(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラーによって水蒸気を発生させて供給する水蒸気供給部と、
前記水蒸気供給部から供給される前記水蒸気を臨時貯蔵する水蒸気貯蔵部と、
内側には廃水スラッジを供給される空間を提供し、内側面上に前記水蒸気供給部から発生した水蒸気が循環する水蒸気循環部が配され、前記廃水スラッジに熱を印加して乾燥させるスラッジ乾燥部と、
前記スラッジ乾燥部の内部一側から他側に前記廃水スラッジを移動させるスラッジ移動部と、
前記廃水スラッジの乾燥過程から発生した廃水蒸気を捕集する廃水蒸気捕集部と、
前記廃水蒸気捕集部から捕集された廃水蒸気を圧縮する廃水蒸気圧縮部と、
前記スラッジ乾燥部の内側に配され、前記廃水蒸気圧縮部から圧縮された廃水蒸気を内側に通過させ、前記廃水蒸気の熱を前記廃水スラッジに印加して、前記廃水スラッジを乾燥させる放熱部と、
乾燥されて排出される前記廃水スラッジを溶融させるスラッジ溶融部と、
前記水蒸気循環部から循環された後、排出される廃水蒸気によって発生する凝縮水を前記水蒸気供給部に循環させる第１循環管と、
前記スラッジ溶融部から排出される燃焼ガスを前記水蒸気供給部に循環させる第２循環管と、
前記放熱部から排出される廃水蒸気によって発生する凝縮水と悪臭ガスとを分離して排出する凝縮水排出部と、
を含む廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項２】
前記水蒸気供給部は、
５〜１０ｂａｒ（絶対気圧）の圧力と１５０〜２００℃の温度状態である水蒸気を供給する請求項１に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項３】
前記廃水蒸気捕集部は、前記廃水蒸気を、１〜２ｂａｒ（絶対気圧）の圧力と１００〜１３０℃の温度とで捕集する請求項１に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項４】
前記廃水蒸気圧縮部は、
前記廃水蒸気を、５〜１０ｂａｒ（絶対気圧）の圧力と１５０〜２００℃の温度とで圧縮する請求項３に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項５】
前記廃水蒸気圧縮部は、
容積式スクリュー型圧縮機である請求項１ないし請求項４のうち何れか一項に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項６】
前記凝縮水排出部は、
前記凝縮水を１ｂａｒ以下の圧力状態で膨張させる請求項１に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【請求項７】
前記スラッジ溶融部は、
ロータリーキルン型溶融炉を含む請求項１に記載の廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置に係り、より詳細には、廃水スラッジを化石燃料などを燃焼して生産した高温の水蒸気熱によって乾燥する方式である間接加熱乾燥方式装置でも、高含水物質である廃水スラッジを乾燥し、廃水スラッジの乾燥過程から排出される廃水蒸気をリサイクルし、乾燥された廃水スラッジは、ロータリーキルン型溶融炉で溶融させて骨材として活用し、溶融炉で発生する高温の燃焼ガスは、乾燥装置で必要とする加熱用熱源である水蒸気の生産に活用することができる廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業体から排出される廃水スラッジには、次の［表１］に記載されているように、人体に有害なクロム、ニッケル、ヒ素、水銀などの重金属が数十ｐｐｍ以上含まれており、これを安全に処理する必要がある。
【０００３】
［表１］は、大韓民国国内の多様な産業団地から発生する廃水スラッジが含む重金属の一例を表わす。
【０００４】
【表１】
0005970089.tif 000002
