬러지는 현재 사료화, 퇴비, 복토재 등으로 재활용되고 있으나 수요처 감소, 토양 오염으로 인하여 많은 어려움을 겪고 있으며, 또한 메탄을 생산하기 위한 혐기성 소화방법 역시 미생물 관리의 어려움과 항생제 등의 영향으로 대규모 시설에서는 처리효율이 50% 이하이며 중온 소화를 적용하더라도 소화조 내부 온도를 연간 평균 35℃를 유지하여야 하므로 투입하는 열량이 메탄생산량을 거의 육박하므로 에너지 이용 측면에서는 경제적인 방법이라 하기 어렵다.
따라서 현재 유기성 슬러지의 친환경적 처리 및 바이오디젤유/에탄올 폐기물의 무단방류로 인한 하수의 오염원을 저감시키고 대체연료를 제공하여 경제성을 향상시킬 수 있는 유기성 슬러지를 이용한 고체연료제조장치의 개발이 요구되고 있다.

유기성 슬러지를 친환경적으로 처리하고 재활용하는 종래의 기술은 하기와 같다.
한국등록실용신안 제20-0221544호에서는 유기성 폐기물을 발효 건조시켜 비료 또는 사료화하는 처리장치에 있어서, 투입된 유기성 폐기물에 염분을 제거하기 위하여 물을 투입하여 이를 함께 섞는 저장수단과, 상기 저장수단으로부터 이송수단에 의하여 이송된 상기 유기성 폐기물을 일정한 크기로 파쇄하는 파쇄수단과, 상기 파쇄수단에서 파쇄된 폐기물 중에서 비유기성 폐기물을 선별하는 1차 선별수단과, 상기 1차 선별수단으로부터 이송수단에 의하여 이송된 유기성 폐기물을 이송수단에 의하여 이송된 유기성 폐기물 중에 함유되어 있는 수분을 제거하기 위하여 탈수하는 탈수 수단과, 상기 탈수 수단으로부터 이송된 유기성 폐기물을 열풍에 의하여 건조하는 열풍 건조 수단과, 상기 열풍 건조 수단으로부터 이송수단에 의하여 이송된 유기성 폐기물을 순차적으로 적층하여 발효시키는 발효 수단과, 상기 발효 수단으로부터 이송된 유기성 폐기물 중 이물질을 선별하기 위한 2차 선별수단을 포함하는 유기성 폐기물 처리장치에 대해 개시하고 있다.

한국등록특허 제10-0851948호에서는 유기성 슬러지를 공급하는 슬러지 공급부; 상기 유기성 슬러지와 건조 슬러지를 혼합하여 혼합 슬러지를 형성하는 혼합기; 상기 혼합 슬러지를 건조시키는 회전형 건조기; 상기 건조된 혼합 슬러지에서 건조 슬러지와 배가스로 분리하는 집진기; 상기 분리된 건조 슬러지를 입경별로 선별하는 선별기; 및 상기 선별된 건조 슬러지를 저장하는 제품저장조를 포함하고, 상기 집진기에서 분리된 배가스가 유입되어 배가스의 불순물을 처리하고, 처리된 배가스를 상기 회전형 건조기의 열원설비에서 재사용하도록 하는 배가스 처리기를 더 포함하고, 상기 집진기와 상기 배가스 처리기 사이에는 배가스를 강제배송하기 위한 순환팬이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기성 슬러지 건조장치에 대해 개시하고 있다.

본 발명자는 유기성 슬러지를 이용한 고체연료제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 의한 유기성 슬러지를 이용한 고체연료 제조장치는 유기성 슬러지를 공급하는 슬러지 공급 호퍼; 공급된 유기성 슬러지를 가열하는 슬러지 가열조; 상기 슬러지 가열조에 폐식용유를 투입되도록 하는 폐식용유탱크; 상기 슬러지 가열조에 투입되는 유기성 슬러지 및 폐식용유를 가열하는 연소기; 건조된 유기성 슬러지를 압착 성형하여 고체연료를 제조하는 압착성형기를 포함하는 유기성 슬러지를 이용한 고체연료제조장치에 대해 출원하여 등록받은 바 있다(한국등록특허 제10-0653957호).
상기 한국등록실용신안 제20-0221544호와 한국등록특허 제10-0851948호에서 개시하고 있는 유기성 슬러지의 건조방식은 열풍직접가열 건조방식과 회전형 건조기를 사용한 방식으로 건조시간이 오래 걸리면서도 유기성 슬러지의 함수율 또한 높다는 문제점을 나타낸다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명자들은 고함수 유기성 슬러지를 빠르게 건조하면서도 낮은 함수율을 나타낼 수 있으며, 상기 유기성 슬러지를 이용하여 연소성 및 발열량이 높은 고체연료를 생산할 수 있는 유기성 슬러지 건조방법 및 장치에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 유기성 슬러지 건조과정에서 유기성 슬러지 내부에 모세관 형태의 기공이 잘 발달되어 연소성이 향상되며, 가열탈유장치 및 연속식 원심분리기를 사용하여 유기성 슬러지를 빠른 시간 내에 탈유 및 건조할 수 있는 고함수 유기성 슬러지 건조장치를 개발하게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

