초록 ▼

1. 최종목표
(1) 환경개선 목표
- 슬러지 및 음식물 쓰레기 처리과정(건조 및 저장)중 발생하는 악취문제 해결
- 부피대비 80 % 이상의 폐기물 감량효과
(2) 경제성 목표
- 슬러지 처리를 위한 설비비 및 운전비 감소효과
- 장치의 소형화 및 공간부지 절감
- 생산된 바이오매스의 고체연료 활용 및 토양개량제, 퇴비, 흡착제 등으로 사용
2. 개발내용 및 결과
(1) 개발내용
1) 유기성 폐기물 성상 조사 및 데이터 확보
- 시간별·계절별·공정별·산업분류별 유기성 슬러

1. 최종목표
(1) 환경개선 목표
- 슬러지 및 음식물 쓰레기 처리과정(건조 및 저장)중 발생하는 악취문제 해결
- 부피대비 80 % 이상의 폐기물 감량효과
(2) 경제성 목표
- 슬러지 처리를 위한 설비비 및 운전비 감소효과
- 장치의 소형화 및 공간부지 절감
- 생산된 바이오매스의 고체연료 활용 및 토양개량제, 퇴비, 흡착제 등으로 사용
2. 개발내용 및 결과
(1) 개발내용
1) 유기성 폐기물 성상 조사 및 데이터 확보
- 시간별·계절별·공정별·산업분류별 유기성 슬러지 조사 및 주요 처리대상 선정
- 성상분석 항목 : 함수율, CHN analysis, 유기물/무기물 함량, TGA/DTA. 자체 발열량
2) 반응장치 구성 및 무건조 슬러지의 가온 가압형 습식탄화반응 기초 시험
- 2 L 용량 가온 가압 반응기의 운전조건 확보 : 온도, 압력, 처리시간, 발열량, 감량화 효율, 처리량
3) 반응속도 향상을 위한 촉진제 개발
- 바이오매스 생성 속도를 증가시키기 위한 촉매 개발
4) 유기성 슬러지로부터 생산한 고화탄소의 고체연료화 타당성 평가
- 기술적 평가 : 형태, 열량, 연소성
5) Pilot 장치 설계/제작 및 시운전 : 20L 반응기 용량, 120 L/day 처리용량
6) 폐수처리 연구
(2) 개발결과
- 화순군 하수종말처리장 및 도곡농공단지 구내식당에서 발생되는 슬러지 및 음식물 쓰레기의 성상 조사 및 데이터 확보
- 함수율, CHN analysis, 유기물/무기물 함량, TGA/DTA. 자체 발열량, 중금속 함량 등 기초실험 진행을 통해 유기성 페기물 별 열적감량 구간을 확인하고 이를 통해 습식열분해 반응온도 및 반응압력 조건을 수립
- 2 L 용량 가온 가압 반응기의 운전을 통해 200 ~ 250 ℃의 반응온도, 반응온도에 해당하는 포화수증기의 약 95 % 정도의 운전압력, 1 hr의 반응시간 등 운전조건 확보
- 선택된 반응조건에 따른 습식열분해 반응 결과 4,000 ㎉/㎏ 이상의 발열량을 가진 바이오매스를 생산
- Na₂CO₃, NaOH를 이용한 액상 습식열분해 촉매를 이용한 습식열분해 반응 연구
- 한국환경자원공사의 고형연료 품질기준에 적합하도록 고화탄소를 이용하기 위한 품질 평가를 진행하였으며 그 결과, 생산된 바이오매스 연료는 고형연료 품질기준에 적합하고 발열량 기준 등급으로 “다”군 이며 코크스를 첨가하여 성형할 경우 “나”군에 해당하는 품질기준 획득이 가능
- 20 L의 반응기 용량을 가진 pilot 장치의 설계/제작 및 시운전을 진행하였다.
- 투입, 습식열분해 반응, 냉각, 탈수, 성형 및 건조의 반응과정, 가온을 위한 열매체유(간접가열)와 보일러(직접가열) 설비, 폐수및 악취 처리과정, 에너지 손실을 최소화 한 건조과정으로 구성된 scale up P&ID를 작성하여 추후 상용화 계획을 수립하였음
- 기초실험 단계이지만 습식열분해 과정에서 생성되는 폐수의 처리, 악취의 처리에 대한 연구를 진행하여 유기성 폐기물 처리와 package화하여 일괄기술로 개발하고자 함.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
런던협약에 의해 유기성 슬러지의 해양투기가 금지된 이후 하수슬러지를 안정적, 대량으로 처리하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 또한 2012년 이후 육상 폐기물의 해양투기가 전면 금지되기 때문에 이를 대체할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 현재 유기성 폐기물을 처리하기 위한 최적 방안으로는 건조(함수율 40~60 %, 열량 1.8~4.0 ㎉/g) 후 소각 또는 용융 처리하는 방식이 제시되고 있다. 즉, 소각재로 감량 후 매립 또는 용융 슬래그화하여 복토재 등으로 사용이 가능하다. 시멘트나 벽돌 등의 건설자재 등으로 재이용을 목적으로 할 경우에도 전처리 과정으로서 건조 공정(함수율 20%미만)이 필요하다. 상기와 같이 감량화 및 재이용을 위해 우선적으로 건조 공정을 필수적으로 거치게 되는데, 건조 공정은 수분을 증발시키기 위한 높은 기화열(539㎈/g at 1기압)을 필요로 하게 되고, 이를 위해 400℃이상의 외부 열풍에 의존하는 에너지 다소비 공정(전체공정의 60 % 이상)이 필요하다. 습식열분해 반응의 경우 수분을 제거하기 위한 별도의 건조공정이 필요 없으며 반응이 밀폐형 고압반응기에서 이루어지기 때문에 악취확산을 사전에 차단할 수 있는 특징이 있다. 또한 생성된 고화탄소의 발열량이 다른 기술과 비교해 높기 때문에 연료화 가능성이 높다.
○ 경제적 성과
하수슬러지를 대상으로 각 처리방법별 처리비용(소모비용)을 습식 열분해 탄화장치 설비비용으로 투자 시 연간 처리량을 산출한 결과, 원 처리량과 비교하여 볼 때 소각부문이 대체효과가 가장 높았으며 연간 발생하는 처리비용을 2-3년 정도 연속적인 설비투자로 전환하였을 경우 향후 발생하는 해양투기, 육상매립, 소각 공정에 대한 처리비용을 현재의 10% 미만 수준에서 본 설비로 처리가 가능하다고 예상한다. 따라서 처리비용이 2001년 수준으로 고정된다고 가정 시 (실제로는 연간 7%정도 증가 추세) 연간 약 400억원의 비용절감 효과를 기대할 수 있다.
○ 활용성과 등
- 하수처리장에서 발생하는 하수슬러지의 처리 및 연료화
- 농가에서 발생하는 유기성 폐기물의 처리 및 연료화
- 지자체 등에서 발생하는 음식물 쓰레기의 처리 및 연료화
- 축분뇨, 하수슬러지, 음식물 쓰레기의 통합 처리로 확대 가능
4. 향후추진계획
1. 5 ㎥/day proto type plant 제작 및 운전
2. 화순군, 나주시 음식물 쓰레기 하수슬러지 처리 사업 민간투자사업계획서 제출계획(민간투자사업 계획서 작성 완료)
3. 축산분뇨 발생량이 많은 전남지역의 축분 처리 및 바이오매스 생산 기술 적용 추진

