안료 슬러지 감량화(減量化)를 위한 열필터프레스 기술(技術)에 관한 연구(硏究)

이정언,이재근,Lee, Jung-Eun,Lee, Jae-Keun 한국자원리싸이클링학회 2009 資源 리싸이클링 Vol.18 No.3

안료 생산 공정의 슬러지로부터 물을 제거하는 감량화 공정은 제품의 질 향상, 건조경비 절감 그리고 안료 운송경비 절감 등의 다양한 측면에서 매우 중요하다. 안료입자는 크기가 $5{\mu}m$ 이하로 미세하여 기계적인 힘에 의한 탈수가 어렵다. 미세입자의 탈수율 향상을 위해 기존의 필터프레스 탈수장치의 압착판 사이에 고정 열판을 장착하고, 열수를 고정열판에 공급하여 케이크 층에 열을 공급하여 슬러지 탈수하는 열필터프레스 탈수장치를 개발하였다. 이 장치를 통해 압착공정의 유무 탈수시간 변화와 같은 변수 실험을 통해 안료슬러지에 대한 탈수율 평가하였다. 그 결과 열 탈수 시 압착공정에 의한 탈수율이 비압착공정에 비하여 약 20% 증가하였다. 압착공정이 있는 경우, 탈수시간을 70분과 80분으로 하여 수행한 결과 탈수시간이 80분으로 길게 하였을 때, 함수율 46.7wt%에서 43.9wt%로 감소하였고, 탈수속도는 $4.0DSkg/m^2{\cdot}hr$에서 $3.5DSkg/m^2{\cdot}hr$으로 감소한 것으로 분석되었다. 열 탈수는 케이크 층으로부터 액체의 배출을 원활이 할 수 있어 장치의 여과포 막힘 현상(Clogging)을 최소화 할 수 있음을 관찰하였다. 따라서 본 연구를 통해, 압착공정이 탈수율 향상에 효과적이며, 탈수시간이 80분으로 길게 할 경우, 저함수율 탈수 케이크를 생산할 수 있지만 탈수속도의 감소로 인한 생산량 저감을 초래할 수 있다. 즉 본 연구에서 개발한 열필터프레스 탈수장치를 안료와 같은 미세입자가 함유된 슬러지에 적용한다면 보다 효과적으로 탈수케이크를 생산 할 수 있을 것으로 분석된다. Dewatering process to remove water from pigment sludge was important in the diverse aspects of the improvement of product quality, curtailment of the drying cost and the transportation. It was difficult to dewater pigment particles with the mechanical forces because the size was fine under $5{\mu}m$. Thermal filter press dewatering equipment composed of squeezing plate and a fixed heating plate was developed to improve the dewaterability of pigment the sludge as supplying the heat from the fixed heating plate to the cake. Several tests that estimate the dewaterability for pigment sludge as with or without squeezing process and the difference of dewatering time was conducted with this equipment. Dewaterability of thermal dewatering under squeezing process was increased about 20% compared with non squeezing process. Under squeezing process, thermal dewatering tests changing dewatering time with 70 and 80 minute were conducted respectively. The water content of cake was more reduced at dewatering time of 80 minute compared with 70 minute, and dewatering velocity was also decreased, which caused the productivity of thermal filter press to drop. It was observed that clogging of filter cloth didn't almost occur because the liquid was discharged from cake layer easily. In this research, it was resulted that the squeezing process and long dewatering time were effective to improve the dewaterability of pigment sludge. So, this thermal filter press equipment was useful for dewatering the fine particle sludge like pigment.

