연속적 마이크로파 Full Scale 건조장치를 이용한 하수슬러지 케익의 최적 건조조건 연구

A Study on the optimum drying condition of sewage sludge cake using continuous microwave full scale dryer

본 연구는 하수슬러지 케이크를 사용하여 연속적인 마이크로파 건조기를 적용한 재활용 방안을 제시하는데 목적이 있다. 연구에 적용된 시료는 P시 N하수처리장에서 발생되는 탈수슬러지 케이크를 사용하였다. 기초실험 장치에 적용된 마이크로파 주파수는 2450MHz와 전력사용량은 1~4kW로 사용하였다. 연속적 마이크로파 건조기는 주파수 2450MHz와 전력량은 1~6kW의 범위내에서 조절하여 사용하였고, 마이크로파의 가열은 유전가열방식이고, 수분감량은 초기수분이 78~80%의 고함수율이라도 짧은 시간 안에 수분이 0.2%~2%(wt)까지 감소되어 졌다. 슬러지에 함유하고 있는 수분이 증발되는 과정에서 마이크로파 거동의 변화에 미치는 주요 매개 변수로는 제공되는 운전시간, 슬러지내 수분함량, 전력량, 슬러지 고형물량에 따른 결과로서 이에 대한 조사가 이루어졌다. 마이크로파 전력량이 4kW의 일정한 조건에서 유입되는 부하량이 3kg/min인 경우 한계건조 도달하는 시간이 60분대에, 6kg/min의 부하량 조건에서 120분대에 나타났다. 연속적인 실험장치에서 컨베이어속도는 2.5cm/min, 공급량이 6kg/min일 때 전력량의 변화에 따라 4kW일 때 한계함수율에 도달하는 시간은 120min과 6kW의 전력량인 경우 110 min에 나타남으로서 전력량에 대비하여 한계함수율에 도달하는 시간의 관계에서 4kW가 경제적임이 나타났다. 장치에 공급되는 부하량이 6 kg/min과 마이크로파 전력량이 4kW의 조건에서 컨베이어 건조장치내 공급된 슬러지 단위면적당 두께별 건조효율을 실험한 결과는 건조장치 단위면적당 두께가 2cm인 경우가 1cm와 3 cm인 경우가 한계건조에 도달하는 증발시간이 짧게 나타났다.

The objective of this research is to evaluate the optimum recycling methods for the sewage sludge cakes at different microwave power-settings and for different periods of time. The dehydrated sewage sludge cakes used in this study was obtained from N wastewater treatment plan in the P City. The beginning drying processes were carried out in a microwave oven with 2,450 MHz frequency and power ranges of 1kW to 4 kW. The continuous conveyer drying system was also operated with 2,450 MHz frequency and power setting, ranging from of 1 kW to 6 kW. Initial moisture content of the sewage cake is 78~80%, and the moisture content decreased rapidly up to 0.2~2(wt%) within short periods due to breaking the cell walls. This study is also conducted to evaluate the characteristics of sewage sludge cakes with respect to important physical parameters effect on the thermal kinetics for evaporation water in the sludge which are operation times, moisture contents, drying rates, input amounts, flow rates and calorific values. It takes 60 minutes and 120 minutes to reach the critical moisture contents with power setting of 4 kW for 3kg/min and 6kg/min of the flow rates respectively. It takes 120 minutes and 110 minutes to reach the critical moisture contents with flow rates of 2.5 cm/min and sludge input of 6kg/min for the power settings of 4 kW and 6 kW respectively. The most effective value of the power for drying the sludge is 4 kW. Operation with 6kg/min and 4kW on 2cm of the sludge thickness can be effectively and inexpensively to reach the critical moisture contents, when you compare 2cm of the sludge thickness with 1cm and 3cm of the sludge thickness.