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환경기술개발사업 최종보고서·초록

제출문

보고서 초록

요약문

목차

제1장 서론 26

제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 26

1. 기술적 측면 26

2. 경제적 측면 27

제2절 연구개발의 국내외 현황 29

1. 국외수준 29

2. 국내수준 32

3. 국내·외 연구현황 34

제3절 연구개발대상 기술의 차별성 37

1. 기술의 차별성 37

2. 기술의 경제성 평가 40

3. 기술의 우수성 평가 43

제2장 연구개발의 목표 및 내용 45

제1절 연구의 최종목표 45

제2절 단계별 연구개발의 목표 및 내용 45

제3절 연구개발의 추진전략·체계 및 연구수행 방법 46

1. 연구개발의 추진전략 46

2. 연차별 추진체계 47

제3장 연구개발 결과 및 활용계획 49

제1절 슬러지 전처리 기술연구 49

1. 전기침투탈수기를 이용한 슬러지 전처리 기술연구 49

제2절 슬러지 후처리 기술연구 61

1. 악취제어 기술연구 61

2. 폐수처리 기술연구 121

제3절 슬러지 연료탄 생산공정 개발 143

1. 고효율 건조 연료화 기술 기초연구(Lab. scale) 143

2. 소규모 고효율 건조장치 실험(1.8톤/일) 145

3. 슬러지 연료화 공정 Pilot plant(10톤/일) 기본설계 및 건설 147

4. Pilot plant(10톤/일) 시운전 및 운전조건 확립 175

5. Pilot plant(10톤/일) 평가 206

6. 실증플랜트 표준화 설계결과 244

제4절 하수슬러지 고형연료탄 특성 및 활용성 평가 246

1. 고형연료탄 Data-Base화 246

2. 연료성능 향상 기초실험 261

3. 고형연료탄 품질 규격화 방안 연구 265

4. 고형연료탄 활용성 평가 274

제5절 환경기술 검증 결과 308

1. 평가개요 308

2. 평가결과 308

3. 평가결과 종합 338

제6절 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조장치 운전자료 339

1. 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조공정 개선 339

2. 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조공정 운전 결과 343

제7절 연구결과 요약 345

제8절 목표 달성도 및 관련분야의 기여도 347

제9절 연도별 연구성과 350

제10절 관련분야의 기술발전 기여도 364

제11절 연구개발결과의 활용계획 366

제4장 참고문헌 367

부록 369

환경기술 인증서 및 검증서 370

악취 측정방법 401

신기술 검증방법 406

수원시 슬러지 고정상(2차) 건조공정 및 운전자료 422

〈표 1.1.1〉 슬러지 발생량(2010년도) 26

〈표 1.1.2〉 2011년 기준 슬러지 처리설비 확충계획 26

〈표 1.1.3〉 유기성 슬러지 처리 예산계획 28

〈표 1.2.1〉 외국의 상업화된 대표적인 건조기술의 장단점 31

〈표 1.2.2〉 국내 상업화된 슬러지 처분 및 재이용 기술 32

〈표 1.2.3〉 외국의 기술을 도입한 사례 33

〈표 1.2.4〉 국내 바이오에너지 관련 정책업무 34

〈표 1.2.5〉 국내연구현황 35

〈표 1.2.6〉 세계 주요국가의 바이오에너지 정책 36

〈표 1.3.1〉 고정상 건조공정과 기존 기술 비교 38

〈표 1.3.2〉 건조물 형태에 다른 제품비교 40

〈표 1.3.3〉 처리방법별 경제성 비교 41

〈표 1.3.4〉 관련기술 보유현황 44

〈표 3.1.1〉 탈수슬러지 함수율 측정결과 53

〈표 3.1.2〉 탈리액 수질분석 결과 53

〈표 3.1.3〉 탈수슬러지 공업분석 결과 54

〈표 3.1.4〉 탈수슬러지 발열량 결과 54

〈표 3.1.5〉 탈수슬러지 원소분석 분석결과 54

〈표 3.1.6〉 탈수슬러지 중금속 분석 결과 55

〈표 3.1.7〉 탈수기 별 종류와 특징 비교 57

〈표 3.1.8〉 함수율에 따른 시스템 구성 58

〈표 3.1.9〉 슬러지 탈수기 타입별 비용 비교(해양투기 기준) 59

〈표 3.1.10〉 슬러지 탈수기 타입별 비용 비교(건조 기준) 60

〈표 3.2.1〉 지정악취물질 및 규제농도 62

〈표 3.2.2〉 물리화학적 악취처리방법 63

〈표 3.2.3〉 물리화학적 및 생물학적 방법의 특징 65

〈표 3.2.4〉 탈취장치의 종류와 개요 67

〈표 3.2.5〉 세정제의 종류 및 대상가스 68

〈표 3.2.6〉 악취물질과 약액의 반응관계 69