미세입자(微細粒子)를 함유(含有)한 슬러지의 고효율(高效率) 탈수(脫水) 연구

이정언,이재근,Lee, Jung-Eun,Lee, Jae-Keun 한국자원리싸이클링학회 2006 資源 리싸이클링 Vol.15 No.4

입자의 크기가 $5{\mu}m$ 이하인 미세입자를 함유한 안료 슬러지를 탈수하여 케이크화될 때 기공의 크기가 매우 작아 물의 배출이 어려운 특성이 있다. 기존의 외부가압력으로 탈수하는 기계식 탈수방법으로 탈수하기는 어렵다. 본 연구는 케이크 층에 저온 열을 인가하여 케이크 충의 기공으로부터 물을 원활하게 배출하여 탈수율을 향상시키고자 하는 연구이다. 케이크 층에 일정한 온도를 공급 할 수 있는 Piston형 열 탈수장치를 구축하여 미세 안료 입자 200g에 대하여 탈수 실험을 수행한 결과 여액량은 176.8g, 케이크 무게는 19.4g, 케이크 두께는 4.2mm로 측정되었으며, 함수율은 47wt%이며 면적당 건조 입자의 잔류량(여과 속도)은 $2.1DS\;m^{2}{\cdot}cycle$로 분석되었다. 이 결과는 기존의 기계식 탈수 방법에 의한 결과에 비하여 여액량은 증가하였으며, 케이크 무게와 두께는 감소하였고 탈수속도는 증가하였다. 그리고 함수율은 약 30%감소하여, 전반적으로 탈수율이 매우 향상되는 결과를 도출하였다. 그 이유는 케이크 층에 열을 인가함으로서 케이크 기공에 작용하는 내부 증발압으로 인해 물이 케이크 충으로부터 원활하게 배출되었기 때문이다. 따라서 본 연구는 미세 입자를 함유한 슬러지의 감량화를 위한 고효율 탈수 시스템 구축에 있어 매우 유용한 기술로 평가된다. There was some difficulty dewatering properties due to small porosity diameter of cake, when pigment sludge contained fine particle was formed by cake under the dewatering. It was difficult to dewater the sludge with fine particles with the conventional mechanical dewatering method. This study was to improve the dewatering rate as discharging the water from porosity of cake easily, supplying the low heat to the cake layer. Thermal dewatering equipment of piston type to keep up constant temperature on the cake was set up and relative experiment was conducted for sludge of 200 g with fine pigment particle. As test results. filtration of 176.8 g, cake weight of 19.4 g, cake thickness of 4.2 mm was measured, and it was analyzed that the water content of cake was 47 wt% and dewatering velocity, which moaned the residual d교 sloid amount per dewatering area, was $2.1DS\;m^{2}{\cdot}cycle$. This results showed that filtration increased, cake weight and thickness decreased and dewatering velocity increased against mechanical dewatering method. And water content of cake decreased about 30%, so the result which dewatering rate improved was drew generally. The reason is that the inner vapor pressure working at the cake porosity increased as applying the low heat to the cake layer, which lead to discharge the water from porosity easily. Therefore, this study was estimated by the useful technology for sludge reduction.

열(熱) 필터프레스 기술(技術)을 통한 슬러지 탈수율(脫水率) 향상(向上)을 위한 연구(硏究)

이정언,김동수,Lee, Jung-Eun,Kim, Dong-Su 한국자원리싸이클링학회 2006 資源 리싸이클링 Vol.15 No.3

슬러지 층에 열을 가함으로서 내부증발압, 여액 점도 저하에 따른 유동성 증대 그리고 기공형성 용이성을 통하여 슬러지의 탈수율을 향상시킬 수 있는 열 필터프레스 탈수 기술을 개발하였다. 크기 $470{\times}470mm$인 PP재질의 맨브레인 플레이트 사이에 열수가열판을 장착하여 온도 $95^{\circ}C$, 압력 $1.2kg_f/cm^2$의 열 수를 공급한다. 그리고 슬러지는 최초 슬러지의 $5kg_f/cm^2$의 공급압력에 의해 1 차 탈수가 이루어지며, 맨브레인의 압착력 $15kg_f/cm^2$에 의해 2차적 탈수 공정으로 이루어진다. 갈수기와 우수기때의 슬러지의 초기 함수율 및 유기물 함량을 고려하여 열 탈수 특성을 평가한 결과 우수기의 슬러지는 케이크의 함수율이 약 35 wt%이며, 탈수 속도는 $4DSkg/m^2{\cdot}hr$로 매우 탈수성 우수하였으며, 갈수기 때의 슬러지 또한 함수율이 50 wt%, 탈수속도가 $1.5kg/m^2{\cdot}hr$이상으로 기계식 탈수의 탈수율(함수율 70 wt%, 탈수속도 $0.9kg/m^2{\cdot}hr$)에 비하여 우수하였다. 이를 바탕으로 열 필터프레스 탈수장치의 추가 소요 에너지를 평가한 결과 고형물(DS) 1 kg처리하는데 소요되는 에너지는 약 300kJ로 평가되었다. 이는 탈수케이크를 재차 건조하는 시스템과 의 에너지 투입비를 분석해 본 결과 열 탈수장치의 에너지 소요량은 약 1/3정도로 감소된 것으로 분석되었다. 본 기술은 기존의 필터프레스에 비하여 탈수 속도가 빠르고 저 함수율 탈수 케이크 생산이 용이할 뿐만 아니라 건조장치에 비하여 에너지 소모량이 적어 경제성이 우수한 시스템으로 파악되었다. The thermal filter press dewatering(TFPD) technology to improve the dewaterability through increasing the inner vapor pressure, lowering the filtration viscosity and forming the porosity easily within cake as applying the heat at the sludge layer was developed in this study. The hot water with temperature of $95^{\circ}C$ and pressure of $1.2kg_f/cm^2$ was supplied to the heating plate equipped between filter plates with plate size of $470{\times}470mm$ and material of polypropylene. Sludge was dewaterd by supplying pressure of $5kg_f/cm^2$ and then by squeezing pressure of $15kg_f/cm^2$. As a results of estimating the characteristics of thermal dewatering to consider the initial water content and organic content to be influenced by a period of water shortage and rainwater, the dewatered cake water content was about 35 wt% and dewatering velocity was $4DSkg/m^2{\cdot}hr$ under the rainwater period, and the dewatered cake water content was about 50 wt% and dewatering velocity was $1.5DSkg/m^2{\cdot}hr$ in the case of sludge of water shortage season. These results was superior to the mechanical dewatering performance with water content of 70wt% and dewatering velocity of $0.9DSkg/m^2{\cdot}hr$. On the base of the results of TFPD, energy consumpted to deal with DS(Dry Solid) of 1kg was estimated by 300 kJ. It was analyzed that the energy consumption of TFPD was decreased about one third with comparison to the dryer system. Dewatering velocity of this technology was faster than the one of mechanical dewatering equipment and it was easier to product low water content cake. Therefore, this technology was recognized that dewaterability was predominant because of the fast of dewatering velocity and production of low water content cake, and also this known as economical efficiency was excellent because of low energy consumption in comparison with dryer.

