본 연구는 하수슬러지의 공업분석, 원소 및 발열량분석, 중금속 용출 및 함량분석 등 성상분석을 통한 화력발전소 보조연료 등 고형연료로의 재활용 가능성을 평가하고, 나아가 마이크로파를 이용한 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐활성탄, 폐윤활유, 폐식용유)의 혼합건조를 통한 내부 온도분포 및 수분분포, 건조속도, 발열량, 열중량 등 물리적 인자들에 대한 건조 및 고형연료 특성을 평가하는데 그 목적이 있다. 부산광역시 주요 8개 하수처리장(강변, 수영, 남부, 녹산, 중앙, 영도, 동부 및 서부하수처리장)) 탈수케익을 대상으로 성상분석을 실시하였으며, 또한 마이크로파를 이용한 탈수케익 및 폐기물의 혼합건조 실험에서는 남부, 기장 및 분뇨처리장의 탈수케익을 대상으로 하였다. 실험은 마이크로파 건조장치에 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐식용유, 폐윤활유, 폐활성탄)을 담은 비이커를 넣고 가열한 후, 이것을 ...
본 연구는 하수슬러지의 공업분석, 원소 및 발열량분석, 중금속 용출 및 함량분석 등 성상분석을 통한 화력발전소 보조연료 등 고형연료로의 재활용 가능성을 평가하고, 나아가 마이크로파를 이용한 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐활성탄, 폐윤활유, 폐식용유)의 혼합건조를 통한 내부 온도분포 및 수분분포, 건조속도, 발열량, 열중량 등 물리적 인자들에 대한 건조 및 고형연료 특성을 평가하는데 그 목적이 있다. 부산광역시 주요 8개 하수처리장(강변, 수영, 남부, 녹산, 중앙, 영도, 동부 및 서부하수처리장)) 탈수케익을 대상으로 성상분석을 실시하였으며, 또한 마이크로파를 이용한 탈수케익 및 폐기물의 혼합건조 실험에서는 남부, 기장 및 분뇨처리장의 탈수케익을 대상으로 하였다. 실험은 마이크로파 건조장치에 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐식용유, 폐윤활유, 폐활성탄)을 담은 비이커를 넣고 가열한 후, 이것을 전자저울로 함수율의 변화가 거의 없을 때까지 시간에 따른 질량 변화를 측정하고, 시료의 내부 온도를 관찰하였다. 마이크로파 조사강도는 건조속도가 최대가 될 수 있도록 700 W로 실시하였다. 또한, 하수 및 분뇨 탈수케익의 주입량을 20 g 및 22 g로 하였으며, 여기에 다양한 폐기물(폐플라스틱, 폐식용유, 폐윤활유, 폐활성탄)을 각각 2 g, 5 g, 10 g을 각각 주입하여 혼합시료를 조제하였다. 하수슬러지 성상분석결과 공업분석 및 pH의 전체 평균은 함수율 78.7%, 회분 6.69%, 가연분 14.01%, 고정탄소 0.64%, pH 7.6을 나타내었으며, 화력발전소 보조연료 기준인 회분함량 35% 이하를 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 원소분석결과 평균 탄소(C)는 34.40%, 수소(H)는 5.74%, 산소(O)는 16.29%, 질소(N)는 4.74%, 황(S)는 0.68%, 인(P)은 1.57%, 염소(Cl)는 0.26%를 각각 나타내어, 연료화 기준인 황분함량 2% 이하를 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 발열량의 경우 중앙하수처리장에서 가장 높은 4,285 kcal/kg을 나타낸 반면에, 남부하수처리장에서 가장 낮은 2,358 kcal/kg을 나타내어, 연료화 기준인 3,000 kcal/kg과 2,000 kcal/kg 이상을 각각 만족하는 것으로 조사되었다. 