〈표 3.2.7〉 활성탄의 악취 성분별 흡착효과 70

〈표 3.2.8〉 생물학적 악취제거방법의 분류 70

〈표 3.2.9〉 Biofilter에 의한 처리효과 71

〈표 3.2.10〉 악취물질별 탈취 방법 72

〈표 3.2.11〉 Standard material used in this analysis 73

〈표 3.2.12〉 규제대상 악취물질 허용기준분석방법(공정시험법) 76

〈표 3.2.13〉 악취물질 최소 감지 값(Minimum threshold value) 77

〈표 3.2.14〉 지정 및 기타 악취물질 측정 결과(건조/응축장치 후단) 81

〈표 3.2.15〉 VOCs 측정 결과(건조/응축장치 후단) 83

〈표 3.2.16〉 지정 및 기타 악취물질 측정결과(건조전후 시료 및 배경) 84

〈표 3.2.17〉 VOCs 농도(건조전후 시료 및 배경) 86

〈표 3.2.18〉 지정 및 기타 악취물질 측정 결과 89

〈표 3.2.19〉 악취 강도 및 악취 기여율 90

〈표 3.2.20〉 제어 기술별 제거효율 92

〈표 3.2.21〉 약액세정 전/후 악취기여도 변화 93

〈표 3.2.22〉 Conditions of GC-MS/FID 95

〈표 3.2.23〉 악취물질 측정 결과 96

〈표 3.2.24〉 악취제어설비 기본설계인자 98

〈표 3.2.25〉 약액세정설비(Wet scrubber) 전/후 측정결과 98

〈표 3.2.26〉 악취 강도 및 기여율 99

〈표 3.2.27〉 약액세정설비 전/후단 측정결과 100

〈표 3.2.28〉 Pilot plant(10톤/일) 배경농도 101

〈표 3.2.29〉 설계사양 102

〈표 3.2.30〉 설비 구성 103

〈표 3.2.31〉 설비 특징 103

〈표 3.2.32〉 복합악취 분석결과 106

〈표 3.2.33〉 악취물질 분석결과 107

〈표 3.2.34〉 탄화수소류 분석결과 111

〈표 3.2.35〉 아민류 분석결과 113

〈표 3.2.36〉 카르보닐화합물류 분석결과 115

〈표 3.2.37〉 약액 A제품 물성표 119

〈표 3.2.38〉 약액 A 실험결과 120

〈표 3.2.39〉 약액 B 제품 물성표 120

〈표 3.2.40〉 약액 B 실험결과 121

〈표 3.2.41〉 SBR공법별 특성 분류 123

〈표 3.2.42〉 MBR공정의 특징 124

〈표 3.2.43〉 막공정 공법의 기술개발 현황 125

〈표 3.2.44〉 유동층 담체 이용 고도처리의 기능 및 역할 126

〈표 3.2.45〉 항목별 배출기준(BOD, COD, SS) 127

〈표 3.2.46〉 항목별 배출허용기준(기타물질) 128

〈표 3.2.47〉 응축수 분석결과 131

〈표 3.2.48〉 응축수 중금속 분석결과 132

〈표 3.2.49〉 응축수 음이온 133

〈표 3.2.50〉 탈리액 수질분석 결과 133

〈표 3.2.51〉 폐수 발생량 및 농도 134

〈표 3.2.52〉 응축수 COD, SS 등 농도 분석 136

〈표 3.2.53〉 응축수 중금속 농도 분석 136

〈표 3.2.54〉 응축수 음이온 농도 분석 137

〈표 3.2.55〉 운전조건 138

〈표 3.2.56〉 처리시간에 따른 성상분석 결과 139

〈표 3.2.57〉 배출허용기준항목 실험결과 141

〈표 3.2.58〉 질산성/아질산성 질소 및 양/음이온 분석 결과 142

〈표 3.3.1〉 실험일시 및 실험장치의 특징 144

〈표 3.3.2〉 Lab. scale 고효율 건조 연료화 실험 조건 144

〈표 3.3.3〉 고효율 건조 연료화 실험 결과 145

〈표 3.3.4〉 소규모 고효율 건조장치(1.8톤/일) 실험결과 147

〈표 3.3.5〉 대상물질 및 최종생성물의 설계기준 150

〈표 3.3.6〉 연료화 시설의 주요기기장치 사양 158

〈표 3.3.7〉 수전설비 설계기준 159

〈표 3.3.8〉 연료화 시설의 주요 전기기기 사양 160

〈표 3.3.9〉 계장설비 기본계획 161

〈표 3.3.10〉 주요 계측기기 리스트 163

〈표 3.3.11〉 건조물 순환호퍼의 이송량 측정 177

〈표 3.3.12〉 건조장치 R/V 이송량 177

〈표 3.3.13〉 슬러지 연료화 Pilot plant(10톤/일) Test 결과 178

〈표 3.3.14〉 슬러지 투입현황(1차) 179

〈표 3.3.15〉 유틸리티 사용량 현황(1차) 179

〈표 3.3.16〉 운전결과(1차) 180

〈표 3.3.17〉 슬러지 투입 현황(2차) 182

〈표 3.3.18〉 유틸리티 사용량 현황(2차) 182

〈표 3.3.19〉 운전결과(2차) 183

〈표 3.3.20〉 슬러지 투입현황(3차) 184

