본 연구에서는 유중건조 공정으로 가축분뇨 슬러지 고형 연료를 제조하기 위한 최적 조건을 선정하는 연구를 수행하였다. 연구결과물(슬러지 고형 연료)의 특성 평가를 위하여 유증 증발량 측정 실험, 슬러지 유중건조 실험, 그리고 건조 슬러지 성형 실험을 수행하였으며, 칼로리미터와 PXRF 장비를 이용하여 고형 연료의 성능을 측정하였다. 또한, 현재 시중에서 일반적으로 사용되고 있는 목재 고형 연료와 본 연구에서 개발한 슬러지 고형 연료 사이의 열량 비교 연구를 수행하였다. 실험결과에 따르면 대량생산 및 환경 친화적 측면을 함께 고려하였을 때, 30g의 슬러지를 $130^{\circ}C$의 식물성 기름으로 25분간 처리하는 것이 고형연료 생산에 가장 적합한 조건으로 나타났다. 본 연구에서 제조한 슬러지 고형 연료의 열량은 5211kcal/kg이었으며, 이는 시중에서 널리 사용되고 있는 목재 고형 연료의 열량보다 큰 값이다. 마지막으로, PXRF 측정 결과 황을 제외한 중금속은 검출되지 않았다. 그러므로 추후 산업용 제조기술로의 개발 시 황 성분 제어 공정에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
본 연구에서는 유중건조 공정으로 가축분뇨 슬러지 고형 연료를 제조하기 위한 최적 조건을 선정하는 연구를 수행하였다. 연구결과물(슬러지 고형 연료)의 특성 평가를 위하여 유증 증발량 측정 실험, 슬러지 유중건조 실험, 그리고 건조 슬러지 성형 실험을 수행하였으며, 칼로리미터와 PXRF 장비를 이용하여 고형 연료의 성능을 측정하였다. 또한, 현재 시중에서 일반적으로 사용되고 있는 목재 고형 연료와 본 연구에서 개발한 슬러지 고형 연료 사이의 열량 비교 연구를 수행하였다. 실험결과에 따르면 대량생산 및 환경 친화적 측면을 함께 고려하였을 때, 30g의 슬러지를 $130^{\circ}C$의 식물성 기름으로 25분간 처리하는 것이 고형연료 생산에 가장 적합한 조건으로 나타났다. 본 연구에서 제조한 슬러지 고형 연료의 열량은 5211kcal/kg이었으며, 이는 시중에서 널리 사용되고 있는 목재 고형 연료의 열량보다 큰 값이다. 마지막으로, PXRF 측정 결과 황을 제외한 중금속은 검출되지 않았다. 그러므로 추후 산업용 제조기술로의 개발 시 황 성분 제어 공정에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
In this study, we found the optimal manufacturing conditions of livestock manure sludge RDF with the oil-drying method. We performed oil evaporation, oil drying and pelletizing of the sludge to evaluate the value of the product (sludge RDF), and measured the performance of the product using calorime...
In this study, we found the optimal manufacturing conditions of livestock manure sludge RDF with the oil-drying method. We performed oil evaporation, oil drying and pelletizing of the sludge to evaluate the value of the product (sludge RDF), and measured the performance of the product using calorimeter and PXRF equipment. Also, we conducted the calorie comparison test between sludge RDF manufactured in this study and wood RDF generally used in the field. Experimental results showed that 30g of the sludge treated by vegetable oil at $130^{\circ}C$ for 25 minutes were the optimal conditions to make the sludge RDF (considering the aspects of eco-friendly and mass production). The caloric value of the sludge RDF manufactured in this study was 5211kcal/kg which is higher than that of wood RDF used widely in the market. Finally, PXRF results showed sludge RDF contains no heavy metals with the exception of sulfur. Therefore, we recommend more study about the sulfur control process for future development of the industrial manufacturing process.