廃水スラッジの処理には、一般的に燃焼方法が広く使われているが、廃水スラッジには重金属が含まれているので、直接燃焼の場合、重金属が排ガスに含まれて排出されることを防止するために、追加的な大気汚染排出設備が備えなければならないので、施設費が増加するという問題点がある。
【０００５】
また、廃水スラッジは、水分が約８０％程度に含まれており、既存に使う燃焼装置を用いて水分を乾燥させる場合、廃水スラッジに含まれた水分１ｋｇを蒸発させるのに約７５０〜８５０ｋｃａｌの熱量を必要とするので、エネルギー消費が多い問題点がある。
【０００６】
前記問題点を解決するために、特許文献１が開示された。前記先行技術は、微生物を用いて重金属を除去し、水蒸気を用いて乾燥を行うように構成されている。
【０００７】
しかし、前記先行技術の場合、微生物による重金属除去には限界があり、乾燥に使われる水蒸気は、使った後に排出されるので、水蒸気の発生に多くのエネルギーが使われる問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】大韓民国登録特許１０−０８６４５２９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記問題点を解決するために案出されたものであって、本発明は、廃水スラッジの乾燥過程で発生する廃水蒸気を捕集及び圧縮した後、前記乾燥過程において熱エネルギーとしてリサイクルしてエネルギーを節減することができる廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、乾燥装置から乾燥された廃水スラッジは、溶融炉で溶融させて建築資材などとしてリサイクルすることができる廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、溶融炉で発生する燃焼ガスは、水蒸気の生産においてリサイクルすることができる廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を果たすための本発明によれば、ボイラーによって水蒸気を発生させて供給する水蒸気供給部と、前記水蒸気供給部から供給される前記水蒸気を臨時貯蔵する水蒸気貯蔵部と、内側には廃水スラッジを供給される空間を提供し、内側面上に前記水蒸気供給部から発生した水蒸気が循環する水蒸気循環部が配され、前記廃水スラッジに熱を印加して乾燥させるスラッジ乾燥部と、前記スラッジ乾燥部の内部一側から他側に前記廃水スラッジを移動させるスラッジ移動部と、前記廃水スラッジの乾燥過程から発生した廃水蒸気を捕集する廃水蒸気捕集部と、前記廃水蒸気捕集部から捕集された廃水蒸気を圧縮する廃水蒸気圧縮部と、前記スラッジ乾燥部の内側に配され、前記廃水蒸気圧縮部から圧縮された廃水蒸気を内側に通過させ、前記廃水蒸気の熱を前記廃水スラッジに印加して、前記廃水スラッジを乾燥させる放熱部と、乾燥されて排出される前記廃水スラッジを溶融させるスラッジ溶融部と、前記水蒸気循環部から循環された後、排出される廃水蒸気によって発生する凝縮水を前記水蒸気供給部に循環させる第１循環管と、前記スラッジ溶融部から排出される燃焼ガスを前記水蒸気供給部に循環させる第２循環管と、前記放熱部から排出される廃水蒸気によって発生する凝縮水と悪臭ガスとを分離して排出する凝縮水排出部と、を含む廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置を提供する。
【００１３】
前記水蒸気供給部は、５〜１０ｂａｒの圧力と１５０〜２００℃の温度状態である水蒸気を供給することができる。
【００１４】
前記廃水蒸気捕集部は、前記廃水蒸気を、１〜２ｂａｒ（絶対気圧）の圧力と１００〜１３０℃の温度とで捕集することができる。
【００１５】
前記廃水蒸気圧縮部は、前記廃水蒸気を、５〜１０ｂａｒの圧力と１５０〜２００℃の温度とで圧縮することができる。
【００１６】
前記廃水蒸気圧縮部は、容積式スクリュー（ｓｃｒｅｗ）型圧縮機であり得る。
【００１７】
前記凝縮水排出部は、前記凝縮水を１ｂａｒ以下の圧力状態で膨張させることができる。
【００１８】
前記スラッジ溶融部は、ロータリーキルン型溶融炉を含みうる。
【発明の効果】
【００１９】