〈표 3.3.21〉 유틸리티 사용량 현황(3차) 185

〈표 3.3.22〉 운전결과(3차) 185

〈표 3.3.23〉 바이오가스 Pilot plant의 개요 및 특징 197

〈표 3.3.24〉 혼소 설비의 구성 200

〈표 3.3.25〉 바이오가스 혼합설비 시운전 내용 204

〈표 3.3.26〉 항목별 세부 평가항목 206

〈표 3.3.27〉 처리용량 평가항목 207

〈표 3.3.28〉 건조물 평가항목 207

〈표 3.3.29〉 경제성 평가항목 208

〈표 3.3.30〉 환경성 평가항목 208

〈표 3.3.31〉 성능평가 항목 209

〈표 3.3.32〉 건조장치 효율평가(응축방식별) 221

〈표 3.3.33〉 투입슬러지 공업분석 및 발열량 분석 222

〈표 3.3.34〉 슬러지 연료탄 공업분석 및 발열량 분석 223

〈표 3.3.35〉 슬러지 연료탄 원소분석 및 중금속 용출시험 223

〈표 3.3.36〉 슬러지 연료탄 중금속 함량 분석 224

〈표 3.3.37〉 건조공정 위치별 시료분석 225

〈표 3.3.38〉 입도분석 결과 225

〈표 3.3.39〉 공정 부분별 배가스 측정 결과 226

〈표 3.3.40〉 악취분석 결과(부지경계선) 227

〈표 3.3.41〉 악취 분석 결과(배출구) 228

〈표 3.3.42〉 응축수 분석 (일반항목) 229

〈표 3.3.43〉 응축수 분석(이온) 229

〈표 3.3.44〉 배출수 분석(일반항목) 229

〈표 3.3.45〉 배출수 분석(이온) 229

〈표 3.3.46〉 건조공정 폐수 분석결과 230

〈표 3.3.47〉 소음/진동 평가결과 231

〈표 3.3.48〉 슬러지 건조공정 평가 232

〈표 3.3.49〉 건조공정 단위 성능 평가 233

〈표 3.3.50〉 설비 안정성 평가 235

〈표 3.3.51〉 기계장치 안정성 235

〈표 3.3.52〉 전기장치 안정성 236

〈표 3.3.53〉 시설비(10톤/일 기준) 237

〈표 3.3.54〉 세부 공사비 내역 237

〈표 3.3.55〉 유지 관리비 238

〈표 3.3.56〉 인건비 238

〈표 3.3.57〉 전기비 238

〈표 3.3.58〉 용량별 시설 투자비 239

〈표 3.3.59〉 용량별 처리단가 239

〈표 3.3.60〉 건조장치 경제성 비교 240

〈표 3.3.61〉 설비 내식성 및 내구성 242

〈표 3.4.1〉 하수슬러지와 고형연료탄의 공업분석 252

〈표 3.4.2〉 하수슬러지와 고형연료탄의 원소분석 253

〈표 3.4.3〉 하수슬러지와 고형연료탄 중금속함량(1/2) 256

〈표 3.4.4〉 투입하수슬러지와 고형연료탄 중금속함량(2/2) 257

〈표 3.4.5〉 하수슬러지와 고형연료탄의 용출수 분석 259

〈표 3.4.6〉 고형연료탄의 입도분석 260

〈표 3.4.7〉 음폐수 슬러지의 공업분석 262

〈표 3.4.8〉 음폐수 슬러지의 원소분석, 발열량 분석 263

〈표 3.4.9〉 음폐수 슬러지 중금속 함량 264

〈표 3.4.10〉 음폐수 슬러지 용출액의 중금속 분석 265

〈표 3.4.11〉 건조온도에 대한 하수슬러지의 공업분석 및 발열량 269

〈표 3.4.12〉 석탄 및 고형연료탄의 물성치 274

〈표 3.4.13〉 슬러지 연료탄의 제품기준 적합성 275

〈표 3.4.14〉 석탄 및 고형연료탄의 물성치 275

〈표 3.4.15〉 고형연료탄 원료의 물성치 276

〈표 3.4.16〉 혼합시료 및 잔재물의 공업분석 277

〈표 3.4.17〉 혼합시료와 잔재물의 원소분석 및 발열량 분석 278

〈표 3.4.18〉 혼합시료 및 잔재물의 중금속 함량 282

〈표 3.4.19〉 고형연료탄 및 잔재물의 용출액 중금속 농도 283

〈표 3.4.20〉 고형연료탄과 잔재물의 XRF분석 285

〈표 3.4.21〉 혼합시료의 XRF분석 286

〈표 3.4.22〉 측정 장비 사양 288

〈표 3.4.23〉 화력발전소 상용시설의 혼소유무에 따른 배출가스 농도 289

〈표 3.4.24〉 측정방법 291

〈표 3.4.25〉 G/C 및 작동조건 292

〈표 3.4.26〉 MS 및 분석조건 292

〈표 3.4.27〉 화력발전소 혼소에 따른 PCDDs/PCDFs 배출 농도 293

〈표 3.4.28〉 혼소 전후 수은화합물 측정 결과 295

〈표 3.4.29〉 투입연료 중 수은 함량 296

〈표 3.4.30〉 화력발전소등 연료로 공급하는 경우의 가격조건 298

〈표 3.4.31〉 시멘트 생산시설등 원료로 공급하는 경우의 가격조건 298

〈표 3.4.32〉 고형연료 제품 규정에 따른 RPF와 복합고형연료 주요 기준 비교 299

〈표 3.4.33〉 고형연료탄의 물성치 301

〈표 3.4.34〉 고형연료탄의 중금속함량 301

