This study carried out first a component survey on the domestic waste shipped into a waste disposal facility in B city, and then heavy metal analysis of each component according to the SRF standards. Based on this, this study explored the problems with domestic waste and measures to improve them. The results are as follows. The result of the survey of physical components show that paper accounted for the largest proportion with 20.5 %~59.9 %, metals (including batteries) among incombustibles accounted for 0.0~8.3 %, other inorganic substances, glass and ceramics accounted for 0.0~43.7 % and 0.0 %~19.6 % respectively. However, the proportion of coated viny and plastics, which have high lead and cadmium content, was rather high with 2.9 %~30.9 %. This suggests the possibility that actual concentration of lead and cadmium within SRF is likely to be higher. Among the 15 components contained in the waste brought into the waste disposal facility, 10 components (food waste, textiles, vinyl, plastics, wood, rubber and leather, paper, metals, electronic substrates, and nail polish) were analyzed according to assay samples (approximately 0.1 g and 0.3 g). The result of analysis shows that the amount of Cd and Pb detected in coated vinyl for 0.109 g of assay sample was 98.6 mg/kg and 20.6 mg/kg respectively; 117.0 mg/kg and 29.0 mg/kg respectively for 0.313 g of assay sample. This is high contents exceeding the Cd standard. As for wooden component, the amount of Pb was 480.0 mg/kg for 0.3 g of assay sample. This suggests that there always exists the possibility of exceeding the exposure level of heavy metals (Cd and Pb) in SRF as long as coated wood and vinyl·plastics with high contents of Pb and Cd are shipped into the waste disposal facility; and the local government and the residents need to work hard to improve the situation including development of the machine to sort electronic substrates and batteries for separate collection of the waste of coated vinyl and plastics within domestic waste.

In this study, a lab-scale experiment was conducted to derive the optimal torrefaction conditions for upscaling food waste torrefaction to generate solid fuel. Basic characteristic analyses (a proximate analysis, elemental analysis, calorific value and thermogravimetric analysis) were conducted and further used to develop experimental conditions during upscaling. Based on the characteristics analysis, the experiments were conducted by varying the heating rates by 5, 10 and 15oC/min, varying the torrefaction temperature from 200 to 550oC at an interval of 50oC and varying the torrefaction residence time from 0 to 50 minutes at an interval of 10 minutes. The heating rates were varied and only carried out for the combustion experiments of the torrefied product at a temperature range of 50 to 800oC. The results show that the optimal torrefaction temperature and residence time of food waste torrefaction were 250 ~ 350oC and 30 ~ 40 minutes, respectively.

The use of mechanical treatment (MT) for preparing solid refuse fuel (SRF) using municipal solid waste has been growing in Korea. One of the problems with using this treatment measure is the generation of residual waste from the MT, which will not be contained in the SRF. Most of this waste will be dumped into landfill instead of being used for the production of SRF. Much of the waste will be organic portions originating from food and biodegradable wastes. Consequently, the organic portion dumped into the landfill generates methane gas, which is a strong greenhouse gas. In this paper, the waste from MT was investigated directly at the MT facility located at Su-Do-Kwon landfill site to develop proper treatment measures to avoid disposing of the MT waste in landfill, which is prohibited in Germany and England.

우리나와 같이 삼면이 바다인 지역은 연안 해역에서의 대규모 어업활동 및 산업화로 인하여 해상 및 해저의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양폐기물 발생량의 증가로 인하여 인류의 정화조라 표현되던 해양은 오염이 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 본 연구는 해변에 밀려온 해안폐기물을 대상으로 고형연료 활용 가능성 및 활용 보관, 이동성을 확보하기 위한 펠렛 성형 조건을 분석하였다. 해안폐기물은 그물류, 목재류 등 높은 가연성 물질로 고에너지 고형연료 가능성이 높다. 이를 압축성형을 통한 펠렛 고형연료 생산을 위한 강도별 성형 특성을 분석하였으며, 특히, Polyethylene계 해안폐기물은 펠렛 성형, 형태의 유지 등의 평가를 통해 성형 가능성이 높은 반면 Nylon계 해안폐기물은 성형 형태 유지의 어려움이 있다고 판단된다. 해안폐기물이 고형연료 성형시, Polyethylene는 성형바인더 역할을 수행하여, 압축강도는 350 kg/cm² 이상에서 성형 및 형태 유지가 용이한 조건을 나타냈다. 이렇게 생산된 해안폐기물 고형연료는 높은 Carbon 함량 및 휘발분 함량 등으로 저위발열량은 7,000 kcal/kg이상을 나타냈다.