前記のような本発明は、廃水スラッジの乾燥過程で発生する廃水蒸気を捕集及び圧縮した後、前記乾燥過程において熱エネルギーとしてリサイクルしてエネルギーを節減することができる。
【００２０】
また、本発明は、乾燥装置から乾燥された廃水スラッジは、溶融炉で溶融させて建築資材などとしてリサイクルすることができる。
【００２１】
また、本発明は、溶融炉で発生する燃焼ガスは、水蒸気の生産においてリサイクルすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置の構成を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明による望ましい実施形態を詳しく説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態による廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置の構成を示す図面である。
【００２５】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置１００は、水蒸気供給部１１０、水蒸気貯蔵部１２０、スラッジ乾燥部１３０、スラッジ移動部１４０、廃水蒸気捕集部１５０、廃水蒸気圧縮部１６０、放熱部１７０、スラッジ溶融部１８０、第１循環管１３４、第２循環管１６２、及び凝縮水排出部１９０を含む。
【００２６】
図１を参照して、本発明を説明する。
【００２７】
水蒸気供給部１１０は、ガスまたは油のような燃料を燃焼させるボイラーの動作によって必要とする水蒸気を生産して供給する。水蒸気供給部１１０は、水蒸気需要先で必要とする高温高圧の水蒸気を生産して供給することができる。水蒸気供給部１１０は、５〜１０ｂａｒの圧力と１５０〜２００℃の温度状態である水蒸気を供給することができる。
【００２８】
ボイラーを使う水蒸気供給部１１０は、広く知られた公知の技術なので、これについての詳細な説明は省略する。これにより、水蒸気供給部１１０のボイラーは、図面上に別途に表示しない。
【００２９】
水蒸気貯蔵部１２０は、前記水蒸気供給部１１０から供給される水蒸気を一時的に貯蔵する。水蒸気貯蔵部１２０は、水蒸気を貯蔵した後、後述するスラッジ乾燥部１３０に水蒸気を均一に供給する。
【００３０】
また、水蒸気貯蔵部１２０は、水蒸気供給部１１０から供給される水蒸気を臨時貯蔵した後、後述するスラッジ乾燥部１３０に供給することができる。水蒸気貯蔵部１２０は、供給される水蒸気の圧力を一定に保持することができる。
【００３１】
スラッジ乾燥部１３０は、外部の廃水スラッジと高温高圧の水蒸気とを供給され、該供給された水蒸気を用いて廃水スラッジに対する所定の乾燥処理を行う。高温の水蒸気熱による廃水スラッジ乾燥は、間接加熱による乾燥方式である。ここで、乾燥処理は、食品の処理、薬品生産、半導体工程など、多様な分野の工程のうち１つの部分であって、水蒸気の熱を用いて廃水スラッジから水分を除去する乾燥工程をいずれも含む。
【００３２】
前記乾燥処理のために、スラッジ乾燥部１３０は、内側に乾燥が発生する所定の空間を提供し、内側面上には水蒸気貯蔵部１２０を通じて供給された水蒸気が循環し、廃水スラッジに対して熱を印加することができる水蒸気循環部１３２が配される。
【００３３】
本発明で、水蒸気循環部１３２は、スラッジ乾燥部１３０の内側面上に配された状態で水蒸気の熱が廃水スラッジに対して印加されると説明しているが、ユーザの必要に応じて、スラッジ乾燥部１３０の内側空間上に配置されもする。また、水蒸気循環部１３２を循環した後、排出される廃水蒸気の出口端が水蒸気循環部１３２の中間に配されると示されているが、これは、図面の簡略化のためのものであって、出口端は、水蒸気が流入される入口の反対側に対向して配されることが望ましい。
【００３４】
水蒸気循環部１３２から廃水スラッジに熱を印加した後、排出される廃水蒸気は、温度と圧力との低下によって凝縮水の形態で排出され、これは、第１循環管１３４を通じて水蒸気供給部１１０に循環されうる。水蒸気供給部１１０に循環された凝縮水は、再び水蒸気に気化された後、スラッジ乾燥部１３０に再び供給されて再使用されうる。