〈표 3.4.35〉 자연발화온도 실험조건 304

〈표 3.4.36〉 건조물 형태에 따른 비교표 307

〈표 3.5.1〉 환경기술 평가일정 308

〈표 3.5.2〉 하수슬러지 공업분석결과 310

〈표 3.5.3〉 하수슬러지 발열량 및 원소분석결과 311

〈표 3.5.4〉 평가대상시설 처리용량 312

〈표 3.5.5〉 열원공정 스팀공급량 및 운전온도 313

〈표 3.5.6〉 건조공정 운전온도 314

〈표 3.5.7〉 응축공정 운전온도 315

〈표 3.5.8〉 여과집진기 유입온도 316

〈표 3.5.9〉 공정별 하수슬러지 함수율(외부분석) 317

〈표 3.5.10〉 공정별 하수슬러지 함수율(자체분석) 318

〈표 3.5.11〉 최종 건조하수슬러지 입도분포 결과 320

〈표 3.5.12〉 에너지 효율 평가결과 322

〈표 3.5.13〉 하수슬러지 공업분석, 발열량, 원소분석 결과 323

〈표 3.5.14〉 하수슬러지 중금속함량 분석결과 324

〈표 3.5.15〉 하수슬러지 유해물질 용출 시험분석결과 325

〈표 3.5.16〉 배출가스 분석결과 325

〈표 3.5.17〉 지정악취 측정결과 326

〈표 3.5.18〉 복합악취 측정결과 327

〈표 3.5.19〉 비산먼지 측정결과 327

〈표 3.5.20〉 소음(낮) 측정결과 327

〈표 3.5.21〉 소음(저녁) 측정결과 328

〈표 3.5.22〉 소음(밤) 측정결과 328

〈표 3.5.23〉 진동(낮) 측정결과 328

〈표 3.5.24〉 진동(밤) 측정결과 328

〈표 3.5.25〉 응축수 수질분석결과 329

〈표 3.5.26〉 전력 사용량 원단위 산출결과 331

〈표 3.5.27〉 LNG 사용량 원단위 산출결과 332

〈표 3.5.28〉 투입 하수슬러지 기준 에너지화 효율 평가 333

〈표 3.5.29〉 총에너지화 효율 평가결과 334

〈표 3.5.30〉 순에너지화 효율 평가결과 335

〈표 3.5.31〉 황산 사용량 335

〈표 3.5.32〉 규조토 사용량 335

〈표 3.5.33〉 슬러지 물질수지 336

〈표 3.5.34〉 열풍 물질수지 337

〈표 3.6.1〉 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조공정 비교 341

〈표 3.6.2〉 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조공정 개선 전/후 특징 342

〈그림 1.1.1〉 2011년 기준 슬러지 재활용 계획의 구성 27

〈그림 1.3.1〉 슬러지 건조공정 자동운전 시스템 43

〈그림 1.3.2〉 슬러지 건조공정 원격 운전 시스템 43

〈그림 3.1.1〉 전기탈수기의 원리 49

〈그림 3.1.2〉 슬러지 입자층 내 수분제거 원리 50

〈그림 3.1.3〉 SELO type 전기침투 탈수기의 구조 51

〈그림 3.1.4〉 BELO type 전기탈수기의 구조 51

〈그림 3.1.5〉 전기탈수기 실험 과정 52

〈그림 3.1.6〉 전처리 시설로서의 전기탈수기의 활용 58

〈그림 3.2.1〉 악취제어기술의 분류 66

〈그림 3.2.2〉 Pilot plant의 최적적용기술 72

〈그림 3.2.3〉 사업화시 최적적용기술 72

〈그림 3.2.4〉 UV spectrophotometer 74

〈그림 3.2.5〉 Gas Chromatograph / Mass Spectrometer 74

〈그림 3.2.6〉 HPLC/UV 75

〈그림 3.2.7〉 Lab. Scale 고정 상식 건조장치 79

〈그림 3.2.8〉 건조장치 후단 샘플채취 80

〈그림 3.2.9〉 응축장치 후단 샘플채취 80

〈그림 3.2.10〉 시료채취 87

〈그림 3.2.11〉 악취샘플 채취지점(소규모 고효율 건조장치(1.8톤/일)) 88

〈그림 3.2.12〉 1차 분석 악취 기여율 91

〈그림 3.2.13〉 2차 분석 악취 기여율 91

〈그림 3.2.14〉 제어 기술별 제거효율 92

〈그림 3.2.15〉 시료채취 94

〈그림 3.2.16〉 시료채취 지점 95

〈그림 3.2.17〉 HDC Scrubber의 구성 102

〈그림 3.2.18〉 악취처리시설 평면도 103

〈그림 3.2.19〉 악취처리시설 공정도 104

〈그림 3.2.20〉 악취처리시설 배치도 104

〈그림 3.2.21〉 샘플링 사진 105

〈그림 3.2.22〉 측정 위치 105

〈그림 3.2.23〉 복합악취 측정결과 107

〈그림 3.2.24〉 암모니아 측정결과 108

〈그림 3.2.25〉 황화수소 측정결과 108

〈그림 3.2.26〉 메틸메르캅탄 측정결과 109

〈그림 3.2.27〉 황화메틸 측정결과 109

