음폐수 및 하수슬러지의 자원화를 위한 탄화와 활성화에 관한 연구 A Study on Carbonization and Activation of Food Wastewater Sludge and Sewage Sludge for Recycling 환경공학과 주 민 지도교수 성 낙 창 본 연구에서는 음식물류 ...
음폐수 및 하수슬러지의 자원화를 위한 탄화와 활성화에 관한 연구 A Study on Carbonization and Activation of Food Wastewater Sludge and Sewage Sludge for Recycling 환경공학과 주 민 지도교수 성 낙 창 본 연구에서는 음식물류 폐기물 자원화시설에서 발생되는 음폐수슬러지와 하수처리장에서 배출되는 하수슬러지를 원료로 하여 활성탄 제조 공정의 최적 운전조건을 도출하고자 탄화 및 활성화의 온도, 시간 및 약품혼합비 등의 인자를 변화시켜 활성탄을 제조하였다. 또한, 제조한 활성탄의 세공구조 및 흡착특성 등을 파악하여 음폐수 및 하수슬러지의 활성탄 제조 원료로서의 가능성 여부를 평가하고 적정 제조 공정의 확립과 실용화 가능성을 밝히는데 그 목적이 있다. 본 연구에서는 B시 F사의 음식물류 폐기물 처리시설의 음폐수를 고액분리 하는 과정에서 발생된 슬러지와 B시 G하수처리장에서 발생되는 소화슬러지를 벨트프레스를 이용하여 탈수시킨 슬러지를 105∼110℃로 함수율이 10% 이하가 되도록 건조시키고, 건조된 슬러지는 미분쇄한 후 KS 표준체를 이용하여 100 mesh 이하로 입도분리하여 실험재료로 사용하였다. 장치의 구성은 크게 탄화 및 활성화 반응로, 온도 측정장치 및 질소가스 공급장치로 구성되어 있다. 반응로는 원형관으로 내경 46 mm, 두께 2 mm 및 길이 1,200 mm인 석영관을 사용하였다. 질소가스가 유입·유출되는 반응로 입구와 출구는 알루미늄 합금 재질의 관(Cap)을 부착하여 질소가스의 유입과 발생가스의 배출을 원활하게 하였다. 또한, Cap의 전단에 SUS -316L 재질의 수냉관(Cooling tube)을 부착하여 유출가스의 효율적인 냉각을 할 수 있도록 하였다. 탄화 공정에 따른 요오드 흡착능은 음폐수슬러지는 400℃ 90 min에서 805.11 mg/g, 하수슬러지는 300℃ 90 min에서 247.52 mg/g로 가장 높게 나타났다. 활성탄의 요오드 흡착능을 실험한 결과 최적의 조건으로 탄화한 음폐수슬러지의 경우 활성화온도 700℃, 활성화시간 90 min 및 홉합비율 1 : 1일 때 1,099.80 mg/g으로 나타났고, 하수슬러지의 경우 활성화온도 500℃, 활성화시간 60 min 및 홉합비율 1 : 1일 때 445.29 mg/g으로 최적의 활성화 조건으로 나타났다. 한편, 탄화물을 활성화 하였을때 하수슬러지의 경우 흡착능에서 활성탄이 탄화물에 비해 80%이상의 높은 효율로 나타났고, 음폐수슬러지의 경우 20%의 효율만 나타났으나 흡착능은 음폐수슬러지가 2배이상의 효율을 나타내었다. 활성탄 제조 공정에서 최적의 탄화 및 활성화 운전조건을 도출하여 제조한 활성탄으로 중금속(Cu 및 Cr) 흡착 실험결과 음폐수 및 하수슬러지 모두 pH 7일 때 가장 높은 제거효율이 나타났고, 초기시간부터 10분까지는 급격하게 감소하였으나 10분부터 평형흡착을 이루었으며, Cr보다는 Cu제거효율이 더 높게 나타났다. 음폐수슬러지 활성탄을 활성탄 품질기준과 비교한 결과 메틸렌블루 탈색력은 기준을 만족하지 못하였으나, 요오드 흡착능, 체잔류물, 건조감량 및 중금속(Zn, Cd, Pb 및 As) 함량은 기준을 만족하였다. 본 연구에서 제조한 활성탄의 세공구조 및 흡착특성 등을 파악한 결과 음폐수 및 하수슬러지는 활성탄 제조 원료로서 사용가능할 것으로 판단되며, 음폐수 및 하수슬러지의 탄화 및 활성화에 의한 활성탄 개발 기술은 고농도의 유기성 폐기물인 슬러지를 재이용할 뿐만 아니라 기존 활성탄 제조 원료를 대신할 수 있는 저비용, 고효율의 원료 확보를 위한 새로운 대안이 될 것으로 판단된다. 주요어 : 음폐수슬러지, 하수슬러지, 탄화, 활성탄, 흡착, 자원화