In this study, we found the optimal manufacturing conditions of livestock manure sludge RDF with the oil-drying method. We performed oil evaporation, oil drying and pelletizing of the sludge to evaluate the value of the product (sludge RDF), and measured the performance of the product using calorimeter and PXRF equipment. Also, we conducted the calorie comparison test between sludge RDF manufactured in this study and wood RDF generally used in the field. Experimental results showed that 30g of the sludge treated by vegetable oil at $130^{\circ}C$ for 25 minutes were the optimal conditions to make the sludge RDF (considering the aspects of eco-friendly and mass production). The caloric value of the sludge RDF manufactured in this study was 5211kcal/kg which is higher than that of wood RDF used widely in the market. Finally, PXRF results showed sludge RDF contains no heavy metals with the exception of sulfur. Therefore, we recommend more study about the sulfur control process for future development of the industrial manufacturing process.
본 연구에서는 가축분뇨슬러지에 대한 유중 건조기술의 적용 시 처리 전, 후의 물리화학적 변화를 분석하고 건조된 슬러지를 활용하여 함수율이 10%이내이고 중금속이 검출되지 않으며 재사용 고형 연료로서 적합한 열량을 가진 고형연료를 생산하는 공정을 확립하고자 하였다.
제안 방법
본 연구에서는 유중건조법을 이용하여 슬러지 고형연료를 만들 수 있는 최적의 조건을 파악하고자 유증발량 측정 실험과 슬러지 유중건조 실험, 건조슬러지의 성형화 연구, Calorimeter와 PXRF 분석을 통한 슬러지 펠렛 성능 고찰, 추가적으로 현재 시중에 유통되는 목재 펠렛과의 성능비교시험을 실시하였다. 그 결과 가축분뇨슬러지를 유중건조한 뒤 균일하게 분쇄하여 성형한 고형연료는 건조 후 5211kcal/kg의 열량을 보여 연료로서의 가능성을 보여주었고 이때 130℃의 식물성 기름 조건에서 30g의 슬러지를 25분 간 유중건조 하는 것이 가장 적합 것으로 나타났다.
대상 데이터
유류가 액체 상태에서 가열하였을 때 시간과 온도의 변화에 따라 증발 및 기화가 되어 유중건조 전과 후의 유류의 무게 차이가 일어날 수 있기 때문에 건조중의 유류 무게의 변화를 측정하여 유증발량을 확인하고자 하였다. 본 실험에서는 식물성 오일과 동물성 오일, 광물성 오일인 경유, 그리고 혼합유로 엔진오일을 선정하였고, 가열 시 각 유류 별 증발량을 파악하기 위해 직접 고안한 유중건조 장치에 유류를 각각 500g씩 따른 후 110, 120, 130℃에서의 분당 증발량을 측정하여 그래프로 정리하였다.
데이터처리
펠렛을 연소시켰을 때 발생할 수 있는 8대중금속과 대기오염의 주범으로 손꼽히는 황 및 질소산화물의 발생을 예방하기 위해 PXRF(Portable X-Ray Fluorescence)를 이용하여 슬러지의 원소측정을 실시하였다. 측정방법은 모든 측정범위를 분석할 수 있는 Geochem general, 측정 시간은 60초였다.
성능/효과
본 연구에서는 유중건조법을 이용하여 슬러지 고형연료를 만들 수 있는 최적의 조건을 파악하고자 유증발량 측정 실험과 슬러지 유중건조 실험, 건조슬러지의 성형화 연구, Calorimeter와 PXRF 분석을 통한 슬러지 펠렛 성능 고찰, 추가적으로 현재 시중에 유통되는 목재 펠렛과의 성능비교시험을 실시하였다. 그 결과 가축분뇨슬러지를 유중건조한 뒤 균일하게 분쇄하여 성형한 고형연료는 건조 후 5211kcal/kg의 열량을 보여 연료로서의 가능성을 보여주었고 이때 130℃의 식물성 기름 조건에서 30g의 슬러지를 25분 간 유중건조 하는 것이 가장 적합 것으로 나타났다. 또한 PXRF 측정 결과에서는 기타중금속은 거의 검출되지 않았으나 황의 비율이 높게 나타났으므로 추후 연소기술로의 개발 시 환경오염물질의 배출을 막기 위해 추가적인 오염방지설비가 필요할 것으로 예측되었다.
