본 연구는 제지공정에서 발생하는 슬러지의 소성온도에 따른 열분해 특성을 파악하기 위하여 실시되었다. 제지슬러지의 수분, 가연분 및 회분 함량은 각각 70.72%, 9.52%, 19.76%로 나타났다. 제지슬러지에는 $Fe_2O_3$가 66.40%로 가장 많이 함유되어 있었으며, CaO(15.80%), $Al_2O_3$(9.42%), $SO_3$(3.75%)와 그 밖에 $SiO_2$, $Na_2O$, $Cr_2O_3$ 등도 미량 함유되어 있었다. 소성 전 보다 소성 후 그리고 소성온도가 증가함에 따라 $Fe_2O_3$ 와 $Cr_2O_3$를 제외한 다른 원소들의 상대적 함유량은 약간씩 감소하였다. 소성 전 제지슬러지의 비표 면적은 $130m^2/g$이었으며, $400^{\circ}C$와 $700^{\circ}C$에서 소성한 슬러지의 비표면적은 각각 $114m^2/g$와 $33m^2/g$으로 소성온도가 높아짐에 따라서 비표면적 값이 감소하였다. 열중량 분석 결과 $600^{\circ}C$까지는 결합수와 유기물 분해에 의한 중량 감소가 나타났으며, $800^{\circ}C$ 이후에는 금속들의 휘발 및 미연탄소분 연소에 의한 중량감소가 나타났다.
본 연구는 제지공정에서 발생하는 슬러지의 소성온도에 따른 열분해 특성을 파악하기 위하여 실시되었다. 제지슬러지의 수분, 가연분 및 회분 함량은 각각 70.72%, 9.52%, 19.76%로 나타났다. 제지슬러지에는 $Fe_2O_3$가 66.40%로 가장 많이 함유되어 있었으며, CaO(15.80%), $Al_2O_3$(9.42%), $SO_3$(3.75%)와 그 밖에 $SiO_2$, $Na_2O$, $Cr_2O_3$ 등도 미량 함유되어 있었다. 소성 전 보다 소성 후 그리고 소성온도가 증가함에 따라 $Fe_2O_3$ 와 $Cr_2O_3$를 제외한 다른 원소들의 상대적 함유량은 약간씩 감소하였다. 소성 전 제지슬러지의 비표 면적은 $130m^2/g$이었으며, $400^{\circ}C$와 $700^{\circ}C$에서 소성한 슬러지의 비표면적은 각각 $114m^2/g$와 $33m^2/g$으로 소성온도가 높아짐에 따라서 비표면적 값이 감소하였다. 열중량 분석 결과 $600^{\circ}C$까지는 결합수와 유기물 분해에 의한 중량 감소가 나타났으며, $800^{\circ}C$ 이후에는 금속들의 휘발 및 미연탄소분 연소에 의한 중량감소가 나타났다.
This research was conducted to evaluate pyrolysis characteristics of the sludge discharged from paper mill process with sintering temperature. The sludge was composed of 70.72% of moisture, 9.52% of volatile solids, and 19.76% of ash, respectively. The sludge contained high 66.40% of $Fe_2O_3$<...
This research was conducted to evaluate pyrolysis characteristics of the sludge discharged from paper mill process with sintering temperature. The sludge was composed of 70.72% of moisture, 9.52% of volatile solids, and 19.76% of ash, respectively. The sludge contained high 66.40% of $Fe_2O_3$ and CaO(15.80%), $Al_2O_3$(9.42%), and $SO_3$(3.75%) components, and minor $SiO_2$, $Na_2O$, and $Cr_2O_3$ were also contained in it. The other components except $Fe_2O_3$ and $Cr_2O_3$ were slightly decreased with increase of sintering temperature. Specific surface area of the sludge before sintering was $130m^2/g$ and ones after sintering at $400^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ were $114m^2/g$ and $33m^2/g$ respectively. Specific surface area of sludge was decreased with increase of sintering temperature. From the result of TG-DTA, it was shown that weight of the sludge was decreased by moisture and organic loss until $600^{\circ}C$ and decreased by volatilization of metal components and additional combustion of carbon until $800^{\circ}C$.
