초록 ▼

I. 제 목 하 폐수슬러지의 에너지화 및 재이용 기술 개발 . 연구개발의 목적 및 중요성 1999년도 국내의 하 폐수 슬러지의 발생량이 840만톤에 달하였으며, 2003년에는 약 1,200만톤/년 이상 발생될 것으로 전망된다. 현재 하 폐수슬러지의 3- 4% 만이 소각, 재 활용 등에 의해 처리되고 있고, 대부분이 단순 매립(76%)과 해양투기(20%) 80%이상을 매립에 의해 처리하고 있다. 더욱이 2003년부터는 국제협약의 이행을 위해 매립이 전면 금지되고( 당초에는 2001년부터 매립을 금지시키도록 하였으나 국내 기술기반이 없

I. 제 목 하 폐수슬러지의 에너지화 및 재이용 기술 개발 . 연구개발의 목적 및 중요성 1999년도 국내의 하 폐수 슬러지의 발생량이 840만톤에 달하였으며, 2003년에는 약 1,200만톤/년 이상 발생될 것으로 전망된다. 현재 하 폐수슬러지의 3- 4% 만이 소각, 재 활용 등에 의해 처리되고 있고, 대부분이 단순 매립(76%)과 해양투기(20%) 80%이상을 매립에 의해 처리하고 있다. 더욱이 2003년부터는 국제협약의 이행을 위해 매립이 전면 금지되고( 당초에는 2001년부터 매립을 금지시키도록 하였으나 국내 기술기반이 없어 2003년까지 연기함 ), 2005년도부터는 해양투기마저 금지될 전망이어서 이에 대한 대책 이 절실히 요구된다. 매립과 해양투기가 금지될 경우 슬러지를 대량 처리하는 방안으로 는 소각처리가 유일한 대안이라 할 수 있다. 슬러지의 처리를 매립에서 소각으로 전환할 경우, 처리비용이 3,000억원/년 규모에서 1 조원 이상으로 급증할 것으로 전망된다. 슬러지는 건조 발열량이 약 2,500 - 4,500kcal/kg 정도이므로 에너지 자원으로서의 충분한 가치가 있으며, 연소재는 각종 건 축재 또는 토목공사용 자원으로 재이용하는 것이 가능하다. . 연구개발의 내용 및 범위 1. 연구사업의 목표 슬러지의 처리에서 가장 문제가 되는 점은 높은 함수율(80% 이상)이며, 소각을 위해서는 함수율을 일정수준 이하로 낮추기 위한 고효율 탈수 및 건조 기술의 개발이 슬러지 처리 의 경제성을 높이는 가장 좋은 방법이며, 하 폐수 슬러지의 고도 처리 및 자원으로의 재활용 목적으로 탈수공정부터 연소재의 재활용까지 전 공정에 걸쳐 신기술로 집적된 대규모의 청정종합처리시스템개발의 기반을 구축할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 대규모 종합처리시스템을 구성하는 1)폐열 이용 고효율 성형-건 조 장치 기술, 2)건조슬러지를 대상으로 하는 유동층 연소 및 고온용융 소각 기술, 3) 슬 러지 연소재를 건축 및 공업용 무기소재로 활용하는 기술, 4) 마이크로 에멀젼기술을 이 용한 신 탈수 기술 등의 핵심 요소기술을 개발하는 것을 목표로 하였다. 2. 