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KR101934764B1 - 슬러지 고속 건조 장치 - Google Patents

슬러지 고속 건조 장치 Download PDF

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KR101934764B1
KR101934764B1 KR1020160130534A KR20160130534A KR101934764B1 KR 101934764 B1 KR101934764 B1 KR 101934764B1 KR 1020160130534 A KR1020160130534 A KR 1020160130534A KR 20160130534 A KR20160130534 A KR 20160130534A KR 101934764 B1 KR101934764 B1 KR 101934764B1
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KR
South Korea
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sludge
gas
chamber
hot air
powder
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KR1020160130534A
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Inventor
심성훈
정상현
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한국기계연구원
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Publication date
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Abstract

본 발명의 목적은, 코안다 노즐을 이용하여 고온 연소가스를 고압 공기로 유인해서 산소농도가 낮은 고온 비활성 열풍을 건조 장치에 공급함으로써 효과적인 슬러지 건조가 이루어지게 하는 슬러지 고속 건조 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 연소가스를 얻기 위해 건조슬러지 분체를 연소시킴으로써 건조 열원을 얻는 동시에 악취까지 제거함으로써 장치 효율을 극대화시키는 슬러지 고속 건조 장치를 제공함에 있다.

Description

슬러지 고속 건조 장치 {High-speed sludge drying apparatus}
본 발명은 슬러지 고속 건조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리 또는 정수과정에서 생긴 침전물을 슬러지(sludge)라고 한다. 그 발생원에 따라 하수슬러지, 공단슬러지, 축분슬러지 등으로 구분될 수 있는데, 하수슬러지의 경우라 하여도 통상적으로 50% 가량의 유기물질을 함유하며, 전반적으로 70~85% 가량의 높은 함수율을 가진다. 전통적으로 슬러지는 혐기처리 등에 의해 안정화를 한 후 탈수 및 건조하여 매립하는 방식으로 처분하였는데, 처리해야 하는 슬러지의 양이 많아지면서 직접 기계탈수 후 소각하거나, 습식산화, 가열처리 등의 방법도 연구되고 있다. 대부분의 슬러지 처리에 있어서, 매립, 재활용, 연소 등 최종 처리 방식은 다양하게 달라질지라도, 기본적으로 슬러지에 함유된 물을 제거하기 위한 탈수 및 건조는 슬러지 처리 공정에 필수적으로 포함되는 사항이다.
종래의 슬러지 건조 장치는, 기본적으로 슬러지를 수용하는 용기에 건조를 위한 고온의 열풍을 공급하여 물을 증발시키는 형태나 회전하는 디스크 사이에서 간접 열교환으로 수분을 증발시키는 방법, 또는 근적외선이나 마이크로웨이브를 이용하여 가열 건조하는 방식으로 이루어졌다. 그런데 고온의 열풍을 발생시키기 위하여 많은 연료의 사용이 필요하며, 고온의 열풍에 의하여 발열량을 가지는 건조된 슬러지에 화재를 유발하기도 아였다. 장기간 운용 시에는 건조기 벽면에 슬러지가 부착되는 등의 문제도 있다. 뿐만 아니라 종래의 슬러지 건조 장치의 경우 유기물 증발에 따라 발생되는 다량의 악취가 환경을 오염시키며, 혐오시설로 인식되어 슬러지 건조장치 설치를 어렵게 하는 사회적 원인이 되기도 한다. 따라서 이러한 문제를 해소하기 위하여 다양한 개선 연구가 이루어져 왔다.
한국특허공개 제2001-0000285호("열풍분사식 해쇄형 건조기 및 건조시스템", 2001.01.05, 이하 선행문헌)도 이러한 연구의 일환으로 개시된 기술로서, 상기 선행문헌에서는 건조기의 아래쪽에 구비된 노즐로부터 열풍이 분사되도록 하여, 건조기에 투입된 슬러지가 고온의 열풍에 의해 건조되면서 위쪽으로 날려 올라가도록 이루어지는 건조기가 개시된다. 상기 선행문헌에 따른 건조기에 의하면, 건조기 내 덜 건조된 슬러지가 쌓이는 것을 방지하고 슬러지가 체류하는 시간을 짧게 하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 상기 선행문헌에 의한 건조기에서 처리할 수 있는 슬러지 양은 노즐에서 분사되는 열풍에 의해 건조되면서 날려갈 정도에 한정될 뿐이어서, 대량의 슬러지를 고속으로 처리하기에는 적절하지 않다. 또한 슬러지 처리에 따라 발생되는 악취에 대한 대책이 그리 효과적이지 않다.