〈그림 3.2.28〉 이황화메틸 측정결과 110

〈그림 3.2.29〉 스타이렌 측정결과 112

〈그림 3.2.30〉 톨루엔 측정결과 112

〈그림 3.2.31〉 자일렌 측정결과 113

〈그림 3.2.32〉 트리메틸아민 측정결과 114

〈그림 3.2.33〉 아세트알데하이드 측정결과 116

〈그림 3.2.34〉 프로피온알데하이드 측정결과 117

〈그림 3.2.35〉 n-발레르알데하이드 측정결과 117

〈그림 3.2.36〉 약액 A 실험 결과 119

〈그림 3.2.37〉 폐수처리기술 분류 122

〈그림 3.2.38〉 Pilot plant의 최적적용기술 127

〈그림 3.2.39〉 사업화시 최적적용기술 127

〈그림 3.2.40〉 DR 4000 자외선 분광계 129

〈그림 3.2.41〉 ICP-OES 감응결합전장질량스펙트럼 129

〈그림 3.2.42〉 IC(DX-500) 130

〈그림 3.2.43〉 응축수 샘플 채취(직접식) 131

〈그림 3.2.44〉 응축수 샘플채취(간접식) 131

〈그림 3.2.45〉 응축장치 및 응축수 샘플채취 135

〈그림 3.2.46〉 응축수 샘플채취 지점 136

〈그림 3.2.47〉 장치의 구성 137

〈그림 3.2.48〉 간이 수질검사 Pack 138

〈그림 3.2.49〉 T-N 측정기 138

〈그림 3.2.50〉 Ion-chromatograph 138

〈그림 3.2.51〉 응축수 샘플 채취 140

〈그림 3.3.1〉 아크릴 실험장치(Lab. scale) 사진 143

〈그림 3.3.2〉 고효율 건조장치 실험 144

〈그림 3.3.3〉 소규모 고효율 건조장치(1.8톤/일) 146

〈그림 3.3.4〉 소규모 고효율 건조장치(1.8톤/일) 설비구성 146

〈그림 3.3.5〉 유기성슬러지 연료화 시스템 공정도 148

〈그림 3.3.6〉 동력분전반 단선 결선도 159

〈그림 3.3.7〉 DC 전원 단선 결선도 160

〈그림 3.3.8〉 감시제어 구성도 162

〈그림 3.3.9〉 전기 판넬 조립도 163

〈그림 3.3.10〉 연료화 시설의 열 및 물질 밸런스 수지도 164

〈그림 3.3.11〉 전체 공정 P&ID 165

〈그림 3.3.12〉 순환 공정 P&ID 165

〈그림 3.3.13〉 고효율 건조공정 P&ID 166

〈그림 3.3.14〉 1층 평면도 167

〈그림 3.3.15〉 2층 평면도 167

〈그림 3.3.16〉 3층 평면도 168

〈그림 3.3.17〉 4층 평면도 168

〈그림 3.3.18〉 5층 평면도 169

〈그림 3.3.19〉 기계배치 단면도(B) 169

〈그림 3.3.20〉 기계배치 단면도(C) 170

〈그림 3.3.21〉 Pilot plant 기초도면 170

〈그림 3.3.22〉 Pilot plant(10톤/일) 건설 일정표 171

〈그림 3.3.23〉 Pilot plant(10톤/일) 토목공사(철근)('10.3.4) 172

〈그림 3.3.24〉 Pilot plant(10톤/일) 기초 레벨작업('10.3.10) 172

〈그림 3.3.25〉 Pilot plant(10톤/일) 혼합장치('10.4.3) 173

〈그림 3.3.26〉 Pilot plant(10톤/일) 고효율 건조장치('10.4.3) 173

〈그림 3.3.27〉 Pilot plant(10톤/일) 철골제작('10.4.11) 174

〈그림 3.3.28〉 Pilot plant(10톤/일) 철골 설치 작업('10.4.30) 174

〈그림 3.3.29〉 Pilot plant(10톤/일) 주요장치 설치 작업('10.4.30) 175

〈그림 3.3.30〉 Pilot plant(10톤/일) 생산시설('10.5.30) 175

〈그림 3.3.31〉 고효율 건조장치 176

〈그림 3.3.32〉 슬러지 투입 그래프(1차 : '11.2.17일 19:00 ~ 18일 02:30) 180

〈그림 3.3.33〉 슬러지 투입 그래프(2차 : '11.2.18일 02:30 ~ 18일 07:30) 181

〈그림 3.3.34〉 LNG 사용 그래프('11.2.17일 19:30 ~ 18일 07:30) 181

〈그림 3.3.35〉 슬러지 투입량('11.2.24일 16:00 ~ 23:00) 183

〈그림 3.3.36〉 LNG 사용량('11.2.24일 16:00 ~ 23:00) 184

〈그림 3.3.37〉 슬러지 투입량(1차 : '11.3.9일 15:30 ~ 20:30) 186

〈그림 3.3.38〉 슬러지 투입량('11.3.9일 20:30 ~ 10일 1:30) 186

〈그림 3.3.39〉 LNG 사용량('11.3.9일 15:30 ~ 10일 1:30) 186

〈그림 3.3.40〉 라인 동파 및 보수('11.2.9) 187