【００３５】
装置の動作中、水蒸気の損失が発生しうるので、水蒸気供給部１１０上には、水分供給弁が配されることが望ましい。
【００３６】
スラッジ乾燥部１３０の上部一側には、廃水スラッジを供給される供給口が配され、下部一側には、乾燥された廃水スラッジを後述するスラッジ溶融部に供給する連結管が連結されうる。
【００３７】
スラッジ乾燥部１３０で処理される対象は、含水率３０％以上である物質であるが、含水率は、ユーザの必要に応じて多様に変化されうる。
【００３８】
スラッジ移動部１４０は、スラッジ乾燥部１３０の内側に配され、中心軸を基準に回転自在に構成されて、乾燥対象として供給された廃水スラッジを、スラッジ乾燥部１３０の内部一側から他側に、すなわち、供給口から溶融部に連結される連結管に移動させる。
【００３９】
このために、スラッジ移動部１４０は、スラッジ乾燥部１３０の内側幅に対応する長さの本体とその外周面上に移動羽根が配される形態を有し、スラッジ乾燥部１３０に流入された廃水スラッジを、流入された位置の逆方向に一定方向と速度とで移動させることができるものならば、これに限定されず、ユーザの必要に応じて多様な形態で製作することができる。
【００４０】
この際、スラッジ乾燥部１３０の乾燥工程のうちから廃水スラッジから発生する廃水蒸気は、後述する廃水蒸気捕集部１５０によって捕集されうる。
【００４１】
廃水蒸気捕集部１５０は、スラッジ乾燥部１３０と連結されて、スラッジ乾燥部１３０内で乾燥中に発生して外部に排出される廃水蒸気を捕集する。
【００４２】
前記乾燥過程では、前記廃水蒸気以外にも、乾燥に使われた廃水蒸気と他のガス物質（悪臭ガス、空気、炭化水素などを含む）とが発生し、前記廃水蒸気捕集部は、このような他のガス物質も捕集することができる。
【００４３】
廃水蒸気捕集部１５０は、捕集された廃水蒸気を、１〜２ｂａｒの圧力と１００〜１３０℃の温度とで調整する。乾燥／濃縮など廃水蒸気が発生する装置の内部圧力を大気圧以下である弱真空状態で運転すれば、排出される水蒸気圧力は、１ｂａｒ（絶対圧力）であり、温度が１００℃以下である。このような状態の水蒸気を、後述する廃水蒸気圧縮部１６０の容積式スクリュー型圧縮装置にそのまま供給する場合には、前記容積式スクリュー型圧縮装置の性能が低下するか、流入が不可能になりうる。したがって、前記廃水蒸気捕集部１５０は、捕集された廃水蒸気を、１〜２ｂａｒ、１００℃〜１３０℃の状態で調整して廃水蒸気圧縮部に供給する。
【００４４】
廃水蒸気圧縮部１６０は、廃水蒸気捕集部１５０が捕集した廃水蒸気を所定の圧力状態で圧縮した後、第２循環管１６２を通じて水蒸気貯蔵部１２０に供給して、リサイクル可能にする。
【００４５】
廃水蒸気圧縮部１６０は、捕集された廃水蒸気を、前記乾燥及び濃縮処理部で使われる水蒸気状態である５〜１０ｂａｒの圧力と１６０〜２００℃の温度とに圧縮して、後述する放熱部１７０に供給する。
【００４６】
ここで、廃水蒸気圧縮部１６０によって圧縮された廃水蒸気は、その潜熱がスラッジ乾燥部１３０でリサイクルされうる。これについては、後述する。
【００４７】
ここで、廃水蒸気圧縮部１６０は、モータによって駆動される容積式スクリュー型圧縮機であり得る。容積式スクリュー型圧縮機は、圧縮過程のうち、水蒸気の温度を適正に保持するために、外部で冷却水を水蒸気に直接噴射して冷却するので、入口の水蒸気量よりも出口での水蒸気量が増加する。
【００４８】
前記廃水蒸気圧縮部１６０の容積式スクリュー型圧縮機は、強い吸入力を有していて、入口に流入される廃水蒸気の圧力が低い場合にも使用が容易であり、出口側の圧力は、一般的に使うボイラーの圧力よりも高くて使用が容易である。
【００４９】
［表２］は、廃水蒸気圧縮部による水蒸気圧縮状態と使われる動力及び効率を表わす表である。
【００５０】
【表２】
0005970089.tif 000003
そして、廃水蒸気圧縮部のエネルギー効率は、次のように換算することができる。
［数１］
0005970089.tif 000004
【００５１】