음폐수 및 하수슬러지의 자원화를 위한 탄화와 활성화에 관한 연구 A Study on Carbonization and Activation of Food Wastewater Sludge and Sewage Sludge for Recycling 환경공학과 주 민 지도교수 성 낙 창 본 연구에서는 음식물류 폐기물 자원화시설에서 발생되는 음폐수슬러지와 하수처리장에서 배출되는 하수슬러지를 원료로 하여 활성탄 제조 공정의 최적 운전조건을 도출하고자 탄화 및 활성화의 온도, 시간 및 약품혼합비 등의 인자를 변화시켜 활성탄을 제조하였다. 또한, 제조한 활성탄의 세공구조 및 흡착특성 등을 파악하여 음폐수 및 하수슬러지의 활성탄 제조 원료로서의 가능성 여부를 평가하고 적정 제조 공정의 확립과 실용화 가능성을 밝히는데 그 목적이 있다. 본 연구에서는 B시 F사의 음식물류 폐기물 처리시설의 음폐수를 고액분리 하는 과정에서 발생된 슬러지와 B시 G하수처리장에서 발생되는 소화슬러지를 벨트프레스를 이용하여 탈수시킨 슬러지를 105∼110℃로 함수율이 10% 이하가 되도록 건조시키고, 건조된 슬러지는 미분쇄한 후 KS 표준체를 이용하여 100 mesh 이하로 입도분리하여 실험재료로 사용하였다. 장치의 구성은 크게 탄화 및 활성화 반응로, 온도 측정장치 및 질소가스 공급장치로 구성되어 있다. 반응로는 원형관으로 내경 46 mm, 두께 2 mm 및 길이 1,200 mm인 석영관을 사용하였다. 질소가스가 유입·유출되는 반응로 입구와 출구는 알루미늄 합금 재질의 관(Cap)을 부착하여 질소가스의 유입과 발생가스의 배출을 원활하게 하였다. 또한, Cap의 전단에 SUS -316L 재질의 수냉관(Cooling tube)을 부착하여 유출가스의 효율적인 냉각을 할 수 있도록 하였다. 탄화 공정에 따른 요오드 흡착능은 음폐수슬러지는 400℃ 90 min에서 805.11 mg/g, 하수슬러지는 300℃ 90 min에서 247.52 mg/g로 가장 높게 나타났다. 활성탄의 요오드 흡착능을 실험한 결과 최적의 조건으로 탄화한 음폐수슬러지의 경우 활성화온도 700℃, 활성화시간 90 min 및 홉합비율 1 : 1일 때 1,099.80 mg/g으로 나타났고, 하수슬러지의 경우 활성화온도 500℃, 활성화시간 60 min 및 홉합비율 1 : 1일 때 445.29 mg/g으로 최적의 활성화 조건으로 나타났다. 한편, 탄화물을 활성화 하였을때 하수슬러지의 경우 흡착능에서 활성탄이 탄화물에 비해 80%이상의 높은 효율로 나타났고, 음폐수슬러지의 경우 20%의 효율만 나타났으나 흡착능은 음폐수슬러지가 2배이상의 효율을 나타내었다. 활성탄 제조 공정에서 최적의 탄화 및 활성화 운전조건을 도출하여 제조한 활성탄으로 중금속(Cu 및 Cr) 흡착 실험결과 음폐수 및 하수슬러지 모두 pH 7일 때 가장 높은 제거효율이 나타났고, 초기시간부터 10분까지는 급격하게 감소하였으나 10분부터 평형흡착을 이루었으며, Cr보다는 Cu제거효율이 더 높게 나타났다. 음폐수슬러지 활성탄을 활성탄 품질기준과 비교한 결과 메틸렌블루 탈색력은 기준을 만족하지 못하였으나, 요오드 흡착능, 체잔류물, 건조감량 및 중금속(Zn, Cd, Pb 및 As) 함량은 기준을 만족하였다. 본 연구에서 제조한 활성탄의 세공구조 및 흡착특성 등을 파악한 결과 음폐수 및 하수슬러지는 활성탄 제조 원료로서 사용가능할 것으로 판단되며, 음폐수 및 하수슬러지의 탄화 및 활성화에 의한 활성탄 개발 기술은 고농도의 유기성 폐기물인 슬러지를 재이용할 뿐만 아니라 기존 활성탄 제조 원료를 대신할 수 있는 저비용, 고효율의 원료 확보를 위한 새로운 대안이 될 것으로 판단된다. 주요어 : 음폐수슬러지, 하수슬러지, 탄화, 활성탄, 흡착, 자원화
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