석탄연소 보일러에서 생성된 석탄회의 분석과 형성 메커니즘 해석에 대한 연구

이정언,이재근,Lee, Jung Eun,Lee, Jae Keun 대한기계학회 1998 大韓機械學會論文集B Vol.22 No.12

Fly ash produced in coal combustion is a fine-grained material consisting mostly of spherical, glassy, and porous particles. A study on the formation mechanism of the fly ash from coal particles in the pulverized coal power plant is investigated with a physical, morphological, and chemical characteristic analysis of fly ash collected from the Samchonpo power plant. This study may contribute to the data base of domestic fly ash, the improvement of combustion efficiency, fouling phenomena and ash collection in the electrostatic precipitator. The physical property of fly ash is determined using a particle counter for the measurement of ash size distribution. Morphological characteristic of fly ash is performed using a scanning electron micrograph. The chemical components of fly ash are determined using an inductively coupled plasma emission spectrometry(ICP). The distribution of fly ash size was bi-modal and ranged from 12 to $19{\mu}m$ in mass median diameter. Exposure conditions of flue gas temperature and duration within the combustion zone of the boiler played an important role on the morphological properties of the fly ash such as shape, particle size and chemical components. The evolution of ash formation during pulverized coal combustion has revealed three major mechanisms by large particle formation due to break-up process, gas to particle conversion and growth by coagulation and agglomeration.

하수슬러지 건조를 위한 폐루프 공기건조 기술에 관한 연구

이정언(Jung Eun Lee),조은만(Eun Man Cho),강동효(Dong Hyo Kang) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.12

