초록 ▼

◦ 본 연구결과 하수슬러지내 바이오디젤 잠재량은 1차 슬러지가 2차 슬러지보다 우수하며, 이는 1차 슬러지 총지질 함량(15.4 ~ 16.8%)이 2차 슬러지(6.3~ 11.7%) 높은 점과 유관하였다. 2차 슬러지의 경우 계절적 영향이외에 하수처리시설에 적용된 하수처리공정의 SRT가 길게 유지될수록 바이오디젤 회수율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 바이오디젤 수율은 건조시료의 전이에스테르 반응에 있어 시료의 함수율에 큰 영향을 받는 것으로 판단된다.
◦ Bench-scale 습식 전이에스테르 공정을 통해 비건조 하수슬러지

◦ 본 연구결과 하수슬러지내 바이오디젤 잠재량은 1차 슬러지가 2차 슬러지보다 우수하며, 이는 1차 슬러지 총지질 함량(15.4 ~ 16.8%)이 2차 슬러지(6.3~ 11.7%) 높은 점과 유관하였다. 2차 슬러지의 경우 계절적 영향이외에 하수처리시설에 적용된 하수처리공정의 SRT가 길게 유지될수록 바이오디젤 회수율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 바이오디젤 수율은 건조시료의 전이에스테르 반응에 있어 시료의 함수율에 큰 영향을 받는 것으로 판단된다.
◦ Bench-scale 습식 전이에스테르 공정을 통해 비건조 하수슬러지로부터 회수된 바이오디젤 수율은 10.87%로 기존 건조 전이에스테르 공정 수율인 11.18%와 거의 유사한 수율을 확보할 수 있는 것으로 평가되었다.
◦ Bench-scale 습식 전이에스테르 공정 최적화를 통해 도출된 비건조 하수슬러지 바이오디젤의 최대 수율 및 FAME 함량은 각각 11.05%, 67.41%이었다.
◦ 바이오디젤100 품질기준을 만족하기 위한 고품질화 기술로 다양한 정제기술이 적용되었으며, 감압증류만으로 품질을 향상시킬 수 있었다. 증류 후 탈산처리를 적용한 결과 하수슬러지 바이오디젤의 FAME 함량은 97.1%로 향상되어 FAME 항목이외에 모든 품질기준을 충족하였으며, 경유와 혼합후 차량연료 평가시 분석된 품질기준 역시 모두 만족하여 연료로서 적용가능성을 확인하였다
◦ 바이오디젤 공정 후 잔류 고형물을 열수탄화 처리한 결과 탈수성 개선이 확인되었으며 biochar와 같은 고형연료로서 활용가능성이 존재하였다. 또한 잔류물을 기질로 혐기성소화 실험을 수행한 결과 2차슬러지의 경우 바이오디젤 추출 후 4배가량 바이오가스발생량이 증가함과 동시에 VS감량효율도 크게 증가하였다. 이러한 결과는 바이오디젤 공정 도입을 통해 하수슬러지의 복합연료화 전략도 가능할 수 있음을 의미하였다.
◦ 고품질화를 통해 최종 회수된 하수슬러지 바이오디젤은 현행 ‘석유사업법상’의 바이오디젤 품질기준내 전 항목을 만족하였으며, 향후 생산효율 향상 및 제반 품질향상 기술이 추가적으로 확보될 경우 국내 상용화도 가능할 것으로 판단된다.

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results
□ Key platform technology for wastewater sludge biodiesel production: investigation of biodiesel potential in wastewater sludge
◦ The maximum yield of biodiesel was recovered from secondary sludge from domestic wastewater. In case of secondary sludge, biodiesel yield (especially FAM

Ⅳ. Results
□ Key platform technology for wastewater sludge biodiesel production: investigation of biodiesel potential in wastewater sludge
◦ The maximum yield of biodiesel was recovered from secondary sludge from domestic wastewater. In case of secondary sludge, biodiesel yield (especially FAME) was increased as the long SRT of biological process. In addition, the biodiesel yield was closely impacted by moisture content.
□ Development of wet-transesterification process for wastewater sludge
◦ It was found that the maximum biodiesel yield was 8.12% from wet-transesterification. Especially, the reaction time was shortened by about 4 times compared to the conventional dry-transesterification process.
◦ The maximum yield and FAME content of biodiesel produced from a bench-scale wet-transesterification were 11.05% and 67.41%, respectively. These optimum results were found to be achieved at the following conditions: methanol dosage of 15 mL/g, cosolvent-to-solvent ratio of 0.5 and 12 hr of reaction time.
□ Enhancement of quality of wastewater sludge biodiesel
◦ Purification is necessary step in use of biodiesel derived from wastewater sludge as a vehicle fuel source due to its low FAME content and abundant impurities content.
◦ FAME content of wastewater sludge biodiesel after distillation, deguming, and deacidification process reached at 97.1% which sufficiently meet the standard for vehicle fuel quality. In addition to FAME content, the biodiesel quality stasified all the criteria for vehicle fuel quality.
□ Utilization of the biodiesel extraction residues and suggestion of multi-biofuel technology
◦ Dewaterability of the solid residue from in situ transesterification of wastewater sludge was enhanced by application of hydrothermal technology. Furthermore, this provides a potential of utilization of the residues as solid refuse fuel such as biochar.
◦ Biogas from anaerobic digestion was highly enhanced from secondary wastewater sludge after biodiesel extraction due to significant modification of sludge structures. In addition to increase in biogas production, VS reduction was significant by applying biodiesel extraction before anaerobic digestion.
□ Economic analysis for wastewater sludge biodiesel
◦ The total cost of producing biodiesel from dried sludge was 1.7 times higher than the cost of the wet-transesterification which proposed in this study. Especially, the drying cost of the sludge feedstock accounted for about 66% of the total production cost, and most of the production cost was consumed in the sludge feedstock preparation stage.
◦ Wet-transesterification effectively reduced the cost of producing biodiesel through the transesterification, but total production cost was found to exceed the break-even cost based on the current market price of biodiesel. However, if the strategy and technology of biodiesel continue to be developed, the cost of recovering biodiesel from wastewater sludge is expected to decline gradually in the future. Strategys for using wastewater sludge as a feedstock for high quality biofuels may also be of greater value than cost-benefit aspects.
□ Technical proposal based on wastewater sludge biodiesel
◦ Comprehensive results show that the combined fuel production strategy with biodiesel and biogas is an effective approach due to the enormous increase of net energy production. Despite the relatively high energy input for the transesterification process, the remarkable increase in methane production efficiency by pre-extraction of biodiesel is considered to sufficiently compensate the energy consumption. The results obtained from this study shows that the transesterification can play an important role in the reduction of wastewater sludge and energy consumption by improving the anaerobic digestion efficiency as well as producing the high quality liquid biofuel biodiesel from wastewater sludge.
□ Policy suggestion based on wastewater sludge biodiesel
◦ We achieved to enhance the quality of the biodiesel from wastewater sludge by applying post purification units and satisfy the fuel quality standards for transportaion. However, the recovery of biodiesel from wastewater sludge still needs to be accompanied by a lot of research for enhancing the quality in an economical way. Therefore, it is necessary to consider to utilize the wasteawater sludge biodiesel as a fuel source for boiler oil as well as transporation fuel.