연구내용 및 범위 기 술 연구 내용 범 위 건 조 슬러지의 성형 장치 개발 성형슬러지의 고효율 건조장치 개발 - 공정개발 기초 실험 - 30kg/h시작품 개발 및 설계자료 도출 연 소 건조 슬러지의 유동층연소 운전조건도출 슬러지 연소특성 파악 및 유해물질 대책 - 20kg/h 규모 실험장치 설치 및 실험 - 공해물질 발생특성 및 대책 실험 건조슬러지의 용융소각 특성 파악 슬러지 용융소각로 개발 - 연소재의 용융특성 규명을 위한 기초 실험 - 20kg/h 규모 용융소각로설치 및 실험 연소재 활 용 연소재를 이용한 투수성 도로포장 블록 제조기술 개발 - 공정별 기초 실험장치 제작 - 최적조건도출 및 설계자료 도출실험 탈 수 마이크로 에멀젼 탈수 특성 규명 연속 공정 개발 - 기초실험장치에 의한 탈수 특성 실험 - 20kg/h 연속처리장치 설치 및 설계자 료 도출 실험 . 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의 1. 연구개발 결과 슬러지를 대량으로 처리할 수 있고 에너지 및 무기소재 자원으로 재활용할 수 있는 기술의 핵 심이 되는 고효율 건조 기술, 유동층 연소기술 및 연소재의 투수성 포장블록 제조기술을 개발하 여 상용화 규모의 종합 처리시스템의 개발을 위한 기반을 구축하였다. 슬러지 처리공정의 효율 을 극대화할 수 있는 마이크로 에멀젼 탈수 기술을 개발하였다. 성형건조 기술 및 마이크로 에 멀젼 탈수에 대하여 2건의 특허를 출원하였으며, 논문 게재 1건 논문 발표 6건(국내 4건, 국외 2건)의 사업성과를 달성하였다. 핵심기술별로 세부결과를 다음 표에 요약하였다. 기술분야 목표달성도 및 기술발전의 기여도 슬러지 케이 크 건조 기술 - 롤러식 성형기와 다단 통기형 건조장치를 조합한 30 kg/h 규모의 슬러 지 건조장치를 개발 - 기존 방식에 비해 건조속도와 건조율이 크게 향상되는 결과를 얻었음. 건조 슬러지 연소 기술 - 슬러지 연소재의 용융특성을 규명 - 선회용융소각로를 개발 및 적정 운전조건 도출 - 건조슬러지의 유동층 연소로 조업조건 확립 - 수분함량 40% 이하일 때 보조연료를 사용하지 않고 연소처리가 가능 함을 확인 연소재 활용 기술 - 슬러지 연소재를 슬래그화 하여 투수성 포장블록을 제조하는 핵심 기 술 개발 - 제조공정 확립 및 설계데이터 확보 슬러지 탈수 기술 - 마이크로 에멀젼기술을 이용하는 슬러지의 탈수 특성 규명 - 20kg/h 규모의 연속식 탈수 장치를 개발 - 탈수슬러지의 함수율을 60% 미만, 오일 회수율은 95%되는 성과 도출 2. 활용에 대한 건의 본 연구를 통해 개발된 각 핵심기술들을 체계화하여 최적의 통합처리시스템을 구축하기 위한 기본 자료로 활용하며, 이를 바탕으로 대형 국책 연구개발사업을 추진한다. 마이크로에멀젼 기 술은 고도의 신기술로서 탈수에 관련된 각종 산업에 활용될 수 있으며, 싸이클론 연소, 유동층 연소기술 등도 타 폐기물 처리기술로서 활용이 가능하다고 판단된다. 슬러지 처리문제는 각 지방자치 단체 및 제지, 식품제조 등의 산업체들의 공통적인 애로기술 이다. 현재까지의 기술을 토대로 관련 기관 또는 사업체들을 대상으로 기술지도를 실시하고, 공 동연구사업을 통해 기술의 개발과 실용화를 추진하는데 활용한다. 환경부의 슬러지 처리 규제와 기술개발의 방향, 그리고 지방자치단체들의 슬러지 처리 대책 등에 대한 정책에 반영토록 한다.