슬러지 공기건조장치는 외기로부터 공기를 흡입/송풍하여 이젝터(Ejector) 및 다단 사이클론(Multi-Cyclone)에서 슬러지를 건조하는 시스템이다. 즉 공기건조장치는 외기의 조건에 따라 시스템 성능 변화가 클 뿐 아니라 개루프(Open-Loop) 구조로 되어 있어 에너지 소모량이 큰 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 공기건조장치의 분리기 후단에 응축기(Condenser), 냉각기(Cooler), 압축기(Compressor)로 구성된 제습기를 장착하여 송풍-건조-제습-송풍으로 순환하는 폐루프(Closed-Loop) 공기건조 기술을 개발하였다. 기존의 공기건조와 비교하여 본 기술의 특성을 비교 분석한 결과, 본 시스템의 공기는 외기에 비하여 약 50% 이상의 에너지를 더 많이 함유하고 있었다. 또한 공기가 시스템 내에서 순환하기 때문에 슬러지 건조에 공급하는 공기의 질을 일정하게 유지할 수 있어 시스템을 안정적으로 운용할 수 있을 것으로 분석되었다. 그리고 경제성을 분석한 결과, 폐루프 공기건조장치를 이용하여 슬러지 1톤을 건조하는데 소요되는 비용은 기존의 건조장치에 비하여 약 35% 절감되는 것으로 파악되었다. 따라서 본 기술은 에너지 소모량이 적고, 일정한 품질의 공기를 송풍할 수 있어 시스템의 안정적으로 운전할 수 있는 기술로 평가된다. Air drying is a technology to dry sludge at the ejector and multi cyclone as intaking and blowing air from outside. So, this technology has a weak point that operating fluctuation is large according to an outside conditions as well as energy consumption is also large due to open loop structure. This is to develop the closed-loop air drying system to be built the dehumidifier consisted of condenser, cooler and compressor at rear side of separator of air dryer, as a way to solve some problem. Air is circulation by the method of blowing-drying-dehumidifying-blowing within this system. It is analyzed that an air circulated at closed-loop air drying equipment contains the energy of 50% more compared with open-loop air drying and is operated regularly because of quality maintenance of air to dry sludge. And also it is analyzed that the cost of drying sludge of 1 ton by closed-loop air drying equipment is lower about 35% than conventional equipment. Therefore, this is evaluated by useful drying technology to face an unexpected climatic conditions due to regular operation as well as low energy consumption.

슬러지처리 : 상수 슬러지의 탈수율 향상을 위한 열 탈수에 관한 연구

이정언 ( Jung Eun Lee ),류병순 ( Byung Soon Ryu ),김택준 ( Teak Jun Kim ),지용대 ( Yong Dae Ji ),류동춘 ( Dong Choon Ryou ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2003 공동 추계학술발표회 Vol.2003 No.-

열 탈수와 벨트프레스 탈수장치의 현장적용에 따른 탈수성 비교연구

이정언(Jung Eun Lee) 大韓環境工學會 2006 대한환경공학회지 Vol.28 No.10

정수슬러지 탈수효율 향상을 위한 전기필터프레스탈수에 관한 연구

이정언(Jung Eun Lee),이재근(Jae Keun Lee) 大韓環境工學會 2006 대한환경공학회지 Vol.28 No.10

고효율 열 탈수장치 개발에 관한 연구

이정언(Jung-Eun Lee) 한국유체기계학회 2003 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-

A generation rate of sludge in Korea had increased dramatically about 200 % for a decade. A requirement for high efficiency dewatering system being possible to produce the low water content cake have suggested due to the appearanceof commercial and social problems about handling of dewatered cake. The conventional dewatering system with mechanical compression device was not suitable to produce the low water content cake and didn'tcope with lots of requirements. Therefore, this paper was to develop the high efficient filter press with the compressive and heating forces through the heating plate to be built between membrane filter plates. It is possible to produce the low water content cake and improve the dewatering rate, so this equipment positively coped with several types of problems related to the sludge dewatering. The plate heated by heat transfer materials such as steam, hot water and thermo-oil made the sludge make the residual moisture within the cake to discharge easilyand to improve the dewatering efficiency of equipment. The pilot scale experiment with 500㎏ of cake production showed that the dewatering efficiency determined by the final water content and dewatering velocity was improved 30% more than the conventional dewatering equipment.

PTC 태양열 집열기를 이용한 슬러지 열탈수 연구

이정언(Lee Jung-Eun) 한국태양에너지학회 2014 한국태양에너지학회 논문집 Vol.34 No.3

A flat-plate or vacuum tube solar collector have been mainly used for hot water supply of house because of some being difficult to get uniform energy density, so little applied into industrial field. This study is to apply the PTC(parabolic trough collector) solar collector into industrial field such as sludge dewatering system for energy reduction. The real scale system which composed of PTC Solar Collector and Thermal Dewatering (TDW) is established. PTC solar collector is designed to produce a hot water with 80℃ of temperature. And size of TDW is 630×630 mm. Hot water produced from PTC solar collector is supplied into heating plate of TDW, and sludge like waterworks or wastewater is dewatered. PTC solar collector with 10㎡ of area produce energy of average 5,618 kcal. As according to results from real scale performance, solar collector takes charge 94 % of the amount that TDW consume energy which is so large part if compare with boiler. It means that PTC solar collector is useful to apply industrial field under the condition of sufficient solar radiation. And it is analyzed that TDW by PTC solar collector has an economical validity.