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문제 정의
- 등의 변화를 연구하였다. 또한 이러한 분류를 통해 나타난 건조특성에 따라 어떠한 경우에 있어 SRF 품질기준에 만족하는지를 살펴보였다.
- 본 연구에서는 하수슬러지 처리기법과 혐기성소화조유무에 따라 다양한 조건으로 분류하여 각 사업소의 특성을 알아보았다.
제안 방법
- 따라서, 본 연구에서는 건조가 진행되면서 TS (Total Solid) 당 VS (Volatile Solid)의 비율이 발열량과의 상관관계 등을 조사하였으며, 이를 위해 하수슬러지 처리 중 건조에 있어서 영향이 있을 것으로 예상되는 응집제사용량(8%, 10% 및 12%) 및 근적외선으로 건조하여 건조효율을 확인하였으며, 완전건조에 따른 VS/TS, 발열량 등의 변화를 연구하였다. 또한 이러한 분류를 통해 나타난 건조특성에 따라 어떠한 경우에 있어 SRF 품질기준에 만족하는지를 살펴보였다.
- 또한 근적외선 장치의 경우 Fig. 1에서 보는 바와 같이 0.255 m × 0.34 m × 0.255 m의 철재 건조기에 높이 0.155 m에서 근적외선 램프(Hanahaligen, NIR SK15, 350 mm, 1 kw, 230V)를 설치하고, 한쪽 벽면에서 시료를 투입할 수 있는 투입구를 만들었다.
- 본 연구에서는 수분측정의 경우 1차 부분건조 및 2차 NIR 건조로 나누어 진행하였으며, 1차 부분건조(Dong -won dw-f0600, 16A, 220V)의 경우 온도를 120℃ ± 20℃에서 체류시간 90분을 적용하여 운전하였으며, 2차 직접건조에서는 근적외선을 이용하여 온도 350℃±50℃ 에서 체류시간 90분을 적용하여 하수슬러지 건조특성 연구를 실시하였다. 이때 소화슬러지와 비 소화슬러지의건조특성 평가도 실시하였다.
- 본 연구에서는 약품주입비율(8%, 10% 및 12%) 및 건조방식(근적외선)에 따른 건조특성 평가를 실시하였으며, 이에 따라 ‘화력발전소 열병합발전소 보조연료 기준’ 과 비교하여 VS, VS/TS, 발열량 등을 분석하였고 그 결과는 아래와 같다.
- 실시하였다. 이때 소화슬러지와 비 소화슬러지의건조특성 평가도 실시하였다.
- 하수슬러지 응집과정을 검토하기 위한 Jar-Test는 A, B, C 및 D사업소별 약품주입비율을 파악하여 실시하였으며 추가적으로 단계별 비율을 변화시켜 실시하였다. Table 2는 하수슬러지 분석항목 및 실험에 사용한 약품 주입 비율을 나타내었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 Table 1과 같이 B시 하수처리 시설의 처리 방법[A2O(A 사업소), CAS(B 사업소), BIO-FOR (C 사업소), KSBNR(D 사업소)]에 따라 분류하였다 (Busan Metropolitan City, 2019).
- Table 2는 하수슬러지 분석항목 및 실험에 사용한 약품 주입 비율을 나타내었다. 수분함량 및 약품주입비율에 따른 처리단가 비교의 경우 박(Park, 2016)의 연구결과를 활용하여 실시하였다.
성능/효과
- (1) 근적외선의 경우 수분증발량이 다소 낮은 재료 예열기간 및 항률 건조기간 초기에서 VS 변화가 다소 적었으나, 이후 다소 많은 량의 수분이 건조되었을 시점부터 VS 저감이 크게 나타났다. 또한 VS 함량이 높은 비소화슬러지의 경우 건조에 따른 VS 저감률 역시 소화슬러지에 비해 낮은 것으로 나타났다.
- (2) 응집제 주입비율이 높아짐에 따라 건조에 따른 VS 손실은 적은 것으로 조사되었다. 또한 응집제 주입비율이 높을수록 건조시간 역시 길어지는 경향을 보이고 있다.
