열수가압탄화반응에 의해 생성된 음식물 폐기물 Biochar의 특성 분석 :

조우리

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조우리 (서울시립대학교, 서울시립대학교 대학원)

지도교수: 이재영

발행연도: 2015

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

열수가압탄화법(HTC, Hydrothermal Carbonization)에 의한 음식물 폐기물 biochar의 특성 연구

조우리 , 오민아 , 정원덕 외 3명 지하수토양환경 2016.01 학술저널

2015

열수가압탄화반응에 의해 생성된 음식물 폐기물 Biochar의 특성 분석

조우리 환경공 2015.01 학위논문

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지속가능할 발전 이라는 개념 아래 전 세계적으로 환경 문제에 큰 경각심을 갖게 되었다. 그러나 우리나라는 경제 성장과 소득 수준의 향상에 따라 폐기물 발생량이 급격히 증가하여 그 처리에 어려움을 겪고 있다. 특히, 유기성 폐기물의 경우 해양 투기가 전면 금지되면서, 해양 투기를 대체할 수 있는 처리 시설 및 처리 방안이 필요해졌다.
본 연구에서는 유기성 폐기물 중 음식물 폐기물 처리 방안으로 Biochar 기술을 적용하여 보았다. 우리나라 음식물 폐기물 특성상 수분 함량이 높은 점을 활용하여, Biochar 생성방법 중 원시료의 수분을 이용하여 탄화를 시키는 방법인 열수가압탄화반응을 적용하였다.
Biochar를 만들기 위해 음식물폐기물 10kg을 반응기에 넣고 180, 200, 220℃에서 각각 4, 6, 8시간 동안 반응시켜 생성하였다. 원시료인 음식물 폐기물과 생성된 Biochar의 특성을 알기 위해 수소이온농도, 전기전도도, 회분, 원소분석, 발열량, 염소 및 황 함유량, 중금속 함량 등에 대해 분석을 시행하였다. 열수가압탄화반응을 이용하여 생성한 음식물 폐기물 Biochar의 특성 분석을 시행한 결과는 다음과 같다.
각 조건에서 생성된 Biochar의 생성수율은 반응 온도가 높아질수록, 반응시간이 길어질수록 감소하는 경향을 보였다. 180℃, 6시간 반응 조건에서 최대 수율을 보였는데 이때 약 50%이다.
반응 온도에 따른 Biochar의 성분 변화 특성에 대해 분석한 결과, 반응 온도가 증가할수록 가연분은 감소하는 반면, 탄소 함량, 회분, 전기전도도 및 발열량은 증가하였다.
Biochar의 활용 면에서는 우수한 발열량 및 기준치에 적합한 결과를 나타냈으므로 Bio-SRF로의 적용은 가능할 것으로 판단된다. 다만 Biochar를 비료로 이용하는 등 토양에 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되고, 흡착제로 적용하기 위해서는 물리적 또는 화학적 활성화가 필요할 것으로 판단된다.

Since the concept of Sustainable Development was annonced, environmental has been a big issue from around the world. However, economic development and higher income has made increased waste generation in Korea. Thus, waste disposal is difficult. Especially, since 2012, the ocean dumping of organic waste has been prohibitied, it is necessary to replace it treatment facilities and treatment options to replace.
This study was to apply biochar technology for disposal food waste which is a type of organic waste. Because food waste characteristics of Korea, biochar was made using Hydrothermal Carbonization(HTC). Because HTC was using moisture of feed stock, food waste of Korea was higher moisture content. That is why HTC is appropriate way.
In this study, biochar was produced by 10 kg of food waste. The reation temperatures are 180, 200, 220℃ and the reaction was carried out for 4, 6, 8 hour. To find characteristics of food waste and biochar, it was analyzed. the analyzed things are the pH value, electric conductivity, ash, ultimate analysis, heating value, sulfur, chlorine content and heavy metal. The characteristics of biochar from food waste by using HTC is as follows.
Yield of biochar in each condition is tended to decrease the higher reaction temperature and the longer reaction time. The condition of highest yield was reacted for 6 hours at 180℃ reaction time. In that time, yield is about 50%.
The analysis of the component changes according to the reaction temperature of biochar. As the reaction temperature increases, combustiable material is decreased and carbon content, ash, electrical conductivity and the heating value are increased.
In terms of utilization of biochar, it will be applied to Bio-SRF because results showed excellent heating value and that meets standard.
However, it is determined that additional experimentation will be needed in order to apply to the soil as a fertilizer, and it is necessary to physical or chemical activation if it use biochar as an adsorbent.

제1장 서론 1
제1절 연구배경 및 필요성 1
제2절 연구 동향 3
제2장 이론적 배경 5
제1절 음식물폐기물 발생 및 처리 현황 5
제2절 열수가압탄화반응 (HTC) 7
제3절 Biochar 9
제4절 바이오고형연료 (Bio-SRF) 11
제3장 연구내용 및 방법 13
제1절 실험재료 13
제2절 실험장치 15
제3절 실험방법 16
1. Biochar 생성 16
2. Biochar의 특성 분석 17
1) 수소이온농도 (pH), 전기전도도 (Electric Conductivity) 17
2) 회분함량 (Ash) 17
3) 원소분석 (Ultimate analysis) 18
4) 고정탄소 (Fixed carbon) 18
5) 요오드 흡착성능 평가 (Iodine adsorption) 19
6) 발열량 (Heating value) 20
7) 중금속 분석 (Heavy metal) 21
8) 염소 (Chlorine ion), 황(Sulfur) 함량 22
제4장 연구결과 및 고찰 23
제1절 음식물 폐기물 성상분석 23
제2절 Biochar, Bioliquid, Biogas 생성 수율 25
1. Biochar 수율 25
2. 조건별 HTC 반응 부산물 수율 26
제3절 수소이온농도 (pH) 27
제4절 전기전도도 (Electric Conductivity) 28
제5절 회분함량 (Ash) 29
제6절 원소분석 (Ultimate analysis) 30
제7절 고정탄소 (Fixed carbon) 32
제8절 요오드 흡착성능평가 (Iodine adsorption) 33
제9절 발열량 (Heating value) 34
제10절 염소(Chlorine ion), 황(Sulfur) 함량 36
제5장 결론 38
참고문헌 41
Abstract 49

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