하수처리장내 슬러지 처리를 위한 열분해공정에 관한 연구

A Study on the Pyrolysis Processing for sludge disposal in sewage treatment plant

본 연구는 하수처리장에서 발생되는 슬러지를 열분해공정에 대한 운전특성을 연구하였다. 운전조건의 중요한 변수로는 열분해시간, 건조와 열분해 공정의 시간비율, 슬러지 함수율, 슬러지 고형물량(TS비율), 열분해 온도조건의 영향을 조사하였다. 슬러지 열분해 단계의 반응속도는 1차 반응으로 나타났다. 이 반응식은 슬러지 열분해반응의 메카니즘의 기초가 된다. 열분해 온도증가에 따라서 생산물은 오일 및 타르 변화가 일어났고, 열분해 가스화에 의해서 생산된 생성물의 조성도 변화가 일어났다. 열분해 온도변화에 따라서 주요 부산물인 가스와 탄소성분은 다르게 분포되어졌다. 생성가스 구성성분은 대부분이 $CH_4$, $C_2H_4$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$, toluene, $C_6H_6$, $SO_2$, CO와 타르로 구성되었다. 열분해 온도 $670^{\circ}C$의 조건에서는 $C_1-C_4$탄소계열의 가스 생성이 증가되어졌고, $600^{\circ}C$의 열분해 조건에서는 $C_1-C_4$탄소계열의 가스생성량은 감소하는 반면 톨루엔과 벤젠 성분을 가진 오일류 생성이 증가되었다. 특히 고형물의 산물인 타르는 $670^{\circ}C$일 때 슬러지 1t당 134kg으로 낮게 발생된 반면, 열분해온도가 $600^{\circ}C$일 때 134kg/t으로 생성량이 감소되었다. 타르는 분석결과 대부분이 탄소성분이었고, 슬러지의 열분해에서 가스로 생성되는 과정은 온도가 높은 경우 효과적임이 밝혀졌다.

This Study was investigated operating condition of pyrolysis processing for sludge disposal in sewage treatment plant. Important parameters studied include running time of pyrolysis, run time of dry and pyrolysis processing, water content of sewage sludge, solids amount of sewage sludge(TS%), condition of pyrolysis temperature. Most degradation reaction of sewage sludge are first order, it assumed first order and elucidated the kinetics. This was the basis of characteristics analysis of sludge degradation mechanism. Also, with the increasing of temperature, how the yield of oil and char product change was observed, and the distribution of gas product components was observed. Main components of gas and carbon product are a little difference with pyrolysis temperature, but it consist of $CH_4$, $C_2H_4$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$, toluene, $C_6H_6$, $SO_2$, CO etc. The gas of $C_1-C_4$ yield increased along with degradation temperature of $670^{\circ}C$ and oil yield decreased of $C_6H_6$ and $C_6H_5OH$ with temperature of $600^{\circ}C$. Particularly, low value added char yield 134kg/t at $670^{\circ}C$, but increased to 194kg/t at pyrolysis temperature of $600^{\circ}C$. In the result of elementary analysis on it, it is mainly composed of carbon. From this fact, in pyrolysis of sludge, it comfirmed that carbonization reaction occur at high temperature well.