- (3) 비소화슬러지의 건조시간에 따른 고위발열량 변화는 각각 590 ㎉/㎏ → 3, 005 ㎉/㎏ 및 539 ㎉/㎏ → 2, 796 ㎉/㎏로 소화슬러지에 비해 고위발열량 자체가 완전건조 시 비소화슬러지가 높았다. 이는 소화슬러지에비해 비소화슬러지의 Net VS함량과 VS/TS비가 높아 고위발열량 역시 높은 것으로 판단된다.
- VS 저감이 크게 나타났다. 또한 VS 함량이 높은 비소화슬러지의 경우 건조에 따른 VS 저감률 역시 소화슬러지에 비해 낮은 것으로 나타났다. 이는 서울지역 환경기술개발센터(Seoul Green Environment Center, 2008) 등에 따르면 슬러지의 건조특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 탈수성 개선을 위해 투입하는 응집제의 종류 및 투입량으로 최근 하수슬러지 탈수에 주로 사용하고 있는 고분자 응집제는 건조기의 열교환 접촉면을 막히게 하거나, 슬러지를 덩어리화 시키는 데 일조하여 건조를 어렵게 하는 것으로 알려져 있다.
- 반면 재료 예열기간(72.2%~85.0%)의 VS 변화는 소화․비소화슬러지 전체가 매우 적었으나, 이후 항률 건조 기간인 6분~20분까지 소화슬러지인 A site 및 B site는 57.0% → 45.2% 및 62.2% → 50.1%로 특히 건조 후 12 분에서 VS 감소속도가 높은 것으로 조사되었다. 비소 화공 정인 C site 및 D site는 항률 건조기간인 6~20분에서 72.
- 반면 재료 예열기간(72.2%~85.0%)의 VS 변화는 소화․비소화슬러지 전체가 매우 적었으나, 이후 항률 건조 기간인 6분~20분까지 소화슬러지인 A site 및 B site는 각각 59.0% → 50.1% 및 60.0% → 51.7%, 63.8% → 55.0% 및 66.3% → 59.0%로 역시 건조 후 12분에서 VS 감소속도가 높은 것으로 조사되었다. 비소화공정인 C site 및 D site는 항률 건조기간인 6~20분에서 약품 주입 비율별(10% 및 12%) 각각 75.
- 본 연구 역시 근적외선의 경우 수분증발량이 다소 낮은 재료예열기간 및 항률 건조기간 초기에서 VS 변화가다소 적었으나, 이후 다소 많은 량의 수분이 건조되었을 시점부터 VS 저감이 크게 나타났다. 또한 VS 함량이 높은 비소화슬러지의 경우 건조에 따른 VS 저감률 역시 소화슬러지에 비해 낮은 것으로 나타났다.
- 본 연구에서 응집제 주입비율이 높아짐에 따라 건조에 따른 VS 손실은 적은 것으로 조사되었다. 또한 응집제 주입비율이 높을수록 건조시간 역시 길어지는 경향을 보이고 있다.
- 비소화공정인 C site 및 D site 역시 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 각각 3, 960 ㎉/㎏ → 3, 228 ㎉/㎏ 및 4, 005 ㎉/㎏ → 3, 300 ㎉/㎏, 3, 576 ㎉/㎏ → 2, 984 ㎉/㎏ 및 3, 620 ㎉/㎏ → 3, 151 ㎉/㎏로 감소하였다. 비 소화 슬러지 인 C site 및 D site 역시 건조 후 16분부터 점차적으로 단열계 발열량은 감소수치가 증가하는 경향을 나타내었다.
- 1%로 특히 건조 후 12 분에서 VS 감소속도가 높은 것으로 조사되었다. 비소 화공 정인 C site 및 D site는 항률 건조기간인 6~20분에서 72.8% → 67.3% 및 67.5% → 61.6%로 저감되었으나, 이후 감율 건조기간에 C site는 20분~30분까지 67.3% → 63.1% D site는 20분~26분까지 61.6% → 57.9%로 VS 감소율이 재료 예열기간 및 항률 건조기간에 비해 높은 것으로 조사되었다.
- 2%로 특히 건조 후 10분~18분(20분, 12%)에서 VS/TS가 급격히 증가하는 것으로 조사되었다. 비소화공정인 C site 및 D site는 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 VS/TS는 각각 17.0% → 61.5% 및 17.3% → 63.4%, 18.4% → 53.6% 및 18.7% → 55.5%로 증가하였다. 비소화슬러지 인 C site 및 D site 역시 건조 후 10~18분(20분)에서 VS/TS가 급격히 증가하였으며 이후 증가세가 감소하는 경향을 나타내었다.