〈그림 3.3.41〉 유량계 동파 및 보수('11.2.9) 187

〈그림 3.3.42〉 드레인밸브 보완('11.2.9) 188

〈그림 3.3.43〉 환경집진기 및 공기이송 배관분리('11.2.10) 188

〈그림 3.3.44〉 콘베이어 분진 배출('11.2.10) 188

〈그림 3.3.45〉 열교환기 Duct 보완('11.3.16) 189

〈그림 3.3.46〉 열교환기 점검구 설치('11.3.16) 189

〈그림 3.3.47〉 열교환기 내부점검('11.3.16) 189

〈그림 3.3.48〉 탈취설비 덕트 보완('11.3.16) 190

〈그림 3.3.49〉 순환팬 베어링 교환('11.3.16) 190

〈그림 3.3.50〉 응측기 버켓 보수('11.3.17) 191

〈그림 3.3.51〉 응측장치 순환수 line 보완('11.2.9) 191

〈그림 3.3.52〉 설비 구조물 보완(2011.3.12) 192

〈그림 3.3.53〉 혼합물 공급 콘베이어 교체('11.3.22) 192

〈그림 3.3.54〉 보일러 라인 보수('11.2.10) 193

〈그림 3.3.55〉 스팀유량계 교체('11.3.9) 193

〈그림 3.3.56〉 직접수 공급 배관 수정('11.3.17) 194

〈그림 3.3.57〉 직접수 스프레이 노즐 수정('11.3.17) 194

〈그림 3.3.58〉 배출수 펌프 수리('11.2.9) 194

〈그림 3.3.59〉 모터 결손 수리('11.2.9) 194

〈그림 3.3.60〉 탈취팬 망 교체('11.2.9) 195

〈그림 3.3.61〉 탈취 활성탄 교체('11.2.9) 195

〈그림 3.3.62〉 필터 교체('11.4.11) 196

〈그림 3.3.63〉 펌프 보수 및 유지관리('11.2.10) 196

〈그림 3.3.64〉 일체형 2상 혐기소화조의 모식도 197

〈그림 3.3.65〉 바이오가스 Pilot plant의 구성 198

〈그림 3.3.66〉 바이오가스 혼소 공정도 199

〈그림 3.3.67〉 혼소설비의 구성 200

〈그림 3.3.68〉 바이오가스 혼합설비 하드웨어 작업('11.6.22) 201

〈그림 3.3.69〉 LNG와 바이오가스 혼합 설비 흐름도 202

〈그림 3.3.70〉 주열원 보일러 흐름도 202

〈그림 3.3.71〉 PRV 설치위치 203

〈그림 3.3.72〉 PRV 설치('11.9.10) 203

〈그림 3.3.73〉 혼소 시험 성적서('09.3.27) 204

〈그림 3.3.74〉 건조장치 전단 투입온도('11.10.11~10.14) 205

〈그림 3.3.75〉 간이 함수율 측정장치 209

〈그림 3.3.76〉 혼합장치('11.3.22) 210

〈그림 3.3.77〉 응축장치('11.3.17) 210

〈그림 3.3.78〉 배가스 측정사진('11.10.12) 211

〈그림 3.3.79〉 응축수 샘플채취('11.10.12) 211

〈그림 3.3.80〉 악취샘플채취('11.10.12) 212

〈그림 3.3.81〉 배출 소음/진동 사진('11.10.12) 213

〈그림 3.3.82〉 기계 소음/진동 사진('11.10.12) 214

〈그림 3.3.83〉 고정상 건조장치 시료 샘플링 위치 215

〈그림 3.3.84〉 건조물 선별실험('11.2.10) 217

〈그림 3.3.85〉 건조물 파쇄실험('11.2.10) 217

〈그림 3.3.86〉 선별기의 구성도 217

〈그림 3.3.87〉 고정상 건조공정 실험('11.11.10) 218

〈그림 3.3.88〉 건조공정의 에너지 효율 및 슬러지 투입량 219

〈그림 3.3.89〉 건조공정의 슬러지 처리량 및 수분 증발량 219

〈그림 3.3.90〉 고정상 건조장치 운전결과('11.11.10~14) 220

〈그림 3.3.91〉 건조공정 시료 채취 위치 224

〈그림 3.3.92〉 고정상 건조장치('11.3.15) 242

〈그림 3.3.93〉 혼합 장치('11.3.22) 243

〈그림 3.3.94〉 건조기 및 간접응측기 방폭장치('11.9.26) 243

〈그림 3.3.95〉 실증플랜트 표준화설계(건조장치 10톤/일) 245

〈그림 3.3.96〉 실증플랜트 표준화설계(건조기 100톤/일) 245

〈그림 3.4.1〉 열량계 246

〈그림 3.4.2〉 C, H, N 분석기 247

〈그림 3.4.3〉 S 분석기 247

〈그림 3.4.4〉 전위차 적정기 248

〈그림 3.4.5〉 마이크로웨이브 전처리 장비 248

〈그림 3.4.6〉 ICP-OES 248

〈그림 3.4.7〉 열중량분석기 249

〈그림 3.4.8〉 X-ray 형광분석기 249

〈그림 3.4.9〉 SEM(주사전자현미경) 249

〈그림 3.4.10〉 Gas Chromatography 249

