• 유기물자원화
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• 제25권1호
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• pp.35-45
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• 2017

본 연구는 하수슬러지의 혐기소화 효율 향상을 위하여 유기물 가용화를 위한 수열탄화 최적 온도조건을 규명하고자 170, 180, 190, 200, 210, $220^{\circ}C$의 수열탄화 반응에서 생성된 수열탄화액의 메탄퍼텐셜을 분석하였으며, 병열 1차 반응식(Parallel first order kinetics model)을 적용하여 수열탄화액의 유기물을 이분해성, 분해저항성, 난분해성 유기물로 분획하여 유기물의 구성 특성을 추정하였다. 하수슬러지의 누적 메탄생산곡선은 회분식 혐기반응기 운전 후기까지 지속적으로 증가하는 양상을 보였으며 병열 1차 반응식을 적용하여 합리적인 최종메탄퍼텐셜($B_u$)의 분석이 가능하였다. 하수슬러지 수열탄화액의 최종 메탄퍼텐셜은 수열탄화온도가 170, 180, 190, 200, 210, $220^{\circ}C$로 증가함에 따라 각각 0.39, 0.39, 0.40, 0.44, 0.45, $0.46Nm^3/kg-VS_{added}$로 증가하였으며, 수열탄화 반응온도의 상승은 하수슬러지의 유기물을 가용화 시켜 생분해성 유기물($VS_B$)의 함량을 증가시키는 것으로 나타났다. 이분해성 유기물($VS_e$) 함량은 수열탄화 반응온도 $200{\sim}210^{\circ}C$에서 가장 높게 나타나 하수슬러지의 유기물 가용화를 위한 최적 수열탄화 반응온도는 $200{\sim}210^{\circ}C$의 범위로 나타났다. 또한 수열탄화 반응으로 얻어지는 하수슬러지 수열탄화액에서 생분해성 유기물($VS_B$)과 이분해성 유기물($VS_e$)의 양은 수열탄화 반응온도 $200^{\circ}C$에서 가장 높게 나타나 $200^{\circ}C$의 수열탄화 반응온도가 하수슬러지의 가용화에 최적 온도조건으로 판단되었다.

• 청정기술
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• 제15권3호
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• pp.154-164
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• 2009

2007년을 기준으로 울산에 위치한 사업장으로부터 발생된 유기성 폐수슬러지의 94%가 해양처분되었다. 유기성 슬러지의 해양처분은 2012년에는 완전 금지될 예정이다. 그러나 아직까지 울산에 위치한 사업장으로 부터의 유기성 슬러지는 소각 이외에 다른 대안이 없는 실정이며, 현재 울산석유화학산업단지의 사업장들은 슬러지의 육상처리 및 처분기술의 확보가 매우 중요한 과제이다. 본 연구에서는 울산의 석유화학사업장 슬러지와 하수처리 슬러지를 연료로 활용하기 위해 건조슬러지와 탄화슬러지의 재료적 측면에 대한 평가를 실시하였다. 연구결과 저위발열량 3,000 kcal/kg이상을 초과하는 테레프탈산, BTX, 프로필렌, 화학섬유 등을 생산하는 사업장으로부터의 건조슬러지와 탄화슬러지는 연료로서의 가능성이 높지만 건조할 경우 2,100 kcal/kg 이하, 탄화할 경우 1,100 kcal/kg 이하인 좀 더 무기성분이 많은 펄프, 제지, 메틸아민, 아마이드 등을 생산하는 사업장의 폐수슬러지는 연료로서의 가치가 적은 것으로 나타났다. 연구결과 대부분의 슬러지들이 에너지 측면에 있어서 탄화보다는 건조가 더 좋은 결과를 보여주었다.

• 대한화학회지
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• 제61권5호
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• pp.238-243
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• 2017

본 연구에서, 400도에서 탄화시킨 정수 슬러지를 수중의 납과 카드뮴의 제거를 위한 흡착제로서 시험하였다. 탄화된 슬러지는 열중량 분석, 주사 전자 현미경, X-선 형광분광기, 표면적 분석에 의해 특성화 하였다. 탄화 슬러지는 정수 슬러지 자체보다도 대단히 높은 비표면적과 총 세공부피를 나타내었다. 회분식 흡착 과정에서 탄화 슬러지는 카드뮴보다는 납에 대하여 더 나은 흡착성능을 보였으며, 실험에서 행한 농도에서 90~98%의 흡착 능력을 달성하였다. 흡착의 평형 데이터는 Freundlich와 Langmuir와 흡착등온선 모델을 이용하여 평가하였고, Freundlich와 Langmuir 흡착 등온선 둘 다 0.95보다 큰 상관계수($R^2$) 값을 나타내었다. 연구의 결과들은 열처리 된 탄화 정수 슬러지가 수중으로부터 납과 카드뮴을 제거하는데 효율적인 흡착제로 사용될 수 있다는 것을 보였다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권6호
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• pp.60-65
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• 2022

