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하수슬러지 및 음식물류폐기물의 수열반응에 의한 건조 효율 평가
Evaluation of Drying Performances by Hydrothermal Reaction of Sewage Sludge and Food wastes 원문보기

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.25 no.1, 2017년, pp.47 - 55  

신명섭 (한국산업기술시험원 환경융합기술센터) ,  이형돈 (한국산업기술시험원 환경융합기술센터) ,  전용우 (한국산업기술시험원 환경융합기술센터)

초록
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유기성폐기물의 수열처리 기술은 고온에서 운전하여 에너지 소비가 큰 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로, 세포벽을 파괴하여 탈수성을 향상시켜 탈수공정에서 함수율을 약 40% 수준까지 낮출 수 있는 장점을 가지고 있어 유기성폐기물의 고형연료화 분야에서 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 수열처리가 유기성폐기물의 건조효율에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 대상물질로는 대표적인 유기성폐기물인 하수슬러지와 음식물류폐기물을 이용하여 $200^{\circ}C$에서 1시간동안 수열처리한 후 건조효율 변화를 관찰하였다. 유기성폐기물은 수열처리 후에 건조시간이 단축되어 $100^{\circ}C$에서 건조한 음식물류폐기물의 경우 원시료보다 건조시간이 52.9% 감소하였다. 따라서 수열탄화 반응이 하수슬러지와 음식물류폐기물의 건조효율을 상승시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 건조특성곡선의 예열기간에서 건조속도가 원시료 대비하여 각각 148%($80^{\circ}C$ 하수슬러지), 151%($100^{\circ}C$ 하수슬러지), 209%($80^{\circ}C$ 음식물류폐기물), 366%($100^{\circ}C$ 음식물류폐기물)로 모든조건에서 증가되는 것으로 보아 수열반응에서 세포벽이 파괴되면서 표면적이 늘어났음을 간접적으로 파악할 수 있었다. 건조시간이 단축됨에 따라 한계함수율이 높아져 감율건조기간이 증가하였으므로 이에 주의하여야 하며, 탄화정도에 따라 건조효율이 더 개선될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The technology for hydrothermal reaction of organic waste is one of the promising process to improve energy efficiency of biomass waste recycling system since moisture contents of treated biomass could be reduced at 40% or less than by dehydration processes. For these reasons, many parts of the worl...

주제어

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문제 정의

  • 열중량 분석기의 승온속도는 6 ℃/min이며, 송풍은 Air를 사용하여 10 LPM으로 일정하게 공급하였다. 건조온도는 80℃ 및 100℃로 설정하여 온도에 따른 건조효율로부터 건조에너지를 간접적으로 확인하고자 하였다. 분석에 사용된 시료량은 3±0.
  • 본 연구에서는 유기성폐기물의 수열처리 따른 건조효율을 확인하기 위해 하수슬러지와 음식물류폐기물을 택하여 수열처리 유무에 따른 건조효율을 비교 테스트하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 9),10) 건조단계에서 많은 에너지가 소비되는 슬러지의 특성에 맞는 최적의 건조조건과 운전조건의 설정이 중요하다. 이에 본 연구에서는 유기성폐기물의 수열처리에 유무에 따라 건조효율변화를 파악하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수열탄화 공정이란 무엇인가? 이중에서 수열탄화 기술은 고온에서 반응이 발생하는 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로서 에너지 소비가 적어 다양한 유기성폐기물의 에너지화에 활용도가 높은 기술로 최근 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.5-8) 수열탄화 공정은 슬러지를 일정한 온도조건(150∼200℃)과 고압(10∼20 kg/cm2)의 증기를 통해 슬러지 내 미생물의 세포벽을 파괴하고 저분자 액상물질로 분해하는 기술로서 처리된 슬러지는 탈수성이 크게 향상되고 고액분리를 통해 고체생성물의 탄화도상승 및 액체생성물의 가용화 효율을 높이는 장점을 갖고 있으며, 물리적인 탈수공정을 통해 함수율을 약 40% 이하까지 낮출 수 있는 장점을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.5),6)
유기성폐기물의 수열처리 기술의 장점은 무엇인가? 유기성폐기물의 수열처리 기술은 고온에서 운전하여 에너지 소비가 큰 열분해 탄화기술의 단점을 보완하기 위한 방법으로, 세포벽을 파괴하여 탈수성을 향상시켜 탈수공정에서 함수율을 약 40% 수준까지 낮출 수 있는 장점을 가지고 있어 유기성폐기물의 고형연료화 분야에서 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 수열처리가 유기성폐기물의 건조효율에 미치는 영향에 대하여 평가하였다.
유기성폐기물의 수열처리가 건조공정 중 예열구간에서 온도차를 발생시키는 이유는? 2. 수열처리 유무에 따라 예열기간에서 온도차가 있으므로, 수열처리에 의해 세포벽이 파괴되고 이로 인한 표면적 증대로 열전도율이 증가함을 간접적으로 확인하였다.
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참고문헌 (13)

  1. M. Praspaliauskas, N. Pedisius, "A review of sludge characteristics in Lithuania's wastewater treatment plants and perspectives of its usage in thermal processes", Renew Sustain Energy Rev, 67, pp. 899-907. (2017). 

