하ㆍ폐수슬러지의 건조소각 연계처리 시스템의 검토 = (A)study on the incineration with dryer for the treatent of sewage and wastewater sludge
저자
발행사항
서울: 서울산업대학교, 2001
학위논문사항
學位論文(碩士) -- 서울産業大學校 産業大學院 , 環境工學科 , 2000
발행연도
2001
작성언어
한국어
KDC
539.3 판사항(4)
발행국(도시)
서울
형태사항
xii,129 p.: 삽도,챠트; 27 cm+ 3.5"디스켓 2매포함.
일반주기명
Abstract : p. [130]-[133]
참고문헌 : p. 128-129
소장기관
본 연구는 하·폐수슬러지를 처리하는데 있어서 건조와 소각을 연계하여 처리하는 효율적인 시스템에 대하여 연구하였는데, 먼저 하·폐수슬러지의 기본성상을 파악하고, 그 성상을 이용하여 건조-소각 시스템에 대하여 시뮬레이션 검토함과 동시에 하수슬러지가 가지고 있는 점착현상에 대하여 그 영역을 파악한 뒤 이러한 것들을 토대로 효율적인 연계처리시스템을 설계 및 제작하였다.
1. 하·폐수슬러지의 성상분석 결과
(1) 하수슬러지는 평균함수율이 74.02%, 평균유기물의 함량이 10.70%, 회분의 평균함량은 15.27%, 건조고형물내의 유기물의 평균함량은 43.16%를 나타냈으며, 발열량은 건조고형물(DS)로 측정한 실측값의 평균이 2,242kcal/kg으로 나타났다.
(2) 폐수슬러지의 경우는 평균함수율이 55.74%, 평균 유기물함량은 21.84%, 회분의 함량이 22.45%으로 나타났다. 또한 건조고형물중의 평균 유기물 함량이 44.52% 였으며 열량계에 의하여 실측된 펑균 발열량은 2,087.81kcal/kg로 나타났다.
(3) 입도분석 결과 두가지 경우 모두다 입경분포가 1.58㎜ 이상이 대부분인 것으로 나타났다.
(4) 열분석한 결과, 약 250℃에서 분해가 시작되고, 약 550℃영역에서 분해가 완료되었다. 따라서, 분해시작 온도인 250℃와 완료온도인 550℃를 고려하여 건조기 및 소각로의 설계가 필요한 것으로 검토되었다.
(5) 업종별 슬러지의 성상분석 결과, 섬유와 기타(유리합성수지와 전자부품)등에서 높은 함수율을 나타내고 있고, 함수율이 높아짐에 따라 유기물의 함량이 증가하는 경향이 관찰되어 유기물의 함량이 증가하면 탈수효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 발열량의 경우에는 유기물이 거의 없고 무기물이 주종을 이루고 있는 도금. 금속 등의 발열량은 아주 낮게 관찰 되었으며, 또한 물에 용해되지 않는 섬유슬러지도 낮은 발열량값을 보였다. 일반적으로 산업폐수슬러지는 그 성격상 독성이 높은 것으로 알려져 이에 업종별로 폐수슬러지의 중금속을 측정한 결과, 폐수슬러지 중금속 함량은 대체로 도금 〉금속 〉섬유 〉피혁 〉제지 〉기타 등 의 순으로 나타났으며, 도금슬러지에서는 아연과 구리가 높게 나왔고, 금속과 제지슬러지에서는 철이 많이 나왔다. 피혁은 철과 크롬등이 많이 나온 것을 나타내고 있고, 불검출되어야하는 수은과 비소는 검출되지 않았다.
2. 건조-소각연계처리시스템의 시뮬레이션 검토
하·폐수슬러지의 성상분석을 토대로 하여 건조소각 연계처리시스템에 대하여 시뮬레이션 검토한 결과는 다음과 같다.
(1) 일반적으로 건조기의 열풍의 유입온도를 150-600℃로 하고 배기열풍의 온도를 50-120℃ 사이로 하였을 때 건조기의 전체 열효율을 파악하였는데, 기류 건조기의 건조온도는 대개 600℃에서 이루어지고 그때의 배기온도는 대략 120℃로 나타나는데 이때의 열효율은 약 80%였다.
(2) 슬러지를 100kg/hr 기준으로 수분함량이 50, 55, 60, 65, 70, 75%으로 하고, 건조기의 열효율을 80%로, 건조기 배기가스 온도가 120℃이 때 소각로로의 유입폐가스 온도는 60℃, 소각로의 온도는 850℃라고 하였을 때, 하·폐수슬러지의 평균발열량을 기준으로 보조연료량을 검토한 결과 하·폐수슬러지 모두가 생슬러지의 함수율이 약 60%이하일 때에는 소각시 열량이 부족하지 않았으며, 이에 따른 보조연료도 필요하지 않았다.
3. 슬러지 유동화율 및 압축강도를 통한 점착구간(Glue zone)의 검토
슬러지의 유동성 및 점착성에 대하여 N,G하수처리장의 슬러지를 대상으로 분석하였다. 유기계슬러지의 고유특성인 점착구간을 유동화율 및 압축강도를 조사하여 검토하였다.
(1) 수분이 약 47% 이하에서 유동성이 양호하였으며, 약59%에서 가장 높은 압축강도를 나타내었고 수분함량이 증가함에 따라 점차로 슬러지의 점착현상이 감소되어 70% 전후 일때에 기계적인 부하가 걸리지 않는 영역으로 판단되었다.