- 0%로 역시 건조 후 12분에서 VS 감소속도가 높은 것으로 조사되었다. 비소화공정인 C site 및 D site는 항률 건조기간인 6~20분에서 약품 주입 비율별(10% 및 12%) 각각 75.0% → 70.2% 및 77.4% → 73.4%, 68.0% → 61.0% 및 69.7% → 64.1% 로 저감되었으나, 소화슬러지에 비해 감소폭은 적은 것으로 나타났다. 이후 감율건조기간에 C site는 20분~30 분까지 각각 70.
- 5%로 증가하였다. 비소화슬러지 인 C site 및 D site 역시 건조 후 10~18분(20분)에서 VS/TS가 급격히 증가하였으며 이후 증가세가 감소하는 경향을 나타내었다.
- 비소화공정인 C site 및 D site 는 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 단열계 발열량은 3, 915 ㎉/㎏ → 3, 263 ㎉/㎏ 및 3, 571 ㎉/㎏ → 2, 946 ㎉/㎏로 감소하였다. 비소화슬러지 인 C site 및 D site 역시 건조 후 12분(18분)에서 완전건조 시까지 단열 계발 열량이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다.
- 폭이 컸다. 비소화슬러지인 C site 및 D site의 건조 시간에 따른 고위발열량 변화는 각각 590 ㎉/㎏ → 3, 005 ㎉/㎏ 및 539 ㎉/㎏ → 2, 796 ㎉/㎏로 소화슬러지에 비해 고위발열량 자체가 완전건조 시 비소화슬러지가 높았다. 이는 소화슬러지에 비해 비소화슬러지의 Net VS함량과 VS/TS비가 높아 고위발열량 역시 높은 것으로 판단된다.
- 약품주입비율 10% 및 12%일 때 소화․비소화슬러지의 VS 변화에 따른 VS/TS 변화는 소화․비소화슬러지 전체적으로 재료예열기간(0분~6분)에는 매우 적었다. 이후 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 소화슬러지인 A site 및 B site는 각각 16.
- 약품주입비율 10% 및 12%일 때 재료 예열기간에 따른 수분 변화는 A site에서 각각 85.0%~72.8% 및 85.0%~73.0%, B site는 각각 85.0%~76.0% 및 85.0%~76.2%로 C site(85.0%~77.4% 및 85.0%~ 77.6%) 및 D site(85.0%~73.0% 및 85.0%~73.2%) 에비해 다소 수분감소부분이 높은 것으로 나타났다. 이후소화슬러지인 A site 및 B site의 경우 6분~20분까지 항률 건조기간에서 수분함량이 급속히 감소하는 경향을 나타내었으나, 비소화슬러지인 C site 및 D site는 약품 주입 비율 8%와 유사하게 완만한 형태의 건조효율을 나타내었다.
- 약품주입비율 8%일 때 소화․비 소화 슬러지의 건조 시간에 따른 단열계 발열량 변화는 전체적으로 0분~4분까지 매우 적었으나, 이후 완전건조까지 소화슬러지인 A site 및 B site는 3, 295 ㎉/㎏ → 2, 781 ㎉/㎏ 및 3, 411 ㎉/ ㎏ → 2, 919 ㎉/㎏로 특히 건조 후 14분~완전 건조까지단열계 발열량이 급격히 감소하였으며 이 구간은 Net VS가 감소하는 구간이다. 비소화공정인 C site 및 D site 는 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 단열계 발열량은 3, 915 ㎉/㎏ → 3, 263 ㎉/㎏ 및 3, 571 ㎉/㎏ → 2, 946 ㎉/㎏로 감소하였다.
- 약품주입비율 8%일 때 소화․비소화슬러지의 VS 변화에 따른 VS/TS는 전체적으로 재료 예열기간(0분~6분)에는 매우 적었으나, 이후 항률 건조기간인 6분~20분까지소화슬러지인 A site 및 B site는 16.4% → 40.8% 및 15.1% → 45.7%로 특히 건조 후 10분~16분에서 VS/TS가 급격히 증가하는 것으로 조사되었다. 비소 화공 정인 C site 및 D site는 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 VS/TS는 16.