  2. Tanczuk, M., Kostowski, W., Karas, M., "Applying waste heat recovery system in a sewage sludge dryer - A technical and economic optimization", Energy Convers Manage, 125, pp. 121-132. (2016). 

  3. [통계청, 전국 하수슬러지 발생현황] Statistics Korea, "Status of Sewage Sludge production in Korea", (2015). 

  4. [김대기, 이관용, 박기영, "수열탄화를 이용한 하수슬러지의 고형연료화 및 에너지 회수 효율", 상하수도학회지] Kim, D.G., Lee, K.Y., Park, K.Y., "Hydrothermal carbonization of sewage sludge for solid recovered fuel and energy recovery", Journal of Korean society of water and wastewater, 29(7), pp. 57-63. (2015). 

  5. [송철우, 김난찬, 류재근, 김재민, "열가수분해 반응을 이용한 가축분뇨 슬러지의 연료화에 관한 연구", 유기물자원화] Song, C.W., Kim, N.C., Ryu, J.K., Kim, J.M., "A study on the fuelization of livestock sludge using thermal hydrolysis", Journal of Korea organic resources recycling association, 23(3), pp. 51-59. (2015). 

  6. [한성국, 김석휘, 양승규, 이기쁨, 김호, 오승용, "수열탄화를 통한 유기성폐기물의 에너지화 플랜트 실증", 한국공업화학회 춘계 학술발표회] Han, S.K., Kim, S.H., Yang, S.K., Lee, G.B., Kim, H., Oh, S.Y., "Demonstration of the energy plant of organic waste through hydrothermal carbonization", in Proceeding of spring 2016 symposium of The Korean society of industrial and engineering chemistry, pp. 377 (2016). 

  7. [오승용, 윤영만, "병열 1차 반응속도식을 이용한 유기성 슬러지 수열탄화 반응온도별 메탄생산퍼텐셜 평가", 한국환경농학회지] Oh, S.Y., Yoon, Y.M., "Assessment of Methane Potential in Hydro-thermal Carbonization reaction of Organic Sludge Using Parallel First Order Kinetics", Korean Journal of Environmental Agriculture, 35(2), pp. 128-136. (2016). 

  8. [오승용, 홍종미, 유정숙, 이만희, 김창규, 김창현, 윤영만, "도축폐기물 수열탄화 전처리 반응물 혐기소화시 수열탄화온도에 따른 메탄생산퍼텐셜 평가", 한국토양비료학회 추계학술발표회] Oh, S.Y., Hong, J.M., Yoo, J.S., Lee, M.H., Kim, C.G., Kim, C.H., Yoon, Y.M., "The effects of Hydrothermal Carbonization temperature in Anaerobic Digestion of Slaughter house waste sludge", in Proceeding of Autumn 2016 symposium of Korean Society of Soil Science and Fertilizer, pp. 76-77. (2016). 

  9. [나은수, 신성수, 신미수, 장동순, "하수슬러지 처리를 위한 다축 스크류 난류 접촉식 건조기의 최적 설계 연구", 대한환경공학회] Na, E.S., Shin, S.S., Shin, M.S., Jang, D.S., "a study on the optimum design of multiple screw type dryer for treatment of sewage sludge", Journal of korean society of environmental engineers, 34(4), pp. 223-231. (2012). 

  10. Kelessidis, A., Stasinakis A.S., "Comparative study of the methods used for treatment and final disposal of sewage sludge in European countries", Waste Management 32, pp. 1186-1195. (2012). 

  11. Bennamoun, L., Arlabosse, P., Laonard, A., "Review on fundamental aspect of application of drying process to wastewater sludge" Renew Sustain Energy Rev 28, pp. 29-43. (2013). 

  12. [한성국, 송형운, 최창식, 김호, 이상은 "열가수분해 반응온도에 따른 하수슬러지의 물리.화학적 특성변화" 한국폐기물자원순환학회지] Han, S.K., Song, H,W, Choi, C.S., Kim, H., Lee, S.E., "Physicochemical properties of sewage sludge according to thermal hydrolysis reaction temperature", Journal of Korea society of waste management, 29(4), P414-420. (2012). 

  13. [이원준, "바이오매스 고형연료의 반탄화 특성 및 반탄화물의 연소특성에 관한연구", 유기물자원화] Lee, W.J., "Study on torrefaction characteristics of solid biomass fuel and its combustion behavior", Journal of Korea organic resources recycling association, 23(4), pp. 86-94. (2015). 

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