〈그림 3.4.11〉 하수슬러지 및 고형연료탄의 형상 250

〈그림 3.4.12〉 하수슬러지와 고형 연료탄의 공업분석 평균 251

〈그림 3.4.13〉 하수슬러지와 고형연료탄의 원소분석 254

〈그림 3.4.14〉 하수슬러지와 고형연료탄의 발열량(건조기준 LHV) 254

〈그림 3.4.15〉 하수슬러지와 고형연료탄의 중금속 함량 258

〈그림 3.4.16〉 고형연료탄의 입도분석 260

〈그림 3.4.17〉 건조 하수슬러지 및 고형연료탄의 SEM 261

〈그림 3.4.18〉 고형 연료탄 DB를 이용한 발열량 예측 원리 266

〈그림 3.4.19〉 고형연료탄 DB의 발열량 예측시트 267

〈그림 3.4.20〉 온도에 따른 하수슬러지 TGA분석 268

〈그림 3.4.21〉 건조온도에 대한 하수슬러지의 공업분석 및 발열량 269

〈그림 3.4.22〉 직접적인 노출의 고형연료탄 실험 사진 270

〈그림 3.4.23〉 직접적인 노출에서 고형연료탄의 수분 흡수율('09.7.20) 271

〈그림 3.4.24〉 간접적인 노출의 수분 흡수 장치 271

〈그림 3.4.25〉 간접적인 노출에서 고형 연료탄의 수분 흡수율('09.7.20) 271

〈그림 3.4.26〉 수분함량 15.5%의 고형연료탄 부패도('09.7.20) 272

〈그림 3.4.27〉 수분함량 37.5%의 고형연료탄 부패도('09.7.20) 273

〈그림 3.4.28〉 수분함량 37.5%의 고형연료탄 부패도('09.7.20) 273

〈그림 3.4.29〉 혼합시료 및 잔재물의 공업분석 276

〈그림 3.4.30〉 혼합시료의 발열량 분석 278

〈그림 3.4.31〉 혼합시료의 원소분석 279

〈그림 3.4.32〉 혼합시료의 TGA분석 280

〈그림 3.4.33〉 혼합시료의 중금속 함량 283

〈그림 3.4.34〉 고형 연료탄 및 잔재물의 용출액 As 함량 284

〈그림 3.4.35〉 화력발전소 상용화 시설 공정 및 샘플링 지점 287

〈그림 3.4.36〉 화력발전소 혼소 실증실험 공정 288

〈그림 3.4.37〉 혼소 후 대기오염물질 배출 농도 시험성적서 290

〈그림 3.4.38〉 샘플링 사진 291

〈그림 3.4.39〉 화력발전소 혼소에 따른 PCDDs/PCDFs 배출 농도 294

〈그림 3.4.40〉 Ontario Hydro Method train 295

〈그림 3.4.41〉 발화성 예비실험 사진 302

〈그림 3.4.42〉 발화성 예비실험 결과('12.2.28) 302

〈그림 3.4.43〉 고형연료탄 TGA 분석결과('12.2.28) 303

〈그림 3.4.44〉 자연발화온도 측정 장치 304

〈그림 3.4.45〉 자연발화온도 측정 결과('12.2.28) 305

〈그림 3.4.46〉 화력발전소 혼소용 슬러지 연료탄 저장 사이로 306

〈그림 3.4.47〉 슬러지 연료탄 투입시설의 분진에 의한 영향('09.12.02) 307

〈그림 3.5.1〉 하수슬러지 저장호퍼 투입 309

〈그림 3.5.2〉 처리대상 하수슬러지 공업분석결과 310

〈그림 3.5.3〉 함수율 자체분석 318

〈그림 3.5.4〉 하수슬러지 그래뉼화 모습 319

〈그림 3.5.5〉 투입하수슬러지(105℃ 건조) SEM 구조분석('12.7.19) 319

〈그림 3.5.6〉 건조하수슬러지 SEM 구조분석('12.7.19) 320

〈그림 3.5.7〉 최종 건조하수슬러지 입도분포 결과 321

〈그림 3.5.8〉 에너지효율 평가결과 322

〈그림 3.5.9〉 황산 주입 밸브 교체('11.4.26) 330

〈그림 3.5.10〉 슬러지 물질수지 공정도 336

〈그림 3.5.11〉 열풍 물질수지 공정도 337

〈그림 3.6.1〉 수원시 하수슬러지 처리공정도 339

〈그림 3.6.2〉 수원시 고정상(2차) 건조장치 비교 340

〈그림 3.6.3〉 수원시 고정상(2차) 건조공정 분진제거설비 설치 340

〈그림 3.6.4〉 수원시 고정상(2차) 건조공정 개선후 처리 효율 343

〈그림 3.6.5〉 수원시 고정상(2차) 건조공정 가동율 변화 343

〈그림 3.6.6〉 수원시 고정상(2차) 건조공정 연속운전 그래프 344

I. 제목

- 유기성슬러지를 이용한 고형연료화 기술개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

하수처리장 발생 슬러지를 대상으로 환경 친화적인 처리와 최대한의 에너지를 회수할 수 있는 실증적용가능 규모의 고형연료화 공정시스템 개발로 외부에너지 사용의 최소화와 2차 오염물질 발생을 최소화 할 수 있는 공정개발 및 상용화를 목표로 한다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