(2) 수분이 50-70%인 점착구간을 피하여 설계하고 운전하는 것이 필요하다고 검토되었으며, 특히 접착성을 해소시키기 위하여 공정조합시에 건조기에서 건조된 건조물을 생슬러지와 혼합하여 수분을 50%로하여 건조기 및 소각로로 유입하는 등의 설계가 필요한 것으로 판단되었다.
4. 건조-소각연계 처리시스템의 설계 및 제작
슬러지-성상분석, 슬러지의 유동성 및 점착특성 분석, 그리고 연계처리시스템의 시뮬레이션을 통하여 다음과 같은 처리장치를 설계 및 제작하였다. 폐,하수 슬러지와 건조되어 반송되는 1차 건조 슬러지가 혼합기로 투입되어 슬러지가 뭉쳐지는 현상이 일이나지 않는 비율까지 상호 혼합된 후 소각로에서 발생된 배기가스 즉 850℃의 폐열을 건조기로부터 발생되는 배기가스의 순환에 의하여 400℃로 온도를 조절한 고온의 건조기 유입가스열을 통해 교반패들 기류건조장치에서 슬러지는 미분화 건조되어 사이클론에 포집되며, 이 건조물이 이송수단을 경유하여 분급기를 통해 일부는 건조기 유업 폐.하수슬러지의 혼합물로, 나머지는 소각로에 유입되도록 한 것이다. 소각로에 유입되는 건조슬러지는 저장빈에 저장되도록하여, 연료 분사기를 통해 소각로의 열원으로 사용되도록 공급하여, 연소를 시켜 슬러지의 감량화 및 에너지화를 진행시키고, 소각로에서 배출되는 배기가스즉 850℃의 폐열의 일부는 건조기에서 사용하는 열로서 순환 이용하기 위하여 온도를 400℃로 낮추기 위한 수단으로서 상기 건조기에서 배출된 증기중에서 응축기에서 수분를 제거시킨 후에 혼합시키고, 소각로로부터의 배기가스는 가스내내에 포함된 소각재를 사이크론에서 집진한 후 과열증기의 형태로 건조기에 투입하여 건조를 하게 된다. 최종적으로 발생되는 소각로의 배기가스는 에어필터에서 공급된 상온의 에어와 혼합되어 냉각된 후에 백 필터에서 여과하고, 제거된 소각재 및 분진 및 매연은 소각재 저장고에 유입되게 하였으며, 여과된 공기는 스테크에서 배출되도록 설계 및 제작하였다.
Wastewater sludge from the Industries are strictly separated and managed as a specific waste. Management rates of sewage sludge show that Landfill is 26.4%. Incineration 22.8%, Recycle 12.8% and Disposal ocean is 38.1%. Disposal ocean is highest management method of sewage sludge. Landfill of sewage sludge lead to Environmental problems by decomposing organic matters in sewage sludge at Land-fill unit such as odor, leachate, vector attraction and so on. Sewage sludge can not be treated in land-fill unit by the environmental law and sewage water treatment unit search for suitable treatment method of sewage sludge.
Thereupon, this study investigated the Incineration system with dryer that dry sludge cakes using minimum thermal energy and then incinerate dried sludge.
Through analyzing the characteristic of sewage and wastewater sludge, water contents are 74.02% and 55.74%, organic materials are 49.3% and 44.52%, and calorific values of dried solid are 2,242 kcal/kg and 2,087 kcal/kg.
A material balance of incineration system with dryer is simulated and determined by sludge characteristic for maximizing the thermal efficiency and minimizing of air pollution. A result of system simulation shows that assistant fuel do no need to incinerate sludge if water contents of sewage and wastewater sludge are below 60%.
This study carried out to determine design factors which need to design incineration system with drying for incinerating sludge.
As Thermal Gram Analysis(TGA) of sewage sludge, Weight decrease of sludge start at about 250℃ and finish up about 550℃. Therefore, Material Temperature in dryer should not be over than 250℃ and the first combustion chamber in incinerator should be over than 550℃.
Sludge included organic materials has the glue zone as inherence characteristic. we investigated the glue zone of sludge in two ways. one is that determine flow-ability by water contents and the other one is that determine compressed strength of by water contents.
Flow-ability is judged through to determine aerated bulk, packed bulk, angle of ropse and spatulla angle of repose. As the determination, Flow-ability was satisfactory when water content of sludge was below about 47%, but became worse when water content of sludge was over 50%. When water content was 59%, compressed strength of sludge shows the highest level and cannot be measured over than 70%. These experiments show that the glue zone of sewage sludge is 50%-70%.
Therefore, Efficiency of a drying and incineration of sewage sludge will be increasing if water content of sludge is maintained below 50% when design the Dryer and Incinerator.
We designed A incineration system that has three stages with dryer. Those stages are that the first stage is that a raw sludge(water content 60-75%) come into the mixer to mix with a dried sludge(water content is below 10%), the second stages is that mixed sludge (water contents is below 50%) is dried by high-temperature(400-600℃) gas from a incinerator and then, some of dried sludge(water content 10%) is entered to the A-bin via the first cyclone to mix with raw sludge and others is entered to the B-bin to combustion at an incinerator, third stages is that waste gas from a dryer is re-burned at an incinerator. we designed and constructed pilot plant to treat 200kg-raw sludge/hr and are operating now.
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