Abstract ▼

I.Title Technology development for energy recovery and re- utilization of the sewage and the waste water sludge .Objectives and Significance Generation rate of the sewage and waste water sludge was 8,400,000 tons in 1999 and it is estimated that the generation could reach 12,000,000ton in 2003. M

I.Title Technology development for energy recovery and re- utilization of the sewage and the waste water sludge .Objectives and Significance Generation rate of the sewage and waste water sludge was 8,400,000 tons in 1999 and it is estimated that the generation could reach 12,000,000ton in 2003. Most of the sewage and waste water sludge are treated by landfill(80%) or ocean dump(20%), only 3-4% of the sludge are treated by incineration or re- utilization. Furthermore, landfill site will not accept sludge from 2003 to comply with the international agreement (government ban a landfill in 2001 originally, however, it is postponed to 2003 due to the lack of the related technology domestically). Government has a plan to prohibit ocean dump from 2005, therefore, it is urgent to take measures to meet this situation. Incineration could be the only possible method to treat sludge in large quantities in the case of prohibition of landfill or ocean dump. If sludge treatment method is changed from landfill to incineration, it is estimated that treatment cost could raise in between 300,000 million won and 1,000,000 million won/year. Sludge can be a potential energy resources since it has low heating value in between 2,500 - 4,500kcal/kg. Ashes resulting from incineration could be used to raw materials for building or civil engineering works. .Contents and Scope ofProject 1.Targetofproject High moisture content (more than 80%) is a key factor in treating sludges. Development of highly efficient dewatering or drying process to lower moisture content below certain level is required for incineration and that would be the commercially valuable way. Therefore, it is necessary to develop large scale integrated treatment system for sludges all the way from dewatering to ash utilization. This system can treat sludge environmentally safe and use as a resources. Therefore, the purpose of this research are to develop key technologies which can be a part of the large sized integrated treatment system as follows : 1) highly efficient dry process using waste heat, 2) fluidized bed combustion and incineration with ash melting process for dried sludge, 3) utilization technology of ashes as a resources for building and ceramic raw materials for industry. 2.Annualworkscopesandtargets technology contents scopes dry ㅇdevelopment of forming apparatus for sludge ㅇdevelopment of highly efficient dry process ㅇbasic experiment for process development ㅇdevelop a 30 kg/hr continuous dry process and secure design data combustion ㅇobtain operation condition of fluidized bed combustion for dried sludge ㅇinvestigate characteristics of sludge combustion and take a counter- measure for pollutant material ㅇinstall 20 kg/hr experimental apparatus and conduct experiment ㅇanalyze generation characteristics of pollutant materials and carry out experiment for counter- measures ㅇinvestigation of characteristics of incineration with ash melting for dried sludge ㅇdevelopment of incinerator with ash melting ㅇbasic experiment on melting characteristics of