1. 한국특허공개 제2001-0000285호("열풍분사식 해쇄형 건조기 및 건조시스템", 2001.01.05)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 코안다 노즐을 이용하여 고온 연소가스를 고압 공기로 유인 혼합해서 고온 비활성 열풍을 회전하는 건조 장치에서 박막을 형성한 슬러지에 공급함으로써 효과적인 슬러지 건조가 이루어지게 하는 동시에 산소농도가 낮은 비활성 열풍을 이용함으로써 슬러지에서 화재가 발생하지 않도록 하는, 안전한 슬러지 고속 건조 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 연소가스를 얻기 위해 건조슬러지 분체를 연소시킴으로써 건조 열원을 얻는 동시에 악취까지 제거함으로써 장치 효율을 극대화시키는 슬러지 고속 건조 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치는, 슬러지를 수용 및 공급하는 슬러지공급부(110); 연소용 연료를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 연소실(120); 상기 슬러지공급부(110)로부터 슬러지를 공급받고, 상기 연소실(120)로부터 열풍공급로(125)를 통해 연소가스를 공급받아, 슬러지를 회전시켜 박막의 형태로 만들어서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만드는 회전건조부(130); 상기 회전건조부(130)로부터 분체배출로(145)를 통해 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 건조슬러지분체를 분리하여 하부로 포집하고 기체상의 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출시키는 포집분리부(140); 를 포함하여 이루어지며, 상기 회전건조부(130)는, 상기 회전건조부(130)에 투입된 슬러지가 회전에 따른 원심력에 의해 내부 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지고, 상기 회전건조부(130)에 공급된 연소가스가 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시키도록 이루어지며, 상기 포집분리부(140)에서 배출된 악취함유기체가 상기 연소실(120)로 공급되어 연소됨으로써 제거되고, 상기 포집분리부(140)에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실(120)로 공급되어 연소용 연료로 사용될 수 있다.
이 때 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 열풍공급로(125) 상에 구비되는 열풍공급노즐(125N); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 작동기체는 상기 연소실(120)로부터 공급되는 연소가스이고, 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기일 수 있다.
또한 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 분체배출로(145) 상에 구비되는 분체유인노즐(145N); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 분체유인노즐(145N)에서의 작동기체는 상기 회전건조부(130)로부터 배출되는 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이고, 상기 분체유인노즐(145N)에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기일 수 있다.
또한 상기 회전건조부(130)는, 상면이 개방된 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 열풍공급로(125)가 연결되어 연소가스를 공급받는 열풍공급챔버(131); 상면이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 열풍공급챔버(131)에 수용 배치되되, 상단이 상기 열풍공급챔버(131) 상단과 연결되고, 벽면이 기체 통과가 가능하도록 다공성 재질로 이루어지며, 모터(132M)에 의해 회전하는 회전축(132a)에 연결되어 회전하는 회전건조챔버(132); 상기 슬러지공급부(110)로부터 공급받은 슬러지를 상기 회전건조챔버(132) 내로 투입하는 슬러지투입로(133); 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132)를 내부에 수용하는 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 분체배출로(145)가 연결되어 상기 회전건조챔버(132)에서 슬러지가 건조되면서 발생된 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 배출하는 외통(134); 을 포함하여 이루어지며, 상기 회전건조챔버(132)에 투입된 슬러지가 회전에 의해 상기 회전건조챔버(132) 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지고, 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132) 사이의 공간으로 공급된 연소가스가 상기 회전건조챔버(132)의 벽면을 통과하여 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시켜, 슬러지가 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들어질 수 있다.
또한 상기 회전건조부(130)는, 메쉬 재질로 형성되어 상기 슬러지투입로(133)에 연결되어 상기 회전건조챔버(132) 내부에 구비되어, 상기 회전건조챔버(132) 내부 벽면에 부착되는 슬러지 박막을 긁어 떨어내는 스크레이핑메쉬(135);를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 회전건조부(130)는, 상기 회전건조챔버(132) 하부에 구비되어, 상기 회전건조챔버(132) 하부에 누적되어 뭉치는 슬러지를 분쇄하는 분쇄칼날(136); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 회전건조부(130)는, 상기 외통(134) 상에 복수 개가 분포 구비되어, 상기 회전건조챔버(132) 내에서 만들어진 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 상기 분체배출로(145)로 유인되도록 기체 유동을 발생시키는 유동발생노즐(137); 을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 슬러지투입로(133)는, 상하 방향으로 연장되어 상기 회전건조챔버(132)로 슬러지를 투입하되, 하부로 갈수록 확장되는 형태로 이루어질 수 있다.
또한 상기 회전건조부(130)는, 상기 열풍공급챔버(131) 상단 및 상기 회전건조챔버(132) 상단 간 연결 부분에 카본패킹이 개재 구비될 수 있다.