Waste management has become a very crucial issue in many countries, due to the ever-increasing amount of waste material. Recent studies have focused on an innovative technology, gasification that has been demonstrated to be one of the most effective and environmentally friendly methods of solid waste treatment and energy utilization. In this study, a gasification process has been investigated systematically by numerical simulation, in order to obtain optimum design conditions for a commercial-scale facility of an updraft fixed-bed gasifier. Turbulent flow field was calculated with the incorporation of the proper flow model for turbulence and inertial resistance for the porous region of SRF loading. The calculated temperature and pressure drop (ΔP) at exit of the gasifier were in good agreement with measured values. Next, a detailed thermochemical model was employed to estimate the syngas composition by gasification. Results showed that a better plant solution depends on both the air-fuel ratio (AFR) and the steam and carbon mole ratio (S/C). In this study, the gasification efficiency was best at an AFR of 0.25-0.3 and an S/C below 0.5.

최근 연안 해역에서의 대규모 어업활동과 산업화로 인하여 해상 부유 폐기물 및 해저면의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양 폐기물 발생량의 증가로 인하여 해양 오염은 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 해양폐기물은 해안으로 밀려오는 해안폐기물, 해수면에 떠다니는 부유폐기물, 바닥에 침적된 침적폐기물, 이렇게 세 종류로 분류할 수 있으며, 이들 해양폐기물은 약 60% 이상은 육상 등 해변에서 발생되어지는 해안폐기물이며 그물류를 포함한 플라스틱이 대부분을 차지하며, 기후 및 지역의 특성에 따라 생활폐기물과 하수, 산업 및 연안의 영향을 받아서 발생하는 폐기물의 특성이 크게 변화한다. 본 연구에서는 섬지역에 발생되는 해안폐기물의 특성을 비교 분석하였으며, 섬의 위치와 계절에 따른 해안폐기물의 발생 특성을 조사하였으며, 발생되어지는 해안페기물의 특성을 분석하여 고형연료 (SRF) 생산 및 활용에 대해 분석하였다. 해안폐기물 발생량은 겨울철 > 여름철 > 가을철 > 봄철 순으로 나타났으며, 그물류가 가장 높은 비율을 차지했으며, 목재류, 비닐플라스틱류, 고무류 등으로 분포하였으며, 이에 따라 발열량은 약 5,200kcal/kg으로 높은 수준이여 높은 질은 나타내고 있다. 지역에서 자연건조된 후 수거한 해안폐기물의 경우는 염소함량이 1.25%로 SRF 기준 2미만으로 나타났다. 단, 대부분의 해안폐기물이 높은 염분을 나타내고 있어 이에 따른 처리 방안은 고려되어야 할 것으로 보인다.

오늘날 인구밀도의 증가와 산업 활동의 증가로 하･폐수처리장이 급속하게 증가하였고, 이에 따라 하･폐수슬러지의 발생량이 많아지고 이를 감량 및 처리하기 위한 연구 및 개발도 증가하는 추세이다. 고함수(함수율 80%)의 특성을 가지고 있는 슬러지에 대한 처리 및 에너지화는 이전부터 많이 진행되고 있으나, 고형연료화에 있어서 높은 에너지 소비비용을 줄이기 위해 수열탄화의 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 2012년부터 런던협약에 의해 유기성폐기물의 해양투기가 금지되면서 하수슬러지 뿐만 아니라 가축분뇨, 음식물류폐기물 등이 육상처리 및 에너지화의 방향으로 진행되어야 할 것이다. 이에 본 연구에서는 유기성폐기물 종류에 따른 수열탄화의 반응특성변화를 평가하고, 수열탄화 반응물의 탈수성, 고형연료 생산수율, 발열량, 탈리여액의 메탄포텐셜 등을 평가하여 종류별 최적의 수열탄화 반응온도를 평가해보았다. 또한, 유기성폐기물 종류별 수열탄화 적용에 따른 고형연료 생산성을 평가하여 유기성폐기물별 연료화 가치를 판단해 보았다.