그 결과 가축분뇨슬러지를 유중건조한 뒤 균일하게 분쇄하여 성형한 고형연료는 건조 후 5211kcal/kg의 열량을 보여 연료로서의 가능성을 보여주었고 이때 130℃의 식물성 기름 조건에서 30g의 슬러지를 25분 간 유중건조 하는 것이 가장 적합 것으로 나타났다. 또한 PXRF 측정 결과에서는 기타중금속은 거의 검출되지 않았으나 황의 비율이 높게 나타났으므로 추후 연소기술로의 개발 시 환경오염물질의 배출을 막기 위해 추가적인 오염방지설비가 필요할 것으로 예측되었다. 끝으로 열량(Table 5) 및 가격(Table 6)을 비교할 때, 본 연구에서 개발한 슬러지 고형 연료는 시장에 널리 공급되고 있는 기존의 목재 고형 연료를 충분히 대체할 수 있다고 판단된다.
후속연구
또한 PXRF 측정 결과에서는 기타중금속은 거의 검출되지 않았으나 황의 비율이 높게 나타났으므로 추후 연소기술로의 개발 시 환경오염물질의 배출을 막기 위해 추가적인 오염방지설비가 필요할 것으로 예측되었다. 끝으로 열량(Table 5) 및 가격(Table 6)을 비교할 때, 본 연구에서 개발한 슬러지 고형 연료는 시장에 널리 공급되고 있는 기존의 목재 고형 연료를 충분히 대체할 수 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
슬러지란 무엇인가?
슬러지란 하수 및 폐수처리시설의 처리공정에서 나오는 고형의 폐기물을 말한다. 유기물을 풍부하게 함유해 연료로써의 가치가 높은 대신 수분 함량이 많아 연소 전 건조 공정이 필요하다는 문제점이 있다.
축산분뇨슬러지의 장점과 단점은?
가축의 배설물로 이루어진 축산분뇨슬러지는 하수슬러지에 비해 유기물의 함량이 높기 때문에 높은 열량을 필요로 하는 고형연료로서의 가치가 더욱 높지만 분뇨의 특성 상 수분 함량이 많게는 90%까지도 육박하여 건조에 어려움이 있다. 보고된 가축분뇨에 함유된 수분 및 열량은 Table 1과 같다[3].
슬러지 사용 시 문제점은?
슬러지란 하수 및 폐수처리시설의 처리공정에서 나오는 고형의 폐기물을 말한다. 유기물을 풍부하게 함유해 연료로써의 가치가 높은 대신 수분 함량이 많아 연소 전 건조 공정이 필요하다는 문제점이 있다. 또한 슬러지는 성상과 조성에 따라 불규칙한 형태를 갖고 있어 함수율의 감소에 많은 영향을 미치며 미생물의 호화(糊化)현상으로 인하여 슬러지 내의 수분이 쉽게 제거되기 어렵다는 특성을 갖고 있다.
참고문헌 (6)
Hyo-un Jin, Young-man yoon, Ji-Whan Hong, Byeongsu Byeon, Pylsoo Na, young-mi An, Seung-whan Kim, Seungyong Oh, Jongmi Hong, "Study on quality and grade standards of livestock manure solid fuel products", Ministry of the Environment, pp. 1-2, 2013.
Junhoe Gu, "Livestock manure disposal statistics (as of 2014)", Ministry of the Environment, 2014, http://www.me.go.kr/home/web/policy_data/read.do?pagerOffset0&maxPageItems10&maxIndexPages10&sear chKeytitle&searchValue%EA%B0%80%EC%B6%95 &menuId10263&orgCd&seq6778, Mar. 2016.
Sang-gi Yoon, "The annual report of livestock research subcommittee", National Institute of Animal Science, p. 60, 2003.
Kwang-su Lim, "A study on the livestock sludge drying characteristics using oil-drying technology", Hanbat Univ. publishers, pp. 4-24, 2011.
Jaeho Lim, "The study on the characteristic of Immersion frying for the thermal drying of sewage sludge and the de-oiling", Hanbat Univ. publishers, pp. 14-23, 2013.
Kwangryul Kim, Ikjun Yeon, The latest combustion technology, Donghwa technology publishers, p. 15, 2005.
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