또한 상기 포집분리부(140)는, 상단 일측에 상기 분체배출로(145)가 연결되어 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 분체를 분리하여 하부로 포집하고 기체상의 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출하는 사이클론(141); 상기 사이클론(141) 상부에 연결되어 악취함유기체를 배출하는 악취배출로(142); 상기 사이클론(141) 하부에 연결되어 건조슬러지분체를 포집하는 분체수용부(143); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 상기 열풍공급로(125) 상에 구비되어 연소가스 일부를 배출하는 가스배출로(125a); 를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 슬러지 고속 건조 방법은, 슬러지 고속 건조 장치(100)를 사용하는 슬러지 고속 건조 방법에 있어서, 상기 슬러지공급부(110)에 슬러지가 수용되는 단계; 상기 연소실(120)에서 연소용 연료가 연소되어 연소가스가 발생되는 단계; 상기 회전건조부(130)로 슬러지 및 연소가스가 공급되어, 상기 회전건조부(130)가 슬러지를 회전시키면서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만드는 단계; 상기 포집분리부(140)로 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 공급되어, 상기 포집분리부(140)가 건조슬러지분체 및 악취함유기체를 분리하는 단계; 상기 포집분리부(140)에서 분리된 악취함유기체가 상기 연소실(120)로 공급되어 연소되어 제거되는 단계; 상기 포집분리부(140)에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실(120)로 공급되어 연소용 연료로 사용되는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 열풍공급로(125) 상에 구비되는 열풍공급노즐(125N); 을 더 포함하여 이루어지며, 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 작동기체는 상기 연소실(120)로부터 공급되는 연소가스이고, 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기이고, 상기 슬러지 고속 건조 방법은, 상기 열풍공급노즐(125N)을 통해 연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이 상기 회전건조부(130)로 공급되어 슬러지 건조가 이루어질 수 있다.
또한 이 때 상기 슬러지 고속 건조 방법은, 연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이, 산소농도가 3% 내지 16% 범위 내로 형성되며, 온도가 섭씨 100도 내지 600도 범위 내로 형성될 수 있다.
또한 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 상면이 개방된 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 열풍공급로(125)가 연결되어 연소가스를 공급받는 열풍공급챔버(131); 상면이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 열풍공급챔버(131)에 수용 배치되되, 상단이 상기 열풍공급챔버(131) 상단과 연결되고, 벽면이 기체 통과가 가능하도록 다공성 재질로 이루어지며, 모터(132M)에 의해 회전하는 회전축(132a)에 연결되어 회전하는 회전건조챔버(132); 를 더 포함하여 이루어지며, 상기 슬러지 고속 건조 방법은, 상기 회전건조챔버(132)에 슬러지가 투입되는 단계; 상기 회전건조챔버(132)에 투입된 슬러지가 회전에 의해 상기 회전건조챔버(132) 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지는 단계; 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132) 사이의 공간으로 공급된 연소가스가 상기 회전건조챔버(132)의 벽면을 통과하여 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시키는 단계; 슬러지가 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들어지는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 먼저 코안다 노즐을 이용하여 고온 연소가스를 고압 공기로 유인해서 산소농도가 낮은 고온 비활성 열풍을 회전식 건조 장치에 공급함으로써, 기존에 비해 안전하면서도 고속으로 슬러지 건조가 이루어지게 하는 큰 효과가 있다. 좀더 구체적으로는, 코안다 노즐을 이용하여 연소가스와 공기가 적절하게 혼합된 상태로 된 산소농도가 낮은 건조용 열풍이 공급되게 함으로써, 화재 발생 위험성을 낮추는 효과가 있다. 또한 회전하는 건조 챔버의 바닥면으로 공급된 슬러지가 박막을 형성한 상태에서 상술한 바와 같이 최적화된 건조용 열풍이 공급됨으로써, 매우 빠른 속도로 건조가 이루어질 수 있게 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 연소가스를 얻기 위해 건조슬러지분체를 연소시킴으로써 건조 열원을 얻는 동시에 악취까지 제거함으로써 장치 효율을 극대화시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치의 한 실시예.
도 2는 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치의 부분 상세 구성.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 슬러지 고속 건조 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치의 한 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 슬러지공급부(110), 연소실(120), 회전건조부(130), 포집분리부(140)를 포함하여 이루어질 수 있다. 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 슬러지공급부(110)는 슬러지를 수용 및 공급하는 역할을 하며, 상기 연소실(120)은 연소용 연료를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 역할을 한다. 상기 연소실(120)에서 연소시키는 연소용 연료는, 장치 작동 초기에는 액체나 기체 연료 등일 수 있다. 또한 상기 연소실(120)에서 발생되는 연소가스는 일반적으로 약 섭씨 850도 이상의 매우 고온이다.
상기 회전건조부(130)는, 상기 슬러지공급부(110)로부터 슬러지를 공급받고, 상기 연소실(120)로부터 열풍공급로(125)를 통해 연소가스를 공급받아, 슬러지를 회전시키면서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만드는 역할을 한다. 즉 상기 회전건조부(130)에서 실질적인 슬러지의 건조가 이루어지게 되는 것으로, 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)의 중심 장치라 할 수 있다. 상기 회전건조부(130)의 상세 구성에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.