1. 슬러지 전처리 기술연구

- 전기침투탈수기를 이용한 슬러지 전처리 기술연구

2. 슬러지 후처리 기술연구

- 악취처리 후처리 기술연구

- 폐수처리 기술연구

3. 슬러지 연료탄 생산공정 개발

- 슬러지 연료화 기술 기초연구

- 소규모 고효율 건조장치 실험(1.8톤/일)

- 슬러지 연료호 공정 Pilot plant(10톤/일) 기본설계 및 건설

- Pilot plant(10톤/일) 시운전 및 운전조건 확립

- Pilot plant(10톤/일) 평가

- 실증플랜트 표준설계 결과

4. 하수슬러지 고형연료탄 특성연구

- 고형연료탄 Data-Base화

- 고형연료탄의 품질 규격화 방안연구

- 고형연료탄 활용성 평가

5. 환경기술 검증

- 평가개요 및 방법

- 평가기준

- 평가결과

IV. 연구개발결과

1. 슬러지의 전기탈수 처리 시 60% 내외의 저함수율 슬러지 Cake 생산이 가능하고 고체 회수율이 증가하며 기계적으로 불가능했던 저함수율 영역까지 탈수가 가능한 등의 장점이 발생한다.

2. 악취저감을 위한 방법에는 크게 물리화학적 방법 및 생물학적 방법이 있다. 물리화학적 방법에는 흡착, 응축, 흡수, 소각 등이 있으며, 생물학적 방법에는 생물탈취 bio-filter 등이 있다.

3. Lab. scale 건조장치의 악취분석결과 암모니아의 농도가 가장 크게 나타났으며 황화합물, 알데하이드류의 순서로 나타났다.

4. 발생악취에 관하여 적용가능한 활성탄 흡착, 습식세정, 약액세정의 3가지 공정을 비교 분석한 결과 전체적인 제거효율은 약액세정〉습식세정〉활성탄 흡착의 순서로 나타났다.

5. 건조장치에서 발생하는 응축수에 대한 분석결과 C/N비가 0.8~0.9정도로 낮게 나타났으며 중금속 및 음이온의 경우 낮은 농도로 검출되었다.

6. 건조장치에서 발생하는 배출 응축수의 경우 배출허용기준을 만족하였으며, COD 저감 및 수중 Cl-농도 증가에 따라 색도 및 후속배관 막힘현상 저하 등의 부대효과도 기대할 수 있다.

7. 건조연료화 기술은 최대 800kcal/kg이하를 목표로 개발을 진행하였으며, Lab. scale 설계인자를 바탕으로 pilot plant 설계를 수행하였다.

8. 소규모 고효율 건조장치(1.8톤/일)에 대한 실험을 실시하였다. 연속식으로 일정량을 투입하면서 건조된 일정량을 배출하는 식으로 실험을 진행하였다.

11. 고형연료탄 보관시 직접적인 수분 노출은 피하고, 장기간 보관시 고형연료탄의 수분 함량에 대한 관리가 필요하다.

12. 고효율 건조연료화 공정은 10톤/일급 pilot plant 설계를 진행하였으며, 설계 및 건설을 완료하였다.

13. Pilot plant 건설을 완료하고, 무부하 Test, 단동 Test, 부하 Test를 실시하였으며, 발생된 문제점에 대한 유지, 관리, 보수를 진행하였다.

14. 바이오가스 활용체계를 구축 등 Pilot plant에 대한 에너지 자립화 방안에 대한 연구를 진행하였다.

15. Pilot plant(10톤/일)에 대한 성능 및 효율, 건조물, 경제성, 환경성 등에 대한 평가를 진행하였다.

16. Pilot plant(10톤/일)에 대한 평가 결과를 기초로 하여 실증플랜트에 대한 설계 표준화를 실시하였다.

17. 제조된 고형연료탄은 함수율 10%이하, 2~8mm범위의 알갱이 형태이며, 고위발열량 범위는 3,116~4,336kcal/kg이고, 중금속함량은 하수슬러지와 유사하다.

18 슬러지 연료탄의 연료 성능 향상을 위하여 음폐수 슬러지와의 혼합 연료화에 대하여 검토하였다.

19. 상용시설인 화력발전소의 혼소 적용성 및 안정성을 평가하였고, 복합적인 고형연료 활용 등 건조연료탄의 활용방안에 대한 검토를 진행하였다.

20. 환경기술 검증평가를 진행하여 신기술 인증 제372호, 검증 제148호를 취득하였고, 본 기술을 상용화 운전되고 있는 수원시 하수슬러지 고정상(2차) 건조공정에 적용/개선하여 가동율을 87%까지 증대시켰다.

V. 연구개발결과의 활용계획

본 연구를 통해 개발된 고형연료화 기술은 기술의 안정성 및 우수성을 인정받아 환경신기술 검증서(제148호)를 취득하였음. 따라서 지자체에서 발주 예정인 하수슬러지 처리시설 수주에 적극적으로 활용할 예정임.