ashes ㅇinstallation and experiment of 20 kg/hr incinerator with ash melting ash utilization ㅇdevelopment of production technology on water permeable road pavement block using ashes ㅇmake basic experimental apparatus ㅇsecure optimum operation condition and carry out experiment for obtaining design data dewatering ㅇinvestigation on characteristics of micro- emulsion dewatering ㅇdevelopment of continuous process ㅇinvestigation on characteristics of dewatering using lab scale experimental apparatus ㅇinstall 20 kg/hr continuous process and carry out experiment for obtaining design data .Result and Recom mendations 1.Result Basis for the development of integrated sludge treatment system was constructed by developing highly efficient drying process, fluidized bed combustion, production method for the water permeable paving block that are the key technologies which make possible to treat sludge in large quantities and to use as a resources for energy recovery and raw materials. Also, micro- emulsion dewatering technology can improve efficiency of the sludge treatment process. Technology on the sludge drying and micro- emulsion dewatering was applied for a patent, and 1 paper was published in a journal and 6 papers was presented in the workshop(2 for domestic, and 2 for international). Detailed results which comprise key technologies are summarized as follows. Areas Achievement of objectives and contribution to technology development Drying technology for sludge cake - development of 30 kg/hr sludge dryer which combines roller type forming apparatus and multistage bend type dryer - drying rate and moisture content was much improved compared with conventional dryer Combustion for dried sludge - examination on the melting characteristics of sludge ashes - development of cyclonic type melting incinerator and obtaining optimum operation condition - obtain optimum operation condition for fluidized- bed combustor for dried sludge - good combustion without auxiliary fuel is guaranteed if the moisture content of sludge is below 40% Utilization of the ashes - develope technology for the production of water permeable road pavement block by slagging sludge ash - develope production process and secure design data dewatering technology for the sludge - examination on the dewatering characteristics of sludge by making use of the micro- emulsion technology - development of continuous dewatering process which can treat 20 kg/hr of sludge - moisture content of the de- watered sludge is below 60%, recovery rate of oil reaches to 95% 2.Suggestionfortheutilization Key technologies which were developed by conducting this research project needs to be systemized to construct an integrated sludge treatment system, and research and development project in large scale supported by the government should be addressed. Micro- emulsion technology can be utilized to various industrial fields which are related with de- watering processes. The cyclonic combustion and the fluidized- bed combustion technology can be applied to treat waste materials in addition to sludges. Problems associated with sludge treatment are common in many local government and industrial fields including paper mills and food industries. The results of this research can be utilized to conduct technical guidance to the related organization or industries, and also can be applied to develop a commercial process through joint research with the participating company. Also, outcomes of this research can be utilized in the fields such as regulation and R&D direction for the sludge treatment in the Ministry of Environment and establishment of countermeasures in the local government.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론 ... 24