전 세계적으로 지속적인 화석연료의 사용으로 인하여 화석 연료가 고갈되고 있을 뿐만 아니라 화석 연료를 사용하면서 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 정부는 신재생에너지 보급을 늘리기 위하여 노력하고 있으며, 국내 연간 신재생에너지 생산량 중 폐기물 및 바이오매스에 의한 신재생 에너지 보급률이 약 70% 이상을 차지하고 있다. 특히, 국내에서 발생되는 폐기물은 높은 재활용률 덕분에 가연분 함량이 높아 열 회수 시설에 적용 시 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다고 할 수 있다. 그러나 폐기물 고형 연료화 시설의 경우 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 배출되어 매립되거나 일부는 소각시설에 의해 처리되고 있는 실정이다. 특히 이를 그대로 매립 하였을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 소요되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 폐기물 고형 연료 잔재물을 이용한 소각 공정에서 적용하였으며 이러한 공정에서 발생한 바닥재를 보도나 광장의 포장에 사용되는 인터로킹 블록으로 활용하는 방안을 마련하였다. 이에 바닥재에 대한 기초특성분석을 하고 혼합된 벽돌의 흡수율, 휨강도, 압축강도, 치수 등을 분석하여 바닥재 혼합비에 따른 블록 특성 변화를 관찰하였다.

In this study, we investigated variations in particle size distribution in the process flow from a fluff-SRF manufacturing process in Y city via particle size analysis of waste. About 110 kg of MSW was analyzed in accordance with the process flows for the analysis of the particle size distribution by separating from 300 mm to 10 mm. The first tranche of waste was crushed with a primary crusher such that 100% of particles were smaller than 200 mm. A secondary crusher was used to ensure that 90% of particles were smaller than 10 mm. The crushing function and disintegration effect resulted in waste that contained 30% particles smaller than 10 mm. The primary multistage bulk selection process separated the first non-combustibles from waste passed by the secondary crusher. It produced 19.24% non-combustibles. Secondary multistage bulk selection discharges the final set of non-combustibles from the first non-combustibles after recovering any remaining combustibles. The combustible recovery ratio was 28.24%, and the final non-combustible discharge ratio was about 71.76%. The regular and high-speed disintegrators exhibited 85% and 97% efficiency in producing waste smaller than then 50 mm, respectively. This is thought to improve the yield and quality of SRF in the context of a reasonable management plan via characteristic analysis of residues from the disintegration process.

전세계적으로 자원고갈 및 기후변화에 대응하기 위하여 신재생에너지 분야에 많은 관심을 기울이고 있으며, 특히 폐기물을 에너지화하기 위한 연료화(MBT) 사업이 주목을 받고 있다. 국내에서는 부산광역시(900톤/일), 수도권매립지(200톤/일) 등 약 20여 곳의 생활폐기물 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuels) 제조시설이 가동 및 공사 중에 있다. 국내의 폐기물 연료화 시설은 최종 제품인 고형연료(SRF)의 함수율을 25%이하로 달성하기 위해서 건조설비를 설치 운영하고 있다. 건조설비의 형태는 드럼형, 유동상형 등 다양하며, 사용되는 에너지원에 따라 열풍건조, 스팀, 태양열, 초음파, 마이크로웨이브, 적외선 건조기 등 다양한 방법이 있다. 하지만, 현재 국내의 폐기물 연료화 시설에 설치된 대부분의 건조설비는 화석연료를 직접 연소시켜 건조열원으로 사용하는 열풍건조 방식을 채택하고 있어, 이를 운영하기 위해서 많은 에너지가 투입되어야 하기 때문에 전체 폐기물 연료화 공정의 경제성을 악화시키고 있는 실정이다. 본 연구에서는 폐기물 연료화 공정에서 발생되는 함수율 25%이상의 건조 대상 시료(중간물)의 특성 분석과 화석연료를 사용하지 않는 습도차 건조 공법을 이용한 건조 전･후의 고형연료(SRF) 특성을 비교 평가하고, 조건별 원단위 소요 풍량 등 설계인자를 확보하여 상용화 설비를 설계하기 위한 자료를 확보하고자 한다.