This research was conducted to evaluate pyrolysis characteristics of the sludge discharged from paper mill process with sintering temperature. The sludge was composed of 70.72% of moisture, 9.52% of volatile solids, and 19.76% of ash, respectively. The sludge contained high 66.40% of $Fe_2O_3$ and CaO(15.80%), $Al_2O_3$(9.42%), and $SO_3$(3.75%) components, and minor $SiO_2$, $Na_2O$, and $Cr_2O_3$ were also contained in it. The other components except $Fe_2O_3$ and $Cr_2O_3$ were slightly decreased with increase of sintering temperature. Specific surface area of the sludge before sintering was $130m^2/g$ and ones after sintering at $400^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ were $114m^2/g$ and $33m^2/g$ respectively. Specific surface area of sludge was decreased with increase of sintering temperature. From the result of TG-DTA, it was shown that weight of the sludge was decreased by moisture and organic loss until $600^{\circ}C$ and decreased by volatilization of metal components and additional combustion of carbon until $800^{\circ}C$.
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문제 정의
연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재 대두되고 있는 사업장폐기물 중 제지공정에서 발생되는 슬러지의 소성온도에 따른 열분해 특성을 파악하여 재활용을 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.
본 연구는 제지공정에서 발생되는 슬러지의 열분해 특성을 파악하여 슬러지 재활용을 위한 기초자료로 활용하고자 하였으며, 얻어진 결론은 다음과 같다.
제안 방법
PS와 PS4, PS7 시료의 화학적 조성은 XRF (ZSX100e, Rigaku, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 입자의 결정구조는 XRD(D/Max-2200, Rigaku, Japan)로 측정하였다. 입자의 비표 면적은 자동 흡착장치(Autosorb-1c, Quanta Chrome, USA)에 시료 일정량을 기기에 부착된 셀에 넣고 50 micron/min으로 헬륨(He)을 주입하여, 100C 에서 1hr 동안 시료전처리를 실시하고 BET식 (Brnnaver .
분쇄된 슬러지를 100㎛ 이하로 체거름한 후 건조기를 이용하여 105±5℃에서 건조하였으며, 이 건조된 슬러지를 PS (paper sludge) 라고 명명하였다. 또한 건조된 제지슬러지를 전기로를 사용하여 400, 700C에서 3시간 동안 소성하였으며, 각각 PS4와 PS7로 명명하였다.
무기물의 함량을 파악하기 위하여 폐기물공정시험방법에 따라 삼성분을 분석하였다. 발열량은 발열량측정기(Parr6100 Calorimeter, Parr, USA)를 이용하여 측정하였으며, 원소분석기(Flash EA1112, Thermofinnigan, Italy) 를이용하여 원소분석을 실시하였다.
입자의 미세구조는 SEM(JSM-6300, JEOL, Japan)을 사용하여 측정하였으며, 열적 중량변화는 N2 분위기에서 승온율을 10C/min로 1, 300C까지 온도변화를 주어 TG-DTA(STA409PC Luss, Netzsch, Germany)를 사용하여 분석하였다.
Japan)로 측정하였다. 입자의 비표 면적은 자동 흡착장치(Autosorb-1c, Quanta Chrome, USA)에 시료 일정량을 기기에 부착된 셀에 넣고 50 micron/min으로 헬륨(He)을 주입하여, 100C 에서 1hr 동안 시료전처리를 실시하고 BET식 (Brnnaver . Emmett . T eller식) 을 사용하여 구하였다. BET식은 Langmuir식을 다분자층 흡착에 확장한 것으로서, 다공성 물질에서의 흡착평형을 잘 나타내기 때문에 널리 이용된다.
제지 슬러지의 열중량 변화를 알아 보기위하여 TGA분석을 실시하여 [Fig. 4]에 나타내었다. [Fig.
대상 데이터
본 실험에 사용된 제지슬러지는 국내 A제지 공장에서 발생되는 탈수슬러지를 채취하여 바람이 통하는 실내에서 풍건한 후 로드밀을 이용하여 미분쇄하였다. 분쇄된 슬러지를 100㎛ 이하로 체거름한 후 건조기를 이용하여 105±5℃에서 건조하였으며, 이 건조된 슬러지를 PS (paper sludge) 라고 명명하였다.
