목재폐기물을 이용한 HTC공정에서 발생하는 폐수재이용 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

폐기물에 대한 사회적 인식이 기존 처리 및 처분의 개념에서 자원 재이용의 대상으로 변화하면서 다양한 폐기물에너지화 기술 개발이 가속화 되고 있다. 서울 및 경기권에서 발생하는 폐기물을 최종 처분하는 S매립지에서는 음식물쓰레기, 하수슬러지 등 다양한 폐기물에 대한 에너지화에 노력하고 있다. 하지만 중요 폐자원중 하나인 폐목재의 경우 재활용 가능 폐목재가 분리, 수거되지 않고, 혼합폐기물 형태로 단순 매립 또는 소각처리 되고있다.
Hydrothermal Carbonization(이하 HTC)공정은 가수분해(加水分解)를 통해 유기성 폐자원을 에너지화 하는 기술로 다양한 재료에 적용할 수 있고 고효율의 고형연료를 생산할 수 있지만 다량의 폐수가 발생한다는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 연구에서는 1) S매립지에 반입되는 목재폐기물을 이용하여 HTC공정을 통해 고열량 고형연료를 생산하고, 2) 발생하는 폐수의 특성을 분석하며, 3) 발생하는 폐수를 공정에 재투입하였을 시 고형연료의 특성에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다.
본 연구는 실험실규모 회분식반응기(반응기 내부 용적 2 L)를 이용하였으며, 원료는 수도권 매립지로 반입되는 폐목재를 1 cm미만으로 파쇄하여 사용하였다. 2L반응기에 목재 200g, 용매(물) 1000 g을 투입한 후 폐쇄조건 상에서 가열을 진행하였다. HTC공정은 반응온도 240℃, 반응시간 1시간으로 운전되었으며, 폐수 재이용특성 규명을 위하여 재이용 실험 시 발생하는 폐수 700g, 물 300g을 투입하여 기존과 동일하게 용매 1000g을 맞춰서 재이용실험을 5회차까지 수행하였다.
실험결과 고위발열량 6,500 kcal/kg이상의 고형연료를 생산할 수 있었으며, 1 ton의 목재폐기물 처리 시 4.31 ton의 폐수가 발생함을 확인할 수 있었으며, 발생하는 폐수는 약 COD 50,000 mg/L, TN 2,000 mg/L, TP 160 mg/L의 특성을 보였다.
재이용 실험을 진행한 결과 용매로 깨끗한 물 대신 폐수를 이용할 시 고형연료의 특성에는 영향을 주지 않았으며, 폐수의 오염 특성은 실험 회차가 거듭할수록 농축됨을 확인할 수 있었다.