상기 포집분리부(140)는, 상기 회전건조부(130)로부터 분체배출로(145)를 통해 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 건조슬러지분체를 분리하여 하부로 포집하고 기체상의 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출시키는 역할을 한다. 즉 상기 포집분리부(130)에서는 슬러지가 건조되어 만들어지는 분체 즉 고체상 물질 및 악취를 함유한 수증기 및 공기 등의 기체상 물질이 분리되는데, 이처럼 수증기가 분체와 분리되게 함으로써 결과적으로 분체를 더욱 완전하게 건조시킬 수 있게 된다.
상기 포집분리부(140)의 보다 구체적인 예시로서, 상기 포집분리부(140)는 상단 일측에 상기 분체배출로(145)가 연결되어 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 건조슬러지분체를 분리하여 하부로 포집하고 기체상의 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출하는 사이클론(141)을 포함하여 이루어질 수 있다. 사이클론(cyclone)이란 유체에 선회 흐름을 발생시켜 유체 내 입자에 원심력을 작용시킴으로써 유체와 입자를 분리하는 대표적인 장치이다. 상기 포집분리부(140)는 또한, 상기 사이클론(141) 상부에 연결되어 악취함유기체를 배출하는 악취배출로(142) 및 상기 사이클론(141) 하부에 연결되어 건조슬러지분체를 포집하는 분체수용부(143)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치(100)를 사용한 슬러지 고속 건조 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 슬러지공급부(110)에 슬러지가 수용되고, 또한 상기 연소실(120)에서 연소용 연료가 연소되어 연소가스가 발생된다. 다음으로 상기 회전건조부(130)로 슬러지 및 연소가스가 공급되어, 상기 회전건조부(130)가 슬러지를 회전시키면서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들게 된다. 다음으로 상기 포집분리부(140)로 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 공급되어, 상기 포집분리부(140)가 건조슬러지분체 및 악취함유기체를 분리한다. 이 때, 종래의 슬러지 건조 장치의 경우 이 단계에서 공정이 완료되는 것이 대부분이었으나, 본 발명의 슬러지 건조 장치(100)에서는 여기에서 순환 공정이 진행되게 함으로써 장치의 성능 및 효율을 향상한다.
먼저 본 발명의 슬러지 건조 장치(100)에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 포집분리부(140)에서 분리된 악취함유기체가 상기 연소실(120)로 공급되게 한다. 악취를 함유한 수증기 및 공기가 상기 연소실(120)로 공급되면, 악취는 상기 연소실(120)에서 고온의 연소열에 의하여 산화됨으로써 제거되게 된다. 이처럼 본 발명의 슬러지 건조 장치(100)는, 슬러지 건조 공정에서 발생되는 악취가 장치 밖으로 배출되지 않고 장치 내에서 완전히 제거될 수 있다는 커다란 장점이 있다. 이는 종래의 슬러지 건조 장치 시설이 혐오시설로 인식되어, 지역 주민들의 반대로 인한 시설 설치 난해 문제점을 해결할 수 있게 해 주는 큰 효과가 있다.
또한 본 발명의 슬러지 건조 장치(100)에서는, 역시 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 포집분리부(140)에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실(120)로 공급되게 한다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 연소실(120)에서는 작동 초기에 액체 또는 기체 연료를 연소시켜 연소가스를 생성한다. 그런데 이와 같이 별도의 연료를 계속해서 연소시킬 경우 연료가 너무 많이 소비되어, 장치 전체적인 에너지 소비가 상당히 높아지는 문제점이 있다. 그러나 본 발명에서는, 상기 포집분리부(140)에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실(120)로 공급되어 연소용 연료로서 사용되게 한다. 잘 알려져 있다시피 슬러지는 일반적으로 유기물질을 50% 이상 함유하고 있는 바, 연소용 연료로서 사용되기에 부족함이 없고, 실제로 이처럼 건조된 슬러지는 발전소의 혼합연료 등으로 이미 사용되고 있다. 이처럼 (슬러지가 건조되어 만들어진) 건조슬러지분체는 (슬러지 건조를 위한 연소가스 생성용) 연료로 사용되기에 매우 적절하다. 이처럼 건조슬러지분체가 연소용 연료로 사용됨으로써 결국은 재활용이 이루어지게 되며, 또한 건조슬러지분체가 연소용 연료로 사용됨으로써 그만큼 연소가스 생성을 위한 별도의 연료를 덜 사용할 수 있게 된다. 즉 이처럼 건조슬러지분체를 연소용 연료로 재활용함으로써 별도의 연소용 연료 소비를 크게 저감할 수 있어, 궁극적으로는 장치 전체적인 에너지 소비 효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
또한 본 발명에서는, 상기 회전건조부(130)에 공급되는 열풍의 온도, 산소농도 등의 조건을 보다 최적화함으로써 장치 성능 및 안정성을 한꺼번에 향상시킬 수 있다. 구체적으로 설명하자면, 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 열풍공급로(125) 상에 구비되는 열풍공급노즐(125N)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 작동기체는 상기 연소실(120)로부터 공급되는 연소가스이고, 상기 열풍공급노즐(125N)에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기이다.