문제점

본 발명의 목적은 고함수 유기성 슬러지를 빠르게 건조하면서도 낮은 함수율을 나타내고, 연소성이 향상되며, 가열탈유장치 및 연속식 원심분리기를 사용하여 유기성 슬러지를 빠른 시간 내에 탈유 및 건조할 수 있는 고함수 유기성 슬러지 건조장치를 제공하는데 있다.

해결과제

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유기성 슬러지를 공급하는 슬러지 공급 호퍼; 상기 슬러지 공급 호퍼로부터 공급된 유기성 슬러지를 예열하는 슬러지 예열기; 열매체유를 저장하는 열매체유 저장탱크; 상기 열매체유 저장탱크로부터 배출된 열매체유를 예열하기 위한 열매체유 예열기; 상기 슬러지 예열기 및 열매체유 예열기와 연결되어 예열된 유기성 슬러지와 열매체유가 투입된 후, 상기 유기성 슬러지 및 열매체유를 가열하는 가열조; 상기 가열조 내에 배치되어 유기성 슬러지 내의 수분을 유중증발 건조시키는 유중증발건조장치; 상기 유중증발건조장치를 통해 건조된 유기성 슬러지로부터 유분을 분리하기 위한 가열탈유장치; 및 상기 가열탈유장치를 통과한 유기성 슬러지로부터 열매체유를 최종 분리하기 위한 원심분리장치를 포함하는 유중증발기술을 이용한 고함수 유기성 슬러지 건조장치를 제공한다.

본 발명의 한 실시형태에 있어서, 본 발명의 고함수 유기성 슬러지 건조장치는 상기 슬러지 가열조로부터 배출되는 수증기 및 가열조에서 발생된 악취가스를 포집하는 밀폐부와 상기 밀폐부에 포집된 수증기를 응축시키는 응축기가 구비되며, 상기 응축기에 의해 냉각된 악취가스를 상기 가열조에 투입하기 위한 악취가스 순환장치를 더 포함한다.
본 발명의 고함수 유기성 슬러지 건조장치는 유기성 슬러지로부터 유분을 분리하기 위한 가열탈유장치 및 상기 가열탈유 장치를 통과한 유기성 슬러지로부터 열매체유를 최종 분리하기 위한 원심분리장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 원심분리장치의 중앙에는 전기 가열봉이 장착되어 건조된 유기성 슬러지를 가열하면서 탈유시킬 수 있으며, 상기 원심분리장치의 하부에는 유기성 슬러지 배출구가 구비되고, 원심분리장치의 상부에는 건조된 유기성 슬러지를 투입할 수 있는 투입구가 구비되며, 상기 배출구와 투입구는 캠으로 연동되어 투입구 및 배출구가 일정시간 간격으로 작동하여 연속운전이 가능하다.

효과

본 발명은 고함수 유기성 슬러지를 빠르게 건조하면서도 낮은 함수율을 나타내고 연소성이 향상되며, 가열탈유장치 및 연속식 원심분리장치를 사용하여 유기성 슬러지를 빠른 시간 내에 탈유 및 건조할 수 있는 고함수 유기성 슬러지 건조장치를 제공함으로써, 본 발명의 유기성 슬러지 건조장치를 사용하여 탈유 및 건조된 유기성 슬러지는 석탄 등과 혼합연소가 가능하여 온실가스를 획기적으로 저감할 수 있으므로 유엔에서 검증 후 탄소배출권을 확보할 수 있는 청정개발체제(Clean Development Mechanism: CDM) 사업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

위 자료는 한밭대학교 산학협력단 엄태인의 발표자료를 요약한 것이다.