In recent years, waste-to-energy conversion using municipal solid waste (MSW) has been gaining attention in municipalities. Such conversion can reduce the dependency of non-renewable energy such as fossil fuels by generating solid refuse fuel (SRF) and diverting landfilling of the waste, although there is debate over the efficiency and economic aspect of the practice. With a growing interest in the conversion, D city is trying to adopt all possible measures towards achieving a material-cycle society by constructing a waste-to-energy town by 2018. The waste-to-energy town will be comprised of energy recovery facilities such as a mechanical treatment facility for fluff-type SRF with a power generation plant, and anaerobic digestion of food waste for biogas recovery. In this paper, we focus on estimating the energy recovery potentials and greenhouse gas (GHG) reduction of MSW by waste-to-energy conversion under three different scenarios. The data required for this study were obtained from available national statistics and reports, a literature review, and interviews with local authorities and industry experts. The lower heating value was calculated using the modified Dulong equation. Based on the results of this study, the energy recovery potential of MSW was calculated to be approximately 14,201-51,122 TOE/y, 12,426-44,732 TOE/y, and 8,520-30,673 TOE/y for Scenarios 1, 2, and 3, respectively. The reduction of GHG by such conversion was estimated to range from 10,074-36,938 tonCO2eq/y, depending on scenario. This study would help determine the production rate of fluff-type SRF to be converted into a form of energy. In addition, this study would aid waste management decision-makers to clarify the effectiveness of recycling of MSW and their corresponding energy recovery potentials, as well as to understand GHG reduction by the conversion.

There is an increasing demand for sustainable resources due to a steady increase in energy demand. As the1996 Protocol to the London Convention takes effect, conversion of sewage sludge to energy is increasing. To use waste as fuel, it is important to understand its combustion characteristics. Using thermogravimetric analysis, the combustion of coal, dried sewage sludge, and SRF was characterized in this study. Dried sludge and SRF showed similar combustion behavior at all temperature increase rates of 5, 10, 25, 40, and 100oC/min. Coal burned at a higher temperature as the temperature rate increased. This may be ascribed to the much higher volatile matter contents of dried sludge and SRF comparative to coal.

폐기물, 바이오매스를 원료물질로 하여 전기를 생산하는 시스템은 화석연료를 대체하고, CO2 배출을 저감시킬 수 있는 기슬로 평가되고 있어, 기술의 적용에 대한 관심이 매우 집중되고 있다. 아직도 인도를 포함한 남부아시아 지역 국가에서 거주하는 인구의 40% 이상의 사람들에게는 전기 사용 접근이 제한되거나 매우 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서 폐기물, 바이오매스 가스화를 기반으로 하는 전기 생산 시스템은 이러한 국가의 지역사회에 전기를 공급할 수 있는 적절한 대안이 될 수 있는 것으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 Pilot 규모에서 폐기물을 이용한 공기 가스화를 통해 생산된 합성가스를 연료로 이용하여 가스엔진과의 연계를 통해 전기를 생산하는 시스템을 개발하였다. 가스화기 상부에서 폐기물을 투입하고 산화제인 공기는 가스화기 측면에서 투입하였으며, 반응된 가스는 하부로 배출되는 하향식 고정층 방식의 장치를 이용하여 가스화에 의한 합성가스 생산하고 이를 가스엔진의 연료로 사용하였다. 합성가스 엔진은 주파수 60Hz, 회전수 1,200rpm, 최대출력 20kW급의 사양을 가진 것을 이용하였다. 가스엔진 운전 초기에는 원료 합성가스의 일부만을 유입하여 가동을 실시하였고, 안정하게 유지시 전량을 유입하여 가스엔진을 가동하였다. 합성가스의 조성은 CO 9.8 ~ 15.2%, H2 6.8 ~ 10.9%, CH4 3.4 ~ 4.7%으로 나타났으며, 30.2 ~ 34.6 Nm³/h의 합성가스를 유입하여 약 13.1 ~ 16.4 kW의 전기를 생산할 수 있었다.