상기 열풍공급노즐(125N)이 구비되지 않을 경우, 상기 연소실(120)에서 발생된 연소가스가 그대로 상기 회전건조부(130)에 공급된다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 일반적으로 연소실에서 만들어지는 연소가스는 섭씨 850도 이상의 매우 고온이다. 따라서 고온의 연소가스가 그대로 공급될 경우 슬러지가 건조되는 과정에서 발화가 일어날 수 있으며, 나아가 장치 운용 중 화재 발생 위험성이 크게 높아지는 문제가 있다.
그러나 본 발명에서는, 상기 열풍공급노즐(125N)을 구비함으로써, 연소가스에 압축공기를 혼합하여 상기 회전건조부(130)로 공급하도록 한다. 이와 같이 함으로써 상기 열풍공급노즐(125N)을 통해 연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이 상기 회전건조부(130)로 공급되어 슬러지 건조가 이루어지게 된다. 이처럼 연소가스에 압축공기가 혼합되면 온도가 떨어지게 되는데, 앞서 설명한 바와 같이 건조용 열풍의 온도 및 산소농도가 지나치게 높을 경우 슬러지를 건조하는 과정에서 발화가 일어날 위험성이 있었다. 그러나 본 발명에서는, 연소가스에 압축공기가 혼합되게 함으로써 건조용 열풍의 온도를 적절하게 낮추어 줌으로써, 이러한 발화 위험성을 크게 완화시킨다. 한편, 연소가스 자체는 산소농도가 매우 낮기 때문에 유인용 압축공기와 혼합한다 하여도 산소농도가 낮은 비활성 열풍을 만들 수 있다. 즉 이처럼 연소가스와 압축공기를 혼합하여 만들어진 건조용 열풍은, 슬러지 건조는 원활하게 잘 이루어질 수 있게 하면서도 화재의 위험성은 크게 낮출 수 있다.
좀더 구체적으로는, 본 발명에서는, 연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이, 산소농도가 3% 내지 16% 범위 내로 형성되며, 온도가 섭씨 100도 내지 600도 범위 내로 형성되게 하여 최적화한다. 이와 같이 산소농도 및 온도를 맞추기 위해서는 연소가스 및 압축공기의 혼합비율을 조절하면 된다. 연소가스 및 압축공기 혼합비율을 조절하는 방법으로서, 가장 단순하게는 상기 열풍공급노즐(125N)에 공급되는 압축공기 양을 조절할 수도 있다. 또는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 열풍공급로(125) 상에 가스배출로(125a)가 구비되게 하여, 상기 가스배출로(125a)를 통해 연소가스 일부를 배출하게 함으로써 연소가스 양을 조절할 수도 있다.
한편 코안다 노즐 형태로 이루어지는 상기 열풍공급노즐(125N)은, 상당량의 압축공기를 더 공급함으로써 결과적으로 유량을 증가시키는데, 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)에는 이처럼 증가된 유량을 효과적으로 배출하기 위한 구성이 더 구비되는 것이 바람직하다. 구체적으로 설명하자면, 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)는, 내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 분체배출로(145) 상에 구비되는 분체유인노즐(145N)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때 상기 분체유인노즐(145N)에서의 작동기체는 상기 회전건조부(130)로부터 배출되는 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이고, 상기 분체유인노즐(145N)에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기이다.
상기 분체유인노즐(145N)에 의하여 상기 분체배출로(145)를 통해 배출되는 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 훨씬 더 원활하게 흘러갈 수 있게 되어, 결과적으로 상기 슬러지 고속 건조 장치(100)의 슬러지 처리 효율이 더욱 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치(100)의 중심 장치라 할 수 있는 상기 회전건조부(130)에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 슬러지 고속 건조 장치의 부분 상세 구성을 도시한 것으로, 상기 회전건조부(130) 구성이 보다 구체적으로 나타나 있다. 상기 회전건조부(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열풍공급챔버(131), 회전건조챔버(132), 슬러지투입로(133), 외통(134)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 부가적으로, 스크레이핑메쉬(135), 분쇄칼날(136), 유동발생노즐(137)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 열풍공급챔버(131)는, 상면이 개방된 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 열풍공급로(125)가 연결되어 연소가스를 공급받도록 이루어진다. 즉 상기 열풍공급로(125)를 통해 공급된 연소가스(보다 명확히는 연소가스를 포함하는 열풍)는 용기 형태로 된 상기 열풍공급챔버(131)의 내부 공간으로 유입되게 된다.