• 제 2 장 슬러지 처리 및 이용기술 현황 ... 27
• 제 1절 슬러지 처리 기술 현황 ... 27
• 1. 소각 기술 ... 27
• 2. 고형화 및 고화 ... 28
• 3. 매립 ... 29
• 제 2 절 슬러지 에너지 및 소재 이용기술 ... 30
• 1. 슬러지의 에너지 이용 기술 ... 30
• 가. 고체연료화 기술 ... 30
• 나. 액체연료화 기술 ... 31
• 다. 소각에 의한 열 회수기술 ... 36
• 라. 소화법에 의한 에너지회수기술 ... 37
• 2. 슬러지 재활용기술 ... 37
• 가. 비료화 기술 ... 37
• 나. 무기물의 활용기술 ... 38
• 다. 기타 활용기술 ... 39
• 제 3 장 하 폐수 슬러지의 고효율 탈수 기술 ... 41
• 제 1 절 서 론 ... 41
• 제 2 절 슬러지 고효율 탈수 기술 현황 ... 41
• 제 3 절 실 험 ... 43
• 1. 슬러지 ... 43
• 2. 실험장치 및 방법 ... 43
• 3. 연속식 장치 ... 46
• 제 4 절 실험 결과 및 고찰 ... 47
• 1. 계면활성제의 선정 ... 47
• 2. 계면활성제를 이용한 탈수 실험 ... 54
• 3. 연속공정 실험 ... 60
• 제 5 절 결 론 ... 61
• 제 4 장 탈수 슬러지 케익 건조기술 ... 63
• 제 1 절 개 요 ... 63
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 72
• 제 3 절 실험결과 및 고찰 ... 74
• 제 4 절 결과요약 ... 81
• 제 5 장 건조 슬러지의 유동층소각 특성연구 ... 83
• 제 1 절 서 론 ... 41
• 1. 연구배경 ... 83
• 2. 연구의 내용과 범위 ... 85
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 72
• 1. 실험장치 ... 86
• 2. 실험 방법 ... 88
• 3. 실험조건 ... 89
• 4. 실험중 발생된 문제점 및 해결방법 ... 90
• 제 3 절 결과 및 고찰 ... 91
• 1. 시료 특성 ... 91
• 2. 온도 분포 ... 93
• 3. 배가스 특성 ... 96
• 가. 과잉공기와 층높이에 따른 배출특성 ... 96
• 나. 유속과 과잉공기량에 따른 배출특성 ... 99
• 4. 석회석을 이용한 로내 탈황 결과 ... 101
• 5. 조업조건에 따른 연소효율 ... 102
• 제 4 절 결 론 ... 103
• 제 6 장 건조 슬러지 용융 소각 기술 ... 104
• 제 1 절 서 론 ... 41
• 1. 슬러지의 발생 및 처리 실태 ... 104
• 2. 슬러지의 소각처리 기술 ... 105
• 3. 건조 슬러지 소각 방식의 선정과 연구내용 ... 113
• 제 2 절 건조 슬러지 용융소각을 위한 기초실험 ... 114
• 1. 대상 슬러지의 선정 및 기본분석 ... 114
• 가. 건조슬러지의 원소분석 ... 115
• 나. 건조 슬러지의 공업 및 발열량 분석 ... 116
• 2. 건조 슬러지의 연소성과 회분의 용융 및 흐름성 평가실험 ... 119
• 가. 건조 슬러지의 비등온 열중량분석 ... 119
• 나. 건조 슬러지 회분의 용융 및 흐름성 평가실험 ... 120
• 3. 건조 슬러지 용융소각을 위한 기초실험 결과 요약 ... 128
• 제 3 절 시험용 용융소각로의 설계 및 소각시험 ... 129
• 1. 물질 및 에너지 수지 ... 129
• 가. 건조 슬러지의 소각을 위한 이론 공기량 및 배가스 생성량 ... 129
• 나. 입열과 출열, 보조연료량의 계산 ... 132
• 2. 용융소각로의 설계 및 제작 ... 134
• 가. 슬러지 소각시스템 구성 ... 134
• 나. Cyclone 용융소각로의 설계 ... 136
• 3. 건조 슬러지 용융소각 시험 결과 ... 140
• 가. 예비 용융 소각시험으로부터 확인된 문제점 ... 141
• 나. 건조 슬러지의 소각효율 ... 141
• 다. 대기 오염물질의 방출특성 ... 144
• 라. 슬러지 회분의 용융 및 흐름성 ... 146
• 마. 시험용 용융소각로의 열손실 ... 147
• 바. 용융 슬래그 처리된 슬러지 회분의 중금속 용출 특성 ... 151
• 제 4 절 결 론 ... 152
• 제 7 장 슬러지 소각회재의 무기재료 이용기술 ... 154
• 제 1 절 서 론 ... 41
• 제 2 절 국내외 기술개발 현황 ... 155
• 1. 국내의 기술개발 현황 ... 155
• 가. 투수성 유색 세라믹 포장블록의 제조 ... 156
• 나. 세라믹 구체층이 형성된 투수성 벽돌 제조 ... 156
• 다. 경량 투수성 보도블록의 제조 ... 157
• 라. 산업폐기물을 이용한 투수성 타일 제조 ... 158
• 2. 국외의 기술개발 현황 ... 158
• 제 3 절 연구개발 수행내용 및 결과 ... 166
• 1. 일본 하수슬러지 소각재 용융슬래그 수집 및 분석 ... 167
• 가. 하수슬러지 소각재 용융슬래그 수집 ... 167
• 나. 하수슬러지 소각재 용융슬래그 분석 ... 168
• 2. 국내 하수슬러지 소각재를 이용한 투수성 포장블록 시편 제조 ... 172
• 가. 국내 하수슬러지 소각재의 수집 및 분석 ... 172
• 나. 국내 하수슬러지 소각재를 이용한 용융슬래그 제조 ... 173
• 다. 투수성 포장블록 시편제조 및 특성 분석 ... 175
• 제 4 절 결 론 ... 181
• 제 8 장 탈수여과포 기술 개발 ... 183
• 제 1 절 서 론 ... 183
• 1. 연구배경 ... 183
• 2. 연구의 내용과 범위 ... 186
• 3. 전기가압탈수 기술의 수학적 해석 배경 ... 187
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 191
• 1. 실험장치 ... 191
• 2. 실험 방법 ... 192
• 제 3 절 결과 및 고찰 ... 193
• 제 4 절 결 론 ... 194
• 제 9 장 결 론 ... 195
• 참 고 문 헌 ... 197
• 부록 ... 202