(출처 : Summary 14p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 6
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 19
• 그림목차 ... 22
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 27
• 1-1. 연구개발 목적 ... 29
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 30
• 가. 연구배경 ... 30
• 나. 하수슬러지 바이오디젤 회수 ... 30
• 다. 기존 하수슬러지 바이오디젤 기술 개요 및 장해요소 ... 31
• 1-3. 연구개발 범위 ... 33
• 가. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 ... 33
• 나. 연도별 연구개발의 추진일정 ... 34
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 35
• 2-1. 국내 기술 수준 및 시장 현황 ... 37
• 가. 바이오연료 기술개발 ... 37
• 나. 바이오디젤 관련 핵심 기술개발 ... 38
• 다. 하수슬러지 바이오디젤 기술 ... 38
• 2-2. 국외 기술 수준 및 시장 현황 ... 40
• 가. 하수슬러지 자원화/연료화 ... 40
• 나. 바이오연료 기술 개발현황 ... 41
• 다. 바이오디젤 관련 핵심 기술 개발 ... 42
• 라. 하수슬러지 바이오디젤 ... 44
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 45
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 47
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 47
• 나. 연차별 연구개발의 목표 및 내용 ... 48
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 65
• 가. 하수슬러지 바이오디젤 생산 핵심 플랫폼 기술 확보를 위한 기초연구 ... 65
• 나. 하수슬러지 맞춤형 전이에스테르 반응 기술 개발 ... 107
• 다. 하수슬러지 바이오디젤 시제품의 품질 최적화 기술 개발 ... 125
• 라. 바이오디젤 추출 잔류물의 처리 및 복합연료화 기술 개발 ... 148
• 마. 하수슬러지 바이오디젤 경제성 평가 ... 170
• 바. 하수슬러지 바이오디젤 연구결과 기반 기술적 제안 ... 176
• 사. 하수슬러지 바이오디젤 연구결과 기반 정책적 제안 ... 178
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 181
• 가. 하수슬러지 바이오디젤 생산 핵심 플랫폼 기술확보: 하수슬러지 바이오디젤 포텐샬 산정 ... 181
• 나. 하수슬러지 맞춤형 전이에스테르 반응 기술 개발 ... 181
• 다. 하수슬러지 바이오디젤 시제품의 품질 최적화 기술 개발 ... 181
• 라. 바이오디젤 추출 잔류물의 처리 및 복합연료화 기술 개발 ... 182
• 마. 하수슬러지 바이오디젤 경제성 평가 ... 182
• 바. 하수슬러지 바이오디젤 연구결과 기반 기술적 제안 ... 182
• 사. 하수슬러지 바이오디젤 연구결과 기반 정책적 제안 ... 182
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 183
• 4-1. 목표달성도 ... 185
• 가. 3차년도 성과목표 달성도 ... 185
• 나. 최종 성과목표 달성도 ... 185
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 186
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 187
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 189
• 5-2. 기대성과 ... 189
• 가. 기술적 측면 ... 189
• 나. 환경적 측면 ... 189
• 다. 경제적·산업적 측면 ... 190
• 라. 일자리 창출 측면 ... 190
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 191
• 6-1. 해외 바이오연료 개발 현황 및 정책 동향 정보 수집 ... 193
• 6-2. 해외 출장을 통한 연구 동향 정보 수집 ... 194
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 195
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 199
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실등의 안전조치 이행실적 ... 203
• 9-1. 연구실 안전점검 ... 205
• 9-2. 연구실 안전교육 ... 205
• 9-3. 건강검진 ... 205
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 207
• 11. 기타사항 ... 211
• 12. 참고문헌 ... 215
• 끝페이지 ... 219