상기 회전건조챔버(132)는, 상면이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 열풍공급챔버(131)에 수용 배치되되, 상단이 상기 열풍공급챔버(131) 상단과 연결되며, 모터(132M)에 의해 회전하는 회전축(132a)에 연결되어 회전할 수 있도록 이루어진다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 상기 회전건조챔버(132)가 상기 열풍공급챔버(131)에 담겨지면, 상기 열풍공급챔버(131)는 상면이 상기 회전건조챔버(132)에 의해 폐쇄되는 형태가 되며, 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132) 사이에 공간이 만들어지고 바로 이 공간에 연소가스가 유입된다. 한편 이처럼 상기 열풍공급챔버(131)는 고정되어 있고 상기 회전건조챔버(132)는 회전하도록 이루어지는데 두 부품의 상단이 서로 연결되어 있으므로, 상기 열풍공급챔버(131) 상단 및 상기 회전건조챔버(132) 상단 간 연결 부분을 밀폐함과 동시에 마찰 발생을 줄일 수 있도록, 상기 열풍공급챔버(131) 상단 및 상기 회전건조챔버(132) 상단 간 연결 부분에 카본패킹이 개재 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 회전건조챔버(132)는 또한, 벽면이 기체 통과가 가능하도록 다공성 재질로 이루어진다. 따라서 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132) 사이에 형성된 공간으로 유입된 연소가스는, 상기 회전건조챔버(132)의 벽면을 통과하여 나와서 용기 형태로 된 상기 회전건조챔버(132)의 내부(즉 '용기'의 내부)로 유통될 수 있다. 상기 회전건조챔버(132)의 벽면은, 구체적으로는 복수 개의 구멍이 형성되어 있는 플레이트 등과 같은 형태로 이루어질 수 있다.
상기 슬러지투입로(133)는, 상기 슬러지공급부(110)로부터 공급받은 슬러지를 상기 회전건조챔버(132) 내로 투입한다. 상기 슬러지투입로(133)는 또한, 도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 상하 방향으로 연장되어 상기 회전건조챔버(132)로 슬러지를 투입하되, 하부로 갈수록 확장되는 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 슬러지투입로(133)가 이와 같은 형상을 가짐으로써, 슬러지가 투입되는 과정에서 슬러지투입로(133) 벽면에 설령 슬러지가 일부 부착된다 하더라도 충분한 통로 면적을 확보할 수 있기 때문에, 보다 원활한 슬러지 투입이 이루어질 수 있다.
상기 외통(134)은, 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132)를 내부에 수용하는 용기 형태로 형성된다. 이 때 상기 외통(134)의 일측에 상기 분체배출로(145)가 연결되어 상기 회전건조챔버(132)에서 슬러지가 건조되면서 발생된 건조슬러지분체 및 악취함유기체를 배출될 수 있게 된다. 즉 상기 외통(134)에 의하여 외부 공간과의 격리가 이루어짐으로써, 슬러지가 건조되는 과정에서 발생되는 건조슬러지분체, 악취함유기체 등이 외부로 빠져나가 퍼지지 않고 온전히 모아져서 상기 분체배출로(145)로 잘 배출될 수 있게 된다.
이와 같이 이루어지는 상기 회전건조부(130)에서 슬러지가 건조되는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저 상기 슬러지투입로(133)를 통해 상기 회전건조챔버(132)에 슬러지가 투입되면, 상기 회전건조챔버(132)에 투입된 슬러지가 회전에 의해 상기 회전건조챔버(132) 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지게 된다. 다음으로 상기 열풍공급챔버(131) 및 상기 회전건조챔버(132) 사이의 공간으로 공급된 연소가스가 상기 회전건조챔버(132)의 벽면을 통과하여 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시키게 된다. 즉 슬러지는 고온의 연소가스를 직접 받거나 또는 연소가스에 의하여 뜨거워진 상기 회전건조챔버(132)의 벽면으로부터 전달되는 열에 의해 건조되는데, 이 슬러지 자체가 회전에 의해 퍼져서 박막 형태로 형성되어 있기 때문에, 매우 고속으로 건조가 이루어질 수 있게 된다. 이처럼 상기 회전건조챔버(132) 안에서 슬러지가 고속 건조됨에 따라 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들어지게 된다.
또한 상기 회전건조부(130)의 성능을 향상시키기 위해 다음과 같은 여러 구성들이 더 구비될 수 있다.
상기 스크레이핑메쉬(135)는, 메쉬 재질로 형성되어 상기 슬러지투입로(133)에 연결되어 상기 회전건조챔버(132) 내부에 구비된다. 이 때 상기 스크레이핑메쉬(135)는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 회전건조챔버(132) 내벽에 접촉되는 형태로 이루어짐으로써, 상기 회전건조챔버(132) 내부 벽면에 부착되는 슬러지 박막을 긁어 떨어내는 역할을 한다. 상기 스크레이핑메쉬(135)가 상기 슬러지투입로(133)에 고정적으로 구비되더라도, 상기 회전건조챔버(132)가 회전하고 있기 때문에 상기 스크레이핑메쉬(135)는 상기 회전건조챔버(132) 내벽 전체를 원활히 잘 긁어낼 수 있다. 상기 스크레이핑메쉬(135)가 슬러지 박막을 긁어내 줌으로써, 상기 회전건조챔버(132) 벽면에 형성된 구멍이 막히는 것을 방지하여 연소가스의 유통이 원활하게 이루어질 수 있다. 또한 박막이 너무 두꺼워지는 것을 방지하여 고속의 슬러지 건조가 이루어질 수 있게 된다.