- 이에 따라 약품주입비율 8%일 때 건조시간에 따른 고위발열량 변화의 경우 소화슬러지 인 A site 및 B site는 각각 499 ㎉/㎏ → 2, 508 ㎉/㎏ 및 515 ㎉/㎏ → 2, 662 ㎉/ ㎏로 특히 건조 후 10분~18분까지 고위발열량이 증가하는 폭이 컸다. 비소화슬러지인 C site 및 D site의 건조 시간에 따른 고위발열량 변화는 각각 590 ㎉/㎏ → 3, 005 ㎉/㎏ 및 539 ㎉/㎏ → 2, 796 ㎉/㎏로 소화슬러지에 비해 고위발열량 자체가 완전건조 시 비소화슬러지가 높았다.
- 1% 로 저감되었으나, 소화슬러지에 비해 감소폭은 적은 것으로 나타났다. 이후 감율건조기간에 C site는 20분~30 분까지 각각 70.2% → 65.3% 및 73.4% → 68.0%, D site는 20분~26분까지 61.0% → 58.8% 및 64.1% → 60.2%로 약품주입비율이 높을수록 VS 제거율이 감소하는 경향을 나타내었다.
- 2%)에 비해 다소 수분감소부분이 높은 것으로 나타났다. 이후 소화슬러지인 A site 및 B site 의 경우 6분~20분까지 항률 건조기간에서 수분함량이 급속히 감소하는 경향을 나타내었으나, 비소화슬러지인 C site 및 D site는 완만한 형태의 건조효율을 나타내었다.
- 후 0분~6분에는 매우 적었다. 이후 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 소화슬러지인 A site 및 B site 는 각각 3, 330 ㎉/㎏ → 2, 796 ㎉/㎏ 및 3, 373 ㎉/㎏ → 2, 840 ㎉/㎏, 3, 432 ㎉/㎏ → 2, 921 ㎉/㎏ 및 3, 480 ㎉/㎏ → 2, 913 ㎉/㎏으로 특히 건조 후 14분(20분, 12%) 에서완전건조 시까지 단열계 발열량이 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 비소화공정인 C site 및 D site 역시 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 각각 3, 960 ㎉/㎏ → 3, 228 ㎉/㎏ 및 4, 005 ㎉/㎏ → 3, 300 ㎉/㎏, 3, 576 ㎉/㎏ → 2, 984 ㎉/㎏ 및 3, 620 ㎉/㎏ → 3, 151 ㎉/㎏로 감소하였다.
- 이후 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 소화슬러지인 A site 및 B site는 각각 16.0% → 43.7% 및 16.2% → 44.6%, 15.3% → 48.7% 및 15.8% → 51.2%로 특히 건조 후 10분~18분(20분, 12%)에서 VS/TS가 급격히 증가하는 것으로 조사되었다. 비소화공정인 C site 및 D site는 완전건조까지 수분이 저감하는 기간에 VS/TS는 각각 17.
- 2%) 에비해 다소 수분감소부분이 높은 것으로 나타났다. 이후소화슬러지인 A site 및 B site의 경우 6분~20분까지 항률 건조기간에서 수분함량이 급속히 감소하는 경향을 나타내었으나, 비소화슬러지인 C site 및 D site는 약품 주입 비율 8%와 유사하게 완만한 형태의 건조효율을 나타내었다.
- 약품 주입 비율 8%일 때 소화․비소화슬러지 대부분은 0분~6분까지 재료예열기간으로 하수슬러지의 온도를 상승시켜 재료에 포함된 수분이 증발 될 수 있는 온도까지 가열된다. 재료예열기간에 수분 변화는 A2O(소화조 포함) 공법인 A site가 85.0%~71.2%, CAS(소화조 포함) 공법인 B site는 85.0%~75.8%로 BIO-FOR(비소화공정) 공정인 C site(85.0%~77.0%) 및 KSBNR(비소화공정) 공법인 D site(85.0%~72.2%)에 비해 다소 수분감소부분이 높은 것으로 나타났다. 이후 소화슬러지인 A site 및 B site 의 경우 6분~20분까지 항률 건조기간에서 수분함량이 급속히 감소하는 경향을 나타내었으나, 비소화슬러지인 C site 및 D site는 완만한 형태의 건조효율을 나타내었다.
후속연구
- 이후 동일조건에서 마이크로파 및 열풍건조 등을 이용한 연구를 실시할 예정이다.
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