본 논문에서는 반도체용 실리콘 기판 가공 과정에서 발생한 슬러지 재활용을 위해 탄화 반응에 의한 탄화규소(SiC) 분말 합성 공정을 적용한 결과를 제시하고자 한다. 입수한 슬러지는 실리콘 기판을 탄화규소 연마재를 사용하여 가공하는 과정에서 발생하므로 실리콘과 탄화규소가 혼합된 형태였으며 가공 설비로부터 발생한 철 불순물이 포함되어 있었다. 슬러지는 절삭유가 포함되어 있어 점성이 있는 유체 형태였으며 대기 건조를 통해 분말 형태로 변화된 후 산 세정을 통한 철 성분 제거 및 탄화에 의한 탄화규소 분말 합성 과정을 거치게 된다. 슬러지에 포함된 실리콘과 탄화규소의 비율에 따라 탄화 반응에 필요한 탄소량이 달랐으며 탄화규소의 함량이 커질수록 탄소 부족 현상으로 인해 비화학량론적 탄화물(SiC_x, x<1) 형성이 촉진되어 순수한 탄화규소 합성이 이루어지지 않는 것을 확인하였다. 이러한 비화학량론적 탄화물은 잉여 탄소 추가와 고에너지 밀링에 의한 탄화 반응성 증가를 통해 제거할 수 있었으며 결과적으로 산 세정과 밀링 과정에 의해 슬러지로부터 순수한 탄화규소 분말 합성이 가능함을 확인할 수 있었다.

• 유기물자원화
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• 제31권2호
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• pp.53-61
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• 2023

하수슬러지의 대부분은 생물학적 처리에 의한 미생물에 의해 분해 가능한 유기물질을 다량 함유하고 있는 유기성 폐기물이다. 기존의 하수슬러지 처리방법으로는 건조, 소각, 반탄화 그리고 탄화 등의 기술을 이용하여 감량화 및 연료화를 진행하고 있다. 그러나, 건조를 기반으로 하여 539kcal/kg의 잠열이 소비됨으로 에너지 소비가 높은 단점이 지적되고 있다. 따라서 본 연구에서는 열화학적 처리인 수열탄화(HTC)를 통해 고형연료를 생산하고자 한다. 고형연료의 가치를 평가하기 위하여 탄화도 및 연료비의 특성을 분석하였다. 그 결과 수열탄화 반응온도가 증가할수록 탄화도의 상승으로 저위발열량도 약 500kcal/kg 상승하였다. H/C, O/C, Ratio는 1.78, 0.46에서 1.57, 0.32로 감소하는 경향을 보였다. 건조슬러지의 가연분(고정탄소+휘발분) 대비 회분(Ash)의 비율이 0.25 이상으로 나타날 경우는 수열탄화를 진행하여도 탄화도 및 발열량의 증가되지 않는다는 것을 도출하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권2호
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• pp.230-236
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• 2009

국내 하수슬러지는 2012년부터 런던협약에 의해 해양투기가 금지될 예정에 있어 이에 대한 처리방법이 절실한 실정이다. 본 연구에서는 하수슬러지 케익을 재활용하기 위한 방법으로 탄화공정을 이용하여 탄화물 제조 및 에너지 특성에 대한 검토를 실시하였다. 하수슬러지 케익의 기초적 특성과 조성에 의하면, 하수슬러지 케익에는 27%의 인산염이 포함되어 있으며 이는 환원제로서 유해물질 처리에 이용될 수 있다. 하수슬러지 케익의 발열량을 파악한 결과, 저위발열량은 38.7 kcal/kg으로 하수슬러지 케익을 탄화하지 않고 직접 에너지원으로 사용하는 것은 바람직하지 않다. 하수슬러지 케익의 탄화공정에서 최적 탄화온도와 최적 탄화시간은 $250^{\circ}C$와 15분으로 설정되었다. 이 조건에서의 탄화물의 발열량은 비교적 낮아 하수슬러지 케익 탄화물 자체는 신재생 에너지원으로의 가능성은 크지 않다고 판단되나 인산염이 27% 정도가 포함되어 있어 다른 유기성 폐기물과 혼합하여 탄화하는 것이 적합하다고 판단되었다.