상기 분쇄칼날(136)은, 상기 회전건조챔버(132) 하부에 구비되어, 상기 회전건조챔버(132) 하부에 누적되어 뭉치는 슬러지를 분쇄한다. 상술한 바와 같이 슬러지는 회전에 의하여 상기 회전건조챔버(132)의 벽면에 박막 형태로 퍼진 상태로 건조가 이루어지게 되는데, 공정 초기에 아직 충분히 뜨거워지지 않아 건조가 덜 이루어진 슬러지가 떨어져 내리거나, 또는 공정 중반이라 하더라도 슬러지가 과잉 공급됨으로써 미처 다 건조되지 못한 슬러지가 역시 떨어져 내릴 수도 있다. 이처럼 떨어져 내려서 상기 회전건조챔버(132) 하부에 모인 슬러지가 뭉치게 되면 올바른 처리가 이루어지지 못하고 누적되는 문제가 생길 수 있으나, 상기 분쇄칼날(136)이 구비됨으로써 이러한 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 상기 분쇄칼날(136)은 상기 회전건조챔버(132)의 회전방향에 대하여 나란하게 설치되거나, 수직하게 설치되거나, 적절한 경사가 지게 설치되는 등 다양한 형태로 설치될 수 있다.
상기 유동발생노즐(137)은, 상기 외통(134) 상에 복수 개가 분포 구비되어 기체 유동을 발생시키는 역할을 한다. 상기 유동발생노즐(137)이 발생시키는 유동에 의하여, 상기 회전건조챔버(132) 내에서 만들어진 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 상기 분체배출로(145)로 보다 원활히 유인될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 슬러지 고속 건조 장치 110: 슬러지공급부
120: 연소실 125: 열풍공급로
125N: 열풍공급노즐 125a: 가스배출로
130: 회전건조부
131: 열풍공급챔버 132: 회전건조챔버
132M: 모터 132a: 회전축
133: 슬러지투입로 134: 외통
136: 분쇄칼날 137: 유동발생노즐
140: 포집분리부 141: 사이클론
142: 악취배출로 143: 분체수용부
145: 분체배출로 145N: 분체유인노즐

Claims (15)

  1. 슬러지를 수용 및 공급하는 슬러지공급부;
    연소용 연료를 연소시켜 연소가스를 발생시키는 연소실;
    상기 슬러지공급부로부터 슬러지를 공급받고, 상기 연소실로부터 열풍공급로를 통해 연소가스를 공급받아, 슬러지를 회전시켜 박막의 형태로 만들어서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만드는 회전건조부;
    상기 회전건조부로부터 분체배출로를 통해 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 분체를 분리하여 하부로 포집하고 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출시키는 포집분리부;
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 포집분리부에서 배출된 악취함유기체가 상기 연소실로 공급되어 연소됨으로써 악취가 제거되고, 상기 포집분리부에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실로 공급되어 연소용 연료로 사용되되,
    상기 회전건조부는,
    상면이 개방된 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 열풍공급로가 연결되어 연소가스를 공급받는 열풍공급챔버;
    상면이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 열풍공급챔버에 수용 배치되되, 상단이 상기 열풍공급챔버 상단과 연결되고, 벽면이 기체 통과가 가능하도록 다공성 재질로 이루어지며, 모터에 의해 회전하는 회전축에 연결되어 회전하는 회전건조챔버;
    상기 슬러지공급부로부터 공급받은 슬러지를 상기 회전건조챔버 내로 투입하는 슬러지투입로;
    상기 열풍공급챔버 및 상기 회전건조챔버를 내부에 수용하는 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 분체배출로가 연결되어 상기 회전건조챔버에서 슬러지가 건조되면서 발생된 건조슬러지분체 및 악취함유기체를 배출하는 외통;
    을 포함하여 이루어지며,
    상기 회전건조챔버에 투입된 슬러지가 회전에 의해 상기 회전건조챔버 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지고,
    상기 열풍공급챔버 및 상기 회전건조챔버 사이의 공간으로 공급된 연소가스가 상기 회전건조챔버의 벽면을 통과하여 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시켜,
    슬러지가 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지 고속 건조 장치는,
    내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 열풍공급로 상에 구비되는 열풍공급노즐;
    을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 열풍공급노즐에서의 작동기체는 상기 연소실로부터 공급되는 연소가스이고, 상기 열풍공급노즐에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기인 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지 고속 건조 장치는,
    내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 분체배출로 상에 구비되는 분체유인노즐;
    을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 분체유인노즐에서의 작동기체는 상기 회전건조부로부터 배출되는 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이고, 상기 분체유인노즐에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기인 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 회전건조부는,