용출시험결과는 강변하수처리장 및 서부하수처리장에서 6가크롬(Cr6+) 항목에서 기준치를 초과한 것으로 나타났으며, 중금속 함량분석을 실시한 결과 수은(Hg), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb) 항목에서 강변, 중앙, 영도, 수영하수처리장이 기준치를 초과하는 것으로 나타나, 화력발전소 보조연료로서 적합하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 초과 하수처리장 탈수케익에 대하여 고형화/안정화하여 매립처리 할 것이 아니라 자원재활용측면에서 화력발전소 보조연료 이외의 용도로서 공장 소성로 보조연료, 열분해 용융시설, 시멘트 원료 등 다양한 활용방법의 검토가 필요할 것으로 판단된다. 마이크로파를 이용한 하수슬러지와 폐기물의 혼합건조결과 폐기물 2 g을 주입한 혼합비율에서 건조효율(최대 건조속도)에 가장 높은 것으로 나타났다. 부피감소율은 남부하수처리장의 경우 슬러지 단독건조시 조사시간 10분 정도에서 최대 80% 정도를 보였으며, 폐기물과 혼합한 슬러지 시료에 대해서 초기 부피감소율은 더 높게 나타났으나, 조사시간이 경과함에 따라 폐기물 자체의 무게에 의해 부피감소율은 오히려 약간 감소하여 70% 정도를 나타내었다. 함수율은 슬러지 단독의 경우 건조완료 후 함수율 20% 이하를 나타내었으며, 폐플라스틱 혼합시료는 함수율 20～30%, 폐활성탄은 함수율 15～30%, 폐윤활유는 18～30%, 폐식용유는 15～28% 범위를 각각 나타내었다. 건조속도는 폐플라스틱의 경우 PP보다 PE를 사용하였을 경우 더 높은 건조속도를 보였으며, 이중 남부하수처리장 탈수케익 22 g에 PE를 2 g 혼합한 시료에서 함수율 51.5%일 때 가장 높은 건조속도인 47.4 kg H2O/m2/hr로, 전체적으로 대략 함수율 45～60% 부근에서 최대속도를 나타내었다. 마이크로파를 이용한 하수슬러지와 폐기물의 혼합건조시 발생되는 건조물의 발열량 분석결과 혼합비율 E-DC(20 g)+WP-PP(10 g)에서 최대 7,744.9 kcal/kg 정도의 발열량을 나타내었으며, 이는 남부하수처리장 탈수케익 단독에 비해 3.55배 정도 높은 수치를 나타내었다. 따라서, 본 연구에 사용된 다양한 폐기물을 활용하여 마이크로파 건조를 통한 양질의 고형연료를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 하수슬러지의 공업분석, 원소 및 발열량분석, 중금속 용출 및 함량분석 등 성상분석을 통한 화력발전소 보조연료 등 고형연료로의 재활용 가능성을 평가하고, 나아가 마이크로파를 이용한 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐활성탄, 폐윤활유, 폐식용유)의 혼합건조를 통한 내부 온도분포 및 수분분포, 건조속도, 발열량, 열중량 등 물리적 인자들에 대한 건조 및 고형연료 특성을 평가하는데 그 목적이 있다. 부산광역시 주요 8개 하수처리장(강변, 수영, 남부, 녹산, 중앙, 영도, 동부 및 서부하수처리장)) 탈수케익을 대상으로 성상분석을 실시하였으며, 또한 마이크로파를 이용한 탈수케익 및 폐기물의 혼합건조 실험에서는 남부, 기장 및 분뇨처리장의 탈수케익을 대상으로 하였다. 실험은 마이크로파 건조장치에 하수슬러지 탈수케익 및 폐기물(폐플라스틱, 폐식용유, 폐윤활유, 폐활성탄)을 담은 비이커를 넣고 가열한 후, 이것을 전자저울로 함수율의 변화가 거의 없을 때까지 시간에 따른 질량 변화를 측정하고, 시료의 내부 온도를 관찰하였다. 마이크로파 조사강도는 건조속도가 최대가 될 수 있도록 700 W로 실시하였다. 또한, 하수 및 분뇨 탈수케익의 주입량을 20 g 및 22 g로 하였으며, 여기에 다양한 폐기물(폐플라스틱, 폐식용유, 폐윤활유, 폐활성탄)을 각각 2 g, 5 g, 10 g을 각각 주입하여 혼합시료를 조제하였다. 