목차 Contents

• 1. 과제별 세부 집행내역...1
• I. 조성 금액...1
• II. 과제개발비 집행내역...1
• 2. 과제별 개발결과의견서...3
• 3. 과제별 최종보고요약서...4
• 목차...6
• 표 차례...7
• 그림 차례...9
• 제 1 장 서론...12
• 제 1 절 연구의 배경...12
• 1. 기술적 측면...12
• 2. 경제·산업적 측면...19
• 3. 사회·문화적 측면...20
• 제 2 절 연구목표 및 내용...23
• 1. 최종목표 및 내용...23
• 제 2 장 유기성 폐기물 처리기술 개발 현황...25
• 제 1 절 서론...25
• 1. 감량화·안정화기술...26
• 2. 물질이용 기술...27
• 3. 생물학적 공정에 의한 에너지 이용 기술...34
• 4. 열화학적 변환에 의한 에너지 이용기술...37
• 제 2 절 유기성 폐기물의 열분해 처리기술 현황...40
• 1. 국외...41
• 2. 국내...42
• 제 3 절 유기성 슬러지의 고형연료화 처리기술의 도입...43
• 1. 기존 문제점...43
• 2. 연료화 기술의 도입...44
• 제 3 장 연구개발 수행내용 및 결과...46
• 제 1 절 반응의 기초이론 연구 및 기초반응 연구...46
• 1. 무건조 밀폐형의 고압/탄화 공정...46
• 2. 유기성 폐기물 성상 조사 분석...46
• 3. 소형 열분해 장치를 이용한 무건조 고압/탄화 공정 실험...52
• 제 2 절 PILOT PLANT 설계/제작 및 시운전...68
• 1. 실험방법...68
• 2. 실험결과 및 고찰...81
• 제 3 절 폐수처리 공정개발...91
• 제 4 장 결론...98
• 제 1 절 계획대비 실적 및 성과...98
• 제 2 절 적용분야 및 기대효과...100
• 참고문헌...102
• 제 3 절 부록...105