    메쉬 재질로 형성되어 상기 슬러지투입로에 연결되어 상기 회전건조챔버 내부에 구비되어, 상기 회전건조챔버 내부 벽면에 부착되는 슬러지 박막을 긁어 떨어내는 스크레이핑메쉬;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 회전건조부는,
    상기 회전건조챔버 하부에 구비되어, 상기 회전건조챔버 하부에 누적되어 뭉치는 슬러지를 분쇄하는 분쇄칼날;
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 회전건조부는,
    상기 외통 상에 복수 개가 분포 구비되어, 상기 회전건조챔버 내에서 만들어진 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 상기 분체배출로로 유인되도록 기체 유동을 발생시키는 유동발생노즐;
    을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지투입로는,
    상하 방향으로 연장되어 상기 회전건조챔버로 슬러지를 투입하되, 하부로 갈수록 확장되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 회전건조부는,
    상기 열풍공급챔버 상단 및 상기 회전건조챔버 상단 간 연결 부분에 카본패킹이 개재 구비되는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 포집분리부는,
    상단 일측에 상기 분체배출로가 연결되어 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물을 공급받아, 고체상의 건조슬러지분체를 분리하여 하부로 포집하고 기체상의 악취함유기체를 상부로 분리하여 배출하는 사이클론;
    상기 사이클론 상부에 연결되어 악취함유기체를 배출하는 악취배출로;
    상기 사이클론 하부에 연결되어 건조슬러지분체를 포집하는 분체수용부;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 슬러지 고속 건조 장치는,
    상기 열풍공급로 상에 구비되어 연소가스 일부를 배출하는 가스배출로;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 장치.
  12. 제 1항에 따른 슬러지 고속 건조 장치를 사용하는 슬러지 고속 건조 방법에 있어서,
    상기 슬러지공급부에 슬러지가 수용되는 단계;
    상기 연소실에서 연소용 연료가 연소되어 연소가스가 발생되는 단계;
    상기 회전건조부로 슬러지 및 연소가스가 공급되어, 상기 회전건조부가 슬러지를 회전시키면서 연소가스로 건조하여 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만드는 단계;
    상기 포집분리부로 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물이 공급되어, 상기 포집분리부가 건조슬러지분체 및 악취함유기체를 분리하는 단계;
    상기 포집분리부에서 분리된 악취함유기체가 상기 연소실로 공급되어 악취가 연소되어 제거되는 단계;
    상기 포집분리부에서 포집된 건조슬러지분체가 상기 연소실로 공급되어 연소용 연료로 사용되는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 슬러지 고속 건조 장치는,
    내부로 공급되는 부가기체에 의해 작동기체가 유인되어 부가기체 및 작동기체의 혼합기체를 토출하는 코안다 노즐 형태로 이루어지며, 상기 열풍공급로 상에 구비되는 열풍공급노즐; 을 더 포함하여 이루어지며,
    상기 열풍공급노즐에서의 작동기체는 상기 연소실로부터 공급되는 연소가스이고, 상기 열풍공급노즐에서의 부가기체는 외부로부터 공급되는 압축공기이고,
    상기 슬러지 고속 건조 방법은,
    상기 열풍공급노즐을 통해 연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이 상기 회전건조부로 공급되어 슬러지 건조가 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 슬러지 고속 건조 방법은,
    연소가스 및 압축공기의 혼합기체로 된 열풍이, 산소농도가 3% 내지 16% 범위 내로 형성되며, 온도가 섭씨 100도 내지 600도 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 슬러지 고속 건조 장치는,
    상면이 개방된 용기 형태로 형성되며, 일측에 상기 열풍공급로가 연결되어 연소가스를 공급받는 열풍공급챔버;
    상면이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 열풍공급챔버에 수용 배치되되, 상단이 상기 열풍공급챔버 상단과 연결되고, 벽면이 기체 통과가 가능하도록 다공성 재질로 이루어지며, 모터에 의해 회전하는 회전축에 연결되어 회전하는 회전건조챔버; 를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 슬러지 고속 건조 방법은,
    상기 회전건조챔버에 슬러지가 투입되는 단계;
    상기 회전건조챔버에 투입된 슬러지가 회전에 의해 상기 회전건조챔버 벽면에 박막 형태로 퍼뜨려지는 단계;
    상기 열풍공급챔버 및 상기 회전건조챔버 사이의 공간으로 공급된 연소가스가 상기 회전건조챔버의 벽면을 통과하여 박막 형태로 퍼뜨려진 슬러지를 건조시키는 단계;
    슬러지가 건조슬러지분체 및 악취함유기체의 혼합물로 만들어지는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러지 고속 건조 방법.
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