이론/모형
제지슬러지의 유.무기물의 함량을 파악하기 위하여 폐기물공정시험방법에 따라 삼성분을 분석하였다. 발열량은 발열량측정기(Parr6100 Calorimeter, Parr, USA)를 이용하여 측정하였으며, 원소분석기(Flash EA1112, Thermofinnigan, Italy) 를이용하여 원소분석을 실시하였다.
제지슬러지의 비표면적을 알아보기 위하여 비 표면적 측정 후 흡착등온선을 BET식에 의해 계산하였다. [Fig.
성능/효과
1. 제지슬러지의 수분함량은 70.72%이었으며, 가연분과 회분은 각각 9.52%와 19.76%로 나타났다. 건조 고형물 중 유기물과 무기물 함량은 각각 32.
2. 제지슬러지에는 Fe2O3가 66.40%로 가장 많이 함유되어 있었으며, CaO(15.80%), AI2O3 (9.42%), SO3(3.75%)와 그 밖에] S1O2, Na2O, Cr2O3 등도 미량 함유되어 있었다. 소성 전 보다 소성 후 그리고 소성온도가 증가함에 따라 Fe2O3와 Cr2O3를 제외한 다른 원소들의 상대적 함량비가 약간씩 감소하고 있는 것은 소성에 따른 원소들의 휘발에 의한 것으로 사료된다.
3. 소성 전 제지슬러지의 비표면적은 130m2/g이었으며, 400℃ 와 700℃ 에서 소성한 슬러지의 비표면적은 각각 114m2/g와 33m2/g으로 소성 온도가 높아짐에 따라서 비표면적이 감소하였다. 이는 SEM 측정 결과 소결현상에 의한 것이었음을 확인할 수 있었다.
4. 열중량 분석 결과 600℃까지는 결합수와 유기물 분해에 의한 중량 감소가 나타났으며, 80 0C 이후에는 금속들의 휘발 및 미연탄소분 연소에 의한 중량감소가 나타났다.
그 밖에 SiO2, Na2O, O2O3 등도 함유되어 있었다. PS4는 Fe?O3가 76.00%, CaO 9.47%, AW3 7.24%, SO3 3.53% 함유되어 있었으며, 그 밖에 SiO2, NazO, CnO3 등도 포함되어 있는 것으로 나타났다. PS7역시 Fe2O3가 77.
PS와 PS4, PS7의 성분분석 결과 PS에서는 Fe2O3가 66.40%로 가장 많이 함유되어 있었으며, CaO 15.80%, Al2O3 9.42%, SO3 3.75%의 순으로 나타났다([Table 2]). 그 밖에 SiO2, Na2O, O2O3 등도 함유되어 있었다.
76%로 나타났다([Table 1]). 수분을 제외한 건조고형물중 유기물함량은 32.52% 이며, 무기물함량은 67.48%로 무기물이 상대적으로 많은 것으로 조사되었다. 본 제지슬러지는 무기물이 다량 존재하므로 이 등(2000)13)과 권 등 (2004)3)이 연구한 바와 같이 벽돌과 같은 형태의 고형화도 가능할 것으로 판단된다.
2, 365kcal/kg와 유사하였다18). 원소분석 결과를 Dulong식에 적용하여 구한 건조 고위발열량은 1, 327kcal/kg으로 실측발열량의 약 50% 수준으로 낮게 나타났다 제지슬러지 발열량은 일반적인 하수슬러지의 약 2,000kcal/kg 보다는 높았고 폐수처리슬러지 약 2,000~4, 000kcal/kg 보다는 발열량이 낮았는데 이는 삼성분 분석에서 볼 수 있듯이 무기물의 함량이 많기 때문인 것으로 판단된다19).
후속연구
48%로 무기물이 상대적으로 많은 것으로 조사되었다. 본 제지슬러지는 무기물이 다량 존재하므로 이 등(2000)13)과 권 등 (2004)3)이 연구한 바와 같이 벽돌과 같은 형태의 고형화도 가능할 것으로 판단된다. 김 등(1995)은 석탄회 경량골재 제조시에 건조 제지슬러지를 첨가함으로서 치밀질의 비용융 각피층과 발포 성의 용융 내부층으로 구성을 갖는 석탄회 경량골재를 제조 할 수 있다고 보고하였다14).
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