국내 고형연료제품 제조시설은 대부분 비닐, 플라스틱 등이 주 성분인 사업장폐기물을 대상으로 운영되어왔지만, 최근 생활폐기물을 대상으로 고형연료제품을 생산하는 시설이 증가하고 있다. 생활폐기물은 사업장폐기물에 비해 물리적 조성이 불균일하고 계절별, 지역별 특성에 따라 그 성상이 다양하게 나타나기 때문에 다양한 전처리 단위공정을 통해 불연물을 최소화하고 양질의 연료를 생산하기 위한 노력을 필요로 한다. 본 연구에서는 이러한 관점에서 설치된 다양한 단위공정 중 파봉설비(1차 파쇄), 파쇄설비(2차 파쇄), 자력선별장치, 풍력선별장치에 대해 폐기물의 투입부하, 컨베이어 이송에 의한 투입속도 및 두께, 풍량 등의 변수가 단위공정에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하고 이를 최적화하기 위한 방안을 제안하였다. 파봉설비의 경우 그 목적이 다양한 크기의 봉투체로 반입되는 폐기물의 파봉에 있는데 투입 시 폐기물의 부하량이 너무 적을 경우 단위투입량 당 파봉되지 않은 폐기물의 비율이 증가하는 것으로 확인되었으며, 입자의 크기를 작고 균일하게 하기 위한 2차 파쇄설비도 파봉설비와 마찬가지로 부하가 낮을 경우 설치목적에 부합하는 결과를 달성하기가 어려운 것으로 확인되었다. 자력선별장치는 철류 불연물을 분리하기 위한 목적으로 설치한 것인데 폐기물 이송 컨베이어의 속도가 느리고 폐기물의 두께(투입량)가 얇게 투입될수록 선별효율이 높아지는 것으로 나타났다. 풍력선별장치는 비중이 큰 폐기물을 선별하기 위한 공정인데, 일반적으로 비중이 크다는 것은 함수율이 높거나 불연물일 가능성이 높기 때문이며 결국 불연물을 분리하여 가연물의 비율을 높이면서 가연물을 최대한 회수하기 위한 목적으로 설치된 것이다. 풍력선별장치는 풍량과 폐기물 두께(투입량)에 따른 특성을 파악하기 위한 실험을 진행하였고, 풍량이 크고 투입폐기물의 두께가 얇게 투입될 수 있도록 운전하는 것이 가연물의 비율을 최대한 높일 수 있는 방법인 것으로 확인되었다. 하지만, 이러한 결과들은 해당 지역의 폐기물특성(비중, 함수율, 분리배출정도 등)에 따라 차이가 있을 수 있기 때문에 사전에 폐기물의 특성을 충분히 파악한 후에 적용해야 할 것이다.

Mechanical Biological Treatment (MBT), widely spread in Europe, is a process combined with mechanical separation and biological treatment. This is an alternative technology that can accomplish WtE (Waste-to-Energy) and landfill diversion. Bio-drying, aimed to produce high quality SRF, focused on removing moisture of waste through generated heat when biodegradable organic material is partially degraded by micro-organism. However, most of SRF production facilities in Korea consist of mechanical treatment. In those, 40% of input waste have been generated as residue disposed of in landfill. As a result of physico-chemical characteristic analysis of residue from target facilities, composition of food wastes, papers and plastics ranged 6.7 ~ 18.3%, 9.1 ~ 17.3%, and 5.8 ~ 12.2%, respectively. The moisture content of residue was about 43%, and low heating value was analyzed a range of 1,300 up to 1,900 kcal/kg. Results showed that combustible material having potential to produce SRF is discarded and the amount of biodegradable material such as food waste is still large. Therefore, we assumed it may cause pollution in terms of landfill gas emission and high concentrated leachate generation. In this study, recent trends of Bio-drying is discussed as the alternative technology to solve problems at SRF production facilities in South Korea.