하수슬러지 성상분석결과 공업분석 및 pH의 전체 평균은 함수율 78.7%, 회분 6.69%, 가연분 14.01%, 고정탄소 0.64%, pH 7.6을 나타내었으며, 화력발전소 보조연료 기준인 회분함량 35% 이하를 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 원소분석결과 평균 탄소(C)는 34.40%, 수소(H)는 5.74%, 산소(O)는 16.29%, 질소(N)는 4.74%, 황(S)는 0.68%, 인(P)은 1.57%, 염소(Cl)는 0.26%를 각각 나타내어, 연료화 기준인 황분함량 2% 이하를 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 발열량의 경우 중앙하수처리장에서 가장 높은 4,285 kcal/kg을 나타낸 반면에, 남부하수처리장에서 가장 낮은 2,358 kcal/kg을 나타내어, 연료화 기준인 3,000 kcal/kg과 2,000 kcal/kg 이상을 각각 만족하는 것으로 조사되었다. 용출시험결과는 강변하수처리장 및 서부하수처리장에서 6가크롬(Cr6+) 항목에서 기준치를 초과한 것으로 나타났으며, 중금속 함량분석을 실시한 결과 수은(Hg), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb) 항목에서 강변, 중앙, 영도, 수영하수처리장이 기준치를 초과하는 것으로 나타나, 화력발전소 보조연료로서 적합하지 않는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 초과 하수처리장 탈수케익에 대하여 고형화/안정화하여 매립처리 할 것이 아니라 자원재활용측면에서 화력발전소 보조연료 이외의 용도로서 공장 소성로 보조연료, 열분해 용융시설, 시멘트 원료 등 다양한 활용방법의 검토가 필요할 것으로 판단된다. 마이크로파를 이용한 하수슬러지와 폐기물의 혼합건조결과 폐기물 2 g을 주입한 혼합비율에서 건조효율(최대 건조속도)에 가장 높은 것으로 나타났다. 부피감소율은 남부하수처리장의 경우 슬러지 단독건조시 조사시간 10분 정도에서 최대 80% 정도를 보였으며, 폐기물과 혼합한 슬러지 시료에 대해서 초기 부피감소율은 더 높게 나타났으나, 조사시간이 경과함에 따라 폐기물 자체의 무게에 의해 부피감소율은 오히려 약간 감소하여 70% 정도를 나타내었다. 함수율은 슬러지 단독의 경우 건조완료 후 함수율 20% 이하를 나타내었으며, 폐플라스틱 혼합시료는 함수율 20～30%, 폐활성탄은 함수율 15～30%, 폐윤활유는 18～30%, 폐식용유는 15～28% 범위를 각각 나타내었다. 건조속도는 폐플라스틱의 경우 PP보다 PE를 사용하였을 경우 더 높은 건조속도를 보였으며, 이중 남부하수처리장 탈수케익 22 g에 PE를 2 g 혼합한 시료에서 함수율 51.5%일 때 가장 높은 건조속도인 47.4 kg H2O/m2/hr로, 전체적으로 대략 함수율 45～60% 부근에서 최대속도를 나타내었다. 마이크로파를 이용한 하수슬러지와 폐기물의 혼합건조시 발생되는 건조물의 발열량 분석결과 혼합비율 E-DC(20 g)+WP-PP(10 g)에서 최대 7,744.9 kcal/kg 정도의 발열량을 나타내었으며, 이는 남부하수처리장 탈수케익 단독에 비해 3.55배 정도 높은 수치를 나타내었다. 따라서, 본 연구에 사용된 다양한 폐기물을 활용하여 마이크로파 건조를 통한 양질의 고형연료를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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