• 공업화학
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• 제25권5호
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• pp.510-514
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• 2014

본 연구에서는 고형연료로써의 에너지 잠재성을 평가하기 위하여 하수슬러지의 기본특성에 대한 반탄화의 영향을 고찰하였으며, 이를 위하여 $150{\sim}600^{\circ}C$의 온도조건에서 하수슬러지의 반탄화 실험을 수행하였다. 반탄화된 하수슬러지는 에너지 수율, 회분, 가연분 및 고위발열량에 의하여 분석되었으며, 반탄화 과정에서 발생되는 가스성분 또한 분석하였다. 또한 본 연구에서는 하수슬러지의 반탄화 반응에 대한 속도론적 해석을 위하여 열중량 분석을 수행하였다. 본 연구로부터 반탄화 온도가 증가함에 따라 회분함량은 증가하는 반면에 에너지 수율, 고위발열량 및 가연분은 감소하는 것으로 나타났으며, 또한 $300^{\circ}C$에서 하수슬러지 내에 함유된 가연성 성분의 열분해로 인하여 일산화탄소 및 탄화수소 가스가 발생하기 시작함을 확인할 수 있었다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제4권4호
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• pp.425-430
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• 2016

산업의 급격한 발달과 함께 사회 또한 급격한 발달을 이루면서 전 세계는 편리한 생활을 이룰 수 있게 되었다. 하지만 이러한 산업의 발달의 이면에는 환경오염으로 인한 지구온난화와 산업부산물 대량 발생 등의 문제가 발생하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 건축분야에서 $CO_2$ 배출 비율이 높은 시멘트의 사용량을 줄이고자 산업부산물인 고로슬래그와 순환 유동층 연소 플라이애시를 사용하였으며, 국내 염색공단에서 배출되고 있는 20만 톤 이상의 슬러지를 재활용하는 방안을 검토하기 위해 염색슬러지 탄화물을 활용한 무시멘트 경화체의 특성에 대한 기초자료를 제시하고자 하였다. 그 결과, 염색슬러지 탄화물의 치환율이 증가함에 따라 공기량은 증가하였고 플로어는 증가하였다. 또한 염색슬러지 탄화물 치환율이 증가함에 따라 휨강도 및 압축강도는 감소하는 경향을 보였다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권7호
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• pp.746-751
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• 2006

본 연구에서는 유동층 반응기에서 하수슬러지의 반응온도, 함수율, 입자크기, 가스유속에 따른 건조 및 탄화에 의한 열중량 변화를 관찰하였고 고정층 반응기에서의 결과와 비교하였다. 그 결과, 하수슬러지의 건조시 유동층을 이용한 건조는 고정층의 경우보다 약 6배 건조효율이 증가하였고, 탄화시 유동층을 이용한 경우가 고정층보다 약 4배 빠른 것으로 나타났으며, 슬러지는 약 10분 이내에 유동층 탄화가 완료되는 것으로 판단되었다. 또한, 탄화온도가 증가할수록 탄화물의 양은 감소되나, 873K 이상에서는 탄화물의 양이 유사하였으며, 유속이 증가함에 따라 잔류고형물이 감소하므로 하수슬러지는 873K 유동층 탄화시 유동화 유속범위내에서 저속 유동을 유지하는 것이 효율적인 것으로 판단되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권2호
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• pp.45-49
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• 2019

본 연구에서는, 탄소성분으로서 탄화왕겨, 제지슬러지, 커피찌꺼기와 실리카 분말로부터, 비교적 미세한 탄화규소 결정질 응집체를 합성하였다. 탄소성분들과 실리카의 혼합물로부터 탄화규소 응집체를 얻기 위한 주요 반응물질은 열탄화환원 반응에 의해 생성된 일산화규소 기체로 추정되었다. 탄화왕겨, 제지슬러지, 커피찌꺼기와 실리카 분말의 혼합물로부터 열탄화환원반응법을 거쳐 생성된 탄화규소 결정질 응집체들에 대한 XRD 회절패턴으로부터 결정상을 분석하였고, FE-SEM과 FE-TEM을 통한 미세구조, 결정구조 분석이 이루어졌다. 탄화왕겨, 제지슬러지, 그리고 실리카 분말의 시료의 경우, XRD 분석에서는 $35^{\circ}$ 부근의 (111) peak은 비교적 높은 강도를 나타내었다. 탄화왕겨, 제지슬러지, 커피찌꺼기와 실리카 분말의 혼합물로부터 합성된 시료들에 대해 FE-SEM 관찰을 통하여 $1{\mu}m$ 이하의 미세입자들을 관찰하였으며, TEM 측정 결과에서는 탄화규소 결정질상의 (110) 회절패턴들을 확인하였다.