［数式１］によって、本実施形態のエネルギー効率を算出すれば、１８．２％であることが分かる。
【００５２】
廃水蒸気圧縮部１６０から圧縮された水蒸気は、水蒸気貯蔵部１２０を通じてスラッジ乾燥部１３０に供給されてリサイクルされうる。本実施形態の乾燥及び濃縮装置は、高含水物質から発生する廃水蒸気を圧縮してリサイクルするので、装置全体のエネルギー使用量が節減される。
【００５３】
廃水蒸気圧縮部１６０からスラッジ乾燥部１３０に水蒸気がリサイクルされる過程は、次のようになされる。
【００５４】
スラッジ乾燥部１３０の内側には、放熱部１７０が配される。
【００５５】
放熱部１７０は、所定の長さと直径とを有するコイル形態の管で形成されうる。廃水蒸気圧縮部１６０から圧縮された廃水蒸気が放熱部１７０の内側を経り、廃水スラッジと熱交換して廃水スラッジが乾燥されるように構成される。
【００５６】
熱交換がより容易になされるようにするために、放熱部１７０の外周面上には、熱交換用ピンが配置される。
【００５７】
一方、水蒸気貯蔵部１２０からスラッジ乾燥部１３０に供給される水蒸気は、熱源として使われ、一部は潜熱を完全に消費して凝縮水に変化されて排出され、残りは悪臭ガスを含んだ多様なガス形態で排出されうる。該排出された前記凝縮水及び悪臭ガスは、凝縮水排出部１９０に移送される。
【００５８】
凝縮水排出部１９０は、凝縮水と悪臭ガスとを分離させ、該分離された凝縮水は外部に排出される。
【００５９】
前記凝縮水排出部１９０は、その内部が１ｂａｒ以下の低圧状態であって、スラッジ乾燥部１３０から排出される凝縮水と悪臭ガスとが内部に流入されれば、内部の低い圧力状態によって膨張する。
【００６０】
凝縮水排出部１９０の内部での膨張による凝縮水の密度変化は少ないが、悪臭ガスは、密度が１／５以下に低減し、凝縮水から分離される。
【００６１】
凝縮水は、外部の別途の処理装置によって処理することができる。また、分離された悪臭ガスは、大気中に排出することができるが、別途の供給部を通じて水蒸気供給部１１０のボイラーを通じて焼却除去することができる。
【００６２】
スラッジ溶融部１８０は、スラッジ乾燥部１３０から乾燥されて排出される廃水スラッジを溶融させてガラス化状態で排出させる。スラッジ溶融部１８０は、ロータリーキルン（ｒｏｔａｒｙ  ｋｉｌｎ）型溶融炉を含む。
【００６３】
［表３］は、前記［表１］に記載の廃水スラッジの成分を表わす。
【００６４】
【表３】
0005970089.tif 000005
廃水スラッジに対して１３００℃以上の高温を印加して溶融処理すれば、廃水スラッジの重金属と無機物とが溶融されてガラス化状態で排出される。
【００６５】
［表４］は、廃水スラッジに含まれた成分の溶融温度を表わす。
【００６６】
【表４】
0005970089.tif 000006
溶融されて排出される廃水スラッジは、重金属溶出が環境基準値以下なので、骨材、地盤強化材、覆土材など多様に使うことができる。
【００６７】
また、溶融炉での溶融工程遂行中、発生する高温の燃焼ガスは、水蒸気供給部１１０に供給して加熱用熱源である水蒸気生産に使われるなど、多様な用途として使われる。
【００６８】
本発明は、廃水スラッジの乾燥過程で発生する廃水蒸気を捕集及び圧縮した後、前記乾燥過程において熱エネルギーとしてリサイクルしてエネルギーを節減し、乾燥装置から乾燥された廃水スラッジは、溶融炉で溶融させて建築資材などとしてリサイクルすることができる。また、本発明は、溶融炉で発生する燃焼ガスは、水蒸気の生産においてリサイクルすることができる。
【００６９】
本発明は、図面に示された実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、廃水蒸気を活用する廃水スラッジの乾燥及びリサイクル装置に利用されうる。
【符号の説明】
【００７１】
１００：乾燥及び濃縮装置
１１０：水蒸気供給部
１２０：水蒸気貯蔵部
１３０：乾燥及び濃縮処理部
１３４：第１循環管
１４０：廃水蒸気捕集部
１５０：廃水蒸気圧縮部
１６０：凝縮水排出部
１６２：第２循環管
１７０：悪臭ガス排出ライン
【図１】
0005970089.tif 000007